微波諧振法精密測(cè)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(gè)基本物理單位之一。準(zhǔn)確測(cè)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(duì)實(shí)物物理性質(zhì)依賴的重要方法。準(zhǔn)確測(cè)量共鳴腔腔體尺寸是聲學(xué)共鳴法測(cè)量玻爾茲曼常數(shù)的基礎(chǔ)；而氣體折射率的準(zhǔn)確測(cè)量又是采用微波諧振法測(cè)量熱力學(xué)溫

2、度和建立氣體折射率熱力學(xué)溫度計(jì)的關(guān)鍵因素。
　　微波諧振技術(shù)是一種測(cè)量迅速且靈敏很高的探測(cè)技術(shù)。文章以微波技術(shù)和電磁場(chǎng)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(duì)趨膚深度和進(jìn)氣導(dǎo)管開孔非理想因素的對(duì)微波諧振頻率的擾動(dòng)進(jìn)行了修正。設(shè)計(jì)了無氧銅圓柱形微波諧振腔，同時(shí)選擇針形微波天線作為腔體的激勵(lì)和耦合天線；設(shè)計(jì)合理的壓力倉轉(zhuǎn)接器，頻率測(cè)量f N擬合相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度在10ppb以下；測(cè)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(cè)量與控制系統(tǒng)，以LabVIEW為開發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)了溫度、壓力、頻率測(cè)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(dòng)控制和數(shù)據(jù)自動(dòng)采集處理。
　　通過測(cè)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(shí)的腔體半徑a。在同一溫度下，不同模式測(cè)量值與平均值的相對(duì)偏差在2×10-5以內(nèi)，不同模式之間具有很好的一致性，測(cè)量精度在1μm以內(nèi)，半徑測(cè)量相對(duì)不確定度為