Устройство для измерения контактной разности потенциалов Советский патент 1990 года по МПК G01R29/12 

Изобретение относится к области :

электройзмерений и может быть использовано для измерения контактной pasHocTSS потенциалов иолупроводни

ковьхк пластин при яроизвод стве полу- проводншчовык приборово

Цель изобретения увеличение

точности при 1-ШЛНЧ1 ВИбра ЩИв

На чертеже йрнведена структурная

электрическая екема устройства для .. кзмере.Н1«г контактной разности по теицяапова

Устройство содерш т 1 : измерительный зонд 2 меташшческий. стол 3 .для размещения об-ьекта изме-, реш-ш (йластяйы 4 электроншй блок/ ,5 регистратор б л S T-HOK 7 регу.гтров™, : ки расстоян ш мезаду зовдом 2 и рабо- чей яозерхкость ш етола З BH6patop . . 1 cocToirr из кек-йртона 8, концах. ножек которого уетакивлены с зазором пол5осные HascoHe sJ H3ai ,9s, и катушки 10 явд-рчт Езеос Рйо Осзь. сга етрш1 камертона 8 параапчгльна рабочей jtoBepx КОСТИ етш1й Sg, а кокки расположены в перпендикулярной плоскости. На шш , н«й ножке -камер тойа В жестко закреплен йз мернтейьяьй зощ 2 акже раэ кещенный в плоскости паркендожуляр- ной рабочей no&ejJXHocTH, стола

мер тон 8 с й0ян снымй яакокечняками

9 Ни ножкак зьшоднен из, магйит51ого материй I a и образует магнитную цепь гфокодящую- СКВОЭ7 катушку to индук

тивностна которая может быть уста ковлена-на любом участке упомя гутгэй магнитной В рассматриваемом примере кагу1ш а 10 кядуктивности размещена с sasopoM на верхней ножке

: камертона 8в .

ЭлектронгаШ бкок 5 состоит из re.нераторрв 11 и 12 низкой к высокой частот соответствен но J, усилителя 13 и фотодатчика, шшолненного на олт-оэлектронной jTspss сае годйод 14 фототранзистор 15g, установленной в зазора ме:-ду йаконечгшками 9 Вьзсод генвра ора if шзкой частоты соедя™ нен с кату1цк 9Й Ш йндактивностк виб- ратора Ig ® вход с . фо тотранэисто- ром 15о Выход генератора. 12 высокой. частоты соединаи е измерительным зондом 2 о Метагшнческий стол 3 чгерез усилитель 13,соьдинеи с взгодами ре- гистратора 6 и блока 7 регулировкн расстояния, состоящего яэ скемы 1.6 слежеккй соединенной выходом с.злек Т1.{ двигателем J7j. на ааяу которого

5 . 9- S

д

45 „.

S

0

размещен червяк 18, находящийся в за- Цеплении с зубчатым колесом 19, эак репленным на микрометрическом впнте 20, Механические части узлов. уст ройства (вибратор 1 и электропривод блока 7) смонтироааны на основании 21 и заключены в защитный кожух 22, Основание 21 установлено над рабочей поверхностью стола 3 на трех опорах, одной.из которьт является вьшеописай- . ный микрометрический винт с.электроприводом (на чертеже не показан), а две другие опоры представлены обыч- ньми микрометрическими винтами 23, На чертежа не показаны привод перемещения стола 3, средства транспор- tfjpoBKH пластин 4 на позицию измере-. ния и механизмы загрузки-выгрузки.

Устройство для измерения контакт ной разности потенциалов работает сйедуивд1- { образом, ....

В исходном СОСТОЯ1ШИ основание 21 посредством микрометрического винта 2G максимально поднято над металли ; еским столом Зе В зазор между изме- ригельным зондом 2 и столом 3 по дается объект измерения (пластина) . 4 и посредством механизиов подъема- опускания (на чертеже не показаны) устанавливается на столе 3. Запуск устройства осуществляется подачей питатацих напряжений в узлы и блоки устройства. При этом генераторы И и 12 низкой и высокой частот форм11 руют гармонические колебания с эа данными частотамиf Генератор 11 низ- кой частоты .через катушку 10 индуктивности возбул дает колебания камертона 8(, вибратора 1 а следователь HOg и жестко связа:таого с ним измерительного зо нда 2j, частота колеба- ,ний которого равна удвоенной частоте , генератора 11 низкой частоты, так как 301ЗД 2 ггритягивается как при по- ложительноМг 1 ак и при отрицательном, значениях сигнала,

. ч

Посредством микгюметрического вин- та 20 основание 21 опускается до тех пор, пока шнимальнов расстоялне между рабочими поверхностями измери- тельного зокда 2 и исследуемой пластины 1 е станет .равным заданному (в рассматриваемом примере ыкм). При 3Tok зонд 2 подводите к поверхности пластины 4, При вибрации нсшек камертона в зазор между наконечниками меняется, синфазно с нш меняется . н световой noTOKf падакащй от светр

диода 14 на фототранзистор 15, котонсл

рый формирует сигнал положительной обратной связи для генератора 11 низкой частоты обеспечивая тем саъ&гм стабильность частоты генератора If В свою очередь, поступакшщй с выхода генератора 11 на катушку 10 индуктивности вибратора 1 переменный электрический сигнал обеспечивает колебания камертона 8., следовательно, и зонда 2 со стабильной частотой и амплитудой. Сигнал контактной разности потенциалов зонд - исследуемая пластина и высокочастотньпЧ сигнал генератора 12 высокой частоты через динa я чecкий конденсатор, образован- ньй зондом 2 и пластиной А, и металлический стол 3 поступают на вход усилителя 13 злектроиного блока 5. Высокочастотная составлякщая усиленного сигнала, обратно пропорциональная расстоянию между зондом 2 и пластиной 4, постзгпает на Ьход схемы 16 слежения блока 7, При отклонении зто го расстояния от заданного значения происходит изменение величины высокочастотного сигнала, в результате чего в схеме t6 слежения (на выходе входящего в ее состав компаратора) появляется разностный сигнал (сигнал .разбаланса), который, усиливаясь, поступает на электродвигатель 17 посредством которого происходит . преобразование сигнала разбаланса в линейное перемещение микрометрического винта. 20 (через зацепление червяка 18 с зубчатьм колесом 19), Тем самым обеспечивается линейное перемещение основания 21, а вместе с ним вибратора 1 с зонде 2 в ту или дру мгую сторону (вверх или вниз) на велИ |чину, определяемую знаком и величиной сигнала разбаланса, формируемого схемой 16 слежения. При равенстве сигнала разбаланса нулю 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 регистр ато- ром 6

По окончании процесса измерения основание 21 с зондом 2 поднимается посредством микрометрического винта 23 и производится смена пластин 4.

Расстояние.между полюсными наконечниками 9 камертона 8 выбирается следующим образом.

Камертон должен иметь минималь ные габаритные разме;ры и потреблять минимальную мощность электроэнергии.

Представим ножку камертона в виде балки с жестко закрепленным одним концом с шириной ножки Ь, длиной ножки L, толщийой ножки h. Модуль упругости материала Е 210 Н/м , плотность равна 7,8-10 кг/м .

Собств енная частота колебаний нож25

15 ки определяется выражением 1

(1)

где

R

собственная частота .колебаний ножки камертона; жесткость ножки камертона,

R

ЗЕТ ..

(2)

I - момент инерции, I - „bh

,12:

m - масса ножки камертона,

m bhJju. Иди noc.rfe преобразования

(3)

(4)

я L

« i

(5)

Для выбранных параметров

О, 800 --2(кГц),

(6)

25

45

Условию v, 1 кГц удовлетворяет камертон, имеющий следзтсщие размеры ножки: b 8 мм, h 8 мм, L 80 мм

Данное условие подтверждено экспериментально. Предлагаемый камертон вьшолнен в виде скобы, представляюще собой магнитопровод, на концах которой закреплены полюсные наконечники,

50 На одной из ножек камер : она с зазором размещена катушка.

Мтобы вьшолнить условие минимальной потребляемой мощности, необходимо потери магнитного напряжения в

55 магнитной системе свейти к минимуму Поскольку значительная часть падения магнитного напряжения происходит на зазор между полюсными наконечниками, его следует делать минималыам. Ойнако по условию работы камертона зазор S не может быть менее амплитуды колебаний конца ножки камертона, т.е. должно быть S А, в противном случае при работе полюсные наконечники начнут касаться друг друга, что является первым граничным условием. Определим второе граничное условие - верхний предел зазора между полюсными наконечниками камертона.

Каждьй электромагнит характеризуется, конструктивным фактором )КФ), который для электромагнитов нашего типа равен 100.

Значение КФ определяется выражением

КФ .

(7)

10,кг|

откуда QI,, 1-1 «ч J, где Qц - начальная сила электромагнита, КГ| .

- зазор между полюсными наконечниками, см,,

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

k

JbV 41.

или с учетом принятого значения Е

k 5-10

bh

-r-y (кгс/см), ъ

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

Q kA/2.

(10)

Эта сила должна быть равна начальной сипе электромагнита, т.е.

: Q Рц.(11)

Используя выражение (7) (9), (10) и (11), получаютsS - « Q« 10

или

50

fbi

(см).

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

Таким образам.

А, 50

азом

I ЬЬ А

Т|--П

Таким образом, использование изобретения появоляет увелшшть точность измерений за счет повышения виброустойчивости устройства.

Формула изобретения

10

1. Устройство для измерения кон- . тактной разности потенциалов, содержащее вибратор, закрепленный на жателе, катуику индзтстивмости, измерительный зонд, металлический стол для размещения объекта измерения,

15 подвижный в плоскости, перпендикулярной измерительному зонду, электрон- ньй блок, электрически соединенный с вибратором, измерительным зондом и регистратором, бло ком регулировки

20 расстояния между зондом и рабочей поверхностью металлического стола отличающееся тем, что, с . целью увеличения точности при наличии вибраций, вибратор выполнен в

25 виде камертона, на ножках которого закреплен полюсные наконечники, Причем камертон выполнен пз магнитного материала, а на камертоне размещена с зазором катушка индуктив™ ности, при этом ось симметрии камер- тона параллельна поверхности металлического стола, а плоскость, прохо дящая через ножки камертона перпендикулярна поверхности металлического стола, причем на ножке камертона;, ближайшей к поверхности металличес- кого стола, закреплен измерительный зонд, величина зазора 6 между полюс. ными наконечниками камертона должна удовлетворять неравенству

30

35

140

50

bhl

L

А

5

0

5

где Ь, h, L - ширина, Tojmpina, длина - . - ножки камертона соот-;

ветственно; . А - амплитуда колебаний,

, -

2о Устройство по П.1, отличающееся тем, что блок регулировки расстояния между зондпм и рабочей поверхностью мёталлическо го стола включает схему слежения, выход которой соединен электродвигателем, на валу которого установ лен червяк, соединенный через зубчатое колесо с микрометрическим вик- том, опирагацимся на основание к имеющим резьбовое соединение с держателем,.

Изобретение относится к электро- измерекиям. Цель изобретения - увеличение точно сти измерений при наличии .вибрации Устройство содержит вибратор 1, состоящий из камертона 8, вы- йолнённого 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 измере- рий 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