Способ измерения поверхностного заряда проводящего тела

 

Использование: изобретение относится к способам измерения электрических величин и может быть использовано в полупроводниковой , радиоэлектронной промышленности и в радиационной технике. Сущность изобретения: проводящее тело помещают в индуктор, выполненный в виде полой объемной камеры, непосредственно перед измерением индуктор кратковременно заземляют, затем заземляют проводящее тело, многократно осуществляют передачу заряда индуктора на конденсатор известной емкости и по количеству порций заряда определяют заряд проводящего тела . При этом исключается погрешность измерений , возникающая за счет емкостной связи объекта с окружающими телами, контактной разности потенциалов, утечек в окружающую среду. 1 ил.

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) (1!) (я)5 G 01 R 29/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4837834/21 (22) 19.03,90 (46) 30.08.92. Бюл, N" 32 (71) Конструкторское бюро "Салют" (72) В.Н.Иванов, А.А.Сашин, Ю.В.Иванов и

А.А.Герасимов (56) Авторское свидетельство СССР

N 320788, кл. G 01 R 29/12, 1969.

Авторское свидетельство СССР

N 1126902, кл. G 01 R 29/24, 1984.

Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. М.: Энергия, 1973, с.308, 454, 481, 508, (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО ЗАРЯДА ПРОВОДЯЩЕГО ТЕЛА (57) Использование; изобретение относится к способам измерения электрических велиИзобретение относится к области измерения электрических величин и может быть использовано в полупроводниковой; радиоэлектронной промышленности и в радиаци-. онной технике, Известны способы измерения поверхностных зарядов, основанные на преобразовании постоянного сигнала в переменный с помощью вибрационного или вращающегося датчика.

Недостатком этих способов является значительная погрешность измерений эа счет проявления контактной разности потенциалов в системе электрод — поверхность.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, включающий индуцирование заряда, равного по величине измеряемому заряду, на индукторе с последующей перечин и может быть использовано в полупроводниковой, радиоэлектронной промышленности и в радиационной технике.

Сущность изобретения: проводящее тело помещают в индуктор, выполненный в виде полой объемной камеры, непосредственно перед измерением индуктор кратковременно заземляют, затем заземляют проводящее тело, многократно осуществляют передачу заряда индуктора на конденсатор известной емкости и по количеству порций заряда определяют заряд проводящего тела. При этом исключается погрешность измерений, возникающая за счет емкостной связи объекта с окружающими телами, контактной разности потенциалов, утечек в окружающую среду. 1 ил. дачей индуцированного заряда на извест-„ ную емкость.

Недостатками известного способа являются необходимость механического перемещения исследуемой заряженной поверхности и индуктора относительно друг друга; многократность индуцирования заряда и механического перемещения индуктора; погрешность измерений, возникающая за счет емкостной связи объекта с окружающими телами, контактной разности потенциалов и электрических потерь на щетках, электризации перемещаемых деталей в воздухе, утечек в окружающую среду с исследуемой поверхности и . индуктора; необходимость измерения потенциала заряжаемой емкости и вычисления величины поверхностного заряда исследуемого тела: необходимость проведения измерений заряда в условиях вакуума и применения ваку1758599 умной камеры с довольно значительным равны по величине, обратны по знаку и разрежением 105 — 106 мм рт.ст.; в случае связаны между собой. Далее камеру-инизмерения заряда на поверхности объекта, дуктор электрически соединяют с конденнаходящегося в трудно доступном месте сатором известной емкости С, заряжают или в условиях, опасных для здоровья чело- 5 конденсатор до уровня q1, регистрируют века, например в условиях радиационного факт зарядки и разряжают конденсатор на облучения, для перемещения и установки Землю. Затем конденсатор опять соединяисследуемого объекта в вакуумную камеру ют с индуктором и заряжают, как указано необходимо или применение специальных ранее. Таким образом процесс зарядки и механизмов, или длительная выдержка для 10 разрядки конденсатора повторяют и раз спада радиоактивности в районе располо- до момента приближения заряда индуктожения объекта до уровней, безопасных для ра к нулю с заданной точностью, при этом здоровья; невозможность измерения по- регистрируют и с «итывают суммарное коверхностного заряда на обьектах сложной личество Il порций зарядов, снятых с информы и больших габаритов; способ имеет 15 духтора, и величину заряда q исследуемой узкую область применения. поверхности, как результат произведения

Цель изобретения — повышение точно- q =- q< и. сти измерения и расширение области при- Сопоставительный анализ предлагаеменения способа. мого решения с прототипом показывает, что

Поставленная цель достигается тем, что 20 предлагаемый способ отличается от известсогласно способу измерения поверхностно- ного тем, что провоцящее тело помещают в гозаряда, включающемуиндуцированиеза- индуктор, выполненный в виде полой объряда. равного по величине измеряемому емной камеры, непосредственно перед иззаряду, на индукторе и последующую пере- мерением индуктор кратковременно дачу индуцированного заряда на известную 25 эаземляют, а затем отсоединяют его от Земемкость, проводящее тело помещают в ин- ли,и эаземляют проводящее тело, многодуктор, выполненный в виде полой объем- кратно частями осуществляют передачу ной камеры, непосредственно перед заряда индуктора на конденсатор известизмерением индуктор кратковременно за- ной емкости и по количеству порций заряда земляют, а затем отсоединяют его от Земли 30 определяют заряд проводящего тела. и заземляют проводящее тело, многократно Известны технические решения, осночастями осуществляют передачу заряда ин- ванные на преобразовании постоянного дукт р о а на конденсатор известной емкости сигнала в переменный с помощью вибрации по количеству порций заряда определяют оннога или вращающегося датчика.

35 Однако в известном способе не обеспеСпособ осуществляют следующим об- чивается точность измерений и широкая образом. ласть применения вследствие значительной

Исследуемый объект (тело) любой фар- погрешности эа счет образования "паразитмы, например самолет, помещают в индук- ных" емкостей исследуемого обьекта сокрутор,выполненныйввидеполойпроводящей 40 жающими его телами и проявления камеры, имеющей любую классическую контактной разности потенциалов в систеформу. Камера-индуктор изолирована от ме электрод-поверхность, которые достигаЗемли, а исследуемый объект — от камеры ются в предлагаемом техническом путем их установки на непроводящих опо- решении, рах. ссл . Исследуемый объект помещается в ка- 45 На черте>кепоказаноустройство, реалии б. меру уже заряженным или незаря>кенным, зующее предлагаемый спасо . но подвергающимся зарядке после установ- Устройство содержит индуктор 1, выкивкамересп м с помощью устройства, имити- палненный в виде полой объемной камеры, р ющего условия воздействия, создающего в которую вводится исследуемый о ьект ру эа яд на объекте. Воздействие может восп- 50 любой формы и размеров, ключевые каскароизводиться через открытый проем, закры- ды 3 — 7, конденсатор 8, усилитель 9, дазирувающийся сдвижной крышкой, имеющей ющее 10 и регистрирующее 11 устройства, электрический контакт с корпусом камеры. кнопку 12 пуска.

После зарядки объекта крышка закрывает- Доэирующее устройство выполнено: из ся. На внутренней поверхности камеры ин- 55 эадатчика порции ЗП, нуль-органов НО и заряд равный заряду НОг, запоминающего устройства ЗУ и схек 1 исследуемоготела. Вревультатепоследова- мы разности Р, Камера 1 имеет крышку 3, тельных операций: заземления индуктора, закрывающую проем 14. Электрический отсоединения его я его от Земли и заземления контакт крышки с корпусом обеспечивается объекта заряды объекта и индуктора будут токоправоцящейпрокладкай15.Диэлектри1758599 ческие опоры 16 и 17 исключают контакт камеры 1 с Землей и объекта 2 с камерой.

Индуктор 1 и объект 2 соединяется с

Землей соответственно через ключевые каскады 4 и 3, управляющие входы которых соединены с кнопкой 12. Индуктор 1 через каскад 5 также соединен с первым выводом конденсатора 8, второй вывод которого через усилитель 9 соединен с первыми входами НО1 и HOz «3Y. Выход ЗУ подключен к одному входу схемы Р, к другому входу которой подсоединено ЗП. Выход P соединен с вторым входом НО1, первый выход которого соединен с вторым входом ЗУ и одним управляющим входом каскада 5, а второй выход — с регистрирующим. устройством 11 и одним управляющим входом ключа 6. Вторые управляющие входы каскадов 5 и 6 соединены соответственно с первым и вторым входами Н02, второй выход которого заземлен. Ключ 7 входом подключен к входу усилителя, выходом заэемлен. Управляющий вход ключа 7 подключен к вторым выходам

НО1и Н02.

В исходном состоянии устройства, реализующего предлагаемый способ, ключи 3, 5, 6 и 7 разомкнуты, ключ 4 замкнут; информация в ЗУ сброшена; заранее задан и введен в ЗП и в схему Р потенциал, При нажатии кнопки 12 ключ 4 размыкается, а ключи 3 и 5 замыкаются. Заряд с индуктора через каскад 5 поступает на конденсатор 8. Потенциал р со второго вывода конденсатора поступает на усилитель 9 и с него на ЗУ, НО1, HOz. В начале зарядки конденсатора потенциал > принимает максимальное значение р>«, а по мере зарядки уменьшается.

В первый момент р»«через усилитель поступает в ЗУ, запоминается в нем и подается в схему разности Р, где из +a c вычитается Лр, а разность величин р „с -Л р поступает Bo BTopoA вход НОь По мере зарядки конденсатора 8 значение pj, прикладываемое к первому входу Н01, становится равным p = (у>»« — h.p). В этом случае НО> срабатывает и выдает с одного выхода сигнал на размыкание ключа 5 и снятие информации с ЗУ, а с другого выхода.— на замыкание ключа 6 и 7 и регистрацию порции зарядов конденсатора. равную

q1= С UC1, ГДЕ UC1 = Pa«- (@ a«- AP) =

=. h p. тогда g1= с Л р. конденсатор 8 разряжается на Землю через ключи 6 и 7. В конце разрядки конденсатора потенциал его второго вывода, равный нескольким микровольтам, прикладывается через усилитель к одному входу H0z, где сравнивается с пороговым значением разности напряжений на входах, равным примерно 0,1 мВ. (02 срабатывает и с его выходов идет сигнал на размыкание каскада 6 и 7 и замыкание кас5 када 5. Процесс зарядки и раэрлдки конденсатора вновь повторлетсл. При каждом цикле зарядки +a c становится па величине меньше, чем Ъакс в предыдущем случае, При a« = Лф, unv p o ecc a"0 рядки конденсатора прекращаетсл.

Заряд исследуемого объекта будет равен q = gt n = С Лрп, где n — количество циклов зарядки конденсатора 8, регистрируемое устройством 11, Величина р»,,< ."5 Л р входит в величину погрешности измерений, При отборе каждой порци,-.:;=-рядо. г; с индуктора согласно предлагаемому сиoco бу заряд исследуемой поверхности соог— ветственно уменьшается «а эту величи у, при этом исключены "паразитныа ..мкости исследуемого обьекта с окружа;ощими телами. В процессе проведения измерений не требуется механического перемещения исследуемого объекта и индуктора, так как они остаются неподвижными, исключаются щеточные KQHTBKTü!, искрение, трение о воздух и электризация индуктсра, уменьшаются потери зарядов с иссле30 дуемого объекта и индуктора, не требуется применения вакуумной камеры, измерения потенциала емкости и рас ета исследуемого заряда по велич;не этого потенциала. Измерение заря,;a можно производить дистанционно, не перемещал исследуемого объекта после его зарядки, особенно, если он находится в -рудно доступном месте или в месте с условилми, опасными для здоровьл человека.

Предлагаемый способ позволяет значительно повысить точность измерения поверхностного заряда проводящего тела и расширить область применения способа. Усилитель в устройстве, реализую45 щем предлагаемый споссб, выбираетсл с различным коэффициентом усиления, в зависимости от величины заряда на объекте. Применяется импульсный усилитель тока (мощности), работающий в режиме ключа, принципиально не имеющий дрейфа нуля, Длл увеличенил коэффициента усиления применлетсл составной усилитель, Емкость конденсатора 8 также выбирается в зависимости

55 от величины заряда обьекта и должна быть не менее, чем на порядок величинь; меньше емкости обьекта. Входное сопротивление и емкость усилителя примерно равны соответственно 10 Ом и 10 2 Ф.

1758599

Формула изобретения

Составитель Е.Плужникова

Редактор С.Лисина Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор М.Максимишинец

Заказ 2998 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина. 101

Среднее время разряда конденсатора 8 равно 0.17 с.

Схему усилителя можно выполнить так, что составные части (каскады) усиления могут включаться или выключаться в зависимости от необходимости. Емкость конденсатора 8 может быть или сменной, или быть достаточно большой, чтобы измерять большие заряды на крупногабаритных объектах. При этом величина заряда конденсатора будет определяться задатчиком порции, который может быть выполнен так, что порция автоматически и дискретно Mo" жет изменяться от большой величины до малой, что позволит быстро снять заряд с исследуемого обьекта и с достаточной точностью.

В случае повторного облучения и измерения заряда на одном и том же объекте 2, остаточный заряд, равный hpили меньший

Ар, снимается с помощью заземляющей штанги или при замыкании ключей 3 и 4 при применении двухпозиционной кнопки управления 12 или многократном повторном нажатии кнопки 12.

Исследуемый объект вместе с индуктором представляет уединенную емкость, величина которой в каждом конкретном случае разная и зависит от геометрии иссле5 дуемого объекта и камеры-индуктора.

Способ измерения поверхностного за10 ряда проводящего тела, включающий индуцирование заряда, равного по величине измеряемому заряду, на индуктсре с последующей передачей индуцированного заряда на известную емкость, о т л и ч а ю щ и й15 с я тем, что, с целью повышсния точности измерений и расширения области применения способа, проводящее тело помещают в индуктор, выполненный в виде полой объемной камеры, непосредственно перед из20 мерением индуктор кратковременно заземляют, а затем заземляют проводящее тело, многократно осуществляют передачу заряда индуктора на конденсатор известной емкости и по количеству порций заряда

25 определяют заряд проводящего тела.

Способ измерения поверхностного заряда проводящего тела Способ измерения поверхностного заряда проводящего тела Способ измерения поверхностного заряда проводящего тела Способ измерения поверхностного заряда проводящего тела 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при определении зарядов и размеров аэрозольных частиц

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения поверхностной плотности заряда пластины электрета

Изобретение относится к электроизмерениям и может быть использовано при определении распределения объемного заряда в проводящем обьеме, например в биологических объектах, при излучении задач магнитной гидродинамики

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения плотности заряда на поверхности различных заряженных объектов

Изобретение относится к устройствам для исследования свойств диэлектрических материалов, в частности для исследования электризации целлюлозно-бумажных материалов

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения распределения поверхностной плотности заряда на поверхности электрета

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в электрогазоочистке, химической промышленности для измерения величины заряда частиц порошкового материала

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения электростатических зарядов напряженностей электростатических полей или потенциалов

Изобретение относится к технике электрического заряда в твердых диэлектрических материалах и может быть использовано в радиотехнической и электронной промьшшенности, а также для определения величины объемного заряда в диэлектриках и его опасных и вредных проявлений при разработке аппаратуры и изделий, работающих в условиях воздействия потоков заряженных частиц
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам определения электрофизических параметров диэлектрических композиционных слоев на проводящей подложке, а также к способам измерения плотности электростатического заряда материалов

Изобретение относится к электротехническим измерениям и предназначено для измерения поверхностной плотности полного (реального) заряда диэлектрических материалов плоской формы

Изобретение относится к электротехническим измерениям и предназначено для экспрессного наблюдения изменений поверхностной плотности заряда и его среднего положения в плоских диэлектриках при различных воздействиях на его поверхность

Изобретение относится к способу определения частиц сажи в выхлопной струе газотурбинного двигателя (ГТД) в полете. Для осуществления способа измеряют в полете ток нейтрализации с электростатических разрядников самолета электрических зарядов, генерируемых частицами сажи в выхлопной струе газа ГТД, определяют расход газа через сопло двигателя, измеряют значение электризации аэрозолей атмосферы за счет соприкосновения их с поверхностями самолета, определяют среднее значение плотности электрического заряда струи газа на всех режимах полета, определяют содержание частиц сажи в струе по градуированным зависимостям «чисел дымности» от среднего значения плотности электрического заряда и влияния аэрозолей атмосферы. Обеспечивается повышение эффективности определения содержания частиц сажи в выхлопной струе газа ГТД при различных метеорологических условиях. 2 ил., 1 пр.
Наверх