9zip.ru Катушки Теслы Измерение токов высокой частоты

В этой статье содержатся отдельные абзацы из хорошей книги, описывающие замер высокочастотных токов. Эта информация поможет найти правильный способ определения баланса мощностей при поиске свободной энергии (разумеется, если не устраивает очевидный способ подтверждения того, что генерируется больше, чем потребляется - самозапитка автономного устройства).

При измерении тока (как и при любом виде измерений) измерительный прибор оказывает влияние на измеряемую величину. Это обусловлено тем, что:

1) измерительный прибор всегда потребляет некоторую энергию из измеряемой цепи;
2) всякий измерительный прибор переменного тока обладает реактивными параметрами - индуктивностью и емкостью, а также ёмкостью относительно «земли». (Под «землей» на высоких частотах следует понимать все окружающие предметы и, в первую очередь, металлические массы).

Собственная частота обычных высокочастотных амперметров лежит в области дециметровых волн.

Основные требования, которым должны удовлетворять амперметры широкого диапазона:
1) принцип работы амперметра не должен зависеть от частоты в интересующем нас диапазоне частот;
2) мощность, потребляемая амперметром, должна быть возможно меньше;
3) собственная ёмкость прибора, а также ёмкость прибора относительно земли должна быть как можно меньше;
4) частота собственных колебаний амперметра должна лежать возможно выше;
5) размеры рабочей части прибора должны быть малы по сравнению с длиной рабочей волны.

Чем выше частота тока, тем труднее создать прибор, удовлетворяющий этим требованиям. Поэтому измерение тока на очень высоких частотах (выше примерно 3000 Мгц) становится невозможным. Оценку тока на этих частотах производят, определяя величины, более доступные для измерения: напряжение, мощность, полное сопротивление, напряжённость поля.

Для измерения переменных токов в широком диапазоне частот наиболее часто применяют приборы, основанные на преобразовании переменного тока в постоянный; это преобразование осуществляют с помощью термопреобразователя, болометра и термистора. Эксплуатационные измерения, часто допускающие погрешность порядка 10-20%, производят преобразованием переменного тока в постоянный с помощью полупроводникового детектора (например, германиевого).

Так как измерение напряжения высокой частоты выполнить легче, чем измерение тока, то последний можно определить косвенно, измерив напряжение на сопротивлении, величина которого известна. Особенно широко применяется этот метод при измерении импульсных токов с большой скважностью.

Для целей градуировки используют фотоэлектрический преобразователь переменного тока в постоянный. На очень высоких частотах градуировку термоамперметров производят также, измеряя напряжение на подогревателе, сопротивление которого известно.

Ввиду того, что измерение тока полупроводниковыми выпрямителями, по существу, сводится к измерению напряжения, этот вопрос следует рассматривать отдельно. Измерение же весьма слабых токов болометрами или термисторами также рассматривается отдельно.

Термоэлектрические амперметры

Если взять два проводника из разнородных материалов, например один из нихрома, другой из константана, и соединить их в точках А и Б, то в пограничных слоях проводников возникают контактные разности потенциалов, компенсирующие друг друга при равенстве температур точек А и Б. Если же температуру одной из этих точек (например, точки А) повысить, то в цепи, образованной указанными проводниками, возникает постоянный по направлению ток. Этот ток — результат так называемой термоэлектродвижущей силы (термоэдс), величина которой зависит от материалов проводников и от разности температур «горячего» А и «холодного» Б концов. Обнаружить ток можно, разорвав цепь в точке Б и включив в разрыв магнитоэлектрический гальванометр или микроамперметр.

Проводники из разнородных металлов АБ и АБ' соединённые в точке А, называют термопарой, а точку А — термоспаем. Концы термопары Б и Б' соединяют с металлическими пластинами, обладающими значительной теплоемкостью, для того чтобы температура этих концов поддерживалась приблизительно неизменной и равной температуре окружающей среды.


В качестве материалов для термопар используют медь—константан, манганин-константан, нихром-константан, хромель—копель и др. Обычно используемые термопары развивают термоэдс, не превышающую примерно 15 мв (в рабочих условиях).

Явление термоэдс можно применить для измерения постоянного и переменного токов, если тепло, выделяющееся при прохождении измеряемого тока через соответствующим образом выполненный подогреватель, использовать для нагрева термоспая. Устройство, состоящее из подогревателя и термопары называют термопреобразователем. Сочетание же термопреобразователя и магнитоэлектрического прибора образует термоэлектрический амперметр.

В состав термопреобразователя может входить одна или несколько термопар. Термопреобразователь, содержащий одну термопару, называют термоэлементом. Практически применяют термоэлементы следующих типов:

1) подогревный контактный, в качестве подогревателя используется специальный
проводник, в середине которого на очень малой поверхности приваривается горячий конец термопары;
2) подогревный бесконтактный (или с косвенным подогревом), в котором непосредственный контакт между подогревателем и термопарой отсутствует. В подобных термоэлементах термопара отделена от подогревателя изолятором (стеклянная, кварцевая или фарфоровая бусинка). Условия передачи тепла от подогревателя к горячему концу термопары при этом ухудшаются, вследствие чего уменьшается чувствительность [т. е термоэдс (в мв), соответствующая изменению температуры подогревателя на 1°С] и возрастает тепловая инерция термоэлемента. Вместе с тем очень резко ослабляется связь между цепями измеряемого тока и термопары, так как элементом связи между ними является весьма малая ёмкость между подогревателем и термопарой (порядка 0,1-0,5 пФ). Это приводит к уменьшению погрешности измерения тока на высоких частотах. Поэтому на частотах порядка 10 Мгц и выше применяются исключительно бесконтактные подогревные термоэлементы.


Термоэлементы, рассчитанные на токи до 500 ма, помещают в вакуумированные или наполненные инертным газом стеклянные баллоны. Благодаря этому уменьшаются потери тепла, и повышается чувствительность термоэлементов.

Для измерения тока в диапазоне дециметровых волн применяются термоэлементы специальной конструкции, характеризующиеся тем, что они встраиваются в коаксиальную линию (типичную для этого диапазона волн) так, что образуют с ней конструктивно одно целое, причём сопротивление подогревателя по высокой частоте согласовано с линией.

Как и все приборы, построенные на принципе использования мощности, выделяющейся в них в виде тепла, термоэлектрические приборы подчиняются квадратичному закону. Это означает, что термоэдс, создаваемая термопарой, и ток, протекающий через гальванометр, пропорциональны, по крайней мере, в первом приближении квадрату эффективного значения тюка, протекающего через подогреватель (независимо от формы кривой этого тока), т. е шкала термоэлектрического прибора имеет квадратичный характер. По этой причине начальная часть шкалы, соответствующая примерно 20% предельного тока прибора, получается очень сжатой и практически не может быть использована. Инерционность термоэлектрических приборов довольно значительна, и эти приборы допускают даже кратковременную перегрузку не больше 50%.

Термоамперметры выполняются на пределы от 1 ма до десятков ампер. Подогреватели изготовляются из круглого или ленточного нихрома, константана, угля, платино-хромеля и других материалов и имеют очень небольшую длину, не превышающую часто 8—10 и даже 6 мм, что обеспечивает равномерное распределение тока вдоль них до весьма высоких частот. Сопротивление подогревателя зависит от предельного тока прибора. Так, в приборах с предельным током 1 ма оно равно примерно 1000 ом, в приборах до 10 ма — десяткам, в приборах на 100 ма — единицам ом.

Конструктивно подогреватели выполняются таким образом, чтобы с изменением частоты сопротивление их по возможности не изменялось. С этой целью для измерения малых токов (примерно до 100 ма) подогреватели изготовляют в виде очень тонких нитей диаметром 10—20 мк, сопротивление которых можно считать практически неизменным до частот примерно 1000 Мгц. В приборах на более значительные токи (свыше 1 а) применяют полые тонкостенные металлические или металлизированные керамические трубки.

Сопротивление проводов термопары обычно равно 10—30 ом. Это сопротивление необходимо знать для надлежащего выбора магнитоэлектрического прибора, который следует выбирать так, чтобы его сопротивление примерно равнялось сопротивлению термопары, а предел измерения составлял 0,25—0,5 ма.

Термопреобразователь помещают как внутри корпуса магнитоэлектрического прибора, так и вне его. Последняя конструкция удобна для телеизмерений, например для контроля тока в антеннах и контурах передатчиков при управлении с центрального пульта.

Продолжение - здесь.

Понравилась статья? Иосиф Виссарионович говорит: поделись с друзьями!