一種靜電電荷分析儀校準(zhǔn)裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開的靜電電荷分析儀校準(zhǔn)裝置，采用了電荷擺渡器通過機(jī)械旋轉(zhuǎn)的接觸電刷和擺渡電容器，將標(biāo)準(zhǔn)直流高壓源的電荷傳遞到被校準(zhǔn)儀器平板上，在平板電壓校準(zhǔn)時增加了安全性，即使人員接觸裸露電極也不至于受傷，電荷擺渡器中電刷電路的兩組串聯(lián)電阻順序接觸方式，使充放電過程不產(chǎn)生靜電火花，不對環(huán)境產(chǎn)生電磁干擾。本實用新型通過標(biāo)準(zhǔn)電容器將靜電電容溯源到數(shù)字電橋。
【專利說明】一種靜電電荷分析儀校準(zhǔn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種靜電電荷分析儀校準(zhǔn)裝置，屬于機(jī)電一體化的儀器儀表領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]靜電電荷分析儀(Charge Analyzer),也稱充電平板檢測儀(CPM, Charge PlateMonitor),或充電平板分析儀(CPA, Charge Plate Analyzer),本實用新型中統(tǒng)稱為“被校準(zhǔn)儀器”。常見產(chǎn)品有3M公司的3M711，Monroe Electronics公司的268A等產(chǎn)品。該產(chǎn)品用于檢測靜電消電器、離子風(fēng)機(jī)等靜電防護(hù)設(shè)備的靜電電荷中和的能力。對于離子風(fēng)機(jī)等靜電消除器的測試，國際和國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)都有相應(yīng)的規(guī)定和說明，如國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn) IEC61340-5-2E1ectrostatics-Part5-2:Protection of electronic devices fromelectrosstatic phenomena-User guide, 2007-08,美國標(biāo)準(zhǔn) ANSI ESD STM3.l-2006Forthe protection of electrostatic discharge susceptible items-1onization[S].ESDAssociation, February26, 2006，中國電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SJ/T10694-2006電子產(chǎn)品制造與應(yīng)用系統(tǒng)防靜電檢測通用規(guī)范，中國航天科技集團(tuán)公司標(biāo)準(zhǔn)Q/QJA121-2013航天電子產(chǎn)品防靜電離子風(fēng)機(jī)檢測方法等標(biāo)準(zhǔn)中，對靜電消除器(離子風(fēng)機(jī))的測試都需要用到這種被校準(zhǔn)儀器。
[0003]被校準(zhǔn)儀器主要由空氣介質(zhì)的平板電容器，非接觸式靜電電壓表，高壓發(fā)生器，高壓繼電器，計時器，顯示器和控制單元組成，見圖1。所測量的參數(shù)有平板電壓，衰減時間和殘余電壓等參數(shù)。平板電壓，衡量平板上電荷量多少，衰減時間，衡量的是離子風(fēng)機(jī)的靜電消除速度；殘余電壓，是衡量離子風(fēng)機(jī)造成電荷累計的程度。被校準(zhǔn)儀器具有正、負(fù)電荷充電功能，靜電電壓測量和計時測量等功能。美國標(biāo)準(zhǔn)ANSI/ESD STM3.1-2006中對平板電容的尺寸規(guī)定為:平板面積S=15cmX15cm，平板間距D=1.875cm，包含支架、高壓繼電器引線在內(nèi)，極板與地之間總電容值為(20`±2)pF。在文獻(xiàn)“靜電防護(hù)測量儀器綜述-電子測量與儀器學(xué)報2011 Vo 125.Noll"中對該類測量儀器有詳細(xì)描述。
[0004]常見靜電電荷分析儀的技術(shù)指標(biāo)如下:
[0005]
測量參數(shù)測量范圍(規(guī)定量值)技術(shù)要求
平板電壓 -2kV~+2kV,最小分辨力IV 示值誤差:±3%x讀數(shù)±1字
_ -8kV~+8kV最小分辨力10V 示值誤差:±5%x讀數(shù)±1字
[0006]
【權(quán)利要求】
1.一種靜電電荷分析儀校準(zhǔn)裝置，其特征在于包括:直流高壓源(1)、高壓表(2)、電荷擺渡器(3)、衰減時間校準(zhǔn)裝置(4)和靜電電容測量裝置(5);所述直流高壓源(1)、高壓表(2 )、電荷擺渡器(3 )組成電壓校準(zhǔn)裝置，電荷擺渡器(3 ) —側(cè)連接直流高壓源(1)的輸出端和接地端，另一側(cè)連接被校準(zhǔn)儀器(6)的平板(7)和接地端，高壓表(2)并聯(lián)在直流高壓源(I)的輸出端和接地端，以直流高壓源(1)或者高壓表(2)作為標(biāo)準(zhǔn)，若直流高壓電源(1)的最大允許誤差小于被校準(zhǔn)儀器的1/3，則不使用高壓表(2);所述衰減時間校準(zhǔn)裝置(4)連接被校準(zhǔn)儀器(6 )的平板(7 )和接地端；所述靜電電容測量裝置(5 )連接被校準(zhǔn)儀器(6 )的平板(7)和接地端子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電電荷分析儀校準(zhǔn)裝置，其特征在于:所述電荷擺渡器(3)由轉(zhuǎn)動電機(jī)(13)，電刷電路(9)和擺渡電容器Q組成，電刷電路(9)中轉(zhuǎn)動電刷(8)的絕緣部分連接轉(zhuǎn)動電機(jī)(13)的轉(zhuǎn)動軸，電刷電路(9)中轉(zhuǎn)動電刷(8)的導(dǎo)電部分連接和擺渡電容器C2的一個電極，擺渡電容器C2的另一個電極作為電刷電路(9)的接地端，電刷電路(9)的輸入端連接直流高壓源(1)，電刷電路(9)的輸出端連接被校準(zhǔn)儀器(6)的平板(7)，電刷電路(9)的接地端分別連接直流高壓源(1)的接地端和被校準(zhǔn)儀器(6)的接地端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的靜電電荷分析儀校準(zhǔn)裝置，其特征在于:所述電刷電路(9)包括轉(zhuǎn)動電刷(8)、第一電極(10)、第二電極(11)和絕緣盤(12);第一電極(10)和第二電極(II)相互絕緣分布在絕緣盤(12)上，其中第一電極(10)連接直流高壓源(1)的輸出端，第二電極(11)連接被校準(zhǔn)儀器(6)的平板(7)，所述轉(zhuǎn)動電刷(8)有絕緣部分和導(dǎo)電部分，轉(zhuǎn)動電刷(8)的導(dǎo)電部分連接擺渡電容器C2的一電極，擺渡電容器C2的另一電極連接直流高壓源(1)的地線和被校準(zhǔn)儀器(6)的接地端，所述轉(zhuǎn)動電機(jī)(13)的軸連接電刷(8)的絕緣部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的靜電電荷分析儀校準(zhǔn)裝置，其特征在于:所述電刷電路(9)包括轉(zhuǎn)動電刷(8)、第一電極(10)、第二電極(11)、絕緣盤(12)、輸入電阻Rn~Rim和輸出電阻Roi~;所述第一電極(10)和第二電極(11)是一組裸露的金屬導(dǎo)體，對應(yīng)每一只電阻有個一獨(dú)立的電極，每個獨(dú)立的電極在轉(zhuǎn)動電刷(8 )導(dǎo)電部分轉(zhuǎn)動的軌跡上呈弧狀排列，各電極之間隔著絕緣部分，在絕緣盤(12)上以圓心為參考，第一電極(10)與第二電極(11)軸對稱分布，不重疊，所間隔的絕緣部分使轉(zhuǎn)動電刷(8)不能同時接觸到第一電極(10)和第二電極(11)，所述轉(zhuǎn)動電刷(8)有絕緣部分和導(dǎo)電部分，轉(zhuǎn)動電刷(8)的絕緣部分連接轉(zhuǎn)動電機(jī)(13)的軸，轉(zhuǎn)動電刷(8)的導(dǎo)電部分連接擺渡電容器C2的一電極，擺渡電容器C2的另一電極連接直流高壓源(1)的地線和被校準(zhǔn)儀器(6)的接地端；所述輸入電阻Rn~Rim的一端并聯(lián)在一起作為電荷擺渡器(3)的輸入端，各只電阻的另一端分別連接第一電極(10)中的獨(dú)立電極，所述輸出電阻R&~R?的一端并聯(lián)在一起作為電荷擺渡器(3)的輸出端，各只電阻的另一端分別連接第二電極(11)中的獨(dú)立電極，轉(zhuǎn)動電刷(8)轉(zhuǎn)動依次接觸到輸入電阻L~Rim，然后再依次接觸到輸出電阻L~R?，電阻值要求Rn>Ri2>…>Rim，Ro1>Ro2>->1--，各阻值在0Ω~109Ω范圍內(nèi)選擇，輸入和輸出電路以圓心為軸，對稱分布，連接時能夠互換輸入端和輸出端位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電電荷分析儀校準(zhǔn)裝置，其特征在于:所述衰減時間校準(zhǔn)裝置(4)是以秒表為時間標(biāo)準(zhǔn)的裝置，它由啟動開關(guān)(18)和停止開關(guān)(19)，秒表(14)、電阻R7、R8和放電電容器C3組成；所述啟動開關(guān)(18)和停止開關(guān)(19)是單刀雙擲開關(guān)，有3個引腳，其中第2腳為“動觸頭”引腳，第1腳和第3腳為“靜觸頭”引腳，放電電容器C3的一個電極連接啟動開關(guān)(18)的第2腳，放電電容器C3的另一個電極連接啟動開關(guān)(18)的第1腳和停止開關(guān)(19)的第2腳，以及連接被校準(zhǔn)儀器(6)的接地端，啟動開關(guān)(18)的第3腳串聯(lián)電阻R7，停止開關(guān)(19)的第3腳串聯(lián)電阻R8，電阻R7、R8并聯(lián)在一起作為輸出端，此輸出端連接被校準(zhǔn)儀器(6)的平板(7);所述秒表(14)有啟動/停止按鈕(15)、復(fù)位按鈕(16)，啟動/停止按鈕(15)的啟動操作和啟動開關(guān)(18)在時間上同步，啟動/停止按鈕(15)的停止操作和停止開關(guān)(19)在時間上同步。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電電荷分析儀校準(zhǔn)裝置，其特征在于:所述衰減時間校準(zhǔn)裝置(4)為放電計時器(20)，所述放電計時器(20)由微處理器CPU (27)、清零按鈕(23)、設(shè)置時間按鈕(24)、衰減按鈕(25)、顯示器(26)、放電電容器C3、放電電阻R9、接地電阻R1Q、NPN型開關(guān)三極管Qi和Q2，第一繼電器J1和第二繼電器J2，第一校準(zhǔn)端(21)和第二校準(zhǔn)端(22)組成；所述微處理器CPU (27)的引腳I/O分別連接按清零按鈕(23)、設(shè)置時間按鈕(24)、衰減按鈕(25)，顯示器(26)，開關(guān)三極管％和Q2的基極，第一校準(zhǔn)端(21)和第二校準(zhǔn)端(22);所述顯示器(26)由一組LED燈組成，每個LED燈對應(yīng)一個衰減時間設(shè)定值Ts ;放電電阻R9、放電電容器C3、第一繼電器J1的開關(guān)觸點(diǎn)相互串聯(lián)成為電容支路，接地電阻R1(l、第二繼電器J2的開關(guān)觸點(diǎn)相互串聯(lián)成為接地支路，電容支路和接地支路并聯(lián)，再并聯(lián)到被校準(zhǔn)儀器(6)的平板(7)和接地端；第一繼電器J1的線圈一端串聯(lián)開關(guān)三極管Qi的集電極，另一端接電源VCC，開關(guān)三極管％的發(fā)射極接地，第二繼電器J2的線圈一端串聯(lián)開關(guān)三極管92的集電極，另一端接電源VCC，開關(guān)三極管Q2的發(fā)射極接地；所述第一校準(zhǔn)端(21)連接微處理器CPU (27)的一個I/O引腳，所述第二校準(zhǔn)端(22)連接微處理器CPU (27)的另一個I/O引腳。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的靜電電荷分析儀校準(zhǔn)裝置，其特征在于:所述放電電容器C3的選取范圍為20pF~200pF，電容耐壓大于10kV。`
8.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的靜電電荷分析儀校準(zhǔn)裝置，其特征在于:所述電阻R7、R8、R9> R10阻值小于1.6ΜΩ時，充放電過程延時不超過1ms。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的靜電電荷分析儀校準(zhǔn)裝置，其特征在于:所述啟動開關(guān)(18)和停止開關(guān)(19)為耐壓大于10kV的高壓開關(guān)，開關(guān)的各個引腳之間和開關(guān)的手動部位之間絕緣電阻大于1Χ1014Ω。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的靜電電荷分析儀校準(zhǔn)裝置，其特征在于:所述第一繼電器J1和第二繼電器J2為耐壓大于10kV的高壓繼電器，絕緣電阻大于1Χ1014Ω。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電電荷分析儀校準(zhǔn)裝置，其特征在于:所述靜電電容測量裝置(5)由標(biāo)準(zhǔn)電容器CMf、電阻Rn、耐壓大于10kV的高壓屏蔽導(dǎo)線(29)、接地電極(30)、接觸電極(31)和絕緣把手(32)組成；所述標(biāo)準(zhǔn)電容器CMf為兩端屏蔽結(jié)構(gòu)，有2個校準(zhǔn)測量端子即高端Η和低端L，高端Η和低端L之間絕緣電阻大于2 X ΙΟ14 Ω，其中低端L連接屏蔽結(jié)構(gòu)的機(jī)殼(28);高端Η串聯(lián)電阻Rn，電阻Rn再串聯(lián)高壓屏蔽導(dǎo)線(29)的芯線，高壓屏蔽導(dǎo)線(29)的芯線再串聯(lián)接觸電極(31);屏蔽結(jié)構(gòu)的機(jī)殼(28)、高壓屏蔽導(dǎo)線(29)的屏蔽皮、接地電極(30 )、被校準(zhǔn)儀器(6 )的接地端接在一起，絕緣把手(32 )機(jī)械固定在接觸電極(31)上；所述高壓屏蔽導(dǎo)線(29)長度不小于30cm。
【文檔編號】G01R35/00GK203519810SQ201320376272
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月27日
【發(fā)明者】劉民, 佟雷, 袁亞飛, 羅宇軒 申請人:北京東方計量測試研究所