Medición de la electricidad estática
Antes de tomar cualquier medida de eliminación de electricidad estática, es necesario determinar si realmente hay electricidad estática. El punto de partida es detectar la electricidad estática. Sin embargo, la electricidad estática no es visible.
Si hay un lugar con un problema visible, como la adherencia de una lámina o el polvo, se puede notar que hay estática. Utilizar un instrumento de medición específico puede ayudarle a encontrar estática en lugares donde no hay problemas visibles. Un instrumento de medición también le permite ver qué tan fuerte es la estática en un lugar determinado.
En primer lugar, veamos los instrumentos de medición.
- ¿Qué es un sensor electrostático?
- Tipos de sensores electrostáticos
- Cantidad y unidad de electricidad estática
- Método de medición con dependencia reducida de la distancia
- Otros métodos de medición
¿Qué es un sensor electrostático?
Los sensores electrostáticos son instrumentos de medición diseñados para detectar la electricidad estática. Basta con apuntar el sensor electrostático al objeto para medir la cantidad de electricidad estática.
- A: El objeto se mide simplemente apuntando la unidad del sensor hacia él.
Tipos de sensores electrostáticos
Los instrumentos utilizados para medir la electricidad estática se denominan oficialmente sensores de potencial de superficie o medidores de campo electrostático.
La siguiente figura muestra algunos ejemplos. El ejemplo de la izquierda muestra la medición de la electricidad estática en una PCB. La cantidad de electricidad estática se puede medir fácilmente con sólo apuntar el sensor a la PCB.
La medición de la electricidad estática en los sitios de fabricación puede tener diferentes requisitos: medir múltiples puntos en una línea de producción, medir una determinada ubicación continuamente y registrarla, etc. Los sensores electrostáticos también se presentan en varios tipos para diferentes aplicaciones, por lo que es importante seleccionar el sensor adecuado para el propósito y las condiciones.
- Sensor electrostático de mano
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De mano para medir cualquier ubicación
- Sensor electrostático en línea
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Medición en línea
Cantidad y unidad de electricidad estática
¿Cuál es la unidad utilizada para expresar la cantidad de electricidad estática? La unidad es el voltaje. La cantidad de electricidad estática se indica por qué tan grande o pequeño es el número de voltaje.
Supongamos que ha medido algo utilizando un sensor electrostático. El producto A tenía un voltaje de 100 V. El producto B tenía un voltaje de 500 V. En este caso, el producto B, que tiene un voltaje más alto, tiene más electricidad estática y almacena más cargas estáticas. Cuanto mayor sea el voltaje, más fuerte será la carga. Cuanto menor sea el voltaje, menor será la carga.
- A: Un sensor electrostático indica el voltaje como se muestra aquí, que es la cantidad de electricidad estática.
Precauciones para utilizar un medidor de potencial de superficie
Hay dos puntos que deben tenerse en cuenta en relación con la técnica y el entorno de medición cuando se utiliza un medidor de potencial de superficie.
- Precauciones para la medición
- Las diferencias en la distancia de medición y el tamaño del objeto de medición entre el momento del ajuste inicial y la medición real, repercutirán en los valores medidos.
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- Dependencia de la distancia
El número de líneas de fuerza eléctrica que llegan al instrumento de medición cambia con la distancia al objetivo de medición. Por lo tanto, el valor de la medición disminuirá si la distancia de medición aumenta en el momento de la medición real en comparación con la distancia de referencia durante el ajuste, y viceversa. - Medición dependiente del tamaño del objeto
Muchos instrumentos de medición convierten las mediciones asumiendo que el objetivo de medición es infinitamente grande. Si el objeto de medición es suficientemente grande que el rango de medición del sensor de medición, se muestra el valor de medición correcto. Sin embargo, si el objeto es más pequeño que el rango de detección, se mostrará un valor de medición más pequeño. (Figura 5)
Figura 5: Medición en función del tamaño del objeto - Dependencia de la distancia
- Precauciones para el entorno de medición
- Lo que debe tener en cuenta al medir el potencial de superficie de una película adherida a una placa metálica o de placas metálicas con una película entre ellas es que, incluso cuando éstas estén cargadas, el potencial seguirá siendo cercano a 0 V. La figura 6 muestra un ejemplo de placas metálicas con una película de resina entre ellas. Mientras la placa de metal está cargada, aparece una carga inductiva en el lado metálico conectado a tierra, lo que hace que parezca que no está cargada al contrarrestarla. Por este motivo, hay que tener cuidado cuando el objeto medido esté en contacto con metal conectado a tierra.
Figura 6: Ejemplo de placas metálicas con película de resina entre ellas
Método de medición con dependencia reducida de la distancia
Medidor de potencial de superficie con control de retroalimentación de voltaje
Un medidor de potencial de superficie detecta la intensidad del campo eléctrico en lugar del potencial, por lo que depende de la distancia. Un medidor de potencial de superficie con control de retroalimentación de voltaje proporciona potencial al medidor de potencial de superficie como los medidores de potencial de superficie ordinarios, pero ajusta el voltaje de salida de la fuente de alimentación de alto voltaje para que la salida del sensor se ponga a cero, lo que significa que la intensidad del campo eléctrico detectada por el sensor de potencial de superficie es cero. La intensidad del campo eléctrico detectada por el sensor de potencial de superficie es cero cuando el voltaje del objeto medido y el voltaje del sensor son iguales. En otras palabras, el voltaje de salida de la fuente de alimentación de alto voltaje es el voltaje del objeto medido. La figura 8 muestra un ejemplo de configuración de un medidor de potencial de superficie con control de retroalimentación de voltaje.
Un medidor de potencial de superficie con control de retroalimentación de voltaje tiene la ventaja de reducir la dependencia de la distancia, pero su rango de voltaje medible está restringido al rango de voltaje que puede emitir la fuente de alimentación de alta voltaje.
Sin embargo, también existen tipos que controlan el voltaje de salida de la fuente de alimentación de alto voltaje y miden el potencial de superficie del objeto medido basándose en el voltaje de salida y en el valor de salida del medidor de potencial de superficie. El rango de voltaje medible de estos tipos no está restringido por el rango de voltaje de salida de la fuente de alimentación de alto voltaje, lo que permite la medición en un rango de voltaje más amplio.
Otros métodos de medición
Aparte de utilizar un instrumento de medición del potencial de superficie, como se ha explicado anteriormente, existen otras tres formas de medir la electricidad estática:
- Electrómetro de hoja
- Medidor de Culombio (integración actual)
- Método de la jaula de Faraday
1. Electrómetro de hoja
Puede comprobar si un objeto está cargado eléctricamente o no colocando un electrómetro de hoja cerca del objeto.
La figura 1 muestra una vista general de un electrómetro de hoja. Tiene un electrodo metálico en la parte superior y una varilla metálica conectada a él dentro de un frasco de vidrio. En la punta de la varilla metálica hay hojas de metal.
Si acerca un objeto cargado al electrodo metálico, se induce al electrodo una carga eléctrica de polaridad opuesta a la del objeto cargado debido a la inducción electrostática. En el lado de la hoja metálica aparece una carga de la misma polaridad que la del objeto cargado. Como las hojas están cargadas con la misma polaridad, las hojas se apartan debido a la fuerza de Coulomb de repulsión que actúa sobre las cargas. Cuanto más fuerte es la carga del objeto cargado, más se apartan las hojas. Las hojas se cierran cuando el objeto cargado se aleja, ya que deja de haber inducción de carga. Dado que este método no requiere alimentación eléctrica, es fácil de utilizar. Sin embargo, se ve afectado por la dirección de la gravedad, no es capaz de determinar la polaridad de la carga por sí solo y no puede cuantificar la fuerza de la carga, por lo que rara vez se utiliza en los sitios de producción.
2. Medidor de Culombio (integración actual)
Un medidor de Coulomb mide la cantidad de carga eléctrica mediante el contacto de la sonda con el objeto cargado. Funciona de forma similar a un comprobador, pero puede medir corrientes diminutas (carga) que no pueden medir los comprobadores normales. La figura 2 muestra una vista general de un medidor de Coulomb. Para medir la cantidad de carga eléctrica utilizando un medidor de Coulomb, el objeto cargado debe ser un objeto en el que la carga pueda moverse, como un conductor. Además, dado que un objeto cargado pierde carga durante la medición, ésta sólo se puede realizar una vez por muestra. Por estas razones, los medidores de Coulomb no se utilizan habitualmente. Se utilizan cuando se mide la cantidad de carga eléctrica en dispositivos pequeños, que son difíciles de medir utilizando un medidor de potencial de superficie.
Vm se mide trasladando la carga del
objeto cargado al condensador Cm para su medición
3. Método de la jaula de Faraday
De forma similar al medidor de Coulomb, el método de la jaula de Faraday mide la cantidad de carga eléctrica de un objeto cargado. Puede medir la cantidad de carga eléctrica sin perder carga durante la medición.
Como su nombre lo indica, el método de la jaula de Faraday utiliza un contenedor llamado jaula de Faraday para medir la cantidad de carga.
La figura 3 muestra el diagrama de funcionamiento del método de la jaula de Faraday. Puede ver un electrodo completamente aislado en el interior y un electrodo conectado a tierra en el exterior. Colocar un objeto cargado dentro del electrodo interior hace que se induzca carga al electrodo interior en función de la magnitud de la carga del objeto cargado. El electrodo exterior está conectado a tierra. Midiendo la diferencia de potencial Vm entre los electrodos interior y exterior, se obtiene la cantidad de carga eléctrica sobre el objeto cargado.
Aunque el método de la jaula de Faraday puede medir con precisión la carga en un objeto cargado, sólo puede medir cosas que quepan dentro de la jaula. En conclusión, los medidores de potencial de superficie se utilizan más comúnmente en los sitios de fabricación para realizar mediciones sencillas.
