静电测试一、静电物理参数1、材料起电带电能力物理参数（1）导电性物理参数①绝缘电阻R：绝缘体上安放两个电极，其间施加一直流电压V时，电极间便有电流I流过，我们将电压V与电流I之比值称为绝缘电阻R。

对电工材料来说，103～106Ω为半导体，>1×106Ω为绝缘体。

而对静电材料来说，104Ω～106Ω是静电导体，1×106～1×1011Ω为静电亚导体，>1×1011Ω为静电非导体。

②电阻率ρ：绝缘体的绝缘电阻当该绝缘体的尺寸和电极的形状确定后，绝缘体的绝缘电阻只随决定材料性质的系数而变，这系数通称为电阻系数，或叫电阻率。

③导电率δ=1/ρv（2）放电时间常数τ：一般的带电物体，当其停止摩擦时，其带的静电荷或静电电位是自行衰减消散，并会按指数曲线规律衰减V=Vo e-t/τ。

式中的τ是放电时间常数，它的定义是电位值（或电荷量），衰减到e分之一时（即e＝2.71828，1/e＝0.37）所需的时间。

半衰期τ半＝ln2×τ。

（3）介电常数ε：按法拉第的定义，介电常数是充满此介质电容的电容量C与真空为介质同样尺寸电容量C O的比值（C/C O=ε）,也有认为介电常数是由极板上一定电荷在介质中产生的电场强度E比在真空中所产生的电场强度Eo减小的倍数（E O/E=ε）。

无论怎样看，介电常数ε是表征介质在电场中的极化能力（两物体摩擦，介电常数大的产生正电荷，介电常数小的产生负电荷）。

决定静电荷衰减的时间常数τ。

严格说来，C/C O或E O/E叫相对介电常数εr。

真正的介电常数是ε＝εr×εO，这εO是真空的介电常数εO＝8.85×10-12F/m。

εr空＝1，εr介质＝1～8，εr水＝81。

（4）静电电容（对地电容）：被测物体的测试点对地间的电容。

在防静电研究和试验研究中，常常需要测量静电电容数据。

（a）为得知材料的介电常数（平板试样ε＝C•d/s）,需测量C，计算出εr ＝ε/εO＝C•d/s•1/εO；（b）为分析仪器的测量精度和响应速度，必须掌握仪器的输入电容（Q=CV）；(C)在防爆场所，静电能否放电，放电能否引起爆炸火灾，或对电子元件能否击穿，是看静电电场强度E的高低。

放电能量（W＝1/2•CV2）大小，也需要测静电电容（C）。

（d）在现场或某些实验装置，由于某些条件限制，通常通过很长线引出测量，这无疑中引入一只并联引线分布电容。

根据Q=CV，测量的静电电位便低，需通过测量引线电容对静电电位的校正。

2、静电带电大小的物理参数（1）电荷量Q、电荷密度σ、微小电流I①电荷：两种不同物体摩擦，如毛皮摩擦胶木棒，就能吸引轻小的羽毛、纸片和尘埃等，这种现象称为带了电荷。

而这二物体带的电荷理论上讲是极性相反数量相等。

如毛皮带正电荷，胶木棒带负电荷。

带电荷多少是以电量Q来表示，在常用的“实用单位制”（即m、kg、s制）中，电量的单位是库仑（C）。

1C=3×109[静电制电量单位]习惯上嫌[库仑]作电量单位太大，使用不便，往往以mc（毫库）、µc（微库）作为工程上常用的电量单位。

②电荷密度σ：（a）线电荷密度σL：对于直径远小于长度的线带电，截面远小于长度的带电情况时，单位长度的电量即σL=Q/L 库/米（c/m）或微库/米（µc/m） L——为长度（b）面电荷密度σS：带电物体单位面积的电荷量，即σS=Q/S 单位库/米2（c/m2）或微库/米2（µc/m2） S——为面积（c）体电荷密度σV：带电物体单位体积的电荷量，即σV=Q/V 单位库/米3（c/m3）或微库/米3（µc/m3） V——为体积（d）荷质比σM：带电物体单位质量的电荷量，即σg=Q/M，单位库/千克（c/kg）或微库/千克（µc/kg）③微小电流I：静电放电电流、静电释放电流均是很小的，属nA（毫微安）级。

（2）静电电场强度和静电电位①电场强度E：为定量描述电荷周围的空间中各点的电场强弱，引入一个电场强度E物理量，其定义是单位正电荷q0在电场中某一点所受到的作用力F，即E=F/q0，而电场强度的方向与单位正电荷所受到作用力的方向一致。

其单位是N/C（牛顿/库仑）或V/m(伏/米)。

②静电电位V：电场中某一点电位在数值上等于单位正电荷从该点经过任一路径，移到无限远（或0电位点）处对电场力所作的功。

V=∫a∞E cosθdl，其单位是伏特（V）。

电场中任意二点静电电位之差又称为电压，如果取大地为0电位，则某一点的对地的电位差即为该点的静电电位。

（3）静电能量W静电能量又分静电积蓄能量和静电放电能量，一个带电系统的积蓄能量可以概括表示如下：W=∫0αu dg如果这个带电系统是二个平板电容器，极板带电的电荷为Q。

两板间的电位差为U ab,电容量为C，则平板电容器所积蓄的能量为W=1/2•Q2/C，且因Q=CU ab，故W=1/2•CU ab2=1/2•QU ab。

静电能量W的单位是焦耳（J）或毫焦耳（mJ）、微焦耳（µJ）。

二、常用测量及其方法1、绝缘电阻R（电阻率ρ）的测量（1）平板材料电阻率ρρ测量通常是采用三电板系统。

一般在实验室材料测量使用。

方法参看GB1410-1989“固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率实验方法。

”圆板试样ρV=R V·A/h= R V·π(d1+g)2/4•h圆柱电极ρS=R S·ф/g= R S·π(d1+g)/g（2）对软固体材料，如导电和抗静电（即现在讲的静电耗散）塑料橡胶片、板的测试，可参看GB2439-1981“导电和抗静电橡胶电阻率的测定方法”。

适用范围：对具有导电或抗静电性能的硫化试样，按规定条件测量体积电阻率。

本法适用于电阻率小于106Ωm的胶料。

试样：宽10～150mm，长70～150mm, 厚度2±0.2mm，均匀度允许公差为±0.1mm。

试样可用刀片或冲模裁切，尽量使变形减少到最低程度，以免影响其电阻值。

表面必须平滑清洁、无裂纹气泡和杂质等缺陷。

表面一定不能抛光和打磨。

取三个相同规格的试样。

设备：电源为功率不大于1W直流电源，对地最小电阻为1012Ω。

电流电极为长5～15mm纯金属，用合适接线夹子夹紧，在试样施加接触压力约为65N/m。

静电计是>1011Ω的输入电阻的电压表，精度为5％。

绝缘垫板的电阻率为1013Ωm。

恒温箱能控制70±1℃。

试验步骤：①、硫化后试样停放时间不少于16h，然后将试样放在绝缘材料上，置于恒温箱中70±1℃停放2h。

②、从恒温箱取出在20～27℃、湿度65±5％实验室放置16h以上，不要移动试样。

③、将电流电极夹到试样的端部，保证两刃口与试样中电流方向垂直，电压电极任一刃口与电流电极距离都不小于20mm。

测量电压电极两刃口距离10～20mm，测量精度为±2％，通电1min后用静电计测定电压电极两刃口之间的电压。

在同一试样上重复两次，每测量一次移动一次电压电极，以测定整个试样长度上电压分布的情况。

同样方法测定另外两个试样。

结果R=U/I式中：R─电阻值Ω；U─电压电极两刃口间电压U电阻率公式：ρ＝R•S/L=R•b•d/L式中：ρ——电阻率（Ω•m）S——试样截面积(m2)b——试样宽度(m)d——厚度(m)L——电压电极两刃的距离(m)图（5.3）橡胶绝缘电阻系数测量装置取三个试样电阻率的平均值表示实验结果，取两位有效数字。

（3）对管状的橡胶或软塑料绝缘电阻率的测量。

橡胶或软塑料为基料的管状材料绝缘电阻的测量如图所示，图（α）是长度大于6米的软管，将电极附在管的内表面，距3米和6米处外表面上附加另一电极，电极宽25毫米，然后在电极施加500V电压E，用电流表量取电极间电流I，则电阻R=E/I；如发现电流超过2mA（电阻低于250KΩ）,则用100V电压，这时若电流超过10mA（电阻低于10K Ω）,则再改用电压45V测量，试管内的耗散功率超过1瓦，试验不再有效。

图（b）是长度小于6米的试管，需连续测量二次，即如图变换电极位置测量。

测得结果，对图（α）管长大于6米的其单位长度电阻ρt为：ρl＝（R6-R3）/3 [Ω/m]式中：R6—内外电极间距为6米时的电阻[Ω]R3—内外电极间为3米时的电阻[Ω]对图（b）管长小于6米的其单位长度电阻ρl为ρl＝R平/ l [Ω/m]式中：R平—为电极变换位置二次测得数据的平均值[Ω]l —为管材长度 [m] 图（5.4）软管绝缘电阻测量无论前种方法还是后种方法，均用于抗静电或导电的橡胶和软塑料。

（4）现场测量和实例考虑实用性大多用二电极测量绝缘电阻R表面电极间电阻R S、体积电阻R V、系统电阻（或对地电阻）R E。

测试方法许多标准均有规定。

如SJ/T10694-1996“电子产品制造防静电测试方法”、SJ/T11159-1998“地板覆盖层和装配地板静电性能的实验方法”、ASTM F150-1998“导电及静电耗散型地板电阻的测试方法”、EN1801-1998“弹性地板电阻的测试”。

测试中应注意：①电极尺寸国内外通用是ф63mm左右，重2.27kg左右，电极F的引导层贴有邵示强度为50～70的导电材料（电阻应≤1kΩ）②实验电压：1•104Ω～1•109Ω使用100v，也有1•103Ω～1•105Ω使用10v。

③电极间距：30cm、50cm、91.4cm④读数时间：5s、10s、30s、60s⑤环境的温湿度实例①人体防静电系统器材的测量2、静电释放时间常数τ和半衰期τ半的测量及方法时间常数也是表征材料静电特性的一个重要物理参数。

时间常数的大小反应材料的绝缘性和带电能力。

这里所说的时间常数是指放电时间常数。

放电时间常数可根据下式计算，也可进行测量。

τ＝ερ＝RC（1）、测量原理一个带电物体，其电位自行衰减消散是满足指数规律的。

V=V o e-t/τ放电时间常数τ的物理意义是电位值衰减到原电位的e分之一（e=2.71828）所需的时间。

即t=τ时， V=V o/e=0.37V为了使用和测量上的方便，有时不用放电时间常数，而用带电体电位衰减到一半所需的时间，即称为半衰期，用半值时间半来表征。

由于τ半＝τ×ln2所以，只要测量出半衰期τ半，便可以算出放电时间常数τ。

（2）、测量方法（a）、用静电电位仪表或带打印机的静电电位仪每隔一定时间间隔记录电压衰减数值，量取静电电位V0下降到0.37V所需的时间，即为放电时间常数τ；量取静电电位V0下降到1/2V0所需的时间，也就是半衰期τ半。

（b）、用光线示波器等一类高输入阻抗且反应快的记录仪记录静电位衰减曲线，在曲线上可以根据曲线上的时标，分别量取静电电位衰减到0.5V、0.37V0时所经过得时间，则分别为半衰期τ半和放电时间常数τ。