Измерительное устройство Советский патент 1980 года по МПК G01B7/00 

(54) ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

1

Изобретение относится к средствам тсзлщинометрии и может найти применение в любой отрасли машиностроения при измерении толщины твердых и полу-с твердых покрытий, жировых отложений, изоляционных и защитных слоев и пленок на металлической и полупроводниковой основе.

Известно измерительное устройство,Q содержащее преобразователь, выполненный в виде двух щупов, соединенных проводниками с омметром 1.

Такое устройство имеет ограниченную область применения, так как не может быть использовано для контроля 5 эластичных и вязких покрытий.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является измерительное устройство, содержащее емкостный преобразователь, выполненный в виде двух щупов, и соединенный с преобразователем посредством коаксиального кабеля канал измерения, выполненный в виде последовательно сое--диненных комплексного высокочастотного моста, усилителя, амплитуднофазового детектора и индикатора 2.

этим устройством нельзя осуществлять контактную толщинометрию ЗО

нетвердых объектов, а также измерения среднеинтегрального значения толщины объекта наiопределенной площади.

Целью изобретения является повышение скорости контроля-среднеинтегрального значения толщины неэлектропроводящих пленочных покрытий на полупроводящих и электропроводных основагниях.

Поставленная цель достигается тем, что один из щупов выполнен плоскостно распределенным с плавно изменяемой эластичностью, а второй щуп выполнен в виде захвата, предназначениего для подсоединения к основанию.

Первый щуп выполнен в виде диамагнитного цилиндра, на основание которого натянута полимерная пленка с металлизированным покрытием, на противоположном конце цилиндра размещена крышка-штуцер, полость цилиндра разделена тарельчатой диафрагмой, положение Гкоторой регулируется винтом-толкателем, установленным в крынке и контактирующим с ней через упругий элемент.

Для обеспечения контроля неравномерных покрытий с особо шероховатой поверхностью в полость цилиндра, образованную полимерной пленкой и диафрагмой, введена тонкая суспензия.

На чертеже представлено предлагаемое устройство.

Измерительное устройство содержит емкостный преобразователь, выполненный в виде двух щупов 1 и 2 и соединенный с преобразователем посредство коаксиальных кабелей 3 и 4 канал измерения в виде последовательно соединенных комплексного высокочастотного моста 5, усилителя б, амплитудно-фазового детектора 7 и индикатора 8.

Генератор 9 переменного тока через симметрирующий трансформатор 10 связан с входной диагональю моста 5, составленного переменным резистивным делителем 11 и двумя комплексными плечами. Первое плечо образовано коаксиальным кабелем 3, нагруженным контактно-нажимным плоскостно распределенным щупом 1, второе - вторым коаксиальным кабелем 4, параллельно, соединенным с магазином 12 емкостей и магазином 13 сопротивлений. Внешние оболочки обоих коаксиальных кабелей 3 и 4 соединены между собой и со вторым щупом-захватом 2. Подвиж-ный контакт делителя 11 и щуп-захват 2, образующие выход моста 5, соединены с усилителем 6. Генератор 9 переменного тока и усилитель б получают питание от источника 14 стабилизированного напряжения. Щуп 1 выполнен в виде диамагнитного цилиндра 15, на основание которого натянута полимерная пленка 16 с металлизированным покрытием.. На противоположном конце цилиндра 15 навинчена крышка-штуцер 17. Полость цилиндра разделена тарельчатой диафрагмой 18, положение которой регулируется винтом-толкателем 19, установленным на крышке 17 и контактирующим с диафрагмой через упругий элемент, например сильфон 20 Полость цилиндра 15, образованная полимерной пленкой и диафрагмой при контроле неравномерных покрытий с повышенной шероховатостью, заполнена жидкой средой или тонкой суспензией. При контроле щул 1 размещен на поверхности контролируемого покрытия 21, а щуп-захват 2 присоединен к электропроводящей подложке 22.

Измерительное устройство работает следующим образом.

Предварительно измерительное устройство настраивается по аттестованным контрольным образцам. При этом ручками делителя 11 магазина 12 емкостей и магазина 13 сопротивлений добиваются минимального показания индикатора 8, что соответствует сбалансированному состоянию моста 5. По мере уточнения настройки уровень сигнала генератора 9 постепенно увеличивается. Окончательное положение настраиваемых элементов 11-13 и отвечающее им значение толщины образцового покрытия фиксируются. Последующие подстройки отличаются от первой тем, что ручка делителя 11 остается в найденном и зафиксированном положении, а подстроечная операция осуществляется ручкой магазина 12 емкостей и в небольших пределах .ручкой магазина 13 сопротивлений. Основным настроечным элементом является магазин 12 емкостей, поэтому шкала его для определенных химических

0 составов покрытия и основания может быть отградуирована в миллиметрах и долях миллиметра, а устройство укомплектовано набором шкал.

В соответствии с физическими свой5ствами подлежащего контролю покрытия - в зависимости от степени жесткости материала покрытия, его твердости, эластичности, а также в зависимости от химической структуры мате0риала покрытия и его геометрической характеристики (плавное изменение толщины контролируемой пленки по обследуемой площади изделия либо дискретно изменяющаяся толщина при шероховатых покрытиях), в щупе 1 при по5мощи регулировочного винта 19 устанавливается оптимальное давление в полости между тарельчатой диафрагмой 18 и маталлизированной полимерной пленкой 16. Этимобеспечивается не0обходимая степень податливости щупа 1, которая для каждого исследуемого покрытия создает оптимальные условия плотного облегания пленкой 16 поверхностного рельефа контролируемого по5крытия 21.

В соответствии с химическим составом подлежащего измерению покрытия устанавливается одна из накладных шкал магазина 12 емкостей. Затем ци0линдр 15 щупа 1 основанием устанавливается на тот участок объекта, где необходимо определить среднеинтегральное значение толщины неравномерного покрытия.

Регулировкой магазина 12 емкостей

5 и магазина 13 сопротивлений добиваются минимального показания стрелочного индикатора 8. Увеличивая уровень сигнала генератора 9 от минимума до максимума и уточняя настройку устрой0ства элементами 12 и частично 13, находят окончательное положение этих элементов и по накладной шкале, отвечающей материалу исследуемого покрытия, определяют среднеинтегральное

5 значение толщины контролируемого неравномерного слоя на поверхности изделия .

В зависимости от вида и типоразмера подлежащих контролю изделий и

0 образцов, а также в зависимости от механических свойств покрытий - степени жесткости, средней толщины, степени шероховатости - степень исходного заполнения полости плоскостно

5 распределенного щупа, как и сам со