CS215536B1

CS215536B1 - Apparatus for contactless detection and measurement of surface electrical charge of materials

Info

Publication number: CS215536B1
Application number: CS425379A
Authority: CS
Inventors: Karel Ulbert; Miloslav Sorm; Stanislav Nespurek; Josef Hejda
Original assignee: Karel Ulbert; Miloslav Sorm; Stanislav Nespurek; Josef Hejda
Priority date: 1979-06-20
Filing date: 1979-06-20
Publication date: 1982-08-27

Abstract

Přístroj pro bezkontaktní detekci a měření povrchového elektrického náboje materiálů sestávající z držáku vzorku, kovové sondy upevněné na izolátoru a vyhodnocovacího elektronického zařízení, kde držák vzorku se pohybuje periodicky nebo neperiodicky vzhledem k sondě. Přístroj je opatřen dvěma kontakty v blízkosti sondy, z nichž první elektromechanicky spojuje v okamžiku přiblížení držáku vzorku k sondě odvrácenou síranu sondy s držákem vzorku a druhý při oddálení držáku vzorku od sondy spojuje elektromechanicky libovolné místo sondy se vstupní svorkou vyhodnocovacího zařízení. Jediný vysoký izolační odpor je potřebný pro držák sondy, o hodnotě vyšší než ΙΟ13 Ω, vyhodnocovací zařízení není elektrometrického typu, má vstupní odpor 10_1 až ΙΟ12 Ω. Zařízení je tím jednoduché, necitlivé k vlivům vlhkosti, netrpí polarizačními efekty a je odolné vůči vnějším elektrickým poruchám. Je vhodné pro určování charakteristik izolantů různých tvarů a struktury povrchu, pokud jde o jejich schopnost se elektricky nabíjet a vybíjet.A device for non-contact detection and measurement of the surface electric charge of materials consisting of a sample holder, a metal probe mounted on an insulator and an evaluation electronic device, where the sample holder moves periodically or non-periodically relative to the probe. The device is provided with two contacts near the probe, the first of which electromechanically connects the opposite sulfate side of the probe to the sample holder when the sample holder is brought closer to the probe, and the second, when the sample holder is moved away from the probe, electromechanically connects any point of the probe to the input terminal of the evaluation device. The only high insulation resistance is required for the probe holder, with a value higher than ΙΟ13 Ω, the evaluation device is not of the electrometric type, has an input resistance of 10_1 to ΙΟ12 Ω. The device is thus simple, insensitive to the effects of humidity, does not suffer from polarization effects and is resistant to external electrical disturbances. It is suitable for determining the characteristics of insulators of various shapes and surface structures in terms of their ability to be electrically charged and discharged.

Description

>215336> 215336

Vynález se týká přístroje pro bezkontaktnídetekci a měření povrchového elektrické-ho náboje materiálů.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The invention relates to an apparatus for contactless detection and measurement of surface electrical charge of materials.

Povrchový elektrický náboj materiálů sev současné době bezkontaktně měří pomocíelektronických elektrometrů různých typů:stejnosměrných, s kmitajícím jazýčkem ne-bo kmitajícím kondenzátorem nebo s fixníelektrodou a rotujícím vzorkem. Využívá sepři tom elektrického náboje indukovanéhona izolované kovové elektrodě spojené selektrometrem. Vstup elektrometru musíbezpodmínečně vykazovat hodnotu odporupřevyšující ΙΟ13 Ω, jinak dochází k vyrov-nání indukovaného náboje na hodnotu blíz-kou nule. Pro vstupní aktivní obvod elek-trometru se proto užívá speciální elektron-ky nebo polovodiče typu FET. Tyto aktivníprvky mají však řadu vlastností, působícíchpři měření potíže: nejsou dostatečně prou-dově stabilní, projevují se u nich vlivy stár-nutí, jsou zatíženy dlouhodobými polarizač-ními efekty, jsou bez speciálních dodateč-ných opatření choulostivé na vliv vlhkostia jsou citlivé ke vnějším elektrickým poru-chám. Výše uvedené nevýhody odstraňuje pří-stroj pro bezkontaktní detekci a měření e-lektrického náboje materiálů sestávající zdržáku vzorku, sondy a vyhodnocovacíhozařízení podle vynálezu, jehož podstataspočívá v tom, že kovová sonda je upevněnana vysokoohmovém izolantu, svou čelní plo-chou rovnoběžně s kovovým držákem vzor-ku, přičemž kovový držák vzorku a kovovásonda jsou mechanicky spojeny s kinema-tickým členem pro jejich vzájemný perio-diský nebo neperiodický pohyb v roviněčelní plochy kovové sondy, dále je přístrojopatřen prvním kovovým kontaktem, umístě-ným na straně kovové sondy odvrácené odvzorku, pro periodické nebo neperiodickéelektrické spojování odvrácené strany ko-vové sondy s libovolným místem elektrickyspojeným s kovovým držákem vzorku, dá-le je přístroj opatřen druhým kovovým kon-taktem, umístěným v libovolném místě ob-vodu nebo od vzorku odvrácené strany ko-vové sondy, pro periodické nebo neperio-dické elektrické spojování se svorkou elek-tronického nízkoohmového vyhodnocovací-ho zařízení.At the present time, the surface electric charge of materials is contactlessly measured by means of electronic electrometers of various types: DC, oscillating tongue or oscillating capacitor or with fixed electrode and rotating sample. It utilizes the electrical charge induced by an isolated metal electrode connected by a selectrometer. The electrometer input must unconditionally have a resistance value greater than ΙΟ13 jinak, otherwise the induced charge will be balanced to a value close to zero. Therefore, special electrodes or FET type semiconductors are used for the input active circuit of the electrometer. However, these active elements have a number of properties that cause difficulty in measuring: they are not sufficiently stable to flow, they exhibit aging effects, are subject to long-term polarizing effects, are sensitive to external influences without special additional measures of humidity. electric failure. The above-mentioned disadvantages are eliminated by the device for contactless detection and measurement of electric charge of materials consisting of a sample holder, probe and evaluation device according to the invention, which consists in the fact that the metal probe is fastened by a high-ohm insulating material, its front face parallel to the metal holder pattern wherein the metal sample holder and the metal probe are mechanically coupled to the kinematics member for their peri-disc or non-periodic movement in the plane surface of the metal probe, further provided by a first metal contact disposed on the side of the metal probe facing away from the sample; periodically or non-periodically electrically connecting the far side of the metal probe to any electrically connected site with the metal sample holder, the apparatus being provided with a second metal contact disposed at any location on the surface or from a specimen of the far side of the probe; eriodic or non-aperiodic electrical connection to the electronically low terminal evaluation device terminal.

Vyššího účinku popsaného zařízení podlevynálezu je dosaženo tím, že na kovovésondě vzniká při pohybu vzorku vzhledemke kovové sondě v důsledku mechanickyuzavíraného elektrického spojení odvráce-né strany kovové sondy s kovovým držákemvzorku, zprostředkovaného prvním kovo-vým kontaktem, reálný elektrický náboj,který je pak přiváděn z libovolného místakovové sondy mechanicky uzavíraným e-lektrickým spojením, zprostředkovaným dru-hým kovovým kontaktem, ke vstupní svor-ce elektronického nízkoohmového vyhod-nocovacího zařízení. Tímto způsobem je od-dělen pasivní prvek, tj. měřicí kovová son- da od aktivního prvku, elektronického níz-koohmového vyhodnocovacího zařízení. Izo-lant, na němž je upevněna sonda, lze snad-no realizovat s vysokým elektrickým odpo-rem, bez polarizačních efektů a bez zna-telného vlivu vlhkosti, užije-li se pro nějmateriálu vhodného typu a geometrie, např.tenké dlouhé keramické tyčinky. Nízký od-por elektronického vyhodnocovacího zaří-zení pak působí, že zařízení nepodléhá vpře-du uvedeným potížím při měření. Protožedobu sepnutí kontaktů lze volit krátkouvzhledem k době mezi jednotlivými přiblí-ženími kovového držáku se vzorkem k son-dě, realizovanými pomocí kinematickéhočlenu, sníží se silně pravděpodobnost vý-skytu vnější elektrické poruchy. Přístroj pro detekci a měření povrchové-ho eletkrického náboje materiálů je sche-maticky znázorněn na obrázku.The higher effect of the device according to the invention is achieved by the fact that on a metalson, a real electric charge is generated from the metal probe when the sample is moved relative to the metal probe due to the mechanically closed electrical connection of the metal probe to the metal holder of the sample. an arbitrary spatial probe by a mechanically closed electrical connection mediated by a second metal contact to an input terminal of an electronic low ohmic evaluation device. In this way, the passive element, i.e. the metering probe, is separated from the active element, the electronic low-power evaluation device. An iso-lant on which a probe is mounted can be easily implemented with high electrical resistance, no polarizing effects, and no significant humidity, when using a suitable type of material and geometry, such as a thin long ceramic rod. . The low resistance of the electronic evaluation device then causes the device to be free from the measurement difficulties mentioned above. Because of the short contact time between the contacts of the metal holder with the sample to the probes realized by the kinematic member, the probability of external electrical failure is greatly reduced. The apparatus for detecting and measuring the surface eletric charge of the materials is shown schematically in the figure.

Sestává z držáku vzorku, sondy, a vyhod-nocovacího zařízení, přičemž kovová son-da 1 je upevněna na vysokoohmovém izo-lantu 2, o elektrickém odporu převyšujícímΙΟ13 Ω, svou čelní plochou rovnoběžně skovovým držákem 3 vzorku, přičemž kovo-vý držák 3 vzorku a kovová sonda 1 jsoumechanicky spojeny s kinetickým členem4 pro jejich vzájemný periodický nebo ne-periodický pohyb v rovině čelní plochy ko-vové sondy 1, dále je přístroj opatřen prv-ním kovovým kontaktem 7, umístěným nastraně kovové sondy 1 odvrácené od vzor-ku, pro periodické nebo neperiodické elek-trické spojování odvrácené strany kovovésondy 1 s libovolným místem elektrickyspojeným s kovovým držákem 3 vzorku, dá-le je přístroj opatřen druhým kovovým kon-taktem 8, umístěným v libovolném místěobvodu nebo odvrácené strany kovové son-ňy 1, pro periodické nebo neperiodické e-lektrické spojování se svorkou 6 elektro-nického nízkoohmového vyhodnocovacíhozařízení 5, jehož vstupní odpor je v rozme-zí 10_1 Ω až ΙΟ12 Ω, s výhodou v mezích103 až 10s Ω.It consists of a sample holder, a probe, and an evaluation device, wherein the metal probe 1 is mounted on a high-ohmic insulant 2, with an electrical resistance greater than 13 Ω, with its front face parallel to the sample sample holder 3, the sample holder 3 of the sample and the metal probe 1 is mechanically coupled to the kinetic member 4 to periodically or non-periodically move them in the plane of the end face of the metal probe 1, and the apparatus is provided with a first metal contact 7 positioned at the back of the metal probe 1 away from the sample, for periodically or non-periodically electrically connecting the far side of the metal probe 1 to any location electrically connected to the metal sample holder 3, further provided with a second metal contact 8 located at any point of the circuit or the reverse side of the metal probe 1 for periodic or non-periodic electrical bonding to terminal 6 of electronic low ohmic an evaluation device 5 whose input resistance is in the range of 10 -1 Ω to ΙΟ 12 Ω, preferably in the range of 103 to 10 s Ω.

Pro lepší objasnění vynálezu bude nyníuveden popis činnosti; pomocí kinematic-kého členu 4 se periodicky nebo neperio-dicky přibližuje kovový držák 3 vzorku kekovové sondě‘Va umístěné na vysokoohmo-vém izolantu 2. Tím se v kovové sondě 1indukuje elektrický náboj, který se krátko-dobým mechanickým uzavřením prvníhokovového kontaktu 7, spojujícího elektrickystranu kovové sondy 1 odvrácenou od ko-vového držáku 3 vzorku s tímto kovovýmdržákem 3, převede na reálný elektrickýnáboj. Při periodickém nebo neperiodic-kém oddálení kovového držáku 3 vzorku odkovové sondy 1 se krátkodobým mechanic-kým uzavřením druhého kovového kontak-tu 8 elektricky spojí libovolné místo kovo-vé sondy '*3 se svorkou 6 elektronickéhonízkoohmového vyhodnocovacího zařízení 5.A description of the operation will now be provided to better illustrate the invention; by means of a cinematic member 4, a metal sample holder 3 is periodically or non-perpendicularly positioned on a high-ohm insulator 2. This causes an electric charge to be induced in the metal probe, which with short-term mechanical closure of the first contact 7 joining converting the electrically-facing metal probe 1 away from the metal sample holder 3 with the metal holder 3 to a real electrical charge. At the periodic or non-periodic separation of the metal sample holder 3, any place of the metal probe 3 is electrically connected to the terminal 6 of the electronic evaluation device 5 by a short mechanical closure of the second metal contact 8.

Je patrno, že při každém pracovním cyk-lu, tj. přiblížení kovového držáku 3 s na-It can be seen that at each working cycle, i.e. the approach of the metal holder 3

Claims

The 5 bit pattern to the metal probe 1 and its removal from the metal probe 1 is a generic electrical charge whose magnitude is proportional to the charge of the sample and whose polarity is opposite to that of the sample surface. This charge is periodically or non-periodically fed to a low ohmic electronic evaluation device 5. The individual charge batches can be summed, indicated, and recorded by known methods. It is advantageous to sum the programmed number of doses, reset the counter of the device and repeat the addition. In this way, according to known statistical relations, a device for the benzo-contact detection and measurement of surface electrical charge of materials, consisting of a sample holder, probe and an evaluation device, is characterized in that the metal probe (1) is mounted on a high-strength insulating material ( 2), with its front face parallel to the metal holder [3], the metal sample holder (3) and the metal probe (1) being mechanically connected by a kinematic member (4J for their respective periodic or non-periodic movement in the metal plane plane) The apparatus according to the invention is suitable for a reliable, simple and accurate determination of the characteristics of samples of any insulating material, such as ceramics, glass, plastic materials in large variation of shapes and structures, eg in the form of fibers, textiles, granules, powders, etc., as regards their ability to charge and discharge electrically. Especially useful for determining the effectiveness of anti-static material treatments. FIGURE 7 is a side (7) disposed on the metal-facing side of the specimen for peri-periodic or non-periodic electrical connection of the far side of the metal probe to an arbitrary location of the electrically coupled specimen holder, further comprising a second metallic specimen. a contact (8J) located at any point of the circumference or from a sample of the facing side of the metal probe (1), for periodic or non-periodic electrical connection with the terminal (6) of the electronic low ohmic evaluation device (5).