Устройство для измерения контактной разности потенциалов

 

Изобретение относится к электроизмерекиям. Цель изобретения - увеличение точно сти измерений при наличии .вибрации Устройство содержит вибратор 1, состоящий из камертона 8, выйолнённого из магнитного г атериала, : на концах ножек которого установлены :С зазором пойюсные наконечники 9 и катушки 10 индуктивности, измеритель: -; ,. fr. л :Ный ЗОНД 2, металлический стол 3 для размещения объекта (пластины) 4 измерения , электронньш блок 5, состо- .ящий из генераторов 11 и 12 низкой :и высокой частот, усилителя ТЗ н фо- |тодатчика, выполненного на опто электронной паре из светодиода 14 и фототранзистора 13 регистратор б н блок регулировки (БР) 7 расстояния между зондом 2 и рабочей поверхностью стола 3. Увеличение точности измерерий достигается за счет повьппения виброустойчивости устройства. Устройство по п.2 формулы отличается вьтрлнением .БР 7, с6стоя1ТАего из схемы 16 слежения, соединенной выхо™ дом с электродвигателем 17,на валу которого размещен червяк 18, находящийся в зацеплении с зубчатым коле- : сом 19, закрепле{1НЬ М .на микрометрическом винте 20. t ЗвП, , 1 1Ш, : S S Li Q С атк

СООЗ СОВЕТСНИ)(СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) G 01 R 29/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (46) 23, 12. 90. Бюл. N - 47 (21) 4166591/24-09 (22) 24.12.86 (72) А.H.Ñåäîâ (53) 621.317.328 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 776256,кл. G 01 R 29/12, 1979.

Авторское свидетельство СССР

У 1026088 кл. G 01,R 29/12, 1981,, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНТАКТНОЙ РАЗНОСТИ ПОТКНЦИЛЛОВ

I (57) Изобретение относится к электроизмерениям. Цель изобретения - увеличение точности измерений при наличии .вибрации. Устройство содержит вибратор 1, состоящий из камертона 8, вы)полненного из магнитного материала, на концах ножек которого установлены

:с зазором полвсные наконечники 9 и катушки 10 индуктивности, измерительfg p ный зонд 2„ металлический стол 3 для размещения объекта (пластины) 4 измерения, электронный блок 5, состо,ящий из генераторов 11 и 12 низкой

,и высокой частот, усилителя 13 и фо тодатчика, выполненного на опто.электронной паре из светодиода 14 и фототранзистора 15, регистратор 6 и блок регулировки (HP) 7 расстояния между зондом 2 и рабочей поверхностью стола 3. Увеличение точности измерерий достигается эа счет повышения виброустойчивости устройства. Устройство по п.2 формулы отличается выполнением .HP 7, состоящего из схемы 16 слежения, соединенной выходом с электродвигателем 17,на валу крторого размещен червяк 18, находящийся в зацеплении с зубчатым коле-. сом 19, закрепленным .на микрометри-. ческом винте 20. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. ю 8 у

1443579

Изобретение относится к.области злектроизмереяий и может быть ис1. I пользовяно для измерения контактной разности потенциалов полупроводниковых пластин при прОизвОдстве пол« проводягп«овых приборов

Цель изОбретения увеличение гОчнОсти при наличий. вибрацииф

88, чертеже приведена структурная IQ электрическая схема QcYpGHcTBB Для измерения контактяОЙ разности по тенциялове

Устройство -содержит виб.1атор 1, измеритсльиай зонд 2, металлический 15 стол 3 Для размещений Объекта изме рения (пластины) 4, электронный блок, 5, реа истрато »» 6;. : НЛОК 7 рег«дхнров; KH расстоян я R . зондом 2 H рабо чей поверхностною стола 3 ° Вибратор (0сор То<»У ««»з кямФвтоня 8 - на концях ножек KGTQpQFG установлены с зяэОрбм пОлюсяые няконечвжки 9р и. катушки

14 иядуктивности Ось. Сь1. метрии КЯ мертОНЯ 8 Йараллельяа рабочей поверх., »

1 ности стола Зр В ножки расположены в нерпеядикулярной плоскости. На ниж, ней БОжке камертона О жесткО зякреп лен иэмерительньф зонд 2 также раэь мещенньй в плоскостиу перпендикуляр,я@ ной рабочей поверхности стола З.КЯ мертон 3 с полюсньпж наконечниками

9 яа ножках выпОлнен иэ магнитяОгО материача и образует магнитную цепь, проходящую. Сквоэ катушку 1О индук-* тивяости, которая может быть установлена.на гробом участке упомянутзй магнитной цепи. В рассматриваемом примере катушка 1О иядуктивности размещена с зазорам яа верхней ножке камертона 8.

ЭлектрОни5й блОк 5 СОстОит Гэ ге

Берат ров 1 и 12 чизкой и высокой частот соответственно, усилителя 13 и фотодатчикя» выполненного ня ОптО электронной паре3 светодиод 14 Фо

TGYpaBsHcTQp 13 устанОвлеинОй в эа

sQpB ме. ду Наконечниками 9 3516 од генератора 11 низкой частоты соеди-, нен с катушкой 1 6 ивцуктивности виб- у) ратора 1, а вход - c . фототранэистором 15. Выход генератора 12 высокой. частоты соединен с измерительным зондом 2. Металлический стоп 3 через усилитель 13,соединен с входами-регистратора 6 и блока 7 регулировки расстояния, состоящего чэ схемы 16 слежения, соединенной выходом с элект бдвигателем 17» Ва 8GBQ которого размещен червяк 18 находящийся в за

BåïëBíHH с зубчатым колесом 19, закрепленным яя микрометрическом винте

20, Механические части узлов. устройства (вибратор 1 и электропривод блока 7) смонтированьг на основании

21 и заключены в защитный кожух 22.

Основание 21 установлено няд рабочей поверхностью стола 3 на трех опорах, одной из которых является вьппеописанньй микрометрический винт с.электроприводом (на чертеже не показан), а две другие опоры представлены обычяьии микрометрическими винтами 23.

На чертеже не показаны привод перемещения стола 3, средства транспортировки пластин 4 на позицию измере ния и механизмы загрузки-вьн"рузки.

Устройство для измерения контактной разности потенциалов работает следукцим образом.

В исходном состоянии основание 21 посредством микрометрического винта

2Î максимально поднято над металли ,ческим столом 3. В зазор между измерительным зондом 2 и столом 3 подается объект измерения (пластина)

4 и посредством механизмов подъемаопускания (на чертеже не показаны) устанавливается на столе 3. Зануск устройства осуществляется подачей питающих напряжений в узлы и блоки устройства. При этом генераторы 11 и 12 низкой и высокой частот форми руют гармонические колебания с эа данными частотами. Генератор 11 низкой частоты .через катушку 1О индуктивности возбуждает колебания камервибратора 1ь а следоватеяь но, и жестко связанного с ним измерительного зонда 2, частота колебаний которого равна удвоенной частоте генератора 11 низкой «IacTQTM TBK как зонд 2 притягивается как при положительном, ч:ак и при отрицательном значениях си нала.

Посредством мик. ометрического вин тя 2Î основание 21 опускается до тех пор, пока минимальное расстояние между рабочими поверхностями измерительного эоя4Я 2 и исследуемой пласЪ гиии яе станет равным заданному .(в рассматриваемОм примере 1 +5 мки) °

При этоь; зонд 2 подводится к поверхности пластины 4, При вибрации ножек . Камертона 8 зазор между наконечниками меняется„ сияфазно с ним меняется

; и световой поток, пядякщий от свету

Расстояние. между палюсными пакоечниками 9 камертона 8 выбирается едующим образом.

Камертон должен иметь минималь

1е габаритные размеры и потреблять нимальную мощность электроэнергии.

Представим »»ажку камертона в виде алки с жестко закрепленным одним онцам с шириной ножки Ь, длиной ножки Е, толщиной ножки h. Модуль и ругости материала Е =2 10 и/м отность равна. 7,8 10 кг/и

-3- У

Собственная частота колебаний ножки определяется выражением

1443579 диода 14 на фотатранзистар 15, который формирует сигнал положительной н обратной связи для генератора 11 ниэ- сл кай частоты, обеспечивая тем самя стабильность частоты генератора 11. нь

8 свою очередь, поступающий с выхода ми генератора 1 1 на катушку 10 инцуктивности вибратора 1 переменный элек- б трнческий сигнал обеспечивает коле- 1р к бания камертона 8, а следовательно, и зонда 2 со стабильной частотой и уп амплитудой. Сигнал контактной разнос- пл ти потенциалов зонд. — исследуемая пластина и нысакачастотньп» сигнал 15 генератора 12 высокой частоты через динамический конденсатор, образованный зондом 2 и пластиной 4, и металлический стол 3 поступают на вход усилителя 13 электронного блока 5. 2р

Высокочастотная составляющая усиленHollo сигнала обратно пропорциональ ная расстоянию между зондом 2 и пластиной 4, поступает на вход схемы 16" слежения блока 7. При отклонении это- 25 го расстояния от заданного значения происходит изменение величины высо- кочастотного сигнала, в результате чего в схеме 16 слежения (на выходе .входящего в ее состав компаратора) gp появляется разностный сигнал (сигнал .раэбаланса), который, усиливаясь, поступает на электродвигатель 17 посредством которого происходит преобразование сигнала разбаланса в линейное перемещение микрометрического винта 20 (через зацепление червяка 18 с зубчатым колесом 19). Тем самым обеспечивается линейное перемещение основания 21, а вместе с ним

40 .вибратора 1 с зондом 2 в ту или дру гую сторону (вверх ю»и вниз) на вели чину, определяемую знаком и величиной сигнала разбаланса, формируемого схемой 16 слежения. При равенстве сигнала разбаланса кулю перемещение основания 21 прекращаетСя, т.е. заданное расстояние между зондом 2 и пластиной 4 восстанавливается. Низкочастотная составляющая усиленного сигнала, пропорциональная контактной разности.потенциалов исследуемой .пластины 4, регулируется регистрато" ром 6. где

ЗЕ7

R = — - ——

1 Я У (2) I — момент инерции, ЪЬ

I =—

12 г (3) (4) m = bhLh.

Ь Н

2 1»

4 = 800 —-h

1» (кГц) . (6) I

Условию 1 = 1 кГц удовлетворяет камертон, имеющий следук»цие размеры ножки: b 8 мм, Ь 8 мм, L 80 мм.

Данное условие подтверждено экспериментально. Предлагаемый камертон выполнен в ниде скобы, представляющей собой магнитопровод, на концах которой закреплены полюсные наконечники.

5р На одной из ножек камер» она с зазорам размещена катушка.

Чтобы выполнить условие минимальной потребляемой мощности, необходимо потери магнитного напряжения в

55 магнитной системе свести к минимуму

Поскольку значительная часть падения магнитного напряжения происходит на зазор между палюсными наконечниками, его следует делать минимальным, Одl .По окончании процесса из »ерения основание 21 с зондом 2 поднимается посредством микрометрического винта

23 и производится смена пластин 4.

- собственная частота .колебаний ножки каиертана, . R — жесткость ножки камертона, m — масса ножки камертона, Или после преобразования

Для выбранных параметров

1443579

Kå =4n> /8„, (7) ф .. 20 откуда („, 1 ° 10, кг; где ()„. — начальная сила электромагнита, кг;

У - зазор между полюсными нако- . нечниками, см. 25

В соответствии с выражениями (2) и (3) жесткость ножки камертона

Ebh

Я, (8) ЗО или с учетом принятого значения Е

k = 5 ° 10 — у (кгс/см). .(9) Ь

Q * kA/2. (10) l40

Эта сила должна быть равна начальной сине электромагнита, т.е.. (1ц4 (11) J

bh!

А «8«50 — — А в где Ь, h, L — ширина, толщина, длина

5 ножки камертона соответственно;

А — амплитуда колебани4.

2. Устройство по .1 о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок ре= гулировки расстояния между зоидпм и рабочей поверхностью иеталлическо"" го стола включает схему слежения, выход которой соединен с электро1 двигателем, на валу которого установлен червяк, соединенный через зубчатое колесо с микрометрическим винтом, опиракщнмся на основание и имсющим резьбовое соединение с держателем., 2 -ф и= Чн 10

Это является вторым граничным условием расстояния между полюсными наконечниками магнитной системы ка-. . мертона.

Такйм обра

A "-,8 50

bh А

Ь нако по условию работы камертона зазор 8 не может быть менее амплитуды колебаний конца ножки камертона, т.е. должно быть 8 ú А, в противном случае при работе полюсные наконечники начнут касаться друг друга, что является первым граничным условием. .Определим второе граничное условиеверхний предел зазора между полюсными наконечниками камертона.

Каждый электромагнит характеризуется конструктивным Фактором КФ), который для электромагнитов нашего типа равен 100.

Значение КФ определяется выражением

Сила, которую нужно приложить к ножке камертона, чтобы отклонить, ее на величину А/2

Используя выражение (7), (9), (10) и (11), получают .

bh A

8„. 50 (см).

Таким образом, использование изобретения позволяет ув=личить точность измерений за счет повышения виброустойчивости устройства.

Формул, из обре те ния

1. Устройство для измерения контактной разности потенциалов, содержащее вибратор, закрепленный на дер жателе, катушку индуктивности, измерительный зонд, металлический стол для размещения объекта измерения, подвижный в плоскости, перпендикулярной измерительному зонду, электронный блок, электрически соединенный с вибратором, измерительным зондом и регистратором, блоком регулировки расстояния между зондом и рабочей поверхностью металлического стола, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения точности при напичии вибраций, вибратор выполнен в виде камертона, на. ножках которого закреплены полюсные наконечники, причем камертон выполнен из магнитного материала, а на камертоне размещена с зазором катушка индуктивности, при этом ось симметрии камертона параллельна поверхности металлического стола, а плоскость, проходящая через ножки камертона, перпенДикулярна поверхности металлического стола, причем на ножке камертона, ближайшей к поверхности металличес-

- кого стола, закреплен измерительный зонд, величина зазора 5 между полюсными наконечниками камертона должна удовлетворять неравенству