低能量X_RAY测厚仪与β_RAY测厚仪在薄膜生产中的应用比较

1、低能量X -RA Y 测厚仪与-RA Y测厚仪在薄膜生产中的应用比较刘伟(安徽铜峰电子股份有限公司,安徽铜陵244000摘要:分析比较了低能量X 2RA Y 和2RA Y 两种测厚仪在薄膜生产测量中的差别。指出低能量X 2RA Y 测厚仪将逐渐替代2RA Y 测厚仪,成为今后薄膜厚度测量的主流机型。关键词:测厚仪;薄膜;应用;比较中图分类号:TM 93416文献标识码:B 文章编号:1002-0349(200103-0036-03Com par ison of L ow -Energy X -RAY Th icknessM ea sur i ng D ev ice and -RAY Th ic

2、knessM ea sur i ng D ev ice Appl ied to F il m M anufactureL I U W ei(A nhu i Tongfeng E lectron ics Co .,L td ,Tongling 244000Abstract :D ifference betw een low 2energy X 2RA Y th ickness m easu ring device and 2RA Yth ickness m easu ring device u sed in fil m m anufactu re is analysed .It is po in

3、 ted ou t that the low 2energy X 2RA Y device w ill gradually rep lace the 2RA Y one ,and becom e an essen tialm odel fo r fil m th ickness m easu rem en t in years to com e .Key words :T h ickness m easu ring device ;F il m ;A pp licati on ;Com p arison薄膜广泛应用于国民经济的各个领域,如香烟及食品的包装、农业生产用地膜、电容器用基材等方面。薄

4、膜生产线基本上是成套从国外引进,投资较高。而测厚仪则是充当生产线的眼睛,其性能的高、低直接影响到薄膜产品的质量。如何选择测厚仪则成为生产线引进中的关键。本文就薄膜生产中常用的低能量X 2RA Y 测厚仪与2RA Y 测厚仪做一比较。1测量原理此两种测厚仪均是依靠对穿过被测薄膜的粒子束的衰减量来计算出被测薄膜的厚度在图1中I =I 0e -d其中:I 0无被测薄膜时测量头的接收信号强度I 带被测薄膜时测量头的接收信号强度被测薄膜密度被测薄膜对射线粒子的吸收系数d 被测薄膜厚度图1对一给定测厚仪及指定的被测材料而言,及均可视为常数,那么测量头测出的信号I 就仅同薄膜厚度d 有关。从信号I 的变化就

5、可标定出薄膜厚度d 。2RA Y 测厚仪的源为放射性物质,如现在测量薄膜常用的源有Pm 147、K r 85等。其发出的射线粒子为高能电子,电子的数量及63电力电容器2001年第3期能级相对某一较短时间单位而言是不变的、不可调的。Pm147源发出的高能电子的能级为100keV左右。2RA Y测厚仪的测量腔为一充满高纯氩气的电离腔。当高能电子穿过薄膜进入腔体后,氩气电离出正、负离子,并在两高压电级间产生一弱电流信号(通常在10-810-12A,电子线路再将其放大、比较得出被测薄膜厚度。X-RA Y测厚仪的源为一电子设备,依靠调节源灯丝电流可调节所发的不带电光子数量;依靠调节灯丝和极板间电压可调节

6、发出的光子的能级,最低的光子能级可调至3keV。2灵敏度的比较灵敏度是我们选择一种测厚仪时首先要考虑的。针对一特定介质而言,其对2RA Y及X2 RA Y的吸收率不同,即使对2RA Y,不同能级的粒子,特定介质对其吸收率也不同。当然对X-RA Y也一样。图2显示聚丙烯薄膜对以Pm147、K r85为源的2RA Y及3keV的X2 RA Y的不同吸收特性。图2从上图可知聚丙烯薄膜对以Pm147为源的2RA Y吸收曲线斜率最大,对以K r85为源的2RA Y吸收曲线斜率最小,对3keV 的X2RA Y的吸收曲线斜率居中。当薄膜厚度d产生d变化后,检测信号I产生I变化,那么灵敏度S为:S=I I d

7、 d因此,对聚丙烯薄膜而言,以Pm147为源的2RA Y的灵敏度最高,以K r85为源的2 RA Y的灵敏度最小,对3keV的X2RA Y的灵敏度居中。3静态噪声比较由于X2RA Y测厚仪可调节光子的数量及能级,所以对某一特定厚度薄膜可用较多数量的低能级光子来标定,该数量远高于用Pm147为源的2RA Y标定此厚度薄膜所用的高能电子数。因为2RA Y的平均粒子能级为100keV,那么表征同一厚度薄膜所用的X2RA Y的光子数约为2RA Y的高能电子数的33倍。从理论上讲,静态噪声同单位时间内测量腔所接收的表征信号的粒子数的平方根成反比,既2RA Y测厚仪的静态噪声是X2RA Y测厚仪的6倍。4

8、响应时间的比较X2RA Y测厚仪的测量腔利用固态电子闪烁体来接受信号,其响应时间相当短(约01002s。而2RA Y测厚仪的测量腔是充满氩气的电离腔,其通常的响应时间为1s。一种测厚仪的测量周期肯定要大于其响应时间。由上式可知2RA Y测厚仪的测量周期要远大于X2RA Y测厚仪的测量周期,从而导致对同一幅宽薄膜而言,用同一扫描速度扫描时,X2 RA Y测厚仪的测量点数要远大于2RA Y测厚仪的测量点数。因此,X2RA Y测厚仪所测结果更接近于薄膜的真实状况。5空间位置变化对测量结果影响的比较2RA Y测厚仪发出的高能电子在穿透被测薄膜时,由于受材料中电场的作用,部分电子会改变其运行方向,因而在

9、电子束穿过薄膜后呈散射状。X2RA Y测厚仪发出的不带电光子在穿过薄膜时,要么被吸收,要么直接穿透,其运行方向不会发生改变。如图3。由于两者以上的不同,所以当测量腔同源在X轴及Y轴上不完全对中时,X2RA Y测厚仪基本不受影响,而2RA Y测厚仪所受影响相当明显。另外,当被测薄膜在Z轴方向移动时,导致2RA Y测厚仪发出的高能电子的散射程度的变化(如上图所示,也直接影响了测量结果。而X2 RA Y测厚仪则不存在此问题。732001年第3期低能量X-RA Y测厚仪与-RA Y测厚仪在薄膜生产中的应用比较 图36温度变化对测量结果影响的比较前面的叙述均是忽略了上、下测量腔间隙里的空气。当射线穿透被

10、测薄膜的同时,它还穿透了两腔体间的空气柱。当气柱的高度不变,温度相对稳定时,它对射线的吸收也基本不变,因而可忽略掉。但如果气柱的温度发生变化,则空气密度也发生变化,其对射线的吸收率也发生相应的变化。温度升高,空气密度减小,吸收率也减小;温度降低,空气密度增大,吸收率也增大。但温度对X 2RA Y 测厚仪的影响比对2RA Y 测厚仪的大一倍。针对该缺点,X 2RA Y 测厚仪依靠其快速响应特性,在每一次扫描后即做一次校零,从而大大提高其测量精度。综上所述,2RA Y 测厚仪虽然灵敏度高,但由于其伴随有很大的、无法滤去的静态噪声、低速响应特性及对空间位置的敏感,因而并不能真实反映被测薄膜的厚度状况

11、。而X 2RA Y 测厚仪虽然灵敏度相对以Pm 147为源的2RA Y 测厚仪的灵敏度要低,受温度影响更大,但由于其静噪小,响应速度快,校零时间间隙小,受空间位置影响小,因而能更真实反应被测薄膜。另外2RA Y 测厚仪使用了放射性物质,其对环境有一定的污染,并且源的更换须专业人员;X 2RA Y 测厚仪则不存在此问题。因此,通过比较,我们有理由相信低能量X 2RA Y 测厚仪将逐渐替代2RA Y 测厚仪,成为今后薄膜厚度测量的主流机型。(上接第29页对于由发电厂母线直配的用户kq =0.020.04,对于经过两级变压的用户kq =0.050.07,对三级变压的用户kq =0.080.1。由于油

12、田线路的电容器补偿点接近负荷,无功功率经济当量kq 值就大,并且变压次数为三级变压,故kq =0.1。在此线路补偿电容器容量为1450kvar ,年节约电能:W =kq ×Q ×h=0.1×1450×365×24=127×104k W h 。式中:kq 无功功率经济当量(k W kvar ;Q 线路补偿电容器容量(kvar ;h 每年抽油机电动机运行时间(h 根据胜利油田综合电价01282元 k W h ,年节约电费为J =127×0.282=36万元,即投入9万元购置电容器的资金,每年就有节约电费36万元。达到了节电的目的。5结束语本文介绍的三相并联电容器在油田线路上分散补偿也适应