静电场测试仪校准装置的设计

　　1　引言

　　在生产及生活中,静电放电有着不可忽视的各种危害,如可燃性气体的发火爆炸,变压器油活动带电造成变压器尽缘击穿,飞机的通讯故障,放电时的电 磁噪音会造成计算机误操纵,摄影胶片,半导体器件等在制造过程中的暴光和损坏,人体遭电击等等。因此,在一些静电敏感区域,如电子元器件制造、装配区、超 静间、计算机、药品及RD试验、手术室、医疗设备生产厂、印刷厂、包装生产厂等都需要监测物件的带静电情况,于是静电场测试仪的使用便越来越广泛了。

　　本文初步探讨了静电场测试仪的校准方法,并介绍一种静电场测试仪校准装置的设计方案。

　　2　静电场测试仪的工作原理

　　静电场测试仪是一种非接触式手持静电测试仪,它通过测量空间电场大小,再根据测量距离进行换算,从而得到被测物体所带的静电电压。该测试仪通常 可测范围在±20KV(工作距离通常为1英寸,25mm),配置有距离测量装置以确保测量时与被测物体保持所需的距离。外壳为防静电材质,并有接地扣,确 保测量结果可靠。该测试仪还附有可配离子平衡测量板,用于对±200V范围内的离子平衡度作周期性校验。

　　3　校准装置的设计

　　3·1　校准方法

　　由于静电场测试仪是采用测量空间电场的工作方式,所以校准时需要提供一个标准的高压电场,其校准原理如图1所示。将高压直流电源的正极连接到金 属板上,负极和被测静电场测试仪的接地端接地,被测静电场测试仪放在活动支架上,调整其前端与金属板之间的距离到生产厂家的规定值。通过电压表观测高压直 流源的输出电压,被测静电场测试仪的示值与电压表读数之差即为测量误差。

　　3·2　高压直流电源的设计

　　该校准装置需解决的关键问题在于如何提供一个高压的直流电源。由于静电场测试仪的测量范围通常为±20KV,而市面上的高压直流电源能达到 20KV的都价格不菲且体积庞大。考虑到校准静电场测试仪时只需要电场,而不需要电流,所以我们可以设计一个简易的、电流很小但可调电压范围超过20KV 的直流电源。其电路原理如图2所示。

　　该电源由低压电源、PWM控制电路(TL494集成电路)和一次升压脉冲变压器构成。是一种以VMOS功率场效应管为开关器件,以 PWM(TL494)开关集成电路组件为控制电路的单端推挽开关稳压电源。图2中TL494芯片除了作为振荡源外,还承担调整和输出电压的任务。振荡频率 主要由5、6脚外接阻容器件C4和R9决定,电源的开关频率为10kHz。

　　当高压直流电源接通+15V低压电源后,TL494控制芯片开始工作。控制芯片的5脚首先产生一个频率为10kHz的锯齿波信号,分别与4脚死 区控制电压及1、2脚误差放大器输出的误差电压相比较后,得到一脉冲信号,分为两路后分别加到8、9脚和10、11脚两只输出功率管控制极,电路中13脚 和14脚相连,这样就得到两个推挽输出脉冲。芯片的误差放大器的反相输入端2脚的参考电位由14脚经电阻R10、R8和R6分压后,为一定值。这时,当输 出的直流高压V0升高或降低时,TL494开关继承电路则会通过取样分压电阻R1、R2、R3反馈到TL494的1脚,经与2脚参考电压比较后,将其转换 为脉冲宽度与输出电压V0相反变化的驱动脉冲,经过9、10脚传输给VMOS管Q的控制极来改变输出脉冲信号宽度,控制输出直流高压V0达到稳定输出。实 测电路输出直流高压V0可从800V~25kV连续可调,输出电流为1mA。