靜電測試原理與技術(shù)

1、靜電測試原理與技術(shù),靜電測試的目的：為靜電防護(hù)工程設(shè)計(jì)和改善產(chǎn)品自身抗靜電性能設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)和依據(jù)。在實(shí)際運(yùn)行條件下，判斷人體、設(shè)備、工裝器具等是否可能成為靜電放電危害源。 檢測靜電防護(hù)器材（器具、工具、設(shè)備、材料）的性能和質(zhì)量。評價(jià)靜電防護(hù)措施的效果。當(dāng)發(fā)生靜電放電危害后進(jìn)行模擬測試，分析事故原因，為采取有針對性的措施提供依據(jù)。評價(jià)靜電敏感電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量。,靜電測試的主要內(nèi)容 靜電基本參量測試技術(shù)防靜電系統(tǒng)靜

2、電性能測試技術(shù)包裝材料靜電性能測試技術(shù)人體靜電參數(shù)測試技術(shù),靜電測試的特點(diǎn),靜電測試與一般的強(qiáng)電或弱電測試相比，具有自身的特點(diǎn)，只有把握這些特點(diǎn)，才能選擇好適宜的測試儀器，制定出合適的試驗(yàn)方法和程序，得出準(zhǔn)確的結(jié)果。,1.靜電測試儀器要有小的輸入電容和極高的輸入電阻,由于靜電電量很小，所以在靜電測試過程中即使有少量電荷從帶電體流入測試儀表或泄漏掉，都會造成很大的測量誤差，而且引入的測試儀器對原來場分布也會產(chǎn)生很大的影響。為降低測試儀

3、器對靜電測試的影響，要求測試儀器具有很小的輸入（耦合）電容和極高的輸入電阻（一般要求不低于1014Ω）。,2.靜電測試結(jié)果往往與測試方法和測試電壓等測試條件有關(guān),目前國內(nèi)外靜電測試方法標(biāo)準(zhǔn)化尚未全面完成，測試儀器多種多樣，在實(shí)際工作中往往存在測試方法不統(tǒng)一，結(jié)果不一致，再現(xiàn)性差等問題。這就要求測試人員盡量采用科學(xué)合理的測試方法，選用先進(jìn)的測試儀器并定期進(jìn)行計(jì)量，以避免測試結(jié)果的過大誤差。不同的測試方法、不同的帶電歷史、不同的測試電壓，

4、將導(dǎo)致不同的測試結(jié)果，因此，給出測試結(jié)果時(shí)，必須同時(shí)標(biāo)明其測試方法和測試電壓等條件。,3.靜電測試受各種環(huán)境條件的影響顯著,靜電測試受到環(huán)境條件的影響較之普通的強(qiáng)電或弱電測試要大，而且顯著得多。用同樣的測試方法、同樣的測試儀器、在同一地點(diǎn)作同樣的測試時(shí)，如果環(huán)境溫度、相對濕度、被測物品與環(huán)境的平衡時(shí)間等測試條件不同，則測試結(jié)果會有很大的差別，環(huán)境相對濕度對測試結(jié)果的影響尤其顯著。因此，測試報(bào)告中必須要注明溫、濕度等環(huán)境條件。,一、靜電基

5、本參量測試技術(shù),靜電電位測量,1、接觸式測量測試原理 利用等電位原理進(jìn)行測試，把被測帶電體用絕緣電纜直接連在輸入阻抗為1012?以上靜電電壓表的測量電極上，由靜電電壓表頭直接讀出被測帶電體的對地電壓，也稱為接觸式測量。此測試方法僅適用于對靜電導(dǎo)體帶電電位的測試，測試誤差相對比較小，測量準(zhǔn)確度可以優(yōu)于2％，但對于某類測試探頭無法接觸的場合此類方法不便使用。測試儀器 接觸式靜電電壓表（或簡稱靜電伏特計(jì)）是利用靜電力矩來

6、進(jìn)行測試的。,接觸式靜電計(jì)等效電路,U低于帶電體的實(shí)際電壓U0。為減小測試誤差，應(yīng)該使C《C0，即盡可能地減小儀表的輸入電容。例如，量程在3kV以下的靜電電壓表，其輸入電容C值都不大于30pF。 隨測試時(shí)間t的增加，表頭讀數(shù)按指數(shù)規(guī)律衰減。為了減小由此造成的測量誤差，應(yīng)盡量提高儀表的輸入電阻R，一般靜電壓表的輸入電阻選擇在1012Ω以上。,,2、非接觸式測量測試原理 運(yùn)用靜電感應(yīng)靜電感應(yīng)原理是將測試探頭靠近帶電

7、體，利用探頭與被測帶電體之間產(chǎn)生的畸變電場測試帶電體的表面電位，實(shí)質(zhì)上是對帶電體表面電場的測試； 由于這種測試不是直接同帶電體相接觸，因此也稱非接觸式測量，所使用的測試儀表，又稱非接觸式測試儀表。 與接觸式測量相比，非接觸式測量結(jié)果受儀表輸入電容、輸入電阻的影響較小，測量準(zhǔn)確度可優(yōu)于15％，但受測試距離、帶電體幾何尺寸的影響較大。測試儀器根據(jù)工作原理的不同，該類儀表主要分為靜電感應(yīng)型和電離型兩種。,直接

8、感應(yīng)式儀表測試原理,Ｕb＝,即使被測電位U不變，測試值Ｕb仍隨時(shí)間以指數(shù)規(guī)律衰減，時(shí)間常數(shù)為RbCb。為減小測試誤差，要求Rb或Cb充分大，但Cb增大將導(dǎo)致測試靈敏度降低，反而使測試發(fā)生困難，因而要求該類儀表具有很高的輸入電阻，這一點(diǎn)同接觸式測試儀表是一致的。即使如此，也只能減緩衰減速度，不能從根本上解決問題，故該類儀表不能用作固定接入的監(jiān)測儀表。,振動電容式靜電計(jì),振動電容式靜電表也稱振簧式靜電計(jì)，主要由測試探頭、交流放大器、振蕩器、

9、相敏檢波器和指示器組成。與直接感應(yīng)式儀表不同，其探頭電極是一個(gè)可振動的金屬片，在振蕩器的驅(qū)動下，探頭電極與被測帶電體之間的電容周期性變化，被測帶電體在探頭電極上感應(yīng)出一個(gè)周期性變化的電位信號。因?yàn)榇诵盘柗浅Ｎ⑷酰什捎酶咦栎斎氲淖杩棺儞Q器來接受信號，再經(jīng)交流放大和相敏檢波后由直流表顯示被測電位，而且還可以測試電位的極性。,,靜電電量測量,測量時(shí)，將帶電體無摩擦的投入內(nèi)筒，內(nèi)筒內(nèi)表面將感應(yīng)出與帶電體異面等值的電荷，內(nèi)筒外表面和外筒內(nèi)表面也

10、會帶上等值異面電荷。因此，內(nèi)外筒間就有電位差產(chǎn)生。 將外筒接地，電壓表指示的內(nèi)筒電位即兩筒的電位差。在用精密萬用電橋或其它電容測試儀器測得系統(tǒng)電容值C（為內(nèi)外筒間的電容、電壓表輸入電容和裝置上并聯(lián)電容的電容之和）. 然后按照公式Q=CU計(jì)算出被測帶電體靜電電量Q。,1—內(nèi)筒 2—外筒 3－絕緣支架 4－監(jiān)測器,電阻、電阻率的測量,電阻是與靜電泄漏緊密相關(guān)的電氣參數(shù)之一，電阻測試包括絕緣電阻、接地

11、電阻、靜電接地電阻和靜電泄漏電阻的測試；電阻率測試包括表面電阻率和體電阻率的測試。,1. 絕緣材料電阻與電阻率測試,介質(zhì)材料的試樣上安放兩個(gè)電極，在其間施加一定的直流電壓U時(shí)，測量電極間就有電流I流過，電壓U與電流I的比值，稱作絕緣電阻R，即R=U/I。 電極間流過的電流I包括沿試樣表面流動的泄漏電流Is和穿過介質(zhì)內(nèi)部的電導(dǎo)電流Iv兩部分。為詳細(xì)評價(jià)材料的導(dǎo)電性質(zhì)，把電壓U與表面泄漏電流Is的比值稱作表面電阻Rs，而把電壓U與體內(nèi)電導(dǎo)

12、電流Iv的比值稱作體積電阻Rv，即,材料絕緣電阻R是其表面電阻Rs和體積電阻Rv的并聯(lián)值，這三個(gè)電阻值均與測量電極的大小、形狀有關(guān)，因此，給出測量結(jié)果時(shí)應(yīng)同時(shí)表明測量電極的參數(shù)。 為定量描述材料的導(dǎo)電性質(zhì)，擺脫測量值對測量電極參數(shù)的依賴關(guān)系，引入表面電阻率和體電阻率的概念。 表面電阻率定義為單位寬度、單位長度材料的表面電阻值，即正方形材料兩對邊間的表面電阻值，單位為歐姆（?），其數(shù)值大小與正方形的幾何尺寸無關(guān)。

13、 體電阻率定義為單位橫截面單位長度上材料的體積電阻值，單位為歐姆·米。,二、防靜電系統(tǒng)靜電性能測試技術(shù),防靜電系統(tǒng)： 防靜電碗帶、防靜電服、防靜電鞋、地面、接地設(shè)施、工作臺、儲物架、小推車等防靜電設(shè)施及用品，它們都是實(shí)施靜電防護(hù)必不可缺少的物質(zhì)手段。因此，對這些防靜電設(shè)施進(jìn)行靜電性能測試，以確保投入使用時(shí)其性能合格，對靜電防護(hù)效果的影響是直接而又具體的。這種測試是靜電防護(hù)測試的重要組成部分。,ESD防護(hù)腕帶、鞋束（足

14、跟帶）靜電性能測試,腕帶內(nèi)表面導(dǎo)電性能測試圖,,,,,,,,,歐姆表10k檔,,,,,,,電纜扣,鱷魚夾,,,腕帶連接電纜系統(tǒng)電阻測試,測試佩戴腕帶時(shí)系統(tǒng)電阻圖,,,,,,,,,歐姆表10k檔,,,,腳跟帶（鞋束）系統(tǒng)電阻測試,ESD防護(hù)腕帶、鞋束（足跟帶）靜電性能參數(shù),ESD防護(hù)工作服靜電性能測試,工作服對靜電防護(hù)的有效性直接依賴于它的表面電阻。工作服的內(nèi)、外表面要能夠使人體操作中因摩擦等動作所產(chǎn)生的電荷順利地到達(dá)于人體表面，并最后通

15、過防靜電腕帶、鞋襪等泄漏于大地而提供通路，這就要求工作服的設(shè)計(jì)應(yīng)能保持其在穿著狀態(tài)下與人體直接或間接接觸，并自身具有良好的表面電阻值。為防萬一出現(xiàn)不良接觸，必要時(shí)，所穿工作服還應(yīng)設(shè)置專門的接地連接點(diǎn)。服裝上任意兩點(diǎn)間的電阻為服裝的表面電阻值。,服裝表面(點(diǎn)對點(diǎn))電阻測試原理圖,一般要求工作服的表面電阻為7.5x105< R< 1x1010Ω，對地電阻為7.5x105< R< 1x108Ω。 測試電極為

16、圓柱形，直徑50mm，重量2kg。,防靜電鞋、襪對地電阻測試 防靜電鞋、襪，也是提供人體靜電荷泄漏通道的主要措施，且能在一旦腕帶發(fā)生問題（如斷路）時(shí)或在不可能使用碗帶的情況下，作為一種基本的人體接地方式。,儀器,鞋襪電極,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,防靜電鞋襪在穿戴狀態(tài)下對地電阻的要求為5×104～1×108Ω。,工作椅、存放架、運(yùn)輸小車對地電阻和表面電阻的測試,工作椅應(yīng)能通過支腳或輪子接地，

17、在正常情況下與工件、人體接觸的表面應(yīng)由靜電耗散材料制作。對地電阻測試，一般以支腳架、腳輪等作為接地電極，另一電極接于器具表體的某一點(diǎn)；表面電阻為器具表面上任意兩點(diǎn)之間的電阻數(shù)值。測試時(shí)應(yīng)保持電極與被測表面之間良好的電接觸。,工作椅的對地電阻為5x105～1.0x1010Ω、表面電阻（點(diǎn)對點(diǎn)）小于等于1.0x1010Ω,,,,,,,,,,儀器,,,,,,,,,,,,,電極1,電極2,導(dǎo)電薄片材料,對地電阻,,,,,,,,,,儀器,,,,,

18、,,,,,,電極1,表面電阻,,電極2,,,存放架、運(yùn)輸小車的對地電阻為7.5x105～1.0x109Ω,測試電極Φ50 2kg,500VDC兆歐表,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,板狀輔助電極,物流車,濕濾紙墊,物流車臺面對車輪系統(tǒng)電阻測試,手套、指套對地電阻的測試,在進(jìn)行操作時(shí)，防靜電手套、指套的外面直接與工件相接觸，并通過其壁和人體泄漏電荷，所以它必須能夠耗散靜電，又要使電荷耗散的速度不能太快以防突發(fā)放電，這

19、些只能依靠它在穿著情況下具有合適的對地電阻，測量時(shí)，一般使用2枚φ20mm的平板形金屬電極作為與測試導(dǎo)線相接觸的面積。如果上述規(guī)定不能實(shí)現(xiàn)時(shí)，也可使用接線夾子。,在佩戴情況下,一般要求手套、指套的對地電阻為7.5x105～1.0x1010Ω。,,,,,手套對地電阻的測試,防靜電地面對地電阻和表面電阻的測試,防靜電地面應(yīng)采用靜電耗散材料并接地良好，其對地電阻為1x105～1x109Ω，表面（點(diǎn)對點(diǎn)）電阻為1x105～1x1010Ω。

20、 測試時(shí)每4m2隨機(jī)抽取5點(diǎn)并取中心對四角4次測試結(jié)果的平均值，測試點(diǎn)距地板的邊緣不得小于100mm。,,,,,,,,,,,地面（防靜電水磨石）,接地母線,500VDC兆歐表,測試電極Φ50 2kg,,,三、人體靜電參數(shù)測試技術(shù),人體由于自身的活動及與周圍物體的接觸分離，在干燥環(huán)境中常常有幾千伏甚至幾萬伏的靜電。當(dāng)沒有形成火花放電時(shí)，自身往往不會有異常感覺。但是，在靜電危險(xiǎn)場所，人體作為帶電的靜電導(dǎo)體，一旦形成能量比較集中的

21、火花放電，其后果是不堪設(shè)想的。因此，國內(nèi)外學(xué)者普遍認(rèn)為人體靜電是靜電防護(hù)工程中主要危害源之一。所以，進(jìn)行人體靜電參數(shù)測試，具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。人體靜電參數(shù)包括人體靜電電位、人體對地電阻、人體對地電容。,人體靜電電位測試,近30年來研制的靜電電位儀表，按其測試原理可分為接觸式和非接觸式兩大類型。接觸式靜電電位儀表輸入電阻小、阻尼大，不能對人體等靜電導(dǎo)體的動態(tài)電位進(jìn)行測試，也無法判斷被測人體的電位極性；非接觸式靜電電位測試儀表以日本的M

22、H型人體靜電電位儀和美制263型高速靜電表為代表，其輸入電阻（大于1014Ω）提高了，但儀表指示值μb仍隨時(shí)間衰減，使得測試結(jié)果誤差很大。DWJ-81型靜電電位儀通過將感應(yīng)探頭換成振動電容式或旋轉(zhuǎn)式，解決了儀器最終指示值不隨時(shí)間衰減的問題，同時(shí)機(jī)械振動的頻率限制了儀器對靜電電位信號的正確響應(yīng)。,ZPD-1型靜電電位動態(tài)測試儀,采用 “信號自屏蔽－電荷耦合” 測試原理，即根據(jù)靜電電壓的特點(diǎn)，利用靜電信號高壓電極本身作為傳感器電極，使屏蔽深

23、度與儀器靈敏度要求相一致，避免了一般靜電儀器用接地屏蔽所帶來的問題，在提高儀器靈敏度的同時(shí)，儀器的抗干擾能力也得到增強(qiáng)。“電荷耦合”是指儀器輸入端接收的是電荷量，且使電荷量與被測電位成正比，通過對電荷量的測試得到被測電位的數(shù)值。,GY-2型傳感器,,放大器,,,,,峰值和極性顯示,動態(tài)波形顯示,記錄儀,,ZPD-1型靜電電位動態(tài)測試儀,人體靜電電容測試,測試時(shí)，人應(yīng)赤足并將雙足用金屬箔包裹，金屬箔與靜電電容測試儀表相連。人雙足站在絕緣板

24、上，板厚與鞋底厚度相同。這樣，金屬箔與地之間的電容量即為人體靜電電容。 在測試過程中，當(dāng)人體采取雙腳站立、單腳站立或下蹲等不同體姿時(shí)，所得電容數(shù)值有所不同。據(jù)國外給出的實(shí)測數(shù)據(jù)資料，人體電容范圍在50～250pF之間，其中80％的人其人體電容為100pF左右。,人體對地電阻測試,1、佩戴腕帶時(shí)人體對地電阻的測試 測試時(shí)，被測人手握直徑25mm、長度75mm的圓柱形不銹鋼電極，該電極用導(dǎo)線與歐姆計(jì)連接。測出的電阻包括腕帶與人

25、體皮膚間的接觸電阻、安全限流電阻和接地導(dǎo)線電阻等3個(gè)部分。使用不同的測試電壓時(shí)，測試結(jié)果在電壓低于10V時(shí)差別很大，但20V以后便趨于穩(wěn)定。2、穿靜電鞋襪時(shí)人體對地電阻的測試 測試時(shí)，要求儀表能提供10～30V的額定開路電壓，鞋襪試驗(yàn)電極由300mm×300mm的不銹鋼板制成，它被電氣連接到試驗(yàn)儀表上。被試驗(yàn)人雙腳按規(guī)定穿好靜電鞋襪，用手指壓緊儀表的接觸板。所測電阻包括防靜電鞋襪電阻、人體自身電阻和人體與鞋襪的接觸電