Накладной емкостный датчик для контроля толщины полимерных пленок Советский патент 1984 года по МПК G01B7/06 

УУ t 11 5 Ц 4 5 4 Фиг.1 3 Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано для контроля толщины диэлектрических пленок в процессе их производства. По основному авт.св. № 953445, известен накладной емкостной датчик для контроля толщины полимерных пленок, содержащий измерительнь1й и эталонный конденсаторы, высоко- и низкопотенциальные электроды которых нанесены на противоположные выпуклые поверхности диэлектрической прокладки. Рабочие поверхности электродов и диэлектрической прокладки покрыты стойким к истиранию слоем ди электрика l . Недостатком датчика является погрешность измерения, обусловленная наличием паразитной емкости между электродами измерительного и эталон ного конденсаторов через диэлектрическую прокладку, которая выполняет возможно более тонкой для улучшения температурной компенсации неинформа тивных воздеистВИЙ,например нестабильности диэлектрической проницаемости прокладки. Однако утоньшеиие диэлектрической .прокладки ухудшает прочностные свойства датчика,обусла ливая его деформацию прогиб прокла ки , что также приводит к появлению погрешности измерения. Цель изобретения - повьшение точ ности измерения. Поставленная цель достигается тем, что накладной емкостный датчик для контроля толщинь полимерных пле нок снабжен двумя металлическими эк ранами, размещенными в диэлектричес кой прокладке на расстоянии один от другого и имеющими выступы в промежутках между низко- и высокопотенциальными электродами измерительного и эталонного конденсаторов. Кроме того, экраны могут быть вы полнены сетчатыми. На фиг. 1 изображен емкостный датчик, разрез; на фиг. 2 - то же, вид сверху. , Накладной емкостный датчик содержит измерительный конденсатор 1 и эталонный конденсатор 2, расположенные на противоположных сторонах диэлектрической прокладки 3, выполняемой из материала с высокими диэлектрическими свойствами и большим коэффициентом теплопроводности. Низ ко- и высокопотенциальные электроды 98 5 соответственно измерительного конденсатора 1, а также низко- и высокопотенциальные электроды 6 и 7 соответственно эталонного конденсатора 2 размещены в чередующейся последовательности на соответствующей поверхности диэлектрической прокладки 3. Поверхность датчика защищена диэлектрическим слоем 8, стойким к истиранию. В теле диэлектрической прокладки 3 размещены на небольшом расстоянии параллельно один другому два одинаковых металлических экрана 9 и 10, снабженные выступами 11 и 12 соответственно, которые проходят в . промежутках между низко- и высокопотенциальными электродами измерительного и эталонного конденсаторов 1 и 2. Противоположные рабочие поверхности датчика выполнены выпуклыми - сферическими или цилиндрическими с .одинаковым радиусом кривизны, который выбирается в зависимости от прочностных характеристик контроли- . руемого материала с учетом геометрических размеров конденсаторов. Количество высоко- и низкопотенциальных электродов 4-7 конденсаторов 1 и 2, которые могут быть выполнены в виде концентрических колец с целью усреднения влияния анизотропных свойств контролируемой пленки, геометрические размеры этих электродов и расстояние между ними выбираются в зависимости от предполагаемой толщины контролируемой пленки. Расстояние между металлическими экранами 9 и 10 должно быть примерно равно сумме расстояний от этих экранов до расположенных на периферии датчика низкопотенциальных электродов 4 и 6 конденсаторов 1 и 2. Экранирующие выступы 11 и 12 экранов должшя достигать внешней поверхности соседних электродов датчика, т.е. имеют различную высоту: наименьшую на периферии датчика, наибольшую в его центре. Ширина экранирующих выступов 11 и 12 составляет примерно половину суммы пшрины близлежащих низко- и высокопотенциальных электродов конденсаторов 1 и 2. Металлические экраны 9 и 10 могут быть вьтолнены в виде сеток. Накладной емкостный датчик работает следующим образом. Полимерная пленка, толщина которой контролируется в процессе изготовления, накладывается на рабочую поверхность измерительного конденсатора 1. Низко- и высокопотенциальные электроды 4-7 измерительного и эталонного ковденсаторов I и 2 подключаются к измерительной схеме (не показана), а 9 и 10 могут быт заземлены или на них подаются напряжения (например, через эмиттёрные по вторители) , равные напряжениям на высокопотенциальиых электродах соответствующих конденсаторов с целью обеспечения их эквипотенциальной защиты. При перемещении контролируемой пленки изменяется суммарная емкость измерительного конденсатора 1, пропорциональная усредненной по площади касания толщине пленки. Так как емкость эталонного конденсатора 2, иде тичного измерительному конденсатору 1, при этом остается неизменной, то сравнение емкостей конденсаторов 1 и 2 позволяет исключить влияние на результаты измерения дестабилизирующих факторов, таких как температура и влажность окружающей среды, существенно влияющих на геометрические раз меры электродов 4 и 7 и диэлектричес кие свойства защитного слоя 8. Вследствие того, что потенциалы металлических экранов 9 и IО равны потенциалам высокопотенциальных элек тродов 5 и 7, а сами экраны окружают каждый высокопотенциальный электрод со стороны диэлектрической прокладки 3 с трех сторон, емкостная составтляющая каждого конденсатора, обусловленная внутренними поверхностями электродов датчика и диэлектрической прокладкой 3, будет практически отсутствовать. .В этой связи полные емкости измерительного и эталонного конденсаторов 1 и 2 будут обусловлены лишь внешней площадью их электродов, защитным диэлектрическим cjroeM 8 и внешней воздушной средой (для измерительного конденсатора I также контролируемой полимерной пленкой). Благодаря этому на емкости измерительного и эталонного конденсаторов не будут влиять ни температурные изменения диэлектрических свойств диэлектрической прокладки 3, ни контзамыкания электродов датчика, а также предотвращает их коррозию, что также повьш1ает точность, измерения. Применение двух металлических экранов в датчике позволяет практически полностью исключить влияние диэлектрической Прокладки на емкость конденсаторов, исключает паразитную емкость между электродами этих конденсаторов, предотвращает влияние контролируемой пленки на емкость эталонного конденсатора, а также уменьшает деформацию (прогиб) диэлектрической прокладки. Благодаря этому повьш1ается чувствительность датчика и точность измерения толщины диэлектрической пленки. 984 ролируемая пленка на емкость эталонного конденсатора 2 через прокладку 3, а также будет полностью отсутствовать паразитная емкостная связь между электродами обоих конденсаторов. Кроме того, применение двух разнесенных в пространстве металлических экранов 9 и 10, выполненных в виде сеток, позволяет значительно повысить прочностные характеристики датчика при сохранении теплопроводных свойств диэлектрической прокладки 3, так как не всегда сочетаются высокая теплопроводность и хорошие диэлектрические свойства материала диэлектрической прокладки с его высокими прочностными свойствами. Это приводит к уменьшению деформации прокладки 3, а следовательно, и к повьшению точности измерения. Выполнение рабочих поверхностей конденсаторов выпуклыми обеспечивает прилегание полимерной пленки по всей контролируемой поверхности без зазора, что обусловливает высокую точность измерения ее толщины, а нанесение на рабочую поверхность стойкого к истиранию диэлектричес-, кого слоя, например слоя плавленного кварца, обеспечивает отсутствие микрочастиц материала контролируемой пленки и пьши в межэлектродном пространстве, препятствует прохождению сквозного тока проводимости между электродами, исключает возможность

1 .НАКЛАДНОЙ ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНОК по авт.св. № 953445, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен двумя металлическими экранами, размещенными в диэлектрической прокладке на расстоянии один от другого и имеющими выступы в промежутках между низко- и высокопо1тенциальными электродами измерительного и эталонного конденсаторов. 2. Датчик ПОП.1, от.личающ и и с я тем, что экраны выполнены сетчатыми.