Накладной емкостный датчик для контроля толщины полимерных пленок

 

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 низкои высокопо1тенциальными электродами измерительного и эталонного конденсаторов. 2. Датчик ПОП.1, от.личающ и и с я тем, что экраны выполнены сетчатыми.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСИН! УБЛИН

ЗИ) С 01 В 7/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОЮИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАЮ ИЗОБРЕТЕНИЙ ИOTHPblTMA (61) 953445 (21) 3559389/25-28 (22) 24.02.83. (46) 30.04.84. Бюл. М 16 (72) Н:И. Свиридов (71) Киевский технологический институт легкой промышленности (53) 621.31 7.39:531.7,1(088.8) (56) l. Авторское свидетельство СССР

Ф 953445,,кл. 4 01 В 7/08, .1980. (прототип), (54) (57.)1 . НАКЛАДНОЙ ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК

ДЛЯ КОНТРОЗИ ТОЛЩИНЫ ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕ„,SU„„1089398 А

НОК по авт.св. 9 953445, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен двумя металлическими экра-. нами, размещенными в диэлектричес. кой прокладке.на расстоянии один от другого и имеющими выступы в ripoMeжутках между низко- и высокопотенциальными электродами измерительного и эталонного конденсаторов.

2. Датчик по п.l, о т л и ч а юшийся тем, что экраны выполнены сетчатыми.

398 т

1089

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

По основному авт.св. М 953445, известен накладной емкостной датчик для контроля толщины полимерных пленок, содержащий измерительный и эталонный конденсаторы, высоко- и 1б низкопотенцнальные электроды которых нанесены на противоположные выпуклые поверхности диэлектрической прокладки. Рабочие поверхности электродов и диэлектрической прокладки покрыты стойким к истиранию слоем диэлектрика (1).

Недостатком датчика является погрешность измерения, обусловленная наличием паразитной емкости между электродами измерительного и эталонного конденсаторов через диэлектрическую прокладку, которая выполняется возможно более тонкой для улучшения температурной компенсации неинформативных воздействий, например нестабильности диэлектрической проницаемости прокладки. Однако утоньшение диэлектрической прокладки ухудшает прочностные свойства датчика,обуславливая его деформацию прогиб прокладки, что также приводит к появлению погрешности измерения.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что накладной емкостный датчик для контроля толщины полимерных пле. нок снабжен двумя металлическими экранами, размещенными в диэлектрической 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 выполнены сетчатыми.

На фиг. 1 изображен емкостный датчик, разрез; на фиг. 2 — то же, вид сверху.

Накладной емкостный датчик содержит измерительный конденсатор 1 и эталонныи конденсатор 2, расположенные на противоположных сторонах диэлектрической прокладки 3, выполняемой из материала с высокими ди55 электрическими свойствами и большим коэффициентом теплопроводности. Низко- и высокопотенциальные электроды

4 и 5 соответственно измерительного конденсатора 1, а также низко- и высокопотенцнальные 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 IO, снабженные выступами 11 и 12 соответственно, которые проходят в . промежутках между низко- и высокопотенциальными электродами измери-. тельного 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 контролируемого 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 должны дости-. гать 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 ширины близлежащих низко- и высокопотенциальных электродов конденсаторов l и 2. Металлические экраны

9 и 10 могут быть выполнены в виде сеток.

Накладной емкостный датчик работает следующим образом.

Полимерная пленка, толщина которой контрплируется в процессе изго" товления, накладывается на рабочую

1089

3 поверхность измерительного конденсатора l. Низко- и высокопотенциальные электроды 4-7 измерительного и эталонного конденсаторов I и 2 подключаются к измерительной схеме (не показана), а эк--ны 9 и 10 могут быть заземлены или на них подаются напряжения (например, через эмиттерные повторители), равные напряжениям на высокопотенциальных 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, идентичного измерительному конденсатору

1, при этом остается неизменной, то сравнение емкостей конденсаторов I ..и

2 позволяет исключить влияние на результаты измерения дестабилизирующих факторов, таких как температура и

25 влажность окружающей среды, существенно влияющих на геометрические размеры электродов 4 и 7 и диэлектрические свойства защитного слоя 8.

Вследствие того, что потенциалы металлических экранов 9 и IO равны потенциалам высокопотенциальнык электродов 5 и 7, а сами экраны окружают каждый высокопотенциальный электрод со стороны диэлектрической прокладки 3 с трех сторон, емкостная составт ляющая каждого конденсатора, обусловленная внутренними поверхностями электродов датчика и диэлектрической прок-. ладкой 3, будет практически отсутство= вать..В этой связи полные емкости измерительного и эталонного конденсаторов 1 и 2 будут обусловлены лишь внешней площадью их электродов, защитным диэлектрическим слоем 8 и внешней воздушной средой (для изме- 5 рительного конденсатора I также контролируемой полимерной пленкой .

Благодаря этому на емкости измерительного и з1талонного конденсаторов не будут влиять ни температурные изменения диэлектрических свойств диэлектрической прокладки 3, ни конт398 4 ролируемая пленка на емкость эталонного конденсатора 2 через прокладку 3, а также будет полностью от" сутствовать 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 повышению 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 пыли в межэлектродном пространстве, препятствует прохождению сквозного тока проводимости между электродами, исключает возможность замыкания электродов датчика, а также предотвращает их коррозию, что также повышает 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 повышается чувствительность датчика и точность измерения толщины диэлектрической пленки.

1 .! 089398

Составитель С.Скрыпник

Техред И.МетелеваКорректор А.Дзятко

Редактор С.Юско

Заказ 2918/37 Тираж 587 Подписное

BfiHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

lI3035, Москва, Ж-35, .Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4