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简 介： 利用绝缘电阻表所产生的直流高压在单面覆铜板附近产生电场，测试电场强度测试仪FMX-004的读数，看是否与已知电压所产生的电场强度相同。通过实验验证了FMX-004的性能，讨论了影响FMX-004读数的因素：测量距离和测量档位。利用FMX-004可以帮助我们很好定位设备中的静电荷的累积，避免ESD对电路产生损坏。
关键词： FMX 004，电场强度，静电荷

01 FMX-004

1.1 静电放电

  静电放电会对电子系统产生干扰，严重时还会损坏电子线路中的 元器件。特别是在干燥少雨的冬天，静电荷容易积累，在操作电子设备时需要额外注意。

  在一些带有运动部件的机电系统中，往往会因为运动的绝缘体之间的摩擦产生较大的电荷。它们的存在会对设备中的电气线路产生隐患。碰到过两个实际例子：

• 在一款化学分析滴定仪中，传动的塑料齿轮会聚集静电。偶然的放电会从驱动步进电机引入到电路板上的A3979电机驱动芯片，造成A3979出现暂时故障，使得静态功耗急剧上升。

• 在全国大学生智能车竞赛中，运行在PVC赛道上的车模轮胎因为摩擦也会产生很多静电。偶然的放电也会造成车模电路出现奇奇怪怪的故障。

  为此，很多队伍会在车模底盘上粘贴上金属铝膜，以保护车模与赛道之间静电不会对上面的电路板产生影响。下面是在今年暑假比赛中， 太原工业学院同学在拆卸智能车背后防静电金属铝膜过程，为的是显示车模背面没有安装干簧管、HALL器件等。

1.2 测量静电

  为了防止静电对电路产生干扰，需要能够对其的存在和强度进行测量。使用万用表可以很方便对普通的电压进行测量，但对于静电则无法测量。可以利用静电周围的电场来测量到电荷的存在，使用电场强度测试仪可以测量电场强度。

  手边刚刚到货了一台电场强度测试仪：FMX-004^[1] ，它可以测量0 ~ 30kV的电压在2.5厘米距离上产生的电场强度。它是由 SIMCO-ION^[2] 生产的测量电场强度和空气中离子浓度的手持设备。

  现在还没有找到相关的资料说明它的工作原理。不妨按通过一些实验测试它的性能。

02 测量电场

2.1 测试方案

  基本的测试方案就是采用一个可以产生不同高压的直流电源，施加在一个金属导体与FMX-004之间，这样它们之间的电场强度是已知的，然后对比FMX-004的读数看是否符合已知电压。

2.1.1 高压直流电源

  使用一款便携 绝缘测量仪 ST907A^[3] 产生直流高压，它具有三个档位：500V、1000V、2500V。这个范围可以满足测量要求。

  将ST907A的测量表笔，一端连接在金属导体上，一端连接在FMX-004的参考地线上。按照FMX-004的使用说明，将FMX-004的前端靠近金属表面2.5厘米，便可以正确读出对应的电场强度。

2.1.2 金属导体

  金属导体使用单面覆铜板 ，使用金属小支架固定覆铜板。由于它们都是金属，所以将绝缘表的表笔直接夹在支架上。

2.2 测试结果

2.2.1 将FMX-004清零

  测量之前，先对FMX-004进行清零。在按动“ZERO”按钮，使得FMX-004的显示数值变为0 。

  然后调整FMX-004与单面覆铜板之间的距离，使其达到2.5厘米左右。由于电场强度与电压差和距离有关系，所以FMX-004与单面覆铜板之间的距离将会影响电场强度。

  从下面动图可以看到，在施加1000V的单面覆铜板前面移动FMX-005，它的读数会产生较大的变化。

2.2.2 测量三个档位电压

  下面分别测量绝缘表在三个电压档位时，电场强度的数值。

  FMX-004有两个电场测量档位，一个是30kV，一个是3kV。首先使用3kV的低压档位进行测量。

（1）500V档位

  下面是在500V档位读取的电场强度，数值在0.5kV左右，反映了电场强度是500V在2.5厘米上产生的数值。

（2）1000V档位

  下面是在1000V档位测量的电场强度。可以看到FMX-004的读数跳动比较大，在1kV上下波动。

（3）2500V档位

  下面是在绝缘电阻2500V档位测量，显示电压为2.94kV，与2500数值相差较大。

  这有可能是电场强度已经接近于低压档位的满量程造成的非线性。将FMX-004的档位切换到高压档位（30kV），此时可以读取到电压强度为 2.5kV。

※ 测量总结 ※

  利用绝缘表所产生的直流高压在单面覆铜板附近产生电场，测试电场强度测试仪FMX-004的读数，看是否与已知电压所产生的电场强度相同。通过实验验证了FMX-004的性能，讨论了影响FMX-004读数的因素：测量距离和测量档位。

  利用FMX-004可以帮助我们很好定位设备中的静电荷的累积，避免ESD对电路产生损坏。

参考资料