Elektrofeldmeter

Skizze eines Elektrofeldmeters mit Anzeige von Abstand und Spannung

Ein Elektrofeldmeter (EFM oder auch elektrisches Feldmeter genannt) ist ein Gerät zur Messung der elektrischen Feldstärke.

Es wird benötigt, um Oberflächenladungen zu erkennen und daraus resultierende Feldstärken zu messen, die unter anderem in elektrostatisch geschützten Bereichen (ESD-Arbeitsplätzen) und bei der Herstellung und Verpackung elektronischer Bauteile und Komponenten vermieden werden müssen.

Mit dem Elektrofeldmeter können unter bestimmten Voraussetzungen auch elektrische Spannungen gemessen werden.

Funktionsweise

Vergleiche auch: Rotationsvoltmeter (Feldmühle)

An der Vorderseite der Geräte befindet sich ein vergoldeter elektrostatischer Chopper (Flügelrad)^[1]. Gold besitzt in der Tribologischen Reihe (siehe Reibungselektrizität) eine ähnliche Position wie Luft, daher werden Messfehler vermieden. Das Flügelrad gibt periodisch Öffnungen frei und verschließt sie wieder. Hinter dem Chopper befindet sich eine Elektrode, die an einen Verstärker mit einem sehr hohen Eingangswiderstand angeschlossen ist (zum Beispiel ein Operationsverstärker mit Feldeffekttransistor-Eingang).
Sind die Öffnungen durch das Flügelrad verschlossen, ist die Elektrode wie ein Faradayscher Käfig abgeschirmt. Bei der Freigabe der Löcher gelangen elektrische Felder aus der Umgebung ins Innere und laden die Elektrode durch Influenz um. Durch den Wechsel der Feldstärke wird an der Elektrode im Rhythmus des Flügelrades eine Wechselspannung erzeugt, die verstärkt wird. Wird ihre Phasenlage mit der Stellung des Flügelrades verglichen, kann die Polarität der Spannung beziehungsweise die Richtung des Feldes bestimmt werden (Koinzidenzdemodulator).

Nach diesem Prinzip gelingt es, elektrische Ladungen und Felder zu bestimmen, ohne ihnen Energie zu entnehmen - zur Messung fließt kein Strom.

Die Auflösung eines Elektrofeldmeters kann bis herab zu 1 kV/m betragen.

Bei definiertem Potential (Erdung des Gerätes) und bekanntem Abstand des Gerätes zu einer Oberfläche kann die elektrische Spannung der Oberfläche beziehungsweise ihr Potential gegenüber Erdpotential gemessen werden. Die Geräte besitzen hierzu teilweise Abstandshalter aus Isolierstoff (siehe Bild).
Die Basis dieser Möglichkeit ist der Zusammenhang der gemessenen elektrischen Feldstärke E:

$U = {E \cdot d}$

mit
U - elektrische Spannung bzw. Potential gegenüber Erdpotential
d - Abstand des geerdeten Messfensters bzw. Länge der Isolierstützen des Feldmeters

Siehe auch

• Elektrostatische Entladung (ESD)
• Elektrostatisches Feld
• ESD-Arbeitsplatz, elektrostatisch geschützter Bereich siehe Electrostatic Protected Area
• Elektrostatik
• Elektrometer
• Elektrometerverstärker

Weblinks

• Informationen und Prinzipskizze des EFM vom Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB

Einzelnachweise

1. ↑ Messung elektrostatischer Felder und Ladungen. Fraunhofer IGB, 24. Oktober 2003, archiviert vom Original am 14. März 2005, abgerufen am 23. Oktober 2011 (html, deutsch).