Vol.27 No.5 冯振华等：高频电磁波测量土水系统环保传感器的设计与制造 615· 外导体（不锈钢） mm,并且要在端面打1.8mm的细长孔.如果与 中65mm 内导体锥部联成一体，一方面加工难度很大：另 一方面，如果插孔加工有误，整个内导体还要重 φ21.6mm 新加工.因而插孔轴设计为有弹性内收作用的插 孔，这样可以保证与N型联接插针的紧密接触. Φ50mm 此外，传感器外导体锥部与柱部也设计成分段过 A-A 盈装配. 内导体（不锈钢） 图2同轴传感器A-A截面图 2.4传感器材料选择 Fig.2 Cross sectional view of the coaxial sensor 传感器外壳选用不锈钢材料.传感器内腔即 接尾部短路端与前部的柱状导体，另外，样品与 内外导体之间的空腔中要填充低介电常数的良 内外导体之间微小的缝隙同样会引起测量复介 好绝缘材料，并且要求耐蚀性好，聚四氟乙烯 电常数时的错误，将样品室分离成单独的一个环 (PTFE)是最佳的选择， 腔，有利于用各种方法减小这些微隙.这样，改进 2.5聚四氟乙烯的填充 的模块化设计，可以保证样品在同轴腔内的尺寸 聚四氟乙烯的模压成型过程中，主要考虑两 与位置都被严格控制，同时样品长度的固定也使 点：一是压制过程中内外导体的同轴问题：二是 得测量误差得以减小到最低， 压制过程中排气的问题 2.2前端锥腔设计 内外导体的同轴度，会受两个因素影响：一 样品容器的柱状部分与ANA通过直径约10 方面外导体锥腔与柱腔在机加工时，由于机床本 mm的标准同轴电缆连接.为避免同轴电缆与网 身精度限制，或者加工时的误差，使得外导体锥 络分析仪间的界面反射，由一个锥形腔进行过 部与柱部轴线可能不完全重合：另一方面，内导 渡，这个锥腔锥度不宜过大，而且其阻抗也必须 体轴长至少330mm,属于较难加工的细长杆类， 符合502，这一点由下式保证： 由于加工中的机械振动等问题，使得内导体轴线 tane 不可能与外导体轴线完全重合. Zo=60 In =502 (5) 聚四氟粉料在压制前，要进行预处理：先要 tane 2 用高温炉烘干2h(温度120℃)，然后过筛，避免粘 其中，81外导体锥度，82内导体锥度.设定9=16°， 团与结粒.压制过程中，速度要缓慢，这是为了保 0,=7°.传感器的整体外形尺寸如图3. 证空气更好的排出：如果压的太快，会使成型的 传感器外导体 传感器内导体 聚四氟中出现气穴与孔洞，影响传感器绝缘层的 16 介电性质.为了解决聚四氟乙烯在压制过程的同 轴度定位与排气问题，设计了一套聚四氟乙烯封 装成型模具，图4为模压成型原理示意图 2.6样品室多孔陶瓷 样品室中的样品为长35mm的环状填充.为 250 35257.5 适应水污染的环保需要，采用了多孔陶瓷技术， 锥部收尾端与N型联接头 环状样品 尾部短路端 在传感器中部的样品室外导体壁上打均匀密布 图3同轴传感器外形图（单位mm) Fig.3 Outline drawing of the coaxial sensor 的小孔，环状区放入尺寸合适的多孔陶瓷产品， 2.3传感器的联接 膜具腔体 聚四氟粉料 同轴样品容器与标准同轴电缆间的连接，参 》w 考国际标准N型接头的尺寸，将锥部前端直接加 F压力 工成形，这样外导体联接头与锥部浑然一体，避 F压力 免了电磁波信号不必要的端面反射；另外，内导 体联接需要单独加工一段阴头插孔轴，然后利用 内导体定位联接杆传感器外导体传感器内导体内导体联接杆 图4聚四氟粉料的模压成型原理示意图 过盈配合装卡在内导体的锥部前端，这样是考虑 Fig.4 Sketch map of PTFE mould pressing forming 到机加工工艺性，内导体联接孔前端直径约3、 勺】 ， 冯 振 华等 高频 电磁 波 测 量 土 水 系 统环 保 传 感器 的设 计 与 制 造 外导体 不锈钢 中 中 〔 内导体 不锈钢 图 同 轴传 感 器 截 面 图 眨 对 接 尾 部 短 路 端 与前 部 的柱 状 导 体 另外 ， 样 品 与 内外 导 体 之 间微 小 的缝 隙 同样 会 引起 测 量 复 介 电常数 时 的错误 ， 将样 品室分 离成 单独 的一 个环 腔 ， 有利 于用各 种 方 法减 小这 些 微 隙 这 样 ， 改进 的模 块 化 设计 ， 可 以保证 样 品在 同轴 腔 内的尺 寸 与位 置 都被严 格控 制 ， 同时样 品长度 的 固定 也使 得 测 量 误 差 得 以减 小 到 最 低 前端 锥 腔 设 计 样 品容 器 的柱 状 部 分 与 通 过 直 径 约 。 的标 准 同轴 电缆 连 接 为避 免 同轴 电缆 与 网 络 分 析 仪 间 的 界 面 反 射 ， 由 一 个 锥 形 腔 进 行 过 渡 ， 这 个锥 腔锥 度 不 宜 过 大 ， 而 且 其 阻抗 也 必 须 符 合 ， 这 一 点 由下 式保 证 、︸ 户卜沪 「鲤塑 生 ， 八 ， 八 乙 一气 下「一 各乙 竺卫竺 其 中 ， 外 导体锥 度 ， 氏 内导 体锥度 设 定 口 氏二 传 感 器 的整 体 外 形 尺 寸 如 图 传感器外导体 传感器 内导体 环洲份 另少淋少俐吩万欢召外二父父外 必欢召幼 次妙沁洲交必二如砰用旧致仍乞仍 产」 。 ， 险 … 锥部收尾端与 环状样 品 尾部短路端 图 同 轴传 感器 外 形 图 单位 传 感 器 的联 接 同轴 样 品容 器 与标 准 同轴 电缆 间 的连 接 ， 参 考 国际标准 型接 头 的尺 寸 ， 将锥 部 前端直接 加 工 成 形 ， 这 样外 导 体 联 接 头 与 锥 部 浑 然 一 体 ， 避 免 了 电磁 波信 号 不 必 要 的端 面 反射 另外 ， 内导 体 联接 需要 单独 加 工 一段 阴头插孔 轴 ， 然后利 用 过 盈配 合装 卡在 内导体 的锥部 前端 ， 这样 是考 虑 到机 加 工 工 艺 性 ， 内导体 联 接 孔 前 端 直 径 约 ， 并且 要 在 端 面 打拟 的细 长 孔 如 果 与 内导 体 锥 部联 成 一 体 ， 一方 面 加 工 难 度 很 大 另 一 方 面 ， 如 果 插 孔 加 工 有误 ， 整 个 内导 体 还 要 重 新加 工 因而插 孔轴 设 计 为有 弹性 内收作用 的插 孔 ， 这 样 可 以保 证 与 型联 接 插 针 的紧 密 接 触 此 外 ， 传 感 器 外 导体锥 部 与柱 部 也 设计 成 分段 过 盈 装 配 传 感 器 材 料 选 择 传 感 器 外 壳选 用 不 锈 钢 材 料 传 感 器 内腔 即 内外 导 体 之 间 的空 腔 中要 填 充 低 介 电常 数 的 良 好 绝 缘 材 料 ， 并 且 要 求 耐蚀 性 好 聚 四氟 乙 烯 是 最 佳 的选 择 ， 聚 四 氟 乙 烯 的填 充 聚 四氟 乙 烯 的模 压 成 型过 程 中 ， 主 要 考 虑 两 点 一 是 压制 过程 中 内外 导 体 的 同轴 问题 二 是 压 制 过 程 中排 气 的 问题 内外 导 体 的 同轴 度 ， 会 受 两 个 因素 影 响 一 方 面 外 导体锥腔 与柱 腔在 机加 工 时 ， 由于机床本 身精 度 限制 ， 或 者 加 工 时 的误 差 ， 使得 外 导 体锥 部 与柱 部 轴 线 可 能不 完全 重合 另一 方 面 ， 内导 体 轴 长 至 少 ， 属 于 较 难 加 工 的细 长杆 类 ， 由于加 工 中的机械 振动 等 问题 ， 使得 内导体轴 线 不 可 能 与外 导 体 轴 线完 全 重 合 聚 四氟粉 料 在 压 制 前 ， 要 进 行 预 处 理 先 要 用 高温 炉 烘 干 温 度 ℃ ， 然 后 过 筛 ， 避 免粘 团与 结粒 压 制过 程 中 ， 速度 要 缓慢 ， 这 是 为 了保 证 空 气 更 好 的排 出 如 果 压 的太 快 ， 会 使 成 型 的 聚 四氟 中 出现气 穴 与孔洞 ， 影 响传 感 器 绝 缘 层 的 介 电性质 为 了解 决聚 四氟 乙 烯 在压 制 过 程 的 同 轴度 定位 与 排气 问题 ，设 计 了一 套 聚 四氟 乙 烯 封 装 成 型模 具 ， 图 为模 压 成 型 原 理 示 意 图 样 品 室 多 孔 陶 瓷 样 品 室 中 的样 品 为长 的环 状填 充 为 适 应 水 污 染 的环 保 需 要 ， 采 用 了多孔 陶 瓷技 术 ， 在 传 感 器 中部 的样 品 室 外 导 体 壁 上 打 均 匀 密 布 的小孔 ， 环 状 区 放 入 尺 寸合 适 的 多孔 陶 瓷产 品 主办 、 爹鑫荃 协产 哪 、 簇葬分常公气丫 月 一于多妙一一 写妇州 阵 一 焦鬓参翅 踞 琳枷 丫 磷 莽椒 丫彩嘴斗和 以娜 介 筑现飞 幕幕暇吮 一 一导翩 黔 、 丫续尔认舞人 令 气 玫 妙 图 聚 四 报 粉料 的模 压 成 型 原 理 示 意 图 代