Kapazitiver Distanzadresse-Fühler - Auslegung und Kennzeichnung einer Langen Reichweite, Lärmarme Berührungsfreie Stellung Senors durch Queensgate-Instrumente

AZoNano - Nanotechnologie - Queensgate-Instrumente Zeichen

Themen Umfaßt

Zusammenfassung

Einleitung

Beschreibung von NanoSensor®-Anlage

Anlage Kalibrierung und Experimentelle Maße

Schlussfolgerungen

Zusammenfassung

Dieses Papier beschreibt die Auslegung und die Kennzeichnung eines kapazitiven Distanzadresselangstreckenfühlers, des NanoSensor und der Ableitung der geringen Energie am Fühlerkopf. Wir berichten über die Auslegung und Leistung eines neuen KapazitanzStellungsgebers, mit Reichweite > 3 mm, Geräusche von 2 nm. Hz und 0,003% Nichtlinearität.

Die Experimentellen Daten werden einer vierten Ordnung polynomische Korrektur zeigend vorgelegt, die einfache Korrektur des Linearitätsfehlers bis 0,003% mit Geradeausfühlerbefestigung erlaubt. Die Empfindlichkeit der Anlage zur Installationsneigung, zur Temperatur und zu den Feuchtigkeitsänderungen wird auch dargestellt [1] [2].

Einleitung

KapazitanzStellungsgeber sind im Distanzadressemaß der hohen Präzision weit verbreitet gewesen. Sie haben den Nutzen des Seins berührungsfrei und haben Nullhysterese [2] und der geringen Energie Ableitung im Augenblick des Maßes. Sie sind sehr zur hohen Auflösung fähig: einige picometres, die betriebsbereit erreichbar sind. Die späteste Generation von Wafer-Stepper-Maschinen benötigen Maße mit einer Präzision von besser als 10 nm über Abständen einiger mm.

Die Meisten Kapazitanzfühler haben einen einzelnen Fühler, die Kapazitanz zu einem geerdeten Ziel messen. Gleichwohl diese Technik unter hohem thermischem Antrieb leidet, gewöhnlich in der Ordnung von 1 µm.K-1 für einen Fühler mit 2 mm der Reichweite (500 PPMs) und benötigt einen lärmarmen Boden für hochauflösende Anwendungen. Eine Zweiplatte Anlage unter Verwendung einer Fühler- und Zielelektrode kann diese Probleme überwinden.

Beschreibung von NanoSensor®-Anlage

Das einfachste Formular des Kapazitanzmikrometers ist der Kondensator der parallelen Platte. In dieser Konfiguration wird die Kapazitanz, C, durch Gleichung 1 gegeben, wo εεhe Plattenbereich und d die Plattentrennung oder -abstand ist.

(1)

AZoNano - Nanotechnologie - Prüfen Sie und Visieren Sie den Fühler an, der Beschriftungsbereich (a), Abdeckungsring und die Unterkunft zeigt.

Abbildung 1.

AZoNano - Nanotechnologie - Fühler-und Ziel-Fühler, der Fühlerabstand (d) zeigt

Abbildung 2.

In einem Kapazitanzmikrometer die Werte für εεes das Signal zu einer Analogspannung in der Reichweite ±10 V, eine Reichweite 3 mm darstellend. Tabelle 1 gibt die körperlichen Bedingungen der Anlage des Fühlers NXE2.

Tabelle 1

Bedingung

Wert

Fühler-Größe

35 x 35 x 10mm

Fühler-Beschriftungsbereich

452 (mm2)

Ziel Größe

35 x 35 x 10mm

Nominaler Fühler Gap

3,0 (mm)

Fühler Arbeitsbereich

1,5 bis 4,5 (mm)

Kabellänge

5 (m)

Gehäuse Material

Aluminium

Elektrode Material

Gold überzogenes Zerodur

Anlage Kalibrierung und Experimentelle Maße

Die Anlage des Fühlers NXE2 wurde unter Verwendung eines Michelson-Interferometers [4] konstruiert worden durch das Nationale Körperliche Labor gekennzeichnet und kalibriert (,). Das Interferometer erlaubt, dass Hälfe der Fühlerpaare, das Ziel, in Stellung, während die andere Hälfte, der Fühler, über die Versuchsanlage verschoben wird, -1,5 mm + 1,5 mm, unter Verwendung einer groben Motorantriebsstufe geregelt wird.

Die Fühlerstellung wird bei 65 verschiedenen Punkten unter Verwendung des Interferometers gemessen. Die Ausgangsspannung vom elektronischen Block wird auch an jedem Punkt gemessen, um Kalibrierung der Anlage zu erlauben. Die Ausgabe von dieser Prüfung wird in Abbildung 3. gezeigt.

AZoNano - Nanotechnologie - Kalibrierung auf dem Laser-Interferometer.

Abbildung 3.

Wenn die Rückstände von der Ausgleichsgerade berechnet werden, wird es offensichtlich, dass es Nichtlinearität des ~ gibt 0,4%, das mit der Anlage verbunden ist. Dieses kann in Abbildung 4. gesehen werden. Wenn dieser Linearitätsfehler im Laufe der Zeit stabil ist und nicht unter Hysterese- oder Neigungsfehler während des Einbaus [2] dann leidet, kann dieses unter Verwendung eines polynomischen Sitzes korrigiert werden.

AZoNano - Nanotechnologie - Rückstände von der Ausgleichsgerade.

Abbildung 4.

Dieser Effekt der Neigung ist für diese Anlage mengenmäßig bestimmt worden, indem man eine bekannte Neigungsstufe zum Fühler vorstellte und dann den Linearitätsfehler über dem 3,0 mm-Arbeitsbereich nachmaß. Abbildung 5,0 zeigt, dass für Installationsneigungsfehler von bis 4,5 mrad, die zeigt der Linearitätsfehler unter 0.02%.This bleibt, dass die Anlage wieder-konfigurierbar ist und nicht unter Neigungsinstallationsfehler leiden wird.

AZoNano - Nanotechnologie - Änderung in gemessenen Linearitäten mit Einbau kippen Fehler.

Abbildung 5.

Der Nichtlinearitätsfehler leidet nicht unter Neigung und ist sehr wiederholbar, also kann er unter Verwendung eines 4. Ordnungspolynomsitzes kompensiert werden. Abbildung 6 zeigt den Stellungsfehler in einer Fühleranlage, die Ausgleich unter Verwendung des 4. Ordnungspolynoms gewesen ist.

AZoNano - Nanotechnologie - Rückstände von der Ausgleichsgerade nach 4. Ordnungspolynomausgleich.

Abbildung 6.

Nachdem der Ausgleich eingeführt worden ist, ist der Linearitätsfehler bis 0,003% verringert worden. Dieses ist mit 0,10 µm Höchstabweichung über dem 3 mm-Arbeitsbereich des Fühlers [3] gleichwertig.

Die Materialien verwendet für dieses NanoSensor

Der absolute thermische Koeffizient des Fühlers wurde gekennzeichnet, indem man die Fühler in eine Abstandspannvorrichtung legte, die aus SuperInvar hergestellt wird (TC = 0,3 Anlage PPMs-1. K).The wurde dann zwischen 10 und 40°C komprimiert, während die Stellungsausgabe von der Anlage gemessen wurde. Dieses produzierte das Diagramm, das in Abbildung 7. gezeigt wurde.

AZoNano - Nanotechnologie - Unkorrigierter Temperaturkoeffizient des Fühlers

Abbildung 7.

Dieses zeigt den Koeffizienten der absoluten Temperatur des Fühlers als -0,62 µm.K-1 (206 PPMs).

Wenn das Maß korrigiert wird, um den Gebrauch der SuperInvarmaßspannvorrichtungen anstelle des Aluminiums zuzulassen dann, wird der Fehler auf -0,32 µm.K verringert-1 (106 PPMs) wenn der Fühler in die Anlage eingebaut ist.

AZoNano - Nanotechnologie - Korrigierter Temperaturkoeffizient des Fühlers.

Abbildung 8.

Der Feuchtigkeitskoeffizient der Anlage wurde unter Verwendung der SuperInvarspannvorrichtungen gemessen, die innerhalb einer Umweltprüfungskammer gelegt wurden. Die Stellungsausgabe wurde gemessen, während der Fühler zwischen 70% und 30% komprimiert wurde. Der Koeffizient der relativen Luftfeuchtigkeit (RH) der Anlage wurde als -95 nm.% gemessen-1 (31 PPMs).

AZoNano - Nanotechnologie - AZoNano - Nanotechnologie -

Abbildung 9.

Schlussfolgerungen

Ergebnisse von der Auslegung und von der Prüfung des NXE2 NanoSensor® sind dargestellt worden und werden in der untengenannten Tabelle 2 zusammengefasst.

      Eine hohe Auflösung NanoSensor

      Es ist gezeigt worden, dass die Anlage eine niedrige Empfindlichkeit zur Installationsneigung hat.

      Die Maßergebnisse sind thermischen Antrieb von -0,32 µm.K (106-1 PPMs) und Feuchtigkeitskoeffizienten von -95 nm.% (dargestellt worden-1 31 PPMs) zeigend.

Tabelle 2.

-1 (106ppm)

-1 (31ppm)

- ½

Hauptautor: Rhead, P.M., Patel, J., Atherton, P.D., Provinzler, T.R. und McConnell, M.

Quelle: Queensgate-Instrumente.

Zu mehr Information über diese Quelle besuchen Sie bitte Queensgate-Instrumente.

Date Added: Dec 9, 2005 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 06:37

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