靜電非導(dǎo)體

靜電非導(dǎo)體，是指體電阻率在1×108Ω·cm以上,能在其上積聚足夠大的靜電電荷并引起各種靜 電現(xiàn)象的材料。

中文名稱

靜電非導(dǎo)體

英文名稱

electrostatic nonconductor

定　　義

體電阻率在1×108Ω·cm以上,能在其上積聚足夠大的靜電電荷并引起各種靜 電現(xiàn)象的材料。

應(yīng)用學(xué)科

煤炭科技（一級學(xué)科），礦山電氣工程（二級學(xué)科），礦山電氣安全（三級學(xué)科）

對物體靜電位（也就是物體的對地電壓）的測量是最基本和最常用的測量。這首先是因為靜電位的高低反映了物體的帶電程度．是衡量靜電危害的重要方面。許多生產(chǎn)工藝都規(guī)定了不致引起靜電危害的靜電電位的臨界值，也就是說，利用靜電位可直接判斷其靜電安全性。有些情況下，靜電位雖不足以作為判斷靜電危害的標(biāo)準(zhǔn)，但作為相對比較仍是有效的。其次，靜電位的測量不論是在實驗室條件還是在生產(chǎn)現(xiàn)場，都比其他參數(shù)的測量容易實現(xiàn)，所用儀表的構(gòu)造也比較簡單。

靜電位靜電位測量儀表

在靜電電位的測量中，有兩種類型的方法和儀表。一類稱接觸式測量。是將儀表與帶電體直接連接而測量的，相應(yīng)的儀表叫接觸式靜電電位計，常用于對導(dǎo)體電位的測量。接觸式儀表在測量電容較小的帶電體時引入的測量誤差較大；在進行遠(yuǎn)距離測量時，連接電纜的電容也會使測量精度降低；特別是該種儀表一般都需要工頻電源，因而不適于在易燃爆場所使用。

還有一類測量叫非接觸測量，所使用的儀表叫非接觸式儀表。這種儀表測量時不與帶電體（導(dǎo)體或絕緣體）連接，而是將探頭接近帶電體到規(guī)定的距離，由于靜電感應(yīng)的原理，探頭上感應(yīng)出一定的靜電位，然后由儀表讀數(shù)。在許多工業(yè)部門，都廣泛應(yīng)用非接觸式儀表。

接觸式靜電電位計

典型的接觸式儀表是QV系列靜電電壓表，結(jié)構(gòu)原理如下圖1所示。

圖1中A、B是兩個固定且相互絕緣的金屬盒，C是懸于金屬絲上可以轉(zhuǎn)動的金屬片。當(dāng)測量探頭接觸帶電體時，電極以A、B之間就形成電場，金屬片C由于靜電感應(yīng)而帶電，并在A、B間受到電場力作用而偏轉(zhuǎn)，從而帶動懸絲及其上面的小鏡一起偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)力矩與被測電壓的平方成正比。當(dāng)偏轉(zhuǎn)力矩與懸絲的反作用力矩相平衡時，偏轉(zhuǎn)角度即表示被測電壓的高低，角度可由同定在懸絲上的小鏡通過光標(biāo)顯示出來。

接觸式儀表測量的等效電路如上右所示。其中，C₀是帶電體的對地電容，C和R分別是儀表的輸入電容和輸入電阻。當(dāng)把儀表與帶電體進行接觸測量時，帶電體的對地電容增大為C₀ C，因而接上儀表后在C上測量到的靜電壓U并不等于接上儀表前帶電體的實際靜電壓U₀，二者之間的關(guān)系為

接觸式儀表主要用于導(dǎo)體靜電位的測量，如人體電位的測量；也常與法拉第筒配合測量絕緣體的帶電量。

非接觸式儀表

非接觸式儀表的測量原理是基于靜電感應(yīng)或空氣電離。前者是將探極置于帶電體附近，直接測量其表面電應(yīng)（實質(zhì)上是對帶電體表面電場的測量）；后者是利用放射性同位素電離空氣，電阻分壓，測量帶電體的對地電位。相應(yīng)地，非接觸式儀表可分為靜電感應(yīng)型和電離型（又稱集電型）兩大類。在靜電感應(yīng)型中，又根據(jù)對探極感應(yīng)到的信號進行放大和調(diào)制的方式分為直接感應(yīng)式、旋葉交流放大式和振動電容交流放大式等幾種。以下介紹一種非接觸式靜電電位計——直接感應(yīng)式儀表。

這種儀表測量靜電位采用電容分壓原理，如圖所示。

圖2中A為待測物體，T為測量探頭（極板），R和C分別是儀表的輸入電阻和輸入電容，C₁是極板的對地電容，C₀是極板與待測物體間的電容；C₀與C和C₁構(gòu)成一電容分壓器。設(shè)U₀是待測物對地的實際靜電位，U是極板上感應(yīng)到的靜電位，則由電容分壓原理、并考慮到極板上的部分感應(yīng)電荷經(jīng)由R向大地泄放的規(guī)律可得

①當(dāng)探頭位置一定時，C₀/(C₀ C)可視作常量，因而可通過檢測極板的感應(yīng)電位U而求出待測物的實際靜電位U₀。而且，當(dāng)改變極板到物體的距離時，就相當(dāng)于改變了常數(shù)C₀/(C₀ C)，即改變了量程。所以，在非接觸儀表中，一股都是通過改變極板（探頭）到待測物體的距離來實現(xiàn)量程的轉(zhuǎn)換。

②由于電容C上的感應(yīng)電荷通過儀表輸入電阻R泄漏，致使其上的靜電位U隨時間衰減而產(chǎn)生測量誤差；測量過程越長、誤差越大。為減小測量誤差，須使R和C充分大．以增大放電時間常數(shù)。但Cc過大時將使U減?。炊箿y量發(fā)生困難。為便于測量，一般是將測量的電位U作為信號加以直流放大后再進行顯示。

③由于C₀在測量時不能每次都保持固定不變，因而也是直接感應(yīng)法測量靜電位的主要誤差來源之一。為此，在測量時探頭與待測物體間的距離應(yīng)盡可能的保持穩(wěn)定。

直接感應(yīng)式儀表的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，體積和重量可以做得很小，便于攜帶，測量方便。缺點是穩(wěn)定性較差，且因采用直流差動式放大電路，導(dǎo)致零點飄移嚴(yán)重，不適于作連續(xù)測量，精度也較差。目前，國內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)中使用的直感式儀表有JD-B型電位計、V₀-1型靜電檢測器、BYJ-3型靜電伏特計等。

靜電位靜電位的測量方法

利用上面介紹的接觸式或非接觸式儀表即可對物體的靜電位進行測量。根據(jù)被測對象和測量場合的不同，可分別采用直接測量和探極測量的方法。

對帶電的導(dǎo)體或人體可直接用接觸式儀表與之連接，測量其靜電位。對加工物料、設(shè)備工裝、人體的裸露部位，以及可以插入探頭且與探頭之間無帶電體或絕緣體的部位，均可用非接觸式儀表直接測量其靜電位。

在密封的容器、輸送液體或粉體的管道內(nèi)，以及不便插入探頭、或無法避免探頭與待測部位間存在帶電體或絕緣體的場合，都不能用儀表直接測量。此時，可將被絕緣的探極設(shè)法伸到待測部位，再用引線接到容器或管道外部的集電板上，然后用接觸式儀表或非接觸式儀喪測量集電扳的電位，從而間接測出待測部位的靜電位。這種方法就叫探極測量法。

在用探極法進行測量時，應(yīng)注意以下幾個問題。首先應(yīng)保證整個測量裝置有足夠高的絕緣性，要求裝置的放電時間常數(shù)τ>180s，即達(dá)到靜電絕緣的規(guī)定；與此同時，裝置的對地電容應(yīng)盡量?。恢挥羞@樣，才能提高測量的準(zhǔn)確度，減小誤差。其次，所采用的探極應(yīng)盡量減小對待測電場的影響，不使待測電場發(fā)生明顯畸變，為此宜采用針狀、棒狀或球狀的金屬探極。此外，當(dāng)探極上有來自待測帶電體的傳導(dǎo)電流時，所檢測到的電位要比實際電位低，例如，在帶電液體或堆積的帶電粉塵內(nèi)部放置探極時，傳導(dǎo)電流就會從帶電體流向探極，傳導(dǎo)電流的大小取決于帶電體的電量、電導(dǎo)率、探極的尺寸、形狀等因素。