运算电容式传感器用于铝氧化膜-维普.pdfVIP

维普资讯 上 海 机 械 学 院 学 报 第1l卷 第 4期 r．SHANGHIA INST．M ECH ．ENG ． Vo1．11No．4 1989 运算 电容式传感器用于铝氧化膜 厚度测试 的研究 提 要 苯文通过对运算 电容式侍感嚣琏徭氧化膜 厚度埋{试 的窖验研究，分析 了影 响测 试精度 的主要 因素，并给 出了校正方法和实用测量模 型． 关键词：电容传感器 电容测量仪器j薄膜，厚度计 随着现代工业的迅速发展，建筑用锆材的绽用越来越广 泛．对锚材表面阳极氧化膜厚的 控制精度要求已达微米甚至 更高级．从材料性能上讲，辑 七『膜厚度太薄，膜层的物理性能和 机械性能差，耐蚀性能电会降低j氧 {￡赕太厚，则不经济．因此，必须根据不同的使用环境 条件来控制铝材表面氧化膜，使其在确定的厚度范围内…． 通常用于铅氧化膜厚梭 铡的方法有电磁 法、涡流法羊Ⅱ金相显微法等一z．．金相显微法具有 破坏性，主要用于仲裁蛙捡验．生产中使用较多的是电磁法和涡流法．其中电磁 法 精 度 较 低，在铝氧化膜厚测试中巳很少使用．涡流法使用较普遍，但对铝材基俸的几何形状特别是 对 曲面状的表面膜层进行检验时不甚得力． 为对铝材表面阳极氧化膜作垒性能裣验，本文详述 了运算电容式膜厚测试仪 的研 究 结 果．由于电容测头可根据需要做成多种形状，甚至可1故l成软塑性测头，因而非常适合曲面膜 厚的测试．电容式测头对铝材基体的厚度亦不敏感，可以方便地弥补涡流法在铝氧化膜测试 中的不足．除此 以外，电窖式膜厚测试故也J]J用于搪瓷层，油漆层、橡胶层等非导电膜厚的 测量．在特殊怖况下，还可测一些金满镀 层的厚度． 1 基本原理 [3] 如图 1所示，测量电槛与铝材基体构成平板 电容器的两个 电极，铝氧化膜起电介质层的 收稿 日期 ：1989-D~一1 维普资讯 上 海 机 械 学 院 学 报 l自89年 第¨卷 作用． 若测量电极 的面私为 S，铝氧化膜的介 电常数为 c，则构成的测量转换 电容 c 与 铅 氧 化膜厚 d的关系为 c=譬 ( 1 ) 将此测量转换 电容C 接八图 2所示的运算放大器中，若 c 为固定电容， j为恒压源， 则输出电压 。与氧化膜厚 d之间的关系为 罾 ． (2 ) ttI此 方便地得出被灏j膜厚 d的大 小为 d： ．。 。。II (3)、 如果 S单位为 mnI’，Ct单位为pF，则 d的单位为p-m． C 目 1 测量 电容 的构 成 图 2 测量 运 算放 大 电路 2 实际测量模型的分析与校正措施 上述公式是在假定的理想条件下得出的．实际测量中必须采用多种校正方法以尽量接近 理想条件，才可用式 (3)得出膜厚值 d． 2．1 边缘效应问题 公式(1)是在假定 【】电容极板 的线度相对于两极板间距 d为无穷大时求得的．实际情况 当然不能满足这个条件 ． 将高斯 电通量公式应用于有限线度平板 电容器模型，可得出板上 电荷 q。与板间 电力 线 分布方程为 】 ∑ 玑(一Xi)E(—X。)+ ]吉 ：K (4 ) 式 中， 为沿平扳表面的参考坐标， 为垂直于板