[发明专利]介电系数微波测量装置及其构成的介电系数微波测量系统

说明书

一、技术领域

本发明涉及微波频率下电介质物质介电系数的测量技术，更为具体地说，是涉及一种用于以微波测量电介质物质介电系数的装置，以及由其构成的介电系数微波测量系统。

二、背景技术

物质的介电系数一直是物质与微波相互作用研究中的一个基础而重要的问题。化学反应溶液的介电系数更是研究微波化学的重要参量，因此对化学反应溶液的介电系数的测量与计算显得非常重要。传统的化学反应溶液介电系数的测量方法，主要为谐振法和非谐振法。在非谐振法中，常常通过将测试探头与相关的散射参量测试设备连接，构成一个测量系统，测试时将测量探头直接浸入待测化学反应溶液中，然后通过测试设备读取散射参量，再由散射参量计算得到待测溶液的介电系数。而多数化学反应溶液是具有腐蚀性的，因此探头经过多次测量使用后，探头本身因腐蚀受损，探头的测量精度降低，使用寿命缩短，而且测量探头材质还会与化学反应溶液发生电化学反应，进而影响测量精度。此外，化学反应过程中溶液的介电系数会随着微波频率、反应温度及反应时间的变化而变化，如果采用传统的谐振法进行测量，由于其测量频带较窄，难以满足宽带在线测量的要求，不易适时跟踪反应中介电系数的变化过程。

鉴于现有化学反应溶液介电系数测量技术存在的问题，实践需要研究开发新的化学反应溶液介电系数测量技术，以解决现有的化学反应溶液介电系数测量方法存在的问题。

三、发明的任务

针对现有化学反应溶液介电系数测量技术存在的测量装置使用寿命短、测量精度低、难以满足宽带在线测量要求的等问题，本发明第一个目的是提供一种能适用于化学反应溶液介电系数微波测量的装置；本发明的第二个目的是提供一种能适用于化学反应溶液介电系数微波测量的系统，以解决现有的化学反应溶液介电系数测量技术存在的上述诸多问题。

针对本发明的第一个目的，本发明提供的介电系数微波测量装置，其结构主要包括

同轴结构的外导体、内导体及位于内外导体之间的绝缘介质，同轴结构在轴向分为直圆柱测量段和两侧直径渐变收缩的阻抗匹配过渡段，阻抗匹配过渡段的端口设计有使本装置接入测量系统的同轴接口，构成同轴测量段的外导体中间直圆柱段设计有供盛装待测介电系数物质的试管插入的安装孔，内导体于试管插入处断开，由同轴接口导入的微波辐射试管内待测物质得到其介电系数的测量信号。

为了更好的解决本发明所要解决的技术问题，本发明还可进一步采取以下技术措施。下述各项技术措施可单独采取，也可组合采取，甚至一并采取。

在本发明的上述技术方案中，最好设计有调整介电系数微波测量边界条件的调谐机构。所述调谐机构可优先考虑设计成由一对通过螺纹安装在外导体上的销钉构成，通过调整销钉插入深度，改变介电系数微波测量的边界条件进行调谐。进一步优先考虑的设计，使位于外导体上的所述销钉的轴线与所述试管安装孔的轴线相垂直。

在本发明的上述技术方案中，外导体上供试管插入的安装孔，是垂直贯穿外导体轴线的贯穿性的孔。实际测试过程中，插入安装孔内的试管通过固定结构固定安装在安装孔内。固定结构的形式很多，如固定卡环、支撑架等。

在本发明的上述技术方案中，内、外导体之间的绝缘介质可以是空气，也可以是固体绝缘介质，如聚四氟乙烯等。最好为固体绝缘介质，使内导体通过固体绝缘介质定位设置在外导体腔体的中央。

在本发明的上述技术方案中，所述外导体优先考虑设计为组合结构，由直圆柱段和与直圆柱段两端通过止口结构联接的两圆锥段构成。组合结构的外导体也可设计成两段，一段为直圆柱段加圆锥段，另一段为完全圆锥段，或两段均由部分直圆柱段加圆锥段构成。

在本发明的上述技术方案中，所述内导体优先考虑设计为组合结构，由两直圆柱段和两圆锥段构成，两直圆柱段与其对应的圆锥段分别通过止口结构联接。也可设计成两段，两段均为部分直圆柱段加圆锥段构成。所述内导体两直圆柱段相对插入试管方向的断面最好为平面结构。