Desarrollo de una sonda coaxial para la medición de la permitividad en líquidos
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2021
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Resumen
El trabajo de grado realizado consiste en el desarrollo de un modelo de medición para obtener la permitividad compleja en materiales líquidos empleando una sonda coaxial de extremo abierto, operada en el rango de frecuencia de microondas entre 200MHz y 3GHz. Los procesos de calibración y medición de los materiales fueron estudiados y analizados en dos modelos de reflexión, explicados al detalle para conseguir la constante dieléctrica y el factor de pérdidas pertinentes en cada interacción de sonda y muestra. La sonda coaxial seleccionada fue una adaptación de un conector SMA macho que cumple con las características principales estudiadas para medir líquidos. Esta punta o prueba coaxial fue implementada en muestras líquidas de agua destilada, agua salada, leche, vinagre, alcohol y aceite, comparando su comportamiento físico frente al modelo matemático de Debye correspondiente a cada fluido medido. Los resultados físicos fueron respaldados por dos analizadores de redes vectoriales y su kit de calibración estándar SOL. Se obtuvo la medición de la constante dieléctrica y el factor de pérdidas para los diferentes materiales líquidos, con una precisión de medida verificada por el comportamiento de la permitividad frente al modelo teórico correspondiente, a través del error porcentual presente en los puntos frecuenciales de estudio de 915MHz y 2.45GHz. Este error de medición logrado varía según el tipo de fluido empleado.
Descripción
Abstract
The degree work realized consists in the development of a measurement model to obtain complex permittivity in liquid materials using an open-ended coaxial probe, operating in the microwave frequency range between 200MHz and 3GHz. The calibration and measurement processes of the materials were studied and analyzed in two reflection models, explained in detail to achieve the dielectric constant and the relevant loss factor in each probe and sample interaction. The coaxial probe selected was an adaptation of a male SMA connector that satisfies the main characteristics studied to measure liquids. This coaxial probe was implemented in liquid samples of distilled water, salt water, milk, vinegar, alcohol, and oil, comparing their physical behavior against Debye's mathematical model corresponding to each measured fluid. The physical results were supported by two vector network analyzers and their SOL standard calibration kit. The measurement of the dielectric constant and the loss factor in the different liquid materials were obtained with a precision that was verified by the behavior of the permittivity against the corresponding theoretical model, through the error rate present in the frequency points of study 915MHz and 2.45GHz. This measurement error achieved oscillates according to the type of fluid used.
Palabras clave
Fantoma, Coeficiente de reflexión, Modelo de Debye, Celda de Medida
Keywords
Phantom, Reflection coefficient, Debye's Model, Coaxial probe