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Informaci�n t�cnica sobre: Calor�metros

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.
 

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