AT365340B - Schichtdickenmessgeraet - Google Patents

Description

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   Die Erfindung bezieht sich auf ein Schichtdickenmessgerät, insbesondere zur Messung der Dicke von dünnen auf Eisen aufgebrachten und von Nickel überdeckten Kupferschichten, mit einer an den Prüfling annäherbaren Sonde. 



   Im Relaisbau ergibt sich oftmals das Problem auf einen ferromagnetischen Grundwerkstoff, wie Eisen, aufgebrachte als Luftspalt wirkende nicht ferromagnetische Schichten, wie   z. B.   



  Kupfer oder Aluminiumschichten, die eine höhere elektrische Leitfähigkeit als das Grundmaterial aufweisen und von einer weiteren Schichte,   z. B.   einer Nickelschichte überdeckt sind, messen zu müssen, da diese Schichten einen erheblichen Einfluss auf die Abfallszeit der Relais ausüben. 



   Bisher bekannte Schichtdickenmessgeräte mit einer an den Prüfling annäherbaren Sonde werten die Änderung der Induktivität einer Spulensonde bei Annäherung an den Prüfling aus oder messen die durch den Prüfling verursachten Wirbelstromverluste bzw. die dadurch bedingte Dämpfung. Dabei werden die Sonden über Sinus-Oszillatoren mit Wechselstrom entsprechender Frequenz versorgt und die oben erwähnten Änderungen über Brückenschaltungen und Verstärker ausgewertet. 



   Trotz dieses hohen Aufwandes ist es mit derartigen Schichtdickenmessgeräten nicht möglich auf Reineisen aufgebrachte 0, 5 bis 20 p starke Kupferschichten unter einer 10 bis 20 p starken Nickelschichte nachzuweisen und noch weniger ist es möglich diese zu messen. Aber auch aufwendigere Messverfahren wie   z. B.   das   ss-Strahlen-Rückstreuverfahren   versagten in diesem Falle, da sich diese Werkstoffe in ihrem atomaren Aufbau zu wenig voneinander unterscheiden. 



   Ziel der Erfindung ist es ein Schichtdickenmessgerät vorzuschlagen, das sich für die Messung dünner Schichten, insbesondere dünner auf einen ferromagnetischen Werkstoff aufgebrachter, eine höhere Leitfähigkeit als der Grundwerkstoff aufweisende und von einer weiteren Schichte z. B. einer Nickelschichte überdeckter Schichten, auch unter normalen Werkstattbedingungen eignet. 



   Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass das Schichtdickenmessgerät einen Transistor-   Pendelrückkopplungs-Oszillatorund   eine Spulensonde umfasst. 



   Bei einem Pendelrückkopplungs-Oszillator wird neben der Schwingkreisfrequenz auf Grund der in den Rückkoppelungskreis eingeschalteten Zeitglieder mit gegenüber der Schwingungsdauer des Schwingkreises grosser Zeitkonstante noch mindestens eine Kippfrequenz angefacht, wodurch die Schwingungen des Schwingkreises praktisch zeitmoduliert werden und nur mehr periodisch wiederkehrende Pakete von Schwingungen des Schwingkreises auftreten. 



   Überraschenderweise hat sich nun gezeigt, dass die Schwingungsdauer des Schwingkreises derart empfindlich auf geringste Unterschiede in seiner Bedämpfung reagiert, dass bereits auf Eisen aufgebrachte 0, 5 p starke Schichten aus Kupfer, Aluminium, Silber   od. dgl.   unter einer Nickelschichte nachweisbar und messbar sind, wobei mit zunehmender Stärke der Kupferschichte die Länge der Schwingungspakete auf Grund der stärker werdenden Dämpfung des Schwingkreises abnimmt. 



  Die Auswertung kann dabei in denkbar einfacher Weise durch Messung der Schwingkreisspannung erfolgen. 



   Besonders deutlich werden die Unterschiede, wenn eine Sonde verwendet wird, die ausser der Kreisspule noch die Rückkoppelungsspule umfasst, da sich in diesem Falle durch die Wirbelstrombedämpfung bei Annäherung an den Prüfling auch die Kopplung ändert. 



   Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung näher erläutert, die ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemässen Schichtdickenmessgerätes darstellt. 



   Das Schichtdickenmessgerät weist einen Pendelrückkopplungs-Oszillator mit einem Transistor - auf, der kollektorseitig mit einem aus einer   Spule --L1-- und   einem Kondensator-Clbestehenden Schwingkreis verbunden ist, dessen Spule-Ll-mit einer basisseitig an den Transi-   stor --Tr-- angeschlossenen Spule --L2-- rückgekoppelt   ist. Ober einen parallel zu dem Schwing- 
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 --Tr-- geschaltete,sator --C4-- entkoppelt ist, von Bedeutung. Ausserdem ist noch ein einstellbarer Widerstand --R3-- in einer Speiseleitung eingeschleift und ein parallel zu der   RC-Kombination --Rl, C2--   geschalteter Kondensator --C3-- vorgesehen, der im wesentlichen zur Entkopplung der Spannungsversorgung dient. 



   Der Arbeitspunkt des Oszillators wird so eingestellt, dass er als PendelrückkopplungsOszillator arbeitet, was durch die Einstellung einer gegenüber der dynamischen Zeitkonstante des Schwingkreises-01 bis   Li--grossen   Zeitkonstante des   RC-Gliedes-Rl   bis   C2-- erzielt   wird. 



   Das Schwingungsbild des Oszillators zeigt bei einer derartigen Einstellung in Abhängigkeit 
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 bestimmten Kippfrequenz auftretende Pakete von Sinusschwingungen, deren Frequenz im wesentlichen durch den   Schwingkreis-Ll   bis Cl--bestimmt ist. 



   Wird nun die Sonde, die vorteilhafterweise die Kreisspule-Ll-und die Rückkopplungsspule -   enthält   an einen Prüfling angenähert, bewirkt die damit verbundene Bedämpfung des   Schwingkreises-Ll   bis   01-aber   auch die Kopplungsänderung eine Verkürzung der Dauer der Sinusschwingungen, die im einfachsten Fall durch die Messung der Schwingkreisspannung festgestellt werden kann, wobei diese Messung durchaus verlustbehaftet erfolgen kann, beispielsweise mittels eines Drehspulenmessgerätes od. dgl. 



   Die Bedämpfung des   Schwingkreises-Ll   bis Cl--und die Kopplungsänderung hängt im wesentlichen von der Stärke einer zu messenden leitfähigen Schichte bzw. im Falle von mehreren Schichten von der Stärke der leitfähigsten Schichte ab, wobei in letzterem Falle die übrigen Schichten durch entsprechende Eichkurven berücksichtigt werden können. Aus diesem Grunde bewirkt auch eine Änderung der Dicke einer leitfähigen dünnen Schichte eine Änderung der Dauer der periodisch wiederkehrenden Sinusschwingungen, die wieder eine Änderung der an dem Schwingkreis-Ll bis CI--abgreifbaren Spannung bewirkt. 



   Als typisches Beispiel einer derartigen Messung kann die Feststellung der Dicke einer auf einen Grundkörper aus Reineisen aufgebrachten und von einer bis zu zirka 20 p starken Nickelschichte überdeckten 0, 5 bis 20 p dicken Kupferschichte angeführt werden, bei der eine deutliche von der Dickenänderung der Kupferschichte abhängige Änderung der Schwingkreisspannung festgestellt wurde. Beispielsweise betrug die Schwingkreisspannung bei einem an die Kreis- und Rückkopplungsspulen-LI und   L2-- angenäherten   Prüfling mit einer 0, 5 p starken Kupferschichte zirka 80% bei einem Prüfling mit einer 20 p starken Kupferschichte jedoch nur zirka 45% jener Schwingkreisspannung, die ohne Prüfling gemessen wurde. 



    PATENTANSPRÜCHE :    
1. Schichtdickenmessgerät, insbesondere zur Messung der Dicke von dünnen auf Eisen aufgebrachten und von Nickel überdeckten Kupferschichten, mit einer an den Prüfling annäherbaren Sonde, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtdickenmessgerät einen Transistor-Pendelrückkopplungs-Oszillator und eine Spulensonde umfasst.

Claims (1)

1. 2. Schichtdickenmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung durch Messung der Spannung des Schwingkreises (Cl, Ll) des Oszillators erfolgt.