介电材料的厚度测量

-描述

介绍

在制造和研究的许多应用中，都需要精确的材料厚度测量。如果材料是移动的，不导电和/或半透明的，这就变得特别困难。

应用程序的细节可能使精确测量变得困难;许多情况下禁止接触测量，使激光测量变得困难或不可能，例如用透明的薄材料，如玻璃、蓝宝石、塑料。

在这种情况下，电容测量提供了一个高度精确和经济有效的解决方案。虽然其他测量系统，如涡流探头与介质材料不兼容，但MTI Accumeasure(与MTI介质探头配对)提供免触摸和高分辨率的厚度测量，通过一些简单的计算。

Accumeasure优势

对于某些应用，光学和激光系统可以提供高度精确的厚度测量。这些系统不是普遍适用的，因为振动、表面缺陷和材料反射率的变化会影响精度。

然而，Accumeasure电容测量系统可以在这些条件下提供精确的测量。此外，Accumeasure产品可以很容易地集成到各种现有的实验室或生产系统中，提供多单元同步，并具有经过验证的准确性、稳定性和耐久性历史。

介质的挑战

由于电容测量的物理特性，可以很容易地配置系统来测量导电和非导电材料。几乎所有的非导电材料都是介电材料，就其性质而言，需要额外的校准和计算。使用下面的简单方法，MTI Accumeasure系统可以为电介质使用提供相同的精度。这些数学方法用于演示只有电压输出时电容传感器所需的计算。

MTI公司的数字式Accumeasure系列可直接测量非导电材料的厚度数字Accumeasure测量程序．不需要计算;然而，如果您使用的是MTI的传统放大器，如Accumeasure 9000, MicroCap或as -563模拟电容放大器，那么您需要将放大器的电压输出转换为厚度，下面给出一些简单的计算。

-技术说明-

理解物理

尽管介电材料是电绝缘体，但它具有储存电荷的能力。换句话说，电子不会流过材料，而是会移动，使材料产生轻微的电极化。这种极化的效果部分取决于每种材料的独特特性——由材料的特性指定介电常数．介电常数的大小直接影响电容的测量;通过确定你的材料的值，可以获得准确的电容测量值。

更有趣的是，介电常数与厚度有关的电容公式:

C =ε/ S

地点:

C =电容

ε =绝缘体的介电常数

A =探头传感元件面积

S =从探头面到接地板的间隙

介电常数的测定-单样品法

如果介电常数(K）是未知的，使用已知厚度的代表性材料样品(T)．在这种情况下，可以使用具有足够精度的一次性接触测量(确保分辨率至少为2微米)。

布置电介质探针以提供至少为样品材料厚度两倍宽的间隙。使用Accumeasure电容传感器，在没有样品材料的情况下，取一个读数(G)，并将样品材料插入探针间隙(G_t)．

材料介电常数可由以下公式确定:

介电常数-斜率因子(双样本)的测定方法

给定两个已知厚度的介质样品(相同介电常数)¹(由样品厂家提供或用千分尺测量)，一个新的放大斜率因子(灵敏度因子)可由下列公式确定:

在年代₁和S₂为预期样品的已知厚度，R₁和R₂是相应的Accumeasure读数。介电常数(K):

厚度测量-介电常数和探针间隙已知

一旦介电常数(K)是已知的(无论是已知的性质或使用上述方法)，材料的其他样品的厚度可以很容易地计算使用模拟Accumeasure。

再次确保探头间隙至少是材料厚度的两倍，并取基线(无材料插入)Accumeasure读数(G)．通过阅读插入的材料(G_t)，材料厚度(T)可通过以下方式计算:

注1:材料厚度的已知精度应为1 um。

你们在寻找过程控制计量产品吗?MTI的系统可以测量厚度、总厚度变化、弯曲和经度，作为过程监控的一部分或作为生产中的质量工作站。

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