多功能静电放电时间常数测试仪的研制

　　在工业生产和日常生活中,由静电引起的危害和灾害非常多,要想减少和避免静电的影响,必须有一套完备的静电检测技术和精密可靠的静电测试仪器。目前,静电放电时间常数测试仪国内异常缺乏,进口的仪器价格昂贵,目前我国个别单位研制的又不很理想。我们经过严密细致的分析,反复实验,不断改进,研制出了多功能静电放电时间常数测试仪,获得了令人满意的测试效果。

　　1　理论部分

　　静电放电时间常数是衡量物质泄漏电量快慢、能否诱发静电灾害的一个很重要的物理参量。要想精确测出静电放电时间常数,必须采用绝缘性能良好的高压发生器对被测物放电,即先使其带电,然后在停止高压放电的同时,通过非接触式电压传感器对带电物体的电信号进行测量。在关闭高压后,静电泄漏过程中,瞬时电流强度是电量随时间变化率的负值,即：

　　因为:I=UR, U=QC,C为被测物的对地分布电容,所以:

　　其中Q0为t=0时被测物体开始静电泄漏时的电量,RC为静电放电时间常数,即τ。

　　若:Q=Q02;则:T1/2=ln2RC=0.69RC

　　因为:R=ρds,C=ε0εrSd;

　　所以:T1/2=0.69ε0εrρ

　　其中ρ为体电阻率,T1/2为静电泄漏的半衰期,εr为介质的相对介电常数。ε0=8.85×10-12C2N-1m-2为真空介电常数。

　　由上式可知:T1/2直接与εr和ρ有关。

　　2　仪器结构

　　多功能静电放电时间常数测试仪结构如图1所示:

　　仪器结构分为三个部分:①高压发生器,其作用是使被测物体(如纺织面料)带电;②机械传动部分,包括电机和金属圆盘,使被测物质所带的电荷变为脉冲放电信号;③接收信号部分,包括电压传感器、放大器、示波器、数显放大器、函数记录仪等,其作用是对被测物的放电信号进行放大显示。

　　3　仪器的工作原理

　　传感器将被测物质的脉冲信号通过放大器放大后送给示波器,由于被测物质不断放电,其静电电位随时间衰减,在示波器上就显示如图2的信号衰减规律曲线。

　　虚线(包络线),即放电电压(电量)随时间的衰减规律曲线。我们通过曲线读出电压(电量)减少一半所用的时间,即得出被测物体的静电半衰期T1/2。

　　在信号接收部分,如果将信号传递给数字放大器,数字放大器就显示出感应电压值;如果将信号传递给示波器,示波器上就显示如图2的脉冲衰减信号曲线,示波器的水平扫描速度是已知的,所以从示波器所显示的图形上就可找出T1/2;如果将放大后的信号传送给函数记录仪,推动其图笔描图记录,图笔的位置到图纸底线的距离与脉冲信号高度成正比,因此与充电物体表面电位成正比,当图纸按已知速度移动时,图笔就在图纸上画出静电电位随时间变化的函数曲线,记录仪经过整流滤波,因此记下的不是脉冲而是包络线,如图3所示。如果将放大后的信号传送给光线示波器,便可直接得到一张如图2所示的物体表面电位随时间逐渐下降的函数曲线。