CN106443544A - 一种非接触式静电表校准装置和方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种非接触式静电表校准装置和方法，使校准时非接触式静电表前端面和标准平板电极之间处于标准距离，提高静电表位置精度，减小校准装置测试量不确定性差别。本申请非接触式静电表校准装置，包括标准平面电极、平板、位移平台、固定部件、深度尺；电气部分包含高压电压源、电压表、分压器、保护电阻。本申请非接触式静电表校准方法，包含静电表安装、标准距离标定、静电表定位、电压测试的过程。本发明增加了非接触式静电表测量时的稳定性、提高测量值稳定度；作为本发明的最佳实施例，使标准距离精度达到0.01mm、校准不确定度小于0.5％。

Description

一种非接触式静电表校准装置和方法

技术领域

本申请涉及测试和计量技术，特别是涉及一种对非接触式静电表进行校准的装置和方法。

背景技术

对绝缘物体表面的静电电压，必须使用非接触式的静电表来测量。非接触式静电表在测试和校准时，用静电表的前端面靠近被测物，在标准距离时测量的值最准确。在使用静电表进行测试时，静电表与被测物之间的距离不准确会导致误差。

在对静电表进行校准时，一般使用标准平板电极，用距离调节器改变静电表与标准平板电极之间的相对距离，直至静电表前端与标准平板电极之间的距离为标准距离。但是，在对静电表进行校准时，被校的非接触式静电表的距离调节不方便，实际距离的测量准确度低，也无法保证被校的非接触式静电表前端面平行于标准平板电极，进而导致校准装置测量不确定差为2％-5％，无法满足高精度静电表校准要求。

发明内容

本发明提供一种非接触式静电表校准装置和方法，使校准时非接触式静电表前端面和标准平板电极之间处于标准距离，提高静电表位置精度，减小校准装置测试量不确定性差别。

本申请的实施例提供一种非接触式静电表校准装置，包括标准平面电极、平板、位移平台、固定部件、深度尺；所述标准平面电极与所述平板机械连接；所述标准平面电极与所述平板相垂直；所述位移平台可调节，在平行于所述平板所在平面且垂直于所述标准平面电极所在平面的方向移动；所述固定部件位于所述位移平台的顶部，用于固定所述非接触式静电表；所述深度尺位于所述位移平台的顶部，所述深度尺度的测量方向与所述标准平面电极相垂直；所述深度尺的测试端面与所述标准平面电极平行。

作为本发明装置进一步优化的实施例，所述固定部件包含槽状部件、至少一只夹紧螺栓；所述槽状部件永久性安装于所述位移平台的顶部，所述槽状部件的至少一个侧面有至少一个穿透螺孔，所述夹紧螺栓与所述穿透螺孔相配合；所述固定部件用于固定所述非接触式静电表时，所述非接触式静电表的测试端面与所述标准平面电极平行。

优选地，所述位移平台可调节，在平行于所述平板所在平面且平行于所述标准平面电极所在平面的方向移动。

优选地，所述位移平台的顶部可调节，在垂直于所述平板所在平面的方向移动。

作为本发明进一步优化的实施例，所述非接触式静电表校准装置还包含支架、绝缘垫；所述支架用于机械连接所述平板和所述标准平面电极；所述绝缘垫用于电隔离所述标准平面电极。

进一步地，本发明所述非接触式静电表校准装置还包含高压源、电压表；所述高压源用于输出高压；所述高压源的输出通过电缆连接于所述标准平面电极的输入端；所述电压表用于测试所述高压源输出到所述标准平面电极的电压。

优选地，本发明所述非接触式静电表校准装置还包含高压分压器；所述高压分压器连接于所述高压源的输出端，用于降低输入到所述电压表的电压。

优选地，本发明所述非接触式静电表校准装置还包含保护电阻；所述电阻通过电缆连接所述高压源的输出端和所述标准平面电极的输入端。

本申请的实施例提供一种非接触式静电表校准方法，用于本发明任意一项实施例所述非接触式静电表校准装置。所述方法包括以下步骤：

将所述非接触式静电表固定在所述位移平台的顶部，所述非接触式静电表的测试端面与所述标准平面电极平行；

调节所述深度尺，使所述深度尺的测试端面和所述非接触式静电表的测试端面共面；调节所述深度尺，使所述深度尺的测试端面伸出的相对刻度等于标准距离D；

调节所述位移平台，沿垂直于所述标准平面电极的方向移动，使所述深度尺的测试端面与所述标准平面电极接触；调节所述深度尺，使所述深度尺的测试端面远离所述标准平面电极；

用高压源输出直流高压至所述标准平面电极，用电压表测量所述标准平面电极的电压，得到标准电压值；用所述非接触式静电表测试所述标准平面电极的电压，得到静电表示值；比较所述标准电压值和所述静电表示值，得到校准误差。

优选地，本发明实施例中，用于判断所述深度尺的测试端面与所述标准平面电极接触的方法是：用万用表连接所述标准平面电极和所述深度尺；所述万用表测试值表示所述标准平面电极和所述深度尺导通。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果本发明的位移平台可前后上下调节，能够保证非接触式准的非接触式静电表对准标准平面电极的中心区域；非接触式静电表被固定部件安装在所述位移平台的顶部，避免手持时的抖动，增加稳定性，静电表在移动时能够使测量端面与标准平面电极保持平行，提高测量稳定度；本发明的实施例结合深度尺标定静电表和标准平面电极之间的距离为标准距离，测量精度高，尤其是在使用万用表判断深度尺与标准平面电极接触，使标准距离精度达到0.01mm。本发明的方案校准结果不确定度小，结合使用高稳定度的高压源，能使校准不确定度小于0.5％。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明装置包含机械部分的实施例示意图；

图2为本发明装置固定部件的实施例示意图

图3为本发明装置俯视图；

图4为本发明装置包含电气部分的实施例示意图；

图5为本发明的方法实施例流程图；

图6为本发明工作状态位置图；

(a)调节深度尺，使深度尺测试端面伸出标准距离D；

(b)调节位移平台，使深度尺测试端面与标准平面电极接触；

(c)调节深度尺，使深度尺测试端面远离标准平面电极。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

图1为本发明装置包含机械部分的实施例示意图；本发明的装置包含一机械部分4，所述机械部分4包括标准平面电极41、平板44、位移平台46、固定部件48、深度尺47；所述标准平面电极与所述平板机械连接；所述标准平面电极与所述平板相垂直；所述位移平台可调节，在平行于所述平板所在平面且垂直于所述标准平面电极所在平面的方向移动(前后移动)；所述固定部件位于所述位移平台的顶部461，用于固定所述非接触式静电表49；所述深度尺位于所述位移平台的顶部，所述深度尺度的测量方向与所述标准平面电极相垂直；所述深度尺的测试端面471与所述标准平面电极平行。

优选地，所述位移平台可调节，在平行于所述平板所在平面且平行于所述标准平面电极所在平面的方向移动(左右移动)。优选地，所述位移平台的顶部可调节，在垂直于所述平板所在平面的方向移动(上下移动)。所述位移平台的作用主要是保证非接触式准静电表与标准平面电极的中心对正，及调整测量距离。优选地，所述位移平台前后移动距离0-120mm；以中心为基线左右移动0-40mm；以中心为基线，上下移动0-10mm。

所述位移平台，是由多个子部件构成的活动装置，例如采用螺旋微动装置驱动，为现有技术。一般地，为多层部件组合，每层部件可实现一维平移。位移平台的顶部水平。

所述标准平面电极41是一个均匀带电平板。当所述标准平面电极的尺寸很大、靠近中心时，电场近似平行电场。作为最佳实施例，所述标准平面电极选取铝质材料极板，其特点为价格低、导电性好、电场恒定。所述标准平面电极的背侧中心位置有高压输入端411(见图3)。优选地，标准平面电极直径为500mm，厚度为20mm，经实验其对测试值影响小，可保持数值的一致性。

作为本发明进一步优化的实施例，所述非接触式静电表校准装置还包含支架43、绝缘垫42；所述支架用于机械连接所述平板44和所述标准平面电极41；所述绝缘垫用于电隔离所述标准平面电极。

所述绝缘垫42用于支撑固定标准平面电极。优选地，它采用聚四氟乙烯材料制作，其绝缘电阻达到1E11Ω-1E12Ω。绝缘垫的主要作用是隔绝高压，防止高压从标准平面电极泄漏到三维移动平台的其他部件。

所述支架43用于支撑固定绝缘垫，从而固定标准平面电极。优选地，它采用玻璃钢材料，绝缘电阻达到1TΩ。所述支架为“U”形，其几何形状和绝缘材料对周围电场分布无影响。

所述平板44用于安装所述支架、位移平台、支脚等；采用不锈钢材料。

作为本发明进一步优化的实施例，还包含支脚45，所述支脚为4个，用于支撑整个机械部分。优选地，支脚采用不锈钢材料，下部装有可移动滑轮，方便移动。

图2为本发明装置固定部件的实施例示意图。所述固定部件作用为固定非接触式静电表，固定平台有夹紧装置，能够将非接触式静电表夹紧固定。作为本发明装置的一个实施例，所述固定部件包含槽状部件481、至少一只夹紧螺栓482；所述槽状部件481永久性安装于所述位移平台的顶部461，所述槽状部件的至少一个侧面有至少一个穿透螺孔483，所述夹紧螺栓与所述穿透螺孔相配合；当所述夹紧螺栓穿过螺孔并向内旋进时，将所述静电表夹紧固定。所述固定部件用于固定所述非接触式静电表时，所述非接触式静电表的测试端面491与所述标准平面电极平行。

图3为本发明装置机械部分的俯视图(示意图)。图中表示了固定部件48、非接触式静电表49、深度尺47安装位置，并表示出了非接触式静电表测试端面491、深度尺测试端面471。

所述深度尺47，用作确定非接触式静电表的测量距离。深度尺的尺身与静电表测试方向平行，都垂直于标准平面电极。优选地，所述深度尺选用电子测量装置，可清零后对进深进行测量，测量误差达到0.01mm。

所述深度尺固定安装于所述位移平台顶面，作为实施例，使用螺钉固定深度尺的尺框、及电子数据显示部件，保持尺身可自由伸缩。

当非接触式静电表49被所述固定部件安装在所述位移平台顶部时，所述非接触式静电表的测试端面491朝向所述标准平面电极。所述非接触式静电表测试端面491和所述深度尺的测试端面471平行或共面，当所述二测试端面共面时，二测试端面与所述标准平面电极的距离相同。

图4为本发明装置包含电气部分的实施例示意图。本发明所述非接触式静电表校准装置还包含电气部分，所述电气部分包括高压源1、电压表3；所述高压源用于输出高压；所述高压源的输出通过电缆连接于所述标准平面电极的输入端411；所述电压表用于测试所述高压源输出到所述标准平面电极的电压。

优选地，本发明所述非接触式静电表校准装置还包含高压分压器2；所述高压分压器连接于所述高压源的输出端，用于降低输入到所述电压表的电压。

优选地，本发明所述非接触式静电表校准装置还包含保护电阻5；所述电阻通过电缆连接所述高压源的输出端和所述标准平面电极的输入端。

所述高压源1用于产生直流高压。所述高压源将交流电压通过整流元件整流而获得直流电压，以倍压电路为基本单元电路，多级串接而成。为了提高高压源的稳定度和减小输出电压的波动，高压源可以采用带有负反馈回路闭环控制线路。优选地，所述高压源纹波电压为0.3％，电压稳定度0.05％/20min。

所述分压器2用于对高压电压源的输出进行分压，使电压便于测量。一般地，高压分压器采用直流电阻分压器原理。选用高精度高阻及电容，输入阻抗30GΩ、分压比10000:1，分压器低压臂装入接地的金属屏蔽盒，信号电缆采用屏蔽电缆。低电压监测端采用BNC接头，减小外界对电压测量的干扰。优选地，所述分压器的允许误差限为±0.1％。

所述电压表3用于测量直流电压值，优选地，所述电压表用型号为34401A的数字电压表，直流电压的测量误差0.05％，输入阻抗大于10MΩ，能够精确测量转换后的直流电压值。

所述保护电阻5用于限制高压源对地短路电流小于5mA，且功率满足要求。

图5为本发明的方法实施例流程图

包括以下步骤：

步骤1、静电表安装

步骤11、将所述非接触式静电表固定在所述位移平台的顶部，所述非接触式静电表的测试端面与所述标准平面电极平行(参见图3)；

步骤2、标准距离标定

步骤21、调节所述深度尺，使所述深度尺的测试端面和所述非接触式静电表的测试端面共面，此时将深度尺的刻度值清零；

步骤22、调节所述深度尺，深度尺的刻度值为D，使所述深度尺的测试端面伸出的相对刻度等于标准距离D，参见图6(a)；

步骤3、静电表定位

步骤31、调节所述位移平台，沿垂直于所述标准平面电极的方向移动，使所述深度尺的测试端面与所述标准平面电极接触，参见图6(b)；

步骤32、调节所述深度尺，使所述深度尺的测试端面远离所述标准平面电极，参见图6(c)；

步骤4、电压测试

步骤41、用高压源输出直流高压至所述标准平面电极，用电压表测量所述标准平面电极的电压，得到标准电压值；

步骤42、用所述非接触式静电表测试所述标准平面电极的电压，得到静电表示值；

步骤43、比较所述标准电压值和所述静电表示值，得到校准误差。

优选地，本发明实施例步骤31中，用于判断所述深度尺的测试端面与所述标准平面电极接触的方法是：用万用表连接所述标准平面电极和所述深度尺；所述万用表测试值表示所述标准平面电极和所述深度尺导通。作为最佳实施例，使用具有电阻测量和短路报警功能的数字万用表，当数字万用表的电阻报警响起时，表示深度尺与标准平面电极导通，非接触式静电表与标准平面电极之间的距离被标定为标准距离D。

图6为本发明工作状态位置图，其中图6(a)表示调节深度尺，使得所述深度尺测试端面471和所述非接触式静电表测试端面491之间的距离为标准距离D；图6(b)表示调节位移平台46整体向前移动，直至使深度尺测试端面与标准平面电极接触，此时所述非接触式静电表测试断面491与所述标准平面电极之间的距离即为标准距离D；图6(c)表示调节深度尺，使所述深度尺的测试端面471远离标准平面电极，避免深度尺尖端影响被测区域的电场分布。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种非接触式静电表校准装置，包括标准平面电极、平板、位移平台、固定部件、深度尺，其特征在于，

所述标准平面电极与所述平板机械连接；所述标准平面电极与所述平板相垂直；

所述位移平台可调节，在平行于所述平板所在平面且垂直于所述标准平面电极所在平面的方向移动；

所述固定部件位于所述位移平台的顶部，用于固定所述非接触式静电表；

所述深度尺位于所述位移平台的顶部，所述深度尺度的测量方向与所述标准平面电极相垂直；所述深度尺的测试端面与所述标准平面电极平行。

2.如权利要求1所述非接触式静电表校准装置，其特征在于，

所述固定部件包含槽状部件、至少一只夹紧螺栓；所述槽状部件永久性安装于所述位移平台的顶部，所述槽状部件的至少一个侧面有至少一个穿透螺孔，所述夹紧螺栓与所述穿透螺孔相配合；

所述固定部件用于固定所述非接触式静电表时，所述非接触式静电表的测试端面与所述标准平面电极平行。

3.如权利要求1-2任意一项所述非接触式静电表校准装置，其特征在于，所述位移平台可调节，在平行于所述平板所在平面且平行于所述标准平面电极所在平面的方向移动。

4.如权利要求1-2任意一项所述非接触式静电表校准装置，其特征在于，所述位移平台的顶部可调节，在垂直于所述平板所在平面的方向移动。

5.如权利要求1-2任意一项所述非接触式静电表校准装置，其特征在于，包含支架、绝缘垫；所述支架用于机械连接所述平板和所述标准平面电极；所述绝缘垫用于电隔离所述标准平面电极。

6.如权利要求1-2任意一项所述非接触式静电表校准装置，其特征在于，包含高压源、电压表；所述高压源用于输出高压；所述高压源的输出通过电缆连接于所述标准平面电极的输入端；所述电压表用于测试所述高压源输出到所述标准平面电极的电压。

7.如权利要求6所述非接触式静电表校准装置，其特征在于，包含高压分压器；所述高压分压器连接于所述高压源的输出端，用于降低输入到所述电压表的电压。

8.如权利要求6所述非接触式静电表校准装置，其特征在于，包含保护电阻；所述电阻通过电缆连接所述高压源的输出端和所述标准平面电极的输入端。

9.一种非接触式静电表校准方法，用于权利要求1-8任意一项所述非接触式静电表校准装置，其特征在于，包括以下步骤

将所述非接触式静电表固定在所述位移平台的顶部，所述非接触式静电表的测试端面与所述标准平面电极平行；

调节所述深度尺，使所述深度尺的测试端面和所述非接触式静电表的测试端面共面；

调节所述深度尺，使所述深度尺的测试端面伸出的相对刻度等于标准距离；

调节所述位移平台，沿垂直于所述标准平面电极的方向移动，使所述深度尺的测试端面与所述标准平面电极接触；

调节所述深度尺，使所述深度尺的测试端面远离所述标准平面电极；

用高压源输出直流高压至所述标准平面电极，用电压表测量所述标准平面电极的电压，得到标准电压值；

用所述非接触式静电表测试所述标准平面电极的电压，得到静电表示值；

比较所述标准电压值和所述静电表示值，得到校准误差。

10.如权利要求9所述非接触式静电表校准方法，其特征在于，判断所述深度尺的测试端面与所述标准平面电极接触的方法是

用万用表连接所述标准平面电极和所述深度尺；

所述万用表测试值表示所述标准平面电极和所述深度尺导通。