При конструировании водяных нагрузок следует кроме согласования и широкополосности иметь в виду еще некоторые дополнительные проблемы. Как и в случае сухих нагрузок, желательно добиться равномерного рассеяния мощности вдоль всего столбика воды. Если на входном конце водяного столбика происходит основное поглощение и если приращение температуры в этой точке велико, то потеря тепла, предшествующие термометрическим измерениям повышения температуры, могут привести к существенной погрешности в измерении мощности.
Ошибка может стать очень большой, если имеет место столь сильная локализация рассеяния мощности, что происходит перегрев воды и образование пара. Даже при условии равномерности рассеяния важно понизить до минимума потери на проводимость и излучение. Погрешность, создаваемая этими потерями, зависит от метода градуировки водяной нагрузки и от скорости движения воды.
Между точками присоединения термопар не должно быть мест застоя воды, так как в таких участках возникает увеличенное приращение температуры, т. е. увеличенные нежелательные потери тепла. Утечка мощности сантиметровых из водяной нагрузки создает сильные помехи для других измерений, проводимых вблизи установки для измерения большой мощности. Конструкция нагрузки должна быть такой, чтобы при прохождении большой импульсной мощности не возникала дуга.
Это часто является трудной конструктивной задачей, особенно если импульсная мощность почти достигает величины, вызывающей образование искрения в линии, проходящей в воздухе. Оконечный участок линии отгорожен диэлектрическим окном; диэлектрик прикреплен при помощи цемента и образует водонепроницаемую перегородку. В получившемся объеме циркулирует вода. Согласование достигается при помощи двух коаксиальных настраивающих шлейфов.
Эта конструкция обладает многими недостатками, могущими иметь место в водяных нагрузках. Теплоемкость нагрузки столь велика, что за изменениями мощности, имеющими период меньше минуты, следить трудно. Пользование согласующими устройствами крайне сложно и утомительно, операция согласования может занимать от 5 до 10 мин. Согласующие устройства могут рассеивать мощность, особенно если они установлены так, что контактные пальцы находятся в пучности тока (в шлейфе).
Имеет место свободный теплообмен между нагрузкой и окружающей средой; в потоке, без сомнения, существуют места застоя. Искрение возникает при сравнительно малой импульсной мощности. Конусообразный внутренний проводник вставлен в стеклянную трубку и снабжен щелями, позволяющими воде проходить из него в стеклянную трубку; из трубки вода выходит наружу. Конус выполняет несколько полезных функций. Водяные нагрузки
Полупроводниковые тензорезисторы
Появившиеся в последние годы полупроводниковые тензорезисторы имеют по сравнению с рассмотренными выше типами тензорезисторов ряд существенных преимуществ: чувствительность их в 50-60 раз выше, чем у проволочных, малые размеры, высокий уровень выходного сигнала измерительных схем, исключающий иногда применение сложных и дорогих усилителей.
Кроме того, сопротивление тензорезистора при тех же размерах путем добавления соответствующих присадок к материалу датчика и изменения технологии изготовления может быть изменено в очень широких пределах (от 100 ом до 50 кол) при коэффициенте тензочувствительности от 100 до +200. Основным отличием полупроводниковых тензорезисторов от проволочных является большое (до 50%) изменение сопротивления тензопреобразователя при деформации. Наиболее сильно тензоэффект выражен у германия, кремния, антимонида индия, арсенида галлия и др.
По ряду причин для тензорезисторов применяются в основном кремний и германий. Они обладают высокой тензочувствительностыо, химически инертны, выдерживают нагрев до 500-540° С и позволяют изготавливать тензорезисторы различной формы. Параметры гедистора несколько уступают параметрам кремниевых терморезисторов. К недостаткам полупроводниковых тензорезисторив следует отнести их малую механическую прочность и малую гибкость.
Другим недостатком полупроводниковых тензорезисторов является то, что, несмотря на большую тензочувствительность резисторов, реализовать ее из-за нелинейности характеристик, высокой чувствительности к воздействию внешних условий (температуры, освещения и т. д.) и существенного разброса параметров от образца к образцу оказывается довольно сложным и требуется определенным опыт. Вызванное деформацией изменение сопротивления тензорезисторов весьма мало и колеблется от единиц миллиом до нескольких десятых долей ома.
Для измерения этих -изменений используются в основном две схемы: потенциометрическая и мостовая. В тензометрии применяются как уравновешенные, так и неуравновешенные мосты. В первых разбаланс моста, вызванный изменением сопротивления тензорезистора, компенсируется известным (калиброванным) изменением сопротивления другого плеча, благодаря чему снова достигается равновесие.
Преимуществами уравновешенного моста являются большая точность (ибо результат не зависит от случайного изменения чувствительности нуль индикатора) и применимость при малых изменениях сопротивления тензорезистора; недостатком пригодность практически только для статических или медленно изменяющихся процессов, когда за время балансировки моста процесс не изменяется.
Неуравновешенные мосты, в которых изменение сопротивления определяется по величине разбаланса, более универсальны и применимы для измерения как статических, так и динамических процессов. В неуравновешенных мостах ток через гальванометр г (или напряжение в точках cd) находятся в весьма сложной зависимости от всех элементов схемы. Все проводившиеся до настоящего момента рассуждения относились к случаю питания моста постоянным током. Читать далее
Термисторные головки
Конструирование термисторной головки является, пожалуй, наиболее сложной проблемой при разработке термисторных измерителей высокочастотной мощности.
Наиболее очевидным и важным требованием является хорошее согласование головки с волновым сопротивлением той линии передачи, с которой головка будет работать. Требуемая точность согласования сопротивлений является функцией полною сопротивления генератора, померенною на входе термисторной головки.
Например, если генератор согласован с линией, то термисторная головка, характеризующаяся коэффициентом стоячей волны напряжения, равным 1,4, вызовет ошибку в 8% при измерении мощности. Однако, если коэффициент стоячей волны генератора равен также 1,4, то ошибка может лежать в пределах от О до 12% в зависимости от относительной фазы двух несогласованных сопротивлений.
Для точного согласования головки с линией передачи при определенной высокой частоте могут применяться настроечные элементы. Обычно к ним прибегают, когда требуется очень точное определение мощности. Однако более часто требуется, чтобы термисторный мост работал в широкой полосе частот без регулировок, вызываемых изменением частоты и усложняющих работу. Для этого необходимо, чтобы сопротивление головки было согласовано в широкой полосе частот.
К сожалению, требования в отношении ширины полосы являются часто такими большими, что крайне трудно обеспечить точное согласование полных сопротивлений (а, следовательно, F получение незначительной ошибки при измерении мощности) во всей полосе частот. Поэтому потребовалась бы значительная работа для решения этой задачи. Однако из-за недостатка времени точность была принесена в жертву удобству работы.
Этим объясняется высокий максимальный коэффициент стоячей волны, допущенный в некоторых описываемых ниже головках. Существенно важен вопрос утечки высокочастотной мощности. Если уровни мощности, подлежащие измерению, очень низки или если головка предназначена для контроля мощности сигнал генератора, то она должна быть сконструирована так, чтобы утечка мощности параллельно термистору была невозможна.
Если головка используется в схеме моста для абсолютного изменения мощности, то кроме термистора не должно быть никаких других источников рассеяния мощности. Настроечные элементы с потерями и неисправные электрические контакты должны отсутствовать.
Для удобства рассмотрения термисторные головки можно разбиться следующие группы: не настраиваемые, с фиксированной настройкой, и настраиваемые. В не настраиваемой головке нет элементов регулировки настройки (или согласования). Она сконструирована таким образом, что термистор со средними высокочастотными характеристиками Удовлетворительно согласован в заданном диапазоне частоты. Дальше...
