JPS5921510B2 - Non-contact AC electrometer probe - Google Patents

Non-contact AC electrometer probe

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Publication number
JPS5921510B2
JPS5921510B2 JP6304880A JP6304880A JPS5921510B2 JP S5921510 B2 JPS5921510 B2 JP S5921510B2 JP 6304880 A JP6304880 A JP 6304880A JP 6304880 A JP6304880 A JP 6304880A JP S5921510 B2 JPS5921510 B2 JP S5921510B2
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JP
Japan
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electric field
contact
electrometer
probe
sensing electrode
Prior art date
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JP6304880A
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Japanese (ja)
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JPS56158961A (en
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芳男 橋本
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/08Measuring electromagnetic field characteristics
    • G01R29/0864Measuring electromagnetic field characteristics characterised by constructional or functional features
    • G01R29/0878Sensors; antennas; probes; detectors
    • G01R29/0885Sensors; antennas; probes; detectors using optical probes, e.g. electro-optical, luminescent, glow discharge, or optical interferometers

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は被測定体の表面電位と対応した電界を、振動電
極よりなる電界変調器によつて変調し、その変調された
電界中に置かれた検知電極より得た変位電流を電流電圧
変換器により電圧に変換して出力しラるように、外部空
間から全体を静電遮蔽する筐体と、被測定体で発生して
いる電界を前記の筐体の一面のアパーチャ板に設けられ
ているアパーチャを通して検知すべく、電界遮蔽ブロッ
ク及び絶縁材によつて所定の位置に保持されている検知
電極と、この検知電極と前記のアパーチャとの間に設け
られた振動電極よりなる電界変調器とを含んで構成され
る非接触交流型電位計のプローブの低ノイズ化、高精度
化及び無調整化などの達成を目的としてなされたもので
ある。
[Detailed Description of the Invention] The present invention modulates an electric field corresponding to the surface potential of an object to be measured using an electric field modulator consisting of a vibrating electrode, and obtains an electric field from a sensing electrode placed in the modulated electric field. In order to convert the displacement current into voltage using a current-voltage converter and output it, there is a casing that shields the entire electrostatic field from the external space, and a casing that protects the electric field generated by the object under test from one side of the casing. a sensing electrode held in place by an electric field shielding block and an insulating material for sensing through an aperture provided in an aperture plate; and a vibrating electrode provided between the sensing electrode and said aperture. This was done with the aim of achieving lower noise, higher accuracy, and no adjustment in a non-contact AC electrometer probe that includes an electric field modulator.

非接触交流型電位計のプローブの低ノイズ化は、測定精
度の向上の面からみて重要なので、従来から各種の手段
の適用によりそれの実現が図られて来ており、本出願人
会社でも低ノイズ化された非接触交流型電位計に関する
諸提案を行なつて来ている。
Reducing the noise of the probe of a non-contact AC electrometer is important from the perspective of improving measurement accuracy, so various methods have been used to achieve this goal. We have made various proposals regarding non-contact AC electrometers that generate noise.

さて、非接触交流型電位計は、外部空間から全体を静電
遮蔽する筐体の一面のアパーチャ板に設けられているア
パーチャを通して被測定体から検知電極に到達する電界
の強さ(電界量)を、電界変調器によつて時間的に変動
させることにより検知電極で得られる変位電流の大きさ
に基づいて、被測定体の表面電位を測定することができ
るように構成されているが、測定系中に含まれている機
構部分や電気回路中に存在する異種金属の接合部分で発
生する接触電位差は、測定結果に妨害を与えるノイズと
なる。
Now, in a non-contact AC electrometer, the strength of the electric field (the amount of electric field) that reaches the detection electrode from the object to be measured through the aperture provided in the aperture plate on one side of the housing that electrostatically shields the entire body from the external space. is configured such that the surface potential of the object to be measured can be measured based on the magnitude of the displacement current obtained at the sensing electrode by temporally varying the current using an electric field modulator. Contact potential differences that occur at the junctions of dissimilar metals in mechanical parts or electrical circuits included in the system become noise that interferes with measurement results.

この点を従来の非接触交流型電位計のプローブの一例の
ものの要部の側断面図を示す第1図を参照して具体的に
説明すると次のとおりできる。
This point will be explained in detail as follows with reference to FIG. 1, which shows a side sectional view of the essential parts of an example of a probe of a conventional non-contact AC electrometer.

すなわち、第1図において、oは被測定体、1は筐体、
2は振動電極よりなる電界変調器、3は検知電極、4は
電界遮蔽ブロック、5は絶縁物製の支持体であつて、検
知電極3には被測定体口から筐体1の一面のアパーチャ
板に設けられているアパーチャ1a及び振動電極2など
を介して検知電極3に到達する電解Esと対応して検知
電極3に発生した変位電流の他に、プローブの各構成部
分間に生じている接触電位差、その他の原因によつてプ
ローブの各構成部分と検知電極3に発生された変位電流
も現われている。一般に、異種の金属同士を接触させる
と、その表面には2つの金属の仕事関数の差に応じた接
触電位差が生じるのであり、第1図示の非接触交流型電
位計のプローブにおいて、それの構成部分として用いら
れている筐体1、振動電極2、検知電極3、電界遮蔽プ
ロツク4などの金属製品が1つの電気回路を形成する場
合に、互いの構成部分がそれぞれ異なる仕事関数を有し
ている時は、1つの電気回路を構成するために互に接触
状態となされている各構成部分間に、仕事関数の差に応
じた接触電位差が生じ、それによりこの接触電位差によ
つて生じた電界ENiが検知電極3に誤差となる変位電
流を発生させるのであり、検知電極3に生じる変位電流
1は、被測定体0から検知電極3に到達する電界の強さ
をEs、検知電極3に到達する電気力線の有効通過面積
をSs、真空の誘電率をεo、接触電位差に基づいて検
知電極3に到達する電界の強さをENI、その面積をS
Niとすると、その(1)式で示されるものとなる。
That is, in FIG. 1, o is the object to be measured, 1 is the casing,
Reference numeral 2 denotes an electric field modulator consisting of a vibrating electrode, 3 a detection electrode, 4 an electric field shielding block, and 5 a support made of an insulating material. In addition to the displacement current generated in the sensing electrode 3 in response to the electrolysis Es reaching the sensing electrode 3 through the aperture 1a provided in the plate, the vibrating electrode 2, etc., there is also a displacement current generated between each component of the probe. Displacement currents generated in each component of the probe and the sensing electrode 3 due to contact potential differences and other causes also appear. Generally, when dissimilar metals are brought into contact with each other, a contact potential difference occurs on the surface corresponding to the difference in the work functions of the two metals. When metal products used as parts such as the housing 1, the vibrating electrode 2, the sensing electrode 3, and the electric field shielding block 4 form one electric circuit, each of the constituent parts has a different work function. When the contact potential difference occurs between the component parts that are in contact with each other to form one electric circuit, the electric field generated by this contact potential difference occurs. ENi generates a displacement current that causes an error in the sensing electrode 3, and the displacement current 1 generated in the sensing electrode 3 increases the strength of the electric field reaching the sensing electrode 3 from the object to be measured 0 by Es, which reaches the sensing electrode 3. The effective passage area of the electric lines of force is Ss, the dielectric constant of vacuum is εo, the strength of the electric field reaching the sensing electrode 3 based on the contact potential difference is ENI, and its area is Ss.
When Ni is used, the result is expressed by the equation (1).

このように、非接触交流型電位計において、その構成部
分がそれぞれ異なる金属で構成された場合には、各構成
部分間に生じる接触電位差によつて、測定値に誤差を生
じさせてしまうのである。上記の問題は、各構成部分と
して同一金属でメツキしたものを用いれば解決されると
も考えられるのであるが、各構成部分に同一金属のメツ
キを帷こした従来製品においては、接触電位差による誤
差の発生が依然として問題となつた。すなわち、従来製
品においては、各構成部分について、あるものには電気
金メツキを施こし、また、あるものには化学金メツキを
施こすなどしており、また、メツキ処理前の各構成部分
の表面状態もまちまちの表面粗さとなされていたから、
各構成部分としてそれらの表面が同じ金属のメツキとさ
れていても、表面状態の相違による仕事関数の違いによ
つて生じる接触電位差が、無視し得ない程度の誤差を生
じさせていた。
In this way, when the constituent parts of a non-contact AC electrometer are made of different metals, the difference in contact potential that occurs between the constituent parts causes errors in the measured values. . The above problem may be solved by using plating of the same metal for each component, but in conventional products in which each component is plated with the same metal, errors caused by contact potential differences occur. outbreaks remained a problem. In other words, in conventional products, some of the component parts are electroplated and some are chemically plated, and each component is Since the surface condition was made with various surface roughness,
Even if the surfaces of each component were plated with the same metal, the contact potential difference caused by the difference in work function due to the difference in surface condition caused a non-negligible error.

また、電気メツキではピンホールが生じ易いから、ピン
ホールのない平滑な表面状態のメツキ面を形成させるの
には膜厚を厚くしなければならず、したがつて、例えば
金メツキあるいは銀メツキを電気メツキによつて行なつ
た場合には相当なコスト高を招く他、縁部の膜厚が大と
なることによつて、接触電位差が生じている金属同士に
おける縁部の電界を他の部分よりも大きくし、それによ
り誤差をさらに大きくするなどの欠点を生じさせていた
In addition, since pinholes are likely to occur in electroplating, the film must be thick in order to form a plated surface with a smooth surface without pinholes. If electroplating is used, not only will the cost be considerably high, but also the film thickness at the edges will be large, so that the electric field at the edges of the metals where there is a contact potential difference will be transferred to other parts. This results in disadvantages such as an even larger error.

本発明は、前記した従来の非接触交流型電位計のプロー
ブにおける諸欠点のない非接触交流型電位計のプローブ
を提供することを目的としてなされたものであり、以下
、本発明の非接触交流型電位計のプローブの内容を添付
図面を参照して詳細に説明する。
The present invention has been made for the purpose of providing a probe for a non-contact AC electrometer that does not have the drawbacks of the conventional non-contact AC electrometer probes described above. The contents of the probe of the type electrometer will be explained in detail with reference to the attached drawings.

第2図は本発明の非接触交流型電位計のプローブの一実
施例の要部の側断面図であつて、第2図において、1は
筐体、2は振動電極よりなる電界変調器、3は検知電極
、4は電界遮蔽プロツク、5は絶縁物製の支持体であり
、前記した筐体1のアパーチヤ板にはアパーチヤ1aが
設けられている。
FIG. 2 is a side sectional view of a main part of an embodiment of the non-contact AC electrometer probe of the present invention, in which 1 is a housing, 2 is an electric field modulator consisting of a vibrating electrode, 3 is a detection electrode, 4 is an electric field shielding block, 5 is a support made of an insulating material, and the aperture plate of the casing 1 is provided with an aperture 1a.

そして、前記した本発明の非接触交流型電位計のプロー
ブは、筐体1、筐体1のアパーチャ板、振動電極よりな
る電界変調器2、検知電極3、電界遮蔽プロツク4など
の各構成部分として、それぞれ略々同一の表面粗さとな
されている如き筐体1、筐体1のアパーチャ板、電界変
調器2、検知電極3、電界遮蔽プロツク4などの各構成
部分の素材の表面に、小さなイオン化傾向を有する同一
の金属(例えば金、銀など)による均一で平滑な化学メ
ツキ層を備えたものを用いて構成されている。
The probe of the non-contact AC electrometer of the present invention described above includes each component such as the housing 1, the aperture plate of the housing 1, the electric field modulator 2 made of a vibrating electrode, the sensing electrode 3, and the electric field shielding block 4. As a result, small particles are formed on the surface of the material of each component such as the housing 1, the aperture plate of the housing 1, the electric field modulator 2, the sensing electrode 3, and the electric field shielding block 4, which have approximately the same surface roughness. It is constructed using a uniform and smooth chemically plated layer of the same metal (for example, gold, silver, etc.) that has a tendency to ionize.

前記のような構成となされている本発明の非接触交流型
電位計のプローブは、前記の各構成部分が表面腐食の原
因となるピィホールのない状態で均一、かつ、平滑な、
小さなイオン化傾向を有する同一な金属層で被覆された
状態となされているから、前記の各構成部分はそれらの
表面が長期にわたつて安定に同一の状態に保たれていて
仕事関数も変化せず、前記の各構成部分の金属表面同士
には接触電位差が生じないことになるのである。
The probe of the non-contact AC electrometer of the present invention having the above-mentioned structure has each of the above-mentioned constituent parts uniform and smooth without any piholes that cause surface corrosion.
Since they are coated with the same metal layer that has a small ionization tendency, the surfaces of each of the above components remain stably in the same state over a long period of time, and their work functions do not change. Therefore, no contact potential difference occurs between the metal surfaces of each of the above-mentioned constituent parts.

そのため、前記した(1)式における右辺第2項に示さ
れている接触電位差に基づく電界ENiによつて検知電
極3に現われる変位電流も零となるのであり、本発明の
非接触交流電位計のプローブにおいては、接触電位差に
よる誤差をなくすることができ、本発明の非接触交流型
電位計のプローブによれば、従来の非接触交流型電位計
のプローブにおける既述の問題点が良好に解消されるの
である。前記した本発明の非接触交流型電位計のプロー
ブにおける筐体1、筐体1のアパーチヤ板、振動電極よ
りなる電界変調器2、検知電極3、電界遮蔽プロツク4
などの各構成部分、すなわち、略々同一の表面粗さとな
されている素材の表面に、小さなイオン化傾向を有する
同一の金属(例えば金、銀など)による均一で平滑な化
学メツキ層を備えた状態とされている各構成部分は、例
えば次のようにして作ることができる。
Therefore, the displacement current appearing in the sensing electrode 3 due to the electric field ENi based on the contact potential difference shown in the second term on the right side of equation (1) above also becomes zero, and the non-contact AC electrometer of the present invention In the probe, errors caused by contact potential differences can be eliminated, and the above-mentioned problems with conventional non-contact AC electrometer probes can be successfully solved by the non-contact AC electrometer probe of the present invention. It will be done. The above-mentioned non-contact AC electrometer probe of the present invention includes a housing 1, an aperture plate of the housing 1, an electric field modulator 2 consisting of a vibrating electrode, a sensing electrode 3, and an electric field shielding block 4.
In other words, the surface of each component of a material with approximately the same surface roughness is provided with a uniform and smooth chemically plated layer of the same metal (e.g., gold, silver, etc.) that has a small tendency to ionize. Each component can be made as follows, for example.

すなわち、非接触交流型電位計のプローブにおける筐体
1、筐体1のアパーチャ板、電界変調器2、検知電極3
、電界遮蔽プロツク4などの各構成部分は、それらの素
材に対して、素材の各表面がそれぞれ同一の表面状態(
表面粗さの状態)となるように、例えば、ラツピング(
その他の研磨手段でもよい)された後に、それらの表面
にイオン化傾向の小さい同一な金属(例えば、金、ある
いは銀)によつて化学メツキが施こされて完成した構成
部品となされるのである。
That is, a housing 1, an aperture plate of the housing 1, an electric field modulator 2, and a sensing electrode 3 in a probe of a non-contact AC electrometer.
, electric field shielding block 4, etc., each surface of the material has the same surface condition (
For example, wrapping (
The finished component is then chemically plated with the same metal (eg, gold or silver) with a low ionization tendency.

前記した非接触交流型電位計のプローブにおける筐体1
、筐体1のアパーチャ板、電界変調器2、検知電極3、
電界遮蔽プロツク4などの各構成部分の素材の表面に施
こされるべきラッピング(その他の研磨手段)による表
面処理は、表面が鏡面研磨の状態に近い状態になされる
ことが望ましく、また、イオン化傾向の同一な金属によ
る化学メツキによる金属層は、それの膜厚が例えば3〜
5ミクロン程度となされるのがよい。
Housing 1 of the above-mentioned non-contact AC electrometer probe
, an aperture plate of the housing 1, an electric field modulator 2, a sensing electrode 3,
Surface treatment by lapping (or other polishing means) to be performed on the surface of the material of each component such as the electric field shielding block 4 is preferably done to a state close to mirror polishing, and it is also preferable that the ionization The metal layer formed by chemical plating with metals having the same tendency has a film thickness of, for example, 3 to 3.
The thickness is preferably about 5 microns.

また、前記の化学メツキを行なうのに、下地として化学
ニツケルメツキによるメツキ層を作つて表面状態を平滑
化した後に、その上にイオン化傾向の小さな金属による
化学メツキによつてイオン化傾向の小さな金属の薄膜を
形成させるようにしてもよい。
In addition, when performing the chemical plating described above, a plating layer is formed by chemical nickel plating as a base to smooth the surface condition, and then a thin film of a metal with a low ionization tendency is applied by chemical plating with a metal with a low ionization tendency. may be formed.

以上、詳細に説明したところから明らかなように、本発
明の非接触交流型電位計のプローブでは、各構成部分の
表面がイオン化傾向の小さな同一金属の化学メツキ層に
よつて被覆されており、しかもその表面が平滑な状態と
なされているから、各構成部分間の接触電位差が皆無と
なされ得て、従来の問題点が良好に解決される。
As is clear from the detailed explanation above, in the non-contact AC electrometer probe of the present invention, the surface of each component is coated with a chemically plated layer of the same metal that has a small ionization tendency. Furthermore, since the surface is smooth, there can be no difference in contact potential between the constituent parts, and the problems of the prior art can be satisfactorily solved.

なお、本発明の非接触交流型電位計のプローブの構成に
当つて、特願昭55−35084号明細書に記載のよう
な手段を併用すれば、一層良好な成果が得られることは
いうまでもない。
It goes without saying that even better results can be obtained if the means described in Japanese Patent Application No. 55-35084 are used in conjunction with the construction of the probe of the non-contact AC electrometer of the present invention. Nor.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の非接触交流型電位計のプローブの一例の
ものの一部の側断面図、第2図は本発明の非接触交流型
電位計のプローブの一実施例のものの要部の側断面図で
ある。 1・・・筐体、2・・・振動電極による電界変調器、3
・・・検知電極、4・・・電界遮蔽プロツク。
FIG. 1 is a side sectional view of a part of an example of a conventional non-contact AC electrometer probe, and FIG. 2 is a side view of a main part of an embodiment of the non-contact AC electrometer probe of the present invention. FIG. 1... Housing, 2... Electric field modulator using a vibrating electrode, 3
...Detection electrode, 4...Electric field shielding block.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 外部空間から全体を静電遮蔽する筐体と、被測定体
で発生している電界を前記の筐体の一面のアパーチャ板
に設けられているアパーチャを通して検知すべく、電界
遮蔽ブロック及び絶縁材によって所定の位置に保持され
ている検知電極と、この検知電極と前記のアパーチャと
の間に設けられた振動電極よりなる電界変調器とを含ん
で構成された非接触交流型電位計のプローブにおいて、
前記した筐体、筐体のアパーチャ板、電界遮蔽ブロック
、検知電極、振動電極などの各構成部分として、それぞ
れ略々同一の表面粗さとなされている素材の表面に、小
さなイオン化傾向を有する同一の金属による均一で平滑
な化学メッキ層を備えたものを用いて構成してなる非接
触交流型電位計のプローブ。
1. A casing that electrostatically shields the entire body from external space, and an electric field shielding block and an insulating material to detect the electric field generated in the object to be measured through an aperture provided in an aperture plate on one side of the casing. In a probe of a non-contact AC electrometer, the probe includes a sensing electrode held at a predetermined position by a sensor, and an electric field modulator consisting of a vibrating electrode provided between the sensing electrode and the aperture. ,
Each component of the above-mentioned casing, aperture plate of the casing, electric field shielding block, sensing electrode, vibrating electrode, etc. is made of the same material that has a small ionization tendency on the surface of the material that has approximately the same surface roughness. A non-contact AC electrometer probe constructed using a metal with a uniform and smooth chemically plated layer.
JP6304880A 1980-05-13 1980-05-13 Non-contact AC electrometer probe Expired JPS5921510B2 (en)

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