Файл: Александров В.С. Электронные гальванометры постоянного тока.pdf

часть объемного тока Іѵ п погрешность измерения может иметь зна­ чительную величину.

Иногда для измерения поверхностного тока применяют прямо­ линейные электроды, рекомендуемые ГОСТ 6433—65 (рис. 4-7, б). Для снижения погрешности измерение ßs производится при раз­ личной форме и размерах электродов. При определении ßs можно также использовать различную зависимость R s и Rv от размеров образца:

R.JRS = P/S,

где Р — периметр площади S соприкосновения электродов с образ­ цом.

Широкое развитие пленочной технологии изготовления интег­ ральных схем II ферритовых устройств привело к необходимости измерения удельного сопротивления весьма тонких пленок (до 1 мкм).

Измерение сопротивления тонких пле­ нок обычно производится двухэлект­ родным методом. Основная сложность измерения заключается в создании надежного контакта электродов с по­ верхностью пленки и сохранении ее целостности.

Наиболее перспективными при из­ мерении сопротивления тонких пле­ нок являются электроды из полупроводящих пластиков и резин. Неко­ торые виды таких электродов могут работать до температур 300—500е С.

Надежный контакт электродов с пленкой обеспечивается при давлении около 40 кПа, что удовлетворяет требованиям ГОСТ 10405—63.

Для измерения сопротивления тонких пленок можно применить бесконтактный метод. Схема измерения приведена на рис. 4-8. Элек­ тронный луч 2 , воздействующий на незаряженную пленку /, пере­ носит заряд q. Величина перенесенного заряда определяется по напряжению на внешнем конденсаторе С, подключенном к под­ ложке 4 электрометром Э. После заряда пленки электронный луч выключается и измеряется ток между металлическим электродом 3 и кремниевой подложкой 4.

Подложка представляет собой кремниевую пластину низкого

сопротивления, которая термически окислена на глубину около

о

7000 А. Исследуемая тонкая пленка наносится на подложку мето­ дом напыления. На пленку через соответствующую маску напы­ ляются золотые электроды. Устройство позволяет измерять сопро­ тивления пленок от 101 1 до 101в Ом.

148

4 -3 . П ри боры и устан овк и д л я и зм ер ен и я бол ь ш и х соп роти влен ий

Рассмотрим некоторые приборы и установки для измерения боль­ ших сопротивлений. В СССР разработкой таких приборов зани­ маются некоторые метрологические и научно-исследовательские организации: ВНИИМ им. Д. И. Менделеева, ВНИИФТРИ (ст. Крюково), ВНИИНаучприбор (г. Ленинград), СКВ завода «Мик­ ропровод» и другие. За рубежом разработкой и выпуском приборов для измерения больших сопротивлений занимаются ведущие фирмы

электроизмерительного и научного приборостроения: Хыолетт— Паккард (США), Кейтли (США), Такеда Рикен (Япония), Родэ и Шварц (ФРГ), Статрон (ГДР) и многие другие.

По назначению эти приборы и установки делятся на измерители сопротивления диэлектриков, испытатели изоляции конденсаторов и приборы широкого назначения, которые комплектуются измери­ тельными камерами.

Установка для измерения сопротивления твердых диэлектриков типа ИСТ-1 предназначена для измерения удельных объемного и поверхностного сопротивлений твердых диэлектриков в интервале температур от — 60 до -f- 400° С. Установка может использоваться при производстве резины, стекла, керамики, синтетических мате­ риалов, в кабельной промышленности, при производстве полупро­ водников и т. п. Технические характеристики установки приведены в табл. 4-1.

Установка работает по методу измерения тока в цепи с исследуе­ мым диэлектриком при подаче на него испытательного напряжения. Она состоит (рис. 4-9) из измерительного блока 1, источника ста­ билизированного напряжения 2 , блока автоматической регули-

149

ровки температуры 3 и термокриостата 4, в котором помещается исследуемый образец 5.

Высоковольтная часть представляет собой стабилизированный источник напряжения с делителем, предназначенный для подачи измерительного напряжения на испытуемый образец. Источник включает в себя стабилизатор переменного напряжения, двухполупериодный выпрямитель и стабилизатор постоянного напряжения. Делитель измерительного напряжения обеспечивает подачу на ис­ пытуемый образец напряжения от 10 до 1000 В.

Измерительная часть, кроме электронного гальванометра, вклю­ чает в себя компенсирующее устройство и источник опорного напряжения. Электронный гальванометр построен по автокомпенсационной схеме. Входной каскад его собран на двойной электромет­ рической лампе типа ЭМ-6 . Упрощенная схема гальванометра по­ казана на рис. 4-10. С выхода электрометрического каскада на лампе Л1 сигнал поступает на вход балансного усилителя на тран­ зисторах 77—Т5, который имеет малый дрейф нулевого уровня. Для увеличения коэффициента усиления используются составные транзисторы. Показывающий прибор МП включен между коллек­ торами транзисторов ТЗ—Т4 балансного каскада.

Компенсирующее устройство предназначено для компенсации ступенями через 50 мВ части напряжения, поступающего на вход электрометрической лампы, и представляет собой делитель напря­ жения, питаемый от источника опорного напряжения 1100 мВ. Тем­ пературный коэффициент опорного напряжения не превышает 0,06% на каждые 10° С.

Регулировка и поддержание температуры в измерительной ка­ мере осуществляются с помощью блока автоматической регули­ ровки температуры (APT) путем периодического включения и вы­ ключения нагревателя при испытании образцов в диапазоне тем­ ператур от -г 20 до -г 400° С или с помощью электромагнитного клапана, регулирующего подачу азота для охлаждения камеры

150

криостата. Основной частью блока регулирования является четы­ рехплечий мост, в одно плечо которого включен термодатчик. При разбалансе моста вследствие изменения сопротивления термодат­ чика возникает напряжение, которое после фазочувствительного усилителя управляет нагревателем. В качестве термодатчика ис­ пользован проволочный термометр сопротивления.

Внутри термокамеры расположен столик для образца, являю­ щийся нижним электродом. Измерительный электрод состоит из стержня с изоляцией из фторопласта и съемного плоского электрода диаметром 10 или 50 мм. Охранный электрод состоит из контактной

жатия рабочего столика подающим механизмом с усилием, обеспе­ чивающим прижатие электродов к испытуемому образцу с давле­ нием 10 кПа. Блок электродов вместе с испытуемым образцом ок­ ружен металлическим экраном, внутри которого расположены нагреватель и термодатчик. На задней стенке камеры располо­ жена крыльчатка для обеспечения равномерного обогрева рабо­ чего объема камеры.

Охлаждение камеры производится с помощью жидкого азота, поступающего в камеру через питатель из сосуда Дьюара. Питатель представляет собой клапанный механизм, управляемый электро­ магнитом. При включении нагревателя питателя испаряющийся азот по трубопроводу поступает в камеру и равномерно распреде­ ляется по всему объему камеры с помощью кольцевого распыли­ теля. Электромагнитный клапан прекращает доступ паров азота

вкамеру. В этом случае азот испаряется через дренажное отверстие

ватмосферу.

Установка типа ИСТ-3 предназначена для измерения удельных объемного и поверхностного сопротивлений образцов твердых пло­ ских изоляционных материалов н электрических сопротивлений в диапазоне температур от — 60 до -1- 400° С. Установка может

151

работать при температуре окружающей среды от 10 до -|- 35° С, относительной влажности до 80?о, атмосферном давлении 100 кПа, отсутствии механических вибраций, сильных электрических и маг­

производится по мостовому методу. В установке использована трех­ зажимная схема четырехплечего моста (рис. 4-11). Мост уравнове­

в рабочий объем термокриостата, внутри которого температура мо­ жет поддерживаться в пределах от — 60 до -1- 400° С. Погрешность поддержания температуры в термокриостате составляет 5° С. Не­ равномерность температурного поля в зоне нахождения образца не превышает 5° С. Нагрев термокриостата осуществляется от сети переменного тока, а охлаждение при помощи азота, который испа­ ряется из сосуда Дьюара.

Блок электродов состоит из высоковольтного электрода 2, изме­ рительного электрода 6 , охранного электрода 4 и изоляторов /, 5 и 7. Изолятор 7 измерительного электрода 6 разделен металли­ ческой прокладкой 8 на два слоя. Необходимое соотношение сопро­

производится от выпрямителя с электронной стабилизацией. На­ пряжение питания регулируется ступенями от 1 до 1000 В.

152