Метод перемножения. 
Измерения в телекоммуникационных системах

Данный метод предполагает реализацию операции перемножения напряжения и тока нагрузки и тем самым определяет активную мощность.

Процедура перемножения строится на основе тождества

позволяющего перейти от операции умножения к совокупности двух операций — возведения в квадрат и суммирования, которые реализуют на квадраторах (устройствах с квадратичной характеристикой) и сумматорах (рис. 6.5).

Рис. 6.5. Структурная схема квадраторного ваттметра.

Если м, = U", since/, а м, = I,"R sin (w/ - ср), где R — эталонное сопротивление, то напряжение на входе фильтра нижних частот схемы.

После фильтра нижних частот, не пропускающего переменную составляющую (второе слагаемое (6.4)), показания магнитоэлектрического прибора будут пропорциональны измеряемой мощности, т. е. первому члену (6.4):

Более высокую точность измерения методом перемножения обеспечивает операция интегрирования, которую применяют в прецизионных измерителях активной мощности промышленной частоты.

Калориметрический метод

Калориметрический метод измерения мощности является наиболее универсальным, и его используют во всем радиотехническом диапазоне частот как для малых, так и для больших мощностей. Он отличается от других методов повышенной точностью измерения.

Калориметрический метод измерения мощности основан на преобразовании электромагнитной энергии в тепловую с последующим измерением приращения температуры рабочего тела калориметра, поглотившего эту энергию.

Основными элементами калориметрического ваттметра являются приемный преобразователь, в котором расположена нагрузка, поглощающая электромагнитную энергию и выделяющая тепло; рабочее (нагреваемое) тело, в качестве которого используется дистиллированная вода или растворы на ее основе, а также твердые объемные или пленочные поглотители (диэлектрики с большими потерями, металлические пленки с большим сопротивлением); измерительный узел, обеспечивающий измерение температуры рабочего тела и по ее значению определяющий величину измеряемой мощности.

Известно, что термодинамическое состояние калориметрической нагрузки массой т, равномерно нагретой до температуры Т, описывается выражением [10].

где Р_ц — рассеиваемая в нагрузке мощность; с — удельная теплоемкость нагрузки;

Н — коэффициент теплоотдачи;

Т_ср — температура окружающей среды.

В зависимости от соотношения первого и второго слагаемых в выражении (6.5) различают калориметрические ваттметры, работающие в статическом (адиабатном) режиме без теплоотдачи во внешнюю среду, и циркуляционные (проточные). В статическом калориметре нагреваемое тело (чаще вода) неподвижно, а в проточном оно находится в постоянном движении.

Основными узлами статического калориметрического ваттметра с сухим рабочим телом и коаксиальной согласованной нагрузкой (рис. 6.6) являются поглощающая нагрузка (резистор), теплопроводящая насадка, термопара и тепловой экран.

Рис. 6.6. Коаксиальный статический калориметрический ваттметр.

Измеряемая мощность в нагрузке таких ваттметров преобразуется в теплоту, нагревающую рабочее тело, температура которого измеряется с помощью термопары. Если обеспечивается надежная теплоизоляция рабочего тела от окружающей среды, выражение (6.5) можно записать в виде.

С учетом коэффициента перевода калорий в джоули измеряемая мощность в ваттах определяется равенством.

где с — удельная теплоемкость нагрузки, калДгград); т — масса рабочего тела, г;

АТ— приращение температуры за время At; к — коэффициент пропорциональности.

Достоинство статических калориметрических ваттметров — простота измерений, а недостаток — необходимость в периодическом отключении прибора для охлаждения.

Широкое распространение также получили проточные калориметрические ваттметры, в которых рабочее тело (жидкость) циркулирует в системе с постоянной скоростью, а его температура в установившемся режиме не меняется.

Основными достоинствами калориметрических ваттметров являются широкие пределы измеряемых мощностей (10^_2…10⁴ Вт); широкий диапазон частот (0,001 …40 ГГц); высокая точность измерений (пределы допускаемой погрешности 0,5…10%) [10]. Недостатками этих ваттметров являются большое время установления показаний (до единиц минут), большие габаритные размеры и масса прибора (у проточных).