CN111257660B - 流体管路内部静电测量系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种流体管路内部静电测量系统及其方法，其中该流体管路内部静电测量方法，包括以下步骤：配置接地金属板于流体管路的外管壁；通过接地金属板与外管壁形成接地作用，接地金属板具有感应电荷，感应电荷是感应并与外管壁具有的外壁既存电荷加总为外壁总电荷，且外壁总电荷相依于流体管路的内管壁的待测电荷；以及测量接地金属板上方的静电电压值，以获得流体管路的内管壁的待测电荷的电压值。
Description
技术领域
本发明涉及一种流体管路内部静电测量系统及其方法。
背景技术
半导体元件于制作工艺中，需使用绝缘管路输送超纯水或有机溶剂等流体。不易导电的流体在绝缘管路中流动时，会因流体间或流体与管壁间的摩擦，从而导致静电的产生，而使静电累积于内管壁及流体上。摩擦起电的成因是在摩擦过程中，最外层电子得到足够的能量而发生转移，游离能较高者，获得电子带负电，游离能较低者，失去电子带正电。在上述传输流体的过程中，此累积的静电有可能会造成管壁击穿，甚至会引起闪火而发生管路爆炸等工安问题，因此如何即时监控管路的内管壁的静电累积量，已成厂务及工安的新课题。
当绝缘管路的内管壁带有静电时，其发出的电力线有可能使空间中游离的电荷因为电力的作用而吸附在绝缘管路的外管壁上；另一方面，绝缘管路的外管壁也有可能因为安装或操作时的摩擦所带静电(可能为正电或负电)残留在绝缘管路的外管壁上。因此，绝缘管路的外管壁所带的静电为未知，将会对绝缘管路的内管壁的静电的检测造成干扰。而且，由于绝缘管路的内管壁的电荷的电场一直存在，因此无法轻易以接地或离子风扇的方式将绝缘管路的外管壁的静电去除。再者，绝缘管路属于封闭状态，使得液体于绝缘管路内输送时长期处于封闭状态，无法以开路型式直接测量绝缘管路的内管壁的静电量。此外，绝缘管路的外管壁如前述也可能有静电累积，因而干扰绝缘管路的内管壁的静电量的测量结果，造成即时监控流体管路的内管壁的静电累积量的困难。
发明内容
本发明提供一种流体管路内部静电测量系统及其方法，可解决流体管路的外管壁的静电累积的干扰，并能在流体管路的外部测量的方式，即时监控流体管路的内管壁的静电累积量，避免累积的静电产生的工安问题。
本发明的一实施例提出一种流体管路内部静电测量系统，包括一接地金属板、一静电感测装置以及一处理装置。接地金属板配置于一流体管路的一外管壁，用于与外管壁形成一接地作用，使接地金属板具有一感应电荷，感应电荷是感应并与该外管壁具有的外壁既存电荷加总为一外壁总电荷，且该外壁总电荷相依于流体管路的一内管壁的一待测电荷。静电感测装置耦接于接地金属板，用于感测接地金属板上方的静电电压值。处理装置连接于静电感测装置，通过接地金属板上方的静电电压值，以获得流体管路的内管壁的待测电荷的电压值。
本发明的另一实施例提出一种流体管路内部静电测量方法，包括以下步骤：配置一接地金属板于一流体管路的一外管壁；通过接地金属板与外管壁形成一接地作用，其中接地金属板具有一感应电荷，感应电荷是感应并与外管壁具有的外壁既存电荷加总为一外壁总电荷，且该外壁总电荷相依于流体管路的一内管壁的一待测电荷；以及测量接地金属板上方的静电电压值，以获得流体管路的内管壁的待测电荷的电压值。
基于上述，在本发明的流体管路内部静电测量系统及其方法中，接地金属板的感应电荷会与外壁既存电荷(可能为正电或负电)形成一外壁总电荷，且此一外壁总电荷与内管壁的待测电荷相依，如此一来，可将未知外管壁的外壁既存电荷转换为与流体管路的内管壁的待测电荷相依的电荷量，此举可解决流体管路的外管壁的静电累积的干扰，且由于外管壁的外壁总电荷会小于内管壁的待测电荷，因此在流体管路的外管壁之外，仍可感应并测量得到内管壁的待测电荷与外管壁的外壁总电荷的总和效应的感应结果，故可达到在流体管路的外部测量的方式，即时监控流体管路的内管壁的静电累积量。
为让本发明能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明的流体管路内部静电测量系统一实施例的示意图；
图2为本发明的流体管路内部静电测量方法一实施例的流程图；
图3A为本发明的流体管路内部静电测量系统的静电场与电压分布模拟结果的示意图；
图3B为图3A的设定电压与模拟电压的模拟结果的示意图；
图4A为本发明的流体管路内部静电测量系统一实验架构的示意图；
图4B为图4A的静电电压与测量电压的实验结果的示意图；
图5A为对照本发明的流体管路内部静电测量系统一对照架构的示意图；
图5B为图5A的静电电压与测量电压的实验结果的示意图。
符号说明
10 流体管路内部静电测量系统
11 流体管路
111 管壁本体
112 外管壁
113 内管壁
114 流道
12 接地金属板
121 接地
13 静电感测装置
14 处理装置
15 电极
16 电压源
L1、L2 斜线
L3 对照线
P2、P3 测量点
F 流体
S10 流体管路内部静电测量方法
S11～S13 步骤
Vo 设定电压
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此限制本发明的保护范围。需说明的是，在各个实施例的说明中，「上方/上」、「下方/下」等的描述是以附图为基准进行说明，但也包含其他可能的方向转变。此外，为了说明上的便利和明确，附图中各元件的厚度或尺寸，是以夸张或省略或概略的方式表示，且各元件的尺寸并未完全为其实际的尺寸。
图1为本发明的流体管路内部静电测量系统一实施例的示意图。请参阅图1，需说明的是，为了便于说明，图1的流体管路11仅绘示局部示意，但并非限制本发明。在本实施例中，流体管路内部静电测量系统10用以监控流体管路11内部的静电累积量。流体管路内部静电测量系统10包括一流体管路11、一接地金属板12、一静电感测装置13以及一处理装置14。
在本实施例中，流体管路11例如为绝缘材料构成的一绝缘管路，流体管路11包括铁氟龙、压克力或介电材料所构成群组其中之一或其组合。流体管路11为一封闭管线，其包括管壁本体111、外管壁112、内管壁113以及流道114。管壁本体111的外部具有外管壁112，管壁本体111的内部具有内管壁113，外管壁112与内管壁113之间的厚度即为管壁本体111的厚度。管壁本体111的内管壁113之间形成流道114，可输送超纯水或有机溶剂等流体F。
在本实施例中，接地金属板12配置于流体管路11的外管壁112之外，接地金属板12连接一接地121，接地金属板12的材料包含金属，其选自由导体铜、银、金、白金、锌、镍、铝、钴、铁、钢、锡、铅或钛所构成群组其中之一或其组合，接地金属板12用以与外管壁112形成一接地作用。以图1为例，接地金属板12紧邻于流体管路11的外管壁112。然而本发明不以此为限，在其他实施例中，可将接地金属板12邻接于流体管路11的外管壁112，且接地金属板12与流体管路11的外管壁112之间具有一距离，该距离仍可使接地金属板12与外管壁112形成接地作用。此外，本实施例的接地金属板12的形状可依据流体管路11的形状而调整，举例而言，流体管路11若为圆管状或具曲面形状的管路，可将接地金属板12设计为曲面结构；或者，流体管路11若为方管状或具平面形状的管路，可将接地金属板12设计为一平面结构。
在本实施例中，流体管路11的内管壁113具有一待测电荷，而流体管路11的外管壁112具有一外壁既存电荷，其中流体管路11的内管壁113带有静电(指本实施例的待测电荷)时，其发出的电力线有可能使空间中游离的电荷因为电力的作用而吸附在流体管路11的外管壁112上，所形成的外壁既存电荷；另一方面，流体管路11的外管壁112也有可能因为安装或操作时的摩擦所带静电(可能为正电或负电)残留在流体管路11的外管壁112上，所形成的外壁既存电荷。
在本实施例中，当接地金属板12配置于流体管路11的外管壁112，且接地金属板12与外管壁112形成接地作用时，使接地金属板12具有一感应电荷，换言之，当接地金属板12接地时，由于内管壁113的待测电荷的电场作用，接地金属板12上将会感应与流体管路11的内管壁113的待测电荷极性相反的感应电荷，而这些感应电荷会与外壁既存电荷(可能为正电或负电)加总形成一外壁总电荷，使得外管壁112的外壁总电荷不再是未知电荷，而是相依于流体管路11的内管壁113的待测电荷。此举可解决流体管路11的外管壁112的静电累积的干扰，且由于外管壁112的外壁总电荷会小于内管壁113的待测电荷，换言之，外壁总电荷与待测电荷的比值小于1，且外壁总电荷与待测电荷的比值取决于管壁本体111的厚度与材质。
在本实施例中，静电感测装置13耦接于接地金属板12。以图1为例，静电感测装置13位于接地金属板12上方，静电感测装置13分离于接地金属板12，即静电感测装置13不与接地金属板12连接，静电感测装置13与接地金属板12具有一感测距离。然而本发明不以此为限，在其他实施例中，静电感测装置13组合于接地金属板12，即静电感测装置13连接至接地金属板12。由于带静电的物体会放射电力线，静电感测装置13通过电力线的感应因而可检测其静电量，因此，本实施例的静电感测装置13可用以感测接地金属板12上方的静电电压值，静电感测装置13可为单一电极或复材所构成群组其中之一或其组合，并可为单一或阵列排列元件，其可依据实际需求而改良所需的静电感测装置13。其中上述的复材所构成的静电感测装置是指由电极与介电膜层构成，介电膜层的材质例如为具钙钛矿结构的氧化物ABO3，其中A为Ba、Pb、Mg及其上述任一组合；B为Ti、Zr、Hf、Sn、Ta、Mn、Co、Fe、Ni、Zn、Al、Mg及其上述任一组合；此外，介电膜层可为单一块材或多层复材。由前述可知，由于流体管路11的外管壁112的外壁总电荷会小于内管壁113的待测电荷，因此在流体管路11的外管壁112之外，仍可感应并测量得到的内管壁113的待测电荷与外管壁112的外壁总电荷的总和效应的感应结果。
在本实施例中，处理装置14连接于静电感测装置13，处理装置14可通过硬件(例如集成电路、CPU)、软件(例如处理器执行的程序指令)或其组合来实现。静电感测装置13传输内管壁113的待测电荷与外管壁112的外壁总电荷的总和效应的感应结果至处理装置14。举例而言，处理装置14可包含一信号处理元件与一输出显示元件，信号处理元件用以对内管壁113的待测电荷与外管壁112的外壁总电荷的总和效应的感应结果经信号处理转换成对应的信号输出值或特定的数值，并可由输出显示元件显示。然而，本发明不对处理装置的配置加以限制，可端视实际产品而可调整。
在本实施例中，处理装置14依据接地金属板12上方的静电电压值，以获得流体管路11的内管壁113的待测电荷的电压值，其中接地金属板12上方的静电电压值与流体管路11的内管壁113的待测电荷的电压值呈一线性相关，即接地金属板12上方的静电电压值乘上一特定系数，可推算出流体管路11的内管壁113的待测电荷的电压值，且接地金属板12上方的静电电压值与流体管路11的内管壁113的待测电荷的电压值的比值小于1，即流体管路11的内管壁113的待测电荷的电压值会大于接地金属板12上方的静电电压值，通过上述关系，可由接地金属板12上方的静电电压值，获得流体管路11的内管壁113的待测电荷的电压值，以达到即时监控流体管路11的内管壁113的静电累积量的目的。
图2为本发明的流体管路内部静电测量方法一实施例的流程图。请参阅图2，本实施例的流体管路内部静电测量方法S10用以测量流体管路11的内管壁113的待测电荷的电压值，其可用于如图1的流体管路内部静电测量系统10。流体管路内部静电测量方法S10包括以下步骤S11至步骤S13。
首先，进行步骤S11，配置接地金属板12于流体管路11的外管壁112。以图1为例，接地金属板12紧邻于流体管路11的外管壁112。然而本发明不以此为限，在其他实施例中，可将接地金属板12设置于流体管路11的外管壁112的外围，且接地金属板12与流体管路11的外管壁112之间具有一距离。
接着，进行步骤S12，接地金属板12与外管壁112形成一接地作用。以图1为例，接地金属板12连接一接地121，接地金属板12用以与外管壁112形成一接地作用。
当接地金属板12与外管壁112形成接地作用时，使接地金属板12具有一感应电荷，换言之，当接地金属板12接地时，由于内管壁113的待测电荷的电场作用，接地金属板12上将会感应与流体管路11的内管壁113的待测电荷极性相反的感应电荷，而这些感应电荷会与外壁既存电荷(可能为正电或负电)加总形成一外壁总电荷，使得外管壁112的外壁总电荷不再是未知电荷，而是相依于流体管路11的内管壁113的待测电荷。并且，外管壁112的外壁总电荷会小于内管壁113的待测电荷，换言之，外壁总电荷与待测电荷的比值小于1，且外壁总电荷与待测电荷的比值取决于管壁本体111的厚度与材质。
接着，进行步骤S13，测量接地金属板12上方的静电电压值，以获得流体管路11的内管壁113的待测电荷的电压值。以图1为例，静电感测装置13感应并测量得到的内管壁113的待测电荷与外管壁112的外壁总电荷的总和效应的感应结果。处理装置14依据接地金属板12上方的静电电压值，以获得流体管路11的内管壁113的待测电荷的电压值，其中接地金属板12上方的静电电压值与流体管路11的内管壁113的待测电荷的电压值呈一线性相关，即接地金属板12上方的静电电压值乘上一特定系数，可推算出流体管路11的内管壁113的待测电荷的电压值，且接地金属板12上方的静电电压值与流体管路11的内管壁113的待测电荷的电压值的比值小于1，即流体管路11的内管壁113的待测电荷的电压值会大于接地金属板12上方的静电电压值。由此可知，本发明的流体管路内部静电测量方法S10可通过在流体管路11的外管壁112的接地金属板12上方的静电电压值，来推算出流体管路11的内管壁113的待测电荷的电压值，以达到即时监控流体管路11的内管壁113的静电累积量的目的。
图3A为本发明的流体管路内部静电测量系统的静电场与电压分布模拟结果的示意图。图3B为图3A的设定电压与模拟电压的模拟结果的示意图。请参阅配合参阅图1、图3A与图3B，在本实施例中，是以图1所示的流体管路内部静电测量系统10作为静电场模拟的模型，而流体管路11的管壁本体111设定为铁氟龙(Teflon)，其厚度为1mm。另外，在内管壁113具有一设定电压Vo。由图3A的静电场与电压分布模拟结果可知，当设定内管壁113的静电(设定电压Vo)为500V，且外管壁112有接地金属板12时，静电场分布由图3A的箭头所示，电压分布中，接地金属板12上方的静电电压范围落在20V～30V之间，换言之，接地金属板12上方的静电电压会小于内管壁113的设定电压Vo，故可知经由本发明的流体管路内部静电测量系统及其方法，可将未知外管壁112的外壁既存电荷与感应电荷结合，转换为与流体管路11的内管壁113的待测电荷相依的外壁总电荷，使得外管壁112的外壁总电荷不再是未知电荷，此举可解决流体管路11的外管壁112的静电累积的干扰，且由于外管壁112的外壁总电荷会小于内管壁113的待测电荷，因此在流体管路11的外管壁112之外，仍可感应并测量得到的内管壁113的待测电荷与外管壁112的外壁总电荷的总和效应的感应结果，故可达到在流体管路的外部测量的方式，即时监控流体管路的内管壁的静电累积量。
此外，改变内管壁113的设定电压Vo，静电感测装置13用以感测接地金属板12上方的静电电压值(即图3B中的模拟电压值)，模拟结果如图3B所示，接地金属板12上方的模拟电压与内管壁113的设定电压Vo呈线性相关，每个模拟电压是依据一斜线L1对应至一设定电压Vo，因此可由静电感测装置13测得的接地金属板12上方的静电电压值，获得流体管路11的内管壁113的待测电荷的电压值，以得知内管壁113的静电量多寡。
图4A为本发明的流体管路内部静电测量系统一实验架构的示意图。图4B为图4A的静电电压与测量电压的实验结果的示意图。如图4A所示，以铁氟龙(Teflon)来模拟流体管路11的管壁本体111，以铁氟龙不同带电状态来模拟流体管路11的外管壁未知既存电荷的情形，管壁本体111下方设置一电极15，作为模拟管壁本体111的内管壁113的静电产生情况，且电极15连接电压源16，由电压源16可设定电极15的电压，作为设定管壁本体111的内管壁113的静电电压。管壁本体111上方设置一接地金属板12，可通过开关接地，并可由图1所示通过静电感测装置来测量接地金属板12上方的静电电压，作为测量电压。由图4B可知，电压源16可设定电极15的电压，不同静电电压以及铁氟龙不同带电状态重复测试的测量结果，测量电压与管壁本体111下方电极15的静电电压的每个对应测量点P2，大致依据沿着斜线L2上而呈线性关系，其与斜线L2的测量变异度小于±20％。由此可说明本发明的流体管路内部静电测量系统及其方法确实可免除或解决流体管路的外管壁的静电累积的干扰，并能在流体管路的外部测量的方式，获得并即时监控流体管路的内管壁的静电累积量，避免累积的静电产生的工安问题。
图5A为对照本发明的流体管路内部静电测量系统一对照架构的示意图。图5B为图5A的静电电压与测量电压的实验结果的示意图。如图5A所示，以铁氟龙(Teflon)来模拟流体管路11的管壁本体111，以铁氟龙不同带电状态来模拟流体管路11的外管壁112的未知既存电荷的情形，管壁本体111下方设置一电极15，作为模拟管壁本体111的内管壁113的静电产生情况，且电极15连接电压源16，由电压源16可设定电极15的电压，作为设定管壁本体111的内管壁113的静电电压。图5A作为对照本发明的流体管路内部静电测量系统10的一对照架构，故管壁本体111上方并未设置如本发明的接地金属板，由图1所示通过静电感测装置13来测量管壁本体111上方的电压，作为测量电压。由图5B可知，电压源16可设定电极15的电压，不同静电电压以及铁氟龙不同带电状态重复测试的测量结果，测量电压与管壁本体111下方电极15的静电电压的每个对应测量点P3，可发现每个对应测量点P3与一对照线L3差异甚远，测量电压与管壁本体111下方电极15的静电电压无明显线性关系，测量点P3与斜线L3的测量变异度约±60％，测量值变异大，这是由于来自于流体管路11的外管壁112表面的外壁既存电荷的干扰无法移除所导致。另一方面，由图4A、图4B的本发明的实验架构，对照图5A、图5B的未设置接地金属板的对照架构可知，确实可通过本发明的接地金属板12，可将未知外管壁112的外壁既存电荷与感应电荷结合，转换为与流体管路11的内管壁113的待测电荷相依的外壁总电荷，使得外管壁112的外壁总电荷不再是未知电荷，此举可解决流体管路的外管壁的静电累积的干扰，取得较为稳定的电压信号测量值(±20％)，进行流体管路11的内管壁113的静电检测。
综上所述，在本发明的流体管路内部静电测量系统及其方法中，接地金属板的感应电荷会与外壁既存电荷(可能为正电或负电)形成一外壁总电荷，且此一外壁总电荷与内管壁的待测电荷相依，如此一来，可将未知外管壁的外壁既存电荷与感应电荷结合，转换为与流体管路的内管壁的待测电荷相依的外壁总电荷，此举可解决流体管路的外管壁的静电累积的干扰，且由于外管壁的外壁总电荷会小于内管壁的待测电荷，因此在流体管路的外管壁之外，仍可感应并测量得到内管壁的待测电荷与外管壁的外壁总电荷的总和效应的感应结果，故可达到在流体管路的外部测量的方式，即时监控流体管路的内管壁的静电累积量。
虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。
Claims (9)
1.一种流体管路内部静电测量系统，其特征在于，包括：
接地金属板，配置于流体管路的外管壁，用于与该外管壁形成接地作用，使该接地金属板具有感应电荷，该感应电荷与该外管壁具有的外壁既存电荷加总为外壁总电荷，且该外壁总电荷相依于该流体管路的内管壁的待测电荷，由于该内管壁的该待测电荷的电场作用，该接地金属板上将感应该感应电荷；
静电感测装置，耦接于该接地金属板，用于感测该接地金属板上的静电电压值；以及
处理装置，连接于该静电感测装置，通过该接地金属板上的静电电压值，以获得该流体管路的该内管壁的该待测电荷的电压值。
2.如权利要求1所述的流体管路内部静电测量系统，其中该静电感测装置分离于该接地金属板。
3.如权利要求1所述的流体管路内部静电测量系统，其中该静电感测装置组合于该接地金属板。
4.如权利要求1所述的流体管路内部静电测量系统，其中该接地金属板是选自由导体铜、银、金、白金、锌、镍、铝、钴、铁、钢、锡、铅或钛所构成群组其中之一或其组合。
5.如权利要求1所述的流体管路内部静电测量系统，其中该外壁总电荷与该待测电荷的比值小于1。
6.如权利要求1所述的流体管路内部静电测量系统，其中该接地金属板上的该静电电压值与该流体管路的该内管壁的该待测电荷的电压值呈一线性相关。
7.如权利要求1所述的流体管路内部静电测量系统，其中该静电感测装置选自单一电极或复材所构成群组其中之一或其组合。
8.一种流体管路内部静电测量方法，包括以下步骤：
配置接地金属板于流体管路的外管壁；
通过该接地金属板与该外管壁形成接地作用，其中该接地金属板具有感应电荷，该感应电荷与该外管壁具有的外壁既存电荷加总为外壁总电荷，且该外壁总电荷相依于该流体管路的内管壁的待测电荷，其中该接地金属板由于该内管壁的该待测电荷的电场作用，将感应该感应电荷；以及
测量该接地金属板上的静电电压值，以获得该流体管路的该内管壁的该待测电荷的电压值。
9.如权利要求8所述的流体管路内部静电测量方法，其中该感应电荷与该内管壁的该待测电荷极性相反。
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