CN117751293A - 放电电荷量测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供难以受到感应电压的影响并能够测定更准确的放电电荷量的装置。上述装置具备：检测端子2，使与测定对象物1接触；电容器3，一个端子3a被与检测端子2连接，且另一个端子3b被接地；电阻体5，被并联连接于电容器3；电压测定单元4，测定电容器3的端子间电压；峰值检测单元6，检测由电压测定单元4测定到的电压值的峰值；以及转换部件7，将由峰值检测单元6检测到的峰值转换为电荷量，峰值检测单元6具备按预先设定的每个采样时间Δt对由上述电压测定单元4测定到的端子间电压进行采样、将采样到的电压值的最高值确定为峰值的功能，电容器3的静电容量C、电阻体5的电阻值R以及采样时间Δt分别在满足C×R＞Δt的范围内被设定。

Description

放电电荷量测定装置

技术领域

本发明涉及测定带电物体放电时的放电电荷量的放电电荷量测定装置。

背景技术

以往，已知测定从带静电的物体发生了放电时的电荷量的装置。

例如，如图4所示的放电电荷量测定装置具备电压测定部4，该电压测定部4将电容器3串联地连接到临近带电物体1的检测端子2，并测定电容器3的端子3a、3b间的电压，将该电压测定部4检测到的电压通过未图示的转换部件转换为电荷量。在这样的测定装置中，当使检测端子2的前端2a接近带电物体1时，前端2a和带电物体1之间的电场变大，当该电场超过放电开始电场强度时，发生从带电物体1向检测端子2的放电。

通过该放电而从带电物体1流向检测端子2侧的电荷被充电到电容器3。通过测定电容器3的端子3a、3b间的电压V来检测该充电电荷量。具体地，对被检测的端子间电压乘以电容器3的静电容量，计算放电电荷量。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-212208号公报

发明内容

发明要解决的课题

上述测定装置在使检测端子2的前端2a接近带电物体1的过程中，通过带电物体1的电荷在电容器3发生感应电压。

例如，在带电物体1带正电的情况下，当前端2a接近带电物体1时，检测端子2内的负电荷被带电物体1的正电荷吸引。从而，正的电荷被感应到电容器3的一方的端子3a侧。因此，在电容器3的端子3a、3b间发生正的感应电压。

这样，即使来自带电物体1的放电未发生，也导致在电容器3的端子3a、3b间发生感应电压。因此，在实际发生了放电时的、由放电电荷量发生的电容器的端子3a、3b间的电压受到上述感应电压的影响，其结果，无法正确地测定放电电荷量。

本发明的目的在于提供能够正确地、简单地测定测定对象物的放电电荷量的放电电荷量测定装置。

用于解决课题的手段

在第一发明中，具备：检测端子，使与静电带电的测定对象物接触；电容器，一个端子被与所述检测端子连接，且另一个端子被接地；电阻体，被并联连接于所述电容器；电压测定单元，测定所述电容器的端子间电压；峰值检测单元，检测由所述电压测定单元测定到的电压值的峰值；以及转换部件，将由所述峰值检测单元检测到的所述峰值转换为电荷量，所述峰值检测单元具备如下的功能：按预先设定的每个采样时间Δt对由所述电压测定单元测定到的端子间电压进行采样，将采样到的电压值的最高值确定为峰值，所述电容器的静电容量C、所述电阻体的电阻值R、以及所述采样时间Δt分别在满足C×R＞Δt的范围内被设定。

在第二发明中，具备：检测端子，使与静电带电的测定对象物接触；电容器，一个端子被与所述检测端子连接，且另一个端子被接地；电阻体，被并联连接于所述电容器；电压测定单元，测定所述电容器的端子间电压；转换部件，将由所述电压测定单元测定到的电压值转换为电荷量；以及峰值检测单元，检测由所述转换部件所转换的电荷量的峰值，所述峰值检测单元具备如下的功能：按预先设定的每个采样时间Δt对由所述转换部件所转换的电荷量进行采样，将采样到的电荷量的最高值确定为峰值，所述电容器的静电容量C、所述电阻体的电阻值R、以及所述采样时间Δt分别在满足C·R＞Δt的范围内被设定。

在第三发明中，所述静电容量C、所述电阻值R以及所述采样时间Δt满足C·R≥50×Δt。

在第四发明中，上述静电容量C以及上述电阻值R是β≥C×R，上述β是10^-3[秒]≤β≤1[秒]。

发明效果

根据第一、第二发明，在将检测端子接近带电物体的过程中被感应的电荷能够经由电阻体向接地(earth)逃逸，能够防止由放电发生的电容器的端子间电压受到感应电压的影响。进而，通过电容器的端子间电压的衰减时间常数成为比采样时间Δt大，从而设定电容器的静电容量C以及电阻体的电阻值R，因此能够更准确地确定电容器的端子间电压的峰值。其结果，能够正确地测定在电容器中被积蓄的电荷量。

根据第三发明，能够更准确地检测电压的峰值，能够正确地测定放电电荷量。

根据第四发明，在电容器中被积蓄的电荷快速衰减，能够进行连续的测定。

附图说明

图1是实施方式的放电电荷量测定装置的电路图。

图2是示出电容器的端子间电压的变化的坐标图。

图3是示出使用了实施方式的放电电荷量测定装置的电荷量的测定结果的坐标图。

图4是以往的电荷量测定装置的电路图。

具体实施方式

[实施方式]

对本发明的一实施方式进行说明。图1是实施方式的放电电荷量测定装置的电路图，图2是示出实施方式的电容器的端子间电压的变化的坐标图，图3是示出了使用了实施方式的放电电荷量测定装置的电荷量的测定结果的坐标图。

如图1所示，本实施方式的放电电荷量测定装置具备将前端2a形成为难以发生电晕放电的形状的检测端子2，且具备对该检测端子2连接一个端子3a并将另一个端子3b接地的电容器3。而且，与以往同样地，具备作为测定电容器3的端子间电压的电压测定单元的电压测定部4。其中，在该实施方式中，电阻体5被并联地连接于电容器3。

而且，上述电容器3的静电容量是C[F]、电阻体5的电阻值是R[Ω]。

另外，难以发生上述电晕放电的形状指的是来自带电物体1的放电不会在前端等的周围持续的电晕放电的形状。具体地，是直径为20[mm]以上的球形。这样，通过增大检测端子2的前端2a的直径，球表面的曲率变小，即使使检测端子2的前端2a接近带电物体1，来自带电物体1的电场也不集中于前端2a的球形表面的一处。因此，在检测端子2的前端2a附近难以发生电晕放电，从带电物体1发生脉冲状的放电。

如果当增大检测端子2的曲率时，来自带电物体1的电场集中于检测端子2的球面一处，导致在发生脉冲状的放电之前发生了电晕放电。在这种情况下，测定通过电晕放电使带电物体1的带电电荷释放之后发生的脉冲状的放电的放电电荷量，因此无法正确地测定与带电物体1所保持的电荷量相当的、脉冲状的放电的放电电荷量。即，在本实施方式中，将检测端子2的前端2a形成为难以发生电晕放电的形状，是为了能够进行从带电物体1发生的一个脉冲状的放电的放电电荷量的测定。从而，与带电物体1对向的一侧的面如果不具有曲率小的曲面等尖锐的部分，则检测端子2的前端2a也可以不是球形。

此外，在上述电压测定部4连接峰值检测部6，该峰值检测部6是检测由电压测定部4测定到的电压值的峰值并保持的峰值检测单元，且连接转换部7(转换单元)，该连接转换部7将由该峰值检测部6所检测的电压的峰值转换为电荷量。进而，具备输出由转换部7转换的电荷量的值的输出部8。

上述电压测定部4具备连续地检测电容器3的端子3a、3b间的电压的功能。峰值检测部6具备按采样时间Δt对由电压测定部4所检测的电压值进行反复采样，并将最高值确定为峰值Vp的功能。具体地，峰值检测部6在测定开始时对电压值V₁进行采样并保持其电压值V₁，在其采样时间Δt之后再次对电压值V ₂进行采样，并在一定时间反复进行将该电压值V ₂和V₁进行比较来保持大的一方的值而删除另一方，将其间的最大值确定为峰值Vp。

而且，在本实施方式的放电电荷量测定装置中，C×R≥采样时间Δt。

上述C×R相当于：通过放电电荷被充电而上升的电容器3的端子间电压从最大电压V0起衰减时的时间常数τ[S]。时间常数τ是指数函数地衰减的电容器3的端子间电压从最大电压V0衰减到其36.8％的电压V1的时间(参考图2)。

此外，上述转换部7将由峰值检测部6确定并保持的电压的峰值Vp转换为电荷量Q并向输出部8输出。转换部7基于上述峰值Vp和上述电容器3的静电容量C，计算电荷量Q＝C×Vp。

输出部8具备显示或记录被输入的电荷量Q的值的功能。

另外，在本实施方式中，设电容器3的静电容量C＝1[μF]、电阻体5的电阻值R＝100[kΩ]、采样时间Δt＝2[mS]。即，在本实施方式中，时间常数τ＝C×R是采样时间Δt的50倍。

[作用·效果等]

对如上述这样构成的本实施方式的放电电荷量测定装置的作用等进行说明。

在测定带电物体1的放电电荷量时，将检测端子2的前端2a接近带电物体1的表面直至来自带电物体1的放电发生的距离为止。

在该过程中，通过带电物体1的电荷，在检测端子2内吸引与带电物体1相反极性的电荷，在电容器3的一个端子3a感应与带电物体1相同极性的电荷。但是，在本实施方式中，电阻体5与电容器3并联地连接，因此在电容器3中积蓄的电荷经由电阻体5流向接地。

这样地感应电荷流向接地，因此基于感应电荷的电容器3的端子3a、3b间的电压几乎不上升，几乎保持为零。

当上述前端2a接近一定程度以上时，从带电物体1发生脉冲状的放电，放电电荷瞬间地从检测端子2流入而电容器3被充电。此时在电容器3中积蓄的电荷是基于放电的电荷，几乎不受到基于感应电荷的感应电压的影响。从而，通过测定电容器3的端子间电压，能够确定对应的放电电荷量。

此外，在电容器3中暂时积蓄的放电电荷也随着时间而经由电阻体5流向接地，因此导致电容器3的端子间电压V如图2所示地衰减。因此，峰值检测部6如以下这样地检测电容器3的端子间电压的峰值Vp并保持。

峰值检测部6按每个采样时间Δt、在此2[mS]而对由上述电压测定部4测定到的电容器3的端子间电压V进行采样。而且，与采样到的端子间电压V对比，确定峰值Vp并输入到转换部7。

由峰值检测部6确定并保持了的峰值Vp被输入的转换部7对上述峰值Vp乘以电容器3的静电容量C而计算电荷量，并输出到输出部8。在上述转换部7中，电容器3的静电容量C的值被预先设定。

在本实施方式中，使感应电荷经由电阻体5流向接地，因此被测定的端子间电压未像以往那样受到感应电荷的影响。

此外，使峰值检测部6的采样时间Δt为电容器3的静电容量C和电阻体5的电阻值R之积即时间常数τ的50分之1，因此能够正确地检测峰值Vp。

在以下说明其理由。

图2是电容器3的端子间电压V的变化的坐标图。在发生了来自带电物体1的放电的瞬间t ₀，放电电荷一下流入电容器3而端子间的电压上升到V0。之后，电荷从电容器3经由电阻体5流向接地，端子间电压V衰减。而且，在时刻t ₁，衰减到最大电压V0的36.8[％]。从该时刻t ₀到t ₁的时间是上述时间常数τ。

在这样地端子间电压V衰减的过程中，峰值检测部6按每个采样时间Δt＝2[mS]对端子间电压V进行采样。

另一方面，电容器3的端子间电压衰减的时间常数是τ＝100[mS]。对此，峰值检测部6在上述采样时间Δt＝2[mS]执行采样，因此在时间常数τ的时间内基于50次采样来确定峰值Vp并保持。

这样，在最大电压V0衰减到V1为止之间进行50次采样而峰值检测部6检测峰值Vp，因此被检测到的Vp接近最大电压V0。

以下，对使用了本实施方式的放电电荷量测定装置的电荷量测定结果进行说明。

在该实验中，代替上述带电物体1，对市售的膜电容器充电已知的值的电荷量而使用。在实验中使用的电荷量是-10000[nC]～+10000[nC]，对膜电容器逐次赋予±500[nC]和±1000[nC]～1000[nC]。

而且，使检测端子2的前端2a接触充电的膜电容器而放电，测定了此时的放电电荷量。

该测定结果如图3的坐标图所示。该坐标图将横轴设为膜电容器的充电电荷量Q₁，将纵轴设为测定值Q _m。

如图3所示，实施方式的放电电荷量测定装置的测定值Q _m和膜电容器的充电电荷量Q₁一致，能够确认该放电电荷量测定装置的可靠性。

在实施方式的放电电荷测定装置中，与电容器3并联地设置与接地连接的电阻体5，与时间常数τ相比将采样时间Δt变小，因此能够更高精度地测定放电电荷量。

采样时间Δt如果小，则越小越能确定接近最大电压V0的值，即正确的峰值Vp。其中，采样时间Δt如果小于时间常数τ，则时间常数τ内的采样至少执行1次，考虑到得到充分的检测精度，如上述那样如果是50分之1，则能进一步提高精度。

此外，时间常数τ能够通过静电容量C以及电阻值R来设定，因此也能够根据峰值检测部6的采样时间Δτ来调整时间常数τ。

但是，在测定反复电荷量时，必须使在电容器3中积蓄的电荷每次都流向接地。从而，时间常数τ过大，上述端子间电压的衰减时间被设定长的测定装置不适于反复的电荷量测定。

上述端子间电压V从最大电压V0到几乎为零为止的时间是时间常数τ的大约5倍，因此例如上述这样如果时间常数τ＝100[mS]，则在大约500[mS]中电容器3为空。此外，即使时间常数τ＝200[mS]，在大约1[S]中电容器3为空，因此也能够进行以1[S]间隔的测定。

进而，为了测定大的放电电荷量，必须增大电容器3的静电容量C。但是，在静电容量C与放电电荷量相比过大的情况下，有时端子间电压过小而检测精度下降。此外，通过电容器3的端子间电压的绝对值的大小，需要具有对应的能力的峰值检测部6、转换部7、输出部8。

从而，上述电容器3的静电容量C、上述电阻体5的电阻值R、以及上述采样时间Δt分别根据使用目的等，在满足C×R>Δt的范围内设定即可。

另外，在上述实施方式中，峰值检测部6在确定端子间电压的峰值Vp并保持后，将该值转换为电荷量，但也可以将电压测定部4的测定值直接转换为电荷量，之后检测电荷量的峰值并保持。

在该情况下，在如图1所示的电压测定部4和峰值检测部6之间连接转换部7。

工业上的可利用性

能够简单且正确地测定来自带电物体的放电电荷量。

附图标记说明

1测定对象物；2检测端子；2a(检测端子的)前端；3电容器；3a、3b(电容器的)端子；4(电压测定单元)电压测定部；5电阻体；6(峰值检测单元)峰值检测部；7转换部。

Claims (4)

1.一种放电电荷量测定装置，具备：

检测端子，使与静电带电的测定对象物接触；

电容器，一个端子被与所述检测端子连接，且另一个端子被接地；

电阻体，被并联连接于所述电容器；

电压测定单元，测定所述电容器的端子间电压；

峰值检测单元，检测由所述电压测定单元测定到的电压值的峰值；以及

转换部件，将由所述峰值检测单元检测到的所述峰值转换为电荷量，

所述峰值检测单元具备如下的功能：按预先设定的每个采样时间Δt对由所述电压测定单元测定到的端子间电压进行采样，将采样到的电压值的最高值确定为峰值，

所述电容器的静电容量C、所述电阻体的电阻值R、以及所述采样时间Δt分别在满足C×R＞Δt的范围内被设定。

2.一种放电电荷量测定装置，具备：

检测端子，使与静电带电的测定对象物接触；

电容器，一个端子被与所述检测端子连接，且另一个端子被接地；

电阻体，被并联连接于所述电容器；

电压测定单元，测定所述电容器的端子间电压；

转换部件，将由所述电压测定单元测定到的电压值转换为电荷量；以及

峰值检测单元，检测由所述转换部件所转换的电荷量的峰值，

所述峰值检测单元具备如下的功能：按预先设定的每个采样时间Δt对由所述转换部件所转换的电荷量进行采样，将采样到的电荷量的最高值确定为峰值，

所述电容器的静电容量C、所述电阻体的电阻值R、以及所述采样时间Δt分别在满足C·R＞Δt的范围内被设定。

3.如权利要求1或权利要求2所述的放电电荷量测定装置，其中，

所述静电容量C、所述电阻值R以及所述采样时间Δt满足C·R≥50×Δt。

4.如权利要求1至权利要求3中任一项所述的放电电荷力测定装置，其中，

所述静电容量C以及所述电阻值R是β≥C×R，

所述β是10^-3[秒]≤β≤1[秒]。