EA026858B1 - Method for measurement of a contact potential difference - Google Patents
Method for measurement of a contact potential difference Download PDFInfo
- Publication number
- EA026858B1 EA026858B1 EA201500105A EA201500105A EA026858B1 EA 026858 B1 EA026858 B1 EA 026858B1 EA 201500105 A EA201500105 A EA 201500105A EA 201500105 A EA201500105 A EA 201500105A EA 026858 B1 EA026858 B1 EA 026858B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- potential difference
- measuring electrode
- contact potential
- compensation voltage
- measurement
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электроизмерительной техники, в частности к способам измерения контактной разности потенциалов, и может найти применение как при решении научноисследовательских задач, так и в промышленности при оценке состояния поверхности различных материалов, качества очистки их поверхностей, защитных свойств тонких пленок и покрытий, в том числе для изделий микро- и нанотехнологии, при различных условиях окружающей среды и внешних воздействиях на поверхность исследуемого образца.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to methods for measuring the contact potential difference, and can find application both in solving scientific research problems and in industry when assessing the surface condition of various materials, the quality of cleaning their surfaces, the protective properties of thin films and coatings, including for products of micro- and nanotechnology, under various environmental conditions and external influences on the surface of the test sample.
Известен способ определения контактной разности потенциалов, заключающийся в том, что измерительный электрод приводят в контакт с поверхностью исследуемого образца, размыкают электрический контакт, фиксируют напряжение на измерительном электроде, инвертируют и усиливают сигнал, подают усиленный сигнал на исследуемый образец и регистрируют изменение напряжения на исследуемом образце в зависимости от расстояния между противолежащими поверхностями исследуемого образца и измерительного электрода. Измеренную зависимость используют в качестве электрической характеристики контактной разности потенциалов [1].A known method of determining the contact potential difference is that the measuring electrode is brought into contact with the surface of the test sample, open the electrical contact, fix the voltage on the measuring electrode, invert and amplify the signal, apply the amplified signal to the test sample and register the voltage change on the test sample depending on the distance between the opposite surfaces of the test sample and the measuring electrode. The measured dependence is used as the electrical characteristic of the contact potential difference [1].
Недостатком данного способа является принципиальная необходимость осуществления электрического контакта измерительного электрода с поверхностью исследуемого образца. Полученные таким образом результаты измерений оказываются недостоверны для широкого круга технических поверхностей, например прецизионных, так как механическое воздействие на исследуемую поверхность может прямо или косвенно изменять поверхностное состояние через поверхностный потенциальный барьер, например, вследствие адсорбции. Необходимость осуществления электрического контакта измерительного электрода с поверхностью исследуемого образца также исключает возможность применения данного способа для измерения контактной разности потенциалов металлов и полупроводников с диэлектрическим покрытием, в частности, окисными пленками, препятствующими образованию электрического контакта.The disadvantage of this method is the fundamental need for electrical contact of the measuring electrode with the surface of the test sample. The measurement results obtained in this way are unreliable for a wide range of technical surfaces, for example, precision ones, since mechanical action on the surface under study can directly or indirectly change the surface state through a potential surface barrier, for example, due to adsorption. The need for electrical contact of the measuring electrode with the surface of the test sample also eliminates the possibility of using this method for measuring the contact potential difference of metals and semiconductors with a dielectric coating, in particular, oxide films that prevent the formation of electrical contact.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является бесконтактный способ измерения контактной разности потенциалов между двумя материалами, исключающий недостатки известного способа, связанные с необходимостью осуществления непосредственного электрического контакта с поверхностью образца. В соответствии с данным способом измерительный электрод располагают вблизи поверхности исследуемого образца, на измерительный электрод накладывают механическую вибрацию в направлении, перпендикулярном поверхности исследуемого образца, что приводит к модуляции взаимной электрической емкости измерительного электрода и поверхности исследуемого образца, измерительный электрод соединяют с исследуемым образцом внешней электрической цепью, содержащей последовательно включенный регулируемый источник напряжения компенсации, напряжение источника регулируют таким образом, чтобы амплитуда переменного электрического сигнала в цепи приняла значение, равное нулю. В случае автоматической регулировки напряжения компенсации переменный электрический сигнал в цепи, содержащей измерительный электрод, детектируется с помощью синхронного детектора, интегрируется, инвертируется и подается на измерительный электрод либо на исследуемый образец, реализуя тем самым отрицательную обратную связь. Величина контактной разности потенциалов в этом случае определяется по величине напряжения компенсации [2].The closest in technical essence to the invention is a non-contact method for measuring the contact potential difference between two materials, eliminating the disadvantages of the known method associated with the need for direct electrical contact with the surface of the sample. In accordance with this method, the measuring electrode is placed near the surface of the test sample, mechanical vibration is applied to the measuring electrode in a direction perpendicular to the surface of the test sample, which leads to modulation of the mutual electric capacitance of the measuring electrode and the surface of the test sample, the measuring electrode is connected to the test sample by an external electrical circuit containing a series-connected adjustable compensation voltage source is voltage e source is adjusted so that the amplitude of the alternating electric signal value adopted in the chain, equal to zero. In the case of automatic adjustment of the compensation voltage, an alternating electrical signal in the circuit containing the measuring electrode is detected using a synchronous detector, integrated, inverted, and applied to the measuring electrode or to the test sample, thereby realizing negative feedback. The magnitude of the contact potential difference in this case is determined by the magnitude of the compensation voltage [2].
Недостатком данного способа является низкая производительность измерений, поскольку время установления выходного сигнала ограничено инерционностью цепи отрицательной обратной связи, содержащей интегратор, при этом постоянная времени интегратора должна быть много больше периода переменного электрического сигнала в цепи, содержащей измерительный электрод.The disadvantage of this method is the low measurement performance, since the time of establishment of the output signal is limited by the inertia of the negative feedback circuit containing the integrator, while the integrator time constant should be much longer than the period of the alternating electric signal in the circuit containing the measuring electrode.
Задачей предлагаемого изобретения является увеличение производительности способа измерения контактной разности потенциалов путем сокращения времени установления выходного сигнала.The objective of the invention is to increase the productivity of the method of measuring the contact potential difference by reducing the time it takes to establish the output signal.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе измерения контактной разности потенциалов, включающем размещение измерительного электрода вблизи поверхности исследуемого образца, наложение на измерительный электрод механической вибрации в направлении, перпендикулярном к поверхности исследуемого образца, соединение измерительного электрода с исследуемым образцом внешней электрической цепью, содержащей последовательно включенный регулируемый источник напряжения компенсации, по значению которого судят о величине контактной разности потенциалов, согласно изобретению плавную регулировку напряжения компенсации не осуществляют, вместо этого детектируют переменную составляющую сигнала ίουί в цепи, содержащей измерительный электрод, при поочередной подаче двух различных фиксированных значений напряжения компенсации исотр, на основании двух пар полученных значений строят график линейной зависимости величины выходного переменного сигнала от напряжения компенсации 1о1||(исот|)). а значение контактной разности потенциалов определяют как точку пересечения полученного графика с осью напряжений компенсации исотр.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of measuring the contact potential difference, which includes placing the measuring electrode near the surface of the test sample, applying mechanical vibration to the measuring electrode in the direction perpendicular to the surface of the test sample, connecting the measuring electrode to the test sample by an external electrical circuit containing in series included regulated source of compensation voltage, by the value of which the value of ontaktnoy potential difference, according to the invention smooth adjustment of the compensation voltage is not performed, instead detecting the variable signal component ί ουί in a circuit containing the measuring electrode, when alternately supplying the two different fixed values of voltage compensation et al, on the basis of two pairs of the obtained values plotted linear relationship the value of the output variable signal from the compensation voltage 1 o1 || (and honeycomb |) ). and the value of the contact potential difference is determined as the point of intersection of the obtained graph with the axis of the compensation voltages and sotr .
Сущность предлагаемого изобретения поясняет обобщенный график зависимости величины выходного переменного сигнала от напряжения компенсации 1ои±(исотр), приведенный на чертеже.The essence of the invention is illustrated by a generalized graph of the dependence of the value of the output variable signal on the compensation voltage 1 oi ± (and sotr ), shown in the drawing.
- 1 026858- 1,026,858
Измерительный электрод и поверхность исследуемого образца формируют две обкладки динамического конденсатора, электрическая емкость С которого периодически изменяется во времени за счет вибрации измерительного электрода. При наличии между обкладками контактной разности потенциалов Исро в цепи, содержащей такой конденсатор, будет возникать электрический ток ίουί в соответствии с выражением • - ίί ас 1ои! — иСРР ύ(.>The measuring electrode and the surface of the test sample form two plates of a dynamic capacitor, the electric capacitance of which periodically changes in time due to the vibration of the measuring electrode. If there is Isro between the plates of the contact potential difference in the circuit containing such a capacitor, an electric current ί ουί will occur in accordance with the expression • - ίί as 1 oi! - and CPP ύ ( .>
(1) где « - производная функции изменения емкости во времени.(1) where "is the derivative of the function of the change in capacitance over time.
Если на измерительный электрод дополнительно подать напряжение компенсации исотр, его сложения с контактной разностью потенциалов ток в цепи примет значение . / , 6СIf the compensation electrode and sotr are additionally applied to the measuring electrode, its addition to the contact potential difference, the current in the circuit will take value. /, 6C
Чои! — (УсРО + У, то за счет (2)Choi! - (USRO + Y, then due to (2)
Критерием компенсации является равенство нулю тока ίουί в цепи, содержащей измерительный б С электрод. Поскольку производная ν при вибрации измерительного электрода не может равняться нулю, то компенсация может быть достигнута только при выполнении условия ^СРО ^сотр· О)The compensation criterion is the equality to zero of the current ί ουί in the circuit containing the measuring electrode. Since the derivative ν during vibration of the measuring electrode cannot be equal to zero, compensation can be achieved only if the condition ^ CPO ^ sotr · O)
Из-за инерционности цепи обратной связи достижение полной компенсации ίουί=0 требует достаточно длительного времени, кроме того, измерение малых токов ίοιι,^0 сопряжено с погрешностями, определяемыми шумами электронной схемы, что накладывает ограничения на точность компенсации. В то же время, можно видеть, что зависимость тока ίουί от напряжения компенсации υ<;οιηρ в выражении (2) является линейной и описывается формулой видаDue to the inertia of the feedback circuit, the achievement of full compensation ί ου требует = 0 requires a sufficiently long time, in addition, the measurement of small currents ί οιι , ^ 0 is associated with errors determined by the noise of the electronic circuit, which imposes limitations on the accuracy of compensation. At the same time, it can be seen that the dependence of the current ί ουί on the compensation voltage υ <; οιηρ in expression (2) is linear and is described by a formula of the form
ЧоиС^сотр) = О + ^^сотр, (4) где „ ас , ас д ~ ”грп ~г', о = — ас’ асChoi C ^ sotr) = O + ^ ^ sotr, (4) where "ac, ac d ~" grn ~ r ', o = - ac' ac
Известно, что для построения линейной зависимости необходимо и достаточно знание координат двух точек, относящихся к искомой зависимости. Таким образом, поочередно подавая на измерительный электрод два различных фиксированных значения напряжения компенсации υ<;οιηρι и υ<;οιηρ2 и измеряя соответствующие этим напряжениям значения выходного сигнала ίουί1 и ίουί2, можно получить две относящиеся к графику искомой зависимости точки ϊουίΐ(υ^^ι) и ^ο,Iι2(υсο|I,|)2). через которую может быть проведена прямая линия (см. чертеж). Данная прямая пересекает ось абсцисс в точке υ^Β+υ^^Ο, т.е. 1/....., -Ъ ·. , что позволяет определить значение КРП без использования обратной связи и необходимости измерения малых (стремящихся к нулю) токов, сопряженной с большими относительными погрешностями измерений.It is known that for constructing a linear dependence, it is necessary and sufficient to know the coordinates of two points related to the desired dependence. Thus, alternately applying to the measuring electrode two different fixed values of the compensation voltage υ <; οιηρ ι and υ <; οιηρ2 and measuring the values of the output signal ί ουί1 and ί ουί2 corresponding to these voltages, we can obtain two points related to the graph of the desired dependence ϊ ου ίΐ (υ ^^ ι) and ^ ο , I ι 2 (υ сο | I , |) 2 ) . through which a straight line can be drawn (see drawing). This line intersects the abscissa axis at the point υ ^ Β + υ ^^ Ο, i.e. 1 / ....., -b ·. , which allows you to determine the value of the RPC without using feedback and the need to measure small (tending to zero) currents, coupled with large relative measurement errors.
К преимуществам предлагаемого способа измерения контактной разности потенциалов относятся увеличение производительности измерений за счет отсутствия затрат времени на установление сигнала в цепи обратной связи и повышение точности измерений за счет отсутствия погрешностей, связанных с измерением околонулевых значений тока.The advantages of the proposed method for measuring the contact potential difference include an increase in measurement performance due to the lack of time required to establish a signal in the feedback circuit and to increase the accuracy of measurements due to the absence of errors associated with the measurement of near-zero current values.
Источники информации, принятые во внимание.Sources of information taken into account.
1. Патент Κυ 2471198, Ο01Κ 29/12, опубл. 27.12.2012.1. Patent Κυ 2471198, Ο01Κ 29/12, publ. 12/27/2012.
2. ΖΙιαπη. Л.Ь. ·οηί3θ ΡοΙοηΙίαΙ ОсГсгспсс ТесЬтциек ак РгоЪшд Τοοίκ ίη Τπόοίοβν апб 8шГасе Маррш§/ Л.Ь. ΖΙιαπη// ^санищ РгоЪе М^тк^ру ίη №цю5с1Спсс αη6 NаηοΐесЪηο1ο§у (еб. Ъу В. ВЪикЪац). 8ргтдег Не1бе1Ъег§ Όογ6ιόΛϊ Εοηάοη №\ν ΥογΕ - 2010. - р. 687-720.2. ΖΙιαπη. L. b. · Οηί3θ ΡοΙοηΙίαΙ ГсгггспЬссесесЬЬцици ак ак ак ак ак ак Р Ргогогого ΤΤΤΤ Мар Мар Мар Мар Мар Мар Мар Мар Л. / L. Αιαπη // ^ the sanctuaries of RgOe M ^ tk ^ ru ίη No. qiu5c1Spss αη6 NaNoΐesbn ο1ο§u (eb. B.u V. Vykaats). 8grdeg Ne1be1ebeg § γογ6ιόΛϊ Εοηάοη No. \ ν ΥογΕ - 2010. - p. 687-720.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201500105A EA026858B1 (en) | 2014-12-15 | 2014-12-15 | Method for measurement of a contact potential difference |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201500105A EA026858B1 (en) | 2014-12-15 | 2014-12-15 | Method for measurement of a contact potential difference |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201500105A1 EA201500105A1 (en) | 2016-06-30 |
| EA026858B1 true EA026858B1 (en) | 2017-05-31 |
Family
ID=56194150
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201500105A EA026858B1 (en) | 2014-12-15 | 2014-12-15 | Method for measurement of a contact potential difference |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA026858B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2674518C1 (en) * | 2018-03-13 | 2018-12-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет", (ДГТУ) | Metal surface state studying integrated device |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117842926B (en) * | 2024-03-07 | 2024-05-24 | 苏州敏芯微电子技术股份有限公司 | Micro differential pressure sensor, packaging structure, testing method and electronic equipment |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3498288A (en) * | 1966-02-22 | 1970-03-03 | Commissariat Energie Atomique | Device for correcting the measurement of potentials detected by contact electrodes |
| SU1765788A1 (en) * | 1990-08-06 | 1992-09-30 | Воронежский государственный университет им.Ленинского комсомола | Method for measuring contact potential difference |
| RU2471198C1 (en) * | 2011-09-06 | 2012-12-27 | Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" | Method to detect contact difference of potentials and related device |
-
2014
- 2014-12-15 EA EA201500105A patent/EA026858B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3498288A (en) * | 1966-02-22 | 1970-03-03 | Commissariat Energie Atomique | Device for correcting the measurement of potentials detected by contact electrodes |
| SU1765788A1 (en) * | 1990-08-06 | 1992-09-30 | Воронежский государственный университет им.Ленинского комсомола | Method for measuring contact potential difference |
| RU2471198C1 (en) * | 2011-09-06 | 2012-12-27 | Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" | Method to detect contact difference of potentials and related device |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| JPS-A-56118653 * |
| ZHARIN Anatoly L. Contact Potential Difference Techniques as Probing Tools in Tribology and Suface Mapping, Scanning Probe Microscopy in Nanoscience and Nanotechnology (2010), p. 687-688 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2674518C1 (en) * | 2018-03-13 | 2018-12-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет", (ДГТУ) | Metal surface state studying integrated device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201500105A1 (en) | 2016-06-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9835573B2 (en) | Apparatus and method for measuring electrical properties of matter | |
| US9562930B2 (en) | Method for the contactless determination of an electrical potential of an object using two different values for the electric flux, and device | |
| WO2017168608A1 (en) | Contactless voltage measurement device and contactless voltage measurement method | |
| CN105737727B (en) | Probe of eddy current sensor and eddy current sensor | |
| EA026858B1 (en) | Method for measurement of a contact potential difference | |
| CN114910696A (en) | Non-contact measurement device and method for direct-current voltage of electric wire | |
| AU2012214000B2 (en) | Device and method for evaluating signals of load cells with strain gauges | |
| JP2009186433A (en) | Eddy-current type sample measuring method, eddy-current sensor and eddy-current type sample measurement system | |
| US9372217B2 (en) | Cable detector | |
| RU2533756C1 (en) | Device for double-parameter control of conductive coating thickness | |
| JP6054100B2 (en) | Power measuring apparatus and power measuring method | |
| JP2018048830A5 (en) | ||
| JP2016099207A (en) | Voltage measuring device | |
| Benabdellah et al. | New Electromagnetic Dynamometer: Measuring the Surface Tension of Liquids | |
| KR100968896B1 (en) | Apparatus for measurement of complex capacitance | |
| RU2434211C1 (en) | Liquid and gas pressure sensor | |
| RU2471198C1 (en) | Method to detect contact difference of potentials and related device | |
| KR101221018B1 (en) | Defect measuring apparatus | |
| RU2303787C1 (en) | Method for measuring of dielectric penetrability of liquid and flat solid dielectrics | |
| Manninen et al. | Null detector and AC voltage reference based on MEMS | |
| JP3121587U (en) | Ultra high viscosity measuring device | |
| KR102014511B1 (en) | Apparatus and method for measuring dissipation factor of capacitor | |
| JP2011220925A5 (en) | ||
| RU2461838C1 (en) | Accelerometre | |
| SU871055A1 (en) | Method of measuring non-ferromagnetic object electric conductivity |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM RU |