Устройство для измерения электрического потенциала заряженной поверхности Советский патент 1980 года по МПК G01R29/12 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА

ЗАРЯЖЕННОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Изобретение относится к измеритель ной технике, а именно к устройствам для определения поверхностного электрического потенциала, и предназначено для исследования распределения электрического потенциала на поверхности заряженных твердых и жидких тел .

Известно устройство дЛя измерения поверхностного потенциала заряженных твердых тел, содержащее зонд с неподвижным измерительным электродом, окру же-нным экраном, имеющим форму конуса с отверстием в вершине, и усилитель с регистрирующим прибором, ко входу которого подключен измерительный элек трод ij .

Недостатками этого устройства являются малые чувствительность и разрешающая способность. .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения потенциала заряженной поверхности, содержащее зонд с вибрирукядим измерительным электродом, подключенный ко входу усилителя, выход которого соединен с регистратором 2.

Известное усЬгройство имеет высокую чувствительность, однако разрешающая способность его недостаточно

высокая вследствие наличия поперечных колебаний измерительного электрода, что увеличивает эффективный диаметр электрода. Кроме того, при малых расстояниях зонда от исследуемой поверхности возможен пробой воздушного промежутка.

Цель изобретения - повышение разрешающей способности устройства.

О Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве для измерения электрического потенциала заряженной поверхности, содержащий зонд с вибрирующим измерительным элек-15 тродом, соединенный со входом усилителя с регистратором на его выходе, зонд снабжен заземленным конусным экраном с отверстием в его вершине, в котором расположен покрытый жестким

20 диэлектрическим слоем измерительный электрод с возможностью выхода из отверстия экрана, и дополнительным электродом, концентрически расположенным относительно измерительного

25 электрода и подключенным ко входу

усилителя, выход которого соединен . с заряженной поверхностью.

На фиг; 1 изображена электрическая схема устройства; на фиг. 2 30 конструкция зонда.

Устройство содержи зонд, представляющий собой заземленный конусный экран 1 с отверстием в вершине. В экране 1 расположены измерительный электрод, выполненный в виде ните- .

образного п:р6вЬднйка 2, покрытсГго жестким диэлектрическим слоем 3, и ополнительный электрод 4 в виде кольца, концентрически расположенного относительно измерительного электрода.

Электрод 4 с помощью проводника 5 соединен со входом усилителя 6, на выходе которого включен регистратор 7.Выход усилителя б соединен также с исследуемой заряженной поверхностью 8 образца. Колебательная система 9 приводит измерительный зонд в колебания в продольном направлении

с ВОЗМОЖНОСТЬЮ выхода из Ьтвёрстйя экрана 1, На изоляторе 10 крепится ополнительный электрод 4,

Работа устройства основана на принципе динамического конденсатора, непОдвйжную пластину которого составляет заряженная поверхность 8, а подвижную - конец нитеобразного проводника 2 вибрирующего измерительного элеКтгрода.

При изменении расстояния Н между заряженной поверхностью 8 и нитеобразным проводником 2 изменяется емкость динамического конденсатора, вызывающая изменение напряжения на его . пластинах.

Переменное напряжение с нитеобразного проводника 2 через емкость проводника 2 и дополнительный электрод 4 поступает на вход усилителя 6, в

состав которого входят электрометриЧ.еский усилитель, усилитель переменного тока и демодулятор. Так как измерительный электрод, усилитель и заряженная поверхность образца охвачены отрицательной обратной связью, то напряжение на регистратор,е 7 |равно

U

-{-И / К

где В - измеряемый потенциал, :

К - общий коэффициент усиления

устройства.

При достаточно большом коэффициенте усиления К потенциал измерительного электрода равен измеряемому потенциалу вданной точке поверхности заряженного образца. Это позволяет приблизить измерительный электрод к поверхности на расстояние, близкое к амплитуде вибраций электрода, не вызывая перераспределения потенциала и электрического пробоя. Влияние измерительного элект{5ода на картину расгпред ел е ния пове рх ност н о го потенциала будет тем меньше, чем меньше разница потенциалов д Е между зондом и :поверхностью образца, равная

Л Е Е

1 + К

5При л к меньше 0,001Е. Эта

разница автоматически поддерживается во время измерений,

Разрешающая способность устройства S определяется выражением 10

где R - радиус проводника измерительного электрода.

5 При расстоянии Н, не превышающем размеры выступающего конца нитеобразного проводника 2, разрешающая способность определяется его площадью и может достигать нескольких квадратQ ныхмикрон.

Конусная форма экрана 1, имеющего нулевой потенциал, диаметр отверстия которого больше диаметра проводника измерительного электрода, выходящего из экрана, исключает влияние экрана на картину распределения потенциала и уменьшает паразитную емкость зонда. Жесткая конструкция измерительного электрода защищает его от случайных поврёждений и исключает поперечные

0 колебания, которые приводят к увеличению эффективной площади электрода,Устройство позволяет получить при заданной чувствительности измерений достаточно высокую разрешающую способность.

изобретения

Устройство для измерения электрического потенциала заряженной поверхности, содержащее зонд с вибрирующим измерительным электродом, соединенный

со входом усилителя с регистратором

на его выходе, отличающеес я тем, что, с целью повышения разрешающей способности, зонд снабжен заземленным конусным экраном с отверстием в его вершине, в котором с возможностью выхода из отверстия экрана расположен покрытый жестким диэлектрическим слоем измерительный электрод, и дополнительным электродом, концентрически расположенным относительно измерительного электрода и подключенным ко входу усилителя, выход которого ч::оединен с заряженной поверхностью. 5 Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

слояхи if О.Вильнюс, Минтис, 1968, с. 89 (прототип).