一种微波流体介质探测器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种微波流体介质探测器，特点是包括微波传输线，微波传输线包括中间开放式微波传输线和两侧封闭式微波传输线，开放式微波传输线包括第一内导体和第一外导体，封闭式微波传输线包括第二内导体、第二外导体和密封填充的低损耗微波介质，两侧第二内导体与中间第一内导体一体直线连接，两侧第二外导体与中间第一外导体一体连接且相互之间形成流水通孔，流水通孔两端开口通过法兰与待测流体介质流经的管道连接，流水通孔的流体流经方向与第一内导体的轴向相互垂直，第二外导体和第二内导体的端部形成的同轴线端口与微波转接头连接，微波转接头与外部的微波测量装置连接，优点是结构简单、操作方便、能对流体介质实现在线式连续测量。
【专利说明】一种微波流体介质探测器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种微波探测器，尤其是涉及一种能在射频和微波频段内对管道内的流体实现介质参数测量的探测器。
【背景技术】
[0002]在石油化工领域，经常需要测量管道中混合流体各种组分的含量，而测量方法往往是利用不同组分在某些物理性质上的差异，使得组分的混合比不同时与这些物理性质相关的参量会发生相应变化，通过测量该参量来推知组分的混合比例，比如，管道中如果是石油和水的混合流，在一般情况下，石油和水的密度有差异，油比水轻，油水的混合比例不同时，油水混合液的密度会发生变化，所以通过测量油水混合液的密度就可以反推出油水的混合比例，同理，测量其它的不同组分之间存在差异的物理参量也可以实现组分比例的测量，差异越大，测量的精度越高。在电子测量领域，介质的介电常数是影响介质的电响应性能的本质参数，不同介质的介电常数一般不相同，因此也可以通过混合流体介电常数的变化来推导组分混合比例的变化，而且通过测量混合流体的介电常数可以解决密度测量法在测量两种密度相近的物质时，测量精度不理想的问题。
[0003]现有的流体介质的介电常数通常采用电容传感器进行测量，其方法为首先在其两块极板之间为空气的时候测试电容器的电容Ctl，然后，用同样的电容极板间距离但在极板间加入电介质液体后测得电容cx，则液体的相对介电常数可以用下式计算=CxA^但是介电常数一般随着信号频率的改变而改变，所以要测量流体介质的介电常数还需要确定测量信号的频率，介质的绝对介电常数都是比较小的数，数量级为10_12，根据Maxwell方程组，信号的频率越高对介质介电常数的变化越敏感，在整个射频波段微波处于频段频率的最高端，所以微波信号对介质介电常数的变化最为敏感，利用微波信号来测量介质介电常数的变化当然可以获得最高的灵敏度。微波在自由空间中的波长从一米缩减至一毫米以下，频率越高波长越短，由于微波的波长与常见集中参数元器件如电阻、电容和电感的尺寸可相比拟，所以集中参数元器件在微波频段不再是常规的单一类型的集中参数元件，而是变成了具有分布式的电阻、电容和电感的复杂的元件，这样一来上述的电容在低频波段还可以用来实现介质介电常数的测量，而在微波频段就不再适用了，因为这时在微波信号的激励下，一个电容已经不再是单纯的电容，而是分布式的电阻、电容和电感的复合体了，所以应用微波来探测流体介质介电常数的变化必须采取新的方法。在微波实际应用中，一般可以利用微波传输线或微波谐振腔等来测量介质的介电常数，但是该方法一直以来一般用于电子领域，目前，国内外还没有公开任何关于利用传输线机理来在线连续测量流体介电常数的装置。
【发明内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单、操作方便、对流体介质能够实现在线式连续测量的微波流体介质探测器。[0005]本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种微波流体介质探测器，包括微波传输线，所述的微波传输线包括中间段开放式微波传输线和两侧封闭式微波传输线，所述的开放式微波传输线包括第一内导体和套设于所述的第一内导体外周且与第一内导体同轴的第一外导体，所述的封闭式微波传输线包括第二内导体、套设于所述的第二内导体外周且与第二内导体同轴的第二外导体以及密封填充在所述的第二内导体和所述的第二外导体之间的低损耗微波介质，两侧所述的第二内导体与中间所述的第一内导体一体直线连接，两侧所述的第二外导体与中间所述的第一外导体一体连接且相互之间形成流水通孔，所述的流水通孔的两端开口通过法兰与待测流体介质流经的管道连接，所述的流水通孔中流体的流经方向与所述的第一内导体的轴向相互垂直，所述的第二内导体的端部和所述的第二外导体的端部形成同轴线端口，所述的同轴线端口设置有用于将非标准的微波同轴线接口转换成标准的微波同轴线接口的微波转接头，所述的微波转接头与外部的微波测量装置连接，所述的待测流体介质流经所述的第一内导体且与所述的开放式微波传输线内的微波相互作用。
[0006]所述的第二外导体的端部的外壁设置有外螺纹，所述的微波转接头内部设置有内螺纹，所述的外螺纹和所述的内螺纹相互配合紧密连接。通过螺纹旋接方式，将第二外导体与微波转换接头压紧连接，不仅连接、分离简单易行，而且保证了两者之间电连接的可靠性，同时使得第二外导体与第二内导体之间的微波介质受挤压膨胀，进一步提高了第二内导体、低损耗微波介质及第二外导体相互之间的密封性能。
[0007]所述的第一内导体和所述的第二内导体的横截面均为圆形，所述的第一外导体和所述的第二外导体的横截面均为圆环形。使整体结构简单，简化加工工艺。
[0008]所述的第一内导体为扁平状，所述的第二内导体从外到内包括依次连接的圆形段导体和扁平段导体，所述的第一外导体的内部通孔形状与所述的第一内导体的形状相同，所述的第二外导体的内部通孔形状与所述的第二内导体的形状相同，所述的第一内导体和所述的第一外导体形成开放式带状线，所述的圆形段导体、位于圆形段导体外周的第二外导体及密封填充在圆形段导体和第二外导体之间的所述的低损耗微波介质形成同轴线，所述的扁平段导体，位于扁平段导体外周的第二外导体及密封填充在扁平段导体和第二外导体之间的所述的低损耗微波介质形成封闭式带状线。由于第一内导体形状为扁平状，减小了流体介质流经时受到的阻力，提高了工作效率，并采用封闭式带状线作为开放式带状线和同轴线的衔接过渡段，有利于微波的无反射传输及保证整个装置的防渗漏和耐压能力。
[0009]所述的圆形段导体采用中间大两头小的变径圆形导体。采用变径同轴结构加强探测器防泄漏功能，同时提高了探测器的耐压性能。
[0010]所述的变径圆形导体包括依次连接的位于所述的微波转接头内的入口段、位于所述的第二外导体的端口部的扩大段以及位于所述的第二外导体内的缩小段，所述的入口段与所述的扩大段之间设置有直径与入口段相同的入口段延伸段，所述的入口段延伸段位于所述的第二外导体的端口部内，所述的扩大段与所述的缩小段之间设置有与缩小段直径相同的缩小段预先过渡段，所述的缩小段预先过渡段位于所述的第二外导体的端口部内，所述的缩小段与所述的扁平段导体之间设置有缩小段延伸段。通过上述同轴线各延伸段和预先过渡段的设置，使微波在传输过程中遇到结构上的不均匀性时，产生振幅相同、相位相差180°的两束反射波而相互抵消，从而使透射波相互加强，使传输通路上的微波能无反射地传输至开放式传输线与封闭式传输线的分界面。
[0011]所述的微波测量装置为微波矢量网络分析仪或具有微波矢量网络分析功能的电路。
[0012]原理:根据微波传输过程中的响应来测量流体介质的介电常数。如图1所示，轴向为微波传输线，中间有长度为V的一段填充的介质与两边的不一样，假设两边的介质为无损耗介质，中间的介质为流体介质，贝1J无限远处的的微波信号传输到中间的流体介质时由于遇到不均匀性，会在流体介质前面产生反射波，在后面产生透射波，在传输通路上没有出现几何结构的不均匀性的情况下，这时的不均匀性主要是由于流体介质的突变而产生，反射波和透射波由流体介质与无损耗介质的差异唯一决定，则通过反射波和透射波与入射波的比以及无损耗介质的介质参数就可以推导出流体介质的介质参数。
[0013]与现有技术相比，本实用新型的优点在于:本实用新型首次公开了一种微波流体介质探测器，包括微波传输线，微波传输线包括中间段开放式微波传输线和两侧封闭式微波传输线，微波传输线是微波传输的通道，一般的微波传输线在结构上大多是封闭的，无法让流体进入传输线内，只有在打孔等破坏传输线结构的条件下才能让流体进入传输线内部，但这样一来不但破坏了传输线的几何结构，使传输线出现了几何结构上的不均匀性，而且使传输线产生微波泄漏。
[0014]本实用新型中管道中的流体经过流水通孔方便地从开放式微波传输线中流过，使流体与经过这一开放式传输线内的微波相互作用，即开放式传输线是流体通道和微波通道的交汇之处，微波信号由于遇到流体介质的不均匀性，产生一定反射波和透射波，采用低损耗微波介质确保传输通路上没有微波损耗的情况下，这时的不均匀性主要是由于流体介质的突变而产生，进一步通过反射波和透射波与入射波的幅度比和相位差以及低损耗微波介质的介电常数就能推导出流体介质的介电常数，从而实现对流体介质参数的微波测量。该探测器利用开放性的导波结构来实现流体介质参数的测量，将微波传输线与管道相结合就可以实时在线且连续测量管道中流体的介质参数，具有结构简单、实用方便，尤其对化工领域中流体介质的电性能测量具有很大的应用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型微波流体介质探测器的原理说明示意图；
[0016]图2为本实用新型微波流体介质探测器的整体结构示意图；
[0017]图3为本实用新型实施例一微波流体介质探测器的结构示意图；
[0018]图4为本实用新型实施例一微波流体介质探测器的左视图；
[0019]图5为本实用新型实施例二微波流体介质探测器的结构示意图；
[0020]图6为本实用新型实施例二微波流体介质探测器的左视图。
【具体实施方式】
[0021]以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。
[0022]具体实施例一
[0023]一种微波流体介质探测器，如图2、图3和图4所示，包括微波传输线，微波传输线包括中间段开放式微波传输线I和两侧封闭式微波传输线2,开放式微波传输线I包括第一内导体3和套设于第一内导体3外周且与第一内导体3同轴的第一外导体4，封闭式微波传输线2包括第二内导体5、套设于第二内导体5外周且与第二内导体5同轴的第二外导体6以及密封填充在第二内导体5和第二外导体6之间的低损耗微波介质7,两侧第二内导体5与中间第一内导体3 —体直线连接，两侧第二外导体6与中间第一外导体4 一体连接且相互之间形成流水通孔8，流水通孔8的两端开口通过法兰9与待测流体介质流经的管道连接，流水通孔8中流体流经方向与第一内导体3的轴向相互垂直，第二内导体5的端部和第二外导体6端部形成同轴线端口 10，同轴线端口 10设置有用于将非标准的微波同轴线接口转换成标准的微波同轴线接口的微波转接头U，微波转接头11与外部的微波测量装置连接,待测流体介质流经第一内导体3且与第一内导体3和第一外导体4组成的开放式传输线I内的微波相互作用。
[0024]在此具体实施例中，第二外导体6的端部的外壁设置有外螺纹，微波转接头11内部设置有内螺纹(图中未显示)，外螺纹和内螺纹相互配合紧密连接。第一内导体3和第二内导体5的横截面均为圆形，第一外导体4和第二外导体6的横截面均为圆环形。上述微波测量装置为微波矢量网络分析仪或具有微波矢量网络分析功能的电路。上述低损耗微波介质7可以采用陶瓷等材料。
[0025]具体实施例二
[0026]—种微波流体介质探测器，如图2、图5和图6所不,包括微波传输线,微波传输线包括中间段开放式微波传输线I和两侧封闭式微波传输线2,开放式微波传输线I包括第一内导体3和套设于第一内导体3外周且与第一内导体3同轴的第一外导体4，封闭式微波传输线2包括第二内导体5、套设于第二内导体5外周且与第二内导体5同轴的第二外导体6以及密封填充在第二内导体5和第二外导体6之间的低损耗微波介质7,两侧第二内导体5与中间第一内导体3 —体直线连接，两侧第二外导体6与中间第一外导体4 一体连接且相互之间形成流水通孔8，流水通孔8的两端开口通过法兰9与待测流体介质流经的管道连接，流水通孔8中流体流经方向与第一内导体3的轴向相互垂直，第二内导体5的端部和第二外导体6端部形成同轴线端口 10，同轴线端口 10设置有用于将非标准的微波同轴线接口转换成标准的微波同轴线接口的微波转接头11，微波转接头11与外部的微波测量装置连接,待测流体介质流经第一内导体3且与第一内导体3和第一外导体4组成的开放式传输线I内的微波相互作用。
[0027]在此具体实施例中，第二外导体6的端部的外壁设置有外螺纹，微波转接头11内部设置有内螺纹(图中未显示)，外螺纹和内螺纹相互配合紧密连接。
[0028]在此具体实施例中，第一内导体3为扁平状(横截面为矩形)，第二内导体5从外到内包括依次连接的圆形段导体12和扁平段导体13 (横截面为矩形，扁平段导体13与第一内导体3连接)，第一外导体4的内部通孔形状与第一内导体3的形状相同，第二外导体6的内部通孔形状与第二内导体5的形状相同，第一内导体3和第一外导体4两者形成开放式带状线，圆形段导体12、位于圆形段导体12外周的第二外导体6及密封填充在圆形段导体12和第二外导体6之间的低损耗微波介质7三者形成同轴线，扁平段导体13、位于扁平段导体13外周的第二外导体6及密封填充在扁平段导体13和第二外导体6之间的低损耗微波介质7三者形成封闭式带状线，采用封闭式带状线作为开放式带状线和同轴线的衔接过渡段。圆形段导体12采用中间大两头小的变径圆形导体。该变径圆形导体包括依次连接的位于微波转接头11内的入口段14、位于第二外导体6的端口部的扩大段15以及位于第二外导体6内的缩小段16，入口段14与扩大段15之间设置有直径与入口段14相同的入口段延伸段17且入口段延伸段17位于第二外导体6的端口部内，扩大段15与缩小段16之间设置有与缩小段16直径相同的缩小段预先过渡段18且缩小段预先过渡段18位于第二外导体6的端口部内，缩小段16与封闭式带状线内的扁平段导体13之间设置有缩小段延伸段19。上述微波测量装置为微波矢量网络分析仪或具有微波矢量网络分析功能的电路。
[0029]当然，上述说明并非对本实用新型的限制，本实用新型也并不限于上述举例。本【技术领域】的普通技术人员在本实用新型的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种微波流体介质探测器，其特征在于:包括微波传输线，所述的微波传输线包括中间段开放式微波传输线和两侧封闭式微波传输线，所述的开放式微波传输线包括第一内导体和套设于所述的第一内导体外周且与第一内导体同轴的第一外导体，所述的封闭式微波传输线包括第二内导体、套设于所述的第二内导体外周且与第二内导体同轴的第二外导体以及密封填充在所述的第二内导体和所述的第二外导体之间的低损耗微波介质，两侧所述的第二内导体与中间所述的第一内导体一体直线连接，两侧所述的第二外导体与中间所述的第一外导体一体连接且相互之间形成流水通孔，所述的流水通孔的两端开口通过法兰与待测流体介质流经的管道连接，所述的流水通孔中流体的流经方向与所述的第一内导体的轴向相互垂直，所述的第二内导体的端部和所述的第二外导体的端部形成同轴线端口，所述的同轴线端口设置有用于将非标准的微波同轴线接口转换成标准的微波同轴线接口的微波转接头，所述的微波转接头与外部的微波测量装置连接，所述的待测流体介质流经所述的第一内导体且与所述的开放式微波传输线内的微波相互作用。
2.根据权利要求1所述的一种微波流体介质探测器，其特征在于:所述的第二外导体的端部的外壁设置有外螺纹，所述的微波转接头内部设置有内螺纹，所述的外螺纹和所述的内螺纹相互配合紧密连接。
3.根据权利要求2所述的一种微波流体介质探测器，其特征在于:所述的第一内导体和所述的第二内导体的横截面均为圆形，所述的第一外导体和所述的第二外导体的横截面均为圆环形。
4.根据权利要求2所述的一种微波流体介质探测器，其特征在于:所述的第一内导体为扁平状，所述的第二内导体从外到内包括依次连接的圆形段导体和扁平段导体，所述的第一外导体的内部通孔形状与所述的第一内导体的形状相同，所述的第二外导体的内部通孔形状与所述的第二内导体的形状相同，所述的第一内导体和所述的第一外导体形成开放式带状线，所述的圆形段导体、位于圆形段导体外周的第二外导体及密封填充在圆形段导体和第二外导体之间的所述的低损耗微波介质形成同轴线，所述的扁平段导体，位于扁平段导体外周的第二外导体及密封填充在扁平段导体和第二外导体之间的所述的低损耗微波介质形成封闭式带状线。
5.根据权利要求4所述的一种微波流体介质探测器，其特征在于:所述的圆形段导体采用中间大两头小的变径圆形导体。
6.根据权利要求5所述的一种微波流体介质探测器，其特征在于:所述的变径圆形导体包括依次连接的位于所述的微波转接头内的入口段、位于所述的第二外导体的端口部的扩大段以及位于所述的第二外导体内的缩小段，所述的入口段与所述的扩大段之间设置有直径与入口段的相同的入口段延伸段，所述的入口段延伸段位于所述的第二外导体的端口部内，所述的扩大段与所述的缩小段之间设置有与缩小段直径相同的缩小段预先过渡段，所述的缩小段预先过渡段位于所述的第二外导体的端口部内，所述的缩小段与所述的扁平段导体之间设置有缩小段延伸段。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种微波流体介质探测器，其特征在于:所述的微波测量装置为微波矢量网络分析仪或具有微波矢量网络分析功能的电路。
【文档编号】G01R27/26GK203688466SQ201320853380
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2013年12月23日 优先权日:2013年12月23日
【发明者】徐耀忠, 冯福祥, 王建荣 申请人:宁波威瑞泰默赛多相流仪器设备有限公司