Коловский Ю В. Метрология, стандартизации и технические измерения

Подождите немного. Документ загружается.

ряемую мощность Р

по волноводу подводят к нагрузке, преобразуют в теп-

лоту и нагревают калориметрическое тело. Связь между

скоростью приращения температуры и значением измеряемой мощности

определяется соотношением

21 21

()

4,17

0, 24

cn t t t t

Pcт









, (10)

где Р

—измеряемая мощность, Вт;

0,24 — тепловой эквивалент paботы, кал/Дж;

m—масса калориметрического тела,г;

с — его удельная теплоемкость, кал/(г*град);

Δτ —время измерения, с;

(t2-t1) —приращение температуры, °С.

В качестве калориметрического (рабочего) тела используют воду.

Для получения высокой точности измерений необходимо обеспечить надеж-

ную теплоизоляцию калориметрического тела от окружающей среды. Для

этого в подводящем волноводе предусмотрена теплоизолирующая секция.

Преимуществом способа является простота измерений. Предва-

рительную градуировку ваттметра можно выполнить при рассеивании ка-

либрованной мощности постоянного тока (или тока промышленной часто-

ты). Основным недостатком способа является необходимость в периодиче-

ском отключении ваттметра для его охлаждения.

Рисунок З - Калориметрический измеритель мощности СВЧ статического

типа:

1 — термоизоляция стенок; 2 — подводящий волноводу 3 — секция

термоизоляции; 4 — согласованная нагрузка; 5— калориметрическое тело; 6

— термометр

Кроме воды в качестве рабочего тела используют твердые (объемные

или пленочные) поглотители мощности СВЧ. Такой калориметр называют

сухим. Он представляет собой коаксиальную или волноводную согласован-

ную нагрузку, помещённую в теплоэкранирующую камеру. Повышение тем-

пературы рабочего тела регистрируют с помощью блока дифференциальных

термопар, «горячие» спаи которых имеют контакт с рабочим телом, а

«хо-

лодные» — с корпусом прибора.

Широко распространены калориметрические ваттметры

циркуляционного

типа (рисунок 4). В этих ваттметрах калориметрическое тело (обычно вода)

циркулирует в.системе с постоянной скоростью. При этом о значении рассеивае-

мой мощности

судят по приращению температуры калориметрического тела

ΔT. Связь между Р

и ΔT в установившемся режиме определяют, исходя из закона сохранения

энергии:

4,17

0, 24

P cGd T cGd T

, (11)

где с, G, d — удельная теплоемкость, кал/(г-град); расход, см

/с, и удельная

масса, г/см

, калориметрического тела.

Рисунок 4 - Калориметрический измеритель мощности СВЧ циркуляционно-

го типа:

/ — термометр;

2 — поглощающая нагрузка; 3 — секция термоизоляции; 4 ~

волновод; 5 — дополнительный нагреватель;

6 — выводы дополнительного

нагревателя

Приращение температуры

ΔT измеряют с помощью двух термопар, рас-

положенных в системе до и после нагрузки. Если э. д. с. термопар включены

встречно, то показание индикаторного прибора пропорционально искомому

приращению температуры

ΔT.

Практическая реализация метода измерения требует строгого контроля за

постоянством расхода и неизменностью физических характеристик

(d, G и с) ка-

лориметрического тела. Появляется необходимость в специальных устройствах,

обеспечивающих выполнение этих условий с достаточной степенью точности.

Для уменьшения инерционности ваттметров этого типа измеряемую

мощность желательно рассеивать непосредственно в калориметрическом теле.

Поглощающие нагрузки бывают волноводными и коаксиальными. На

рис. 10.5 в качестве примера изображена

волноводная I нагрузка для ватт-

метров сантиметрового диапазона, рассчитанная - на рассеивание средних

уровней мощности (сотни ватт). Корпус нагрузки, вставляемой в торец пря-

моугольного волновода, предоставляет собой пустотелый клин из специально-

го диэлектрика с малыми потерями на рабочей частоте. Через нагрузку с по-

стоянной скоростью протекает вода, которая, будучи диэлектриком с больши-

ми потерями

, обеспечивает непосредственное поглощение мощности СВЧ. Согла-

сование нагрузки с волновым сопротивлением волновода обеспечивают выбором

формы и размеров клина. Через основание клина проходят две трубки для

включения нагрузки в циркуляционную систему калориметра.

Основными причинами погрешности измерений являются: отсутст-

вие точного согласования нагрузки прибора с волновым сопротивлением волно-

вода (коаксиальной линии); непостоянство расхода калориметрического тела

и изменение его физических характеристик; неэквивалентность тепловых потерь

при рассеянии энергии СВЧ

и энергии низкой частоты, на которой калибруют

прибор; погрешности измерения энергии низкой частоты.

Точность измерений можно повысить, если воспользоваться методом

сравнения. Для этого в калориметрическое тело помещают дополнительный

нагреватель (см. рисунок 4), питание которого осуществляют от калиброван-

ного источника энергии низкой частоты. Намерение мощности осуществляют

следующим образом.

Вначале замечают показание индикаторного прибора при рассеивании из-

меряемой мощности. Затем вместо источника мощности СВЧ включают дополни-

тельный нагреватель и устанавливают такое же показание индикаторного при-

бора. За результат измерения мощности СВЧ принимают эквивалентное зна-

чение калиброванной мощности низкой частоты.

Рисунок 5 - Поглощающая волноводная нагрузка для ваттметров

Дальнейшим усовершенствованием приборов является автоматизация

измерений (рисунок 6). Измеряемая мощность

рассеивается на согласо-

ванной нагрузке R1.

Повышение температуры калориметрического тела вос-

принимает терморезистор

', включенный в схему уравновешенного моста.

Разная степень нагрева терморезисторов

' и

'' вызовет нарушение исходно-

го равновесия моста и появление низкочастотного напряжения рассогласо-

вания в нулевой точке вторичной обмотки трансформатора. Это напряже-

ние после усиления по мощности поступает на резистор Я» и преобразует-

ся в теплоту. Повышение температуры воспринимает терморезистор

после чего в мостовой цепи вновь устанавливается равновесие. Значение

мощности тока низкой частоты, рассеиваемой на резисторе R2 (при равнове-

сии моста), равное

, регистрирует вольтметр, проградуированный в еди-

ницах мощности.

Ри- сунок 6 - Из-

Из- мерение

мощности методом сравнения:

1 — насос, 2 — теплообменник

Ваттметр переменного тока ЦЛ8516

Назначение ваттметра переменного тока ЦЛ8516

Ваттметры предназначены для измерения силы переменного тока, на-

пряжения переменного тока, активной мощности однофазного переменного

тока.

Измеренное значение силы переменного тока и напряжения переменно-

го тока пропорционально среднеквадратическому (действующему) значе-

нию.

Отображение измеряемых величин на цифровом индикаторе произво-

дится в единицах измеряемой величины: в амперах, вольтах, ваттах соответ-

ственно. Цифровой

индикатор имеет пять значащих разрядов и десятичную

запятую.

Режим переключения диапазонов измерений ваттметров - ручной.

Для связи с ЭВМ ваттметры имеют встроенный интерфейс RS-232.

В ваттметрах обеспечивается гальваническое разделение входных цепей и

цепи питания.

Ваттметры могут применяться для поверки рабочих средств измерений -

стрелочных и цифровых амперметров, вольтметров, ваттметров с допускае-

мой основной приведенной погрешностью, равной или более 0,5.

Рабочие условия

1 Ваттметры предназначены для эксплуатации в лабораторных услови-

ях производственных помещений.

2 По устойчивости к климатическим воздействиям ваттметры относят-

ся к группе В1 по ГОСТ 12997-84 и предназначены для эксплуатации при

температуре от 10 до 35

С и относительной влажности 75 % при температуре

С.

3 По устойчивости к механическим воздействиям ваттметры относятся

к виброустойчивым и вибропрочным, группа N1 по ГОСТ 12997-84.

4 Степень защиты по ГОСТ 14254-96 для ваттметров - IР2Х.

5 Питание ваттметров осуществляется от сети переменного тока на-

пряжением 220 В, частотой (50 + 2) Гц.

6 По степени защиты от поражения электрическим током ИП соответ-

ствует классу защиты II по ГОСТ

26104-89.

7 Ваттметры имеют электронную защиту от перегрузки.

8 В цепь питания ваттметры включаются с помощью сетевого кабеля.

9 Ваттметры являются восстанавливаемыми, ремонтируемыми изде-

лиями.

10 Ваттметры не предназначены для эксплуатации во взрывоопасных и

пожароопасных зонах по ПУЭ.

2.3 Технические данные ЦЛ8516

Ваттметр имеет встроенный интерфейс RS-232.

Диапазон изменений коэффициента мощности сosj с нормируемой ос-

новной погрешностью от 1 до 0,2 для прямого и обратного направления из-

меряемой мощности.

Входное сопротивление ваттметров и мощность, потребляемая ватт-

метрами от измерительной цепи и от цепи питания, соответствуют значени-

ям, приведенным в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Тип и конст-

руктивное ис-

полнение ватт-

метра

Входное со-

противление

Мощность, потребляе-

мая от

Вход

измерительной

цепи

питания

Ом, Ом, Вход I, Вход

не бо-

лее

не ме-

нее

В×А, В×А, В×А

не бо-

лее

не бо-

лее

не бо-

лее

ЦЛ8500/1 0,05 1×10

0,5 0,5 10

ЦЛ8500/2 0,01 1×10

1,0 0,5 10

Ваттметры в транспортной таре выдерживают без повреждений:

- воздействие температуры от минус 50 до плюс 50 °С;

- воздействие относительной влажности (95 + 3) % при темпера-

туре 35 ° С.

Уровень индустриальных радиопомех, создаваемых ваттметрами, не

превышает значений, установленных в СТБ ГОСТ Р 51318.11-2001 для

устройств группы 1, класса Б.

Габаритные размеры ваттметров (длина, ширина и высота) не более

300х300х150 мм.

Масса ваттметров не более 5,0 кг.

Средняя наработка на отказ ваттметров с учетом технического обслу-

живания не менее 25000 ч.

Средний срок службы ваттметров не менее 10 лет.

Рисунок 1 - Передняя панель ваттметра ЦЛ8516/1

1 - место расположения Знака Государственного реестра

2 - место расположения товарного знака и наименования предприятия-

изготовителя

3 - цифровой индикатор 4

- входные зажимы по напряжению 5 -

светодиоды индикации диапазонов измерений по напряжению (7 шт) 6 -

символ и величина испытательного напряжения изоляции 7 -

предел допускаемой основной погрешности 8 -

символ класса защиты II 9 -

кнопки переключения диапазонов измерений по напряжению 10 -

кнопки переключения диапазонов измерений по току 11 -

светодиоды индикации диапазонов измерений по току (4 шт) 12 -

входные зажимы по току 13 -

выключатель СЕТЬ 14 -

светодиод индикации сетевого питания

Погрешность измерений ваттметра

Предел допускаемой основной приведенной погрешности (далее - ос-

новной погрешности) ваттметров равен + 0,1 % от нормирующего значения

измеряемого

сигнала для каждого из диапазонов измерений для режимов из-

мерений тока, напряжения, мощности.

Время установления рабочего режима ваттметров после включения на-

пряжения питания должно быть не более 0,5 ч.

Время непрерывной работы ваттметров неограниченно.

Ваттметры устойчивы к воздействию температуры окружающего воз-

духа от 10 до 35 °С .

Ваттметры работоспособны при изменении напряжения питания от

187

до 242 В.

Пределы допускаемых дополнительных приведенных погрешностей

(далее - дополнительных погрешностей) ваттметров, вызванных изменением

влияющих факторов от нормальных значений, указанных в таблице 2.2, в

процентах от нормирующего значения измеряемого сигнала для каждого из

диапазонов измерений по току, напряжению, мощности равны:

а) + 0,1 % - при изменении температуры окружающего воздуха от

(20 + 2) °С до 10 и 35 °С

на каждые 10 °С;

б) + 0,1 % - при влиянии внешнего однородного магнитного поля пере-

менного тока с частотой измеряемого сигнала 45 - 55 Гц при самом неблаго-

приятном направлении и фазе магнитного поля;

в) + 0,1 % - при изменении частоты входного сигнала от (50 + 1) Гц до

500 Гц;

г) + 0,1 % - при изменении коэффициента мощности сos j от 1 до 0,2

для прямого и обратного направления

мощности.

д) + 0,1 % - при изменении напряжения питания от номинального зна-

чения 220 В до 242 и 187 В.

е) + 0,1 % - при изменении напряжения измеряемой цепи от конечного

значения каждого из диапазонов измерений до 0,2 конечного значения диапа-

зона измерений - в режиме измерений мощности.