близких к 3 см. Датчиками служат объемные рейойа-торы различных типов, имеющие высокую добротность и полностью заполненные анализируемым газом. При этом диэлектрические параметры определяются выражениями, справедливыми для резонаторов всех типов:

где /о, Qo-резонансная частота и добротность пустого резонатора; /, Q - эти же параметры резонатора, заполненного газом.

Иногда добротность резонатора оценивают по отношению мощностей PolP, прошедших через резонатор при частотах /о и /:

QolQ={PolP)".

Как правило, измерение основано на сравнении резонансных частот двух резонаторов - измерительного, в который поступает контролируемый газ, и опорного, заполненного образцовым газом.

Измерительные схемы известных гигрометров СВЧ основаны на двух различных принципах. Объемный резонатор может служить элементом, задающим частоту колебаний генератора СВЧ; измерительная схема содержит два генератора (соответственно с измерительным и опорным резонаторами), разность частот которых измеряется, например, методом биений. В схемах второй группы в элементе сравнения сопоставляются выходные величины двух цепей с измерительным и опорным резонаторами. Обе цепи питаются от общего генератора, и их выходные величины связаны с разностью резонансных частот резонаторов.

Блок-схема гигрометра по первому принципу (рис. 9-1) содержит два клистронных генератора: А - измерительный и А - опорный, частоты которых определяются резонансными частотами объемных резонаторов Bi и В. 3 первый резонатор непрерывно поступает контролируемый воздух; второй (/о=9,4 Ггц) герметически закрыт и откачан до вакуума. Разность частот обоих генерато-

ров Af, изменяющаяся в функции показателя преломления воздуха, поступающего в Bi, преобразуется в блоке М (содержащем смеситель, усилитель, ограничитель, частотный детектор и звенья настройки) в напряжение постоянного тока, измеряемое показывающим или записывающим прибором П.

Описанная схема была в последующем усовершенствована введением цифрового выходного устройства и

/еоздух

uffx-fo

Рис. 9-1. Блок-схема гигрометра СВЧ по методу биений.

автоматической компенсации погрешностей от изменений температуры и давления.

Рефрактометр, основанный на втором из рассмотренных принципов [Л. 9-5], содержит один клистронный генератор 1 (рис. 9-2) с несущей частотой 9 100 Мгц;

О

Рис. 9-2. Блок-схема рефрактометра СВЧ.

частота генератора модулируется генератором 2 пилообразного напряжения низкой частоты (120 гц). Мощность СВЧ через аттенюатор 5 и волноводный тройник 4 поступает в два одинаковых тракта, содержащих объемные резонаторы - измерительный 5 и опорный 6. К выходу резонаторов через полупроводниковые диоды 7 присоединены усилители 8 с полосой пропускания 35- 3 000 гц, управляющие через ограничители 9 триггерной

схемой 10. Ограничители подрезают пик резонансного сигнала; импульсы первого тракта запускают триггер/О, импульсы второго - отключают его. Выходной сигнал триггера - прямоугольные импульсы постоянной амплитуды, ,но переменной ширины - поступает на усилитель , к выходу которого подключен показывающий прибор (микроамперметр).

Средняя величина выходного сигнала триггера и сила тока, измеряемого показывающим прибором, пропорциональны длительности импульсов, т. е. разности частот резонаторов.

Описанный метод был применен и в ряде других гигрометров.

Гигрометры СВЧ градуируются эмпирически, причем для этой цели применялись неполярные газы (N2, Нг), у которых электрическую восприимчивость можно считать пропорциональной плотности. Из источников погрешностей СВЧ гигрометров важнейшим является температура. Для устранения температурной погрешности резонаторы иногда термостатируют; можно также изготовлять оба резонатора в виде двух полостей в одном блоке металла. Лучшим материалом для изготовления резонаторов является инвар или аналогичные сплавы. Для устранения ошибок, связанных с колебаниями атмосферного давления, в некоторых рефрактометрах резонаторы заключены в металлические полые камеры, внутреннее пространство которых эвакуировано.

Метрологические качества СВЧ гигрометров - точность и чувствительность - в значительной степени определяются их устойчивостью. Недостатком приборов по схеме с модуляцией частоты является дрейф нуля. Долговременный дрейф обусловлен главным образом непостоянством характеристик клистронов; его причинами могут быть также температурные погрешности, изменения е образцового газа, изменения амплитуды модулирующего напряжения и т. д.

Для повышения устойчивости и точности рефрактометра можно применить нулевой компенсационный метод с использованием в качестве уравновешивающего органа резонатора, снабженного подстроечным механизмом с поршнем или штырьком, изменяющими рабочий объем резонатора.

При тщательном изготовлении рефрактометров со всеми перечисленными предосторожностями были до-