SU423068A1 - - Google Patents

Description

1one

Изобретение относитс  к области измерений удельной электропроводности бесконтактными электромагнитными методами и может быть использовано дл  измерени  удельной электропроводности гальванических покрытий , пленок и других тонких немагнитных провод щих слоев на ферромагнитной основе.The invention relates to the field of conductivity measurements using contactless electromagnetic methods and can be used to measure the conductivity of electroplated coatings, films and other thin non-magnetic conductive layers on a ferromagnetic basis.

Известны электромагнитные способы измерени  удельной электропроводности провод  щих слоев, заключающиес  в том, что изделие с контролируемым слоем помещают в электромагнитное поле датчика накладного типа, возбуждающа  катущка которого питаетс  переменным током, и регистрируют изменени  амплитуды или фазы вносимого напр жени , по которым суд т об удельной электропроводности этого сло . Однако дл  устранени  вли ни  толщины сло  и основы на результат измерений удельной электропроводности тонких слоев измерени  провод т на высоких частотах , причем с уменьщением толщины и электропроводности сло  рабоча  частота резко возрастает.Electromagnetic methods are known for measuring the electrical conductivity of conductive layers, such that a product with a controlled layer is placed in the electromagnetic field of a surface-mounted sensor whose exciting coil is powered by alternating current, and changes in the amplitude or phase of the applied voltage are recorded, according to which the court electrical conductivity of this layer. However, in order to eliminate the influence of the layer thickness and the substrate on the measurement result of the conductivity of thin layers, measurements are performed at high frequencies, and with decreasing thickness and conductivity of the layer, the operating frequency increases dramatically.

Цель изобретени  - повышение точности измерений. Это достигаетс  тем, что измерени  провод т на двух частотах, верхнюю из которых выбирают так, чтобы фаза вносимого напр жени  была линейной функцией произведени  удельной электропроводности сло  на его толщину, а нижнюю - из услови , чтобыThe purpose of the invention is to improve the measurement accuracy. This is achieved by measuring at two frequencies, the upper one of which is chosen so that the phase of the applied voltage is a linear function of the product of the electric conductivity of the layer by its thickness, and the lower one from the condition that

вносимое нанр жение практически не зависело от электронроводности сло  и определ лось только его толщиной. Использу  предварительно построенные по эталонным образцам градуировочные зависимости фазы вносимого напр жени  от произведени  толщины сло  на его электропроводность на верхней частоте и амплитуды вносимого напр жени  от толщины сло  на нижней частоте, определ ют наThe applied contri bution practically did not depend on the electron conductivity of the layer and was determined only by its thickness. Using the calibration dependences of the phase of the applied voltage on the product of the layer thickness and its electrical conductivity at the upper frequency and the amplitude of the applied voltage versus the layer thickness at the lower frequency, previously constructed from reference samples

верхней частоте по фазе вносимого напр жени  величину произведени  удельной электропроводности контролируемого -сло  «а его толщину и на нижней частоте по амплитуде вносимого нанр женн  - толщину сло , а удельную электропроводность наход т как отноще1;ие величины этого произведени  к толщине контролируемого сло .the upper frequency in the phase of the applied voltage is the product of the specific conductivity of the monitored layer and its thickness and at the lower frequency in the amplitude of the applied nanoparticle — the layer thickness, and the specific conductivity is relative to the thickness of the monitored layer.

На фиг. 1 пр 1ведена блок-с.чема установки дл  1ИЗ:меренн1Я удельной электропроводности;FIG. 1 pr 1 1 the installation block of the installation for 1 of the following parameters: measured conductivity;

на фиг. 2 и 3 - градуировочные зависимости. Способ осуществл ют следующим образом. Датчик накладного типа устанавливают на изделие с контролируемым слоем и производ т измерени  фазы вносимого напр жени  наin fig. 2 and 3 - calibration dependences. The method is carried out as follows. A surface-mounted sensor is mounted on a product with a controlled layer and the phase of the applied voltage is measured on

BepxHeii частоте н амплитуды вносимого нанр жени  на нижней частоте. Верхнюю частоту выбирают из услови , чтобы удвоенное произведение максимального значени  толщины контролируемого сло  на эффективныйBepxHeii frequency n amplitudes of applied patterns at the lower frequency. The upper frequency is chosen from the condition that the doubled product of the maximum value of the thickness of the test layer by the effective

диаметр датчика не превыщало квадрата глубипы лроникновеои  плоской электромагнитной Еолны в материале контролируемого сло . При выполнении этого услови  фаза вносимого напр жени   вл етс  линейной функцией произведени  толщины сло  на его удельную электропроводность. Нижнюю часготу выбирают из услови , чтобы эффективный диаметр датчика не превышал глубины проникновени  плоской электромагнитной волны в материале сло  и толщина сло  была много меньще эффективного диаметра датчика. При вынолнении зтих условий амплитуда вносимого наир гкени  практически не зависит от удельной глектропроводности контролируемого сло  и  вл етс  функцией рассто ни  между датчиком и ферромагнитной основой.the diameter of the sensor did not exceed the square of the depths of the radiation of a flat electromagnetic element in the material of the controlled layer. When this condition is fulfilled, the phase of the applied voltage is a linear function of the product of the thickness of the layer and its electrical conductivity. The lower frequency is chosen from the condition that the effective diameter of the sensor does not exceed the depth of penetration of the plane electromagnetic wave in the layer material and the thickness of the layer is much less than the effective diameter of the sensor. When these conditions are fulfilled, the amplitude of the deposited nipple is almost independent of the specific electrical conductivity of the layer being monitored and is a function of the distance between the sensor and the ferromagnetic basis.

При измерени х на верхней частоте фаза вносимого напр жени  будет одинаковой дл  слоев с равными произведени ми толщины сло  на его удельную электропроводность.When measuring at the upper frequency, the phase of the applied voltage will be the same for the layers with equal products of the layer thickness and its electrical conductivity.

Поэтому произведение удельной электропроводности на толщину эталонного сло , эквивалентного по фазе вносимого напр жени  контролируемому слою, равно произведению удельной электропроводности на толщину последнего .Therefore, the product of electrical conductivity by the thickness of the reference layer, equivalent in phase to the applied voltage to the layer being monitored, is equal to the product of specific conductivity by the thickness of the latter.

При измерени х на частоте амплитуда вносимого напр жени  будет одинаковой дл  слоев с различной электропроводностью и равной толщиной. Поэтому толщина эталонного сло , эквивалентного по амплитуде вносимого напр жени  контролируемому слою, равна толщине этого сло . Удельную электропроводность контролируемого сло  онредел ют как отношение произведени  удельной электропроводности на толщину эталонного сло , эквивалентного по фазе вносимого напр жени  на верхней частоте контролируемому слою, к толщине контролируемого сло .When measuring at a frequency, the amplitude of the applied voltage will be the same for layers with different electrical conductivities and equal thicknesses. Therefore, the thickness of the reference layer, equivalent in amplitude of the applied voltage to the controlled layer, is equal to the thickness of this layer. The conductivity of the test layer is defined as the ratio of the product of the specific conductivity and the thickness of the reference layer, equivalent in phase to the applied voltage at the upper frequency of the test layer, to the thickness of the test layer.

Блок-схема установки дл  измерени  удельной электропроводности включает генератор переменного тока 1, датчик накладного типа 2, содержащий возбуждающую «атущку и расположенные по обе стороны от нее на общем ферритовом стержне измерительную и две ком1пенсационные катушки (кажда  компенсационна  катушка включаетс  с измерительной встречно), усилитель 3, ламповый вольтметр 4 и электронный фазометр 5. Возбуждающа  катущка датчика запитываетс  от генератора поочередно переменпым током двух различных частот.The block diagram of the installation for measuring conductivity includes an alternating current generator 1, a surface-mounted sensor 2 containing a stimulating feeder and a measuring coil located on both sides of it on a common ferrite rod and two compensation coils (each compensation coil is included with a measuring counter), an amplifier 3, a lamp voltmeter 4 and an electronic phase meter 5. The exciter coil of the sensor is powered from the generator alternately with alternating current of two different frequencies.

В соответствии с изобретением верхн   частота выбираетс  из услови In accordance with the invention, the upper frequency is selected from the condition

27 макс эф S,27 max eff S,

где Тумаке - максимальна  толщина покрыти ; (эф - эффективный диаметр датчика;where Tumake is the maximum thickness of the coating; (eff - effective diameter of the sensor;

8 .- 1/глубина проникновени  плоской8 .- 1 / penetration depth flat

V 27С/ц;лоаV 27s / c; loa

электромагнитной волны в материал покрыти ;electromagnetic wave into the coating material;

(.10 - магнитна  проницаемость вакуума; б - удельна  электропроводность(.10 - magnetic permeability of vacuum; b - specific electrical conductivity

покрыти . т. с. так, чтобыcover t. s. so that

/./.

,|7.ч1ксйэф нижн   частота /„ выбираетс  из услови  8., | 7.h1xyf low frequency / "is selected from condition 8.

Результирующее напр жение, снимаемое со встречно включенных измерительной и компепсационных катушек датчика, подаетс  наThe resulting voltage taken from the counter-connected measuring and sensor coils of the sensor is fed to

вольтмер и фазометр через усилитель. При этом дл  измерени  на верхней частоте предварительно перемещением одной из компенсационных катушек осуществл етс  полна  компенсаци  результирующего напр жени  вvoltmeter and phase meter through the amplifier. In this case, to measure at the upper frequency, preliminarily moving one of the compensation coils makes full compensation of the resulting voltage in

воздухе и, таким образом, при установке датчика на контролируемое покрытие измер етс  фаза вносимого в измерительную катушку датчика напр жени  (фаза напр жени , снимаемого с датчика при его установке на ферромагнитпую основу принимаетс  за 0).When the sensor is installed on a controlled coating, the phase of the voltage sensor introduced into the measuring coil is measured (the phase of the voltage removed from the sensor when installed on the ferromagnetic base is taken as 0).

При измерени х на нижней частоте используетс  втора  компенсационна  катущка.When measuring at the lower frequency, a second compensation coil is used.

По градуировочным зависимост м (см. фиг. 2 и 3) и результатам измерени  фазыAccording to the calibration dependences (see Fig. 2 and 3) and the results of measuring the phase

снимаемого с датчика напр жени  на верхней частоте и амплитуды на нижней частоте олредел етс  дл  каждого образца значение произведени  аэ-Гэ а-Г и толщина покрыти , по которым вычисл етс  удельна  электропроводность покрыти the voltage removed from the voltage sensor at the upper frequency and the amplitude at the lower frequency is determined for each sample the value of the product Ae-Ge a-H and the thickness of the coating, which is used to calculate the specific conductivity of the coating

а,.Г a

тt

П ip е д м е т ,и з о б р е т е н И  P ip e dmete, and s obrete n And

Способ измерени  электропроводности тонкого провод щего сло  на ферромагнитной основе , основанный на определении изменени  напр жени , вносимого в датчик, в электромагнитное поле которого помещаетс  контролируемый образец, отличающийс  тем,A method for measuring the electrical conductivity of a thin conductive layer on a ferromagnetic basis, based on the determination of the change in voltage applied to the sensor, in the electromagnetic field of which a test sample is placed, characterized in

что, с целью повыщепи  точности, измерени  производ т на двух частотах, верхнюю из которых выбирают из услови , чтобы фаза вносимого напр жени  была линейной функцией произведени  толщины сло  на его электропроводность , а нижнюю - чтобы амплитуда вносимого нанр жени  не зависела от электропроводности контролируемого образца, и по градуировочным таблицам определ ют на верх ей частоте по фазе вносимого напр жени  величипу произведени  электропроводности контролируемого образца на его толщину , на нижней частоте по амплитуде вносимого нанр жени  - толщину контролируемого сло , а искомую электропроводность определ ют по отношению этих величин.that, in order to improve accuracy, measurements are made at two frequencies, the upper of which is chosen from the condition that the phase of the applied voltage is a linear function of the thickness of the layer to its electrical conductivity, and the lower one so that the amplitude of the applied voltage does not depend on the electrical conductivity of the sample , and according to the calibration tables, the magnitude of the product of the electrical conductivity of the test sample by its thickness is determined at the top frequency of the phase of the applied voltage; at the lower frequency the amplitude is On the surface, the thickness of the controlled layer, and the desired electrical conductivity is determined by the ratio of these values.

//////////777/////////// 777 /

3D3D

WW

WW

7 2Jff w sjO 8-Ш Фиг. 27 2Jff w sjO 8-Ш FIG. 2

vlsvls

0.8 0,6 О.Ц0 ,2 21 ц-О60 80 риг. 50.8 0.6 O.Ts0, 2 21 c-O60 80 rig. five