CN104199492A - 一种用于射频/微波功率测量的控温装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于射频/微波功率测量的控温装置，该装置包括受控器件接口、温度传感器、温度控制器、功率放大电路、匹配电路、加热器和报警指示电路，温度传感器均布于受控器件上，通过四线与温度控制器连接，温度控制器将匹配电路与功率放大电路连接，经功率放大电路将温度控制器的输出功率放大后提供给加热器，加热器根据输入的功率为受控器件加热。本发明所述技术方案结构简单操作方便；本方案控制功率大，控制精度高，精度可达0.05℃，能够满足高准确度的量热计或微量热计的功率测量要求。

Description

一种用于射频/微波功率测量的控温装置

技术领域

本发明涉及一种温度控制装置，特别是涉及一种用于射频/微波功率测量的控温装置。

背景技术

随着科学技术的高速发展，出现了新的高端电子器件，无线电测量仪器的精度要求也越高，也促使无线电测量技术朝更高水平发展，其中用于校准测量仪器的标准设备也需要有更高的准确度。而功率测量是无线电射频和微波领域中最基本的参数之一。目前，为满足工业技术和经济发展需求，各国都在发展自己的高准确度的射频微波功率基准，频率范围越来越宽，测量精度和功率量程也越来越高。射频量热计或微量热计因其准确度高而被广泛用以建立国家射频微波功率标准甚至基准，其基于直流替代射频/微波功率的测量原理，利用负载电阻对直流功率和射频功率的等效热响应，通过测量吸收直流或射频功率后的温度变化，根据温度变化得出被测功率的量值。量热计内的负载电阻被放置在一个相对隔热的恒温环境内，避免负载电阻吸收功率后产生的热量受外界环境的影响。对这种情况的应用，国外一些计量标准研究机构采用将射频量热计或微量热计的量热体放置在恒温水槽或油槽内，然后通过控温的方式达到功率测量的要求，其温度稳定性要优于0.05℃；国内也有做这方面的控温技术的研究，但是通用性能差、控温精度不高，没有形成可以广泛用于射频/微波功率测量的控温设备。

目前在射频/微波功率测量方面商业产品中，只有美国Tegam公司生产的温度控制器，仅用于热敏电阻功率计的温度控制，包括测温传感器、温度控制电路、加热部分以及指示电路等，其测温传感器为具有正温度系数的合金材料，温度控制电路电压最大值为12V～14V，电流最大值为200mA，作用在热敏电阻功率座达到热平衡的时间约2小时以上。通过测温实验，该产品能够达到的控温精度仅有0.1℃，达不到高准确度的功率测量要求。

因此，需要提供一种温度控制装置，满足高准确度的量热计或微量热计的功率测量要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于射频/微波功率测量的控温装置，以克服现有技术中由于控制功率较小，达到热平衡时间长，且控温精度不够高，不能够满足高准确度的量热计或微量热计的功率测量要求的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案。

一种用于射频/微波功率测量的控温装置，该装置至少包括

受控器件接口；

温度传感器，用于实时采集受控器件的温度信号；

温度控制器，用于将采集得到的受控器件的温度与设定的参考温度进行比较，将比较后的温度差两转换为电压输出量来控制解热器加热；

加热器，用于根据温度控制器的调控电压对受控器件加热。

优选的，所述温度传感器采用薄膜铂电阻，所述电阻均匀分布在受控器件上，以四线测量法消除引线的测量误差。

优选的，所述温度控制器的分辨率为0.001℃，温度控制范围为20℃～75℃，该控制器输出直流电压范围0～10V，其最大负载电流为1mA。

优选的，所述加热器采用多路加热电阻并联结构，每一路电阻的阻值相同，并均布在被控器件上。

优选的，该装置进一步包括连接在温度控制器和加热器之间的功率放大电路，所述功率放大电路将匹配电路输出功率线性放大近万倍，以驱动大功率负载，保证加热器有足够的输入功率。该电路输出连接至加热器结构，同时匹配连接至报警指示电路。

优选的，所述功率放大电路的电大输出电压为30V，最大输出电流为3.33A，最大功率为100W。

优选的，该装置进一步包括连接在温度控制器和功率放大电路之间的匹配电路，该匹配电路用于保证温度控制器输出最大功率。

优选的，该装置进一步包括连接在匹配电路和功率放大电路输出端之间的报警指示电路，报警指示电路连接匹配电路端设置为加热温度的指示电路，连接功率放大器输出端设置为加热电路运行错误报警电路。

本发明的有益效果如下：

本发明所述技术方案结构简单操作方便；本方案控制功率大，控制精度高，精度可达0.05℃，能够满足高准确度的量热计或微量热计的功率测量要求。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明；

图1示出本发明所述一种用于射频/微波功率测量的控温装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合一组实施例及附图对本发明做进一步描述。

本发明公开了一种用于射频/微波功率测量的控温装置，该装置包括受控器件接口A、温度传感器1、温度控制器4、匹配电路5、功率放大电路6、报警指示电路7和加热器8。

温度传感器，该温度传感器1用于测量被控温物体的温度。其中受控器件2为用于射频/微波功率测量的器件的外围恒温结构，通常为圆环体结构或筒状结构。本发明采用三点测温的传感器结构，三点均匀分布在圆环体或筒上，其中传感器采用温度稳定性能高的Pt100铂电阻，电阻形状为薄膜状，并用四线测量法以消除引线的测量误差。

温度控制器，该控制器实现将温度转换为电压输出量。温度控制器4能够设定参考温度，用于与输入温度比较，将比较后的温度差量转换为电压输出量，本实施例中采用PID控制模式。本发明参考温度的分辨率为0.001℃，其温度控制范围为20℃～75℃；本发明温度控制器4以输出直流电压进行控制，输出电压范围0～10V，其最大负载电流为1mA。

功率放大电路，该电路能够提供更高的负载功率，又称电力调整电路。本发明在功率放大电路6前端设置了与温度控制器相匹配的匹配电路5，用以保证温度控制器4能够输出最大功率；本发明采用的功率放大电路6具有良好的线性功率特性，最大输出电压为30V，最大输出电流达3.33A，可驱动最大功率近100W的负载。

加热器，该加热器8用于对受控器件进行加热。本发明采用多路加热电阻并联结构，加热电阻采用康铜丝，每一路加热电阻阻值一样，多路电阻丝均匀缠绕在圆环状或筒状的被控物体上，使被控物体受热匀称。

报警指示电路，该电路提供加热温度达到预设值的指示和加热电路运行中断或者不工作的错误报警指示。本发明加热温度结果正常采用绿灯指示和错误报警采用红灯指示。

下面通过一组实施例对本发明作进一步说明：

本实施例中的一种用于射频/微波功率测量的控温装置采用PID温度控制模式，实现对受控物体进行高精度的温度控制。它由受控器件接口A、温度传感器1、温度控制器4、匹配电路5、功率放大电路6、加热器8以及报警指示电路7等部分组成。其中，温度传感器1由三个等距的分布在圆环状或筒状的受控器件上的薄膜铂电阻PT100组成，以串联的形式连接在一起，然后两端分别引出两根导线3，组合成四根导线连接至温度控制器。温度控制器4具有接入四根导线的PT形式的结构，能够设定温度分辨率达0.001℃的参考控制量；同时能够输出直流电压，具有高精度的温度电压转换，电压输出范围为0～10V，其最大负载电流为1mA。温度控制器4电压控制输出端与匹配电路5相连接，该匹配电路5采用电阻转换形式功能电路，保证最大功率传输效率。匹配电路5的输出端分别于功率放大电路6的输入端和报警指示电路7连接。功率放大电路6将匹配电路5的输出功率线性放大近万倍，以驱动大功率负载，保证加热器有足够的输入功率。功率放大电路6的输出端分别于加热器8和报警指示电路7连接。报警指示电路7一端与匹配电路5连接，该端作为加热温度的指示电路，用于指示加热温度是否达到温度控制器预设值的状态，报警指示电路7的另一端与功率放大电路6的输出端连接，该端作为加热电路运行错误报警电路，用于判断加热电路是否中断或不工作的状态。

一种用于射频/微波功率测量的控温装置工作原理：首先将圆环体结构或筒状结构的受控器件2接入受控器件接口A，将三个薄膜铂电阻温度传感器1等距的布置在受控器件2上。控温装置开始工作，传感器实时采集受控器件2上温度信号，并将温度信号输送给温度控制器4，温度控制器4将采集得到的温度与预设温度进行比较，并将比较后的温度差转换为电压信号输出，同时采用PID控制方式进行调控，通过匹配电路5使温度控制器4能够输出最大功率，功率放大电路6将由匹配电路5输出的功率线性放大至上万倍，以驱动大功率负载，保证加热器8有足够的输入功率能够达到对受控器件2加热效果。报警指示电路7实时对装置的加热情况和运行状态进行检测，如有异常则发出报警指示。

综上所述，本发明所述技术方案结构简单操作方便，基于采用了PID模式的温度控制器；由于采用大功率加热器，使得本方案控制功率大，结合高精度的铂电阻温度传感器，使得控制精度可高达0.05℃，能够满足高准确度的量热计或微量热计的功率测量要求。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种用于射频/微波功率测量的控温装置，其特征在于，该装置至少包括

受控器件接口；

温度传感器，用于实时采集受控器件的温度信号；

温度控制器，用于将采集得到的受控器件的温度与设定的参考温度进行比较，将比较后的温度差两转换为电压输出量来控制解热器加热；

加热器，用于根据温度控制器的调控电压对受控器件加热。

2.根据权利要求1所述的控温装置，其特征在于，所述温度传感器采用薄膜铂电阻，所述电阻均匀分布在受控器件上，以四线测量法消除引线的测量误差。

3.根据权利要求1所述的控温装置，其特征在于，所述温度控制器的分辨率为0.001℃，温度控制范围为20℃～75℃，该控制器输出直流电压范围0～10V，其最大负载电流为1mA。

4.根据权利要求1所述的控温装置，其特征在于，所述加热器采用多路加热电阻并联结构，每一路电阻的阻值相同，并均布在受控器件上。

5.根据权利要求1所述的控温装置，其特征在于，该装置进一步包括连接在温度控制器和加热器之间的功率放大电路。

6.根据权利要求1所述的控温装置，其特征在于，所述功率放大电路的电大输出电压为30V，最大输出电流为3.33A，最大功率为100W。

7.根据权利要求5所述的控温装置，其特征在于，该装置进一步包括连接在温度控制器和功率放大电路之间的匹配电路，该匹配电路用于保证温度控制器输出最大功率。

8.根据权利要求7所述的控温装置，其特征在于，该装置进一步包括连接在匹配电路和功率放大电路输出端之间的报警指示电路。

9.根据权利要求8所述的控温装置，其特征在于，所述报警指示电路包括

加热温度指示模块，用于根据温度控制器所预设的温度判断装置是否进入

加热状态；和

运行错误报警模块，用于根据加电后温度控制器的温度是否发生变化判断装置是否正常运行，如运行错误则发出报警指示。