織(zhī)物感應靜(jìng)電測(cè)試儀(yí)原(yuán)理

更(gēng)新時間：2014-12-24

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測(cè)量原(yuán)理 ：
 做為(wéi)測量對象的靜電，可(kě)認為有兩(liǎng)種類型。一種(zhǒng)是(shì)工廠某(mǒu)地已經(jīng)產(chǎn)生(shēng)的(dí)；另一種是在實驗室(shì)的(dí)基礎研(yán)究(jiū)中使(shǐ)之產生(shēng)的(dí)。前(qián)者(zhě)需要正確地(dì)掌(zhǎng)握(wò)帶電(diàn)狀(zhuàng)況(kuàng)，考慮(lǜ)此時所具有的(dí)諸條件，找(zhǎo)出(chū)排除故障(zhàng)的適(shì)當方(fāng)法。後(hòu)者要(yào)求(qiú)能(néng)準確地(dì)控製(zhì)實驗條件(jiàn)，得到(dào)有再(zài)現性的實驗(yàn)結果。為此，必須(xū)充分理解測(cè)量(liáng)的方(fāng)法，進(jìn)而預先研(yán)究(jiū)分(fēn)析產(chǎn)生靜電(diàn)的(dí)因素(sù)，也是*必(bì)要(yào)的(dí).

1.感應起(qǐ)電

 感應(yīng)起(qǐ)電(diàn)通(tōng)常是對(duì)導(dǎo)體(tǐ)來(lái)說(shuō)的(dí)。這(zhè)裏介紹的(dí)是(shì)電介(jiè)質在靜電場中(zhōng)由極化而使其(qí)帶(dài)電(diàn)的(dí)方(fāng)法，也把(bǎ)它稱(chēng)為(wéi)感應(yīng)起電。在(zài)電場中(zhōng)，電介發生極化(huà)，極(jí)化(huà)後(hòu)的電介質，其(qí)電(diàn)場(cháng)將周(zhōu)圍介質中的某種自由電荷(hé)吸(xī)向自(zì)身和電(diàn)介(jiè)質上(shàng)與(yǔ)之符(fú)號相(xiāng)反(fǎn)的束縛電荷(hé)中和。外電(diàn)場撤走(zǒu)後，電介質上(shàng)的(dí)兩(liǎng)種電(diàn)荷已無(wú)法(fǎ)恢復(fù)中性，因(yīn)而帶(dài)有一(yī)定量的(dí)電(diàn)荷(hé)，這就是感(gǎn)應(yīng)起(qǐ)電.

放(fàng)電衰(shuāi)減

物(wù)體(tǐ)帶電(diàn)後，內(nèi)部(bù)電荷(hé)的逸散符合指數(shù)衰(shuāi)減規(guī)律(lǜ)。

Q=Q0e-t/ε0εrρr (1)

將電(diàn)量衰減的時(shí)間(jiān)常數(shù)τ＝ε0εrρr代(dài)入(rù)(1)式得(dé)：Q＝Q0e-t/τ (2)

 電量(liáng)衰減時間(jiān)常數(shù)τ可(kě)用(yòng)靜電(diàn)衰(shuāi)減測(cè)量儀來測(cè)量，而在(zài)實際(jì)的纖(xiān)維和(hé)織物的靜電測(cè)試(shì)中，人(rén)們(mén)直接取電量(liáng)衰(shuāi)減至原測(cè)試(shì)值的一半(Q＝1/2Q0)時所(suǒ)用(yòng)的(dí)時間，也就是(shì)靜電半衰(shuāi)期t1／2表(biǎo)征(zhēng)靜電荷的逸(yì)散能力。它(tā)是衡(héng)量纖維消(xiāo)除靜(jìng)電(diàn)荷(hé)性(xìng)能的(dí)一(yī)個重要指示(shì)，將(jiāng)式(2)加以變換(huàn)得(dé)

τ＝t/lnQ0/Q (3)

以Q=Q0/2代入式(shì)(3)得(dé)到靜(jìng)電半(bàn)衰(shuāi)期t1/2與(yǔ)電(diàn)量(liáng)衰(shuāi)減(jiǎn)時(shí)間(jiān)常(cháng)數(shù)τ之(zhī)間的關(guān)係：

t1/2= 1/1.44·τ=0.69τ

2.試(shì)驗方法(fǎ)

 使被測試樣起電的(dí)方(fāng)法(fǎ)有(yǒu)很多種(zhǒng)。在(zài)試(shì)驗(yàn)當中，需(xū)要(yào)一種(zhǒng)能(néng)夠(gòu)提供穩(wěn)定(dìng)的並能夠穿(chuān)透一定(dìng)空(kōng)間(空氣)的(dí)電(diàn)源，以及(jí)在(zài)檢測中受環(huán)境的(dí)影響比較小的條件(jiàn)下進行。這種辦法就是(shì)電暈放電和比較電(diàn)極法(fǎ)檢測。.

2.1電暈(yùn)放電(diàn)

需要說明的(dí)是(shì)場(cháng)帶(dài)電和擴散(sàn)帶電需要(yào)高濃度(dù)的單極性(xìng)離子。由於(yú)它們相(xiāng)互排斥(chì)和高的(dí)遷移(yí)率，這種(zhǒng)離(lí)子(zǐ)壽命(mìng)很短(duǎn)。因此要(yào)用這(zhè)些(xiē)帶電方法，必須要連續(xù)不(bù)斷地產生(shēng)離(lí)子(zǐ)。放射(shè)性的放(fàng)電(diàn)，紫外(wài)綫(xiàn)照(zhào)射(shè)，火焰(yàn)及電(diàn)暈(yùn)放電(diàn)能(néng)在(zài)空(kōng)氣中產生(shēng)離子(zǐ)。隻有zui後(hòu)一種(zhǒng)方法(fǎ)——電暈放電能(néng)產生高濃(nóng)度(dù)的單(dān)極離(lí)子以(yǐ)使試(shì)樣保持(chí)穩定(dìng)帶(dài)電(diàn)狀(zhuàng)態。

 為(wéi)產(chǎn)生電暈放電，必須建(jiàn)立(lì)一(yī)個(gè)不(bù)均(jūn)匀的電場(cháng)。像針(zhēn)與平板之間(jiān)，空氣(qì)和其(qí)它(tā)通(tōng)常(cháng)是良(liáng)好(hǎo)的絕(jué)緣(yuán)體，但在電(diàn)場強(qiáng)度(dù)足(zú)夠(gòu)高(gāo)的區域中空氣受(shòu)到電(diàn)離並(bìng)成為可導(dǎo)電(diàn)的。根據場的(dí)幾何形狀(zhuàng)不同，這種電(diàn)荷(hé)可(kě)能(néng)是(shì)電(diàn)弧放(fàng)電(diàn)或電暈放(fàng)電。

 在電暈(yùn)區域(yù)，電子被加(jiā)速(sù)到相當高(gāo)的速(sù)度，可(kě)以(yǐ)在撞(zhuàng)擊一(yī)個(gè)空氣分子時(shí)把(bǎ)一個電子撞出來，於(yú)是產(chǎn)生一(yī)個正離子(zǐ)和(hé)一(yī)個電子。在(zài)電暈(yùn)區域內(nèi)是(shì)以自(zì)維持(chí)雪崩的形(xíng)式發(fā)生(shēng)這個(gè)過(guò)程，從而(ér)在導(dǎo)綫(xiàn)周(zhōu)圍(wéi)產生了濃(nóng)密的(dí)自由(yóu)電(diàn)子(zǐ)雲和(hé)正(zhèng)離子雲，這(zhè)叫電暈(yùn)放(fàng)電。.

2.2非(fēi)接(jiē)觸式的測量方(fāng)法

 靜(jìng)電電位的測(cè)量分(fēn)為(wéi)接(jiē)觸(chù)式和感應(yīng)式(shì)兩種(zhǒng)。

 由於物(wù)體所帶的靜電(diàn)大(dà)都(dū)有(yǒu)靜(jìng)電壓高(gāo)，而電流小(xiǎo)，且一次(cì)性(xìng)損(sǔn)耗(hào)後不(bù)易再補(bǔ)上的(dí)特點(diǎn)。所以接觸性儀(yí)表大都采用了(liǎo)光(guāng)反(fǎn)射法，不僅(jǐn)體積較(jiào)大，量(liáng)度(dù)不，使用範圍(wéi)也受(shòu)到(dào)了限(xiàn)製。

 直接感(gǎn)應(yīng)儀(yí)表測量法(fǎ)是用電(diàn)容分壓(yā)原理(lǐ)。它的精(jīng)度(dù)取決於(yú)電(diàn)壓(yā)表(biǎo)固(gù)有電(diàn)容(róng)和(hé)測(cè)試板對(duì)地的(dí)分布(bù)電容，且感(gǎn)應(yīng)電荷會通(tōng)過表(biǎo)內電(diàn)阻而(ér)逐(zhú)步泄漏(lòu)。因此(cǐ)，電(diàn)壓表上(shàng)讀(dú)出的電(diàn)壓將隨(suí)時間(jiān)逐漸衰減(jiǎn)。

 比較(jiào)法是一種非接(jiē)觸的靜(jìng)電(diàn)測試方法。它利用試樣(yàng)在旋轉(zhuǎn)時出現的(dí)帶電荷(hé)與(yǔ)不帶(dài)電(diàn)荷(hé)的交(jiāo)替(tì)變(biàn)換(huàn)，給探頭(tóu)一(yī)個交變信號.

3.峰(fēng)值，半衰期的測量

3.1放(fàng)電(diàn)電壓和電暈(yùn)放(fàng)電時間(jiān)

如果(guǒ)放電針是(shì)正極性的(dí)，電(diàn)子將(jiāng)迅速(sù)朝(zhāo)放電針(zhēn)運(yùn)動，同時正離子(zǐ)將從(cóng)放(fàng)電(diàn)針被(bèi)推(tuī)向試(shì)樣形(xíng)成(chéng)一(yī)個(gè)單極性(xìng)的(dí)離子風(fēng)，在連續(xù)放電30秒鐘後(hòu)，試(shì)樣(yàng)上(shàng)所獲得(dé)的電壓就(jiù)是被(bèi)測織物所(suǒ)帶的(dí)靜電(diàn)峰(fēng)值(zhí)電壓(試(shì)驗(yàn)表明隻(zhī)有使用(yòng)功率(shuài)足(zú)夠的(dí)高(gāo)壓變壓器(qì)，才(cái)能在30秒(miǎo)時間內提(tí)供(gōng)穩定(dìng)1萬伏放電電壓(yā))。

 前麵已經闡明(míng)，儀器(qì)的(dí)高壓(yā)放電情(qíng)況(kuàng)處(chǔ)於(yú)電(diàn)暈放(fàng)電階段(duàn)，空氣(qì)中原(yuán)始電(diàn)離情況(kuàng)對儀器工作狀況有一定的(dí)影(yǐng)響。在(zài)電暈(yùn)放電階(jiē)段，要(yào)求外電(diàn)場有(yǒu)一定(dìng)程(chéng)度，小於一定值，放(fàng)電空(kōng)間的這(zhè)種電子(zǐ)增值過(guò)程不可能(néng)維持。我(wǒ)們在對各種(zhǒng)試樣(棉，毛，絲(sī)，麻，滌(dí)綸，錦綸(lún)及(jí)人造棉(mián))進行實例(lì)的情況下，0.5kN/mm場(cháng)強比較(jiào)合適，如(rú)16mm放(fàng)電(diàn)距離(lí)，要達到(dào)0.5kN/mm場強，加於(yú)放(fàng)電(diàn)頭(tóu)上(shàng)的(dí)電(diàn)壓達到(dào)8000V即可。而選(xuǎn)20mm放電距離，要達(dá)到上(shàng)述同(tóng)樣的(dí)場強，就須(xū)加10 000伏電壓。

 電介質在靜電場中(zhōng)任何(hé)形式極化(huà)過(guò)程建(jiàn)立具(jù)有一定極化強(qiáng)度和穩定(dìng)情(qíng)況都(dū)是(shì)需要(yào)一(yī)定(dìng)馳豫時間(jiān)的(dí)。由於裝置上(shàng)的(dí)電場(cháng)是(shì)周期(qī)性地(dì)加(jiā)給(gěi)試(shì)樣的(dí)，因此(cǐ)，延(yán)長(cháng)了極(jí)化終(zhōng)了時(shí)達到放電(diàn)狀(zhuàng)態(tài)所需(xū)要的時間(jiān)，再加(jiā)上(shàng)高壓裝置中(zhōng)濾(lǜ)波電容器的充電(diàn)時(shí)間(jiān)，因(yīn)此(cǐ)必(bì)須(xū)有足(zú)夠的放(fàng)電(diàn)時間使試樣(yàng)帶(dài)電穩(wěn)定(dìng)。

 一般來(lái)說，放(fàng)電電(diàn)場(cháng)越(yuè)強，建(jiàn)立(lì)穩定靜電測(cè)試值所(suǒ)需的時(shí)間(jiān)越短(duǎn)(離子(zǐ)雲濃(nóng)度(dù)大)。靜電(diàn)效(xiào)應顯著(zhù)的蛋(dàn)白質(zhì)纖(xiān)維和合成(chéng)纖維(wéi)比靜(jìng)電效應(yīng)小(xiǎo)的(dí)纖(xiān)維素纖(xiān)維(wéi)，建(jiàn)立(lì)穩(wěn)定(dìng)靜電(diàn)測試值所(suǒ)需(xū)的時(shí)間短些。

 我(wǒ)們對不(bù)同(tóng)品(pǐn)種的纖維(wéi)，紗綫，織(zhī)物(wù)進(jìn)行了實測(cè)。其結(jié)果(guǒ)是：為滿足(zú)不同(tóng)的試(shì)樣(yàng)要(yào)求(qiú)，將測(cè)定(dìng)的放(fàng)電時間選定(dìng)為(wéi)30秒(miǎo)是(shì)可(kě)行(háng)的(dí)。.

3.2半值時間測量(liáng)

所謂半值時(shí)間是(shì)帶電(diàn)體電電位(wèi)衰減為(wéi)初始(shǐ)值Vo的一半所需時間(見(jiàn)圖3)，用(yòng)符號t1/2表示(shì)。由式u=Voet/τ並代入條(tiáo)件t= 1/2t，u= Vo/2 則有(yǒu)： Vo/2=Voet1/2/τ (5)

整(zhěng)理後得(dé)：

t1/2=τln2 (6)

根(gēn)據規(guī)定〔1〕，時(shí)間(jiān)常數的(dí)5倍(bèi)時間稱(chēng)為鬆(sōng)馳時(shí)間，即(jí)：

ts=5τ (7)

 可以(yǐ)算出，經過(guò)時間(jiān)t後，電(diàn)壓衰(shuāi)減為原數值的0.67%，可(kě)以認為電壓(yā)已經消(xiāo)失。

 其測試方(fāng)法是：旋(xuán)轉試(shì)樣(yàng)盤(pán)的上方除了放電針外，還有(yǒu)一個測試探(tàn)頭(tóu)(距離試(shì)樣上方(fāng)15mm)，可以一(yī)邊施加(jiā)高壓，一(yī)邊(biān)觀(guān)察試樣上(shàng)感應(yīng)電(diàn)壓的情況。當高(gāo)壓(yā)放電(diàn)針結(jié)束(shù)放電(diàn)後(hòu)，立(lì)即(jí)記(jì)錄(lù)下此(cǐ)時電(diàn)壓，即峰值電(diàn)壓(yā)Vo(見圖(tú)3)。可(kě)在示(shì)波器(qì)上顯(xiǎn)示出一組脈(mài)衝(chōng)電(diàn)壓(yā)波(bō)形。而(ér)自動(dòng)記(jì)錄(lù)儀進入的信號(hào)，因(yīn)經整流(liú)濾(lǜ)波(bō)，記(jì)下的是(shì)包絡綫。從圖(tú)形(xíng)中可(kě)以量出半值時間(jiān)t1/2的(dí)大小，再應用式(6)和(7)求(qiú)出τ和t，也可(kě)以利(lì)用數(shù)字顯示儀(yí)表在半峰(fēng)值電(diàn)壓時自(zì)動(dòng)記錄下此時(shí)電(diàn)位和半值時(shí)間。這種(zhǒng)儀(yí)器(qì)自(zì)動化(huà)程(chéng)度高，操作更加簡便(biàn)一些。
還(huán)有一種(zhǒng)儀器(qì)是(shì)在試樣旋轉園(yuán)盤的(dí)上(shàng)方(fāng)隻有一個(gè)放電探頭(tóu)，待(dài)放(fàng)完(wán)電(diàn)後(hòu)把放電(diàn)探頭移走，再移入一(yī)個測(cè)試探(tàn)頭。這種儀器具有(yǒu)體積(jī)小，封(fēng)閉性好的特(tè)點。但(dàn)它不能反映圖(3)中曲(qū)綫的(dí)上(shàng)升部份(fèn)對應測量的開(kāi)始(shǐ)階(jiē)段(duàn)(即每當(dāng)試(shì)樣經(jīng)過電暈(yùn)針(zhēn)下麵時(shí)，由(yóu)於電暈針對試樣不斷放電，使(shǐ)電壓(yā)逐漸上(shàng)升(shēng)，直到某(mǒu)個(gè)飽(bǎo)和(hé)值Vo)。由於(yú)被測試樣的峰值電壓開始(shǐ)衰減成(chéng)指(zhǐ)數曲綫形(xíng)式，而特(tè)別(bié)是換(huàn)測量探頭(tóu)的時(shí)間(jiān)又不(bù)可(kě)能在瞬(shùn)間完成，這(zhè)個時間差使峰值電壓(yā)的(dí)測(cè)量大大(dà)降低(dī)了，是(shì)不(bù)夠準確的。其測試的(dí)圖形(xíng)開始(shǐ)階(jiē)段(duàn)也是不連續的(dí)。因此(cǐ)半值時間(jiān)的(dí)測(cè)量也受到(dào)影(yǐng)響.

4.試驗環(huán)境溫濕(shī)度對測(cè)量的影響

空(kōng)氣相(xiāng)對濕(shī)度(dù)及(jí)纖維，紗綫，織(zhī)物(wù)本身(shēn)的回(huí)潮(cháo)率，對靜電值影(yǐng)響很大，必須(xū)加(jiā)以(yǐ)控製。這是因為一方麵試(shì)驗環(huán)境的溫濕度(dù)影(yǐng)響(xiǎng)電暈放電的(dí)強弱，另(lìng)一(yī)方麵(miàn)纖維(wéi)的(dí)導(dǎo)電(diàn)性能(néng)吸濕(shī)回潮後(hòu)影(yǐng)響纖維(wéi)的(dí)靜電性能(néng)，對親水(shuǐ)性(xìng)纖(xiān)維及(jí)其(qí)製成(chéng)品必(bì)須(xū)要注意。

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