Thiết kế máy đo công suất cao tần (m3 22act01)
- 119 trang
- file .pdf
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------------
NGUYỄN BẰNG HIẾN
THIẾT KẾ MÁY ĐO CÔNG SUẤT CAO TẦN
(M3-22ACT01)
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. NGUYỄN THỊ LAN HƯƠNG
Hà Nội - 2016
LỜI CAM ĐOAN
Sau thời gian nghiên cứu và học tập tại trường Đại học Bách Khoa Hà Nội,
với sự hướng dẫn và sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong Viện Điện. Và đặc
biệt là sự chỉ bảo tận tình của cô giáo hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Thị Lan Hương
đã giúp tôi hoàn thành luận văn đúng thời hạn và đạt được các mục tiêu đề ra.
Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung của luận văn mà tôi thực hiện trong thời
gian vừa qua là trung thực và không sao chép của ai.
Hà Nội, Ngày 16 tháng 11 năm 2016
Người cam đoan
i
LỜI CẢM ƠN
Trước tiên em xin được gửi lời cảm ơn tới Ban giám hiệu Trường Đại học Bách
Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện cho em được làm luận văn tốt nghiệp này. Sau thời
gian nghiên cứu và làm việc miệt mài luận văn tốt nghiệp của em đến nay đã cơ bản
đã hoàn thành. Có được thành quả đó, ngoài sự cố gắng nỗ lực của bản thân còn
phải kể đến sự giúp đỡ rất lớn từ cô giáo PGS.TS Nguyễn Thị Lan Hương, người đã
trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và cung cấp tài liệu, kiến thức cũng như kinh
nghiệm quý báu cho em trong suốt thời gian làm luận văn. Qua đây em xin được
bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô, kính chúc cô luôn mạnh khỏe và công tác tốt.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô của Viện Điện đã hết sức nhiệt tình
truyền thụ cho chúng em không chỉ những kiến thức chuyên môn mà cả những kinh
nghiệm quí báu. Bên cạnh đó còn tạo những điều kiện hết sức thuận lợi để em có
thể hoàn thành luận văn của mình.
Em xin gửi lời cảm ơn tới nhóm dự án của phòng Đo lường Vô tuyến điện-
Trung tâm Đo lường nơi em công tác đã giúp đỡ và hỗ trợ em trong thời gian qua.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè. Chính gia đình
và bạn bè đã là nguồn động viên hỗ trợ vô cùng to lớn giúp em thêm động lực và sự
khích lệ để hoàn thành luận văn này.
Học viên
Nguyễn Bằng Hiến
ii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................. I
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................... II
MỤC LỤC ........................................................................................................................ III
DANH MỤC BẢNG ......................................................................................................... V
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ................................................................................VI
MỞ ĐẦU............................................................................................................................. 1
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐO CÔNG SUẤT ...................................... 4
1.1 Các khái niệm .......................................................................................................4
1.2 Phương pháp đo công suất cao tần .......................................................................6
1.3 Đo công suất ở siêu cao tần dùng nhiệt điện trở ...................................................8
1.4 Cơ sở lý thuyết, kỹ thuật và phương pháp tuyến tính hoá đặc tuyến của các bộ
biến đổi ......................................................................................................................13
CHƢƠNG II: THIẾT KẾ MÁY ĐO CÔNG SUẤT CAO TẦN .......................... 17
(M3-22ACT01) ................................................................................................................ 17
2.1 Đặc trưng kỹ thuật của máy đo công suất cao tần (M3-22ACT01) ...................17
2.2 Giải pháp thiết kế máy đo công suất M3-22ACT01 ...........................................18
2.2.1 Xây dựng cấu trúc tổng thể M3-22ACT01 ......................................................20
2.2.2 Thiết kế khối cầu công tác và cầu bù cân bằng tự động ..................................21
2.2.3 Thiết kế khối xử lý và tính toán .......................................................................23
2.2.4 Thiết kế khối hiển thị .......................................................................................24
2.2.5 Thiết kế bàn phím.............................................................................................25
2.2.6 Thiết kế khối nguồn và nguồn chuẩn ...............................................................25
2.2.7 Thiết kế kết nối M3-22ACT01 và máy tính ....................................................26
2.2.8 Thiết kế phần mềm ...........................................................................................27
2.2.8.1 Lưu đồ tổng thể điều hành và xử lý số liệu của M3-22ACT01 ...................27
2.2.8.2 Lưu đồ tổng thể điều hành, xử lý số liệu của máy tính ghép nối ..................28
2.2.9 Thiết kế giao diện .............................................................................................29
iii
CHƢƠNG III: PHƢƠNG PHÁP KIỂM TRA ĐO LƢỜNG MÁY ĐO CÔNG
SUẤT CAO TẦN (M3-22ACT01) .............................................................................. 30
3.1 Điều kiện kiểm tra ...............................................................................................30
3.2 Phương tiện kiểm tra ...........................................................................................30
3.3 Các bước tiến hành kiểm tra. ..............................................................................31
3.4 Xác định các tham số đo lường. .........................................................................33
3.4.1 Xác định các tham số đo lường của máy đo cơ sở. ..........................................33
3.4.1.1 Xác định hệ số truyền của cầu công tác và cầu bù. .......................................33
3.4.2 Xác định sai số cơ bản đo công suất của máy khi có bộ biến đổi. ...................36
3.4.2.1 Kiểm tra khi làm việc với bộ biến đổi M5-29 ...............................................37
3.4.2.2 Kiểm tra khi làm việc với bộ biến đổi M5-30 ...............................................40
3.4.2.3 Kiểm tra khi làm việc với bộ biến đổi M5-31 ...............................................42
3.4.2.4 Kiểm tra khi làm việc với bộ biến đổi M5-32 ...............................................44
3.5 Xử lý chung .........................................................................................................47
CHƢƠNG IV: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ ............................ 48
4.1. Số liệu kỹ thuật và kết quả tính hệ số hiệu chuẩn của bộ biến đổi công suất ....48
4.2 Kết quả đánh giá..................................................................................................50
4.3 So sánh với máy đo công suất có tính năng tương đương ..................................57
KẾT LUẬN ...................................................................................................................... 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 59
iv
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Đặc tính các bộ biến đổi ............................................................................. 17
Bảng 3.1: Các phương tiện đo mẫu ............................................................................. 30
Bảng 3.2: Hệ số truyền của cầu công tác .................................................................... 35
Bảng 3.3: Sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-29 tại tần số 500 MHz ....... 38
Bảng 3.4: Sai số cơ bản của M3-22ACT01 tại 750 MHz ........................................... 39
Bảng 3.5: Sai số cơ bản của M3-22ACT01 tại 1 GHz ................................................ 39
Bảng 3.6: Sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-30 tại tần số 1 GHz ........... 41
Bảng 3.7: Sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-30 tại tần số 2 GHz ........... 41
Bảng 3.8: Sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-30 tại tần số 3 GHz ........... 42
Bảng 3.9: Sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-31 tại tần số 3 GHz ........... 43
Bảng 3.10: Sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-31 tại các tần số 4,5 GHz 44
Bảng 3.11: Sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-31 tại các tần số 5,5 GHz 44
Bảng 3.12: Sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-32 tại tần số 6 GHz ......... 45
Bảng 3.13: Sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-32 tại các tần số 8,0 GHz 46
Bảng 3.14: Sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-32 tại các tần số 12,5 GHz46
Bảng 4.1: Số liệu của bộ biến đổi M5-29 ................................................................... 48
Bảng 4.2: Số liệu của bộ biến đổi M5-30 ................................................................... 48
Bảng 4.3: Số liệu của bộ biến đổi M5-31 ................................................................... 49
Bảng 4.4: Số liệu của bộ biến đổi M5-32 ................................................................... 49
v
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Tín hiệu điện ................................................................................................ 5
Hình 1.2: Đo công suất trên tải có phối hợp trở kháng ................................................ 6
Hình 1.3: Đo công suất truyền qua............................................................................... 7
Hình 1.4: Đặc tuyến công suất - điện trở của thermistor ............................................ 9
Hình 1.5: Mạch cầu cân bằng gắn thermistor ............................................................. 10
Hình 1.6: Mạch cầu không cân bằng dùng thermistor ................................................ 11
Hình 1.7: Mạch bù dùng thermistor mắc ngoài .......................................................... 12
Hình 1.8: Sơ đồ kết cấu bộ biến đổi và giải thích việc hiệu đính giá trị công suất đo
được theo hệ số hiệu dụng và hệ số phản xạ. .............................................................. 14
Hình 2.1: Sơ đồ khối chức năng của M3-22ACT01 ................................................... 20
Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý của khối cầu công tác tự động cân bằng .......................... 21
Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý của khối cầu bù tự động cân bằng ................................... 22
Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý khối xử lý và tính toán ..................................................... 23
Hình 2.5: Sơ đồ khối bộ hiển thị màn hình tinh thể .................................................... 24
Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý điện của bàn phím ............................................................ 25
Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý của khối nguồn và nguồn chuẩn ...................................... 26
Hình 2.8: Lưu đồ tổng điều hành và xử lý số liệu của M3-22ACT01 ........................ 27
Hình 2.9: Lưu đồ tổng thể điều hành, xử lý số liệu của máy tính ghép nối ................ 28
Hình 2.10: Cửa sổ giao diện ban đầu trên máy tính .................................................... 29
Hình 2.11: Cửa sổ giao diện làm việc chính ............................................................... 29
Hình 3.1: Xác định hệ số truyền của cầu công tác ...................................................... 34
Hình 3.2: Xác định hệ số truyền của cầu cầu bù ......................................................... 35
Hình 3.3: Sơ đồ xác định sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-29............... 37
Hình 3.4: Sơ đồ xác định sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-30............... 40
Hình 3.5: Sơ đồ xác định sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-31.............. 42
Hình 3.6: Sơ đồ xác định sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-32.............. 44
Hình 4.1: Sản phẩm máy đo công suất cao tần M3-22ACT01 ................................... 50
vi
MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Hiện nay máy đo công suất cao tần do Nga chế tạo được sử dụng rất nhiều
trên khí tài quân sự cũng như các phòng thí nghiệm, các nhà máy, xưởng sửa
chữa...trong các Quân binh chủng như Phòng Không-Không Quân, Hải Quân, Tác
Chiến điện tử...
Máy đo công suất cao tần là thiết bị quan trọng nhất đảm bảo đo lường cho
các vũ khí - khí tài về lĩnh vực công suất cao tần. Máy đo công suất cao tần không
chỉ được sử dụng làm máy đo công tác, mà còn được sử dụng với vai trò là những
máy đo công suất mẫu để kiểm định các thiết bị đo khác, ví dụ kiểm định máy phát
công suất cao tần, hoặc khi kết hợp với các bộ chuẩn công suất họ KMC và Я2M,
và còn được sử dụng để kiểm định cho các máy đo công suất khác.
Máy đo công suất cao tần sản xuất tại Nga được chế tạo trên cơ sở công nghệ
cũ bán dẫn rời rạc, kỹ thuật tính toán được dựa trên kỹ thuật tương tự và không có
các bộ nhớ số liệu, nên không thể xử lý được vấn đề phi tuyến cao tần - siêu cao tần,
không tính toán được các phương trình công suất theo kiểu số học và không thể
giao tiếp máy tính PC. Máy đo công suất cao tần do Nga sản xuất với giá thành khá
cao.
Một vấn đề quan trọng khác được đặt ra là hiện chưa thể thay thế máy đo
công suất cao tần của Nga bằng các máy đo tư bản thế hệ mới, bởi các nguyên nhân
chính như sau:
- Giá thành của máy đo công suất của tư bản thường rất cao;
- Không ghép nối được máy đo công suất tư bản với đường truyền cao tần của trang
thiết bị quân sự do Liên xô (Nga), vì không tương thích về mặt kích thước vật lý,
không tương thích về dải tần số đối với kiểu đường truyền ống sóng và đồng trục,
kiểu trở kháng đồng trục 50 Ω và 75 Ω, cơ cấu ghép nối. Do vậy, đa số trường hợp
sẽ không ghép nối được, một số trường hợp có thể “ghép nối” nhưng thực sự là
không phù hợp và nếu cố “ghép nối” có thể gây sai số đo không lường trước được,
1
hoặc làm hư hỏng đường truyền cao tần tại đầu ghép nối (do hệ ren và kích thước
hình học của đường truyền giữa hai hệ khác nhau);
Dải tần, trở kháng sóng của đường truyền cao tần kiểu đồng trục và kiểu ống
dẫn sóng khác biệt nhiều giữa hệ Nga và hệ tư bản đời mới.
Ứng dụng kỹ thuật vi điện tử, kỹ thuật vi xử lý và tin học để thiết kế chế tạo
mới máy đo công suất tương thích hoàn toàn với các bộ biến đổi công suất của Nga
(M5-29; M5-30; M5-31; M5-32; M5-40; M5-41; M5-42; M5-43 với dải tần từ 30
MHz đến 16,7 GHz) và thiết kế thêm các tính năng mới, phù hợp với xu hướng thiết
kế của các hãng lớn trên thế giới và chủ động trong chế tạo, trang bị là nhiệm vụ
cấp thiết trong đảm bảo sẵn sàng chiến đấu của quân đội.
2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
Nghiên cứu thiết kế máy đo công suất cao tần (M3-22ACT01) trên cơ sở ứng
dụng kỹ thuật vi xử lý - công nghệ tin học nhằm đảm bảo phục vụ trang thiết bị đo
lường, hướng tới cải tiến, chế tạo các phần máy đo công suất cao tần hiện đang
trang bị trong các đơn vị quân đội, từng bước tiến đến chủ động thiết kế chế tạo
trong nước đảm bảo nhu cầu trang bị và khí tài quân sự.
3. BỐ CỤC CỦA ĐỀ TÀI
Nội dung chính của luận văn được chia làm bốn chương:
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐO CÔNG SUẤT
Giới thiệu tổng quan về máy đo công suất;
Giới thiệu tổng quan các khái niệm liên quan đến phép đo công suất; các
phương pháp đo công suất cao tần dùng nhiệt điện trở.
CHƢƠNG II: THIẾT KẾ MÁY ĐO CÔNG SUẤT SIÊU CAO TẦN
M3-22ACT01
Đưa ra mục tiêu của đề tài; Nội dung nghiên cứu của đề tài; phương pháp
nghiên cứu của đề tài; đặc tính kỹ thuật cơ bản cần đạt được của M3-22ACT01; cơ
sở lý thuyết, kỹ thuật và phương pháp tuyến tính hóa đặc tuyến của các bộ biến đổi;
đưa ra giải pháp thiết kế máy đo công suất M3-22ACT01.
2
CHƢƠNG III: PHƢƠNG PHÁP KIỂM TRA ĐO LƢỜNG MÁY ĐO
CÔNG SUẤT CAO TẦN M3-22ACT01
Chương này trình bày các bước kiểm tra đo lường của máy đo công suất cao
tần M3-22ACT01 để kiểm tra sau khi sản xuất mới hoặc sau sửa chữa
CHƢƠNG IV: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ
Trình bày các kết quả thực nghiệm đã đạt được và bảng kết số liệu kiểm tra
đo lường của trung tâm đo lường quân đội
4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Dựa vào lý thuyết, các phương pháp đo công suất cao tần và ứng dụng các
giải pháp điện tử - tin học để xây dựng cấu trúc và thiết kế thực máy đo công suất.
- Nghiên cứu lý luận: Tổng hợp các tài liệu kỹ thuật, công nghệ, phân tích và
đánh giá nội dung liên quan đến đề tài.
- Phương pháp thực nghiệm: Khảo sát, phân tích thiết kế máy đo công suất
cao tần và ứng dụng các giải pháp điện tử - tin học để xây dựng cấu trúc và thiết kế
thực Máy đo công suất.
3
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐO CÔNG SUẤT
1.1 Các khái niệm
Công suất cao tần của một nguồn dao động nào đó, dù là tín hiệu liên tục hay
tín hiệu xung, đều là một đại lượng của năng lượng điện tiêu thụ trên tải trong một
đơn vị thời gian.
Trong mạch điện một chiều, công suất tiêu thụ trên tải bằng tích số của dòng
điện và điện áp đặt trên tải.
Pmộtchiều = U×I = U2/R = I2R (1.1)
Trong mạch điện xoay chiều, công suất tức thời p được xác định:
p = u.i (1.2)
ở đây: u là trị số tức thời của điện áp
i là trị số tức thời của dòng điện.
Trong mạch điện có dạng điều hoà, thì biểu thức công suất tiêu thụ trên tải là:
1 T
T 0
P pdt UI cos (1.3)
Biểu thức (1) là trị trung bình của công suất trong một chu kỳ, nó còn được
gọi là công suất thực hiện. Còn công suất phản kháng thì bằng :
Q = UIsin (1.4)
Ở đây, U và I là trị số hiệu dụng, còn là góc lệch pha giữa điện áp và dòng
điện. Trị số cos biểu thị đặc tính của tải :
cos = R/Z (1.5)
Ở đây: R là thành phần thuần trở,
Z R 2 X 2 là trở kháng; X là thành phần điện kháng của tải.
Trên thực tế thì thông thường chỉ cần xác định được trị số công suất thực hiện.
Khi mạch điện ở chế độ xung, thì cần xác định trị số công suất xung. Trị số công
suất xung là trị số công suất trung bình trong khoảng thời gian tồn tại của xung
như hình 1.1(a).
1
0
Pxg uidt (1.6)
4
u u
um t um
0 um/2
0 t
T
b)
a) Hình 1.1: Tín hiệu điện
Trị số công suất trung bình của xung bằng trị trung bình trong khoảng chu kỳ
lặp lại của xung :
1 T
T 0
PTB uidt (1.7)
Quan hệ giữa Pxg và PTB là :
PTB Pxg (1.8)
T
Trường hợp tín hiệu xung có dạng như hình 1.1(b), thì công suất xung Pxg được
xác định như xung tương đương có hình chữ nhật mà biên độ cũng bằng U m, và thời
gian bằng khoảng thời gian tương ứng với mức nửa biên độ Um /2.
Trên thực tế dải đo công suất rất rộng. Các thiết bị có công suất lớn như máy
phát điện, các thiết bị có công suất nhỏ như máy thu, máy đo… như vậy dải đo công
suất có thể từ 10-6 W đến 107 W.
Đơn vị đo công suất tuyệt đối là Oát (W). Các đơn vị ước số và bội số của oát
mét từ nanô oát (nW) tới mêga oát (MW).
Đơn vị công suất tương đối là đêxiben oát, đêxiben mili oát(dBW, dBm) được
dùng để so sánh các mức công suất khác nhau.
Đơn vị công suất tương đối được xác định theo biểu thức :
P
lg (1.9)
P1
Ở đây: P là trị số công suất tính bằng W (hay mW),
P1 là trị số công suất ban đầu, bằng 1W (hay 1 mW),
đo bằng dBW (hay dBm) có dấu dương khi P > P1,
có dấu âm khi P < P1.
5
1.2 Phƣơng pháp đo công suất cao tần
Đo công suất siêu cao tần thường được chia thành 2 loại :
a) Đo công suất trên tải phối hợp trở kháng, hay đo công suất cực đại từ một
nguồn có công suất cần đo trên tải hấp thụ năng lượng. Trong phép đo này, tải được
xác định, có trị số bằng trở kháng đặc tính của đường truyền và là tải thuần trở. Sơ
đồ khối của phép đo này như hình 1.2:
Nguồn Tải Biến đổi Thiết
công suất hấp thụ năng bị chỉ
cần đo lượng thị
Đường Oát
truyền mét
Hình 1.2: Đo công suất trên tải có phối hợp trở kháng
Oát mét được mắc với nguồn công suất cao tần cần đo qua đường truyền.
Công suất hấp thụ bởi trở tải của oát-mét phụ thuộc vào sự phối hợp của nguồn
công suất cần đo. Công suất đo phụ thuộc vào cấp chính xác của oát-mét và độ phối
hợp của đường truyền với nguồn và với tải.
b) Đo công suất được hấp thụ trên tải bất kỳ hay đo công suất truyền qua.
Trong phép đo này, công suất đo được là một phần của nguồn công suất cần đo. Ví
dụ, đo công suất bức xạ bởi anten từ nguồn công suất phát ra từ một máy phát, hoặc
đo công suất tới tầng công suất cuối của tầng trước cuối của một máy phát. Sơ đồ
khối của phép đo này như hình 1.3.
Về cấu tạo thì oát-mét thường gồm ba khối: Khối hấp thụ, bộ biến đổi năng
lượng và thiết bị chỉ thị.
Các biện pháp biến đổi năng lượng phụ thuộc vào phương pháp đo và được
chia thành trực tiếp hay gián tiếp chỉ thị. Đó là cơ sở cấu tạo của các loại oát-mét.
Phép đo công suất được thực hiện trong dải công suất lớn và với dải tần số rất
rộng. Do đó có nhiều phương pháp đo khác nhau để đạt được sai số đo cho phép.
Các phương pháp đo cơ bản tuỳ thuộc vào khả năng chế tạo thiết bị nên chỉ thích
6
hợp trong từng dải tần số. Tuy nhiên, cũng có các phương pháp có thể áp dụng với
mọi dải tần tuỳ theo yêu cầu cụ thể của phép đo với một mức độ nào đó.
Ở các mạch điện một chiều, mạch xoay chiều tần số công nghiệp (50 Hz, 60
Hz) âm tần và cả tần số cao tần, thì phép đo công suất thực hiện bằng phương pháp
đo trực tiếp hay đo gián tiếp. Đo trực tiếp công suất được thực hiện bằng oát-mét.
Oát-mét có bộ biến đổi các đại lượng điện là một thiết bị “nhân” điện áp, và dòng
điện trên tải, để sao cho nó đầu ra được trực tiếp chỉ thị đại lượng đo là: P =UI cos
. Ví dụ, dụng cụ điện động, dùng bộ biến đổi “Hall” và loại dùng bộ nhân điện tử.
Tải Biến đổi Thiết
hấp thụ năng bị chỉ
lượng thị
Oát mét
Nguồn công Bộ phận Tải
suất cần đo ghép thực
Đường
truyền sóng
Hình 1.3: Đo công suất truyền qua
Đo gián tiếp công suất được thực hiện qua các phép đo dòng điện, điện áp và
trở kháng. Tuy nhiên trong nhiều trường hợp, không được thuận lợi như phương
pháp đo trực tiếp.
Ở siêu cao tần, đo công suất là một trong những phép đo cơ bản, chủ yếu để
xác định thông số đặc tính của tín hiệu. Phép đo được thực hiện bằng các phương
pháp biến đổi năng lượng điện từ thành các dạng năng lượng khác để đo. Ví dụ như
quang năng (phương pháp dùng tế bào quang điện), nhiệt năng (phương pháp dùng
nhiệt lượng-mét, điện trở), hay cơ năng (phương pháp dùng tác dụng cơ học của
sóng điện từ).
7
Hiện nay, có một phương pháp đo công suất dùng nhiều ở tất cả các dải tần
trong điện tử là phương pháp dùng hiệu ứng “Hall” trong chất bán dẫn.
Độ chính xác của phép đo công suất siêu cao tần được coi là cao nếu sai số
nhỏ hơn 5%, và là trung bình nếu sai số nhỏ hơn 25 %.
Giá trị công suất siêu cao tần đo được coi là lớn khi có trị số lớn hơn 10 W, là
trung bình khi có trị số từ 0,1 W đến 10 W, là nhỏ khi trị số từ 10 W đến 0,1 W,
rất nhỏ khi trị số công suất bé hơn 10 W.
1.3 Đo công suất ở siêu cao tần dùng nhiệt điện trở
Thường dùng 2 loại điện trở là bôlômét và thermistor để đo công suất. Do đó
còn gọi là phương pháp bôlômét và thermistor. Phần tử cảm biến của các bộ biến đổi
là các điện trở nhiệt. Phương pháp này dùng để đo công suất cao tần có trị số bé.
Thermistor là tải hấp thụ của nguồn công suất đo. Thông qua phép đo biến đổi trở
kháng của tải hấp thụ để tính toán công suất cần đo.
Về cấu tạo, bôlômét là sợi dây bằng bạch kim hay vônphram rất mảnh đặt
trong một ống thuỷ tinh. Trong ống thuỷ tinh có chứa khí trơ để tăng công suất cho
sợi dây khi được đốt bằng dòng điện với điều kiện : L = min /8, để cho sự phân bố
dòng điện trên sợi dây được đồng đều; min là độ dài bước sóng cực tiểu của nguồn
công suất đo.
Rb
Rb
()
() R = f(P)
60
220
R = f(P) 40
180 dR
dR P
P 20 dP
140 dP
100
5 10 15 P(mW) 0 40 80 120 P(mW)
Hình 1.3a: Sợi dây làm bằng bạch kim Hình 1.3b: Sợi dây làm bằng vônphram
8
Bôlômét là một loại điện trở nhiệt, khi nhiệt độ tăng thì trị số điện trở cũng
tăng. Đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc giữa trị số điện trở Rb và công suất tiêu thụ
như hình 1.3 (hình 1.3a:Sợi dây bằng bạch kim; hình 1.3b: Sợi dây bằng vônphram).
Điện trở trung bình của bôlômét không lớn, loại vônphram khoảng 50 và
loại bạch kim khoảng 200 .
Thermistor là loại điện trở nhiệt bằng chất bán dẫn. Hai dây nối kim loại là
bạch kim hay iridiom có đường kính bằng 20 - 30 m được nối với 2 đầu ống thuỷ
tinh, 2 đầu kia được nối với nhau qua một hạt cầu bé được làm từ chất bột bán dẫn.
Điện trở của thermistor khoảng chừng 100 đến 6000 . Nó là loại nhiệt
điện trở khi nhiệt độ tăng thì trị số điện trở giảm. Đồ thị biểu diễn quan hệ trị số điện
trở Rt của thermistor phụ thuộc vào công suất như trên hình 1.4.
R()
00
800
+200 -400
0
600 +60
400
200
4 8 12 16 P(mW)
Hình 1.4: Đặc tuyến công suất - điện trở của thermistor
So sánh giữa bôlômét và thermistor:
Ưu điểm của bôlômét: dễ chế tạo, ít bị phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường
chung quanh. Nhược điểm của bôlômét là dễ bị quá tải; kích thước chế tạo lớn nên
khả năng sử dụng ở đoạn sóng cm (khi < 10cm) bị hạn chế; điện kháng đầu vào
nhỏ; khó thực hiện với dây truyền tải; trị số điện trở phụ thuộc vào tần số (do hiệu
ứng bề mặt); có trị số điện cảm và điện dung bản thân lớn; sự phân bố dòng điện dọc
theo sợi dây đốt không đều.
9
Ưu điểm của thermistor là độ nhạy cao, dải biến thiên trị số điện trở rộng, ít bị
quá tải, kích thước nhỏ, trị số điện cảm và điện dung bé, thời gian làm việc lâu.
Nhược điểm của thermistor là khó chế tạo hơn, dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ của
môi trường xung quanh (hình 1.4).
Do các ưu nhược điểm trên đây, nên thermistor được sử dụng nhiều hơn để
đo công suất. Đặc biệt là khi cần đo công suất một cách chính xác.
Loại mạch đo được dùng nhiều nhất để đo công suất cao tần là mạch cầu, vì
mạch này có độ nhạy cao, dễ điều chỉnh. Có thể sử dụng cả hai loại mạch cầu là loại
mạch cân bằng và không cân bằng. Sự khác nhau của hai loại mạch cầu này chỉ ở
cách đo sự biến thiên của cầu khi có công suất đo tác động.
Hình 1.5 là một mạch cầu cân bằng đơn giản. Thermistor Rt0 được mắc ở bộ
phận mạch cao tần. Điện trở Rt0 (đối với dòng điện một chiều) là một trong bốn
nhánh cầu khi cân bằng. Các nhánh khác đều là các điện trở thuần. Một đường chéo
của cầu được cung cấp bởi nguồn điện áp một chiều E, còn đường chéo nữa mắc bộ
phận chỉ thị (ví dụ: micrô-ampemét từ điện) để chỉ thị sự cân bằng của cầu.
Rt 0 R1
M1
R3
' RM R2
I0(I0 )
R0
+ -
M2
E
Hình 1.5: Mạch cầu cân bằng gắn thermistor
Khi chưa có công suất cao tần tác động, dòng điện của nguồn điện E đi qua trở
nhiệt thermistor. Thay đổi điện trở R0 có thể thay đổi được trị số điện trở Rt0 để
thoả mãn sự cân bằng của cầu. Nghĩa là khi cầu cân bằng thì :
Rt0 .R2 = R1.R3 (1.10)
Sự cân bằng của cầu được chỉ thị bằng đồng hồ M1.
10
Khi có công suất cao tần tác dụng, điện trở Rt0 giảm, cầu đo bị mất cân bằng.
Sự mất cân bằng này được chỉ thị bằng M1. Muốn phục hồi lại sự cân bằng thì cần
phải giảm dòng điện một chiều I0 xuống trị số I0'. Các trị số I0 và I0’ được chỉ thị
bằng đồng hồ M2. Trong cả hai lần đo, cầu đều cân bằng, trị số điện trở Rt0 là bằng
nhau, vì công suất tiêu thụ trên tải trong hai trường hợp là như nhau. Ta có :
I 2 Rt 0 I 0 Rt
2 0
Pt 0 P~ (1.11)
4 4
Do đó, công suất cao tần cần đo P~ là :
Rt 0 2 Rt 0
I 0 I 0 I 0 I 0 I 0 I 0
2
P~ (1.12)
4 4
Xác định được Rt0, I0, I0' thì tính được công suất P~ cần đo theo (1.12).
Loại mạch đo kiểu cầu không cân bằng của oát-mét như hình 1.6. Đối với
mạch này công suất đo được biểu thị bằng mức độ mất cân bằng của cầu, và được
chỉ thị bởi dòng điện IM qua đồng hồ M. Đồng hồ M được khắc độ theo công suất.
Việc hiệu chỉnh hoặc khắc độ được tiến hành bằng cách thay thế điện trở nhiệt bằng
điện trở mẫu. Biết trị số điện trở mẫu và trị số dòng điện qua nó thì biết được công
suất tiêu thụ, và căn cứ vào đó mà tiến hành khắc độ hay chuẩn thang độ của đồng
hồ. Khi các thông số của thermistor thay đổi, cần chuẩn lại đồng hồ. Đó là một
nhược điểm và là nguyên nhân chủ yếu gây sai số đo, vì khi nhiệt độ môi trường
thay đổi, thông số của thermistor cũng bị thay đổi, máy đo sẽ bị mất chuẩn. Một
nhược điểm nữa là khi trị số công suất đo thay đổi thì điện trở của thermistor và
đường truyền tải thay đổi (trong mạch cầu cân bằng thì điện trở thermistor là không
đổi).
IM
Rt 0 R1
M
R3
RM
R2
R0
+ -
E
Hình 1.6: Mạch cầu không cân bằng dùng thermistor
11
Ưu điểm của loại oát-mét có mạch cầu không cân bằng là có khả năng
đo được trực tiếp sự thay đổi của công suất đo.
I0 R0
R2 R1
+
E
-
R3 Rt 0 Rt 0b
Hình 1.7: Mạch bù dùng thermistor mắc ngoài
Trong mạch đo cầu còn có bộ phận bù sự biến đổi điện trở của thermistor do
ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường. Sự bù này thường được thực hiện bằng cách
thêm một thermistor nữa (có đặc tính thông số tương tự) vào một nhánh cầu lân cận.
Khi nhiệt độ bên ngoài thay đổi, thì điện trở bản thân của chúng cũng bị biến đổi với
một trị số như nhau. Hình 1.7 là kiểu mạch bù khác, thermistor dùng để bù nhiệt độ
mắc ở mạch ngoài để phân dòng với cầu. Giả sử cầu đang cân bằng, do nhiệt độ môi
trường giảm xuống, thì Rt0 của thermistor tăng, cầu bị lệch cân bằng. Nhưng vì Rt0b
(điện trở của thermistor để bù nhiệt) cũng tăng, dòng điện trong mạch bù giảm, làm
tăng điện áp đặt trên cầu, dòng điện cấp cho mạch cầu tăng do vậy bù được sự tăng
của Rt0.
Các nguyên nhân gây sai số của phương pháp đo công suất bằng điện trở nhiệt là:
a) Sai số do mất phối hợp giữa điện trở của bôlômét hay thermistor với đường
truyền. Công suất đo được sẽ khác với công suất khi có hệ sóng đứng k=1. Khi k
biến đổi trong khảng từ 1,2 đến 1,3 thì sai số này vào khoảng 2%.
b) Sai số do sự biến đổi điện trở bôlômét hay thermistor phụ thuộc vào thay
đổi nhiệt độ môi trường. Sai số này của oát-mét dùng bôlômét nhỏ hơn oát-mét dùng
thermistor.
c) Sai số do nguồn cấp điện áp cho cầu không ổn định. Sai số này lớn hơn đối
với loại oát-mét dùng mạch cầu không cân bằng.
12
Đó là những sai số cơ bản, ngoài ra còn phải kể đến các sai số của thiết bị chỉ
thị như :
Sai số của máy đo cơ sở, sai số do khắc độ, sai số chỉnh "0".
1.4 Cơ sở lý thuyết, kỹ thuật và phƣơng pháp tuyến tính hoá đặc tuyến của các
bộ biến đổi
Một số khái niệm cơ sở phép đo công suất siêu cao tần trên thực tế chế tạo
đối với các bộ biến đổi công suất cao tần được hiểu như sau:
a) Hệ số biến đổi KBĐ là tỷ số tín hiệu ở đầu ra của bộ biến đổi ( hoặc sử thay
đổi công suất đầu ra của nó ) với công suất kích thích ở đầu vào ( hoặc sự thay đổi
công suất đầu vào ) đặc biệt đối với bôlômét và thermistor.
- Đối với các bộ biến đổi dùng phần tử cảm biến là nhiệt điện trở như
thermistor hoặc bôlômét ta có:
R (1.13)
KBĐ =
P W
ở đây: R là độ thay đổi giá trị điện trở nhiệt khi có thay đổi công
suất đầu vào P (của thermistor hoặc bôlômét ).
b) Hệ số hiệu dụng của đầu đo ( không có thứ nguyên) : là tỷ số K BĐ được
đo ở siêu cao tần với KBĐ được đo ở dòng 1 chiều ( hoặc dòng xoay chiều tần số
thấp), khi có hiệu ứng giống nhau ở đầu ra bộ biến đổi (đầu đo công suất).
Đối với bộ biến đổi bôlômét và thermistor thì hệ số hiệu dụng là tỷ số của
công suất thế của dòng một chiều với công suất siêu cao tần được hấp thụ ở bộ biến
đổi, tức là :
K BDSCT R PSCT P
K HD MotChieu (1.14)
K BDMotChieu R PMotChieu PSCT
Hệ số hiệu dụng đặc trưng về phương diện tổn hao công suất siêu cao tần trong
bộ biến đổi, do mất mát vào thành bộ biến đổi, rò rỉ ghép nối, bức xạ, cũng như sự
không tương đương thay thế công suất siêu cao tần bằng công suất của dòng điện một
chiều. Khi biết giá trị KHD và nếu công suất thế được đo tuyệt đối chính xác bởi máy đo
công suất (tức là PMotChiu = PChiThi) thì công suất cần đo được xác định:
13
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------------
NGUYỄN BẰNG HIẾN
THIẾT KẾ MÁY ĐO CÔNG SUẤT CAO TẦN
(M3-22ACT01)
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. NGUYỄN THỊ LAN HƯƠNG
Hà Nội - 2016
LỜI CAM ĐOAN
Sau thời gian nghiên cứu và học tập tại trường Đại học Bách Khoa Hà Nội,
với sự hướng dẫn và sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong Viện Điện. Và đặc
biệt là sự chỉ bảo tận tình của cô giáo hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Thị Lan Hương
đã giúp tôi hoàn thành luận văn đúng thời hạn và đạt được các mục tiêu đề ra.
Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung của luận văn mà tôi thực hiện trong thời
gian vừa qua là trung thực và không sao chép của ai.
Hà Nội, Ngày 16 tháng 11 năm 2016
Người cam đoan
i
LỜI CẢM ƠN
Trước tiên em xin được gửi lời cảm ơn tới Ban giám hiệu Trường Đại học Bách
Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện cho em được làm luận văn tốt nghiệp này. Sau thời
gian nghiên cứu và làm việc miệt mài luận văn tốt nghiệp của em đến nay đã cơ bản
đã hoàn thành. Có được thành quả đó, ngoài sự cố gắng nỗ lực của bản thân còn
phải kể đến sự giúp đỡ rất lớn từ cô giáo PGS.TS Nguyễn Thị Lan Hương, người đã
trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và cung cấp tài liệu, kiến thức cũng như kinh
nghiệm quý báu cho em trong suốt thời gian làm luận văn. Qua đây em xin được
bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô, kính chúc cô luôn mạnh khỏe và công tác tốt.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô của Viện Điện đã hết sức nhiệt tình
truyền thụ cho chúng em không chỉ những kiến thức chuyên môn mà cả những kinh
nghiệm quí báu. Bên cạnh đó còn tạo những điều kiện hết sức thuận lợi để em có
thể hoàn thành luận văn của mình.
Em xin gửi lời cảm ơn tới nhóm dự án của phòng Đo lường Vô tuyến điện-
Trung tâm Đo lường nơi em công tác đã giúp đỡ và hỗ trợ em trong thời gian qua.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè. Chính gia đình
và bạn bè đã là nguồn động viên hỗ trợ vô cùng to lớn giúp em thêm động lực và sự
khích lệ để hoàn thành luận văn này.
Học viên
Nguyễn Bằng Hiến
ii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................. I
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................... II
MỤC LỤC ........................................................................................................................ III
DANH MỤC BẢNG ......................................................................................................... V
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ................................................................................VI
MỞ ĐẦU............................................................................................................................. 1
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐO CÔNG SUẤT ...................................... 4
1.1 Các khái niệm .......................................................................................................4
1.2 Phương pháp đo công suất cao tần .......................................................................6
1.3 Đo công suất ở siêu cao tần dùng nhiệt điện trở ...................................................8
1.4 Cơ sở lý thuyết, kỹ thuật và phương pháp tuyến tính hoá đặc tuyến của các bộ
biến đổi ......................................................................................................................13
CHƢƠNG II: THIẾT KẾ MÁY ĐO CÔNG SUẤT CAO TẦN .......................... 17
(M3-22ACT01) ................................................................................................................ 17
2.1 Đặc trưng kỹ thuật của máy đo công suất cao tần (M3-22ACT01) ...................17
2.2 Giải pháp thiết kế máy đo công suất M3-22ACT01 ...........................................18
2.2.1 Xây dựng cấu trúc tổng thể M3-22ACT01 ......................................................20
2.2.2 Thiết kế khối cầu công tác và cầu bù cân bằng tự động ..................................21
2.2.3 Thiết kế khối xử lý và tính toán .......................................................................23
2.2.4 Thiết kế khối hiển thị .......................................................................................24
2.2.5 Thiết kế bàn phím.............................................................................................25
2.2.6 Thiết kế khối nguồn và nguồn chuẩn ...............................................................25
2.2.7 Thiết kế kết nối M3-22ACT01 và máy tính ....................................................26
2.2.8 Thiết kế phần mềm ...........................................................................................27
2.2.8.1 Lưu đồ tổng thể điều hành và xử lý số liệu của M3-22ACT01 ...................27
2.2.8.2 Lưu đồ tổng thể điều hành, xử lý số liệu của máy tính ghép nối ..................28
2.2.9 Thiết kế giao diện .............................................................................................29
iii
CHƢƠNG III: PHƢƠNG PHÁP KIỂM TRA ĐO LƢỜNG MÁY ĐO CÔNG
SUẤT CAO TẦN (M3-22ACT01) .............................................................................. 30
3.1 Điều kiện kiểm tra ...............................................................................................30
3.2 Phương tiện kiểm tra ...........................................................................................30
3.3 Các bước tiến hành kiểm tra. ..............................................................................31
3.4 Xác định các tham số đo lường. .........................................................................33
3.4.1 Xác định các tham số đo lường của máy đo cơ sở. ..........................................33
3.4.1.1 Xác định hệ số truyền của cầu công tác và cầu bù. .......................................33
3.4.2 Xác định sai số cơ bản đo công suất của máy khi có bộ biến đổi. ...................36
3.4.2.1 Kiểm tra khi làm việc với bộ biến đổi M5-29 ...............................................37
3.4.2.2 Kiểm tra khi làm việc với bộ biến đổi M5-30 ...............................................40
3.4.2.3 Kiểm tra khi làm việc với bộ biến đổi M5-31 ...............................................42
3.4.2.4 Kiểm tra khi làm việc với bộ biến đổi M5-32 ...............................................44
3.5 Xử lý chung .........................................................................................................47
CHƢƠNG IV: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ ............................ 48
4.1. Số liệu kỹ thuật và kết quả tính hệ số hiệu chuẩn của bộ biến đổi công suất ....48
4.2 Kết quả đánh giá..................................................................................................50
4.3 So sánh với máy đo công suất có tính năng tương đương ..................................57
KẾT LUẬN ...................................................................................................................... 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 59
iv
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Đặc tính các bộ biến đổi ............................................................................. 17
Bảng 3.1: Các phương tiện đo mẫu ............................................................................. 30
Bảng 3.2: Hệ số truyền của cầu công tác .................................................................... 35
Bảng 3.3: Sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-29 tại tần số 500 MHz ....... 38
Bảng 3.4: Sai số cơ bản của M3-22ACT01 tại 750 MHz ........................................... 39
Bảng 3.5: Sai số cơ bản của M3-22ACT01 tại 1 GHz ................................................ 39
Bảng 3.6: Sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-30 tại tần số 1 GHz ........... 41
Bảng 3.7: Sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-30 tại tần số 2 GHz ........... 41
Bảng 3.8: Sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-30 tại tần số 3 GHz ........... 42
Bảng 3.9: Sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-31 tại tần số 3 GHz ........... 43
Bảng 3.10: Sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-31 tại các tần số 4,5 GHz 44
Bảng 3.11: Sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-31 tại các tần số 5,5 GHz 44
Bảng 3.12: Sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-32 tại tần số 6 GHz ......... 45
Bảng 3.13: Sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-32 tại các tần số 8,0 GHz 46
Bảng 3.14: Sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-32 tại các tần số 12,5 GHz46
Bảng 4.1: Số liệu của bộ biến đổi M5-29 ................................................................... 48
Bảng 4.2: Số liệu của bộ biến đổi M5-30 ................................................................... 48
Bảng 4.3: Số liệu của bộ biến đổi M5-31 ................................................................... 49
Bảng 4.4: Số liệu của bộ biến đổi M5-32 ................................................................... 49
v
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Tín hiệu điện ................................................................................................ 5
Hình 1.2: Đo công suất trên tải có phối hợp trở kháng ................................................ 6
Hình 1.3: Đo công suất truyền qua............................................................................... 7
Hình 1.4: Đặc tuyến công suất - điện trở của thermistor ............................................ 9
Hình 1.5: Mạch cầu cân bằng gắn thermistor ............................................................. 10
Hình 1.6: Mạch cầu không cân bằng dùng thermistor ................................................ 11
Hình 1.7: Mạch bù dùng thermistor mắc ngoài .......................................................... 12
Hình 1.8: Sơ đồ kết cấu bộ biến đổi và giải thích việc hiệu đính giá trị công suất đo
được theo hệ số hiệu dụng và hệ số phản xạ. .............................................................. 14
Hình 2.1: Sơ đồ khối chức năng của M3-22ACT01 ................................................... 20
Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý của khối cầu công tác tự động cân bằng .......................... 21
Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý của khối cầu bù tự động cân bằng ................................... 22
Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý khối xử lý và tính toán ..................................................... 23
Hình 2.5: Sơ đồ khối bộ hiển thị màn hình tinh thể .................................................... 24
Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý điện của bàn phím ............................................................ 25
Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý của khối nguồn và nguồn chuẩn ...................................... 26
Hình 2.8: Lưu đồ tổng điều hành và xử lý số liệu của M3-22ACT01 ........................ 27
Hình 2.9: Lưu đồ tổng thể điều hành, xử lý số liệu của máy tính ghép nối ................ 28
Hình 2.10: Cửa sổ giao diện ban đầu trên máy tính .................................................... 29
Hình 2.11: Cửa sổ giao diện làm việc chính ............................................................... 29
Hình 3.1: Xác định hệ số truyền của cầu công tác ...................................................... 34
Hình 3.2: Xác định hệ số truyền của cầu cầu bù ......................................................... 35
Hình 3.3: Sơ đồ xác định sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-29............... 37
Hình 3.4: Sơ đồ xác định sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-30............... 40
Hình 3.5: Sơ đồ xác định sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-31.............. 42
Hình 3.6: Sơ đồ xác định sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-32.............. 44
Hình 4.1: Sản phẩm máy đo công suất cao tần M3-22ACT01 ................................... 50
vi
MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Hiện nay máy đo công suất cao tần do Nga chế tạo được sử dụng rất nhiều
trên khí tài quân sự cũng như các phòng thí nghiệm, các nhà máy, xưởng sửa
chữa...trong các Quân binh chủng như Phòng Không-Không Quân, Hải Quân, Tác
Chiến điện tử...
Máy đo công suất cao tần là thiết bị quan trọng nhất đảm bảo đo lường cho
các vũ khí - khí tài về lĩnh vực công suất cao tần. Máy đo công suất cao tần không
chỉ được sử dụng làm máy đo công tác, mà còn được sử dụng với vai trò là những
máy đo công suất mẫu để kiểm định các thiết bị đo khác, ví dụ kiểm định máy phát
công suất cao tần, hoặc khi kết hợp với các bộ chuẩn công suất họ KMC và Я2M,
và còn được sử dụng để kiểm định cho các máy đo công suất khác.
Máy đo công suất cao tần sản xuất tại Nga được chế tạo trên cơ sở công nghệ
cũ bán dẫn rời rạc, kỹ thuật tính toán được dựa trên kỹ thuật tương tự và không có
các bộ nhớ số liệu, nên không thể xử lý được vấn đề phi tuyến cao tần - siêu cao tần,
không tính toán được các phương trình công suất theo kiểu số học và không thể
giao tiếp máy tính PC. Máy đo công suất cao tần do Nga sản xuất với giá thành khá
cao.
Một vấn đề quan trọng khác được đặt ra là hiện chưa thể thay thế máy đo
công suất cao tần của Nga bằng các máy đo tư bản thế hệ mới, bởi các nguyên nhân
chính như sau:
- Giá thành của máy đo công suất của tư bản thường rất cao;
- Không ghép nối được máy đo công suất tư bản với đường truyền cao tần của trang
thiết bị quân sự do Liên xô (Nga), vì không tương thích về mặt kích thước vật lý,
không tương thích về dải tần số đối với kiểu đường truyền ống sóng và đồng trục,
kiểu trở kháng đồng trục 50 Ω và 75 Ω, cơ cấu ghép nối. Do vậy, đa số trường hợp
sẽ không ghép nối được, một số trường hợp có thể “ghép nối” nhưng thực sự là
không phù hợp và nếu cố “ghép nối” có thể gây sai số đo không lường trước được,
1
hoặc làm hư hỏng đường truyền cao tần tại đầu ghép nối (do hệ ren và kích thước
hình học của đường truyền giữa hai hệ khác nhau);
Dải tần, trở kháng sóng của đường truyền cao tần kiểu đồng trục và kiểu ống
dẫn sóng khác biệt nhiều giữa hệ Nga và hệ tư bản đời mới.
Ứng dụng kỹ thuật vi điện tử, kỹ thuật vi xử lý và tin học để thiết kế chế tạo
mới máy đo công suất tương thích hoàn toàn với các bộ biến đổi công suất của Nga
(M5-29; M5-30; M5-31; M5-32; M5-40; M5-41; M5-42; M5-43 với dải tần từ 30
MHz đến 16,7 GHz) và thiết kế thêm các tính năng mới, phù hợp với xu hướng thiết
kế của các hãng lớn trên thế giới và chủ động trong chế tạo, trang bị là nhiệm vụ
cấp thiết trong đảm bảo sẵn sàng chiến đấu của quân đội.
2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
Nghiên cứu thiết kế máy đo công suất cao tần (M3-22ACT01) trên cơ sở ứng
dụng kỹ thuật vi xử lý - công nghệ tin học nhằm đảm bảo phục vụ trang thiết bị đo
lường, hướng tới cải tiến, chế tạo các phần máy đo công suất cao tần hiện đang
trang bị trong các đơn vị quân đội, từng bước tiến đến chủ động thiết kế chế tạo
trong nước đảm bảo nhu cầu trang bị và khí tài quân sự.
3. BỐ CỤC CỦA ĐỀ TÀI
Nội dung chính của luận văn được chia làm bốn chương:
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐO CÔNG SUẤT
Giới thiệu tổng quan về máy đo công suất;
Giới thiệu tổng quan các khái niệm liên quan đến phép đo công suất; các
phương pháp đo công suất cao tần dùng nhiệt điện trở.
CHƢƠNG II: THIẾT KẾ MÁY ĐO CÔNG SUẤT SIÊU CAO TẦN
M3-22ACT01
Đưa ra mục tiêu của đề tài; Nội dung nghiên cứu của đề tài; phương pháp
nghiên cứu của đề tài; đặc tính kỹ thuật cơ bản cần đạt được của M3-22ACT01; cơ
sở lý thuyết, kỹ thuật và phương pháp tuyến tính hóa đặc tuyến của các bộ biến đổi;
đưa ra giải pháp thiết kế máy đo công suất M3-22ACT01.
2
CHƢƠNG III: PHƢƠNG PHÁP KIỂM TRA ĐO LƢỜNG MÁY ĐO
CÔNG SUẤT CAO TẦN M3-22ACT01
Chương này trình bày các bước kiểm tra đo lường của máy đo công suất cao
tần M3-22ACT01 để kiểm tra sau khi sản xuất mới hoặc sau sửa chữa
CHƢƠNG IV: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ
Trình bày các kết quả thực nghiệm đã đạt được và bảng kết số liệu kiểm tra
đo lường của trung tâm đo lường quân đội
4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Dựa vào lý thuyết, các phương pháp đo công suất cao tần và ứng dụng các
giải pháp điện tử - tin học để xây dựng cấu trúc và thiết kế thực máy đo công suất.
- Nghiên cứu lý luận: Tổng hợp các tài liệu kỹ thuật, công nghệ, phân tích và
đánh giá nội dung liên quan đến đề tài.
- Phương pháp thực nghiệm: Khảo sát, phân tích thiết kế máy đo công suất
cao tần và ứng dụng các giải pháp điện tử - tin học để xây dựng cấu trúc và thiết kế
thực Máy đo công suất.
3
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐO CÔNG SUẤT
1.1 Các khái niệm
Công suất cao tần của một nguồn dao động nào đó, dù là tín hiệu liên tục hay
tín hiệu xung, đều là một đại lượng của năng lượng điện tiêu thụ trên tải trong một
đơn vị thời gian.
Trong mạch điện một chiều, công suất tiêu thụ trên tải bằng tích số của dòng
điện và điện áp đặt trên tải.
Pmộtchiều = U×I = U2/R = I2R (1.1)
Trong mạch điện xoay chiều, công suất tức thời p được xác định:
p = u.i (1.2)
ở đây: u là trị số tức thời của điện áp
i là trị số tức thời của dòng điện.
Trong mạch điện có dạng điều hoà, thì biểu thức công suất tiêu thụ trên tải là:
1 T
T 0
P pdt UI cos (1.3)
Biểu thức (1) là trị trung bình của công suất trong một chu kỳ, nó còn được
gọi là công suất thực hiện. Còn công suất phản kháng thì bằng :
Q = UIsin (1.4)
Ở đây, U và I là trị số hiệu dụng, còn là góc lệch pha giữa điện áp và dòng
điện. Trị số cos biểu thị đặc tính của tải :
cos = R/Z (1.5)
Ở đây: R là thành phần thuần trở,
Z R 2 X 2 là trở kháng; X là thành phần điện kháng của tải.
Trên thực tế thì thông thường chỉ cần xác định được trị số công suất thực hiện.
Khi mạch điện ở chế độ xung, thì cần xác định trị số công suất xung. Trị số công
suất xung là trị số công suất trung bình trong khoảng thời gian tồn tại của xung
như hình 1.1(a).
1
0
Pxg uidt (1.6)
4
u u
um t um
0 um/2
0 t
T
b)
a) Hình 1.1: Tín hiệu điện
Trị số công suất trung bình của xung bằng trị trung bình trong khoảng chu kỳ
lặp lại của xung :
1 T
T 0
PTB uidt (1.7)
Quan hệ giữa Pxg và PTB là :
PTB Pxg (1.8)
T
Trường hợp tín hiệu xung có dạng như hình 1.1(b), thì công suất xung Pxg được
xác định như xung tương đương có hình chữ nhật mà biên độ cũng bằng U m, và thời
gian bằng khoảng thời gian tương ứng với mức nửa biên độ Um /2.
Trên thực tế dải đo công suất rất rộng. Các thiết bị có công suất lớn như máy
phát điện, các thiết bị có công suất nhỏ như máy thu, máy đo… như vậy dải đo công
suất có thể từ 10-6 W đến 107 W.
Đơn vị đo công suất tuyệt đối là Oát (W). Các đơn vị ước số và bội số của oát
mét từ nanô oát (nW) tới mêga oát (MW).
Đơn vị công suất tương đối là đêxiben oát, đêxiben mili oát(dBW, dBm) được
dùng để so sánh các mức công suất khác nhau.
Đơn vị công suất tương đối được xác định theo biểu thức :
P
lg (1.9)
P1
Ở đây: P là trị số công suất tính bằng W (hay mW),
P1 là trị số công suất ban đầu, bằng 1W (hay 1 mW),
đo bằng dBW (hay dBm) có dấu dương khi P > P1,
có dấu âm khi P < P1.
5
1.2 Phƣơng pháp đo công suất cao tần
Đo công suất siêu cao tần thường được chia thành 2 loại :
a) Đo công suất trên tải phối hợp trở kháng, hay đo công suất cực đại từ một
nguồn có công suất cần đo trên tải hấp thụ năng lượng. Trong phép đo này, tải được
xác định, có trị số bằng trở kháng đặc tính của đường truyền và là tải thuần trở. Sơ
đồ khối của phép đo này như hình 1.2:
Nguồn Tải Biến đổi Thiết
công suất hấp thụ năng bị chỉ
cần đo lượng thị
Đường Oát
truyền mét
Hình 1.2: Đo công suất trên tải có phối hợp trở kháng
Oát mét được mắc với nguồn công suất cao tần cần đo qua đường truyền.
Công suất hấp thụ bởi trở tải của oát-mét phụ thuộc vào sự phối hợp của nguồn
công suất cần đo. Công suất đo phụ thuộc vào cấp chính xác của oát-mét và độ phối
hợp của đường truyền với nguồn và với tải.
b) Đo công suất được hấp thụ trên tải bất kỳ hay đo công suất truyền qua.
Trong phép đo này, công suất đo được là một phần của nguồn công suất cần đo. Ví
dụ, đo công suất bức xạ bởi anten từ nguồn công suất phát ra từ một máy phát, hoặc
đo công suất tới tầng công suất cuối của tầng trước cuối của một máy phát. Sơ đồ
khối của phép đo này như hình 1.3.
Về cấu tạo thì oát-mét thường gồm ba khối: Khối hấp thụ, bộ biến đổi năng
lượng và thiết bị chỉ thị.
Các biện pháp biến đổi năng lượng phụ thuộc vào phương pháp đo và được
chia thành trực tiếp hay gián tiếp chỉ thị. Đó là cơ sở cấu tạo của các loại oát-mét.
Phép đo công suất được thực hiện trong dải công suất lớn và với dải tần số rất
rộng. Do đó có nhiều phương pháp đo khác nhau để đạt được sai số đo cho phép.
Các phương pháp đo cơ bản tuỳ thuộc vào khả năng chế tạo thiết bị nên chỉ thích
6
hợp trong từng dải tần số. Tuy nhiên, cũng có các phương pháp có thể áp dụng với
mọi dải tần tuỳ theo yêu cầu cụ thể của phép đo với một mức độ nào đó.
Ở các mạch điện một chiều, mạch xoay chiều tần số công nghiệp (50 Hz, 60
Hz) âm tần và cả tần số cao tần, thì phép đo công suất thực hiện bằng phương pháp
đo trực tiếp hay đo gián tiếp. Đo trực tiếp công suất được thực hiện bằng oát-mét.
Oát-mét có bộ biến đổi các đại lượng điện là một thiết bị “nhân” điện áp, và dòng
điện trên tải, để sao cho nó đầu ra được trực tiếp chỉ thị đại lượng đo là: P =UI cos
. Ví dụ, dụng cụ điện động, dùng bộ biến đổi “Hall” và loại dùng bộ nhân điện tử.
Tải Biến đổi Thiết
hấp thụ năng bị chỉ
lượng thị
Oát mét
Nguồn công Bộ phận Tải
suất cần đo ghép thực
Đường
truyền sóng
Hình 1.3: Đo công suất truyền qua
Đo gián tiếp công suất được thực hiện qua các phép đo dòng điện, điện áp và
trở kháng. Tuy nhiên trong nhiều trường hợp, không được thuận lợi như phương
pháp đo trực tiếp.
Ở siêu cao tần, đo công suất là một trong những phép đo cơ bản, chủ yếu để
xác định thông số đặc tính của tín hiệu. Phép đo được thực hiện bằng các phương
pháp biến đổi năng lượng điện từ thành các dạng năng lượng khác để đo. Ví dụ như
quang năng (phương pháp dùng tế bào quang điện), nhiệt năng (phương pháp dùng
nhiệt lượng-mét, điện trở), hay cơ năng (phương pháp dùng tác dụng cơ học của
sóng điện từ).
7
Hiện nay, có một phương pháp đo công suất dùng nhiều ở tất cả các dải tần
trong điện tử là phương pháp dùng hiệu ứng “Hall” trong chất bán dẫn.
Độ chính xác của phép đo công suất siêu cao tần được coi là cao nếu sai số
nhỏ hơn 5%, và là trung bình nếu sai số nhỏ hơn 25 %.
Giá trị công suất siêu cao tần đo được coi là lớn khi có trị số lớn hơn 10 W, là
trung bình khi có trị số từ 0,1 W đến 10 W, là nhỏ khi trị số từ 10 W đến 0,1 W,
rất nhỏ khi trị số công suất bé hơn 10 W.
1.3 Đo công suất ở siêu cao tần dùng nhiệt điện trở
Thường dùng 2 loại điện trở là bôlômét và thermistor để đo công suất. Do đó
còn gọi là phương pháp bôlômét và thermistor. Phần tử cảm biến của các bộ biến đổi
là các điện trở nhiệt. Phương pháp này dùng để đo công suất cao tần có trị số bé.
Thermistor là tải hấp thụ của nguồn công suất đo. Thông qua phép đo biến đổi trở
kháng của tải hấp thụ để tính toán công suất cần đo.
Về cấu tạo, bôlômét là sợi dây bằng bạch kim hay vônphram rất mảnh đặt
trong một ống thuỷ tinh. Trong ống thuỷ tinh có chứa khí trơ để tăng công suất cho
sợi dây khi được đốt bằng dòng điện với điều kiện : L = min /8, để cho sự phân bố
dòng điện trên sợi dây được đồng đều; min là độ dài bước sóng cực tiểu của nguồn
công suất đo.
Rb
Rb
()
() R = f(P)
60
220
R = f(P) 40
180 dR
dR P
P 20 dP
140 dP
100
5 10 15 P(mW) 0 40 80 120 P(mW)
Hình 1.3a: Sợi dây làm bằng bạch kim Hình 1.3b: Sợi dây làm bằng vônphram
8
Bôlômét là một loại điện trở nhiệt, khi nhiệt độ tăng thì trị số điện trở cũng
tăng. Đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc giữa trị số điện trở Rb và công suất tiêu thụ
như hình 1.3 (hình 1.3a:Sợi dây bằng bạch kim; hình 1.3b: Sợi dây bằng vônphram).
Điện trở trung bình của bôlômét không lớn, loại vônphram khoảng 50 và
loại bạch kim khoảng 200 .
Thermistor là loại điện trở nhiệt bằng chất bán dẫn. Hai dây nối kim loại là
bạch kim hay iridiom có đường kính bằng 20 - 30 m được nối với 2 đầu ống thuỷ
tinh, 2 đầu kia được nối với nhau qua một hạt cầu bé được làm từ chất bột bán dẫn.
Điện trở của thermistor khoảng chừng 100 đến 6000 . Nó là loại nhiệt
điện trở khi nhiệt độ tăng thì trị số điện trở giảm. Đồ thị biểu diễn quan hệ trị số điện
trở Rt của thermistor phụ thuộc vào công suất như trên hình 1.4.
R()
00
800
+200 -400
0
600 +60
400
200
4 8 12 16 P(mW)
Hình 1.4: Đặc tuyến công suất - điện trở của thermistor
So sánh giữa bôlômét và thermistor:
Ưu điểm của bôlômét: dễ chế tạo, ít bị phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường
chung quanh. Nhược điểm của bôlômét là dễ bị quá tải; kích thước chế tạo lớn nên
khả năng sử dụng ở đoạn sóng cm (khi < 10cm) bị hạn chế; điện kháng đầu vào
nhỏ; khó thực hiện với dây truyền tải; trị số điện trở phụ thuộc vào tần số (do hiệu
ứng bề mặt); có trị số điện cảm và điện dung bản thân lớn; sự phân bố dòng điện dọc
theo sợi dây đốt không đều.
9
Ưu điểm của thermistor là độ nhạy cao, dải biến thiên trị số điện trở rộng, ít bị
quá tải, kích thước nhỏ, trị số điện cảm và điện dung bé, thời gian làm việc lâu.
Nhược điểm của thermistor là khó chế tạo hơn, dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ của
môi trường xung quanh (hình 1.4).
Do các ưu nhược điểm trên đây, nên thermistor được sử dụng nhiều hơn để
đo công suất. Đặc biệt là khi cần đo công suất một cách chính xác.
Loại mạch đo được dùng nhiều nhất để đo công suất cao tần là mạch cầu, vì
mạch này có độ nhạy cao, dễ điều chỉnh. Có thể sử dụng cả hai loại mạch cầu là loại
mạch cân bằng và không cân bằng. Sự khác nhau của hai loại mạch cầu này chỉ ở
cách đo sự biến thiên của cầu khi có công suất đo tác động.
Hình 1.5 là một mạch cầu cân bằng đơn giản. Thermistor Rt0 được mắc ở bộ
phận mạch cao tần. Điện trở Rt0 (đối với dòng điện một chiều) là một trong bốn
nhánh cầu khi cân bằng. Các nhánh khác đều là các điện trở thuần. Một đường chéo
của cầu được cung cấp bởi nguồn điện áp một chiều E, còn đường chéo nữa mắc bộ
phận chỉ thị (ví dụ: micrô-ampemét từ điện) để chỉ thị sự cân bằng của cầu.
Rt 0 R1
M1
R3
' RM R2
I0(I0 )
R0
+ -
M2
E
Hình 1.5: Mạch cầu cân bằng gắn thermistor
Khi chưa có công suất cao tần tác động, dòng điện của nguồn điện E đi qua trở
nhiệt thermistor. Thay đổi điện trở R0 có thể thay đổi được trị số điện trở Rt0 để
thoả mãn sự cân bằng của cầu. Nghĩa là khi cầu cân bằng thì :
Rt0 .R2 = R1.R3 (1.10)
Sự cân bằng của cầu được chỉ thị bằng đồng hồ M1.
10
Khi có công suất cao tần tác dụng, điện trở Rt0 giảm, cầu đo bị mất cân bằng.
Sự mất cân bằng này được chỉ thị bằng M1. Muốn phục hồi lại sự cân bằng thì cần
phải giảm dòng điện một chiều I0 xuống trị số I0'. Các trị số I0 và I0’ được chỉ thị
bằng đồng hồ M2. Trong cả hai lần đo, cầu đều cân bằng, trị số điện trở Rt0 là bằng
nhau, vì công suất tiêu thụ trên tải trong hai trường hợp là như nhau. Ta có :
I 2 Rt 0 I 0 Rt
2 0
Pt 0 P~ (1.11)
4 4
Do đó, công suất cao tần cần đo P~ là :
Rt 0 2 Rt 0
I 0 I 0 I 0 I 0 I 0 I 0
2
P~ (1.12)
4 4
Xác định được Rt0, I0, I0' thì tính được công suất P~ cần đo theo (1.12).
Loại mạch đo kiểu cầu không cân bằng của oát-mét như hình 1.6. Đối với
mạch này công suất đo được biểu thị bằng mức độ mất cân bằng của cầu, và được
chỉ thị bởi dòng điện IM qua đồng hồ M. Đồng hồ M được khắc độ theo công suất.
Việc hiệu chỉnh hoặc khắc độ được tiến hành bằng cách thay thế điện trở nhiệt bằng
điện trở mẫu. Biết trị số điện trở mẫu và trị số dòng điện qua nó thì biết được công
suất tiêu thụ, và căn cứ vào đó mà tiến hành khắc độ hay chuẩn thang độ của đồng
hồ. Khi các thông số của thermistor thay đổi, cần chuẩn lại đồng hồ. Đó là một
nhược điểm và là nguyên nhân chủ yếu gây sai số đo, vì khi nhiệt độ môi trường
thay đổi, thông số của thermistor cũng bị thay đổi, máy đo sẽ bị mất chuẩn. Một
nhược điểm nữa là khi trị số công suất đo thay đổi thì điện trở của thermistor và
đường truyền tải thay đổi (trong mạch cầu cân bằng thì điện trở thermistor là không
đổi).
IM
Rt 0 R1
M
R3
RM
R2
R0
+ -
E
Hình 1.6: Mạch cầu không cân bằng dùng thermistor
11
Ưu điểm của loại oát-mét có mạch cầu không cân bằng là có khả năng
đo được trực tiếp sự thay đổi của công suất đo.
I0 R0
R2 R1
+
E
-
R3 Rt 0 Rt 0b
Hình 1.7: Mạch bù dùng thermistor mắc ngoài
Trong mạch đo cầu còn có bộ phận bù sự biến đổi điện trở của thermistor do
ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường. Sự bù này thường được thực hiện bằng cách
thêm một thermistor nữa (có đặc tính thông số tương tự) vào một nhánh cầu lân cận.
Khi nhiệt độ bên ngoài thay đổi, thì điện trở bản thân của chúng cũng bị biến đổi với
một trị số như nhau. Hình 1.7 là kiểu mạch bù khác, thermistor dùng để bù nhiệt độ
mắc ở mạch ngoài để phân dòng với cầu. Giả sử cầu đang cân bằng, do nhiệt độ môi
trường giảm xuống, thì Rt0 của thermistor tăng, cầu bị lệch cân bằng. Nhưng vì Rt0b
(điện trở của thermistor để bù nhiệt) cũng tăng, dòng điện trong mạch bù giảm, làm
tăng điện áp đặt trên cầu, dòng điện cấp cho mạch cầu tăng do vậy bù được sự tăng
của Rt0.
Các nguyên nhân gây sai số của phương pháp đo công suất bằng điện trở nhiệt là:
a) Sai số do mất phối hợp giữa điện trở của bôlômét hay thermistor với đường
truyền. Công suất đo được sẽ khác với công suất khi có hệ sóng đứng k=1. Khi k
biến đổi trong khảng từ 1,2 đến 1,3 thì sai số này vào khoảng 2%.
b) Sai số do sự biến đổi điện trở bôlômét hay thermistor phụ thuộc vào thay
đổi nhiệt độ môi trường. Sai số này của oát-mét dùng bôlômét nhỏ hơn oát-mét dùng
thermistor.
c) Sai số do nguồn cấp điện áp cho cầu không ổn định. Sai số này lớn hơn đối
với loại oát-mét dùng mạch cầu không cân bằng.
12
Đó là những sai số cơ bản, ngoài ra còn phải kể đến các sai số của thiết bị chỉ
thị như :
Sai số của máy đo cơ sở, sai số do khắc độ, sai số chỉnh "0".
1.4 Cơ sở lý thuyết, kỹ thuật và phƣơng pháp tuyến tính hoá đặc tuyến của các
bộ biến đổi
Một số khái niệm cơ sở phép đo công suất siêu cao tần trên thực tế chế tạo
đối với các bộ biến đổi công suất cao tần được hiểu như sau:
a) Hệ số biến đổi KBĐ là tỷ số tín hiệu ở đầu ra của bộ biến đổi ( hoặc sử thay
đổi công suất đầu ra của nó ) với công suất kích thích ở đầu vào ( hoặc sự thay đổi
công suất đầu vào ) đặc biệt đối với bôlômét và thermistor.
- Đối với các bộ biến đổi dùng phần tử cảm biến là nhiệt điện trở như
thermistor hoặc bôlômét ta có:
R (1.13)
KBĐ =
P W
ở đây: R là độ thay đổi giá trị điện trở nhiệt khi có thay đổi công
suất đầu vào P (của thermistor hoặc bôlômét ).
b) Hệ số hiệu dụng của đầu đo ( không có thứ nguyên) : là tỷ số K BĐ được
đo ở siêu cao tần với KBĐ được đo ở dòng 1 chiều ( hoặc dòng xoay chiều tần số
thấp), khi có hiệu ứng giống nhau ở đầu ra bộ biến đổi (đầu đo công suất).
Đối với bộ biến đổi bôlômét và thermistor thì hệ số hiệu dụng là tỷ số của
công suất thế của dòng một chiều với công suất siêu cao tần được hấp thụ ở bộ biến
đổi, tức là :
K BDSCT R PSCT P
K HD MotChieu (1.14)
K BDMotChieu R PMotChieu PSCT
Hệ số hiệu dụng đặc trưng về phương diện tổn hao công suất siêu cao tần trong
bộ biến đổi, do mất mát vào thành bộ biến đổi, rò rỉ ghép nối, bức xạ, cũng như sự
không tương đương thay thế công suất siêu cao tần bằng công suất của dòng điện một
chiều. Khi biết giá trị KHD và nếu công suất thế được đo tuyệt đối chính xác bởi máy đo
công suất (tức là PMotChiu = PChiThi) thì công suất cần đo được xác định:
13