CN111736047A - 基于静电放电瞬态场强测量系统的实验装置及其实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于静电放电瞬态场强测量系统的实验装置，包括静电放电瞬态场强测量系统和实验装置，静电放电瞬态场强测量系统由瞬变静电场强传感器、高频信号处理器、放大器和数据采集单元四部分组成，实验装置包括对静电放电瞬变场强测量系统进行标定的实验装置和利用静电放电瞬态场强测量系统测量静电放电场强的测量实验装置，还包括基于静电放电瞬态场强测量系统的实验方法，实验方法包括标定实验方法和不同放电电荷转移量、不同粉堆高度的静电放电实验方法，不受场强传感器位置、方向的影响，易于实现防爆，安全性较好；同时还可测量静电放电电荷转移量，可定量计算出静电放电能量。

Description

基于静电放电瞬态场强测量系统的实验装置及其实验方法

技术领域

本发明涉及含能材料技术领域，具体为基于静电放电瞬态场强测量系统的实验装置及其实验方法。

背景技术

含能材料：是一种具有高能量密度的亚稳定物质，在经特定刺激方式激发后会迅速地释放大量能量实现对周围物的毁伤。

静电电荷量：用于度量电荷多少的物理量，是表征物料与其它物体摩擦并积累静电的难易程度，是表征物料带电能力的重要参数。

静电放电：静电放电是指具有不同静电电位的物体互相靠近或直接接触引起的电荷转移。静电放电一般具有强电场、瞬间大电流、高电位及宽带电磁干扰等特点，放电能量将会导致火炸药等燃烧爆炸。

静电放电是引发含能材料燃烧爆炸的主要因素之一。1999～2009年期间，某军工集团公司由于静电引发的事故12起，占事故总数的18.2％，静电放电成为了继摩擦、撞击等因素的第三大事故触发因素。因此，开展含能材料生产过程静电放电监测技术研究，已成为行业的急迫需求。

静电放电定量测量技术是防止含能材料粉体静电灾害的有效手段，其中放电信号的捕获、测量信号与放电能量的定量关系是急需解决的两大技术难题。对于放电信号的捕获研究较多，如张悦等采用对周天线开展了电晕放电辐射信号的探测系统与识别方法研究；刘尚合等采用双锥天线、对数周期天线、喇叭天线等方式，开展了电晕放电辐射信号远距离探测技术研究；樊高辉等采用螺旋天线，开展了远距离电晕放电检测的窄带测试系统研究；周本谋等利用电磁辐射场接收天线及信号调制电路，开展了粉体工业典型静电放电电磁辐射场测试研究，获得了放电的电磁场频谱分布规律。上述采用天线测量放电电磁辐射信号的方式应用在含能材料环境中存在一些技术障碍，如：测量系统受到位置、方向等因素影响，不易实现电气防爆；测量方式易受作业现场环境及其他设备的干扰等。

目前主要采用测量电磁辐射信号进行静电放电监测，但电磁辐射的测量具有以下缺点：

1.受到电磁辐射场传感器耦合尺寸、传感器位置与方向等多因素影响，难以获得测量信号与放电能量的定量关系；

2.测量方式易受作业现场环境及其他设备的干扰，不易实现防爆，不适用于含能材料静电放电信号的测量。

基于此，本发明设计了基于静电放电瞬态场强测量系统的实验装置及其实验方法，不受场强传感器位置、方向的影响，易于实现防爆，安全性较好；同时还可测量静电放电电荷转移量，可定量计算出静电放电能量。

发明内容

本发明的目的在于提供基于静电放电瞬态场强测量系统的实验装置及其实验方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于静电放电瞬态场强测量系统的实验装置，包括静电放电瞬态场强测量系统和实验装置，

静电放电瞬态场强测量系统由瞬变静电场强传感器、高频信号处理器、放大器和数据采集单元四部分组成，所述瞬变静电场强传感器通过信号线与放大器的输入端相连接，所述放大器的输出端与数据采集单元相连接，所述高频信号处理器连接于瞬变静电场强传感器与放大器之间，

所述的实验装置包括对所述静电放电瞬变场强测量系统进行标定的实验装置和利用静电放电瞬态场强测量系统对不同放电电荷转移量、不同粉堆高度静电放电进行测量的静电放电场强测量实验装置。

优选的，所述实验装置由平行极板部分、静电场强测量部分、放电部分和静电放电瞬态场强测量系统四部分组成，所述平行极板部分包括高压电源、电容器、高压极板和接地极板，所述高压极板和接地极板相互平行设置，高压电源通过电容器与高压极板电连接，所述静电场强测量部分包括静电场强计，所述接地极板开有孔洞，尺寸与静电场强计感应部件相同，所述静电场强计安装在接地极板外侧，所述放电部分包括放电球和与放电球相连接的接地系统，所述瞬变静电场强传感器安装在接地极板的表面。

优选的，所述静电场强计型号为JF101。

优选的，在所述平行极板部分，高压极板和接地极板材质为304#不锈钢，直径400mm，两者相距100mm。

优选的，所述静电放电场强测量实验装置包括粉体输送起电和放电部分、静电放电瞬态场强测量系统和辅助检测仪器三个部分，

所述粉体输送起电和放电部分包括速度可调节式加料筒、角度可调式滑槽、料筒和放电球，所述料筒为由内筒和外筒组成的双层结构，所述外筒接地设置，内筒与外筒间由绝缘棒相隔，电阻大于10¹²Ω，所述放电球通过导线接地，

所述的静电放电瞬态场强测量系统由环状静电场强传感器、高频信号处理器、放大器和数据采集单元组成，

所述辅助检测仪器包括感应电流积分静电电荷量测试仪和静电电位计，通过所述感应电流积分静电电荷量测试仪测量粉堆电荷量，通过所述静电电位计测量粉堆表面静电电位。

优选的，所述加料筒、滑槽、料筒和放电球均为不锈钢材料，所述加料筒容积0.3m³，滑槽长度1500mm，内筒直径为300mm，高度500mm，外筒直径500mm，高度600mm，所述放电球直径20mm。

优选的，所述环状静电场强传感器由铜质材料构成，宽30mm，长600mm，安装于距料筒顶部边缘100mm处，与内筒间绝缘电阻为10³Ω；高频信号处理器由高频信号转换部分组成；高频信号处理器与计算机内的放大器和数据采集单元相连接。

优选的，还包括基于静电放电瞬态场强测量系统的实验装置的实验方法，所述的实验方法包括标定实验方法和不同放电电荷转移量、不同粉堆高度的静电放电实验方法。

优选的，所述标定实验方法具体实现步骤如下：

将实验装置安装在人工环境实验室，分为非放电实验和放电实验两种，

非放电实验方法：开启静电场强计和静电放电瞬态场强测量系统，将高压电源关闭，高压极板上没有加载静电电压，将放电球靠近极板时，分别观测静电场强计和静电放电瞬态场强测量系统中放电前后的测量数据；

放电实验方法：开启静电场强计和静电放电瞬态场强测量系统，开启高压电源，并将高压电源升压至1KV，稳定后关闭电源，放电球接触高压极板，产生静电放电，分别观测静电场强计和静电放电瞬态场强测量系统中读取放电前后的测量数据，然后将高压电源分别升压至2kV、3kV、4kV、5kV、6kV、7kV、8kV、9kV、10kV，重复上述放电实验过程。

优选的，所述不同放电电荷转移量、不同粉堆高度的静电放电实验方法具体实现步骤如下：

将不同放电电荷转移量、不同粉堆高度的静电放电的静电放电场强测量实验装置安装在人工环境实验室，保证温度处于18℃～22℃之间，湿度为30％～40％RH，实验前对测试装置进行擦拭、清洗并保持干燥；

选用聚氯乙烯粉体作为研究对象，粉体直径3mm～5mm，体积电阻率为10¹³Ω.m，实验前将样品在50℃烘干箱内烘干5h，然后再存放于人工环境实验室内24h后进行实验；

将聚乙烯粉体加入滑槽上方的加料筒中，打开加料筒的流量阀，使粉体均匀流入滑槽，经摩擦带电后进入料筒形成堆积，在粉体堆积高度h分别为100mm、200mm、300mm时停止加料，用感应电流积分静电电荷量测试仪测量粉堆电荷量Q1，静电电位计测量粉堆表面静电电位U1；然后将放电球接近粉堆产生放电，同时用静电放电瞬态场强测量系统测量放电信号S，最后将放电球移出料筒，用感应电流积分静电电荷量测试仪再次测量放电后粉堆电荷量Q2。由于相同粉堆高度下放电电荷转移量不同，按上述方法重复10次实验。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明系统可有效测量到μJ级的静电放电，本发明方法不受场强传感器位置、方向的影响，易于实现防爆，安全性较好；同时还可测量静电放电电荷转移量，可定量计算出静电放电能量。对放电测量信号和放电能量进行数据拟合，得到不同粉堆高度的关系式，拟合结果的相关系数>0.96，利用该关系式并结合实验药剂的最小点火能，可对静电引发燃烧爆炸事故的风险进行评估。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明静电放电瞬变场强测量系统结构示意图；

图2为本发明实验装置结构示意图；

图3为本发明静电场强变化值与放电测量信号之间的关系示意图；

图4为本发明静电放电场强测量实验装置结构示意图；

图5为本发明瞬变静电场强传感器与料筒连接结构示意图；

图6为本发明放电球结构示意图；

图7为本发明粉堆高度100mm时电荷转移量与静电放电测量信号关系示意图；

图8为本发明粉堆高度200mm时电荷转移量与静电放电测量信号关系示意图；

图9为本发明粉堆高度300mm时电荷转移量与静电放电测量信号关系示意图；

图10为本发明不同粉堆高度时电荷转移量与静电放电测量信号对比示意图；

图11为本发明粉堆高度100mm时放电测量信号与放电能量关系示意图；

图12为本发明粉堆高度200mm时放电测量信号与放电能量关系示意图；

图13为本发明粉堆高度300mm时放电测量信号与放电能量关系示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、瞬变静电场强传感器；2、高频信号处理器；3、放大器；4、数据采集单元；5、高压电源；6、电容器；7、高压极板；8、接地极板；9、静电场强计；10、放电球；11、加料筒；12、滑槽；13、料筒；131、外筒；132、内筒；14、静电电位计；15、感应电流积分静电电荷量测试仪；16、计算机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-13，本发明提供一种技术方案：基于静电放电瞬态场强测量系统的实验装置，包括静电放电瞬态场强测量系统和实验装置，

静电放电发生时间在μs量级，放电的发生会引起发射药电荷量瞬间减少，根据高斯定理，这将导致静电场强的瞬态变化，通过捕捉该瞬变场强信号并进行信号处理，可监测到放电的发生及放电场强的大小。

为了捕捉到μs量级的场强变化信号，设计了静电放电瞬态场强测量系统，静电放电瞬态场强测量系统由瞬变静电场强传感器1、高频信号处理器2、放大器3和数据采集单元4四部分组成，所述瞬变静电场强传感器1通过信号线与放大器3的输入端相连接，所述放大器3的输出端与数据采集单元4相连接，所述高频信号处理器2连接于瞬变静电场强传感器1与放大器3之间。所述瞬变静电场强传感器1无源且没有运动部件，满足料筒13中发射药粉尘环境的安全性要求；高频信号处理器2由感抗元件组成，完成μs级瞬变静电场强信号采集与处理、高频干扰滤波等功能，并将瞬变静电场强转化为记录电压；放大器3完成信号的放大功能，数据采集单元4可实现长时间、连续监测。

其中，所述的实验装置还包括实验装置，所述实验装置由平行极板部分、静电场强测量部分、放电部分和静电放电瞬态场强测量系统四部分组成，所述平行极板部分包括高压电源5、电容器6、高压极板7和接地极板8，所述高压极板7和接地极板8相互平行设置，高压电源5通过电容器6与高压极板7电连接，所述静电场强测量部分包括静电场强计9，所述接地极板8开有孔洞，尺寸与静电场强计9感应部件相同，所述放电部分包括放电球10和与放电球10相连接的接地系统，所述瞬变静电场强传感器1安装在接地极板8的表面。

其中，在所述静电场强测量部分，静电场强计9型号为JF101，作为对比测量系统，使用前经过标定，安装在接地极板8外侧，感应部件位于开孔处，用于测量放电前后的静电场强；在所述平行极板部分，高压极板7和接地极板8材质为304#不锈钢，直径400mm，两者相距100mm。

所述的实验方法包括标定实验方法，具体实现步骤如下：

将所述的实验装置安装在人工环境实验室，分为非放电实验和放电实验两种，

非放电实验方法：开启静电场强计9和静电放电瞬态场强测量系统，将高压电源5关闭，高压极板7上没有加载静电电压，将放电球10靠近极板时，分别观测静电场强计9和静电放电瞬态场强测量系统中放电前后的测量数据；

放电实验方法：开启静电场强计9和静电放电瞬态场强测量系统，开启高压电源5，并将高压电源5升压至1KV，稳定后关闭电源，放电球10接触高压极板7，产生静电放电，分别观测静电场强计9和静电放电瞬态场强测量系统中读取放电前后的测量数据，然后将高压电源5分别升压至2kV、3kV、4kV、5kV、6kV、7kV、8kV、9kV、10kV，重复上述放电实验过程。

对于标定实验方法得到的结果如下所述：

非放电实验后，静电场强计9和静电放电瞬态场强测量系统均没有观测到测量信号，这是因为高压极板7上未加载电压，在极板周围没有静电场强，表明在非放电实验时，没有静电放电现象。

放电实验后，数据如表1所示。

表1 静电放电瞬态场强测量系统标定数据

实验测量了放电前后静电场强和放电信号数据，放电信号与放电前后静电场强变化值的对应关系如图3所示。

对上述曲线进行拟合，可得静电放电测量信号与静电场强的关系式：

E＝-4419.7+176603S R²＝0.972 (1)

式中，E为静电放电场强，单位为V/m；S为放电测量信号，单位为V。通过公式(1)，即可根据测量的放电信号换算为静电放电场强值，实现了测量静电放电瞬变场强的目的，R²为回归平方和占总误差平方和的比例，反映回归直线的拟合程度，

R²取值范围在[0,1]之间R²越趋近于1，说明回归方程拟合的越好；R²越趋近于0，说明回归方程拟合的越差。

由于发射药静电放电过程静电场强变化的根本原因是发射药电荷量的转移所致，因此静电放电瞬态场强测量系统，还可测量静电放电过程中转移量的电荷量，从而为发射药静电放电的能量计算与评估提供依据，本发明以静电放电瞬态场强测量系统为核心建立了实验装置，开展了不同放电电荷转移量、不同粉堆高度的静电放电测量研究，并对放电能量进行了计算。

不同放电电荷转移量、不同粉堆高度的静电放电的静电放电场强测量实验装置包括粉体输送起电和放电部分、静电放电瞬态场强测量系统和辅助检测仪器三个部分，所述粉体输送起电和放电部分包括速度可调节式加料筒11、角度可调式滑槽12、料筒13和放电球10，均为不锈钢材料，加料筒11容积0.3m³，通过内部设置的流量阀，使其下料速度可调节；角度可调式滑槽12长度1500mm，通过外部调节机构使其下滑角度可调；所述料筒13为由内筒132和外筒131组成的双层结构，内筒132直径为300mm，高度500mm，外筒131直径500mm，高度600mm，外筒131接地，内筒132与外筒131间由绝缘棒相隔，电阻大于10¹²Ω；放电球10直径20mm，通过导线接地，可控制与料筒13内粉堆的高度。静电放电瞬态场强测量系统由环状静电场强传感器、高频信号处理器2、放大器3和数据采集单元4组成，环状静电场强传感器由铜质材料构成，宽30mm，长600mm，安装于距料筒13顶部边缘100mm处，与内筒132间绝缘电阻为10³Ω；高频信号处理器2，由高频信号转换部分组成；高频信号处理器2与计算机16内的放大器3和数据采集单元4相连接。辅助检测仪器包括感应电流积分静电电荷量测试仪15和静电电位计14等。该不同放电电荷转移量、不同粉堆高度的静电放电的静电放电场强测量实验装置组成见图4。料筒13环状静电场强传感器及放电球10如图5～6。

所述的实验方法包括不同放电电荷转移量、不同粉堆高度的静电放电实验方法，具体实现步骤如下：

S1：为保证实验结果的可靠性，将所述的不同放电电荷转移量、不同粉堆高度的静电放电的静电放电场强测量实验装置安装在人工环境实验室，保证温度处于18℃～22℃之间，湿度为30％～40％RH，实验前对测试装置进行擦拭、清洗并保持干燥；

S2：为了安全性，本实验选用聚氯乙烯粉体作为研究对象，粉体直径3mm～5mm，体积电阻率为10¹³Ω.m。为保证粉体物料起电不受粉体水分影响，实验前将样品在50℃烘干箱内烘干5h，然后再存放于人工环境实验室内24h后进行实验；

S3：将聚乙烯粉体加入滑槽12上方的加料筒11中，打开加料筒11的流量阀，使粉体均匀流入滑槽12，经摩擦带电后进入料筒13形成堆积，在粉体堆积高度h分别为100mm、200mm、300mm时停止加料，用感应电流积分静电电荷量测试仪15测量粉堆电荷量Q1，静电电位计14测量粉堆表面静电电位U1；然后将放电球10接近粉堆产生放电，同时用静电放电瞬态场强测量系统测量放电信号S，最后将放电球10移出料筒13，用感应电流积分静电电荷量测试仪15再次测量放电后粉堆电荷量Q2。由于相同粉堆高度下放电电荷转移量不同，按上述方法重复10次实验。

对于标不同放电电荷转移量、不同粉堆高度的静电放电实验方法得到的结果如下所述：

(1)电荷转移量与放电测量信号的关系

将粉体通过滑槽12注入料筒13，在粉堆高度为100mm、200mm和300mm时，重复10次的放电测量信号与电荷转移量数据分别见表2～4。放电测量信号S与电荷转移量ΔQ关系见图7～10。

表2 100mm粉堆高度放电测量数据

表3 200mm粉堆高度放电测量数据

表4 300mm粉堆高度放电测量数据

将表2～4中的放电电荷转移量和测量信号数值进行回归拟合，可得到不同粉堆高度时放电电荷转移量ΔQ与放电测量信号S的关系式：

h＝100mm时，ΔQ＝-3.038+0.311S R²＝0.9841 (2)

h＝200mm时，ΔQ＝-2.172+0.044S R²＝0.9897 (3)

h＝300mm时，ΔQ＝-10.558+0.053S R²＝0.9722 (4)

式中，ΔQ为放电电荷转移量，单位为nC；S为放电测量信号，单位为mV。从图7～9及式(2)～(4)可以看出，放电测量信号S与放电电荷转移量ΔQ成线性正比关系，即电荷转移量越大，放电测量信号越大，反之亦然。如粉堆高度为100mm时，放电电荷转移量在2.1nC～9.2nC之间，静电放电测量信号相应的由19mV增大至40mV；粉堆高度为200mm时，放电电荷转移量在2.0nC～13.0nC之间，静电放电测量信号由9.5mV增大至340mV；粉堆高度为300mm时，放电电荷转移量在2.2nC～34.7nC之间，静电放电测量信号由220mV～800mV。这是因为静电放电测量信号是放电场强变化的信号，根据高斯定理，放电场强E正比于电荷量Q，因此放电测量信号S正比于放电的电荷转移量(ΔQ)。

将不同粉堆高度下电荷转移量与静电放电测量信号进行对比，见图10。

由图10可以看出：随着粉堆高度的增加，电荷转移量增大，即放电量增大。粉堆高度为100mm时，最大放电量为9.2nC，粉堆高度为200mm时，最大放电量为13nC，粉堆高度为300mm时，最大放电量为34.7nC，这是因为放电量的多少与粉体的量有关，粉体越多，放电量越大。因此，在发射药实际生产过程中，随着料筒13里粉体的增多，放电危险性越大。

相同放电电荷转移量的情况下，随着粉堆高度的增加，放电测量数值随之增大。粉堆高度为100mm，电荷转移量为7.3nC时，放电测量数据为34mV；在粉堆高度为200mm，电荷转移量为7.3nC时，放电测量数据为220mV；粉堆高度为300mm，电荷转移量为7.3nC时，放电测量数据为310mV。这是因为根据库仑定律，静止的点电荷激发的电场强度为：

可知电场强度E的大小与场强传感器与粉堆表面的距离r成反比。随着粉堆高度的增加，电场强度传感器与粉堆表面的距离减少，电场强度增大，相应的放电场强测量信号S增大。

(2)放电能量与放电测量信号关系

将粉堆放电假设为等效电容放电，放电能量计算方法为：电压值采用放电前的粉堆表面电压U1，电荷量采用放电电荷转移量ΔQ，依据公式

对表2～4进行能量计算见表5，放电能量与放电测量信号的关系见图11～13。

表5 放电测量信号与放电能量对应表

将表5中的测量信号和放电能量进行回归拟合，可得到不同粉堆高度时放电测量信号S与放电能量W的关系式：

h＝100mm时，W＝-7.265+0.605S R2＝0.9886 (7)

h＝200mm时，W＝-9.583+0.159S R2＝0.9664 (8)

h＝300mm时，W＝-244.05-0.00387S+2.88×10^-6S² R2＝0.9852 (9)

依据静电放电时静电场强瞬态变化的特点，建立了不同放电电荷转移量、不同粉堆高度的静电放电实验方法，并对不同放电电荷转移量、不同粉堆高度的静电放电的静电放电场强测量实验装置进行了标定，同时开展了放电信号与放电电荷转移量和静电放电能量的关系研究。

具有以下特点：

(1)粉堆高度为100mm时，测量到的最小静电放电能量为3.1μJ，说明本系统可有效测量到μJ级的静电放电。

(2)随着放电能量的增大，放电测量信号亦增大。如在粉堆高度为200mm时，放电能量由5.9μJ变化至46.2μJ，放电测量数值相应的由95mV上升到340mV。这是因为放电能量取决于放电前的粉堆表面电位和放电电荷转移量两个变量，如前所述，放电测量信号正比于放电电荷转移量，同样正比于放电能量。但两个变量对结果的影响程度不同，不同放电时粉堆表面电位变化在7.9kV～13.5kV之间，变化幅度在71％，变化范围较小；但放电电荷转移量在2.2nC～34.7nC之间，变化幅度在1480％；因此放电能量的差异主要取决于电荷转移量的差别。

(3)对放电测量信号和放电能量进行数据拟合，得到不同粉堆高度的关系式，拟合结果的相关系数>0.96。利用该关系式并结合实验药剂的最小点火能，可对静电引发燃烧爆炸事故的风险进行评估。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.基于静电放电瞬态场强测量系统的实验装置，其特征在于：包括静电放电瞬态场强测量系统和实验装置，

静电放电瞬态场强测量系统由瞬变静电场强传感器、高频信号处理器、放大器和数据采集单元四部分组成，所述瞬变静电场强传感器通过信号线与放大器的输入端相连接，所述放大器的输出端与数据采集单元相连接，所述高频信号处理器连接于瞬变静电场强传感器与放大器之间，

所述的实验装置包括对所述静电放电瞬变场强测量系统进行标定的实验装置和利用静电放电瞬态场强测量系统对不同放电电荷转移量、不同粉堆高度静电放电进行测量的静电放电场强测量实验装置。

2.根据权利要求1所述的基于静电放电瞬态场强测量系统的实验装置，其特征在于：所述实验装置由平行极板部分、静电场强测量部分、放电部分和静电放电瞬态场强测量系统四部分组成，所述平行极板部分包括高压电源、电容器、高压极板和接地极板，所述高压极板和接地极板相互平行设置，高压电源通过电容器与高压极板电连接，所述静电场强测量部分包括静电场强计，所述接地极板开有孔洞，尺寸与静电场强计感应部件相同，所述静电场强计安装在接地极板外侧，所述放电部分包括放电球和与放电球相连接的接地系统，所述瞬变静电场强传感器安装在接地极板的表面。

3.根据权利要求2所述的基于静电放电瞬态场强测量系统的实验装置，其特征在于：所述静电场强计型号为JF101。

4.根据权利要求2所述的基于静电放电瞬态场强测量系统的实验装置，其特征在于：在所述平行极板部分，高压极板和接地极板材质为304#不锈钢，直径400mm，两者相距100mm。

5.根据权利要求1所述的基于静电放电瞬态场强测量系统的实验装置，其特征在于：所述静电放电场强测量实验装置包括粉体输送起电和放电部分、静电放电瞬态场强测量系统和辅助检测仪器三个部分，

所述粉体输送起电和放电部分包括速度可调节式加料筒、角度可调式滑槽、料筒和放电球，所述料筒为由内筒和外筒组成的双层结构，所述外筒接地设置，内筒与外筒间由绝缘棒相隔，电阻大于10¹²Ω，所述放电球通过导线接地，

所述的静电放电瞬态场强测量系统由环状静电场强传感器、高频信号处理器、放大器和数据采集单元组成，

所述辅助检测仪器包括感应电流积分静电电荷量测试仪和静电电位计，通过所述感应电流积分静电电荷量测试仪测量粉堆电荷量，通过所述静电电位计测量粉堆表面静电电位。

6.根据权利要求5所述的基于静电放电瞬态场强测量系统的实验装置，其特征在于：所述加料筒、滑槽、料筒和放电球均为不锈钢材料，所述加料筒容积0.3m³，滑槽长度1500mm，内筒直径为300mm，高度500mm，外筒直径500mm，高度600mm，所述放电球直径20mm。

7.根据权利要求5所述的基于静电放电瞬态场强测量系统的实验装置，其特征在于：所述环状静电场强传感器由铜质材料构成，宽30mm，长600mm，安装于距料筒顶部边缘100mm处，与内筒间绝缘电阻为10³Ω；高频信号处理器由高频信号转换部分组成；高频信号处理器与计算机内的放大器和数据采集单元相连接。

8.根据权利要求1-7任一所述的基于静电放电瞬态场强测量系统的实验装置，其特征在于：还包括基于静电放电瞬态场强测量系统的实验装置的实验方法，所述的实验方法包括标定实验方法和不同放电电荷转移量、不同粉堆高度的静电放电实验方法。

9.根据权利要求8所述的基于静电放电瞬态场强测量系统的的实验方法，其特征在于：所述标定实验方法具体实现步骤如下：

将实验装置安装在人工环境实验室，分为非放电实验和放电实验两种，

非放电实验方法：开启静电场强计和静电放电瞬态场强测量系统，将高压电源关闭，高压极板上没有加载静电电压，将放电球靠近极板时，分别观测静电场强计和静电放电瞬态场强测量系统中放电前后的测量数据；

放电实验方法：开启静电场强计和静电放电瞬态场强测量系统，开启高压电源，并将高压电源升压至1KV，稳定后关闭电源，放电球接触高压极板，产生静电放电，分别观测静电场强计和静电放电瞬态场强测量系统中读取放电前后的测量数据，然后将高压电源分别升压至2kV、3kV、4kV、5kV、6kV、7kV、8kV、9kV、10kV，重复上述放电实验过程。

10.根据权利要求8所述的基于静电放电瞬态场强测量系统的实验装置，其特征在于：所述不同放电电荷转移量、不同粉堆高度的静电放电实验方法具体实现步骤如下：

将不同放电电荷转移量、不同粉堆高度的静电放电的静电放电场强测量实验装置安装在人工环境实验室，保证温度处于18℃～22℃之间，湿度为30％～40％RH，实验前对测试装置进行擦拭、清洗并保持干燥；

选用聚氯乙烯粉体作为研究对象，粉体直径3mm～5mm，体积电阻率为1013Ω.m，实验前将样品在50℃烘干箱内烘干5h，然后再存放于人工环境实验室内24h后进行实验；

将聚乙烯粉体加入滑槽上方的加料筒中，打开加料筒的流量阀，使粉体均匀流入滑槽，经摩擦带电后进入料筒形成堆积，在粉体堆积高度h分别为100mm、200mm、300mm时停止加料，用感应电流积分静电电荷量测试仪测量粉堆电荷量Q1，静电电位计测量粉堆表面静电电位U1；然后将放电球接近粉堆产生放电，同时用静电放电瞬态场强测量系统测量放电信号S，最后将放电球移出料筒，用感应电流积分静电电荷量测试仪再次测量放电后粉堆电荷量Q2。由于相同粉堆高度下放电电荷转移量不同，按上述方法重复10次实验。

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