CN114264889B - 一种高功率毫米波功率测量校准装置 - Google Patents

一种高功率毫米波功率测量校准装置 Download PDF

Info

Publication number
CN114264889B
CN114264889B CN202111540346.7A CN202111540346A CN114264889B CN 114264889 B CN114264889 B CN 114264889B CN 202111540346 A CN202111540346 A CN 202111540346A CN 114264889 B CN114264889 B CN 114264889B
Authority
CN
China
Prior art keywords
liquid
water tank
calibrated system
calibration device
temperature water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111540346.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114264889A (zh
Inventor
黄麒力
孙迪敏
胡林林
马国武
卓婷婷
胡鹏
蒋艺
曾造金
胡芯瑞
张鲁奇
雷文强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Applied Electronics of CAEP
Original Assignee
Institute of Applied Electronics of CAEP
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Applied Electronics of CAEP filed Critical Institute of Applied Electronics of CAEP
Priority to CN202111540346.7A priority Critical patent/CN114264889B/zh
Publication of CN114264889A publication Critical patent/CN114264889A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114264889B publication Critical patent/CN114264889B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Abstract

本发明公开了一种高功率毫米波功率测量校准装置，被校***两端设有进液管和出液管；所述功率测量校准装置设置于进液管之上，并位于第一测量单元与被校***之间；所述功率测量校准装置通过恒温水箱内加热和制冷模块完成恒温水箱内液体加热，并获得恒温水箱内液体储存热量为Qs，作为校准用标准热量；在被校***在空载状态下，恒温水箱的液体进入被校***，此时，被校***基于测得的进液口和出液口处的温度和流量信息完成流经被校***的液体热量变化量Qm的测量，则被校***能量测量误差ΔQ为：ΔQ＝Qm‑Qs。从而通过该误差值，再结合毫米波脉冲宽度即可得到校准后的毫米波功率，完成对被校***的校准。

Description

一种高功率毫米波功率测量校准装置
技术领域
本发明属于高功率毫米波源或***功率测量校准，适用于高功率毫米波回旋管的功率测量校准工作，具体涉及一种高功率毫米波功率测量校准装置。
背景技术
磁约束热核聚变实验研究中，需采用高功率毫米波进行电子回旋共振加热。高功率毫米波源通常为一种电真空器件，名为回旋管。回旋管输出的电磁波功率通常高达百千瓦量级，甚至是兆瓦量级。高功率毫米波功率的测量通常基于流体量热法利用吸收负载将入射的毫米波能量转换为热能进行测量。在测量过程需要监测吸收负载出入水口的水温及流量数据，并利用式(1)进行数据处理来实现功率测量。
其中C为流体的比热容，F为流量，Tout(t)为t时出水口温度，Tin(t)为t时入水口温度，tn＝t0+τ1+τ2，τ1是测试毫米波脉冲持续时间，τ2是出水口与入水口温差为零的时间。但在实际测量过程中，水温的温漂、水流动时的热量耗散、温度传感器的响应时间等因素都会影响测量结果。因此需要对功率测量进行校准以缩小因上述原因产生的测量误差。
目前，通常使用的校准方法为量热器：将已知功率Pk和一定脉宽Dk的电功率通过安装在量热器中的电阻丝来加热冷却水，再将量热器中的水注入空载时的测量***，利用测量***进行功率测量得到P。利用Pk和P得到定标系数k完成对测量***的校准。
现有技术通过量热器注入的能量无法准确评估且在加热过程中可能会产生能量耗散造成电功率偏低影响毫米波功率的校准。
发明内容
本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种高功率毫米波功率测量校准装置，本发明基于电热等效法设计了功率测量校准装置对功率测量***进行校准以实现功率参数量值溯源。
本发明目的通过下述技术方案来实现：
一种高功率毫米波功率测量校准装置，被校***两端设有进液管和出液管，所述进液管的进液口处设有第一测量单元用于实现进液流量和进液温度测量，所述出液管的出液口处设有第二测量单元用于实现出液流量和出液温度测量；所述功率测量校准装置经三通阀连接于进液管之上，并位于第一测量单元与被校***之间；所述功率测量校准装置包括：恒温水箱、温度计以及设置于恒温水箱内的液体，所述温度计置于所述恒温水箱内并浸没于液体内；所述功率测量校准装置通过恒温水箱内的加热和制冷模块完成恒温水箱内液体加热，并获得恒温水箱内液体储存热量为Qs，作为校准用标准热量；
在被校***在空载状态下，恒温水箱的液体进入被校***，此时，被校***基于测得的进液口和出液口处的温度和流量信息完成流经被校***的液体热量变化量Qm的测量，
则被校***能量测量误差ΔQ为：ΔQ＝Qm-Qs；且，被校***进行校准时的流量状态，与被校准***工作时流量状态相当。
根据一个优选的实施方式，所述恒温水箱内液体的储存热量为：
Qs＝cm(Ts-T0)＝cρVs(Ts-T0)
式中Qs是恒温水箱存储的热量，c是液体的比热容；m是恒温水箱中液体的质量；Ts是恒温水箱中液体的加热后温度；T0是流入恒温水箱的液体的初始温度；ρ是水的密度；Vs是恒温水箱的体积。
根据一个优选的实施方式，测得的液体热量变化量为：
Qm＝∫cρT1(t)S1(t)dt-∫cρT0(t)S0(t)dt
其中Qm是被校***所测得的能量；T1(t)为被校***出液口温度；S1(t)为被校***出液口流量；T0(t)为被校***入液口温度，也是流入恒温水箱液体的初始温度；S0(t)为被校***入液口流量。
根据一个优选的实施方式，所述恒温水箱内还设有搅拌装置，用于实现箱内液体搅拌。
根据一个优选的实施方式，流入被校***和功率测量校准装置的液体不限于为水。
根据一个优选的实施方式，所示第一测量单元和第二测量单元内置有流量传感器和温度传感器。
前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。
本发明的有益效果：通过本发明的功率测量校准装置在为被校***提供了作为校准用标准热量，被校***通过实现对标准热量的测量，从而基于测得值与标准热量的差值，获得被校***的能量测量误差，从而通过该误差值，再结合毫米波脉冲宽度即可得到校准后的毫米波功率，完成对被校***的校准。并且，功率测量校准装置中液体的标准能量准确且可以通过温度和质量等基本量进行量值溯源。
附图说明
图1是本发明功率测量校准装置在工作原理结构示意图；
其中，101-被校***，102-进液管，103-第一测量单元，104-出液管，105-第二测量单元，201-恒温水箱，202-加热电阻，203-搅拌装置。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明要指出的是，本发明中，如未特别写出具体涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等，则本发明涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等均为本领域技术人员在现有技术的基础上，可以不经过创造性劳动可以得知的。
实施例1：
参考图1所示，本发明公开了一种高功率毫米波功率测量校准装置。通过本发明公开的功率测量校准装置实现对被校***101的热量测量校准功能。
其中，被校***101两端设有进液管102和出液管104，用于实现液体的流入及流出。
进液管102的进液口处设有第一测量单元103用于实现进液流量和进液温度测量，所述出液管104的出液口处设有第二测量单元105用于实现出液流量和出液温度测量。
进一步地，所示第一测量单元103和第二测量单元105内置有流量传感器和温度传感器。
优选地，所述功率测量校准装置经三通阀202连接于进液管102之上，并位于第一测量单元103与被校***101之间。用于存储热量的液体经进液管102流入所述功率测量校准装置，所述功率测量校准装置用于为被校***101提供标准热量(热量的载体为液体)。
具体地，功率测量校准装置包括：恒温水箱201、温度计以及设置于恒温水箱201内的液体。
温度计置于所述恒温水箱201内并浸没于液体内。
所述功率测量校准装置通过恒温水箱201内的加热和制冷模块完成恒温水箱201内液体加热，并获得恒温水箱201内液体储存热量为Qs，作为校准用标准热量。温度计用于实现恒温水箱201内液体温度测量。
恒温水箱201内还设有搅拌装置，用于实现箱内液体搅拌。从而有助于加热电阻202能够对液体实现均匀加热。
具体地，所述恒温水箱201内液体的储存热量(相对于初始温度的储存热量)为：
Qs＝cm(Ts-T0)＝cρVs(Ts-T0)
式中，c是液体的比热容；m是恒温水箱201中液体的质量；Ts是恒温水箱201中液体的加热后温度；T0是流入恒温水箱201的液体的初始温度(一般情况T0即是室温)；ρ是水的密度；Vs是恒温水箱201的体积。
优选地，本实施例中，流入被校***101和功率测量校准装置的液体不限于选择为水，或者在毫米波波段具有较大损耗角正切的液体也可以。
在被校***101在空载状态下，恒温水箱201的液体进入被校***101，此时，被校***101基于测得的进液口和出液口处的温度和流量信息完成流经被校***101的液体热量变化量Qm的测量。
测得的液体热量变化量为：
Qm＝∫cρT1(t)S1(t)dt-∫cρT0(t)S0(t)dt
其中Qm是被校***101所测得的能量；T1(t)为被校***101出液口温度；S1(t)为被校***101出液口流量；T0(t)为被校***101入液口温度，也是流入恒温水箱201液体的初始温度；S0(t)为被校***101入液口流量。
则被校***101能量测量误差ΔQ为：ΔQ＝Qm-Qs。再结合毫米波脉冲宽度即可得到校准后的毫米波功率，由此完成了对被校***101的校准。
且，被校***进行校准时的流量状态，与被校准***工作时流量状态相当。即是，被校准时的流量状态应该和被校准***工作时保持差不多的流量状态，这样能量测量误差才准确
通过本发明的功率测量校准装置在为被校***提供了作为校准用标准热量，被校***通过实现对标准热量的测量，从而基于测得值与标准热量的差值，获得被校***的能量测量误差，从而通过该误差值，再结合毫米波脉冲宽度即可得到校准后的毫米波功率，完成对被校***的校准。并且，功率测量校准装置中液体的标准能量准确且可以进行量值溯源。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高功率毫米波功率测量校准装置，被校***(101)两端设有进液管(102)和出液管(104)，所述进液管(102)的进液口处设有第一测量单元(103)用于实现进液流量和进液温度测量，所述出液管(104)的出液口处设有第二测量单元(105)用于实现出液流量和出液温度测量；
其特征在于，
所述功率测量校准装置经三通阀(202)连接于进液管(102)之上，并位于第一测量单元(103)与被校***(101)之间；
所述功率测量校准装置包括：恒温水箱(201)、温度计以及设置于恒温水箱(201)内的液体，所述温度计置于所述恒温水箱(201)内并浸没于液体内；
所述功率测量校准装置通过恒温水箱(201)内的加热和制冷模块完成恒温水箱(201)内液体加热，并获得恒温水箱(201)内液体储存热量为Qs，作为校准用标准热量；
在被校***(101)在空载状态下，恒温水箱(201)的液体进入被校***(101)，此时，被校***(101)基于测得的进液口和出液口处的温度和流量信息完成流经被校***(101)的液体热量变化量Qm的测量，
则被校***能量测量误差ΔQ为：ΔQ＝Qm-Qs；
且，被校***(101)进行校准时的流量状态，与被校***(101)工作时流量状态相当；
测得的液体热量变化量为：
Qm＝∫cρT1(t)S1(t)dt-∫cρT0(t)S0(t)dt
其中Qm是被校***(101)所测得的能量；T1(t)为被校***(101)出液口温度；S1(t)为被校***(101)出液口流量；T0(t)为被校***(101)入液口温度，也是流入恒温水箱(201)液体的初始温度；S0(t)为被校***(101)入液口流量。
2.如权利要求1所述的功率测量校准装置，其特征在于，所述恒温水箱(201)内液体的储存热量为：
Qs＝cm(Ts-T0)＝cρVs(Ts-T0)
式中Qs是恒温水箱(201)存储的热量，c是液体的比热容；m是恒温水箱中液体的质量；Ts是恒温水箱(201)中液体的加热后温度；T0是流入恒温水箱(201)的液体的初始温度；ρ是水的密度；Vs是恒温水箱的体积。
3.如权利要求1所述的功率测量校准装置，其特征在于，所述恒温水箱(201)内还设有搅拌装置(203)，用于实现箱内液体搅拌。
4.如权利要求1所述的功率测量校准装置，其特征在于，流入被校***(101)和功率测量校准装置的液体不限于为水。
5.如权利要求1所述的功率测量校准装置，其特征在于，所示第一测量单元(103)和第二测量单元(105)内置有流量传感器和温度传感器。
CN202111540346.7A 2021-12-16 2021-12-16 一种高功率毫米波功率测量校准装置 Active CN114264889B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111540346.7A CN114264889B (zh) 2021-12-16 2021-12-16 一种高功率毫米波功率测量校准装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111540346.7A CN114264889B (zh) 2021-12-16 2021-12-16 一种高功率毫米波功率测量校准装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114264889A CN114264889A (zh) 2022-04-01
CN114264889B true CN114264889B (zh) 2023-07-21

Family

ID=80827468

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111540346.7A Active CN114264889B (zh) 2021-12-16 2021-12-16 一种高功率毫米波功率测量校准装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114264889B (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013087174A1 (de) * 2011-12-12 2013-06-20 Karlsruher Institut für Technologie Vorrichtung und verfahren zur bestimmung des massenstroms eines fluids
DE102015115761A1 (de) * 2015-09-18 2017-03-23 Endress + Hauser Flowtec Ag Verfahren zur Vor-Ort Kalibration eines thermischen Durchflussmess-gerätes, Verfahren zur Durchführung einer temperaturkompensierten Durchflussmessung und thermisches Durchflussmessgerät

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB919690A (en) * 1961-12-19 1963-02-27 Tavkozlesi Ki Instrument for measuring microwave power
SU1218337A1 (ru) * 1984-01-04 1986-03-15 Институт прикладной физики АН СССР Измеритель мощности СВЧ-излучени
US5110216A (en) * 1989-03-30 1992-05-05 Luxtron Corporation Fiberoptic techniques for measuring the magnitude of local microwave fields and power
US5378875A (en) * 1991-12-25 1995-01-03 Mitsubishi Materials Corporation Microwave oven with power detecting device
RU2108590C1 (ru) * 1994-08-04 1998-04-10 Ульяновский государственный технический университет Способ определения интенсивности распределения свч-мощности
US5749654A (en) * 1996-01-16 1998-05-12 Gibson, Jr.; Oliver E. Calorimetric wattmeter for testing microwave ovens
US7304715B2 (en) * 2004-08-13 2007-12-04 Asml Netherlands B.V. Lithographic apparatus and device manufacturing method
CN100578236C (zh) * 2007-10-12 2010-01-06 核工业西南物理研究院 基于量热法的兆瓦级微波功率测量***
CN102914756B (zh) * 2012-06-27 2015-09-23 中国电子科技集团公司第四十一研究所 一种二极管式微波功率探头的全自动校准补偿的方法
CN203422424U (zh) * 2013-04-22 2014-02-05 中国人民解放军63655部队 X波段高功率微波一体化辐射场测量***
CN203398295U (zh) * 2013-09-04 2014-01-15 成都鼎格科技有限公司 用于毫米波准光功率合成远近场测试的调节装置
CN106019014B (zh) * 2016-06-15 2018-08-24 中国工程物理研究院应用电子学研究所 一种折叠波导行波管用集中衰减器的测试***及测试方法
CN110133367B (zh) * 2019-06-14 2020-09-08 电子科技大学 一种毫米波量热式微波功率计用负载

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013087174A1 (de) * 2011-12-12 2013-06-20 Karlsruher Institut für Technologie Vorrichtung und verfahren zur bestimmung des massenstroms eines fluids
DE102015115761A1 (de) * 2015-09-18 2017-03-23 Endress + Hauser Flowtec Ag Verfahren zur Vor-Ort Kalibration eines thermischen Durchflussmess-gerätes, Verfahren zur Durchführung einer temperaturkompensierten Durchflussmessung und thermisches Durchflussmessgerät

Also Published As

Publication number Publication date
CN114264889A (zh) 2022-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106768495B (zh) 一种商用循环热泵热水器性能测试装置及测试方法
CN100533133C (zh) 热管平板式导热系数测定仪
CN102374878B (zh) 一种冷板性能测试装置
CN208334251U (zh) 一种散热指数测量装置
CN109738223A (zh) 燃料电池热管理测试台架及燃料电池热管理监控***
CN109030543B (zh) 一种相变材料热物性测量方法
CN109781779B (zh) 一种适用于测量溶气流体比定压热容的方法及装置
CN103713010A (zh) 用于测量高热流密度传热过程的快拆试验装置及方法
CN110261008A (zh) 一种水负载量热计
CN105510379A (zh) 一种用于测试换热器的翅片的传热性能的***
CN203688480U (zh) 用于测量高热流密度传热过程的快拆试验装置
CN112630526B (zh) 改进型流量式微波中功率的测量装置和测量方法
CN114264889B (zh) 一种高功率毫米波功率测量校准装置
CN110702851B (zh) 一种相变储能装置性能测试***及其测试方法
CN110189593B (zh) 一种精确的传热综合实验装置
CN107678462A (zh) 定速槽及定速槽用定速降温***及定速槽定速降温方法
CN102590274B (zh) 薄膜热电材料热导率测试***及方法
CN204594914U (zh) 槽式太阳能集热管热损失测试***
CN208902636U (zh) 一种微小通道内高温熔盐换热特性的测量装置
CN205308298U (zh) 一种带液位计的装置
CN212844843U (zh) 一种基于微型回流循环式黏度和密度测量装置
CN205352979U (zh) 一种防护热板法平板导热仪
CN212301210U (zh) 利用毛细管法测量液体粘滞系数的装置
CN110988022B (zh) 一种套管式冷却水套结构和重力热管检测装置及检测方法
CN105136342A (zh) 微温差条件下提高换热器换热量测量精度的***及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant