織物感應(yīng)靜電測(cè)試儀原理

 做為測(cè)量對(duì)象的靜電，可認(rèn)為有兩種類型。一種是工廠某地已經(jīng)產(chǎn)生的；另一種是在實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)研究中使之產(chǎn)生的。前者需要正確地掌握帶電狀況，考慮此時(shí)所具有的諸條件，找出排除故障的適當(dāng)方法。后者要求能準(zhǔn)確地控制實(shí)驗(yàn)條件，得到有再現(xiàn)性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。為此，必須充分理解測(cè)量的方法，進(jìn)而預(yù)先研究分析產(chǎn)生靜電的因素，也是完全必要的.

1.1感應(yīng)起電
 感應(yīng)起電通常是對(duì)導(dǎo)體來(lái)說(shuō)的。這里介紹的是電介質(zhì)在靜電場(chǎng)中由極化而使其帶電的方法，也把它稱為感應(yīng)起電。在電場(chǎng)中，電介發(fā)生極化，極化后的電介質(zhì)，其電場(chǎng)將周圍介質(zhì)中的某種自由電荷吸向自身和電介質(zhì)上與之符號(hào)相反的束縛電荷中和。外電場(chǎng)撤走后，電介質(zhì)上的兩種電荷已無(wú)法恢復(fù)中性，因而帶有一定量的電荷，這就是感應(yīng)起電.

1.2放電衰減
 物體帶電后，內(nèi)部電荷的逸散符合指數(shù)衰減規(guī)律。
 Q=Q0e-t/ε0εrρr (1)
 將電量衰減的時(shí)間常數(shù)τ＝ε0εrρr代入(1)式得：Q＝Q0e-t/τ (2)
電量衰減時(shí)間常數(shù)τ可用靜電衰減測(cè)量?jī)x來(lái)測(cè)量，而在實(shí)際的纖維和織物的靜電測(cè)試中，人們直接取電量衰減至原測(cè)試值的一半(Q＝1/2Q0)時(shí)所用的時(shí)間，也就是靜電半衰期t1／2表征靜電荷的逸散能力。它是衡量纖維消除靜電荷性能的一個(gè)重要指示，將式(2)加以變換得
 τ＝t/lnQ0/Q (3)
以Q=Q0/2代入式(3)得到靜電半衰期t1/2與電量衰減時(shí)間常數(shù)τ之間的關(guān)系：
t1/2= 1/1.44·τ=0.69τ

2.試驗(yàn)方法
 使被測(cè)試樣起電的方法有很多種。在試驗(yàn)當(dāng)中，需要一種能夠提供穩(wěn)定的并能夠穿透一定空間(空氣)的電源，以及在檢測(cè)中受環(huán)境的影響比較小的條件下進(jìn)行。這種辦法就是電暈放電和比較電極法檢測(cè)。.
2.1電暈放電
需要說(shuō)明的是場(chǎng)帶電和擴(kuò)散帶電需要高濃度的單極性離子。由于它們相互排斥和高的遷移率，這種離子壽命很短。因此要用這些帶電方法，必須要連續(xù)不斷地產(chǎn)生離子。放射性的放電、紫外線照射、火焰及電暈放電能在空氣中產(chǎn)生離子。只有最后一種方法——電暈放電能產(chǎn)生高濃度的單極離子以使試樣保持穩(wěn)定帶電狀態(tài)。
為產(chǎn)生電暈放電，必須建立一個(gè)不均勻的電場(chǎng)。像針與平板之間、空氣和其它通常是良好的絕緣體，但在電場(chǎng)強(qiáng)度足夠高的區(qū)域中空氣受到電離并成為可導(dǎo)電的。根據(jù)場(chǎng)的幾何形狀不同，這種電荷可能是電弧放電或電暈放電。
在電暈區(qū)域，電子被加速到相當(dāng)高的速度，可以在撞擊一個(gè)空氣分子時(shí)把一個(gè)電子撞出來(lái)，于是產(chǎn)生一個(gè)正離子和一個(gè)電子。在電暈區(qū)域內(nèi)是以自維持雪崩的形式發(fā)生這個(gè)過(guò)程，從而在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生了濃密的自由電子云和正離子云，這叫電暈放電。.

2.2非接觸式的測(cè)量方法
靜電電位的測(cè)量分為接觸式和感應(yīng)式兩種。
由于物體所帶的靜電大都有靜電壓高，而電流小，且一次性損耗后不易再補(bǔ)上的特點(diǎn)。所以接觸性儀表大都采用了光反射法，不僅體積較大，量度不精確，使用范圍也受到了限制。
直接感應(yīng)儀表測(cè)量法是用電容分壓原理。它的精度取決于電壓表固有電容和測(cè)試板對(duì)地的分布電容，且感應(yīng)電荷會(huì)通過(guò)表內(nèi)電阻而逐步泄漏。因此，電壓表上讀出的電壓將隨時(shí)間逐漸衰減。
比較法是一種非接觸的靜電測(cè)試方法。它利用試樣在旋轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)的帶電荷與不帶電荷的交替變換，給探頭一個(gè)交變信號(hào)

3.峰值、半衰期的測(cè)量
3.1放電電壓和電暈放電時(shí)間
如果放電針是正極性的，電子將迅速朝放電針運(yùn)動(dòng)，同時(shí)正離子將從放電針被推向試樣形成一個(gè)單極性的離子風(fēng)，在連續(xù)放電30秒鐘后，試樣上所獲得的電壓就是被測(cè)織物所帶的靜電峰值電壓(試驗(yàn)表明只有使用功率足夠的高壓變壓器，才能在30秒時(shí)間內(nèi)提供穩(wěn)定1萬(wàn)伏放電電壓)。
 前面已經(jīng)闡明，儀器的高壓尖端放電情況處于電暈放電階段，空氣中原始電離情況對(duì)儀器工作狀況有一定的影響。在電暈放電階段，要求外電場(chǎng)有一定程度，小于一定值，放電空間的這種電子增值過(guò)程不可能維持。我們?cè)趯?duì)各種試樣(棉、毛、絲、麻、滌綸、錦綸及人造棉)進(jìn)行實(shí)例的情況下，0.5kN/mm場(chǎng)強(qiáng)比較合適，如16mm放電距離，要達(dá)到0.5kN/mm場(chǎng)強(qiáng)，加于放電頭上的電壓達(dá)到8000V即可。而選20mm放電距離，要達(dá)到上述同樣的場(chǎng)強(qiáng)，就須加10 000伏電壓。
電介質(zhì)在靜電場(chǎng)中任何形式極化過(guò)程建立具有一定極化強(qiáng)度和穩(wěn)定情況都是需要一定馳豫時(shí)間的。由于裝置上的電場(chǎng)是周期性地加給試樣的，因此，延長(zhǎng)了極化終了時(shí)達(dá)到放電狀態(tài)所需要的時(shí)間，再加上高壓裝置中濾波電容器的充電時(shí)間，因此必須有足夠的放電時(shí)間使試樣帶電穩(wěn)定。
一般來(lái)說(shuō)，放電電場(chǎng)越強(qiáng)，建立穩(wěn)定靜電測(cè)試值所需的時(shí)間越短(離子云濃度大)。靜電效應(yīng)顯著的蛋白質(zhì)纖維和合成纖維比靜電效應(yīng)小的纖維素纖維，建立穩(wěn)定靜電測(cè)試值所需的時(shí)間短些。
我們對(duì)不同品種的纖維、紗線、織物進(jìn)行了實(shí)測(cè)。其結(jié)果是：為滿足不同的試樣要求，將測(cè)定的放電時(shí)間選定為30秒是可行的。.

3.2半值時(shí)間測(cè)量
所謂半值時(shí)間是帶電體電電位衰減為初始值Vo的一半所需時(shí)間(見圖3)，用符號(hào)t1/2表示。由式u=Voet/τ并代入條件t= 1/2t，u= Vo/2 則有： Vo/2=Voet1/2/τ (5)
 整理后得：t1/2=τln2 (6)
根據(jù)規(guī)定〔1〕，時(shí)間常數(shù)的5倍時(shí)間稱為松馳時(shí)間，即：ts=5τ (7)
可以算出，經(jīng)過(guò)時(shí)間t后，電壓衰減為原數(shù)值的0.67%，可以認(rèn)為電壓已經(jīng)消失。
 其測(cè)試方法是：旋轉(zhuǎn)試樣盤的上方除了放電針外，還有一個(gè)測(cè)試探頭(距離試樣上方15mm)，可以一邊施加高壓，一邊觀察試樣上感應(yīng)電壓的情況。當(dāng)高壓放電針結(jié)束放電后，立即記錄下此時(shí)電壓，即峰值電壓Vo(見圖3)?？稍?strong>示波器上顯示出一組脈沖電壓波形。而自動(dòng)記錄儀進(jìn)入的信號(hào)，因經(jīng)整流濾波，記下的是包絡(luò)線。從圖形中可以量出半值時(shí)間t1/2的大小，再應(yīng)用式(6)和(7)求出τ和t，也可以利用數(shù)字顯示儀表在半峰值電壓時(shí)自動(dòng)記錄下此時(shí)電位和半值時(shí)間。這種儀器自動(dòng)化程度高，操作更加簡(jiǎn)便一些。
還有一種儀器是在試樣旋轉(zhuǎn)園盤的上方只有一個(gè)放電探頭，待放完電后把放電探頭移走，再移入一個(gè)測(cè)試探頭。這種儀器具有體積小，封閉性好的特點(diǎn)。但它不能反映圖(3)中曲線的上升部份對(duì)應(yīng)測(cè)量的開始階段(即每當(dāng)試樣經(jīng)過(guò)電暈針下面時(shí)，由于電暈針對(duì)試樣不斷放電，使電壓逐漸上升，直到某個(gè)飽和值Vo)。由于被測(cè)試樣的峰值電壓開始衰減成指數(shù)曲線形式，而特別是換測(cè)量探頭的時(shí)間又不可能在瞬間完成，這個(gè)時(shí)間差使峰值電壓的測(cè)量大大降低了，是不夠準(zhǔn)確的。其測(cè)試的圖形開始階段也是不連續(xù)的。因此半值時(shí)間的測(cè)量也受到影響

4.試驗(yàn)環(huán)境溫濕度對(duì)測(cè)量的影響
空氣相對(duì)濕度及纖維、紗線、織物本身的回潮率，對(duì)靜電值影響很大，必須加以控制。這是因?yàn)橐环矫嬖囼?yàn)環(huán)境的溫濕度影響電暈放電的強(qiáng)弱，另一方面纖維的導(dǎo)電性能吸濕回潮后影響纖維的靜電性能，對(duì)親水性纖維及其制成品必須要注意。