ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ
НПО "ВНИИМ им. Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА"

МЕТОДИКА
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЙ АТТЕСТАЦИИ ВАТТМЕТРОВ
ПРОХОДЯЩЕЙ МОЩНОСТИ С ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ
Я2М-21 И Я2М-22 В КАЧЕСТВЕ ОБРАЗЦОВЫХ СРЕДСТВ
ИЗМЕРЕНИЙ 2-ГО РАЗРЯДА В ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ 3 - 10 ГГц

МИ 211-80

РАЗРАБОТАНА научно-производственным объединением "ВНИИМ им. Д.И. Менделеева"

Генеральный директор Ю.В. Тарбеев

Руководитель темы И.А. Сергеев

Исполнитель А.Т. Лопарева

ПОДГОТОВЛЕНА К УТВЕРЖДЕНИЮ Лабораторией законодательной метрологии

Руководитель лаборатории М.Н. Селиванов

Исполнитель С.Б. Рабинов

УТВЕРЖДЕНА научно-техническим советом НПО "ВНИИМ им. Д.И. Менделеева" 22 июня 1979 г. (протокол № 14)

Настоящая методика распространяется на ваттметры проходящей мощности с преобразователями типов Я2М-21 и Я2М-22, выпускаемые в соответствии с ГОСТ 22261-76, и устанавливает методы и средства их метрологической аттестации (в дальнейшем - аттестации) в качестве образцовых средств измерений 2-го разряда в соответствии с поверочной схемой по ГОСТ 8.074-73 в диапазоне частот 3 - 10 ГГц.

1. ОПЕРАЦИИ ПРИ АТТЕСТАЦИИ

1.1. При проведении аттестации ваттметра выполняют следующие операции.

1.1.1. Поверку терморезисторного моста (п. 4.2).

1.1.2. Аттестацию преобразователей типов Я2М-21 и Я2М-22 (п. 4.3), включающую:

внешний осмотр (п. 4.3.1);

опробование (п. 4.3.2);

определение модуля эффективного коэффициента отражения выхода преобразователя (п. 4.3.3);

определение коэффициента передачи (калибровочного коэффициента) преобразователя (п. 4.3.4).

2. СРЕДСТВА, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ АТТЕСТАЦИИ

2.1. При проведении аттестации применяют следующие образцовые средства измерений.

2.1.1. Электронно-счетный частотомер с диапазоном частот 3 - 10 ГГц и пределом допускаемой основной погрешности не более 0,1 % (например, типа Ч3-38 или Ч3-39 с блоками ЯЗЧ-42 и ЯЗЧ-43).

2.1.2. Приемный терморезисторный преобразователь мощности образцового ваттметра 1-го разряда, аттестованный из числа выпускаемых по ГОСТ 13606-68, с коэффициентом эффективности (преобразования) не менее 0,92, с пределом допускаемой основной погрешности по коэффициенту эффективности (преобразования) не более 1,4 %, с коэффициентом стоячей волны напряжения входа не более 1,25, с рабочим диапазоном частот 3 - 10 ГГц и максимальным уровнем измеряемых мощностей не менее 10 мВт (например, типов ТГК3-6, ТГК6-10, М5-31, М5-32).

2.1.3. Терморезисторный мост образцового ваттметра 1-го разряда с диапазоном измеряемых мощностей 0,5 - 10 мВт и основной погрешностью не более 0,6 % (например, типа МТ-3, М3-22 или МТБ-1).

2.1.4. Измерительную линию с диапазоном частот 3 - 10 ГГц и собственным коэффициентом стоячей волны напряжения не более 1,02 (например, типа ЛИС-2).

Примечание. Измерительная линия типа ЛИС-2 представляет собой модернизацию линии типа Р1-3, снабженную встроенным согласующим трансформатором (разработчик НПО "ВНИИМ. им. Д.И. Менделеева", черт. 10020).

2.1.5. Измеритель отношения напряжений с чувствительностью не менее 1 мкВ и пределом допускаемой основной погрешности измерения отношения напряжений не более 1,5 % (например, типа В8-6) или микроамперметр класса 1,0 с пределом измерений 1 мкА (например, типа М95А).

2.2. При проведении аттестации применяют следующие вспомогательные средства.

2.2.1. Измерительные генераторы сверхвысокой частоты (СВЧ) с диапазоном частот 3 - 10 ГГц, выходной мощностью не менее 20 мВт, нестабильностью выходного уровня мощности не более 0,1 дБ за 10 мин (например, типов Г4-111, Г4-125, Г4-126, Г4-9, Г4-10А, Г4-96, Г4-97).

Примечание. Допускается использование комплекта генераторов, обеспечивающих уровень мощности 20 мВт на отдельных частотах, при которых проводится аттестация.

2.2.2. Коаксиальную согласованную нагрузку с диапазоном частот 3 - 10 ГГц с коэффициентом стоячей волны напряжения не более 1,2 (например, типов ЭАК-111 из комплекта измерительной линии типа Р1-3, Э9-99 или Э9-8).

2.2.3. Ферритовые вентили с коэффициентом стоячей волны напряжения не более 1,4 и диапазоном частот 3 - 10 ГГц (например, типов Э6-35 (Э8-15), Э6-36 (Э8-16), Э6-37 (Э8-17) или выпускаемые по чертежам ЕЭ2.238.157 и ЕЭ2.238.157-01).

2.2.4. Согласующий трансформатор с диапазоном частот 3 - 10 ГГц (например, согласующий трансформатор по чертежу Хд2.240.010, разработчик НПО "ВНИИМ им. Д.И. Менделеева", а также согласующие трансформаторы типов Э1-41 по чертежу ЕЭ2.240.017 ТУ, Э1-8 по чертежу ЕЭ2.755.018 ТУ и Э1-9 по чертежу ЕЭ2.755.019 ТУ).

2.2.5. Аттенюатор коаксиальный переменный с диапазоном частот 3 - 10 ГГц и плавной регулировкой ослабления от 1 до 20 дБ (например, типа Д5-18).

2.2.6. Подвижные короткозамыкатели коаксиальные типов Э9-6 и Э9-7 из комплекта измерительной линии типа Р1-2, или Э9-74 из комплекта измерительной линии типа Р1-18, или ЭРСК-111 из комплекта измерительной линии (типа Р1-3, или нагрузку переменную с переменной фазой из комплекта измерительной линии типа Р1-34.

2.2.7. Аттенюаторы волноводные поляризационные с диапазоном частот 3 - 10 ГГц и с плавной регулировкой ослабления от 0 до 60 дБ (например, типов Д3-27, Д3-28, Д3-29 и Д3-33).

2.2.8. Подвижные короткозамыкатели волноводные с диапазоном частот 3 - 10 ГГц (например, короткозамыкатели, выпускаемые по чертежам ПИ2.266.005 СП - ПИ2.266.008 СП, ПИ2.266.011 СП, разработчик ВНИИФТРИ).

2.2.9. Коаксиально-волноводный переход электрических соединителей с диапазоном частот 3 - 10 ГГц (например, типов Э2-43А и Э2-44А).

Примечание. Средства аттестации, указанные в пп. 2.2.5 - 2.2.9, могут применяться вместо средств по пп. 2.2.2 и 2.2.4.

2.2.10. Прибор для измерения электрического сопротивления изоляции с пределом измерения не менее 3 МОм (например, типа Ц4317).

2.2.11. Контрольно-измерительные приспособления (калибры) для проверки присоединительных размеров коаксиальных измерительных электрических соединителей, обеспечивающие погрешность измерения линейных размеров не более 0,02 мм (например, по чертежу Хд5.170.011, разработчик НПО "ВНИИМ им. Д.И. Менделеева").

2.2.12. Стабилизатор напряжения сети, обеспечивающий на выходе напряжения (220 ± 4,4) В при токе нагрузки не менее 3,8 А (например, типа Б2-3).

2.3. При проведении аттестации применяют и другие средства измерений, аналогичные указанным выше по назначению и удовлетворяющие по техническим характеристикам требованиям настоящей методики.

2.4. Правила пользования перечисленными средствами измерений описаны в инструкциях по эксплуатации заводов-изготовителей.

2.5. Все применяемые средства измерений должны иметь действующие документы о проверке или метрологической аттестации.

3. УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ АТТЕСТАЦИИ И ПОДГОТОВКА К НЕЙ

3.1. При проведении аттестации должны соблюдаться следующие условия:

3.2. Перед проведением аттестации выполняют следующие подготовительные работы.

3.2.1. Аттестуемый преобразователь, терморезисторные мосты и средства аттестации перед включением в сеть питания заземляют.

Примечание. Общая точка терморезисторов не должна иметь контакта с землей.

3.2.2. Общий вывод терморезисторов "ОБ", выводы рабочего, опорного (или компенсирующего) терморезисторов аттестуемого преобразователя подключают к соответствующим зажимам терморезисторного моста.

3.2.3. Терморезисторные мосты и измерительный генератор включают в сеть питания через стабилизатор напряжения и прогревают под током в течение 1 ч.

4. ПРОВЕДЕНИЕ АТТЕСТАЦИИ

4.1. Поверка терморезисторного моста и аттестация преобразователей Я2М-21 и Я2М-22 могут проводиться разными поверочными организациями. Преобразователи Я2М-21 и Я2М-22 могут быть представлены на аттестацию без терморезисторного моста, входящего в состав ваттметра. В этом случае при аттестации преобразователей используют терморезисторные мосты поверочной организации, удовлетворяющие требованиям п. 4.2 настоящей методики.

4.2. Поверка терморезисторного моста.

4.2.1. Терморезисторный мост М3-22 или МТ-3, входящий в состав аттестуемого ваттметра, должен быть проверен по методике, приведенной в его технической документации. Дополнительно для терморезисторного моста М3-22 по методике МИ 19-74 в пределах 1/5 части шкалы от ее конца на пределе 1200 мкВт определяют поправку с целью исключения систематической составляющей основной погрешности. С учетом поправки основная погрешность терморезисторного моста М3-22 не должна превышать 0,6 %.

4.3. Аттестация преобразователей типов Я2М-21 и Я2М-22.

4.3.1. Внешний осмотр.

При проведении внешнего осмотра устанавливают соответствие аттестуемого преобразователя следующим требованиям.

4.3.1.1. Преобразователь не должен иметь наружных механических повреждений, неисправностей органов регулирования или коаксиальных измерительных электрических соединителей, влияющих на его нормальную работу.

4.3.1.2. Преобразователь должен быть укомплектован соединительным кабелем, коаксиальными переходами, техническим описанием, инструкцией по эксплуатации и свидетельством о метрологической аттестации (при повторной аттестации).

4.3.2. Опробование.

При опробовании преобразователя проверяют следующее.

4.3.2.1. Четкость (без заеданий) фиксации переключателя установки частоты во всех позициях. При этом указатель позиции переключателя должен совпадать с соответствующей надписью на панели преобразователя.

4.3.2.2. Соответствие основных присоединительных размеров коаксиальных измерительных электрических соединителей аттестуемого преобразователя и коаксиальных переходов преобразователя требованиям ГОСТ 13317-73 (основные присоединительные размеры коаксиальных измерительных электрических соединителей преобразователя и коаксиальных переходов приведены в приложении 1). Присоединительные размеры измеряют специальными контрольно-измерительными инструментами (калибрами) для проверки присоединительных размеров коаксиальных измерительных электрических соединителей. Присоединительные размеры коаксиального перехода № 63 (Э2-30) проверяют при присоединении его к выходу преобразователя после предварительной проверки присоединительных размеров выходного электрического соединителя преобразователя на соответствие требованиям ГОСТ 13317-73.

4.3.2.3. Электрическое сопротивление изоляции между корпусом аттестуемого преобразователя и общим выводом терморезисторов "ОБ". Его определяют прибором для измерения электрического сопротивления изоляции. Электрическое сопротивление изоляции должно быть не менее 1 МОм.

4.3.2.4. Готовность к работе аттестуемого преобразователя проверяют с помощью приборов, соединенных по структурной схеме, приведенной на рис. 1.

При регулировке выходной мощности генератора должно наблюдаться изменение показаний терморезисторного моста ваттметра. Готовность к работе проверяют во всех положениях переключателя частоты аттестуемого преобразователя при показаниях терморезисторного моста 0,5 - 5 мВт.

4.3.2.5. Нестабильность показаний терморезисторного моста во времени в установившемся режиме и при неизменной температуре не должна превышать значения, указанного в его техническом описании.

4.3.3. Определение модуля эффективного коэффициента отражения выхода преобразователя.

4.3.3.1. Модуль эффективного коэффициента отражения выхода определяют при всех устанавливаемых значениях частоты аттестуемого преобразователя в соответствии со структурной схемой, приведенной на рис. 2. При этом выход аттестуемого преобразователя через коаксиальный переход № 63 (Э2-30) подключают к измерительной линии со стороны согласующего трансформатора измерительной линии, а вход - к согласующему трансформатору или аттенюатору с плавной регулировкой ослабления. При использовании волноводного аттенюатора между аттестуемым преобразователем и волноводным аттенюатором дополнительно подключают коаксиально-волноводный переход электрического соединителя (например, типа Э2-43А или Э2-44А).

Примечание. По просьбе заказчика определение модуля эффективного коэффициента отражения выхода преобразователя Я2М-21 может быть проведено дополнительно на любой одной частоте в диапазоне 3,0 - 5,5 ГГц. При этом переключатель частоты преобразователя должен быть установлен в положение "2,8".

4.3.3.2. Необходимое значение частоты устанавливают на генераторе и контролируют встроенным частотомером, проградуированным предварительно с погрешностью не более 0,1 % с помощью электронно-счетного частотомера.

1 - генератор СВЧ; 2 - ферритовый вентиль;
3 - аттестуемый  преобразователь; 4 - согласованная нагрузка;
5 - терморезисторный мост; 6 - аттестуемый ваттметр

Рис. 1

1 - генератор СВЧ; 2 - ферритовый вентиль; 3 - измерительная линия;
4 - коаксиальный переход № 63 (Э2-30) из комплекта аттестуемого преобразователя;
5 - аттестуемый преобразователь мощности; 6 - согласующий трансформатор или аттенюатор;
7 - коаксиальная согласованная нагрузка или подвижной короткозамыкатель;
8 - электронно-счетный частотомер; 9 - индикатор измерительной линии;
10 - терморезисторный мост М3-22 или МТ-3; 11 - аттестуемый ваттметр

Рис. 2

4.3.3.3. На генераторе устанавливают уровень мощности не менее 10 мВт (но не более 100 мВт).

4.3.3.4. Органы регулирования согласующего трансформатора измерительной линии устанавливают на каждой частоте в соответствии с градуировочной таблицей.

4.3.3.5. Органами регулирования согласующего трансформатора (или аттенюатора и короткозамыкателя) добиваются минимального изменения показаний терморезисторного моста на самом чувствительном пределе (на пределе 10 мкВт для моста МТ-3 или на пределе 12 мкВт для моста М3-22) при выключении мощности генератора. Изменение показаний терморезисторного моста при включенной и выключенной мощности генератора должно быть не более 0,1 мкВт.

4.3.3.6. С помощью измерительной линии определяют коэффициент стоячей волны напряжения (КСВН) выхода аттестуемого преобразователя, который должен быть не более 1,06. При использовании измерителя отношений типа В8-6 на время измерения КСВН генератор должен быть переключен в режим внутренней модуляции (меандром).

4.3.3.7. Модуль эффективного коэффициента отражения выхода аттестуемого преобразователя определяют по формуле

4.3.3.8. Модуль эффективного коэффициента отражения выхода должен быть не более 0,03.

Примечание. Если значение ρ_эф на какой-либо частоте превышает 0,03, следует подрегулировать согласующий трансформатор аттестуемого преобразователя в соответствии с методикой, указанной в описании и инструкции по эксплуатации, и после этого повторить операции по пп. 4.3.3.1 - 4.3.3.7 настоящей методики.

4.3.4. Определение коэффициента передачи (калибровочного коэффициента) преобразователя.

4.3.4.1. Коэффициент передачи определяют при всех устанавливаемых значениях частоты аттестуемого преобразователя (с учетом примечания п. 4.3.3.1).

4.3.4.2. Структурная схема для определения коэффициент" передачи преобразователя приведена на рис. 3.

1 - генератор СВЧ; 2 - аттестуемый преобразователь; 3 - приемный
терморезисторный преобразователь образцового ваттметра; 4 - терморезисторный
мост образцового ваттметра; 5 - образцовый ваттметр 1-го разряда; 6 - электронно-счетный
частотомер; 7 - терморезисторный мост; 8 - аттестуемый ваттметр; 9 - цифровой вольтметр

Рис. 3

4.3.4.3. Вход аттестуемого преобразователя подсоединяют к выходу генератора СВЧ. К выходу аттестуемого преобразователя подключают приемный преобразователь с терморезисторным мостом (образцовый ваттметр). На терморезисторных мостах устанавливают значения рабочих электрических сопротивлений соответственно электрическим сопротивлениям терморезисторов аттестуемого и приемного преобразователей. Цифровой вольтметр включают параллельно рабочему терморезистору.

4.3.4.4. На генераторе СВЧ устанавливают значение частоты в соответствии с положением переключателя частоты аттестуемого преобразователя. Частоту генератора контролируют внутренним встроенным частотомером, проградуированным предварительно с помощью электронно-счетного частотомера с погрешностью не более 0,1 %.

4.3.4.5. При выключенной мощности генератора СВЧ устанавливают показания терморезисторных мостов на отметку "0".

4.3.4.6. Регулировкой уровня мощности генератора СВЧ устанавливают на выходе аттестуемого преобразователя такое значение мощности, при котором показания терморезисторного моста, подключенного к образцовому приемному преобразователю мощности, составят 9,5 - 10 мВт.

4.3.4.7. Производят одновременно отсчет мощности Р_вых и Р_опор по показаниям терморезисторных мостов и определяют отношение Р_вых/Р_опор.

4.3.4.8. Измерения Р_вых и Р_опор повторяют n раз (но не менее трех) в соответствии с требованиями пп. 4.3.4.5 - 4.3.4.7. Необходимое число измерений n определяют исходя из предельного допускаемого значения случайной погрешности определения коэффициента передачи по методике, приведенной в приложении 2.

4.3.4.9. Коэффициент передачи α_ат аттестуемого преобразователя определяют по формуле

где (Р_вых/Р_опор) - среднее арифметическое значение из n результатов измерений;

КСВН_п - значение коэффициента стоячей волны напряжения приемного преобразователя мощности образцового ваттметра (из свидетельства об аттестации);

K_эф - коэффициент эффективности (преобразования) приемного преобразователя мощности образцового ваттметра (из свидетельства об аттестации).

Значение коэффициента передачи должно быть в пределах от 6 до 12,5.

4.3.4.10. Погрешность определения коэффициента передачи аттестованного в соответствии с настоящей методикой преобразователя не превышает 2,5 %. Методика расчета погрешности определения коэффициента передачи приведена в приложении 2.

4.3.4.11. При повторной аттестации преобразователь следует признать годным к применению, если выполнено условие

где α_ат и α - значения коэффициента передачи (калибровочного коэффициента) по данным настоящей и предыдущей аттестаций соответственно;

δ_ат и δ - значения погрешности определения коэффициента передачи по данным настоящей и предыдущей аттестаций соответственно, %.

5. ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ АТТЕСТАЦИИ

5.1. При положительных результатах аттестации на ваттметр выдают свидетельство о метрологической аттестации по форме, приведенной в приложении 3.

5.2. В том случае, если проверку терморезисторного моста и аттестацию преобразователей Я2М-21 и Я2М-22 проводили разные поверочные органы, оформление результатов аттестации производят следующим образом.

5.2.1. При положительных результатах поверки терморезисторного моста на него выдает свидетельство о поверке по установленной форме организация, проводившая поверку.

5.2.2. При положительных результатах аттестации преобразователей Я2М-21 и Я2М-22 и при наличии свидетельства о поверке терморезисторного моста организация, проводившая аттестацию преобразователей Я2М-21 и Я2М-22, выдает свидетельство о метрологической аттестации ваттметра.

5.2.3. При положительных результатах аттестации преобразователей Я2М-21 и Я2М-22 и при отсутствии свидетельства о поверке терморезисторного моста организация, проводившая аттестацию преобразователей, выдает только свидетельство о метрологической аттестации преобразователей Я2М-21 и Я2М-22 по форме, приведенной в приложении 4.

5.3. На терморезисторный мост и преобразователи Я2М-21 и Я2М-22, не удовлетворяющие требованиям настоящей методики, выдают извещения о непригодности с указанием причин.

5.4. Для ваттметров проходящей мощности и преобразователей Я2М-21 и Я2М-22, аттестованных в соответствии с настоящей методикой, устанавливают срок следующей аттестации не более чем через год.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ОСНОВНЫЕ ПРИСОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ РАЗМЕРЫ ВХОДНОГО И ВЫХОДНОГО КОАКСИАЛЬНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНИТЕЛЕЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ Я2М-21 И Я2М-22 И КОАКСИАЛЬНЫХ ПЕРЕХОДОВ ПО ГОСТ 13317-73

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПРЕДЕЛЬНОЙ ПОГРЕШНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПЕРЕДАЧИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПАДАЮЩЕЙ МОЩНОСТИ Я2М-21 И Я2М-22

Предельную погрешность δ_ат определения коэффициента передачи преобразователя мощности, %, рассчитывают по формуле

где δ₁ - δ₆ - предельные погрешности, %, при доверительной вероятности 0,997:

δ₁ - предельная основная погрешность по коэффициенту эффективности (преобразования) приемного терморезисторного преобразователя образцового ваттметра (из свидетельства об аттестации), %;

δ₂ - предельная основная погрешность терморезисторного моста аттестуемого ваттметра, %;

δ₃ - предельная основная погрешность терморезисторного моста образцового ваттметра 1-го разряда, %,

δ₄ - предельная погрешность определения поправки на отраженную мощность, %, рассчитываемая по формуле

где КСВН_п - значение коэффициента стоячей волны напряжения приемного терморезисторного преобразователя образцового ваттметра (из свидетельства об аттестации);

δ_к - основная погрешность измерительной линии при измерении КСВН, %;

δ₅ - предельная случайная погрешность определения коэффициента передачи, рассчитываемая по формуле

где (Р_вых/Р_опор)_max, (Р_вых/Р_опор)_min - соответственно максимальное и минимальное значения отношения Р_вых/Р_опор из ряда n измерений;

μ - коэффициент, равный:

Необходимое число измерений должно быть выбрано таким, чтобы предельная случайная погрешность δ₅ не превышала 0,5 %;

δ₆ - предельная погрешность рассогласования, рассчитываемая по формуле

j - весовой коэффициент, зависящий от соотношения

 

и равный:

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

ФОРМА СВИДЕТЕЛЬСТВА О МЕТРОЛОГИЧЕСКОЙ АТТЕСТАЦИИ

Лицевая сторона

Оборотная сторона

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

ФОРМА СВИДЕТЕЛЬСТВА О МЕТРОЛОГИЧЕСКОЙ АТТЕСТАЦИИ

Лицевая сторона

Оборотная сторона

СОДЕРЖАНИЕ