Elektrostatisches Instrument

Was ist ein elektrostatisches Instrument?

Ein elektrostatisches Instrument misst die Spannung der statischen Elektrizität, die auf der Oberfläche eines Objekts erzeugt wird.

Es ist mit einem Oberflächenpotentialsensor ausgestattet, der eine berührungslose Messung ermöglicht und auf ein nicht zu messendes Objekt gerichtet ist. Elektrostatische Instrumente werden auch als Oberflächenpotenzialmessgeräte oder elektrostatische Potenzialmessgeräte bezeichnet und werden hauptsächlich in Produktionsprozessen in der verarbeitenden Industrie eingesetzt, obwohl es auch Geräte für Installationsumgebungen gibt.

Anwendungen von elektrostatischen Instrumenten

Im Folgenden sind einige der Probleme aufgeführt, die durch statische Elektrizität in Produktionsprozessen verursacht werden, und um Maßnahmen zu ihrer Vermeidung zu ergreifen, muss zunächst die Größe der erzeugten statischen Elektrizität genau gemessen werden. Das Ausmaß der statischen Elektrizität wird auch bei der Überprüfung und Bewertung der Wirksamkeit von Gegenmaßnahmen gemessen. Je nach Prozess kann sie auch zur ständigen Überwachung der Erzeugung statischer Elektrizität verwendet werden.

1. Anhaftung von Fremdkörpern

Probleme können auftreten, wenn geladene Fremdkörper (z. B. Staub) an einem geladenen Produkt haften. Im Lackierprozess kann dies beispielsweise zu einer ungleichmäßigen Beschichtung führen.

2. Elektrostatische Zerstörung (ESD-Zerstörung)

Halbleiterkomponenten wie integrierte Schaltkreise können durch elektrostatische Entladung zerstört werden.

3. Fehlfunktion

Geräte (elektronische Waagen, Gewichtskontrollgeräte, Metalldetektoren usw.), die mit kleinsten Strömen und Spannungen arbeiten, können durch elektromagnetisches Rauschen beeinträchtigt werden, wenn statische Elektrizität entladen wird.

4. Entladungen am menschlichen Körper

Elektrostatische Entladungen von aufgeladenen Gegenständen auf den menschlichen Körper verursachen nicht nur Schmerzen und Unbehagen am menschlichen Körper, sondern können auch Probleme mit Geräten und Entzündungen (Entzündung von brennbaren Materialien) verursachen.

Funktionsweise von elektrostatischen Instrumenten

Wenn die Oberfläche eines Gegenstandes aufgeladen ist und statische Elektrizität erzeugt wird, entsteht in der Umgebung ein elektrisches Feld. Elektrostatische Instrumente messen die Stärke dieses elektrischen Feldes und berechnen die Spannung der statischen Elektrizität. Das Prinzip eines typischen Elektrostatischen Instruments (Oberflächenpotenzialmessgerät) ist wie folgt:

Oberflächenpotentialsensoren nutzen das Phänomen der elektrostatischen Induktion: Wenn die Messelektrode von einem geladenen Objekt eine elektrostatische Feldstärke Eo (proportional zur Ladespannung Vo) empfängt, wird eine induzierte Ladung q auf der Oberfläche der Messelektrode angesammelt. Wird zwischen der Sensorelektrode und dem Objekt eine Abschirmplatte mit einer Größe, die die gesamte Sensorelektrode abdeckt, angebracht und mit konstanter Geschwindigkeit gedreht, so entlädt sich die auf der Sensorelektrode angesammelte induzierte Ladung q in dem Moment, in dem die Abschirmplatte sie abdeckt, und wenn die Abschirmplatte vorbeigeht, sammelt sich die induzierte Ladung q erneut an. Diese periodische Bewegung der Ladung q, d. h. die Größe des Wechselstroms I, hängt von der Stärke des elektrischen Feldes ab, so dass die Ladespannung Vo auf der Objektoberfläche durch Messung des Stroms I bestimmt werden kann.

Bei der oben genannten Messmethode hängt der Messwert jedoch stark von der Entfernung zwischen dem Oberflächenpotentialsensor und dem Messobjekt ab. Da das elektrische Feld mit zunehmendem Abstand zum Messobjekt schwächer wird, ist es unvermeidlich, dass der Messwert kleiner erscheint. Es ist daher notwendig, den Abstand zwischen dem Messobjekt und dem Oberflächenpotenzialsensor auf dem vorgegebenen Wert zu halten.

Ein weiteres Gerät, das das oben beschriebene Problem der Abhängigkeit vom Messabstand löst, ist das Oberflächenpotenzialmessgerät mit Spannungsrückführung. Dabei wird ein Hochspannungsnetzteil an die Messelektrode angeschlossen und die Ausgangsspannung des Hochspannungsnetzteils so eingestellt, dass der Wechselstrom Is zu Null wird. Der Strom Is hört auf zu fließen, wenn die Spannung des Messobjekts und die Spannung des Sensors gleich sind, so dass die Ausgangsspannung des Hochspannungsnetzteils gleich der geladenen Spannung des Messobjekts zu diesem Zeitpunkt ist.

Verwendung elektrostatischer Instrumente

Um die statische Aufladung eines geladenen Objekts mit einem handelsüblichen Elektrostatischen Instrument zu messen, wird wie folgt vorgegangen.

1. Platzieren Sie den Oberflächenpotentialsensor in dem vom Elektrostatischen Instrument angegebenen Abstand, wobei die Erfassungselektrode des Oberflächenpotentialsensors parallel zur zu messenden Oberfläche sein muss.
2. Stellen Sie den Messbereich höher als die erwartete Spannung ein und starten Sie die Messung. Wenn ein grober Messwert vorliegt, wird der Messbereich angepasst und der Messwert übernommen.

Bei der Messung mit einem spannungsrückgekoppelten Oberflächenpotenzialmessgerät wird die Erfassungselektrode des Oberflächenpotenzialsensors parallel zur Oberfläche des zu messenden Objekts platziert, wobei der Abstand zum Objekt nicht streng definiert sein muss. Die Spannung des Hochspannungsnetzteils wird schrittweise erhöht, um den Punkt zu finden, an dem der zur Messelektrode fließende Wechselstrom Null wird. Die Ausgangsspannung des Hochspannungsnetzteils an diesem Punkt ist die geladene Spannung des Messobjekts und die Maßeinheit ist V oder KV. Es ist wichtig, ein geeignetes Messgerät zu wählen, das die maximale Spannung der statischen Elektrizität annimmt.

Weitere Informationen zu elektrostatischen Instrumenten

Ursachen und Vermeidung von statischer Elektrizität

Die folgenden Mechanismen sind für die Erzeugung statischer Elektrizität bekannt:

1. Ablösung der Ladung

Sie entsteht, wenn übereinander liegende Gegenstände abgezogen werden, z. B. wenn eine Schutzfolie von einer Plastikfolie abgezogen wird.

2. Reibungsaufladung

Tritt auf, wenn Gegenstände aneinander reiben, z. B. beim Mischen von Dingen, beim Ausziehen von Kleidung oder beim Drehen von Motoren.

3. Sonstige Aufladung

Elektrostatische Instrumente werden verwendet, um die elektrostatische Aufladung von Gegenständen zu messen, die diesen Bedingungen ausgesetzt sind. Insbesondere bei Halbleiterbauelementen ist die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls aufgrund elektrostatischer Entladungen hoch, so dass eine regelmäßige Kontrolle mit elektrostatischen Instrumenten erforderlich ist. Im Folgenden werden konkrete Beispiele für Messziele in Produktionsprozessen genannt:

1. Tabletts mit Halbleitern und anderen elektronischen Bauteilen und deren Teilen, deren Schutzfolien und Lagerregale
2. Arbeitskleidung, Arbeitsschuhe, Arbeitstische, Stühle und Bodenflächen
3. Erdungsbänder und Erdungsbefestigungen
4. Fertigungsausrüstungen, wie Produktionsanlagen, Prüfmaschinen, Vorrichtungen und Werkzeuge, Lötkolben usw.
5. Arbeitsnormale und ihre Schutzhüllen aus Kunststoff
6. Anzeigeteile von Monitoren
7. Verschiedene Arten von gekauften Folien

Wenn die Entstehung statischer Elektrizität unvermeidbar ist, werden Ionisatoren und andere Entladungsgeräte installiert, um die statische Elektrizität aktiv zu beseitigen. Um die Wirksamkeit dieser Geräte zu gewährleisten, sind jedoch Messungen mit elektrostatischen Instrumenten unerlässlich.