静电测试原理与技术

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1012Ω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。
IEC61340-5-1 1998
Rg 1×105(未穿戴)
7.5×105 Rg 3.5×107(穿戴) 7.5×105 Rg 3.5×107(穿戴) 7.5×105 Re 5.0×106(腕带 7.5×105 Re 5×106(腕带线) 连线端对端测量)
鞋束
5×104 Rg 1×108
电极2 电极1 仪器 电极1 仪器
电极2 导电薄片材料
对地电阻
表面电阻
存放架、运输小车的对地电阻为7.5x105～1.0x109Ω
测试电极 Φ50 2kg 湿滤纸垫 500VDC兆欧表
R
物流车
板状辅助电极
物流车台面对车轮系统电阻测试
手套、指套对地电阻的测试
在进行操作时，防静电手套、指套的外面直接与工件相 接触，并通过其壁和人体泄漏电荷，所以它必须能够耗散静 电，又要使电荷耗散的速度不能太快以防突发放电，这些只 能依靠它在穿着情况下具有合适的对地电阻，测量时，一般 使用2枚φ20mm的平板形金属电极作为与测试导线相接触的 面积。如果上述规定不能实现时，也可使用接线夹子。 在佩戴情况下,一般要求 手套、指套的对地电阻为 7.5x105～1.0x1010Ω 。
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。
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。
C0U 0 U C0 C
C0U 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。
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。
ESD防护工作服静电性能测试
工作服对静电防护的有效性直接依赖于它的表面电阻。
工作服的内、外表面要能够使人体操作中因摩擦等动作所 产生的电荷顺利地到达于人体表面，并最后通过防静电腕 带、鞋袜等泄漏于大地而提供通路，这就要求工作服的设 计应能保持其在穿着状态下与人体直接或间接接触，并自 身具有良好的表面电阻值。为防万一出现不良接触，必要 时，所穿工作服还应设置专门的接地连接点。服装上任意 两点间的电阻为服装的表面电阻值。
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
ห้องสมุดไป่ตู้
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
ZPD-1型静电电位动态测试仪 采用 “信号自屏蔽－电荷耦合” 测试原理，即根据 静电电压的特点，利用静电信号高压电极本身作为传感器 电极，使屏蔽深度与仪器灵敏度要求相一致，避免了一般 静电仪器用接地屏蔽所带来的问题，在提高仪器灵敏度的 同时，仪器的抗干扰能力也得到增强。“电荷耦合”是指 仪器输入端接收的是电荷量，且使电荷量与被测电位成正 比，通过对电荷量的测试得到被测电位的数值。
防静电鞋、袜，也是提供人体静电荷泄漏通道的 主要措施，且能在一旦腕带发生问题（如断路）时或在 不可能使用碗带的情况下，作为一种基本的人体接地方 式。
仪器
防静电鞋袜在穿戴状态下对地电 阻的要求为5×104～1×108Ω。
鞋袜电极
工作椅、存放架、运输小车对地电阻和表面电阻的测试
工作椅应能通过支脚或轮子接地，在正常情况下与工件、人 体接触的表面应由静电耗散材料制作。对地电阻测试，一般以 支脚架、脚轮等作为接地电极，另一电极接于器具表体的某一 点；表面电阻为器具表面上任意两点之间的电阻数值。测试时 应保持电极与被测表面之间良好的电接触。 工作椅的对地电阻为5x105～1.0x1010Ω 、表面电阻（点对点 ）小于等于1.0x1010Ω
人体静电电位测试
近30年来研制的静电电位仪表，按其测试原理可分为接触 式和非接触式两大类型。接触式静电电位仪表输入电阻小、阻 尼大，不能对人体等静电导体的动态电位进行测试，也无法判 断被测人体的电位极性；非接触式静电电位测试仪表以日本的
MH型人体静电电位仪和美制263型高速静电表为代表，其输入 电阻（大于1014Ω）提高了，但仪表指示值μ b仍随时间衰减， 使得测试结果误差很大。DWJ-81型静电电位仪通过将感应探 头换成振动电容式或旋转式，解决了仪器最终指示值不随时间 衰减的问题，同时机械振动的频率限制了仪器对静电电位信号 的正确响应。
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。
R
测试电极 Φ50 2kg 地面（防静电水磨石）
接地母线
三、人体静电参数测试技术
人体由于自身的活动及与周围物体的接触分离，在干 燥环境中常常有几千伏甚至几万伏的静电。当没有形成 火花放电时，自身往往不会有异常感觉。但是，在静电 危险场所，人体作为带电的静电导体，一旦形成能量比 较集中的火花放电，其后果是不堪设想的。因此，国内 外学者普遍认为人体静电是静电防护工程中主要危害源 之一。所以，进行人体静电参数测试，具有十分重要的 应用价值。人体静电参数包括人体静电电位、人体对地 电阻、人体对地电容。
测试的重要组成部分。
ESD防护腕带、鞋束（足跟带）静电性能测试
欧姆表10k档
电缆扣
鳄鱼夹
腕带内表面导电性能测试图
腕带连接电缆系统电阻测试
测试佩戴腕带时系统电阻图
欧姆表10k档
脚跟带（鞋束）系统电阻测试
ESD防护腕带、鞋束（足跟带）静电性能参数
GJB3007-97
腕带
Rg 1×105(从内表面对地 测量)
接缝
A B
C
接缝
E 电极1 仪器
电极1 D E
仪器
A
B
C
D
电极2
对地连接点
服装对地电阻测试原理图
服装表面(点对点)电阻测试原理图
一般要求工作服的表面电阻为7.5x105< R< 1x1010Ω，对 地电阻为7.5x105< R< 1x108Ω。 测试电极为圆柱形，直径50mm，重量2kg。
防静电鞋、袜对地电阻测试
T
L
直接感应式仪表测试原理
CW
Rb
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。
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