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技術情報静電気測定表面電位計の解説

 普通の電圧計を利用して電圧の測定ができないアプリケーションがいくつかあります。その内の1つが静電気を測定することです。その理由として静電気は一般的に電圧は高いが電荷量がすくない、という特長をもっております。このような静電位の測定を一般的な接触型電圧計で行うと、静電気が電圧計を通ってリークする等の計測上の問題が生じます。
従ってこのような静電位の計測には、非接触電位計(表面電位計)が最適であるとされています。

表面電位計は非接触で測定しますが、電気的には図1のようにプローブと被測定面内を何らかのインピーダンスZを介して接続し、電気的には一般の接触型と同様に測定するものであります。すなわち定量的な電位測定には、電位計のグランドを測定対象物の基準電位(測定対象物が誘電体の場合,背面等に設置される金属)に接続する必要があります。(図1のポイントG)表面電位計には、上記インピーダンスが、
1.容量性 ●振動容量型 ●セクター型
2.抵抗性 ●集電型

と大きく分けて2種類があります。

図1 図2 図3

TREK社では、上記2種類のいずれも製造・販売致しておりますが、まず簡単にTREK社振動容量型表面電位計の特長をご説明申し上げます。プローブ内にはセンサ電極Seがありこれを被測定面に接近させるとセンサ電極Seと被測定面間に静電容量Cが生じます。この静電容量 Cはプローブ内の音叉によって変化させられこれによりセンサ電極Seには表面電位を交流変調した信号が誘起されます。この交流信号をプローブ内プリアンプ及び表面電位計ユニット内増幅器にて増幅し、この増幅された信号を同期検波することにより、出力信号を得ることができます。
従来一般の表面電位計は、この信号を出力していましたがこの出力信号は上記の静電容量Cに依存します。静電容量Cはプローブ−被測定面間距離dの逆数に比例致しますのでC∝1/d・・・(1)出力電圧もプローブ−被測定面間距離に依存し、電子写真用感光ドラム等の表面電位のダイナミック計測には大きな誤差をおよぼします。 TREK社の表面電位計は、上記の同期検波出力信号を積分型高圧発生器に入力し高電位を発生させ、プローブにフィードバックします。これによってプローブボディの電位は上昇し、やがて被測定面と同電位になります。プローブボディの電位が被測定面と同電位になると、静電容量Cは打ち消されます。
TREK社の表面電位計は、この時の内部で発生した電圧を分圧し、インピーダンス整合回路で出力インピーダンスを0.01オーム以下として出力する為、プローブ−被測定面 間の距離によって測定値に大きな誤差が生じることはありません。



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