微波諧振法精密測量圓柱腔體尺寸及氣體折射率的研究.pdf

1、溫度是表示物體冷熱程度的物理量，是確定物質(zhì)狀態(tài)最重要的參數(shù)之一。熱力學(xué)溫度是客觀世界真實(shí)溫度。熱力學(xué)溫標(biāo)是熱力學(xué)溫度的標(biāo)尺，所得的溫度量值也是客觀物質(zhì)世界的真實(shí)溫度。溫度單位開爾文（K）是國際單位制（SI）中的7個基本物理單位之一。準(zhǔn)確測量熱力學(xué)溫度和玻爾茲曼常數(shù)是定義熱力學(xué)溫標(biāo)和改變溫度單位開爾文對實(shí)物物理性質(zhì)依賴的重要方法。準(zhǔn)確測量共鳴腔腔體尺寸是聲學(xué)共鳴法測量玻爾茲曼常數(shù)的基礎(chǔ)；而氣體折射率的準(zhǔn)確測量又是采用微波諧振法測量熱力學(xué)溫

2、度和建立氣體折射率熱力學(xué)溫度計的關(guān)鍵因素。
　　微波諧振技術(shù)是一種測量迅速且靈敏很高的探測技術(shù)。文章以微波技術(shù)和電磁場理論為基礎(chǔ)，分析了電磁波在圓柱形微波諧振腔中的傳播和分布特點(diǎn)，并結(jié)合微波微擾原理對趨膚深度和進(jìn)氣導(dǎo)管開孔非理想因素的對微波諧振頻率的擾動進(jìn)行了修正。設(shè)計了無氧銅圓柱形微波諧振腔，同時選擇針形微波天線作為腔體的激勵和耦合天線；設(shè)計合理的壓力倉轉(zhuǎn)接器，頻率測量f N擬合相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度在10ppb以下；測量半寬gN在0

3、.2MHz以下具有較高的耦合效率。搭建了溫度、壓力、頻率測量與控制系統(tǒng)，以LabVIEW為開發(fā)平臺設(shè)計了溫度、壓力、頻率測量和實(shí)驗(yàn)控制軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)的自動控制和數(shù)據(jù)自動采集處理。
　　通過測量TM001～TM004模式微波諧振頻率，結(jié)合微擾原理修正得到腔體30℃～145℃時的腔體半徑a。在同一溫度下，不同模式測量值與平均值的相對偏差在2×10-5以內(nèi)，不同模式之間具有很好的一致性，測量精度在1μm以內(nèi)，半徑測量相對不確定度為