表格模板-仪表的防静电技术 精品.ppt

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1、1仪表的防静电技术仪表的防静电技术21 1 概述概述 物体的静电的物体的静电的起电起电-放电放电（ESDESD）一般具有）一般具有高电位高电位、强电强电场场和和宽带电磁干扰宽带电磁干扰等特点。等特点。 与常规电能量相比，静电能量虽然比较小，但与常规电能量相比，静电能量虽然比较小，但瞬间的功率瞬间的功率十分巨大十分巨大。 不仅有瞬间大电流集中传输，导致易燃易爆物质的燃烧爆不仅有瞬间大电流集中传输，导致易燃易爆物质的燃烧爆炸，而且还会形成强电磁脉冲，产生频谱很宽的电磁辐射场，炸，而且还会形成强电磁脉冲，产生频谱很宽的电磁辐射场，对微电子设备造成对微电子设备造成电磁干扰电磁干扰和和浪涌效应浪涌效应。

2、 在静电起电在静电起电-放电的过程中，放电的过程中，ESDESD参数是不可控的参数是不可控的，是一，是一种难于重复的随机过程，因此，他的作用往往被人们所忽视。种难于重复的随机过程，因此，他的作用往往被人们所忽视。3人体上带不同的静电电压时，静电放电的电流波形人体上带不同的静电电压时，静电放电的电流波形 t/nsI/A50A100nsU0=40kV4 从图中可以看出，静电放电过程，其从图中可以看出，静电放电过程，其峰值电流可达数十峰值电流可达数十安培安培，实验室利用，实验室利用ESDESD模拟器和电流靶可以观测到数百安培模拟器和电流靶可以观测到数百安培的静电放电电流，其电磁辐射场可在附近导线上的

3、静电放电电流，其电磁辐射场可在附近导线上感应出数百感应出数百伏乃至上千伏的电压伏乃至上千伏的电压。 由于微电子技术的发展和广泛应用由于微电子技术的发展和广泛应用, ,静电防护工程研究静电防护工程研究逐渐由原来重点研究静电放电引起燃烧爆炸之类灾害事故的逐渐由原来重点研究静电放电引起燃烧爆炸之类灾害事故的防护防护, ,转向转向重点研究静电放电辐射场引发的电磁干扰及相关重点研究静电放电辐射场引发的电磁干扰及相关危害危害。 静电放电（包括接触放电和空气放电）对电路的干扰以及对静电放电（包括接触放电和空气放电）对电路的干扰以及对元器件影响，特别是元器件影响，特别是对场效应器件（对场效应器件（CMOSCM

4、OS电路）造成的破坏电路）造成的破坏，越，越来越引起人们的重视。因而控制系统的来越引起人们的重视。因而控制系统的静电抗扰度静电抗扰度便成了一项重便成了一项重要的电磁兼容性（要的电磁兼容性（EMCEMC）指标。）指标。5 产生静电的原因大致有二产生静电的原因大致有二 ： 1 1）静电感应）静电感应 如果一个带电体靠近一个中性导体，那么静电场会使如果一个带电体靠近一个中性导体，那么静电场会使中性导体上处于平衡状态的电荷分离。在距离带电体最近的中性导体上处于平衡状态的电荷分离。在距离带电体最近的导体表面上出现与带电体上电荷极性相反的电荷，而在距离导体表面上出现与带电体上电荷极性相反的电荷，而在距离带

5、电体最远的导体表面上出现与带电体上电荷极性相同的电带电体最远的导体表面上出现与带电体上电荷极性相同的电荷。如雷雨云底部分布着大量的电荷，它们产生静电场，在荷。如雷雨云底部分布着大量的电荷，它们产生静电场，在雷雨云所覆盖的地面和各类导体上便会感应出与雷雨云底部雷雨云所覆盖的地面和各类导体上便会感应出与雷雨云底部电荷相反符号的电荷。电荷相反符号的电荷。62 2）摩擦起电）摩擦起电 两种物体互相摩擦时。由于两种物体互相摩擦时。由于电子和离子的亲和性不同电子和离子的亲和性不同，会在两个物体间引起电子和离子的移动，形成一方带正电会在两个物体间引起电子和离子的移动，形成一方带正电荷，一方带负电荷，当两物体

6、分开时，会使一部分的正电荷荷，一方带负电荷，当两物体分开时，会使一部分的正电荷与负电荷再度结合，但最后残留一部分电荷。残留电荷量与负电荷再度结合，但最后残留一部分电荷。残留电荷量大，则静电量也愈大，这种残留的电荷由该物体的绝缘性决大，则静电量也愈大，这种残留的电荷由该物体的绝缘性决定。定。7 物体带电顺序表物体带电顺序表 电子的移动方向电子的移动方向带带正正电电荷荷侧侧玻玻璃璃云云母母尼尼龙龙羊羊毛毛人人造造丝丝绢绢 人人体体皮皮肤肤丙丙烯烯棉棉布布铝铝 纸纸 麻麻 琥琥珀珀铁、铁、铜、铜、镍镍橡橡胶胶金金 涤涤纶纶赛赛璐璐珞珞聚聚四四氟氟乙乙烯烯带带负负电电荷荷侧侧8 当两种材料发生接触时，

7、电子将从顺序表中位于左当两种材料发生接触时，电子将从顺序表中位于左侧的材料转移到顺序表中位于右侧的材料上。可以按此侧的材料转移到顺序表中位于右侧的材料上。可以按此来判断两个物体摩擦时，它们带电的极性，还可以大致估计来判断两个物体摩擦时，它们带电的极性，还可以大致估计所带电荷程度的大小，即顺序表中相隔愈开的两种材料摩擦，所带电荷程度的大小，即顺序表中相隔愈开的两种材料摩擦，产生电荷的程度就愈大。产生电荷的程度就愈大。 产生电荷的数量不仅与顺序表中材料的位置有关，而且产生电荷的数量不仅与顺序表中材料的位置有关，而且还和材料的表面清洁度、接触的压力、摩擦数量、接触面积还和材料的表面清洁度、接触的压力

8、、摩擦数量、接触面积的大小、表面光滑度以及分离速度等因素有关。同类材料在的大小、表面光滑度以及分离速度等因素有关。同类材料在经过接触、分离后也能产生电荷。一个最明显的例子就是塑经过接触、分离后也能产生电荷。一个最明显的例子就是塑料袋，在打开时能显而易见地感觉到静电的存在。料袋，在打开时能显而易见地感觉到静电的存在。9质地不同的工作服和内衣摩擦时人体带电电压（质地不同的工作服和内衣摩擦时人体带电电压（kVkV）工作服工作服内内 衣衣棉纱棉纱毛毛丙烯丙烯聚酯聚酯尼龙尼龙维棉维棉纯棉纯棉1.20.911.714.71.51.8维尼纶维尼纶55%55%、棉、棉45%45%0.64.512.312.34

9、.80.3聚酯聚酯65%、人造丝、人造丝35%4.28.419.217.14.81.2聚酯聚酯65%65%、棉、棉45%45%14.115.312.37.514.713.810 工作服和内衣摩擦时发生的静电是人体带电的主要原工作服和内衣摩擦时发生的静电是人体带电的主要原因因，质地不同的工作服和内衣摩擦时人体带电电压如表所示。，质地不同的工作服和内衣摩擦时人体带电电压如表所示。人体各部位所带的静电是不均匀的，人体各部位所带的静电是不均匀的，一般认为以手腕侧的电位一般认为以手腕侧的电位最高。最高。11因塑料地面或盛器产生的静电电压测量值因塑料地面或盛器产生的静电电压测量值普通值（普通值（kVkV）

10、最大值（最大值（kVkV）在在毛毯毛毯上行走的人上行走的人1239在在聚氯乙烯地板聚氯乙烯地板上行走的人上行走的人413在工作台面前的人在工作台面前的人0.53放在塑料箱内的器件放在塑料箱内的器件3.512放在塑料管内的器件放在塑料管内的器件0.5312几点基本概念几点基本概念 1) 1) 静电是一种发生在材料表面上的现象静电是一种发生在材料表面上的现象。电荷存在于材料。电荷存在于材料的表面上，而不是材料的内部。的表面上，而不是材料的内部。 2) 2) 绝缘体上的电荷只能保持在产生它的区域，并不会分布在绝缘体上的电荷只能保持在产生它的区域，并不会分布在材料的整个表面上。正因为如此，材料的整个表

11、面上。正因为如此，绝缘体的接地并不能减少绝缘体的接地并不能减少电荷。电荷。 3) 3) 因为绝缘体上的电荷不能自由移动，所以电荷不会引起因为绝缘体上的电荷不能自由移动，所以电荷不会引起静电放电。但静电放电。但绝缘体上的电势会在导体上感应产生电荷。绝缘体上的电势会在导体上感应产生电荷。 4) 4) 静电损坏都是通过导体（包括人体潮湿的皮肤）引起的静电损坏都是通过导体（包括人体潮湿的皮肤）引起的。 5) 5) 人体是最主要的静电放电源头。人体是最主要的静电放电源头。 6) 6) 任何带电物体都很容易将自己所携带的电荷转移到导电任何带电物体都很容易将自己所携带的电荷转移到导电的人体皮肤层上。的人体皮

12、肤层上。132 2 人体的静电模型（人体的静电模型（HBMHBM） 一个物体上所积累的电荷储存在该物体的电容中。一个物体上所积累的电荷储存在该物体的电容中。 通常，我们总认为只有在两个平板之间才会有电容，通常，我们总认为只有在两个平板之间才会有电容，实际上实际上所有的物体都有自己的自由空间电容，无非第二所有的物体都有自己的自由空间电容，无非第二个平板（指地球）无限大而已。个平板（指地球）无限大而已。这个电容也就是物体可这个电容也就是物体可有的最小电容。有的最小电容。 即使是不规则形状的物体，它的即使是不规则形状的物体，它的自由空间电容主要取自由空间电容主要取决于其表面积的函数决于其表面积的函数

13、。14人体的电容和电阻人体的电容和电阻 50pF50pF100pF100pF100pF100pF50pF50pF50050010k10k15 一个人体在一个人体在自由空间中的电容自由空间中的电容约为约为50Pf50Pf。除此以。除此以外，人体电容还包括外，人体电容还包括脚底与地面之间的电容脚底与地面之间的电容（约（约100Pf100Pf）。）。 如果如果人体接近墙壁人体接近墙壁等周围的某些物体，还会增加等周围的某些物体，还会增加50Pf50Pf100Pf100Pf的电容。所以人体电容等于人体自由空间的电容。所以人体电容等于人体自由空间电容与平板电容之和，大小在电容与平板电容之和，大小在50Pf

14、50Pf250Pf250Pf之间变化。之间变化。 人体电容也可用下列经验公式表示：人体电容也可用下列经验公式表示： C=0.55H+0.008KA/tC=0.55H+0.008KA/t式中：式中：HH人体高度（人体高度（cmcm）；）； KK鞋底材料的介质常数；鞋底材料的介质常数； AA两只鞋底的总面积（两只鞋底的总面积（cm2cm2）；）； tt鞋底厚度（鞋底厚度（cmcm）。）。16 人体电阻是非线性的，其值约在人体电阻是非线性的，其值约在5005001,0001,000之之间，它和人体产生放电的位置有关。间，它和人体产生放电的位置有关。 若手指尖放电，人体电阻约为若手指尖放电，人体电阻约

15、为10,00010,000； 若手掌放电，人体电阻约为若手掌放电，人体电阻约为1,0001,000； 若在手持的金属物体上放电，人体电阻约为若在手持的金属物体上放电，人体电阻约为500500； 若放电发生在较大的金属物体上，人体电阻可以减若放电发生在较大的金属物体上，人体电阻可以减小为小为5050。 此外，影响人体电阻的因素还有皮肤表面的水分、此外，影响人体电阻的因素还有皮肤表面的水分、盐和油、皮肤接触面积和压力等。盐和油、皮肤接触面积和压力等。17人体静电放电模型人体静电放电模型 C CR RL LV V18 上图是人体的静电放电模型。电荷储存在人体电容中，上图是人体的静电放电模型。电荷储存

16、在人体电容中，并通过一个等效的人体电阻产生放电。该静电模型没有考虑并通过一个等效的人体电阻产生放电。该静电模型没有考虑电感的大小，但是电感对确定放电电流的上升沿时间有决定电感的大小，但是电感对确定放电电流的上升沿时间有决定性的影响，应当将它计算进来。性的影响，应当将它计算进来。 该图的电路可以该图的电路可以模拟模拟人体的静电放电，也可以用于静电人体的静电放电，也可以用于静电测试测试。 静电放电的静电放电的上升沿时间上升沿时间和其和其能量能量是决定放电程度的主要是决定放电程度的主要参数参数. .下表以下表以mJmJ为单位列出了不同人体静电放电模型放电产生为单位列出了不同人体静电放电模型放电产生的能量。其计算公式为：的能量。其计算公式为： W=0.5CU2W=0.5CU2（mJmJ) )式中：式中：CC人体对地电容，人体对地电容，F F； VV人体静电电压，人体静电电压，V V。19典型人体静电模型（典型人体静电模型（HBMHBM）的参数取值）的参数取值 来源来源C(pf)R()V(V)能量（能量（mj)IEC 61000-4-21503008,000(最大最大)4.8公司公司A2501,