静电放电时间常数测试仪感应探测的原理与设计

　　纺织品材料的带电性能可以用其静电放电时间常数τ来描述。带有静电的织物就相当于一个孤立电容。在放电过程中,其表面电压U随时间t按指数衰减:

　　其中U0为t=0时刻的电压。通过测量织物表面电压的半衰期T1/2:

　　可求得放电时间常数τ:

　　对于放电时间常数值较大的织物服装,由于静电泄漏所需时间较长,容易形成较多的静电荷积累而产生高压,以至发生局部空气击穿的剧烈放电现象。尤其是在干燥的冬、春季节,脱穿τ值大的织物服装时常会伴随有放电火花,让人不舒服。对于易燃、易爆场所,这往往是造成事故的隐患。织物的放电时间常数值τ的测定是评价织物带电特性的重要指标之一。

　　织物的绝缘电阻很大,其表面电压一般不能采用接触式电位计进行测量。常用的非接触式电位计探头极板的面积较大,对于局部带电的织物或小块实验样品,这种电位计通常反映的是带电体产生空间电场的平均电压值。当我们用它测定实验样品的放电时间常数时,这种平均效果部分掩盖了其电压衰变过程。所以,我们需要设计体积小、灵敏度高的探头以适用于放电常数的测量。

　　目前国内使用的放电时间常数测量仪器多为进口产品。国内产品在探头制造方面尚有一定的困难。我们认为有必要设计制造适用于纺织品静电放电常数测量的实验仪器,以及测量抗静电剂对织物带电性能的影响,客观评价织物的带电特性。

　　1　测量方案

　　考虑微弱电压信号的放大,我们采用转盘系统[1],如图1所示。

　　织物样品S固定在载物转盘P上,使其随P以ω的角速度转动。先将K接1,当S转到电晕针下方时,由高压电源E通过N使其带电。当S转到探头T下方时,由于样品S带电,T将传给放大器一个感应脉冲信号。当信号电压值增大到某一稳定值U0后,将K接2,去掉高压电源,S上的电荷通过其绝缘电阻自然放电,其电压值U相应地按指数衰减。示波器将显示出同步信号的变化情况,如图2所示。

　　同时用时间函数记录仪,经整流滤波,记录衰变曲线的包络线。根据包络线的测量可测定半衰期T1/2=t1-t2,再由(3)式求出时间常数τ的值。

　　2　探头的物理模型及计算

　　设样品S为半径为R0的均匀带电圆面且面电荷密度为σ,探头T是半径为r0的球形,T与S面中心的最近距离为x0,且满足x0>R0 r0。其物理模型如图3所示。

　　先设探头T位于P0处相对样品S位置不变。由于S带电,P0处的电场

　　由于x0 r0,球形探头附近的电场可视为均匀场,小球上的感应电荷分布为[2]