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Los calorímetros forman la base de los patrones primarios para mediciones de
potencia de microondas y proporcionan la calibración de más alta calidad de los
dispositivos de medición de potencia. Tienen la ventaja de que las mediciones
pueden referirse a magnitudes físicas fundamentales, y que la técnica de
medición puede sujetarse a un análisis profundo y definitivo para la evaluación
de error. Por otra parte, son voluminosos, caros de construir, requieren
personal altamente capacitado, son difíciles y lentos de usar, tienen un
intervalo dinámico limitado, y por tanto no son adecuados para usarse en campo
fuera de un laboratorio primario.
Dos tipos principales de calorímetro están en uso principalmente en este
momento, los calorímetros de carga SECAM y los microcalorímetros, aunque también
se utilizan los calorímetros de flujo, particularmente para mediciones de alta
potencia. En el calorímetro de flujo, en contraste con los calorímetros de carga
seca, el calor es removido de la carga circulando un flujo de agua destilada
sobre la carga y midiendo su aumento de temperatura.
a) Calorímetros de carga seca
Los calorímetros de carga seca usan una entrada dual para cargas idénticas en
las que la potencia de c.c. alimentada a una carga se utiliza para balancear la
potencia de RF absorbida por la otra. Se utiliza una termopila sensible como un
detector de nulos térmicos entre las dos cargas. La parte crítica del sistema de
medición es el diseño de las cargas, las cuales se optimizan para tener una
mínima sensibilidad a la frecuencia y un error pequeño equivalente, y para estar
bien acopladas una a la otra.
Los calorímetros de carga seca son útiles tanto en sistemas coaxiales como de
guía de onda, aunque los sistemas coaxiales presentan un problema de diseño más
difícil para la carga absorbente. Esto es por que la ausencia de un conductor
interior en la guía de onda simplifica tanto la configuración de una carga de
baja reflexión como el flujo de calor del circuito equivalente. Además las
pérdidas de la línea son menores y los conectores pueden aproximarse más a una
transferencia ideal. Los calorímetros de carga seca han sido diseñados para
usarse en la región de longitud de onda milimétrica.
b) Microcalorímetros
Aunque el significado literal de “microcalorímetro” es la medición de baja
potencia (del orden de miliwatts), la implicación es de hecho hacia una
configuración específica de instrumentación. Se usa para medir eficiencia
efectiva, más que para medir potencia como tal. Un elemento bolométrico y su
montaje se colocan dentro del microcalorímetro. Se aplica potencia de c.c. a la
polarización del bolómetro hasta que llegue a su resistencia de operación
apropiada. La potencia de c.c. y el correspondiente aumento de temperatura
determinado por la salida de la termopila (bolómetro) se registra. Entonces se
enciende la señal de potencia de RF y una vez que se logra el equilibro, la
nueva potencia de c.c. y la salida de la termopila se registran. De estas
mediciones, combinadas con varias correcciones, puede calcularse la eficiencia
efectiva. Una gran ventaja de este método es que los efectos de la potencia
reflejada debido al desacoplamiento y la potencia disipada en la línea de
alimentación se eliminan. Así, los compromisos requeridos en las líneas de
aislamiento térmicas para los calorímetros de carga seca se pueden evitar. En un
sistema automatizado, con fuentes de RF programables, multímetros digitales,
etc. Es posible calibrar un montaje bolométrico en un microcalorímetro de manera
automática. SE pueden requerir mediciones en un número de frecuencias y, puesto
que el calorímetros es intrínsecamente lento en llegar al equilibro, tal
automatización es prácticamente una necesidad.
Se pueden estimar o corregir varias otras fuentes de error. La sensibilidad de
calorímetro, esto es, la relación de tensión de salida de la termopila a la
potencia disipada en el calorímetro, es diferente para potencia disipada en las
paredes del montaje que para potencia disipada en el elemento bolómetro mismo.
Otros errores pueden incluir: inestabilidades del sistema en períodos extendidos
de tiempo necesario para alcanzar el equilibrio térmico, fuga de la señal de
microondas a través de uniones, conectores, o a lo largo del circuito de
polarización de c.c. y no repetibilidades de conector, aunque con la
determinación de exactitud actual, esto es generalmente insignificante.
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Esquema de un microcalorímetro de 3.5 mm (Ref. A NEW 3.5 mm COAXIAL MICROCALORIMETER: SYSTEM AND CORRECTION DESCRIPTION, L. Brunetti and E. Vremera) |
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Fecha de última modificación: 15 de septiembre de 2005