微波功率量热计负载及整体结构设计
来源： 作者： 发布时间：2014-12-02 13:37:52 浏览量：环境温度35摄氏度，负载不加入任何功率情况下表面的温度分布如图6：
图6 恒温条件下负载温度分布
环境温度35摄氏度，负载表面均匀分布10mW功率，负载表面温度分布如图7：
图7 加热条件下负载温度分布
3.3 片式吸收体负载测试结果
图8、9为负载加工图以及驻波测试图，其驻波均在1.12以下，高频部分驻波优于低频部分，其微波特性满足使用要求。加热功率在10mW情况下温升在0.1K左右，其直流与微波替代效率可达到80%以上，负载设计满足量热计整体需求。
图8 8mm负载实际加工图
图9 8mm负载实测驻波结果图
4 量热计的结构设计以及热力学仿真
4.1 量热计的结构设计
扁平型电感由于量热计法测量微波功率是建立在直流功率通过在负载上的塑封电感器热效应来替代微波功率，所以这种测量方法就对量热计整体结构的温度稳定性提出了非常高的要求。在量热计结构的初步设计中，我们采用了双负载量热计结构。在控温精度要求方面整体结构采用了三层桶的结构，外层为薄壁铝制圆筒，中间为大质量大热容铜制控温筒，内层为铜制内桶，铜制控温桶表面贴敷加热电阻膜，并通过贴敷在该桶表面的测温电阻温度的变化量由控温设备控制加热功率的大小以实现其表面温度稳定度达到0.05摄氏度以内。薄壁外层铝桶与外层铜制控温桶之间的变化量由控温设备控制加热功率的大小， 填充泡沫塑料，用以减小整体与外界的热交换。
功率输入端口采用不锈钢制薄壁波导，该设计得主要目的是减少整段波导传输线的热量损耗。内外铜桶之间采用塑料质地的隔热波导段，其波导连接电感元件表面与波导腔内壁镀金，采用原因是因为热容传输线质量较大，而不锈钢薄壁波导其承载荷较低，容易发生损坏。在负载与内桶盖热容传输线与外桶盖热容传输线间采用不锈钢薄壁波导隔热传输线，保证内桶的热量交换不受环境的影响和准确测温的要求。
微波传输通道结构如图10所示。
图10 微波信号传输通道示意图
4.2 量热计结构的热力学分析。
量热计内外铜桶的热力学结构仿真结果如图11所示：
图11 控温桶热学仿真图
该热力学仿真所处的仿真环境为：铜制外桶表面温度35摄氏度衡定，由热力学分布图可知其内桶内部温度比较稳定，在热容传输线与非金属隔热波导段之间略有温度损耗一体成型电感，但对整体的温度稳定性影响并不是很大，所以从仿真结构来看量热计热力学结构设计基本符合要求。
4.3 量热计的控温技术研究。
在设计中，考虑到自身的控温要求与环境以及成本，我们确定了采用外层填充泡沫塑料，多层桶结构，外表面控温的基本方案。并在控温技术中采用了模糊PID控制技术。
(1)模糊PID控温技术简介
在量热计控温系统中，我们采用了模糊PID控制系统，控制系统结构如图12所示：
图12 控温系统结构图
PID温度控制器的控制规律为：
由于系统中模糊控制器是实施运行的，所以要求解模糊器的计算要相对简单，不在此处进行讨论。
(2)实际控温实验结果
控温数据采集时间设定为10个小时，从初始加热开始采集，目标控温温度为22.000摄氏度，图13、14为控温数据图，由图可以看出，升温开始到温度基本稳定需要5-6个小时，而温度变化量小于千分之五摄氏度则需要8小时左右，由图13、14数据，控温指标基本达标，满足系统进行进一步定标实验的要求。
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