[实用新型]一种液体介电常数测量装置

说明书

本实用新型涉及材料研究领域，一种液体介电常数测量装置，包括高压直流电源、充电电阻、充电线、脉冲成形线缆、循环水机、高压开关、功率分配器、衰减器、传输线I、阻抗匹配电路、示波器、传输线II、样品槽、共振器、矢量网络分析仪和计算机，装置具有脉冲成形线缆结合高压开关的结构，以产生电压脉冲并施加到液体样品，采用脉冲成形线缆结合高压开关的结构来产生电压脉冲，并通过传输线将高压施加到液体样品上，采用基于法布里‑珀罗共振原理的的共振器结合矢量网络分析仪来测量液体的介电常数，能够测量高电压作用后的液体样品的介电常数，装置产生高压脉冲的结构简单，操作方便，用于测量液体介电常数的共振器成本较低，测试结果精度较高。

技术领域

本实用新型涉及材料研究领域，尤其是一种能够测量高电压作用后的液体样品的介电常数的一种液体介电常数测量装置。

背景技术

许多化学和生物应用中需要对液体介电常数进行精确测量，现有技术中采用折射率传感器来测量，但是其折射率响应不是线性的，从而需要繁琐的校准过程，另外，折射率传感器对弯曲非常敏感，因此会在折射测量的特性谱中采集到干扰信号，也有现有技术采用反射型折射计来测量液体介电常数，但是反射型折射计较为脆弱，制作成本高且工艺复杂，且其两个反射表面必须精确加工以保持平行，这些缺陷影响了其在实际应用中的表现。在研究高电压作用后的液体的实验中，需要对液体施加一定幅度及持续时间的电压脉冲，但是，现有技术中的装置体积较大且操作不便，所述一种液体介电常数测量装置能够解决问题。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型采用脉冲成形线缆结合高压开关的结构来产生电压脉冲，并通过传输线将高压施加到液体样品上，另外，采用特殊设计的共振器结合矢量网络分析仪来测量液体的介电常数。

本实用新型所采用的技术方案是：

所述一种液体介电常数测量装置包括高压直流电源、充电电阻、充电线、脉冲成形线缆、循环水机、高压开关、功率分配器、衰减器、传输线I、阻抗匹配电路、示波器、传输线II、样品槽、共振器、矢量网络分析仪和计算机，高压直流电源输出电压典型范围为1.2kV到2.0kV，所述高压开关具有输入端和输出端，所述功率分配器具有输入端、输出端I和输出端II，高压直流电源、充电电阻、充电线、脉冲成形线缆、高压开关和功率分配器的输入端依次电缆连接，功率分配器的输出端I依次电缆连接传输线II和样品槽，传输线II的芯线与样品槽外壳绝缘，样品槽外壳接地，功率分配器的输出端II依次电缆连接衰减器、传输线I、阻抗匹配电路和示波器，共振器位于样品槽内；脉冲成形线缆包括外壳、不锈钢条、绝缘圆柱、入水口和出水口，不锈钢条和绝缘圆柱均位于外壳内，不锈钢条螺旋缠绕于绝缘圆柱上，不锈钢条两端分别连接充电线和高压开关输入端，外壳为圆柱桶形，外壳和绝缘圆柱之间充满去离子水，去离子水的导电性为0.1uS/cm，外壳具有入水口和出水口并分别连接于循环水机；高压开关包括开普通膜、金属层I、绝缘层、金属层II和肖特基二极管，所述开普通膜、金属层I、绝缘层和金属层II至下而上依次沉积制备，肖特基二极管的阳极连接金属层II，肖特基二极管的阴极连接高压开关的输入端，高压开关的输出端连接金属层I，开普通膜为边长1厘米的正方形，绝缘层为聚对二甲苯材料，金属层I由厚度为50微米的铜制成、且上表面镀有厚度为5微米的钨，金属层II由厚度为35微米的铜制成、且上表面和下表面均镀有厚度为5微米钨，钨能够防止铜被高压开关在开关过程中产生的高温电弧烧坏；共振器包括外导体、内导体、密封圈、共振腔、金属片、SMA接头，SMA接头同轴电缆连接矢量网络分析仪，矢量网络分析仪连接计算机，外导体和内导体均由不锈钢制成，外导体是中空圆柱体，内导体是圆柱体，内导体同轴固定于外导体内，外导体上面密封地连接有SMA接头、下面焊接有金属片，密封圈位于外导体内的中间位置，内导体穿过密封圈，密封圈将外导体内部分为上部和下部，所述上部和下部之间具有气密性，所述上部充满空气，所述下部形成共振腔，所述下部的侧壁上具有一个通孔，通孔全部浸入液体样品中；不锈钢条直径为2毫米，绝缘圆柱的直径为40毫米、长度为200毫米，不锈钢条缠绕于绝缘圆柱上的螺旋间距为15毫米；外壳的长度为300毫米、内径为100毫米；绝缘层的厚度为12微米；外导体的长度为20厘米、内径为15毫米、外径为20毫米，内导体的长度为20厘米、直径为5毫米；外导体下部侧壁上的通孔直径为10毫米，所述通孔上边缘距离密封圈为3毫米。