静电的测量

在采取静电对策之前,必须先看透静电的有无。“找到”静电,是静电对策的第一步。可问题在于,静电是无法被人眼直接观察到的。
对于发生片材贴附、灰尘附着等人眼可见问题的位置,我们可以察觉其中静电的存在。此外,使用专用的测量仪,可以发现无表象问题处的静电。使用测量仪,还能了解到需调查位置的静电量。
下面先介绍一下测量仪。

何谓静电测量仪

调查静电,需要使用名为静电测量仪的专用测量设备。只需将静电测量仪对准需要测量的对象物,就能轻松测量出静电量。

只需将传感器部对准对象物,就能进行测量
  1. A:只需将传感器部对准对象物,就能进行测量。

测量仪的种类

静电测量设备的正式名称,是“表面电位传感器”或“静电电位测量仪”。
举例如下图。左侧为测量印刷电路板的静电。只需将测量仪对准印刷电路板,就能测量出静电量。
在制造现场的静电测量中存在多种多样的需求,例如需要测量生产线上的多个位置,或对特定位置进行持续测量、记录等。面向各类用途,静电测量仪也分为许多类型,必须根据目的及条件,选择合适的测量仪。

便携型静电测量仪
可手持测量任何位置
可手持测量任何位置
在线型静电测量仪
安装在生产线上测量
安装在生产线上测量

静电的大小及单位

测量静电大小的“标准”是什么?是“电压”。静电的大小,可以用电压的大小来表示。
假设用静电测量仪测量了某个对象物。产品A的测量结果为100 V。产品B的测量结果为500 V。此时,电压更高的产品B所带的静电更多,带电量也更大。可以认为电压越高,带电量越大;电压越低,带电量越小。

测量仪会像这样显示电压,表示静电的大小。
  1. A:测量仪会像这样显示电压,表示静电的大小。

使用表面电位计时的注意事项

使用诀窍及2 项测量环境注意事项。

测量注意事项
若在初始调整时和测量时,测量距离及被测目标物的大小不同,则测量值不会显示正确值。
  • 距离依赖性
    与被测目标物间的距离发生变化后,传递至测量仪的电场线数量也会发生变化。因此,当距离值大于调整时的基准距离时,测量值将会变小;小于该基准距离时则变大。
  • 被测目标物的大小依赖性
    很多测量仪在换算时,将被测目标物设为无限大。若相较于测量传感器的检测范围,被测目标物足够大,则测量值将显示正确值;若被测目标物较小,则测量值将显示为较小值。(图1)
图1 被测目标物的大小依赖性
图1 被测目标物的大小依赖性
图1 被测目标物的大小依赖性
测量环境相关注意事项
测量表面电位时,若测量目标物是贴在金属板上的薄膜,或夹有薄膜的金属板,则应予以注意。此时,即使带电,电位显示的值也接近于0 V。图2 显示带树脂薄膜的金属板示例。金属板虽带电,但其接地金属侧会出现诱导电荷,与其相抵消后,则会表现出不带电的表象。因此,使用表面电位计时,将无法得知接地金属上粘贴的被测目标物是否带电。
图2 带树脂薄膜的金属板示例
图2 带树脂薄膜的金属板示例

距离依赖性小的测量方法

电压反馈型表面电位计

由于表面电位计不会检测电位,而是对电场强度进行检测,因而存在距离依赖性。在电压反馈型表面电位计中,将对表面电位传感器施加电位(与表面电位计相同),且传感器的输出将为0。即,为确保表面电位传感器检测出的电场强度为0,将对高电压电源的输出电压进行调整。表面电位传感器检测出的电场强度为0 时,被测目标物的电压也将与传感器的电压保持一致。即,高电压电源的输出电压将等于被测目标物的电压。图3 显示电压反馈型表面电位计的结构示例。

图3 电压反馈型表面电位计的结构示例
图3 电压反馈型表面电位计的结构示例

电压反馈型表面电位计具有距离依赖性较小的优点,但其可测电压范围仅限于可输出高电压电源的电压范围。
但是,某些电位计可对高电压电源的输出电压进行控制,并可通过其输出电压和表面电位计的输出值,来测量被测目标物的表面电位。该类电位计的可测电压范围不受高电压电源的输出电压范围限制,从而可对更大的电压范围进行测量。

其他测量方法

除了前面介绍的利用表面电位测量仪的方法以外,还有以下3种静电测量方法。

  1. 箔验电器
  2. 电量计(电流积分法)
  3. 法拉第笼法

1. 箔验电器

可靠近带电物,检查是否带电。
图4 显示箔验电器的概要。上部带有金属电极,与其相连的金属棒伸入玻璃瓶内。同时金属棒的尖端装有金属箔。
带电物靠近金属电极后,受静电诱导影响,带电物和反向极性的电荷将会被诱导至电极。金属箔一侧出现了与带电物同极性的电荷。由于金属箔间的电荷极性相同,因此,电荷间施加的力(库仑力)互斥,将会导致金属箔张开。带电物的带电越强,金属箔的张开幅度越大。带电物远离后,电荷的诱导将会消失,金属箔闭合。由于无需电源,使用方便。但是,由于各种因素的影响,如:重力方向的影响;单个验电器无法知晓带电极性;或带电强度无法数值化等,生产现场不常使用。

图4 箔验电器的原理图和示意图
图4 箔验电器的原理图和示意图
图4 箔验电器的原理图和示意图

2. 电量计(电流积分法)

使用电量计测量电荷量时,需使探针接触带电物。类似于万能表。但是,它可以用来测量普通万能表无法测量的极微小电流(电荷)。图5 显示电量计的概要。因此,测量电荷量时,需确保带电物为导体类物体,可使电荷在其上移动,否则将无法测量。此外,带电物会因为测量而流失电荷,所以一个样本只能测量一次。鉴于这些理由,很少使用。表面电位计用于测量那些难以测量的、小型设备的带电量。

图5 电量计的测量原理

将带电物的电荷移至测量用电容器Cm,
测量Vm。

图5 电量计的测量原理

3. 法拉第笼法

与电量计相同,将对带电的电荷量进行测量。而且测量电荷量时不会流失电荷。法拉第笼法一如其名,它通过使用一种名叫法拉第笼的容器,对电荷量进行测量。
图6 显示法拉第笼法的原理图。存在完全绝缘的内侧电极和接地的外侧电极。将带电物放入内侧电极的内部后,根据带电物的带电大小,电荷将会被诱导至内侧电极。外侧电极已接地。过测量内侧电极和外侧电极的电位差Vm,计算出带电物的电荷量。
法拉第笼法可正确测量带电电荷,但所测对象仅局限于进入笼中的物体。因此,制造现场中,可进行简单测量的表面电位计使用更为频繁。

图6 法拉第笼的测量原理
图6 法拉第笼的测量原理

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