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静电技术应用与发展方向

2010-04-204130
 

首先介绍一下静电放电的特点: 
1) 静电放电是高电位、强电场、瞬时大电流的过程 
在放电类型中,诸如电晕放电的电流确实小,但多数的静电放电过程为瞬时脉冲大电流(产生火花放电) 
2) 静电放电会产生强烈的电磁辐射形成电磁脉冲 

近年来随着静电测试技术、测试仪器及测试手段的迅速发展,人们对ESD这一瞬态过程越来越清楚。作为近场危害源,许多人已把之与高空核爆炸形成的核电磁脉冲及雷电放电时产生雷电电磁脉冲相提并论。 
要求是科学研究的前提。因此,对于放电电磁的研究也是在西方较为寒冷地区(加拿大、德国。瑞士等)ESD危害较为严重的国家开始的。 

加拿大渥太华大学电力工程学对ESD相关电磁场的研究工作开展的较早,A•James kozlowski在1990年就用两种天线测量ESD辐射电场。 

Perry •F •Wison是西方最早全面进行ESD场测量核理论研究的学者,曾经提出著名的ESD辐射场偶极子模型。 

柏林理工大学是西方研究ESD比较权威的大学。著名学者David Pommerenke 对ESD的放电电流与火花弧长的关系、放电电流接近速度的关系、不同型号的模拟器产生的电磁场的差异、接地电缆位置对ESD电磁场的影响以及放电枪的姿态对藕合板上电磁场的影响等等进行了系统的全面的研究。他认为ESD相关测量数据资料并不丰富,以前人们所用的传感器往往是没有经过标定的,频率和相位相应不平坦,或者数据仅是在远场区得到的,而ESD主要是一种近场危害源上。David测量了从远场区到近场区不同距离的场,得到大量数据。从中他认为在静电放电时辐射场比静电场所占的比例更大。放电弧长越长,峰值随距离衰减越快等一种结论性的论断。 

ESD作为一种复杂的电磁现象,由于影响因素太多,如环境湿度、材料性能、电极形状以及放电时电极接近速度等诸因素,而且相关测试设备也尚处于进一步研制和完善中,所以研究的难度和工作量比较大。目前外国的研究也刚刚起步,研究的测试平台和研究方法均处于探索阶段。
 
今后的研究方向,从基础科角度看,首要的是建立理论模型。因为建立模型是更普遍更定量研究的基础,是研制模拟设备和实验手段的主要依据。在建立模型的分类上,可以有以下两种: 
1 ESD模型――静电放电电源的等效电路模型现今IEC标准等规定中仅有电容(C)、电阻(R)两项,但对于系统的研究需要考虑分布参数。 
2 ESD辐射场理论模型 
1) 长导体模型 
2) 球电极模型 
3) 偶极子模型 

四 静电生物效应 

静电生物效应的研究早期发源于日本。成果最多的也是日本。我国在上世纪七、八十年代 
有多家研究机构致力于该方向上的探讨。但由于成果不大,至今在理论上和应用上都没有太大的进展。从近期的国内文献看,虽然一些科研工作者仍然在这个领域做着努力,但都处于研究的观察阶段,没有机理上的总结概括,更没有理论上的升华。从观察结果看,静电场对植物产生、种子发芽、食品保鲜以及电磁负离子对人体的作用都有较明显的反映。
 
比如适宜的静电场作用可以增加种子各项生理代谢活性、促进种子发芽率。但目前系统的研究不同的电场对于不同的种群的作用效果的系统论述还没有人去做。再如人工负离子输入潜艇可以大面积改善空气质量,使人体的红细胞数、血红蛋白含量、肺活量和心率都有所改善。但负离子的大小的不同作用以及负离子在人体内的活动方式还没有明确的解释。 

从上面两个例证可以看出静电生物效应是一块广阔的研究天地,也是较为艰辛的研究历程。

高气压气体放电种类及其相关参数 
成熟度气压(Pa)放电种类电子浓度(cm-3)电子平均能量(ev) 
现在技术~0.1M直流高压放电<106<1.5 
高压脉冲电晕~107<3 
介质阻挡放电~1014~5 
研究中>=0.1M介质阻挡强放电>101510~23                          
   60A        40 Kv    

    40A      20KV   
 

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