CN111693807A

CN111693807A - 测试离子静电消除设备消除性能的方法和装置

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Publication number: CN111693807A
Application number: CN202010517756.9A
Authority: CN
Inventors: 刘斌
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-06-09
Filing date: 2020-06-09
Publication date: 2020-09-22

Abstract

本发明公开了一种测试离子静电消除设备消除性能的方法和装置。该方法通过检测被测试位置的空气电阻来达到实时监测的目的，方便速度快。本发明所述测试离子静电消除设备消除性能的装置包括电极和电阻测试设备，电极连接电阻测试电路，检测现场安装方便，可实时监测离子静电消除设备的工作状态，节省检测时间,保护电子元器件，且检测方便速度快。

Description

测试离子静电消除设备消除性能的方法和装置

技术领域

本发明涉及测试离子静电消除设备消除性能的测试方法以及测试装置。

背景技术

空气离子静电消除设备，如离子风机、离子风嘴、离子棒是常用的离子静电消除设备。这些设备通过电离空气产生正负离子消除被作用物品上的静电。按照行业的一般做法，上述设备的消除静电的能力往往是使用CPM(充电平板监测仪)来进行测试：其基本原理是将CPM的金属平板充电后放置在上述设备电离空气产生了正负离子的环境下，根据CPM的金属平板上电压的变化的时间长短来判断被测试的离子静电消除设备的静电消除性能。

这种方法所使用的仪器，即CPM的体积较大(按照行业标准，充电板大小为15×15cm)，采用CPM的测试方法繁琐且费时(需要通过测试充电平板静电压变化的时间来判断被测离子静电消除设备的性能)。另外，按照相关标准这种原理的测试需要给金属平板充1000V以上的静电，如放在工作区域会直接形成危险的静电源，因此无法适用于离子静电消除设备的实时监测,需停工停产一段时间来进行设备检测。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种测试离子静电消除设备消除性能的方法。该方法可实时监测离子静电消除设备的工作状态，保护电子元器件，且检测方便速度快。

本发明还提供了一种测试离子静电消除设备消除性能的装置。该装置能实时检测离子静电消除设备的离子静电消除性能，且安装简单测试速度快。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种测试离子静电消除设备消除性能的方法：一、检测被测试位置的空气的R₂值；二、根据公式：

计算ρ_v的值，其中S_R为测试装置电极的有效面积，D为测试装置两电极之间的有效距离；三、根据公式：

计算时间t，其中S_c为0.0225m²，l为测试电极与接地导体的距离。

一种测试离子静电消除设备消除性能的装置，包括电极和电阻测试设备，电极连接电阻测试电路。

本发明所述的测试离子静电消除设备消除性能的装置，所述电极是由两个棍状电极构成的双棍式电极，双棍式电极平行指向离子静电消除设备进行测试。

本发明所述的测试离子静电消除设备消除性能的装置，所述双棍式电极的单个电极的横截面形状为正方形，边长3.0mm，棍长100mm。

本发明所述的测试离子静电消除设备消除性能的装置，所述电极是由两个片状电极构成的双片式电极，双片式电极平行指向离子静电消除设备进行测试。

本发明所述的测试离子静电消除设备消除性能的装置，所述双片式电极呈八字形敞口指向离子静电消除设备进行测试。

本发明所述的测试离子静电消除设备消除性能的装置，所述电阻测试设备内设有测试空气电阻R₂的空气电阻测试模块、单片机和显示模块，单片机内设有根据电极结构决定的

以及根据不同的l值对应的K值，单片机可将选择的K值结合设好的

和测得的电阻R₂计算得到时间t，显示模块上可显示时间t。

本发明所述的测试离子静电消除设备消除性能的装置，在所述同一测试电极上分别测试正负离子空气电阻。

与现有技术相比，本发明测试离子静电消除设备消除性能的方法通过检测被测试位置的空气电阻来达到实时监测的目的，方便速度快。本发明所述测试离子静电消除设备消除性能的装置，安装方便，可实时检测，节省检测时间。

附图说明

图1为实施例1测试装置中的双棍式电极。

图2为实施例2测试装置中的双片式电极。

图3为测试装置使用正负电压方式测试空气电导率电路图。

图4为测试装置使用正负极电压与接地零电位间测试空气电导率电路图。

图5为测试装置在测试电极上分别测试正负离子空气电导率电路图。

图6为实施例3测试装置的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

根据现有技术CPM(charged plate monitor)在进行离子静电消除设备测试时，空气电离产生离子后能够消除静电正是因为离子迁移所形成的空气导电效应，因此电导率以及其倒数电阻值能够反映离子静电消除设备的消除静电的特性和能力。

按照孤立导电静电衰减的公式:

在孤立导体电容(C)水平及静电衰减比例

一定时，时间t和电阻值R是线性关联的。

按照目前国际上的离子静电消除设备的测试标准ANSI/ESD STM3.1及IEC61340-4-7,测试所使用的CPM(charged plate monitor)充电金属板的电容水平为20PF，测试的静电衰减为1000—100v的时间，依据前述的孤立导体静电衰减模型计算公式推导出：

t≈4.6051×10^-11R₁

根据电阻率的公式：

R为电阻、S为截面积，在使用CPM进行离子静电消除器测试时S实际为CPM充电板的面积、L为长度，在使用CPM进行离子静电消除器测试时L为CPM充电板至接地导体之间的距离、ρ为电阻率。

按照离子静电消除设备测试标准STM3.1的描述，实验室测试过程除CPM外，周边不存在其他接地物件，此状态下充电板上的静电主要通过充电板和离子静电消除设备间的导通空气泄放的(离子静电消除设备处于接地状态)，因此可近似以此结构进行电阻率的计算:

其中S_c的面积按照CPM充电板的面积计算为15×15cm²＝225cm²＝0.0225m²，空气离子通过离子静电消除设备实现接地导通(离子静电消除设备为接地状态)，l为CPM与离子静电消除设备的测试距离。则：

假设

则t≈kρ_v；因为S_c为固定值(0.0225m²),因此k＝2.04671×10^-9l。实验室测试时，k值在不同的测试距离下计算如表1所列：

表1

在工厂的日常离子静电消除设备测试当中，不太容易保持测试过程中CPM周边无接地物件及其他导体存在，因此可能形成离子化的空气让CPM充电板与周边的导体或接地物件之间形成静电泄放电路，接地导体可以是支撑离子静电消除设备的支架、工作台或设备机台，此时k＝2.04671×10^-9l中的l可以近似以充电板和暴露在离子气体环境的接地导体的距离计算。

如此，仅需知道CPM所处位置的ρ_v就可通过公式计算得到时间t；而不需要采用CPM这种特别耗时的装置。

本发明设计了一种测试装置，利用该测试装置能测试空气的电阻R(导电性)，根据测试装置的电极结构计算出ρ_v，计算采用公式：

其中R₂为测试装置测得数据，S_R为测试装置电极的有效面积，D为测试装置两电极之间的有效距离；测试装置结构固定，所以S_R和D的值一定，只需将R₂测得后就可得到ρ_v。

然后根据所述测试装置位于距离接地导体不同的测试距离，即不同的l位置时，利用公式k＝2.04671×10^-9l计算出k值带入公式：t≈kρ_v就可以计算出相对应的离子静电消除时间了。

本发明所述测试装置可采用下述的测试电路。

根据空气电离导电由正负离子迁移所致的理论，考虑到正负离子均可形成导电性，因此综合性的导电可用下列公式表达：

其中，σ为电导率，

为正负粒子浓度，

为正负粒子平均迁移率，e为粒子带电电荷。

因此我们可以设定两种测试方法，三种测试电路来进行离子静电消除设备静电消除能力的评价：

A.如图3所示，使用正负电压间测试空气电导率(或电阻)，测试结果为σ，不能区分正负离子各自迁移的电导率。

B.如图4所示，正负极电压与接地零电位间分别进行正负离子空气电导率(或电阻)测试。

C.如图5所示，与B为同样的方式，但是在同一测试电极上分别测试正负离子空气电导率(或电阻)。

A方式：测试正负离子综合的导电性能。能够判断离子静电消除设备整体的消电能力，但无法判断正负静电分别的消电能力。虽然无法直接判断正负静电的消除能力，但由于出现正负离子静电消除较大偏差时往往出现明显的偏置电压(或称平衡电压)，因此与偏置电压的测试结合，也可判断离子静电消除设备的工作性能。

离子静电消除设备的偏置电压可在测试电极(加压电极或接地电极)断开导电性测试电路的条件下直接测试其电压水平获得。

B方式：测试正负离子分别的导电性能。虽然可直接测试出正负静电的消除能力，但在实际测试当中难以隔离被测试的空气在正负极之间直接形成的回路，因此实现难度较高。

C方式：正负离子的导电性测试通过电路控制，分别在不同时间进行，可解决正负电极之间直接形成回路的问题，是比较好的方式。

综上所述，本发明所述测试离子静电消除设备消除能力的方法为：

一、检测被测试位置的空气的R₂值。

二、根据公式：

计算ρ_v的值，其中S_R为测试装置电极的有效面积，D为测试装置两电极之间的有效距离。

三、根据公式：

实施例1

如图1所示，本发明所述测试装置包括双棍式电极和电阻测试设备，电极材料为阻值低于1000MΩ的材料制成，基座以阻值超过10000GΩ的绝缘材料或绝缘结构制作，以保持足够的绝缘性。电极连接电阻测试电路。该电极的S_R以单个电极的外表面积计算，D以两个棍形电极边缘最近距离计算。测试时电极放置在测试标准ANSI/ESD STM3.1及IEC61340-4-7中CPM充电板放置的位置，双棍平行指向离子静电消除设备进行测试。

实施例2

本发明所述测试装置包括如图2所示的双片式电极和电阻测试设备，电极材料为阻值低于1000MΩ的材料制成，基座以阻值超过10000GΩ的绝缘材料或绝缘结构制作，以保持足够的绝缘性。电极连接电阻测试电路。该电极的S_R以单个片状电极的双侧总外表面积计算，D以两个片状电极中心点距离计算。测试时电极放置在测试标准ANSI/ESD STM3.1及IEC61340-4-7中CPM充电板放置的位置，双片式电极平行或呈八字形敞口指向离子静电消除设备进行测试。

实施例3

如图6所示，本发明所述测试装置内设有测试空气电阻R₂的空气电阻测试模块、单片机和显示模块，单片机设有根据电极结构决定的

以及表1所列的根据不同的l值对应的k值，可选择k值结合设好的

和测得的电阻R₂，计算后直接在装置上显示时间t。使操作人员能更直观的看到离子静电消除设备的性能。

实施例4

根据实施例1所述的双棍式电极的测试装置，其具体数据如下：

单个电极的横截面形状为正方形，边长3.0mm，棍长100mm，有效面积为4ⅹ3.0mmⅹ100mm＝1200mm²＝12.0cm²，双棍之间距离22mm，公式计算

为0.0545m。

测试市面上两个品牌的离子静电消除设备(离子风机)周边不同位置的静电消除时间，使用CPM和上述双棍式电极的测试装置在相同的位置分别测试进行对比，该不同的位置都与接地导体距离15cm。采用l＝0.15m对应k值计算双棍式电极的测试装置正负离子静电消除时间数据与相同测试点使用CPM测试的数据对比如下：

品牌A离子风机测试数据

品牌B离子风机的测试数据

从上面数据看该实施例测试的数据与CPM测试的数据虽不一致，但整体可以反应出离子静电消除设备的消电能力。实践当中，CPM本身的测试数据也存在一定的波动性，在同一测试点的数据波动可达10～50％，因此本发明所述测试方法和测试设备可以取代CPM对离子静电消除设备的消电能力进行测试。

本发明所述的测试离子静电消除设备消除性能的方法和装置在测试离子静电消除设备的性能时可直接测得，不需要等待静电衰减，节省时间；并且在离子静电消除设备工作时也可实时检测其工作性能，随时掌握设备的工作状态，避免在未发现离子静电消除设备出问题时而导致的产品损坏。所述测试装置相比现有的CPM装置来说体积小，更方便安放。

Claims

1.一种测试离子静电消除设备消除性能的方法，其特征在于：本发明所述测试离子静电消除设备消除能力的方法为：

一、检测被测试位置的空气的R₂值；

二、根据公式：

计算ρ_v的值，其中S_R为测试装置电极的有效面积，D为测试装置两电极之间的有效距离；

三、根据公式：

2.根据权利要求1所述方法测试离子静电消除设备消除性能的装置，其特征在于：所述测试装置包括电极和电阻测试设备，电极连接电阻测试电路。

3.根据权利要求2所述的测试离子静电消除设备消除性能的装置，其特征在于：所述电极是由两个棍状电极构成的双棍式电极，双棍式电极平行指向离子静电消除设备进行测试。

4.根据权利要求3所述的测试离子静电消除设备消除性能的装置，其特征在于：所述双棍式电极的单个电极的横截面形状为正方形，边长3.0mm，棍长100mm。

5.根据权利要求2所述的测试离子静电消除设备消除性能的装置，其特征在于：所述电极是由两个片状电极构成的双片式电极，双片式电极平行指向离子静电消除设备进行测试。

6.根据权利要求5所述的测试离子静电消除设备消除性能的装置，其特征在于：所述双片式电极呈八字形敞口指向离子静电消除设备进行测试。

7.根据权利要求2所述的测试离子静电消除设备消除性能的装置，其特征在于：所述电阻测试设备内设有测试空气电阻R₂的空气电阻测试模块、单片机和显示模块，单片机内设有根据电极结构决定的

和测得的电阻R₂计算得到时间t，显示模块上可显示时间t。

8.根据权利要求2至7任意所述的测试离子静电消除设备消除性能的装置，其特征在于：在所述同一测试电极上分别测试正负离子空气电阻。