Технология распределенных информационных баз (РИБ) позволяет создать...
Статическое электричество появляется при неравенстве положительного и отрицательного зарядов на поверхности предметов. Его легко обнаружить - например, при прикосновении к металлической дверной ручке между ней и рукой может проскочить искра. Однако измерение статического электричества является намного более сложным процессом. Узнайте, как измерять статическое электричество, и вы сможете определять электрический заряд на поверхности различных предметов.
Шаги
Оценка статического заряда различных материалов
- Небольшую медную пластинку можно довольно дешево приобрести в магазине хозяйственных товаров или заказать через интернет.
- Заземление и провода с зажимами “крокодил” можно приобрести в магазине хозяйственных или электротехнических товаров.
-
Подсоедините медную пластинку к заземлению с помощью провода. Один зажим провода прикрепите к заземлению, а второй - к медной пластинке. Не имеет значения, куда подсоединять провод, просто прикрепите его к проводу заземления.
- Когда предмет касается медной пластинки, с него стекает скопившийся статический заряд.
-
Разрежьте лист бумаги на 100 квадратных кусочков размером 5 мм x 5 мм. Линейкой разделите лист на 5-миллиметровые квадратики и вырежьте их. Постарайтесь как можно точнее выдержать размеры. Это проще сделать с помощью бумагорезальной машины.
Надуйте воздушный шарик. Надуйте шарик до средних или больших размеров. Размеры шарика не важны, если для всех материалов использовать один и тот же шарик. Если во время опыта шарик лопнет, придется надуть новый шарик и начать сначала, чтобы сохранить неизменными условия эксперимента.
Пять раз проведите шариком по поверхности исследуемого материала. Для начала выберите материал, на котором вы хотите измерить статический заряд. Для данных целей хорошо подойдут волосы, ковер, хлопчатобумажная футболка, футболка из полиэстера, ковер или керамическая плитка.
- Поводите шариком по материалу в одном и том же направлении.
-
Положите шарик поверх кусочков бумаги. После трения об исследуемый материал шарик зарядится определенным количеством статического электричества (это количество будет разным для различных материалов). Когда вы положите шарик на кусочки бумаги, они пристанут к нему, причем их количество будет зависеть от величины статического заряда на шарике.
- Не перекатывайте шарик по бумаге. Просто положите его поверх кусочков бумаги и посмотрите, сколько их пристанет к шарику.
-
Посчитайте число приставших к шарику клочков бумаги. Соберите клочки бумаги с шарика и посчитайте их. После трения о различные материалы к шарику пристанет разное число кусочков бумаги. Повторите эксперимент с разными материалами и посмотрите, как они различаются.
- Перед каждым новым экспериментом разряжайте бумагу и шарик.
-
Сравните результаты для разных материалов. Посмотрите на полученные данные и сравните, сколько кусочков бумаги пристало к шарику после того, как вы потерли его о различные материалы. Чем больше клочков бумаги пристало к шарику, тем выше его статический заряд.
С помощью самодельного электроскопа
-
Подготовьте все необходимое. Электроскоп - это прибор, позволяющий выявить статическое электричество с помощью тонких металлических пластинок, которые разделяются в присутствии статического заряда. Простейший электроскоп можно сделать из нескольких бытовых предметов. Для этого понадобятся стеклянная банка с пластиковой крышкой, алюминиевая фольга и дрель.
Сделайте шар из фольги. Вырежьте из фольги квадрат примерно 25 см x 25 см. Точные размеры не важны. Скомкайте вырезанный лист фольги, так чтобы получился шар. Постарайтесь, чтобы шар имел как можно более правильную форму.
- Должен получиться шар диаметром около 5 сантиметров. И в этом случае точные размеры не важны - главное, чтобы шар не был слишком большим или маленьким.
-
Скрутите стержень из алюминиевой фольги. Вырежьте из фольги еще один лист и скрутите его в виде стержня. Стержень должен быть немного короче, чем стеклянная банка. Этот алюминиевый стержень должен располагаться в 7–8 сантиметрах выше дна банки и выступать примерно на 10 сантиметров над ее верхним краем.
Прикрепите шар к стержню. Возьмите для этого еще один лист фольги. Приставьте шар к концу стержня, наденьте на них лист фольги и скрутите его. Плотно обмотайте фольгой шар и стержень, чтобы она удерживала их вместе.
-
Подготовьте все необходимое. Для данного эксперимента вам понадобятся: небольшая медная пластинка, заземление, электрические провода с зажимами “крокодил”, белая бумага, ножницы, линейка, воздушный шарик, волосы, хлопчатобумажная футболка, футболка из полиэстера, ковер и керамическая плитка. Этот метод позволяет определить относительное количество статического заряда.
Компания «Юман» предлагает широкую линейку приборов для измерения статического электричества производства ELTEX (Германия).
Возможность точного измерения электростатических зарядов (включая высокие напряжения, электрические поля и высокие сопротивления, связанные с материалами, несущими заряд) обеспечивает информационную основу для уничтожения разрушительной нежелательной электростатической энергии. Измерение высокого сопротивления также является важным инструментом в защитных средствах контроля. Точное измерение сопротивления утечки способствует контролю и гарантии качества, поддержанию стандартизированных свойств в материалах.
С учетом нестабильности электростатического явления, измерение статического электричества должно также учитывать различные источники ошибок. Это значит, что сам измерительный процесс должен соответствовать точным требованиям. Измерительное оборудование Eltex отличается своей высокой точностью и широкой сферой возможных применений.
Предлагаем приборы для замера статического электричества ELTEX (Германия):
Измеритель электрического поля EMF58
Высокочувствительное портативное устройство. С помощью EMF58 можно измерить подъем, уровень и полярность заряда и оценить эффективность любых мер противодействия. Доступны четыре диапазона измерения от ±0 кВ/м до ±2 мВ/м .
Измеритель электрического поля EM02
Ручное устройства для безопасного измерения статических зарядов. Диапазон измерений от ± 0 до ± 2 мВ/м .
Измеритель электрического поля EM03
Ручное удобное устройство для измерения статических зарядов, причем расстояние измерения выбирается между 2 и 20 см. Автоматическое преобразование и отображение силы поля в вольтах. Диапазон измерений от ± 0 до ± 200 кВ .
Что такое электростатическое поле? Приборы для измерения электростатического поля. Какой прибор для электростатики лучше будет купить?
Приборы для измерения электростатического поля - какой прибор лучше купить?
Электростатическое поле - это поле, созданное неподвижными в пространстве и неизменяемыми во времени электрическими зарядами (в отсутствии электрических токов). Если в пространстве имеется система заряженных тел, то в каждой точке этого пространства существует силовое электрическое поле. Оно определяется через силу, действующую на пробный точечный заряд, помещённый в это поле. Этой силой и выражается величина электростатического поля, которая определяется средствами измерения электростатического поля. Единицей измерения в данном случае является вольт (В), киловольт (кВ) и т.д.
К типовым источникам электростатического поля относятся:
Установки с высоким напряжением;
Линии постоянного тока;
Экраны дисплеев, ТНП;
Синтетические материалы (ткани, покрытия).
В зависимости от поставленных задач измерители электростатического поля выделяют следующих типов:
Измерительные приборы электростатического поля в пространстве;
Средства измерения электростатического потенциала.
Ниже приведена сводная таблица приборов для измерения электростатического поля, которая способствует в определении оптимального комплекта под Ваши измерительные задачи и позволит ответить на вопрос какой именно купить измеритель электростатического поля с поверкой. Не мало важно и то, что там приведены цены на измерители электростатического поля - наглядно видно, во сколько Вам обойдется то или иное средство измерения и каким функционалом оно обладает.
Модель средства измерения электростатического поля: | Область применения средства измерения электростатики: | Диапазон измерения: |
Цена, руб. (с первичной поверкой) |
||
Измерение эл.статичекого потенциала: |
Измерение эл.статического поля в свободном пространстве: |
Измерение электризуемости тканей: | |||
Измеритель электростатического поля СТ-01 | да |
(при наличии доп. опции) |
от 0,3 до 180 кВ/м | 48 000 | |
Измеритель напряженности электростатического поля П3-80 с первичной поверкой | нет | да | нет | от 0,3 кВ/м до 200 кВ/м | 53 000 |
Прибор для измерения электростатики ЭСПИ-301А | да | от 0,3 до 180 кВ/м | 53 700 | ||
Измеритель электростатического потенциала экранов дисплеев ИЭСП-01(А) | да | нет | от 0,1 кВ до 18 кВ | 39 766 | |
Прибор для измерения электростатического поля в свободном пространстве ИЭСП-01(Б) | нет | да | от 1 кВ/м до 180 кВ/м | 51 035 | |
Универсальный измеритель электростатических полей ИЭСП-01(В) | да |
от 0,1 кВ до 18 кВ от 1 кВ/м до 180 кВ/м |
55 165 | ||
Измеритель напряженности электростатического поля ИЭСП-5Ц с первичной поверкой | нет | да | от 1 до 1000 кВ/м | Снят с производства | |
Измеритель электростатического поля ИЭСП-6 | да | нет | от 0,1 до 10 кВ | ||
Измеритель напряженности электростатического поля ИЭСП-7 | нет | да | от 2 до 199,9 | ||
Измеритель электрических зарядов ПК2-3А | да | нет |
Что такое статическое электричество Статическое электричество возникает в случае нарушения внутриатомного или внутримолекулярного равновесия вследствие приобретения или потери электрона. Обычно атом находится в равновесном состоянии благодаря одинаковому числу положительных и отрицательных частиц - протонов и электронов. Электроны могут легко перемещаться от одного атома к другому. При этом они формируют положительные (где отсутствует электрон) или отрицательные (одиночный электрон или атом с дополнительным электроном) ионы. Когда происходит такой дисбаланс, возникает статическое электричество.
Электрический заряд электрона - (-) 1,6 х 10 -19 кулон. Протон с таким же по величине зарядом имеет положительную полярность. Статический заряд в кулонах прямо пропорционален избытку или дефициту электронов, т.е. числу неустойчивых ионов. Кулон - это основная единица статического заряда, определяющая количество электричества, проходящее через поперечное сечение проводника за 1 секунду при силе тока в 1 ампер. У положительного иона отсутствует один электрон, следовательно, он может легко принимать электрон от отрицательно заряженной частицы. Отрицательный ион в свою очередь может быть либо одиночным электроном, либо атомом/молекулой с большим числом электронов. В обоих случаях существует электрон, способный нейтрализовать положительный заряд.
Как генерируется статическое электричество Основные причины появления статического электричества: 1. Контакт между двумя материалами и их отделение друг от друга (включая трение, намотку/размотку и пр.).
Поверхностный контакт и разделение материалов, возможно, являются наиболее распространенными причинами возникновения статического электричества на производствах, связанных с обработкой рулонных пленок и листовых пластиков. Статический заряд генерируется в процессе разматывания/наматывания материалов или перемещения друг относительно друга различных слоев материалов. Этот процесс не вполне понятен, но наиболее правдивое объяснение появления статического электричества в данном случае может быть получено проведением аналогии с плоским конденсатором, в котором механическая энергия при разделении пластин преобразуется в электрическую: Результирующее напряжение = начальное напряжение х (конечное расстояние между пластинами/начальное расстояние между пластинами). Когда синтетическая пленка касается подающего/приемного вала, невысокий заряд, перетекающий от материала к валу, провоцирует дисбаланс. По мере того, как материал преодолевает зону контакта с валом, напряжение возрастает точно также как в случае с конденсаторными пластинами в момент их разделения. Практика показывает, что амплитуда результирующего напряжения ограничена вследствие электрического пробоя, возникающего в промежутке между соседними материалами, поверхностной проводимости и других факторов. На выходе пленки из контактной зоны часто можно слышать слабое потрескивание или наблюдать искрение. Это происходит в момент, когда статический заряд достигает величины, достаточной для пробоя окружающего воздуха. До контакта с валом синтетическая пленка с точки зрения электричества нейтральна, но в процессе перемещения и контакта с подающими поверхностями поток электронов направляется на пленку и заряжает ее отрицательным зарядом. Если вал металлический и заземленный его положительный заряд быстро стекает.
Большая часть оборудования имеет много валов, поэтому величина заряда и его полярность могут часто меняться. Наилучший способ контроля статического заряда – это его точное определение на участке непосредственно перед проблемной зоной. Если заряд нейтрализован слишком рано, он может восстановиться до того, как пленка достигнет этой проблемной зоны. В теории возникновение статического заряда может быть проиллюстрировано простой электрической схемой:
C – выполняет функцию конденсатора, который накапливает заряд, как батарея. Это обычно поверхность материала или изделия.
Токовая нагрузка - заряд, сгенерированный, например, в процессе перемещения пленки по валу. Ток заряда заряжает конденсатор (объект) и повышает его напряжение U. В то время как напряжение повышается, ток течет через сопротивление R. Баланс будет достигнут в момент, когда ток заряда станет равен току, циркулирующему по замкнутому контуру сопротивления. (Закон Ома: U = I х R).
Если объект имеет способность накапливать значительный заряд, и если имеет место высокое напряжение, статическое электричество приводит к возникновению таких серьезных проблем, как искрение, электростатическое отталкивание/притягивание или электропоражение персонала.
Полярность заряда Статический заряд может быть либо положительным, либо отрицательным. Для разрядников постоянного тока (AC) и пассивных разрядников (щеток) полярность заряда обычно не важна.
Измерение статического заряда Измерение величины статического заряда является очень важной процедурой, которая позволяет обнаружить присутствие заряда, определить его амплитуду и породивший источник.
А – напряжение конденсатора изменяется вместе с изменением величины заряда. Проводя измерения с расстояния 100 мм, и пользуясь формулой Q (заряд) = С (емкостное сопротивление) х U (напряжение), можно вычислить емкостное сопротивление. Измерительные приборы обычно просты в использовании и очень полезны для анализа возникших проблем или прогноза их появления в будущем.
При измерениях параметров статического электричества важно следовать инструкциям по эксплуатации приборов. Электрическое поле действует в единственном направлении, поэтому его практическое изучение не представляет сложностей. Одними из наиболее интересных и важных для измерения заряда характеристик электрического поля являются:
Электрическое поле - участок пространства, на котором действуют электрические силы, величины которых выражены в кулонах.
Как отмечалось выше, в воздушном пространстве силовые линии электрического поля проходят перпендикулярно поверхности заряженного объекта. Это позволяет производить измерения с очень высокой точностью.
В случае с производством и обработкой синтетической пленки следует отметить важную деталь. Когда материал перемещается по валу, электрический заряд переходит к валу и кажется, что поле исчезло. Поэтому вблизи вала нет возможности производить точные измерения. Электрическое поле появляется вновь, когда материал преодолевает зону контакта и статический заряд можно снова измерить точно.
Проблемы, связанные со статическим электричеством Существует 4 основные области: Статический разряд в электронике На эту проблему необходимо обратить внимание, т.к. она часто возникает в процессе обращения с электронными блоками и компонентами, использующимися в современных контрольно-измерительных устройствах.
Часто компоненты не полностью выходят из строя, что можно считать еще более опасным, т.к. неисправность проявляется не сразу, а в непредсказуемый момент в процессе эксплуатации устройства.
Электростатическое притяжение/отталкивание Это, возможно, наиболее широко распространенная проблема, возникающая на предприятиях, связанных с производством и обработкой пластмасс, бумаги, текстиля и в смежных отраслях. Она проявляется в том, что материалы самостоятельно меняют свое поведение - склеиваются между собой или, наоборот, отталкиваются, прилипают к оборудованию, притягивают пыль, неправильно наматываются на приемное устройство и пр. Притягивание/отталкивание происходит в соответствии с законом Кулона, в основе которого лежит принцип противоположности квадрата. В простой форме он выражается следующим образом:
Сила притяжения или отталкивания (в Ньютонах) = Заряд (А) х Заряд (В) / (Расстояние между объектами ² (в метрах)).
Следовательно, интенсивность проявления этого эффекта напрямую связана с амплитудой статического заряда и расстоянием между притягивающимися или отталкивающимися объектами. Притягивание и отталкивание происходят в направлении силовых линий электрического поля.
Риск возникновения пожара Риск возникновения пожара не является общей для всех производств проблемой. Но вероятность возгорания очень велика на полиграфических и других предприятиях, где используются легковоспламеняющиеся растворители.
Нижеследующая информация дает краткое пояснение способности статического разряда провоцировать возгорание в легковоспламеняющихся средах. Способность разряда провоцировать возгорание зависит от многих переменных факторов:
Существует три основных типа – искровой, кистевой и скользящий кистевой разряды. Коронный разряд в данном случае во внимание не принимается, т. к. он отличается невысокой энергией и происходит достаточно медленно. Коронный разряд чаще всего неопасен, его следует учитывать только в зонах очень высокой пожаро- и взрывоопасности. Искровой разряд В основном он исходит от умеренно проводящего, электрически изолированного объекта. Это может быть тело человека, деталь машины или инструмент. Предполагается, что вся энергия заряда рассеивается в момент искрения. Если энергия выше МЭВ паров растворителя, может произойти воспламенение.
Кистевой разряд Кистевой разряд возникает, когда заостренные части деталей оборудования концентрируют заряд на поверхностях диэлектрических материалов, изоляционные свойства которых приводят к его накоплению. Кистевой разряд отличается более низкой энергией по сравнению с искровым и, соответственно, представляет меньшую опасность в отношении воспламенения.
Скользящий кистевой разряд Скользящий кистевой разряд происходит на листовых или рулонных синтетических материалах с высоким удельным сопротивлением, имеющих повышенную плотность заряда и разную полярность зарядов с каждой стороны полотна. Такое явление может быть спровоцировано трением или распылением порошкового покрытия. Эффект сравним с разрядкой плоского конденсатора и может представлять такую же опасность, как искровой разряд.
Источник и энергия разряда Величина и геометрия распределения заряда являются важными факторами. Чем больше объем тела, тем больше энергии оно содержит. Острые углы повышают мощность поля и поддерживают разряды.
Мощность разряда Если объект, имеющий энергию, не очень хорошо проводит электрический ток, например, человеческое тело, сопротивление объекта будет ослаблять разряд и понижать опасность. Для человеческого тела существует эмпирическое правило: считать, что любые растворители с внутренней минимальной энергией воспламенения менее 100 мДж могут воспламениться несмотря на то, что энергия, содержащаяся в теле, может быть выше в 2 – 3 раза.
Минимальная энергия воспламенения МЭВ Минимальная энергия воспламенения растворителей и их концентрация в опасной зоне являются очень важными факторами. Если минимальная энергия воспламенения ниже энергии разряда, возникает риск возгорания.
Электропоражение Вопросу риска статического удара в условиях промышленного предприятия уделяется все больше внимания. Это связано с существенным повышением требований к гигиене и безопасности труда.
Наведенный заряд Если человек находится в электрическом поле и держится за заряженный объект, например, за намоточную бобину для пленки, возможно, что его тело зарядится.
Заряд остается в теле оператора, если он находится в обуви на изолирующей подошве, до того момента, пока он не дотронется до заземленного оборудования. Заряд стекает на землю и поражает человека. Такое происходит и в случае, когда оператор дотрагивается до заряженных объектов или материалов – из-за изолирующей обуви заряд накапливается в теле. Когда оператор трогает металлические детали оборудования, заряд может стечь и спровоцировать электроудар.
При перемещении людей по синтетическим ковровым покрытиям порождается статический заряд при контакте между ковром и обувью. Электроудары, которые получают водители, покидая свою машину, провоцируются зарядом, возникшим между сиденьем и их одеждой в момент подъема. Решение этой проблемы – дотронуться до металлической детали автомобиля, например, до рамы дверного проема, до момента подъема с сиденья. Это позволяет заряду безопасно стекать на землю через кузов автомобиля и его шины.
Электропоражение, спровоцированное оборудованием Такой электроудар возможен, хотя происходит значительно реже, чем поражение, спровоцированное материалом.
Татьяна Дементьева инженер-технолог Статья подготовлена на основе материалов компании Fraser-antistatic (Великобритания) |