Đo công suất

1

Ch¬ng6-§oc«ngsuÊt

6.1.C¸ckh¸iniÖmvµph¬ngph¸p®oc«ngsuÊt.6.2.§oc«ngsuÊthÊpthô.6.3.§oc«ngsuÊttruyÒnth«ng.

2

6.1.C¸ckh¸iniÖmvµph¬ngph¸p®oc«ngsuÊt.

6.1.1.Kh¸iniÖm. - PhÐp ®o c¬ b¶n ®o c¸c th«ng sè cña tÝn

hiÖu. C«ng suÊt cao tÇn cña tÝn hiÖu d¹ng liªn tôc

hay xung lµ ®¹i l îng n¨ng l îng ®iÖn tõ tiªu thô trªn t¶i trong mét ®¬n vÞ thêi gian.

- M¹ch ®iÖn mét chiÒu: P=UI. M¹ch ®iÖn xoay chiÒu: p = ui

3


6.1.1.Kh¸iniÖm.- M¹ch ®iÖn ®iÒu hoµ:

(*)

(*) lµ trÞ trung b×nh cña c«ng suÊt trong mét chu kú, cßn gäi lµ c«ng suÊt thùc hiÖn, c«ng suÊt t¸c dông.

cos1 UIpdtT

P

4


6.1.1.Kh¸iniÖm.- C«ng suÊt ph¶n kh¸ng: Q = UIsin U vµ I lµ trÞ sè hiÖu dông, lµ gãc lÖch pha

gi÷a ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn. TrÞ sè cos biÓu thÞ ®Æc tÝnh cña t¶i: cos

=

ZR

22 XRZ

5


6.1.1.Kh¸iniÖm.

u

t

T

Um

(a)

6

- M¹ch xung: TrÞ sè c«ng suÊt xung lµ trÞ sè c«ng suÊt trung b×nh trong

kho¶ng thêi gian tån t¹i cña xung

TrÞ sè c«ng suÊt trung b×nh b»ng trÞ trung b×nh trong kho¶ng chu kú cña xung:

u

t

Um

Um/2

(b)

uidtPvg 1

uidtT

P 1

7

- M¹ch xung: Quan hÖ gi÷a Pvg vµ P:

Tr êng hîp tÝn hiÖu xung cã d¹ng nh h×nh b, th× c«ng suÊt xung Pvg t×m ® îc x¸c ®Þnh nh xung t ¬ng ® ¬ng cã h×nh ch÷ nhËt mµ biªn ®é còng b»ng Um, vµ thêi gian b»ng kho¶ng thêi gian tÝnh tõ c¸c ®iÓm t ¬ng øng víi møc nöa biªn ®é Um/2.

TPP vg

8

- Trong kü thuËt ®iÖn tö, th«ng tin, giíi h¹n l îng tr×nh ®o c«ng suÊt kh¸ réng. Tõ çc thiÕt bÞ cã c«ng suÊt lín nh m¸y ph¸t, ®Õn çc thiÕt bÞ cã c«ng suÊt nhá nh m¸y thu, m¸y ®o… , cã c«ng suÊt tõ 10-6W ®Õn 107W, ë çc chÕ ®é c«ng t¸c kh¸c nhau (liªn tôc hay xung).

9

- §¬n vÞ ®o c«ng suÊt: + §¬n vÞ tuyÖt ®èi: O¸t (W), çc íc sè vµ béi sè

cña o¸t (tõ W tíi MW).

+ §¬n vÞ t ¬ng ®èi: ®ªxiben o¸t (dbW), ®exiben milio¸t (dbmW) dïng ®Ó so s¸nh çc møc c«ng suÊt ë çc vÞ trÝ kh¸c nhau trong kü thuËt th«ng tin.

10

- §¬n vÞ ®o c«ng suÊt: §¬n vÞ c«ng suÊt t ¬ng ®èi ® îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc:

P lµ trÞ sè c«ng suÊt tÝnh b»ng W (hay mW) t¹i mét vÞ trÝ ®o nµo ®ã

P1 lµ trÞ sè c«ng suÊt ban ®Çu, b»ng 1W (hay 1mW)

®o b»ng dbW (hay dbmW), cã dÊu d ¬ng khi P > P1, dÊu ©m khi P < P1.

1

lg10PP

11

6.1.2.Ph¬ngph¸p®oc«ngsuÊt. Trong ®o c«ng suÊt, ë siªu cao tÇn, cã hai nhiÖm

vô ph¶i gi¶i quyÕt 1. §o c«ng suÊt trªn t¶i cã phèi hîp trë kh¸ng, hay

®o c«ng suÊt cùc ®¹i ® îc hÊp thô cña n¨ng l îng tõ mét nguån cã c«ng suÊt cÇn ®o. Trong phÐp ®o nµy, t¶i ® îc x¸c ®Þnh cã trÞ sè b»ng trë kh¸ng ®Æc tÝnh cña ® êng d©y vµ t¶i thuÇn trë.

Nguån c«ng suÊt

cÇn ®o

T¶i hÊp thô

BiÕn ®æi

n¨ng l îng

ThiÕt bÞ chØ thÞ

O¸t mÐt

D©y truyÒn

12

6.1.2.Ph¬ngph¸p®oc«ngsuÊt. Trong ®o c«ng suÊt, ë siªu cao tÇn, cã hai nhiÖm

vô ph¶i gi¶i quyÕt 1. - Khi ®o, O¸t-mÐt ® îc m¾c víi nguån c«ng suÊt

cao tÇn cÇn ®o th«ng qua d©y truyÒn t¶i. VËy c«ng suÊt hÊp thô trªn ®iÖn trë t¶i cña o¸t-mÐt phô thuéc vµo sù phèi hîp cña nguån c«ng suÊt cÇn ®o kh«ng nh÷ng chØ phô thuéc vµo cÊp chÝnh x¸c cña o¸t-mÐt mµ cßn phô thuéc c¶ vµo møc ®é phèi hîp cña ® êng d©y víi nguån vµ víi t¶i.

13

2. §o c«ng suÊt ® îc hÊp thô trªn t¶i bÊt kú hay ®o c«ng suÊt truyÒn th«ng. Trong phÐp ®o nµy, c«ng suÊt ®o ® îc lµ mét phÇn cña nguån c«ng suÊt cÇn ®o. VÝ dô cÇn ®o c«ng suÊt bøc x¹ trªn anten tõ nguån c«ng suÊt ph¸t ra cña mét m¸y ph¸t; hay c«ng suÊt ® a tíi tÇng c«ng suÊt cuèi cña tÇng tr íc cuèi cña mét m¸y ph¸t…

T¶i hÊp thô

BiÕn ®æi

n¨ng l îng

ThiÕt bÞ chØ thÞ

O¸t mÐt

Nguån c«ng suÊt

D©y truyÒn sãng

Bé phËn ghÐp

T¶i thùc

14

2. - VÒ cÊu t¹o, th× o¸t-mÐt th êng gåm ba khèi (c¸c

khèi cã vÏ trong khung nÐt rêi trªn c¸c h×nh 6.2 vµ 6.3): t¶i hÊp thô, bé biÕn ®æi n¨ng l îng vµ thiÕt bÞ chØ thÞ.

15

- Tuú theo ph ¬ng ph¸p ®o ®Ó cã biÖn ph¸p biÕn ®æi n¨ng l îng thÝch hîp vµ trùc tiÕp hay gi¸n tiÕp chØ thÞ. §ã còng lµ c¬ së cÊu t¹o cña c¸c lo¹i o¸t-mÐt.

- PhÐp ®o cã d¶i l îng tr×nh ®o lín vµ d¶i tÇn sè ®o réng. Nªn cã nhiÒu ph ¬ng ph¸p ®o kh¸c nhau thÝch øng víi c¸c tr êng hîp cô thÓ ®Ó ®¹t ® îc sai sè ®o cho phÐp. Th êng tuú thuéc vµo kh¶ n¨ng chÕ t¹o thiÕt bÞ nªn chØ thÝch hîp cho tõng tÇn ®o¹n. Tuy nhiªn, còng cã ph ¬ng ph¸p ¸p dông víi mäi tÇn ®o¹n tuú theo yªu cÇu cô thÓ cña phÐp ®o.

16

- ë m¹ch mét chiÒu, m¹ch xoay chiÒu tÇn sè c«ng nghiÖp (50Hz, 60Hz), ©m tÇn, vµ c¶ cao tÇn, th× phÐp ®o ® îc thùc hiÖn b»ng ®o trùc tiÕp hay ®o gi¸n tiÕp.

+ §o trùc tiÕp dïng o¸t-mÐt cã bé biÕn ®æi c¸c ®¹i l îng ®iÖn lµ mét thiÕt bÞ “nh©n” ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn trªn t¶i, sao cho ®Çu ra ® îc trùc tiÕp chØ thÞ ®¹i l îng ®o lµ: P = UIcos. VÝ dô: dông cô ®iÖn ®éng, bé biÕn ®æi “Hall” vµ c¸c bé nh©n ®iÖn tö.

+ §o gi¸n tiÕp ® îc thùc hiÖn b»ng phÐp ®o dßng ®iÖn, ®iÖn ¸p vµ trë kh¸ng. PhÐp ®o b»ng v«n-mÐt vµ ampe-mÐt ®¬n gi¶n, song trong nhiÒu tr êng hîp, kh«ng thÓ thuËn lîi nh ph ¬ng ph¸p ®o trùc tiÕp.

17

- ë siªu cao tÇn, ®o c«ng suÊt lµ mét trong nh÷ng phÐp ®o c¬ b¶n, chñ yÕu ®Ó x¸c ®Þnh th«ng sè ®Æc tÝnh cña tÝn hiÖu. PhÐp ®o ® îc thùc hiÖn b»ng çc ph ¬ng ph¸p biÕn ®æi n¨ng l îng ®iÖn tõ thµnh çc d¹ng n¨ng l îng kh¸c ®Ó ®o. Çc d¹ng n¨ng l îng kh¸c vÝ dô nh quang n¨ng (dïng tÕ bµo quang ®iÖn), nhiÖt n¨ng (dïng nhiÖt l îng-mÐt, ®iÖn trë), hay c¬ n¨ng (dïng t¸c dông c¬ häc cña sãng ®iÖn tõ).

18

• HiÖn nay, ph ¬ng ph¸p ® îc dïng nhiÒu ë tÊt c¶ c¸c tÇn ®o¹n trong d¶i tÇn sè trong kü thuËt ®iÖn tö lµ ph ¬ng ph¸p dïng hiÖu øng “H«n” (Hall) trong chÊt b¸n dÉn.

• §é chÝnh x¸c cña c¸c ph ¬ng ph¸p ®o c«ng suÊt ë kü thuËt ®iÖn tö, ® îc coi lµ cao nÕu nh sai sè kh«ng qu¸ 5%, vµ lµ trung b×nh nÕu sai sè kh«ng qu¸ 25%.

• VÒ møc ®é, c«ng suÊt cña thiÕt bÞ ® îc coi lµ lín khi cã trÞ sè lín h¬n 10W; lµ trung b×nh khi cã trÞ sè tõ 10W ®Õn 0,1W; vµ ® îc coi lµ bÐ khi trÞ sè tõ 0,1W ®Õn 10-9W.

19

6.1.3.§oc«ngsuÊtëtÇnsèthÊpvµtÇnsècao.

1. Ph ¬ng ph¸p nh©n.

- C«ng suÊt t¸c dông cña dßng ®iÖn ®iÒu hoµ: P=UIcos.

- ViÖc ®o c«ng suÊt thùc hiÖn trùc tiÕp phÐp

nh©n ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn b»ng mét thiÕt bÞ nh©n.

20

6.1.3.§oc«ngsuÊtëtÇnsèthÊpvµtÇnsècao.

1. Ph ¬ng ph¸p nh©n.

- O¸t-mÐt ®iÖn ®éng ® îc cÊu t¹o theo ph ¬ng ph¸p nµy, trÞ sè chØ thÞ cña kim o¸t-mÐt lµ mét ®¹i l îng tû lÖ trùc tiÕp víi tÝch sè cña ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn trªn t¶i cÇn ®o. Nh ng o¸t-mÐt ®iÖn ®éng chØ cã thÓ dïng ®Ó ®o c«ng suÊt ë tÇn sè thÊp vµ møc c«ng suÊt t ¬ng ®èi, ®Æc tÝnh tÇn sè cña nã bÞ h¹n chÕ nhiÒu do c¶m kh¸ng cña c¸c cuén d©y vµ c¸c ®iÖn dung t¹p t¸n.

21

• Mét thiÕt bÞ m¹ch nh©n cã nhiÒu u ®iÓm vµ ® îc phæ biÕn dïng lµ thiÕt bÞ nh©n sö dông ®Æc tuyÕn bËc hai cña ®Ìn b¸n dÉn..

Bé ®¶o cùc

Bé tæn

g

Bé b×nh

ph ¬ng

x

Bé tæng

Bé b×nh

ph ¬ng

Bé tæng

§ång hå tõ diÖn

Bé ®¶o cùc

x1

x2

-x2

x1

x1-x2

x1+x2(x1+x2)2

(x1-x2)2

4x1x2

(a)

22

• Nguyªn lý cña m¹ch: dïng thuËt to¸n biÕn ®æi phÐp nh©n theo ®¼ng thøc:

• NÕu ®Çu vµo: x1 = Usint vµ x2 = Isin(t - ), lµ ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn trªn t¶i, ®Çu ra sÏ cã: 4x1x2 = 4UIsintsin (t-)

• BiÕn ®æi l îng gi¸c tÝch sè trªn, ta cã: 4x1x2 = 2UIcos - 2UIcos(2t-)

• §iÖn ¸p ® îc ®o b»ng ®ång hå tõ ®iÖn, song song víi ®ång hå cã m¾c tô ®iÖn, nªn trÞ sè chØ thÞ cña kim ®ång hå t ¬ng øng víi thµnh phÇn mét chiÒu: 2UIcos, tøc lµ c«ng suÊt cÇn ®o trªn t¶i.

2212

2121 41 xxxxxx

23

M¹ch ®iÖn cña mét o¸t-mÐt ®¬n gi¶n dïng ®ièt. PhÇn tö cã ®Æc tuyÕn bËc hai ë ®©y chÝnh lµ ®ièt.

mA

Nguån c«ng suÊt ®o

R R

R0R0D1 D2

I2I1

RtU

(b)

24

• §Ó cã ® îc phÇn tö cã ®Æc tuyÕn bËc hai cã thÓ dïng nhiÒu c¸ch nh c¸c phÇn tö t¸ch sãng hiÖu dông. VÝ dô nh phÇn ®Çu cña ®Æc tuyÕn dßng ®iÖn-®iÖn ¸p cña ®ièt hoÆc tranzito.

• Nh îc ®iÓm cña o¸t-mÐt dïng ph ¬ng ph¸p nh©n b»ng ®Æc tuyÕn bËc hai lµ yªu cÇu ®Ìn ph¶i cã ®Æc tuyÕn ®ång nhÊt. V× vËy th êng cã sai sè khi ®Ìn cã biÕn ®æi ®Æc tuyÕn, nh khi ®Ìn bÞ giµ ®i, khi ®Ìn bÞ thay thÕ hay khi cã sù thay ®æi ®iÖn ¸p cung cÊp. §Ó n©ng cao ®é chÝnh x¸c th× ®iÖn ¸p cung cÊp cho m¹ch ph¶i æn ®Þnh; nªn th êng hay thùc hiÖn håi tiÕp dßng ®iÖn.

• Sai sè cña lo¹i o¸t-mÐt nµy vµo kho¶ng 5 10%.

25

2. Ph ¬ng ph¸p ®o dßng ®iÖn trªn m¹ch cã trë kh¸ng ®· biÕt.

• Dïng ®Ó ®o c«ng suÊt ra cña mét m¸y ph¸t.

• Khi ®o, ng êi ta m¾c thay t¶i cña mét m¸y ph¸t (vÝ dô nh anten) b»ng mét ®iÖn trë t ¬ng ® ¬ng ®Æc biÖt (cã tÝnh tiªu chuÈn cao, Ýt thµnh phÇn ®iÖn kh¸ng, cã kh¶ n¨ng hÊp thô nhiÒu n¨ng l îng).

• TiÕn hµnh ®o dßng ®iÖn trªn ®iÖn trë t¶i, th× tõ ®ã cã thÓ x¸c ®Þnh ® îc c«ng suÊt ra cña m¸y ph¸t theo c«ng thøc:

P = I2R

26

3. Ph ¬ng ph¸p so s¸nh.

• §o c«ng suÊt cña mét nguån ®iÖn ë cao tÇn, cã thÓ b»ng c¸ch so s¸nh nã víi nguån c«ng suÊt dßng ®iÖn mét chiÒu hay nguån dßng ®iÖn cã tÇn sè thÊp.

• Ta ®· biÕt ph ¬ng ph¸p ®o c«ng suÊt dßng ®iÖn mét chiÒu hay dßng ®iÖn tÇn sè c«ng nghiÖp (50Hz - 60Hz); c¸c ph ¬ng ph¸p ®o nµy th êng dÔ thùc hiÖn vµ cã ®é chÝnh x¸c cao. VÝ dô nh ®o c«ng suÊt b»ng o¸t-mÐt ®iÖn ®éng th× sai sè cã thÓ ®¹t tíi (0,1% - 0,2%).

27

3. Ph ¬ng ph¸p so s¸nh.

• PhÐp ®o so s¸nh ® îc thùc hiÖn b»ng nhiÒu c¸ch, c¸ch th«ng dông lµ so s¸nh c êng ®é s¸ng cña hai ®Ìn. Mét ®Ìn ® îc nèi víi nguån c«ng suÊt cÇn ®o, ®Ìn thø hai ® îc nèi víi nguån c«ng suÊt mét chiÒu hay tÇn sè thÊp. Cho ®é s¸ng cña hai ®Ìn b»ng nhau, ®iÒu nµy cã thÓ x¸c ®Þnh ® îc nhê mét thiÕt bÞ ®o ¸nh s¸ng (quang ®é-mÐt), hay tÕ bµo quang ®iÖn. Khi ®· x¸c ®Þnh ® îc nguån c«ng suÊt dßng mét chiÒu, cã thÓ biÕt ® îc c«ng suÊt nguån c«ng suÊt cao tÇn cÇn ®o.

28

4. Ph ¬ng ph¸p ®o c«ng suÊt b»ng hiÖu øng “Hall”.

i i

u

uL

L

iL

eH

D

D

H

H

B§H

29


Nguyªn lý cÊu t¹o: - Gåm mét b¶n máng b»ng chÊt b¸n dÉn ®¬n

tinh thÓ, hai cÆp ®iÖn cùc: cÆp dßng ®iÖn D vµ cÆp ®iÖn ¸p Hall H. CÆp D ® îc cung cÊp lµ dßng ®iÖn mét chiÒu, xoay chiÒu. Khi trªn b¶n cã t¸c dông cña tõ tr êng, th× gi÷a hai cùc H sÏ sinh ra mét søc ®iÖn ®éng Hall eH.

30


Nguyªn lý cÊu t¹o:

TrÞ sè cña eH tû lÖ víi tÝch sè cña dßng i vµ tõ tr êng H:

eH = kBi = k0Hi (6.4)

k: hÖ sè tû lÖ, phô thuéc vµo vËt liÖu, kÝch th íc vµ d¹ng cña b¶n th©n b¶n b¸n dÉn, vµo nhiÖt ®é vµ c êng ®é tõ tr êng cña m«i tr êng xung quanh.

B: trÞ sè ®iÖn tr êng, ® îc sinh bëi dßng ®iÖn iL trong cuén d©y L vµ ® îc cÊu t¹o sao cho quan hÖ gi÷a dßng iL vµ B lµ quan hÖ bËc nhÊt:

B = ki iL = ku uL (6.5)

31


Nguyªn lý cÊu t¹o:

Thay (6.4) vµ (6.5), ta cã: eH = k ki.iLi = kku uLi (6.6)

Cuén d©y ®iÖn tõ ® îc cung cÊp bëi dßng ®iÖn mét chiÒu hay xoay chiÒu tuú theo c¸c tr êng hîp c«ng suÊt cÇn ®o.

32


• ¦u ®iÓm: Kh«ng cã qu¸n tÝnh, cÊu t¹o ®¬n gi¶n,

kÝch th íc bÐ, thêi gian lµm viÖc l©u bÒn. Cã thÓ ®o c«ng suÊt thùc hiÖn (c«ng suÊt t¸c dông) vµ c«ng suÊt hiÖn d¹ng (c«ng suÊt biÓu kiÕn) trong mét d¶i tÇn sè rÊt réng, tÇn sè siªu cao tÇn.

• KhuyÕt ®iÓm : C¸c th«ng sè phô thuéc nhiÒu vµo nhiÖt ®é.

• øng dông: Dïng ®Ó ®o c«ng suÊt dßng mét chiÒu th× còng dùa theo kÕt qu¶ cña biÓu thøc (6.6) ë trªn. NÕu dßng ®iÖn cung cÊp cho cÆp D cña bé biÕn ®æi lµ dßng ®iÖn qua t¶i, cßn ®iÖn ¸p ®Æt trªn cuén L lµ ®iÖn ¸p h¹ trªn t¶i, th× ®iÖn ¸p eH lµ ®¹i l îng tö lÖ víi c«ng suÊt tiªu thô trªn t¶i: Pt = UtIt

33

6.1.4.§oc«ngsuÊtësiªucaotÇndïngnhiÖt®iÖntrë.

P(mW)

Rb()

40 80 120

60

40

20

0

R=f(P)

dR/dP=(P)

(b)

P(mW)

Rb()

5 10 15

140

180

100

220R=f(P)

dR/dP=(P)

(a)

34


- Cã hai lo¹i ®iÖn trë nhiÖt lµ “b«l«mÐt” vµ

“tecmisto”. V× vËy çc ph ¬ng ph¸p ®o nµy th êng ® îc lµ ph ¬ng ph¸p b«lomÐt vµ tecmisto. Bé biÕn ®æi ë ®©y chÝnh lµ çc ®iÖn trë nhiÖt. Ph ¬ng ph¸p nµy dïng ®Ó ®o çc nguån c«ng suÊt cao tÇn, cã trÞ sè bÐ. B«l«mÐt hay tecmisto ®ãng vai trß t¶i hÊp thô cña nguån c«ng suÊt ®o. Th«ng qua phÐp ®o sù biÕn ®æi trë kh¸ng cña t¶i hÊp thô mµ suy ®o¸n ra c«ng suÊt cÇn ®o.

35


- B«l«mÐt lµ sîi d©y b»ng b¹ch kim hay v«nphram

rÊt m¶nh ®Æt trong mét èng thuû tinh. Trong èng cã chøa khÝ tr¬ ®Ó t¨ng c«ng suÊt cho sîi d©y khi ® îc ®èt b»ng dßng ®iÖn yªu cÇu:

®Ó cho sù ph©n bè dßng ®iÖn trªn sîi d©y ® îc ®ång ®Òu: min lµ ®é dµi b íc sãng cùc tiÓu cña nguån c«ng suÊt ®o.

8min

I

36


- B«l«mÐt lµ mét lo¹i ®iÖn trë nhiÖt, khi nhiÖt

®é t¨ng th× trÞ sè ®iÖn trë còng t¨ng. §å thÞ biÓu diÔn quan hÖ phô thuéc gi÷a trÞ sè ®iÖn trë Rb vµ c«ng suÊt tiªu thô.

§iÖn trë trung b×nh cña b«l«mÐt kh«ng lín, lo¹i v«nphram 50 vµ b¹ch kim 200.

37

- Tecmisto lµ ®iÖn trë nhiÖt b»ng chÊt b¸n dÉn cã cÊu t¹o: Hai d©y b»ng b¹ch kim hay iridiom cã ® êng kÝnh 20-30, nèi víi hai ®Çu èng thuû tinh, nèi víi nhau b»ng mét h¹t cÇu bÐ lµm b»ng chÊt bét b¸n dÉn.

R()

P(mW)

800

200

400

600+60o

+20o

0o

-40o

1684 12

38

- §iÖn trë cña tecmisto kho¶ng chõng 100 ®Õn 3000. Lµ lo¹i ®iÖn trë nhiÖt, khi nhiÖt ®é t¨ng th× ®iÖn trë gi¶m. §å thÞ biÓu diÔn quan hÖ trÞ sè ®iÖn trë R1 vµ c«ng suÊt.

39

- So s¸nh gi÷a b«l«mÐt vµ tecmisto:

+ ¦u ®iÓm: dÔ chÕ t¹o, Ýt bÞ phô thuéc vµo nhiÖt ®é m«i tr êng. Nh îc ®iÓm lµ dÔ bÞ qu¸ t¶i; kÝch th íc lín nªn bÞ h¹n chÕ kh¶ n¨ng sö dông ë ®o¹n sãng cm (khi <10cm); ®iÖn kh¸ng vµo bÐ; khã thùc hiÖn phèi hîp víi d©y truyÒn t¶i; trÞ sè ®iÖn trë phô thuéc vµo tÇn sè (do hiÖu øng bÒ mÆt); trÞ sè ®iÖn c¶m vµ ®iÖn dung lín; sù ph©n bè dßng ®iÖn däc theo sîi d©y ®èt kh«ng ®Òu.

40

- So s¸nh gi÷a b«l«mÐt vµ tecmisto: + ¦u ®iÓm cña tecmisto lµ ®é nh¹y cao, l îng

tr×nh biÕn thiªn cña trÞ sè ®iÖn trë réng; Ýt bÞ qu¸ t¶i; kÝch th íc nhá; trÞ sè ®iÖn c¶m vµ ®iÖn dung cña b¶n th©n bÐ; thêi gian lµm viÖc l©u. Nh îc ®iÓm lµ chÕ t¹o khã h¬n vµ dÔ bÞ ¶nh h ëng bëi nhiÖt ®é m«i tr êng xung quanh.

41

- So s¸nh gi÷a b«l«mÐt vµ tecmisto: Do c¸c u nh îc ®iÓm trªn ®©y, nªn

tecmisto ® îc sö dông nhiÒu h¬n ®Ó ®o c«ng suÊt. ë ®o¹n sãng cm th× hÇu nh kh«ng cßn dïng ® îc b«l«mÐt n÷a.

42

6.2.§oc«ngsuÊthÊpthô.

6.2.1.Ph¬ngph¸pv«n-mÐt(vµampemÐt).

Ph ¬ng ph¸p v«n-mÐt (vµ ampemÐt) cßn gäi lµ c¬ së cÊu t¹o cña o¸t-mÐt kiÓu t¸ch sãng dïng ®Ó trùc tiÕp ®o c«ng suÊt ë tÇn sè cao, tíi 1000 MHz.

43


6.2.1.Ph¬ngph¸pv«n-mÐt(vµampemÐt).S¬ ®å khèi o¸t-mÐt

KhuÕch ®¹i mét chiÒu

A

Rt

P~

D

R C

44


6.2.1.Ph¬ngph¸pv«n-mÐt(vµampemÐt).PhÐp ®o ë ®©y ® îc thùc hiÖn b»ng c¸ch ®o ®iÖn ¸p trªn mét t¶i ®· biÕt. Khi cã phèi hîp trë kh¸ng th×:

(6.8)

Víi Rt lµ trë kh¸ng t¶i, nã b»ng trë kh¸ng ®Æc tÝnh (trë kh¸ng sãng) W cña ® êng d©y, Um lµ trÞ sè ®Ønh cña ®iÖn ¸p trªn t¶i.

t

m

RUP2

2

45

- §iÖn trë Rt lµ t¶i hÊp thô, ® îc cÊu t¹o d íi d¹ng ®iÖn trë bÒ mÆt, nã lµ mét h×nh trô b»ng gèm, trªn phñ mét líp than ch× ®Æc biÖt cã ® êng kÝnh biÕn thiªn theo hµm sè mò. Môc ®Ých nh vËy ®Ó ®¶m b¶o kh«ng g©y mÐo tr êng ®iÖn tõ trªn ® êng truyÒn. Lµm cho t¶i cã tÝnh chÊt ®iÖn trë vµ phèi hîp ® îc víi trë kh¸ng sãng cña ® êng d©y truyÒn t¶i.

46

- §Ó gi¶m bít sù ghÐp ®iÖn kh¸ng vµo m¹ch ®o vµ më réng l îng tr×nh ®o c«ng suÊt, v«n-mÐt ® îc m¾c ®Ó ®o ®iÖn ¸p chØ ë trªn mét phÇn cña t¶i, d©y nèi tõ t¶i ®Õn v«n-mÐt cÇn ph¶i ng¾n. V«n-mÐt lµ lo¹i t¸ch sãng ®Ønh, m¹ch vµo hë, cã s¬ ®å khèi kiÓu: t¸ch sãng-khuÕch ®¹i-®ång hå chØ thÞ.

47

- NÕu biÓu thÞ phÇn ®o¹n t¶i mµ v«n-mÐt ®o ®iÖn ¸p trªn ®ã lµ Rd, th× ®iÖn ¸p ®o lµ:

(6.9)

- Thay biÓu thøc (6.9) vµo biÓu thøc (6.8) ta cã:

(6.10)

V× Rd lµ trÞ sè ®iÖn trë ®· biÕt, vµ cè ®Þnh ®èi víi o¸t-mÐt, nªn thang ®o cña ®ång hå chØ thÞ cã thÓ kh¾c ®é trùc tiÕp theo ®¬n vÞ c«ng suÊt (W).

t

dmd RR

UU

22

2 d

td RR

UP

48

Sai sè cña phÐp ®o lµ do c¸c ®iÖn trë Rt vµ Rd cã sai sè (v× ch a ® îc hoµn toµn tiªu chuÈn, vµ trÞ sè bÞ biÕn ®æi trong qu¸ tr×nh sö dông); sai sè cña v«n-mÐt (do nguån cung cÊp thay ®æi, sù thay ®æi cña nhiÖt ®é xung quanh trong qu¸ tr×nh ®o…) vµ nhÊt lµ sai sè do phèi hîp trë kh¸ng ch a tèt.

49

6.2.2. Phương pháp đo cường độ ánh sáng.

Cấu tạo của oát-mét dùng cách biến đổi điện năng thành quang năng để đo công suất.

50


Tải hấp thụ công suất cao tần của oát-mét là đèn điốt Đ mắc giữa trục của đoạn dây đồng trục. Dây đồng trục có một đầu nối tắt bằng pit-tông P, một đầu nối tiếp với một ống BĐ để có thể thay đổi được chiều dài ống, tác dụng là tạo sự phối hợp trở kháng của đèn điốt Đ ở một dải tần số rộng.

51


Đèn điốt Đ là một đèn có cấu tạo đặc biệt; điện trở trong của đèn gần bằng trở kháng sóng của dây đồng trục, để có thể đảm bảo sự phối hợp của dây. Sợi đốt của đèn là mỗi đoạn dây thẳng, mảnh để tránh được hiệu ứng bề mặt khi đo ở các tần số khác nhau.

52


Để cho sự phân bố dòng điện dọc trên sợi dây đốt được đồng đều, chiều dài sợi đốt được chọn ngắn hơn 8-10 lần mm của đoạn sóng công tác quy định của oátmét. Trong ống thuỷ tinh của đèn có chứa khí hyđro để nâng được công suất cực đại cần đo. ánh sáng phát ra từ đèn Đ đi qua lỗ O và tấm kính chắn nhiệt CN rồi tác dụng vào tế bào quang điện Q. Mạch điện của tế bào quang điện có mắc đồng hồ từ điện, thang khắc độ của đồng hồ được chuẩn theo đơn vị công suất.

53


Loại oát-mét này dùng để đo công suất chủ yếu ở đoạn sóng dm, lượng trình đo công suất tới 20W. Sai số đo khoảng 12%. Cấu tạo của oát-mét này tương đối đơn giản, song có nhược điểm là độ nhạy của nó bị phụ thuộc nhiều vào tế bào quang điện nên dễ bị thay đổi theo thời gian sử dụng.

54

6.2.3. Phương pháp nhiệt lượng mét.

• Phương pháp đo công suất bằng cách biến đổi năng lượng điện từ thành năng lượng nhiệt là một trong những phương pháp đo công suất lớn chính xác nhất. Phương pháp này có thể dùng cho bất cứ tần đoạn nào, nhưng vì điều kiện gọn nhẹ của thiết bị, nên nó chỉ thông dụng ở phạm vi sóng cực ngắn (cm, dm và một phần sóng m), với lượng trình do công suất từ 5-1000W.

55


Có hai loại: một loại đo trực tiếp, và một loại đo so sánh.

56


Cả hai loại oát-mét trên đều dùng tải hấp thụ là “tải nước”, tức tải có chất hấp thụ năng lượng điện từ là nước, nước chảy qua bộ phát nhiệt được nung nóng bởi công suất của nguồn điện cần đo.

Công suất được hấp thụ trên tải như vậy được xác định bằng công thức: P = 69vt0

57


ở đây, v là tốc độ chảy của nước (có thứ nguyên là cm3/s). t0 là độ chênh lệch nhiệt độ của nước ở đầu ra và đầu vào của bình chứa tải, nó được tính bằng độ bách phân. Để đo nhiệt độ của nước có thể dùng nhiệt biểu như thuỷ ngân, nhiệt ngẫu, nhiệt điện trở…

58


• Hình dạng của các tải nước thì khác nhau tuỳ theo lượng trình công suất đo và vào chiều dài bước sóng của nguồn công suất đo. Hình 6.21 là các kiểu tải nước thông dụng (hình 6.21a và 6.21b là tải kiểu dây đồng trục; hình 6.21c là kiểu dùng ống dẫn sóng).

59


• Sơ đồ khối của oát-mét đo trực tiếp công suất như hình 6.22. ở đây, năng lượng điện từ được đưa vào đốt nóng bộ phân phát nhiệt PN và được hấp thụ gây nóng nước.

60


• Nước từ nguồn chảy qua bộ phận phát nhiệt PN và được đun nóng bởi bộ phận này. Sự chênh lệch nhiệt độ của nước được đo bằng hai nhiệt biểu của bộ phận đo t0. Hình 6.23 là một ví dụ bộ phận đo t0 bằng nhiệt ngẫu, đồng hồ từ điện A có thể trực tiếp khắc độ theo đơn vị công suất.

• Tốc độ của nước chảy thường được chọn vừa phải để dễ phát hiện sự chênh lệch nhiệt độ và để oát-mét ít quán tính khi cần chuyển từ phép đo đạ lượng công suất này sang phép đo khác. Thường người ta hay lấy tốc độ trung bình là: v = 1,5 lít/phút.

61


• Để đo tốc độ của nước dùng một bình đựng nước có dung lượng đã được khắc độ và vòi có van hãm điều chỉnh được như hình 6.24. Khi đo, điều chỉnh để nước chảy, rồi đo mức nước sụt trong bình đã khắc độ trong một khoảng thời gian nào đó, thì từ đó biết được tốc độ của nước chảy.

• Sai số của phép đo bằng oát-mét trên gồm sai số của phép đo tốc độ nước, đo độ chênh lệch nhiệt độ, sai số do không phối hợp trở kháng của tải và do sự truyền nhiệt ra môi trường xung quanh.

62

6.3. Đo công suất truyền thông.

• Trên thực tế đo công suất, có trường hợp phải đo công suất của thiết bị được hấp thụ trên tải bất kỳ; nghĩa là nguồn công suất đang công tác ở chế độ có tải thực khi đó tình trạng giữa tải với dây truyền sống, cũng như giữa dây truyền sóng với trở kháng ra của nguồn công suất có thể không hoàn toàn phối hợp.

63


• Đo công suất như trường hợp này được thực hiện với sơ đồ khối của phép đo như hình 6.3. Trong đó, oát-mét đo công suất chỉ hấp thụ một phần nhỏ năng lượng ghép từ đường truyền giữa nguồn công suất đến tải, chứ không phải là hấp thụ hoàn toàn công suất của nguồn công suất như trong trường hợp đo lường đã xét ở trên.

64


• Gọi trường hợp đo công suất như vậy là công suất truyền thông. Những phương pháp đo công suất truyền thông hay được thực hiện trong kỹ thuật đo lường điện tử như: phương pháp dùng phân mạch định hướng (phương pháp phân xa-mét), phương pháp dùng hiệu ứng Hall, phương pháp dùng hiệu ứng áp xuất của sóng điện từ.

65

6.3.1, Phương pháp phân mạch định hướng.

• Phương pháp đo công suất bằng cách phản mạch định hướng như hình 6.26. Với mạch đo này, nó cũng có chức năng và sơ đồ khối giống như mạch đo ở hình 6.3; chỉ khác là bộ phận phép năng lượng ra mạch đo ở đây chính là bộ phận phân mạch định hướng.

66


• Phương pháp đo bằng mạch này còn gọi là phương pháp phản xạ mét (về cấu tạo và nguyên lý tính năng của phản xạ mét, ta sẽ xét kỹ hơn trong chương đo thông số của mạch điện có các phần tử phân bố). Với cách ghép bằng bộ phân mạch định hướng, thì có khả năng phân biệt được năng lượng truyền từ nguồn đến tải, cũng như năng lượng tải phản xạ trở về. Nếu bộ phận mạch định hướng có thêm tải và thiết bị chỉ thị nữa thì có thể đo riêng rẽ công suất của sóng tới và công suất của sóng phản xạ, đó chính là phản xạ mét.

67


68


• Nguyên lý công tác của các bộ phân mạch định hướng trên là trường hợp lý tưởng. Thực tế thì vì đo cơ cấu tạo cơ khí không thật hoàn hảo, nên tại mỗi đầu A và B có ghép ra cả hai phân lượng sóng. Một phân lượng sóng đúng chiều thì có biên độ lớn hơn, còn phân lượng sóng ngược chiều thì có biên độ nhỏ. Tỷ số biên độ của hai phân lượng sóng này gọi là hệ số định hướng.

69


• Hệ số định hướng của loại dùng dây đồng trục như hình 6.27 thì hầu như không phụ thuộc tần số, vì kích thước nhỏ hơn nhiều so với chiều dài bước sóng. Với loại dùng ống dẫn sóng như hình 6.28 thì hệ số định hướng phụ thuộc nhiều vào tần số, vì khoảng cách của lỗ a và b phải bằng /4.

70


• Để mở rộng lượng trình thang tần số đo thì còn có loại phân mạch định hướng được cấu tạo thêm nhiều lỗ ghép nữa.

• Oát-mét dùng để đo công suất từ bộ phân mạch định hướng thì dùng loại micro oát-mét, vì sự ghép năng lượng ra của bộ phân mạch như vậy phải là ghép rất lỏng, để không gây nên tổn hao nhiều, có thể làm ảnh hưởng tới công suất của mạch đo.

71

6.3.2. Phương pháp đo áp suất sóng điện từ.

• Sóng điện từ truyền trên đường dây truyền sóng, thì cũng như ánh sáng, nó có gây ra một áp suất cơ học. áp suất này tác động lên bề mặt thành ống sóng khi sóng điện từ truyền lan trong ống. Khi đạt một vật vào trong ống dẫn sóng có sóng điện từ truyền lan trong ống thì vật đó cũng bị một sức đẩy của sóng.

72


• Cường độ của áp suất này tỷ lệ với môđun của véctơ Umốp-Pôintinh, tức là cũng tỷ lệ với công suất của sóng điện từ truyền lan. Do vậy, đo công suất của sóng điện từ có thể thông qua phép đo áp suất của sóng điện từ tác động lên thành ống sóng hay áp suất của sóng điện từ tác động lên một vật trong ống sóng. Thang khắc độ của áp suất như vậy có thể trực tiếp chuyển đổi thành thang khắc độ theo đơn vị công suất.

73


• Những ưu điểm của thiết bị đo công suất bằng phương pháp đo áp suất sóng điện từ là: giới hạn lượng trình đo công suất rộng, từ vài phần trăm W tới vài trăm kW, nó không gây tổn hao công suất nhiều, dễ phối hợp với nguồn đo, rất ít bị quá tải, ít quán tính, sai số đo khoảng 1,5%.

74


• Nhược điểm của phương pháp này là sai số đo phụ thuộc vào độ mất phối hợp trở kháng, rất nhạy cảm với chấn động cơ giới và có yêu cầu cao về độ chính xác chế tạo.

• Phương pháp này còn gọi là phương pháp áp suất quang, được dùng nhiều trong các thiết bị đo công suất ở siêu cao tần.

75

6.4. Câu hỏi ôn tập

6.1. Trình bày các phương pháp đo công suất ở tần số thấp và tần số cao.

6.2. Trình bày phương pháp nhân để đo công suất.

6.3. Trình bày phương pháp dùng trở kháng đã biết để đo công suất.

6.4. Trình bày phương pháp so sánh để đo công suất

76


6.5. Trình bày phương pháp dùng hiệu ứng “Hall” để đo công suất.

6.6. Trình bày phương pháp dùng nhiệt điện trở để đo công suất ở siêu cao tần.

6.7. Trình bày các phương pháp đo công suất hấp thụ.

6.8. Trình bày phương pháp vônmét để đo công suất hấp thụ.

77


6.9. Trình bày phương pháp đo cường độ ánh sáng để đo công suất hấp thụ.

6.10. Trình bày phương pháp nhiệt lượng mét để đo công suất hấp thụ.

6.11. Trình bày các phương pháp đo công suất truyền thông.

6.12. Trình bày phương pháp phân mạch định hướng để đo công suất truyền thông.

6.13. Trình bày phương pháp đo áp suất sóng điện từ để đo công suất truyền thông.

Đo công suất

Documents