静电测试原理与技术

静电测试原理与技术静电测试的目的： 为静电防护工程设计和改善产品自身抗静电性 能设计提供数据和依据。 在实际运行条件下，判断人体、设备、工装器 具等是否可能成为静电放电危害源。 检测静电防护器材(器具、工具、设备、材料 )的性能和质量。 评价静电防护措施的效果。 当发生静电放电危害后进行模拟测试，分析事 故原因，为采取有针对性的措施提供依据。 评价静电敏感电子产品的设计和制造质量。

静电测试的主要内容

静电基本参量测试技术 防静电系统静电性能测试技术 包装材料静电性能测试技术 人体静电参数测试技术

静电测试的特点静电测试与一般的强电或弱电测试相比， 具有自身的特点，只有把握这些特点，才能 选择好适宜的测试仪器，制定出合适的试验 方法和程序，得出准确的结果。

1.静电测试仪器要有小的输入电容和极高的输入电阻

由于静电电量很小，所以在静电测试过程中即使有少量电荷从带电体流入测试仪表或泄漏掉，

都会造成很大的测量误差，而且引入的测试仪器对原来场分布也会产生很大的影响。为降低测试 仪器对静电测试的影响，要求测试仪器具有很小 的输入(耦合)电容和极高的输入电阻(一般要 求不低于1014Ω)。

2.静电测试结果往往与测试方法和测试电压等测试条件有关

目前国内外静电测试方法标准化尚未全面完 成，测试仪器多种多样，在实际工作中往往存在 测试方法不统一，结果不一致，再现性差等问题。 这就要求测试人员尽量采用科学合理的测试 方法，选用先进的测试仪器并定期进行计量，以 避免测试结果的过大误差。不同的测试方法、不 同的带电历史、不同的测试电压，将导致不同的 测试结果，因此，给出测试结果时，必须同时标 明其测试方法和测试电压等条件。

3.静电测试受各种环境条件的影响显著 静电测试受到环境条件的影响较之普通的强 电或弱电测试要大，而且显著得多。用同样的测 试方法、同样的测试仪器、在同一地点作同样的 测试时，如果环境温度、相对湿度、被测物品与 环境的平衡时间等测试条件不同，则测试结果会 有很大的差别，环境相对湿度对测试结果的影响 尤其显著。因此，测试报告中必须要注明温、湿 度等环境条件。

一、静电基本参量测试技术静电电位测量1、接触式测量 测试原理 利用等电位原理进行测试，把被测带电体用绝缘电 缆直接连在输入阻抗为1012 以上静电电压表的测量电 极上，由静电电压表头直接读出被测带电体的对地电 压，也称为接触式测量。此测试方法仅适用于对静电

导体带电电位的测试，测试误差相对比较小，测量准 确度可以优于2%,但对于某类测试探头无法接触的场 合此类方法不便使用。 测试仪器 接触式静电电压表(或简称静电伏特计)是利用 静电力矩来进行测试的。

C0U 0 U C0 CC0U 0 U e C0 C t R (C C 0 )

接触式静电计等效电路

U低于带电体的实际电压U0。为减小测试误差，应该 使C《C0,即尽可能地减小仪表的输入电容。例如，量程 在3kV以下的静电电压表，其输入电容C值都不大于30pF。 随测试时间t的增加，表头读数按指数规律衰减。为 了减小由此造成的测量误差，应尽量提高仪表的输入电阻 R,一般静电压表的输入电阻选择在1012Ω以上。

2、非接触式测量 测试原理 运用静电感应静电感应原理是将测试探头靠近带电体， 利用探头与被测带电体之间产生的畸变电场测试带电体的 表面电位，实质上是对带电体表面电场的测试； 由于这种测试不是直接同带电体相接触，因此也称非 接触式测量，所使用的测试仪表，又称非接触式测试仪表。 与接触式测量相比，非接触式测量结果受仪表输入电 容、输入电阻的影响较小，测量准确度可优于15%,但受 测试距离、带电体几何尺寸的影响较大。 测试仪器 根据工作原理的不同，该类仪表主要分为静电感应型和电 离型两种。

T

L

直接感应式仪表测试原理CWRb

CwU Ub = Cw Cb

e

t Rb C b

被测带电体

Cb

即使被测电位U不变，测试值Ub仍随时间以指数规律衰减， 时间常数为RbCb。为减小测试误差，要求Rb或Cb充分大，但Cb增 大将导致测试灵敏度降低，反而使测试发生困难，因而要求该 类仪表具有很高的输入电阻，这一点同接触式测试仪表是一致 的。即使如此，也只能减缓衰减速度，不能从根本上解决问题， 故该类仪表不能用作固定接入的监测仪表。

振动电容式静电计振动电容式静电表也称振簧式静电计，主要由 测试探头、交流放大器、振荡器、相敏检波器和 指示器组成。与直接感应式仪表不同，其探头电 极是一个可振动的金属片，在振荡器的驱动下， 探头电极与被测带电体之间的电容周期性变化， 被测带电体在探头电极上感应出一个周期性变化 的电位信号。因为此信号非常微弱，故采用高阻 输入的阻抗变换器来接受信号，再经交流放大和 相敏检波后由直流表显示被测电位，而且还可以 测试电位的极性。

静电电量测量测量时，将带电体无摩擦的 投入内筒，内筒内表面将感应出 与带电体异面等值的电荷，内筒 外表面和外筒内表面也会带上等 值异面电荷。因此，内外筒间就 有电位差产生。 将外筒接地，电压表

指示的 内筒电位即两筒的电位差。在用 精密万用电桥或其它电容测试仪 器测得系统电容值C(为内外筒 间的电容、电压表输入电容和装 置上并联电容的电容之和). 然后按照公式Q=CU计算出 被测带电体静电电量Q。

1—内筒 2—外筒 3-绝缘支架 4-监测器

电阻、电阻率的测量电阻是与静电泄漏紧密相关的电气参数之一，电阻测试 包括绝缘电阻、接地电阻、静电接地电阻和静电泄漏电阻的 测试；电阻率测试包括表面电阻率和体电阻率的测试。 1. 绝缘材料电阻与电阻率测试 介质材料的试样上安放两个电极，在其间施加一定的直 流电压U时，测量电极间就有电流I流过，电压U与电流I 的比值，称作绝缘电阻R,即R=U/I。 电极间流过的电流I包括沿试样表面流动的泄漏电流Is和 穿过介质内部的电导电流Iv两部分。为详细评价材料的导 电性质，把电压U与表面泄漏电流Is的比值称作表面电阻 Rs,而把电压U与体内电导电流Iv的比值称作体积电阻Rv ,即

Rs U I s

Rv U Iv

材料绝缘电阻R是其表面电阻Rs和体积电阻Rv的并联 值，这三个电阻值均与测量电极的大小、形状有关，因此 ，给出测量结果时应同时表明测量电极的参数。 为定量描述材料的导电性质，摆脱测量值对测量电极 参数的依赖关系，引入表面电阻率和体电阻率的概念。

表面电阻率定义为单位宽度、单位长度材料的表面电 阻值，即正方形材料两对边间的表面电阻值，单位为欧姆 ( ),其数值大小与正方形的几何尺寸无关。 体电阻率定义为单位横截面单位长度上材料的体积电 阻值，单位为欧姆· 米。

二、防静电系统静电性能测试技术防静电系统：防静电碗带、防静电服、防静电鞋、地面、接地设施、工作台、储物架、小推车等防静电设施及用品，它们都是实 施静电防护必不可缺少的物质手段。因此，对这些防静电设 施进行静电性能测试，以确保投入使用时其性能合格，对静 电防护效果的影响是直接而又具体的。这种测试是静电防护

测试的重要组成部分。

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