专利名称：高灵敏度液体介电常数测量探头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液体等效介电常数测量探头，尤其涉及一种用于以水为溶剂的稀溶液化学反应等效介电常数在线测量的高灵敏度测量探头。
背景技术：
早在1967年N.H.Williams就报道了用微波加快化学反应的实验结果，从那时起，用微波加快和控制化学反应就受到了人们的高度重视。现在微波已被广泛用于石油化工、食品化工、医药化工等领域并产生了巨大的经济效益。研究电磁场与化学反应系统的相互作用已成为近年来发展起来的一门新兴交叉学科，得到国内外广大科技工作者的高度重视和广泛研究。
由于化学反应系统是一个非平衡系统，在电磁波作用下系统吸收电磁能量转化成温升，温升改变了反应速率，反应速率的变化加快了反应系统中物质成份发生变化，从而导致等效介质参数发生变化，反过来又影响电磁波的吸收及反射，这是一个非平衡，非线性的过程。在研究电磁场与化学反应系统相互作用过程中，反应系统的宏观等效介电常数是一个非常关键的研究内容。严格从非平衡系统推导等效介电常数是十分困难的；采用实验方法，可以通过在线测量反应过程的反射系数，进而获得反应系统的介电常数。
《山东大学学报》1997，032(001)，P.54-61公开了一种用于混合液体介质测量的终端开路同轴探头，利用谐振法可对液态物质及低含水物质进行介质特征的测量。上述探头虽是高灵敏度探头，但当其用于测量以水为溶剂的稀溶液化学反应系统时，电化学作用等影响产生的气泡附着在测量探头上。因水的介电常数远大于反应物变化所引起的整个反应系统的宏观等效介电常数的变化，气泡的存在将直接影响测量结果的精确性。因此，上述探头并不能排除气泡对测量结果的影响。其次，上述探头只能用于固定频点的介电常数测量。
发明目的本发明设计了一种可用于液相化学反应等效介电常数在线测量的新型探头，在测量过程中能够排除气泡，且具有多频点在线测量及高灵敏度特性。
发明的内容本发明系对通常的同轴线进行改造而形成。主要由同轴线外导体(1)、同轴线内导体(2)及内、外导体间的填充物(3)构成，同轴线外导体(1)被部分削薄并与可调谐外导体(4)连接，同轴线内导体(2)部分中空，该中空部位与可调谐内导体(5)嵌接或套接，可调谐外导体(4)及可调谐内导体(5)的长度均可调，在可调谐外导体(4)上开有若干槽。
图1本发明的结构示意图；图2本发明的正视图；图3本发明的A-A剖面结构示意图；图4本发明用于化学反应不同时刻的扫频测量曲线图，其中，横轴为测量频率(GHz)，纵轴为反射系数的模值(dB)图5有气泡和无气泡时探头在纯水中的扫频测量曲线比较图，图中，实线表示有气泡存在时反射系数的模值(dB)，虚线表示排除气泡后反射系数的模值(dB)。
具体实施例方式
以下参照附图并结合一个实施例进一步详细描述本发明。
如图1和图2所示，探头包含两部分传统同轴线和中空开槽同轴线。其中，传统同轴线由外导体1、内导体2组成，内外导体之间填充聚四氟乙烯3；中空开槽同轴线由可调谐外导体4、可调谐内导体5、外导体上一个或一个以上的若干个开槽6共同构成，内、外导体之间填充被测介质。中空开槽同轴线部分构成终端开路的同轴谐振腔，其长度ΔL通过调节内外导体5、4进行调谐。本实施例中，可调谐外导体(4)与同轴线外导体(1)之间通过螺纹(7)实现螺纹连接，可调谐内导体(5)与同轴线内导体(2)之间通过螺纹(8)实现螺纹连接。ΔL的长度范围在2～30mm范围内变化。
测量时，探头插入液体中会有部分空气无法排除，并且测量过程中由于电化学作用等影响，会在该探头的终端开路同轴谐振腔内部产生气泡。研究表明，气泡的存在会对测量的精确性产生巨大影响，如图4所示。本发明因在终端开路同轴谐振腔的外导体上开有若干槽，有利于探头插入液体时及时排除气泡，在测量中必须不停晃动探头，及时排出由于电化学等作用产生的气泡。本实施例所示是在腔体终端位置处对称开设2条槽，但并不因此而排除非对称开槽。此槽的宽度应适宜，太窄不利于气泡的排除，太宽则会由于太多能量的泄露而使反射系数谐振曲线不明显。本实施例中选择的开槽宽度为1mm。
由于很多液体，尤其是化学反应溶液，往往具有腐蚀性。为避免探头在测量中被腐蚀，本实施例中对整个探头进行了镀金处理。
本发明具有如下突出实质性特点和显著的进步1.高度灵敏性的实现该探头在谐振频率附近非常灵敏。如图3所示，液相化学反应过程中五个时刻，由于反应物和生成物的不断变化，导致整个反应体系等效介电常数的微小变化，从而引起的反射系数的微小变化，均可用该探头探测出，而这是传统同轴探头无法做到的。
2.用于多个频点的测量图3给出了腔体长度ΔL分别为8mm与6mm时，该探头的扫频测量结果。从图3还可以看出，腔体长度不同，谐振频率也不同。因此，通过调整腔体长度，可改变谐振频率，来追踪某个频点的液体介电常数。该探头由同轴线和中空开槽同轴线两部分组成，中空开槽同轴线部分可调，从而谐振腔长度可调，可在900MHz~3GHz范围内进行精确测量。
3.准确度高气泡对测量结果的准确性影响很大(如图4)所示。并且气泡所在位置不同，对测量结果的影响也是不同的，气泡的存在，对测量结果产生的误差具有随机性，无法用校准的办法将其影响排除。传统的探头均无法排除气泡的影响。但本发明的探头谐振腔终端开有槽，晃动探头可将气泡排出，从而避免了气泡对测量结果的不良影响。
4.防腐蚀本发明探头外部镀金，防止了化学溶液对其进行的腐蚀。
权利要求
1.一种高灵敏度液体介电常数测量探头，主要由同轴线外导体(1)、同轴线内导体(2)及内、外导体间的填充物(3)构成，其特征在于同轴线外导体(1)被部分削薄与可调谐外导体(4)连接，同轴线内导体(2)部分中空并与可调谐内导体(5)嵌接或套接，可调谐外导体(4)及可调谐内导体(5)的长度可调，在可调谐外导体(4)上开有若干槽(6)。
2.如权利要求1所述的高灵敏度液体介电常数测量探头，其特征在于所述的可调谐内导体(5)、可调谐外导体(4)以及外导体开槽(6)构成终端开路同轴谐振腔。
3.如权利要求1或权利要求2所述的高灵敏度液体介电常数测量探头，其特征在于在所述的可调谐外导体(4)与同轴线外导体(1)之间螺纹连接，可调谐内导体(5)与同轴线内导体(2)中空部位螺纹嵌接或套接。
4.如权利要求1或权利要求2所述的高灵敏度液体介电常数测量探头，其特征在于所述的外导体(4)上的开槽(6)在终端开路同轴谐振腔终端呈对称分布或非对称分布。
5.如权利要求1或权利要求4所述的高灵敏度液体介电常数测量探头，其特征在于在所述的外导体(4)上开有1个或1个以上的若干个槽(6)。
6.权利要求1或权利要求4所述的高灵敏度液体介电常数测量探头，其特征在于所述的可调谐外导体(4)上开槽(6)的宽度为1mm。
7.如权利要求1所述的高灵敏度液体介电常数测量探头，其特征在于所述的可调谐外导体(4)、可调谐内导体(5)的可调变化范围在2-30mm范围内。
8.如权利要求1所述的高灵敏度液体介电常数测量探头，其特征在于整个探头为镀金探头。
全文摘要
一种高灵敏度液体介电常数测量探头，由同轴线外导体(1)、同轴线内导体(2)及内、外导体间的填充物(3)构成，同轴线外导体(1)被部分削薄并与可调谐外导体(4)连接，同轴线内导体(2)部分中空，中空部位与可调谐内导体(5)嵌接或套接，可调谐外导体(4)及可调谐内导体(5)的长度均可调，在可调谐外导体(4)上开有若干槽。
文档编号G01R27/26GK1482452SQ0313519
公开日2004年3月17日 申请日期2003年6月13日 优先权日2003年6月13日
发明者黄卡玛, 阎丽萍, 刘长军, 赵翔, 陈星 申请人:四川大学