Qu’est-ce qu’un instrument de mesure de l’électricité statique ?
Un instrument de mesure de l’électricité statique mesure la tension de l’électricité statique générée à la surface d’un objet.
Il est équipé d’un capteur de potentiel de surface qui permet une mesure sans contact et est dirigé vers un objet non mesuré. Ces instruments sont également appelés “compteurs de potentiel de surface” ou “compteurs de potentiel électrostatique”. Ils sont principalement utilisés dans les processus de production de l’industrie manufacturière, bien qu’il existe des instruments pour les environnements d’installation.
Utilisations des instruments de mesure de l’électricité statique
Quelques-uns des problèmes causés par l’électricité statique dans les processus de production sont détaillés dans la suite de l’article. Toutefois, afin de prendre des mesures pour les éviter, il est tout d’abord nécessaire de mesurer avec précision l’ampleur de l’électricité statique générée. Cette dernière est également mesurée lors de la vérification et de l’évaluation de l’efficacité des contre-mesures. En fonction du processus, elle peut également servir à surveiller en permanence la production d’électricité statique.
1. Adhésion d’un corps étranger
Des problèmes peuvent survenir lorsque des corps étrangers chargés (par exemple, de la poussière) adhèrent à un produit chargé. Dans le processus de peinture, par exemple, cela peut entraîner un revêtement inégal.
2. Destruction électrostatique (destruction ESD)
Les composants semi-conducteurs tels que les circuits intégrés peuvent être détruits par une décharge électrostatique.
3. Dysfonctionnement
Les équipements (balances électroniques, vérificateurs de poids, détecteurs de métaux, etc.) qui fonctionnent avec des courants et des tensions infimes peuvent être affectés par un bruit électromagnétique lorsque l’électricité statique est déchargée.
4. Décharge sur le corps humain
Les décharges électrostatiques d’objets chargés sur le corps humain provoquent non seulement des douleurs ou une gêne, mais peuvent également causer des problèmes d’équipement et d’inflammation (inflammation de matériaux combustibles).
Principe des instruments de mesure de l’électricité statique
Lorsque la surface d’un objet est chargée et que de l’électricité statique est générée, un champ électrique se crée à proximité. Les instruments de mesure de l’électricité statique mesurent l’intensité de ce champ électrique et calculent la tension de l’électricité statique.
Les capteurs de potentiel de surface utilisent le phénomène d’induction électrostatique : lorsque l’électrode de détection reçoit une intensité de champ électrostatique Eo (proportionnelle à la tension de charge Vo) d’un objet chargé, une charge induite q s’accumule à la surface de l’électrode de détection. Une plaque de blindage d’une taille couvrant la totalité de l’électrode de détection peut être placée entre l’électrode de détection ainsi que l’objet. Si elle tourne à une vitesse constante, la charge induite q accumulée sur l’électrode de détection est déchargée au moment où la plaque de blindage la recouvre. Lorsque la plaque de blindage passe, la charge induite q s’accumule à nouveau. Ce mouvement périodique de la charge q, c’est-à-dire l’ampleur du courant alternatif Is, dépend de l’intensité du champ électrique. Par conséquent, la tension de charge Vo sur la surface de l’objet peut être déterminée en mesurant le courant Is.
Cependant, dans la méthode de mesure ci-dessus, la valeur mesurée dépend largement de la distance entre le capteur de potentiel de surface et l’objet à mesurer. Comme le champ électrique devient plus faible à des distances plus grandes de l’objet à mesurer, il est inévitable que la valeur mesurée apparaisse plus petite. Il est donc nécessaire de maintenir la distance entre l’objet à mesurer et le capteur de potentiel de surface à la distance spécifiée.
Un autre dispositif permettant de résoudre le problème susmentionné de la dépendance à l’égard de la distance de mesure est le compteur de potentiel de surface à retour de tension. Il s’agit de connecter une alimentation haute tension à l’électrode de détection et de régler la tension de sortie de l’alimentation haute tension de manière à ce que le courant alternatif Is devienne nul. Le courant Is cesse alors de circuler lorsque la tension de l’objet à mesurer et celle du capteur sont identiques. De ce fait, la tension de sortie de l’alimentation haute tension est égale à la tension chargée de l’objet à mesurer à ce moment-là.
Comment utiliser les instruments de mesure de l’électricité statique ?
Pour mesurer la charge statique d’un objet chargé à l’aide d’un instrument de mesure de l’électricité statique standard, on procède comme suit :
1. Placer le capteur de potentiel de surface à la distance spécifiée par l’instrument de mesure électrostatique, l’électrode de détection du capteur de potentiel de surface étant parallèle à la surface à mesurer.
2. Régler la plage de mesure sur une valeur supérieure à la tension attendue et commencer la mesure. Lorsqu’une valeur de mesure approximative est obtenue, la plage de mesure est adaptée et la valeur de mesure est adoptée.
Lors d’une mesure avec un appareil de mesure du potentiel de surface à retour de tension, l’électrode de détection du capteur de potentiel de surface est placée parallèlement à la surface de l’objet à mesurer. Toutefois, la distance par rapport à l’objet n’a pas besoin d’être strictement définie. La tension de l’alimentation haute tension est donc progressivement augmentée pour trouver le point où le courant alternatif circulant vers l’électrode de détection devient nul. La tension de sortie de l’alimentation haute tension à ce point est la tension de charge de l’objet à mesurer et l’unité de mesure est le V ou le KV. Par conséquent, il est important de choisir l’instrument approprié en tenant compte de la tension maximale de l’électricité statique.
Autres informations sur les instruments de mesure de l’électricité statique
Causes et prévention de l’électricité statique
Les mécanismes suivants sont connus pour générer de l’électricité statique :
1. Le décollement de la charge
Ce phénomène se produit lorsque des objets se chevauchant sont décollés, par exemple lorsqu’un film de protection est retiré d’une feuille de plastique.
2. Charge de frottement
Cette charge se produit lorsque des objets se frottent l’un contre l’autre, par exemple lorsque l’on mélange des produits, que l’on enlève des vêtements ou que des moteurs tournent.
3. Autres charges
Les instruments de mesure électrostatiques sont utilisés pour mesurer la charge électrostatique d’objets exposés à ces conditions. Ils mesurent en particulier celle des composants semi-conducteurs qui sont fortement susceptibles de tomber en panne à cause d’une décharge électrostatique. Il est donc nécessaire de vérifier régulièrement le processus à l’aide d’instruments de mesure de l’électricité statique. Voici quelques exemples spécifiques de cibles de mesure dans les processus de production :
- Plateaux contenant des semi-conducteurs et d’autres composants électroniques, ainsi que leurs pièces, leurs films de protection et leurs étagères de stockage
- Les vêtements et chaussures de travail, les bureaux, les chaises et les surfaces de sol utilisés dans le processus de travail
- Les bandes de terre et les dispositifs de mise à la terre
- Équipement de fabrication, tel que l’équipement de production, les machines d’inspection, les gabarits et les outils, les fers à souder, etc.
- Les étalons de travail et leurs étuis de protection en plastique
- Pièces d’affichage des moniteurs
- Différents types de films achetés
Lorsque la production d’électricité statique est inévitable, des ionisateurs et autres éliminateurs d’électricité statique sont installés pour éliminer activement l’électricité statique. Il est cependant essentiel de les mesurer à l’aide d’instruments de mesure de l’électricité statique pour s’assurer de leur efficacité.