高頻和微波功率基準(zhǔn)及其應(yīng)用研究----微量熱計基本理論研究（二）

所謂等溫是指由測溫元件、直流輔助加熱器和反饋控制組成反饋控溫環(huán)路，在加退高頻和微波功率過程中始終保持T1不變。

在直流偏置階段，未加入高頻和微波功率，只有直流功率，P2 =P2DC(t)，P1 =P1DC(t)。達(dá)到初始平衡后，P2 =P2Dc1，P1 =P1Dc1，有

在高頻和微波功率替代階段，加入高頻和微波功率后，P2 =P2RF +P2DC(t)，P1 =P1RF +P1DC(t)，則有

將式(2-27)代入式(2-28)，可得

其中P2RF和P1RF分別是熱敏電阻和功率座壁上吸收的高頻和微波功率，即式(2-25)中的PTRF和Ploss。

由于熱敏電阻平衡電橋和反饋控溫環(huán)路的作用，T2始終不變，T1也始終不變，令第一階段電橋平衡后的輔助加熱功率與第二階段的輔助功率之差為ΔP1DC，化簡式(2-29)有則

有效效率為

即有效效率始終與效率相等。

2.4.2.2升溫方式

升溫方式微量熱計的結(jié)構(gòu)如圖2-11所示。

所謂升溫是指在這種設(shè)計中，沒有反饋控溫環(huán)路，加入高頻和微波功率會導(dǎo)致T1的變化，由于T1穩(wěn)態(tài)溫升與P2DC及Ploss的比例系數(shù)可以求得，就可以根據(jù)加入高頻和微波功率后的穩(wěn)態(tài)溫升計算Ploss。

在直流偏置階段，沒有輸入任何功率時，熱敏電阻、功率座壁和等溫絕熱壁的初始溫度相等，為T0;當(dāng)加入功率時，只由熱敏電阻平衡電橋提供直流功率，P1 =0;達(dá)到初始平衡后，P2 =P 2DC1，則有

由此得到功率座壁在本階段的穩(wěn)態(tài)溫升為

在高頻和微波功率替代階段，加入高頻和微波功率后，P2 =P2RF+P2DC(t)，P1 =P1RF，由式(2-26)得

式(2-32)和式(2-34)聯(lián)立，可解得在本階段功率座壁溫升的表達(dá)式

及

則有效效率為

有效效率與效率之差為

達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，有效效率為

有效效率與效率之差變?yōu)?center>

根據(jù)式(2-40)計算得到的有效效率與效率偏差曲線如圖2-12所示。

其中從低到高依次是效率ηs為0.95、0.9、0.8時有效效率與效率的偏差隨G21/G10變化的曲線，由圖2-12可見采用升溫方法測量的有效效率總是大于效率，對ηs較小的功率座，兩者差異較大;對同一個功率座，ηs和G21固定，G10是影響二者差異的原因。

式(2-37)是升溫方式有效效率的理論表達(dá)式，但不能用于有效效率的測量，因為在測量時能夠獲得的測量數(shù)據(jù)只有ΔP2DC(t)和ΔT1(t)，無法使用式(2-37)計算有效效率，還是需要達(dá)到穩(wěn)態(tài)才能計算出穩(wěn)態(tài)時的有效效率。

達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，功率座壁在本階段的穩(wěn)態(tài)溫升可由式(2-35)可求得。

式(2-34)變?yōu)?center>

即得

則有效效率的穩(wěn)態(tài)表達(dá)式式(2-39)也可以寫為

根據(jù)式(2-44)就可以使用實際測量結(jié)果計算有效效率的穩(wěn)態(tài)值