ОЦЕНКА НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ЭФФЕКТИВНОСТИ ВАТТМЕТРОВ ПОГЛОЩАЕМОЙ МОЩНОСТИ

January 23, 2013 by admin Комментировать »

Толочко т. К., Ворошень А. В., Галыго А. В., Гусинский А. В., Кострикин А. М., Ромбак С. М. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники ул. П. Бровки, 6, г. Минск, 220013, Беларусь тел.: +375-17-239-8496, e-mail: gusin@cit.org.by

Аннотация – Рассмотрен метод оценки неопределенности измерения коэффициента эффективности ваттметров поглощаемой мощности на примере разработанного в Белорусском государственном университете информатики и радиоэлектроники измерителя мощности РМ 0,01-20, состоящего из первичного измерительного термоэлектрического преобразователя и измерительного блока, представляющего собой вольтметр постоянного тока, шкала которого проградуирована в значениях мощности.

I.                                        Введение

Конструктивно большинство ваттметров выполнено в виде двух отдельных узлов, одним из которых является измерительное устройство, а другим – первичный измерительный преобразователь (ПИП).

Основными источниками неопределенности измерения при использовании ваттметров поглощаемой мощности является:

–         измерительное устройство;

–         неопределенность коэффициента эффективности, которая во многом зависит от точности методов калибровки;

–         влияние рассогласования.

Для повышения точности измерения используют частотные коэффициенты (коэффициент преобразования, коэффициент эффективности, коэффициент калибровки), которые определяются в процессе калибровки.

Частотный коэффициент ваттметра СВЧ – число, зависящее от частоты, на которое следует умножить или разделить показания измерительного блока ваттметра СВЧ, или ПИП для определения результата измерения мощности СВЧ на этой частоте [4].

В реальных условиях при измерениях возникает погрешность рассогласования. При отсутствии полного согласования выходного сопротивления источника мощности и преобразователя ваттметра происходит отражение энергии от преобразователя, вследствие чего в линии, соединяющей источник мощности с ваттметром, возникает стоячая волна. В результате величина мощности, которая поглощается преобразователем

Рпоел, отличается от падающей мощности Рпад На величину Рпогл = Рпад ‘ (1 ~ Гпр^). Коэффициент отражения преобразователя Up связан с

Ксти соотношением

II.                               Основная часть

Определение коэффициента эффективности измерителя мощности проводится косвенным методом в несколько этапов:              оценка

неопределенности измерения КСВН измерительного преобразователя,           оценка   неопределенности

измерения мощности ваттметра, оценка неопределенности измерения            коэффициента

эффективности ваттметра. Математическая модель измерения имеет следующий вид:.

где Кстиизм – оценка коэффициента стоячей волны по напряжению в калибруемой точке диапазона измерений;

Аэси – поправка, обусловленная погрешностью применяемого эталонного средства измерения;

Ксти – коэффициент стоячей волны по напряжению измерительного преобразователя;

Ризм – оценка уровня мощности измерителя в калибруемой точке диапазона измерений, мВт;

Ар – поправка из-за конечной разрешающей способности измерителя, мВт;

Ао – поправка из-за неточности установки нулевого значения измерителя, мВт;

Арас- поправка из-за рассогласования, мВт;

Р – действительный уровень мощности измерителя в калибруемой точке диапазона измерений, мВт;

Рэт – показание эталонного измерителя мощности, мВт;

а – коэффициент передачи калибратора мощности. Калибровка измерителя мощности проводилась в нормальных условиях, частота калибровки 1 ГГц, уровень мощности 1 мВт.

Результаты наблюдений приведены в таблице 1.

Табл. 1. Результаты наблюдений Table 1. Experimental results

Кстиизш

Р„^„, мВт

1

1,029

0,987

2

1,028

0,985

3

1,029

0,986

4

1,029

0,985

5

1,029

0,987

6

1,029

0,986

7

1,028

0,986

8

1,029

0,987

9

1,028

0,986

10

1,028

0,985

Корреляции между величинами отсутствуют. Коэффициенты чувствительности равны:

Результаты экспериментальных исследований приведены в таблице 2.

Табл. 2. Бюджет неопределенности Table 2. Uncertainty budget

Входная

величина

Значе

ние

+/-

Тип неопредел ен- ности

Распределение вероятностей

Стандартная неопред е- лен- ность

Коэф

фици

ент

чувст

витель

ности

Вклад неопред е- ленно- сти

Кстиизм

1,0286

А

норм.

0,0002

1

0,0002

Дэси

0

0,053

В

равном.

0,0305

1

0,0305

Суммарная неопределенность измерения КСВН:

0,0305

Ризм, мВт

0,986

А

норм.

0,00045

1

0,00045

До, мВт

0

0,0005

В

равном.

0,00029

1

0,00029

До, мВт

0

0,0010

В

равном.

0,00058

1

0,00058

Драс, мВт

0

0,0008

В

равном

0,00059

1

0,00059

Суммарная неопределенность измерения мощности, мВт:

0,00098

Р, мВт

0,986

А

норм.

0,0010

0,9903

0,0010

Рэт, мВт

1,0

А

норм.

0,0

-0,9764

0,0

а

1,01

В

равном.

0,0160

-0,9668

-0,0155

Ксти

1,029

В

равном.

0,0305

0,0134

0,0004

Суммарная неопределенность измерения:

0,0155

Расширенная неопределенность измерения:

0,0310

Оцененное значение коэффициента эффективности: Кэ = 0,976 ± 0,031, Р=95 % к = 2.

III.                                     Заключение

Из приведенных расчетов видно, что основной вкпад в неопределенность измерения коэффициента эффективности вносит неопределенность эталонного ваттметра проходящей мощности.

IV.                             Список литературы

[1]  Елизаров А. С. Электрорадиоизмерения.-Мн. Выш. шк., 1986.-320 с.

[2]  Иваш,енко П. А. Измерения на сверхвысоких частотах: Учебное пособие. – М.: ВИСМ, 1983.-114 с.

[3]  Захаров И. П., Кукуш В. Д. Теория неопределенности в измерениях. Учебное пособие: – Харьков, Консум, 2002- 256 с.

[4]  ГОСТ 8.392-80 Государственная система обеспечения единства измерений. Ваттметры СВЧ малой мощности и их первичные измерительные преобразователи диапазона частот 0,03-78,33 ГГц. Методы и средства поверки.

[5]  ГОСТ 8.569-2000 Государственная система обеспечения единства измерений. Ваттметры СВЧ малой мощности диапазона частот 0,02-178,6 ГГц.

III.                                       Conclusion

It has been shown, that etalon power meter of feedthrough power uncertainty impact main influence on efficiency coefficient uncertainty estimate.

[6]  МИ 1580-86 Государственная система обеспечения единства измерений. Частотные коэффициенты ваттметров (преобразователей) СВЧ поглощаемой мощности. Методика выполнения измерений с помощью волноводно-коаксиальных переходов.

THE EFFICIENCY FACTOR UNCERTAINTY ESTIMATE OF POWER METERS

Tolochko T. Κ., Voroshen A. V., Galiglo A. V., Gusinski A. V., Kostrikin A. М., Rombak S. M.

Belarusian State University of Informatics and Radioeiectronics

P. Brovky str, 6, Minsk, 220027, Republic Belarus Ph.: 017-2398496, e-mail: gusinski@gw.bsuir.unibei.by

Abstract – There is a method of power meters of accepted power uncertainty estimate observed.

I.                                         Introduction

Power meters, as a rule, consist of two parts: measuring device and primary measuring converter (PMC).

Main sources of uncertainty are:

Measuring device:

Uncertainty of efficiency coefficient. It mostly depend on calibration methods’ precision:

termination mismatch influent.

Frequency coefficients using improve measuring precision. Conversion coefficients, efficiency, calibration coefficients are determinated in the calibration process.

Frequency coefficient of microwave frequency power meter is number which depends on frequency. It’s necessary to multiply frequency coefficient by observed value of power to determine the current power level.

A termination mismatches error present in the real conditions. There is reflection of power presented without full matching. And therefore measured power value different from incident power.

II.                                        Main Part

The power meter efficiency coefficient are determinated using indirect method in three stage:

VSWR measuring uncertainty estimate of measuring converter:

Power measuring estimated uncertainty:

Efficiency coefficient uncertainty estimate

Power meter calibration produced at 1 GHz frequency at 1 mW power level.

Observation results are presented in the table 1. There is no correlation between the data.

Mathematical model of measurement:

KvswR_MEAs – standing wave ratio estimation in the calibration point:

zlsfm – standard measure error correction:

KvswR – measuring converter standing wave ratio;

РмЕдз- power level at the calibration point, mW:

Δρ – power meter finite resolution correction, mW:

Δο – zero offset correction, mW:

Amism – termination mismatch correction, mW:

P – current power level at the calibrating point of range, mW: Petaion – results of etaloH power meter, mW: a – transfer coefficient of power meter calibrator. Experimental investigation results shown in the table 2.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты