ГОСТ Р 53734.2.2-2012 (МЭК 61340-2-2:2000) Электростатика. Часть 2.2. Методы испытаний. Способность материалов накапливать электростатические заряды

     5.1 Измерение с помощью цилиндра Фарадея

5.1.1 Общие положения

Заряженный образец материала помещают в изолированную проводящую камеру, известную как цилиндр Фарадея. На его внешней стороне индуцируется заряд того же знака и величины, что и заряд испытуемого образца. Измеряется величина этого заряда.

Примечание - Метод на основе цилиндра Фарадея эффективен и для изоляторов, и для проводников, так как нет необходимости, чтобы заряд действительно стекал на внутренние стенки цилиндра.

5.1.2 Оборудование

5.1.2.1 Цилиндр Фарадея

На рисунке 1 представлена схема для измерения заряда с помощью цилиндра Фарадея. Она состоит из двух концентрических контейнеров, причем внутренний цилиндр изолирован от заземленного внешнего цилиндра. Внешний цилиндр должен быть электрически экранирован от внешних полей и изолирован от системы измерения заряда.

1 - внутренний контейнер; 2 - экран; 3 - изолятор; 4 - детектор

Рисунок 1 - Цилиндр Фарадея

Изолятор, на котором установлен цилиндр, и подключения к внешним цепям измерительной системы должны обеспечивать отсутствие утечек заряда и наведение заряда. При выборе изолятора нужно учитывать механическую твердость, сопротивление утечки, поглощение влаги и пьезоэлектрические характеристики. Сопротивление должно быть не менее 10 Ом.

Примечание - Для удовлетворительного измерения заряда с утечкой менее 1% от заряженных предметов в простой цилиндрической емкости, наполненной менее чем на 30%, отношение глубины к диаметру должно быть не менее 1,3. Для утечки менее 5% - отношение должно быть не менее 0,8.

5.1.2.2 Схема измерений

Появившийся на внешней поверхности внутреннего контейнера заряд может быть измерен операционным усилителем в режиме "виртуальная земля". Другой способ основан на измерении увеличения напряжения цилиндра с помощью измерителя поля или электростатического измерителя напряжения. В этом случае заряд определяется через известную емкость цилиндра. Для ограничения изменения напряжения цилиндра могут быть добавлены дополнительные конденсаторы, подключенные параллельно цилиндру.

Указанные схемы измерений представлены на рисунке 2.

Токовый режим

А - амперметр


Режим напряжений

С - конденсатор; V - вольтметр

Рисунок 2 - Схемы измерений заряда

5.1.3 Процедура измерений

Соединяют внешний корпус с землей и заземляют внутренний контейнер. Проверяют чувствительность измерительной системы, отсоединив внутренний контейнер от земли.

Примечание 1 - Принимают меры предосторожности при заземлении заряженного цилиндра Фарадея во взрывоопасной окружающей среде. В системе может накопиться значительный заряд, который может разрядиться искрой между близко расположенными контактами. В таком случае следует использовать вакуум или заполненное инертным газом пространство.

Снимают заземление с внутренней емкости и помещают образцы в цилиндр ячейки Фарадея, не касаясь ими прочих поверхностей. Общий заряд измеряется напрямую. Если образцом является поток порошка или жидкости, заряд измеряется интегрированием тока к земле за время измерения. Для вычисления плотности заряда записывают массу порошка или объем собранной жидкости.

Примечание 2 - Важно обеспечить минимальный контакт при загрузке и избегать любого скольжения при обращении с образцами. Необходимо удостовериться, что способ перемещения образцов вносит незначительный заряд при измерении, когда можно считать, что переносимый заряд равняется нулю.

5.1.4 Обработка результатов измерений

Заряд (в кулонах, Кл) определяется непосредственно по показаниям измерителя заряда либо путем измерения потенциала цилиндра и вычисления по следующей формуле:

,