قياس الطاقة في دوائر التيار المتردد. قياس الطاقة

وزارة التعليم والعلوم في الاتحاد الروسي

جامعة ولاية بينزا

قسم المقاييس ونظم الجودة

خلاصة حول الموضوع

"قياس القدرة الكهربائية والطاقة"

اكتمل: الفن. غرام. 07PC1

رازاكوفا إي.خ.

تدقيق بواسطة: دكتوراه، أستاذ مشارك.

سافرونوفا ك.

بينزا، 2009

مقدمة ………………………………………………………………………………….3

1 قياس القدرة في الدوائر ذات التردد العالي و العالي ...............6

2 قياس قوة النبض …………………………………….11

أ) طريقة قياس متوسط القدرة مع مراعاة المعامل

ملء ……………………………………………………………………………………………………………………………………….11

ب) طريقة المقارنة مع القوة العاصمة……………………..12

ب) طريقة التكامل التفاضلي ............................ 13

د) طريقة أخذ العينات مع تخزين العينات ............................ 14

3 عدادات الطاقة الرقمية ……………………………..15

4 عدادات كهرباء تكييفعلى

على أساس آليات القياس التعريفي ...........................16

5 عدادات رقمية الطاقة الكهربائية……………………………….18

قائمة المراجع …………………………………………….20

مقدمة

يتم إجراء قياس الطاقة في دوائر التيار المباشر والمتناوب ذات التردد المنخفض والعالي، وكذلك في دوائر النبض لمختلف معدات القياس والكهرباء والاستقبال والإرسال. يقع نطاق القوى المقاسة في حدود 10 -16 - 10 9 واط.

تختلف طرق القياس بشكل كبير عن بعضها البعض اعتمادًا على معلمات الدائرة التي يتم فيها قياس الطاقة وحد تغير الطاقة ونطاق التردد.

في دوائر التيار المستمر، يتم تحديد استهلاك الطاقة للحمل بواسطة منتج التيار في الحمل وانخفاض الجهد عبره:

ف = واجهة المستخدم = أنا 2 ر.

في دوائر التيار المتردد، القيمة اللحظية لاستهلاك الطاقة هي: p(t) = u(t)i(t).

إذا كانت u(t) وi(t) دالتين دوريتين للوقت مع الفترة T، فإن متوسط قيمة استهلاك الطاقة خلال الفترة يسمى الطاقة، أو الطاقة النشطة P. الطاقة P مع قيمة الطاقة اللحظية p(t) هي المتعلقة بالتعبير

Р = 1/Т ∫ p(t)dt = 1/T∫ uidt.

يتم قياس الطاقة بالوحدات المطلقة - واط، ومشتقات الواط والوحدات النسبية - ديسيبل واط ±α = 10lg (P/Po)، حيث P هي القيمة المطلقة للطاقة بالواط (أو ملي واط)، Po هي الصفر (المرجع) مستوى الطاقة يساوي 1 ميجاوات (أو 1 ميجاوات)، يرتبط بالجهد الصفري المطلق Uo والتيار Io من خلال مقاومة قياسية Ro بنسبة Po = U 2 o / Ro = I 2 o Ro. لقياس القدرة، يتم استخدام طرق القياس المباشرة وغير المباشرة. يتم إجراء القياسات المباشرة باستخدام مقاييس الواط الكهربائية والديناميكية الحديدية والإلكترونية، ويتم تقليل القياسات غير المباشرة لتحديد الطاقة باستخدام مقياس التيار الكهربائي ومقياس الفولتميتر أو راسم الذبذبات.

يجب أن تبقى الطاقة التفاعلية عند الحد الأدنى؛ يقوم موردو الكهرباء بمعاقبة المستهلكين لتوصيل الأحمال ذات معامل الطاقة الضعيف بالشبكة. يوضح الشكل 1 دائرة تعمل بالتيار المتردد. يمكن ملاحظة أنه يمكن التخلص من القدرة التفاعلية إذا تم اتخاذ التدابير لضمان المساواة VC = VL، أي أنه يتم إجراء تصحيح معامل القدرة.

في الترددات المنخفضة، يتم حساب الطاقة عادة من قيم التيار والجهد المقاسة. عند الترددات العالية التي تزيد عن 1 ميجا هرتز، تكون قياسات الطاقة أكثر ملاءمة ودقة، ويمكن حساب الجهد والتيار. عند الترددات التي تزيد عن 1 جيجا هرتز، يصبح مفهوما الجهد والتيار بلا معنى، وتظل الطاقة عمليًا هي المعلمة الوحيدة القابلة للقياس.

في دائرة التيار المتردد، تتغير الطاقة بشكل مستمر مع التغيرات في الجهد والتيار. تقيس الأجهزة الطاقة المتوسطة أو الثابتة، والتي عند التشغيل على ترددات الراديو تعني متوسط الطاقة على عدد كبير من الدورات. تعتمد الفترة التي يتم خلالها إجراء المتوسط على نوع الإشارة. بالنسبة للإشارة المستمرة، يتم حساب متوسط الطاقة على عدد كبير من فترات التردد العالي. في حالة الإشارة ذات السعة، يتم تنفيذ متوسط الطاقة على مدار عدة دورات، وبالنسبة للإشارة النبضية - على عدد كبير من النبضات.

غالبًا ما يتم التعبير عن قياسات القدرة النسبية بالديسيبل (dB). الديسيبل هو عُشر يلا. على سبيل المثال، إذا كانت P2 هي الطاقة عند دخل مكبر الصوت، وP1 هي الطاقة عند الخرج، فإن الكسب يساوي

جي (ديسيبل) = 10 لتر P1/P2.

يعتبر الديسيبل مفيدًا لقياس الطاقة لأنه يوفر المزيد شكل مدمجالسجلات؛ للعثور على كسب دائرة متعددة المراحل، يكفي إضافة مكاسب المراحل الفردية بدلاً من ضربها.

في التيار الكهربائي والترددات المنخفضة، يتم استخدام آلية القياس الكهروديناميكية على نطاق واسع. إنها مناسبة لقياس مستويات الطاقة العالية نسبيًا.

الأدوات المصممة لقياس الطاقة عند الترددات العالية وفائقة الارتفاع هي من نوعين: عدادات الطاقة الممتصة التي تحتوي على حملها الخاص، وخطوط القياس التي يقع فيها الحمل على مسافة معينة. تعتبر أجهزة الامتصاص أكثر دقة وعادةً ما تشتمل على حمل 50 أوم للتشغيل عالي التردد.

قياس القدرة في الدوائر ذات التردد العالي و العالي.

يتم إجراء قياسات الطاقة المباشرة وغير المباشرة في دوائر عالية التردد وعالية التردد. في بعض الحالات، يفضل القياسات غير المباشرة، لأنه من الأسهل قياس الجهد والتيار والمقاومة من قياس الطاقة. يتم إجراء القياسات المباشرة بشكل أساسي باستخدام مقاييس الواط الإلكترونية. تستخدم بعض مقاييس الواط الإلكترونية آليات قياس كهروديناميكية مع تضخيم أولي للتيار والجهد أو مع تصحيح أولي لهذه الكميات. كآلية قياس، يمكنهم استخدام مقياس إلكتروستاتيكي مع مضخمات الجهد والتيار، بالإضافة إلى آليات كهرومغناطيسية ذات رباعيات. يتم تصنيع المربعات الرباعية على الثنائيات أشباه الموصلات والمحولات والعناصر غير الخطية الأخرى، والتي يتم تشغيلها في القسم التربيعي لخاصية الجهد الحالي. يتم استبدال عملية الضرب في المربعات بعمليات الجمع والتربيع. في نطاق التردد الذي يصل إلى مئات الميغاهيرتز، يتم استخدام مقاييس الواط المزودة بأجهزة استشعار Hall.

في الترددات فوق العالية، يتم قياس الطاقة عن طريق تحويل الطاقة إلى حرارة (طرق قياس السعرات الحرارية)، وضوء (طرق القياس الضوئي)، وما إلى ذلك.

المسعر.تُستخدم أجهزة قياس السعرات الحرارية لقياسات الطاقة العالية بشكل أساسي في مختبرات القياس. يتكون المسعر من مقاومة الحمل في غلاف عازل للحرارة، مغمور في بيئة سائلة أو هوائية. يمكن أن يكون السائل ثابتًا أو يتدفق داخل وخارج المسعر بسرعة معروفة. يتم قياس درجة حرارة مخرج السائل ومدخله. إذا r هو معدل تدفق مادة التبريد بـ [cm 3 / s]، d هي كثافته بـ [g / cm 3]، s هي الحرارة النوعية لغاز التبريد، Ti هي درجة حرارة مدخله و To هو مخرجه، إذن يتم تحديد الطاقة Pi المتبددة في المسعر بالتعبير

Pi = (إلى - Ti)rds/0، 2389 واط

في القياسات المسعرية، نطبق طريقة الاستبدال. على سبيل المثال، بعد إجراء قياسات عالية التردد، يتم تطبيق طاقة التيار المستمر على المسعر، مما يعطي نفس الفرق في درجة الحرارة

(To – Ti) تحت نفس ظروف التبريد. يتم بعد ذلك قياس طاقة التيار المستمر واعتبارها مساوية لقوة إشارة التردد اللاسلكي.

قياس الطاقة باستخدام مقياس الواط المقوم الإلكتروني.يظهر الشكل 2 رسمًا تخطيطيًا لمقياس الواط الإلكتروني مع رباعي مصنوع من ثنائيات أشباه الموصلات. يحتوي مقياس الواط على مقاومتين في الدائرة الحالية، مقاومتهما R1 = R2 أقل بكثير من مقاومة الحمل، ومقاومتان بمقاومتين R3، R4 في دائرة الجهد. تعمل المقاومات R3 و R4 كمقسم للجهد، وبالتالي فإن المقاومة R3 + R4 أكبر بكثير من مقاومة الحمل ZH.

يتناسب انخفاض الجهد عبر المقاومات R1 = R2 مع تيار الحمل k1i، ويتناسب انخفاض الجهد عبر المقاوم R3 للمقسم مع الجهد عبر الحمل، أي k2u. كما يتبين من الرسم البياني، فإن الفولتية u1 وu2 على الثنائيات VD1 وVD2 ستكون على التوالي:

u1 = k2u + k1i; u2 = k2u - k1i.

مع نفس خصائص الصمام الثنائي والتشغيل على القسم التربيعي لخاصية الجهد الحالي، فإن التيارات i1 و i2 تتناسب مع مربعات الفولتية.

الشكل 2 رسم تخطيطيمقياس الواط المعدل الإلكتروني

التيار في دائرة الجهاز ii = (i1 – i2)R/Ri. يتناسب مكون التيار المباشر، الذي يتم قياسه بواسطة جهاز كهرومغناطيسي، عند u = Umaxsinωt وi = Imax sin(ωt±φ) مع القدرة النشطة:

II = 1/T∫kuidt = k 1/T uidt = kUIcosφ = kPx،

حيث Px هي القوة المقاسة.

تتميز مقاييس الواط الإلكترونية، التي تشتمل دائرتها على الثنائيات، بدقة منخفضة، وخطأ في القياس ±(1.5 - 6)%، وحساسية منخفضة، واستهلاك مرتفع للطاقة، ونطاق تردد محدود.

قياس الطاقة باستخدام مقياس الواط الكهروحراري.يمكن توسيع نطاق التردد إلى 1 ميجاهرتز إذا كان المربّع مبنيًا على محولات حرارية غير متصلة. يختلف مقياس الواط الكهروحراري عن المقوم في أنه بدلاً من الثنائيات، يتم تشغيل سخانات مزدوجة حرارية غير متصلة، ويتناسب الفرق في المجالات الكهرومغناطيسية الحرارية عند الأطراف الباردة، المقاس بواسطة مقياس الميليفولتميتر الكهرومغناطيسي، مع متوسط استهلاك الطاقة للحمل .

تُستخدم مقاييس الواط الحرارية لقياس الطاقة في الدوائر ذات الشكل الموجي للتيار والجهد غير الجيبية. عند قياس الطاقة في الدوائر ذات التحول الكبير في الطور بين الجهد والتيار، عند تحديد خطأ التردد لمقاييس الواط الكهروديناميكية.

قياس الطاقة باستخدام مقياس الواط مع محول هول.محول Hall عبارة عن جهاز ذو أربعة أطراف مصنوع على شكل رقاقة رقيقة أحادية البلورة من أشباه الموصلات. يتم توصيل محول T - T Hall للمحطات الحالية بمصدر خارجي للتيار المباشر أو المتردد والمحطات المحتملة

X - X، حيث يحدث EMF في اللحظة التي يعمل فيها المجال المغناطيسي على اللوحة - إلى مقياس الجهد. ترتبط الأطراف X – X بالأوجه الجانبية عند نقاط تساوي الجهد في حالة عدم وجود مجال مغناطيسي خارجي.

القوة الدافعة الكهربائية هول

حيث kx هو معامل تعتمد قيمته على مادة الألواح وحجمها وشكلها وكذلك على درجة الحرارة بيئةوالمعاني المجال المغنطيسي; ب – الحث المغناطيسي.

ستكون القوة الدافعة الكهربائية في Hall متناسبة مع القدرة إذا كانت إحدى كميات الخرج متناسبة مع الجهد u، والأخرى مع التيار عبر الحمل.

لتنفيذه، يتم وضع محول الطاقة Hall في فجوة مغناطيس كهربائي، حيث يتم تغذية ملف المغنطة L الخاص به بتيار يتناسب مع تيار الحمل، ومن خلال T - T يمر تيار يتناسب مع الجهد المطبق على الحمل Z القيمة الحالية محدودة بطريق المقاوم الإضافي. يتم تسجيل Hall EMF ex = kui = kp بواسطة مقياس الميلي فولتميتر الكهرومغناطيسي (k هو معامل التناسب). كهربائي قوةو طاقة. وقد تم تطوير مثل هذه الأدوات... ووسائل رقمية حساسة القياسات كهربائي قوةو طاقة. تستخدم أدوات القياس على نطاق واسع...

قياس كهربائيجسر DC واحد للمقاومة

أعمال المختبرات >> الصناعة والإنتاج

مقاومة. مقدمة. ل القياسات كهربائيالمقاومة تستخدم الطرق التالية... للتيارات الكبيرة قوة، يبرز في المقاومة، ... الأدب 1.بوبوف ضد. كهربائي القياسات. م.: طاقة. 1974. الفصل 6. 2. سافيليف...

ثلاث مراحل كهربائيالسلاسل، كهربائيسيارات, القياسات كهربائي طاقة, كهربائيالإضاءة، تصحيح التيار المتردد

دليل الدراسة >> الفيزياء

... كهربائيالسلاسل، كهربائيسيارات, القياسات كهربائي طاقة, كهربائيإضاءة... كهربائي طاقةيساوي المنتج قوة كهربائيسلاسل للوقت : حيث P - قوة، دبليو؛ ر - الوقت، ق. وحدة القياسات كهربائي طاقة ...

قوةومعامل قوةفي دوائر التيار المتردد

العمل المعملي >> الفيزياء

... طاقةالتيار إلى حراري و (أو) ميكانيكي طاقة، رد الفعل كهربائي قوةيتم تحويل التيار في الحمل التفاعلي المقابل إلى طاقة... نتائج القياسات. 1. احسب المجموع قوةف، معامل قوةكوس ورد الفعل قوة ...

من التعبير عن قدرة التيار المباشر P = IU يمكن ملاحظة أنه يمكن قياسها باستخدام مقياس التيار الكهربائي والفولتميتر بطريقة غير مباشرة. ومع ذلك، في هذه الحالة من الضروري إجراء قراءات متزامنة من جهازين وحسابات، مما يعقد القياسات ويقلل من دقتها.

لقياس القدرة في دوائر التيار المستمر، يتم استخدام أدوات تسمى مقاييس الواط، والتي تستخدم فيها آليات القياس الكهروديناميكية والديناميكية الحديدية.

يتم إنتاج مقاييس الواط الكهروديناميكية على شكل أجهزة محمولة ذات فئات عالية الدقة (0.1 - 0.5) وتستخدم لقياسات دقيقة لطاقة التيار المباشر والمتناوب عند الترددات الصناعية والعالية (حتى 5000 هرتز). غالبًا ما يتم العثور على مقاييس الواط الديناميكية الحديدية في شكل أجهزة لوحة ذات فئة دقة منخفضة نسبيًا (1.5 - 2.5).

تستخدم مقاييس الواط هذه بشكل أساسي في التيار المتردد للتردد الصناعي. في التيار المباشر لديهم خطأ كبير بسبب تباطؤ النوى.

لقياس الطاقة عند الترددات العالية، يتم استخدام مقاييس الواط الكهربائية الحرارية والإلكترونية، وهي عبارة عن آلية قياس كهرومغناطيسية مزودة بمحول طاقة نشط إلى تيار مباشر. في محول الطاقة، يتم تنفيذ عملية الضرب ui = p ويتم الحصول على إشارة خرج تعتمد على واجهة مستخدم المنتج، أي على الطاقة.

في الشكل. 1، أ يوضح إمكانية استخدام آلية القياس الكهروديناميكية لبناء مقياس الواط وقياس القدرة.

أرز. 1. مخطط توصيل عداد الطاقة (أ) ومخطط المتجهات (ب)

يُطلق على الملف الثابت 1، المتصل على التوالي بدائرة الحمل، دائرة مقياس الواط المتسلسلة، ويسمى الملف المتحرك 2 (مع مقاوم إضافي)، المتصل بالتوازي مع الحمل، دائرة متوازية.

بالنسبة لمقياس الواط DC:

دعونا نفكر في تشغيل مقياس الواط الكهروديناميكي على التيار المتردد. مخطط المتجهاتأرز. 1، ب مبني على الطبيعة الاستقرائية للحمل. يتخلف المتجه الحالي Iu للدائرة المتوازية عن المتجه U بزاوية γ بسبب بعض الحث للملف المتحرك.

ويترتب على هذا التعبير أن مقياس الواط يقيس الطاقة بشكل صحيح في حالتين فقط: عندما تكون γ = 0 و γ = φ.

حالة يمكن تحقيق γ = 0 عن طريق إنشاء دائرة متوازية، على سبيل المثال، عن طريق توصيل مكثف C بالسعة المناسبة، كما هو موضح بالخط المتقطع في الشكل. 1، أ. ومع ذلك، فإن رنين الجهد سيحدث فقط عند تردد معين. مع تغير التردد، يتم انتهاك الشرط γ = 0. عندما لا تساوي γ 0، يقوم مقياس الواط بقياس الطاقة مع وجود خطأ β ذوهو ما يسمى الخطأ الزاوي.

بزاوية صغيرة γ (γ عادة لا يزيد عن 40 - 50")، خطأ نسبي

في الزوايا φ بالقرب من 90 درجة، يمكن أن يصل الخطأ الزاوي إلى قيم كبيرة.

الخطأ الثاني المحدد لمقاييس الواط هو الخطأ الناتج عن استهلاك الطاقة لملفاته.

عند قياس الطاقة التي يستهلكها الحمل، من الممكن وجود اثنين، يختلفان عن طريق إدراج دائرتها الموازية (الشكل 2).

أرز. 2. دوائر لتوصيل اللف الموازي لمقياس الواط

إذا لم نأخذ في الاعتبار تحولات الطور بين التيارات والفولتية في الملفات ونعتبر الحمل H نشطًا تمامًا، فإن الأخطاء β (a) و β (b)، بسبب استهلاك الطاقة لملفات الواطميتر، لـ دوائر الشكل. 2، أ و ب:

حيث P i و Pu هما، على التوالي، الطاقة التي تستهلكها الدوائر المتسلسلة والمتوازية لمقياس الواط.

من الصيغتين β (a) و β (b) يتضح أن الأخطاء يمكن أن يكون لها قيم ملحوظة فقط عند قياس الطاقة في دوائر منخفضة الطاقة، أي عندما تكون Pi و Pi قابلة للمقارنة مع Рн.

إذا قمت بتغيير إشارة واحدة فقط من التيارات، فإن اتجاه انحراف الجزء المتحرك من مقياس الواط سيتغير.

يحتوي مقياس الواط على زوجين من المشابك (دوائر متتالية ومتوازية)، واعتمادًا على إدراجهما في الدائرة، قد يكون اتجاه انحراف المؤشر مختلفًا. لتشغيل مقياس الواط بشكل صحيح، يتم تحديد أحد كل زوج من المحطات بعلامة "*" (علامة النجمة) ويسمى "محطة المولد".

من التعبير عن قدرة التيار المباشر يمكن ملاحظة أنه يمكن قياسها باستخدام مقياس التيار الكهربائي والفولتميتر بطريقة غير مباشرة. ومع ذلك، في هذه الحالة من الضروري إجراء قراءات متزامنة من جهازين وحسابات، مما يعقد القياسات ويقلل من دقتها.

لقياس القدرة في دوائر التيار المتردد المباشرة وحيدة الطور، يتم استخدام أدوات تسمى مقاييس الواط، والتي تستخدم فيها آليات القياس الكهروديناميكية والديناميكية الحديدية.

تستخدم مقاييس الواط هذه بشكل أساسي في التيار المتردد للتردد الصناعي. في التيار المباشر، لديهم خطأ كبير بسبب تباطؤ النوى.

لقياس الطاقة عند الترددات العالية، يتم استخدام مقاييس الواط الكهربائية الحرارية والإلكترونية، وهي عبارة عن آلية قياس كهرومغناطيسية مزودة بمحول طاقة نشط إلى تيار مباشر. يقوم محول الطاقة بتنفيذ عملية الضرب ويحصل على إشارة خرج تعتمد على واجهة مستخدم المنتج، أي على الطاقة.

أرز. 8.3.

إذا لم نأخذ في الاعتبار تحولات الطور بين التيارات والفولتية في الملفات ونعتبر أن الحمل H نشطًا تمامًا، فإن الأخطاء وبسبب استهلاك الطاقة لملفات الواطميتر للدوائر (الشكل 8.3):

أين و هي، على التوالي، الطاقة التي تستهلكها الدوائر المتوالية والمتوازية لمقياس الواط.

من الصيغ من الواضح أن الأخطاء يمكن أن يكون لها قيم ملحوظة فقط عند قياس الطاقة في دوائر منخفضة الطاقة، أي عندما تكون قابلة للمقارنة مع .

إذا قمت بتغيير إشارة واحدة فقط من التيارات، فإن اتجاه انحراف الجزء المتحرك من مقياس الواط سيتغير.

قياس القدرة باستخدام تأثير هول

يمكن الحصول على مضاعفة القيم الحالية وفرق الجهد عند قياس الطاقة باستخدام محولات هول لأشباه الموصلات.

إذا تم وضع لوحة خاصة من أشباه الموصلات يتدفق من خلالها التيار (الشكل 8.4) ، متحمسًا بمجال كهربائي بكثافة E ، في مجال مغناطيسي بكثافة H (التحريض B) ، ثم بين نقاطها تقع على خط مستقيم عمودي على في اتجاهات تدفق التيار I والمجالات المغناطيسية، ينشأ فرق محتمل (تأثير هول)، يُعرف بأنه

حيث k هو معامل التناسب.

أرز. 8.4.

وفقًا لنظرية أوموف-بوينتنج، يتم تحديد كثافة التدفق للطاقة المرسلة لتذبذبات الموجات الصغرية عند نقطة معينة في المجال بواسطة المنتج المتجه للقوى الكهربائية والمغناطيسية لهذا المجال:

ومن ثم، إذا كان التيار I دالة للكثافة الكهربائية E، فيمكن الحصول باستخدام مستشعر Hall على الاعتماد التالي للجهد على طاقة المرور:

حيث g هو المعامل الثابت الذي يميز العينة. لقياس هذه القدرة، يتم وضع رقاقة شبه موصلة (Hall Plate - HP) في الدليل الموجي، كما هو موضح (الشكل 8.5).

أرز. 8.5.

يتمتع عداد الطاقة المرسل بالمزايا التالية:

يمكن أن تعمل تحت أي حمل، وليس فقط الحمل المطابق؛
الأداء العالي لمقياس الواط يجعل من الممكن استخدامه عند قياس الطاقة النبضية.

ومع ذلك، فإن التنفيذ العملي لمقاييس واط تأثير هول يعد مهمة صعبة إلى حد ما بسبب العديد من العوامل. ومع ذلك، هناك أجهزة قياس الواط التي تقيس قدرة النبض المرسلة حتى 100 كيلو واط مع خطأ لا يزيد عن 10٪.

طرق قياس القدرة عند الترددات العالية والفائقة

السلطة في منظر عامهي كمية فيزيائية يتم تحديدها من خلال العمل المنجز لكل وحدة زمنية. وحدة الطاقة - واط (W) - تقابل القدرة التي يتم بها تنفيذ جول واحد (J) من الشغل في ثانية واحدة.

في حالة التيار المباشر والتيار المتردد المنخفض التردد، غالبًا ما يتم استبدال قياس الطاقة المباشر بقياس قيمة جذر متوسط التربيع الجهد الكهربائيعلى الحمل U، القيمة الفعالة للتيار المتدفق خلال الحمل I، وزاوية الطور بين التيار والجهد. في هذه الحالة، يتم تحديد القوة بالتعبير:

في نطاق الميكروويف، يصبح قياس الجهد والتيار أمرًا صعبًا. تعد قابلية أبعاد دوائر الإدخال لأجهزة القياس مع الطول الموجي أحد أسباب غموض قياس الجهد والتيار.

وتصاحب القياسات أخطاء ترددية كبيرة. يجب أن نضيف أن قياس الجهد والتيار في مسارات الدليل الموجي لبعض أنواع الموجات يفقد معناه العملي، حيث لا يوجد مكون طولي في الموصل، ويكون فرق الجهد بين طرفي أي قطر لقسم الدليل الموجي صفرًا. لذلك، عند الترددات التي تبدأ من عشرات الميغاهيرتز، يصبح قياس الطاقة المباشر مفضلاً وأكثر دقة، وعند الترددات التي تزيد عن 1000 ميغاهيرتز، فإن هذا هو النوع الوحيد من القياس الذي يميز بشكل لا لبس فيه شدة التذبذبات الكهرومغناطيسية.

لقياس قوة الموجات الميكروية بشكل مباشر، يتم استخدام طرق تعتمد على القوانين الفيزيائية الأساسية، بما في ذلك طريقة القياس المباشر للكميات الأساسية: الكتلة والطول والوقت.

على الرغم من تنوع طرق قياس طاقة الموجات الصغرية، إلا أنها جميعًا تتلخص في تحويل طاقة تذبذبات الموجات الصغرية الكهرومغناطيسية إلى نوع آخر من الطاقة المتاحة للقياس: الطاقة الحرارية والميكانيكية وما إلى ذلك. ومن بين أدوات قياس طاقة الموجات الصغرية، أجهزة قياس الواط المعتمدة على الطرق الحرارية هي الأكثر انتشارا. يتم أيضًا استخدام عدد من الطرق الأخرى - المحرك العميق والمسبار وغيرها.

يعتمد مبدأ التشغيل للغالبية العظمى من عدادات طاقة الموجات الدقيقة، والتي تسمى مقاييس الواط، على قياس التغيرات في درجة الحرارة أو مقاومة العناصر التي تتبدد فيها طاقة التذبذبات الكهرومغناطيسية قيد الدراسة. تشمل الأدوات المعتمدة على هذه الظاهرة أجهزة قياس الطاقة الحرارية والثرمستور. أصبحت مقاييس الواط التي تستخدم الظواهر الدافعة (القوى الكهروميكانيكية) ومقاييس الواط التي تعمل على تأثير هول منتشرة على نطاق واسع. خصوصية الأول منهم هو إمكانية قياسات الطاقة المطلقة، والثانية - قياس الطاقة بغض النظر عن تنسيق مسار الترددات اللاسلكية.

بناءً على طريقة التضمين في مسار الإرسال، يتم تقسيم مقاييس الواط إلى نوع الإرسال ونوع الامتصاص. مقياس الواط من النوع المرسل عبارة عن جهاز ذو أربعة أطراف يتم فيه امتصاص جزء صغير فقط من الطاقة الإجمالية. يتم توصيل مقياس الواط من نوع الامتصاص، وهو عبارة عن شبكة ذات طرفين، في نهاية خط النقل، ومن الناحية المثالية، يتم امتصاص كل قوة الموجة الساقطة فيه. غالبًا ما يعتمد مقياس الواط من النوع المنقول على مقياس من نوع الامتصاص متصل بالمسار من خلال قارنة التوصيل الاتجاهية.

تعتمد طرق قياس السعرات الحرارية لقياس الطاقة على تحويل الطاقة الكهرومغناطيسية إلى طاقة حرارية في مقاومة الحمل، والتي تعد جزءًا لا يتجزأ من المقياس. يتم تحديد كمية الحرارة المتولدة من خلال التغيرات في درجات الحرارة في الحمل أو في البيئة التي يتم نقل الحرارة إليها. هناك مسعرات حرارية ثابتة (ثابتة الحرارة) ومسعرات تدفق (غير ثابتة الحرارة). في الأول، يتم تبديد طاقة الميكروويف في حمل معزول حراريًا، وفي الثاني، يتم توفير تدفق مستمر للسائل المسعري. تسمح لك أجهزة قياس السعرات الحرارية بقياس الطاقة من بضعة ملي واط إلى مئات الكيلو واط. تقيس المسعرات الثابتة مستويات الطاقة المنخفضة والمتوسطة، بينما تقيس مسعرات التدفق مستويات الطاقة المتوسطة والعالية.

حالة التوازن الحراري في الحمل المسعري لها الشكل:

حيث P هي قدرة الميكروويف المتبددة في الحمل؛ T وT 0 – الحمل ودرجات الحرارة المحيطة، على التوالي؛ ج , م - السعة الحرارية النوعية وكتلة الجسم المسعر. ك – معامل التبديد الحراري. يتم تمثيل حل المعادلة في النموذج

أين هو ثابت الزمن الحراري.

في حالة المسعر الثابت، يكون زمن القياس أقل بكثير من الثابت وتكون طاقة الميكروويف تساوي:

العناصر الرئيسية للمسعرات الثابتة هي الحمل المعزول حرارياً وجهاز قياس درجة الحرارة. من السهل حساب طاقة الموجات الميكروية الممتصة من المعدل المقاس لارتفاع درجة الحرارة والسعة الحرارية المعروفة للحمل.

تستخدم الأجهزة مجموعة متنوعة من النهايات عالية التردد المصنوعة من مادة عازلة صلبة أو سائلة، أو على شكل لوحة أو فيلم عالي المقاومة. يتم استخدام المزدوجات الحرارية ومقاييس الحرارة المختلفة لتحديد التغيرات في درجات الحرارة.

لنفكر في المسعر الثابت، حيث يتم تقليل متطلبات العزل الحراري وليس هناك حاجة لتحديد السعة الحرارية للفوهة المسعرية (الشكل 8.6). تستخدم هذه الدائرة طريقة الاستبدال. فيه، لمعايرة الجهاز 4، الذي يقيس زيادة درجة الحرارة عند تبديد الطاقة المقاسة الموردة إلى الذراع 1، يتم استخدام تيار مباشر معروف أو طاقة تيار منخفض التردد مقدمة إلى الذراع 2، ومن المفترض أن درجة حرارة الفوهة 3 يتغير بالتساوي عند تبديد القيم المتساوية لطاقة الميكروويف والتيار المستمر. يمكن لمقاييس السعرات الحرارية الثابتة قياس قوة عدة ملي واط مع خطأ أقل من .