Измеритель толщины полимерных пленок Советский патент 1985 года по МПК G01B7/06 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля толщины полимерных пленок в процессе их производства.

Известно устройство для измерения j толщины диэлектрических пленок, содержащее два накладных первичных преобразователя, закрепленных на одной диэлектрической подложке, и схему обработки измерительного 10 сигнала СП.

Недостатками известного устройства являются наличие существенных погрешностей, абусловленньк изменением . диэлектрических свойств контролируе- 15 мого материала при изменении температуры, а также погрешностей, связанных с влиянием окружающей среды на Аиэдектрические свойства подложКИ. . „ ./:. . ;; ; . 20

Наиболее близким к изобретению является измеритель толщины полимерных йленок, содержащий измерительный и образцовый Накладные емкостные первичные преобразователи, со- 25 стоящие каждый из аысркопоте:нциального и низкопотендиального электродов, закрепленных, на одной диэлектрической подложке, генератор низкой частоты, два коммутатора, ийформа- зо ционные входы которых подключены к высокопотенциальным электродам, а управляющие входы - к генератр)у низкой частоты, блок преобразования емкости в напряжение, вход которого , подключен к выходам коммутато- 1 ров, управляемый избирательный / усилитель низкой частоты, инфор мационный вход которого подключен к выходу блока преобразования емкости в напряжение, синхронный детектор, информационный вход которрг го подключен к вькоду управляемого избирательного усилителя низкой частоты, а управляющий вход - к « генератору низкой частоты, и регистратор, подключенный к выходу, синхронного детектора С J,

Недостатком данного устройства является наличие погрешностей изме- JQ рения, обусловленных изменением диэлектрических свойств контролируемого метериала при изменении температуры.

Цель изобретения Повышение точности измерениям , , 55

Поставленная цель достигается тем, что измеритель толщины полимерных пленок, содержащий измерительный

и образцовый накладные емкостные первичные преобразователи, состоящие к аждьп из высокопотенциального и низкопотенциального электродов, закрепленных на одной диэлектрической подложке, генератор низкой частоты, два коммутатора, информационные входы которых подключены к высокопотенциалы ным электродам, а управляющие входы к генератору низкой частоты, блок преобразования емкости в напряжение , вхрд которого подклк)чен к выходам коммутаторов, упра вляемьй избирательный усилитель низкой частоты, информационный вход которого подключен к выходу блока.преобразования емкости в напряжение, синхронный детектор, информационный вход которого подк.гаочен к выходу управляет мого избирательного усилителя низкой ча;стоты, а уп ; аэ ляющий вход - к генератору низкой частоты, и регистратор, подключенный к выходу синхронного детектора, снабжен датчиком температуры, закрепленным в диэлектрической подложке на одинаковом расстоянии от электродов измерительного и компенсационного накладных емкостных первичных преобразователей, и согласукшдам блоком, вход которого подключен к датчику температу ры, а выход - к управляющему входу управляемого избирательного усилителя низкой частоты.

На чертеже приведена блок-схема измерителя толщины полшерных пленок.

Измеритель содержит измерительный I и образцовый 2 накладные емкостные первичные преобразователи, состоящие каждый из низкопотенциальных 1 . I и 2.I и высокопотенциальньк 1.2 и 2.2 электродов, закрепленных На диэлектрической подложке 3, коммутаторы 4 и 5, подключенные к вь1сокопотенциальным электродам соответственно, измёритёяьногр 1 и образцового 2 преобразователей, блок 6 преобразования емкости в напряжение, подключенный К выходам коммутато ррв, управляемый избирательный уси литель 7 низкой частоты, подключенный к блоку преобразования емкости в напряжение, датчик 8 температуры, согла сующий блок 9, включенный между датчиком температуры и управляюощм входом усилителя 7 синхроннсый детектор 10, подключенный iTвыходу усилителя 7, генератор 11 низкой частоты, подключенный к управляющим входам коммутаторов 4 и 5 и детекто ра 10, регистратор 12, подключенньвй к выходу синхронного детектора 10. Устройство работает следующим образом.. . Измерительный 1 и образцовьй 2 емкостные первичные преобразователи накладываются на контролируемую пол мерную . Измерительные сигнал преобразователей 1 и 2 поступают через коммутаторы А и 5 :,на входы блока 6 преобразования емкости в на ряжение.: При подключении измерительного преобразователя 1 к блоку 6 высокопотенциальный электрод 2.2 образцового преобразователя 2 подключает ся к низкопотенцйальному электроду 2.1 и, наоборот, при подключеНИИ образцового преобразователя 2 к блоку 6, высокопотенциальный электрод 1.2 измерительного преобразователя 1 подключается к низкопотенциальному йлектроду 1.1.Такое переключение электродов позволяет перераспределить электрические поля преобразователей I и 2 в диэлектрической подложке 3 так, что их элект ческие поля пронизьшают одни и те ж слои диэлектрической подложки 3. При этом все изменения диэлектри ческих свойств подложки 3 при измен нии температуры, давления и т.д. в равной мере влияют на емкость измерительного и образцового преобразов телей., . .; .,/ / При отсутствии контролируемой пленки емкости преобразователей 1 и 2 одинаковы, вследствие этого при поочередном их подключении к блоку 6с частотой коммутации в выходном его напряжении отсутствует . модуляция. При наложении пленки на преобразователь 1 емкость его возг растает по отношению к емкости обра цового преоб| аэоватёля 2, а так как напряжение на вькоде блока 6 зависит от емкости подключаемого. преобразователя, то выходное напряж ние блока 6 промодулируется с часто той коммутации. При этом глубина модуляции пропорциональна ра1зности емкостей преобразователей 1 и 2 Для получения непрерывной информации о температуре пленки в диэлектрическую, подложку 3 на одинако расстоянии от низкопотенциальных . электродов 1.1 и 1.2 помещен датчик 8 температуры. Такое расположение датчика 8 температуры невбходимо во избежание нарушения распределения электрических полей в диэлектрической подложке 3. В качестве датчика 8 температуры можно испольэовать термосопротивление, термопару и Tiд. Вследствие того, что полимерная пленка плотно прилегает к измерительному преобразоватешо 1, а диэлектрическая подложка 3 выполнена из материала с больпшм коэф фициентом теплопередачиi температура в каждой точке подложки 3 всегда равна температуре контролируемой пленки. Сигнал от датчика 8 температуры поступает через согласующий блок 9 на управляющий вход управляемого избирательного усилителя 7 низкой частоты. Согласующий блок 9 обеспечивает преобразование поступающего сигнала от датчика 8 в управляющий сигнал для изменения коэффициента усиления усилителя 7. Функция преобразования сигнала согласующего е блока 9 выбирается такой, что бы более полно обеспечить компенсацию температурного изменения диэлектрической проницаемости материала пленки путем изменения коэффициента передачи усилителя 7 в широком диапазоне температур. . . - / Напряжение с выхода управляемого избирательного усилителя 7 низкой частоты подается на информационный вход синхронного детектора 10, на управляющий вход которого подано опорное напряжение с выхода генератора 1 1 низкой часто ты. На выходе синхронного детектора 10 появляется выпрямленное напряжение, величина которого связана пропорциональной зависимостью с разностью емкостей преобразователей 1 и 2, а так как эта разность определяется емкостью,- вносимой контролируемой пленкой, то напряжение на выходе синхронного детектора IО функционально связано с толщиной пленки и не изменяется от температурных изменений диэлектрической проницаемости ; материала пленки. Напряжение с выхода детектора 10 подается на регистратор 12.

5n58857«

Изобретение позволяет повысить ловленно изменением диэлектоичесто оеть измерения толщины полимер- ких свойств контролируемого ных пленок вследствие компеиса- тепиала пЬм „о «ИИ погрешности измерения, обус- ьГ изменении температу

ИЗМЕРИТЕЛЬ ТОЛЩИНЫ ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНОКj со;|: ержа1ций измерительный и образцовый накладные емкостные первичные преобразователи состоящие каждый из высокопотенциального и низкопотенциального электродов,закрепленных на одной диэлектрической подлояосе, генератор низкой частоты, два коммутатора j информаг онные входы которых подключены к высокопотенциальным электродам, а управлякяцие входы - к генератору низкой частоты, блок преобразования емкости в напряжение, вход которого подключен к выходам коммутаторов, управляемый, избирательный усилитель низкой частоты, . информационный вход которого подключен к выходу блока преобразования емкости в напря-жение, синхронный детектор, информационный вход которого подключен к . выходу управляемого избирательного усилителя низкой частоты,а управлякяций вход -к генератору низ кой частоты, и регистратор , подключенньЕЙ к выходу синхрон ного детектора, отличающийс я тем, что, с целью повьшения точности измерения, он снабжен датчиком , температзфы, закрепленным в диэлект(П рической подложке на одинаковом с расстоянии от электродов измерительного и компенсационного накладных емгкостных первичных преобразователей, ;и,согласукщим блоком, вход которого i подключен к датчику температуры, а выход - к управляющему входу управСд |лябмого избирательного усилителя сх :низкой частоты. ч|

Сийо1ые fvHUU зяектриvtcKux no/ieii

и

IПиенкл