BADANIE WYŁADOWAŃ ELEKTROSTATYCZNYCH

Podobne dokumenty
Wydział Elektryczny. Katedra Automatyki i Elektroniki. Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu:

Ćwiczenie 4 Badanie ładowania i rozładowania kondensatora

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa

2 K A T E D R A F I ZYKI S T O S O W AN E J

LABORATORIUM PODZESPOŁÓW ELEKTRONICZNYCH. Ćwiczenie nr 2. Pomiar pojemności i indukcyjności. Szeregowy i równoległy obwód rezonansowy

Ćwiczenie: "Obwody prądu sinusoidalnego jednofazowego"

Ćwiczenie ELE. Jacek Grela, Łukasz Marciniak 3 grudnia Rys.1 Schemat wzmacniacza ładunkowego.

Ćwiczenie nr 74. Pomiary mostkami RLC. Celem ćwiczenia jest pomiar rezystancji, indukcyjności i pojemności automatycznym mostkiem RLC.

Ćwiczenie: "Pomiary mocy w układach trójfazowych dla różnych charakterów obciążenia"

Badanie oleju izolacyjnego

Zagrożenie dla urządzeń elektronicznych spowodowane wyładowaniami elektryczności statycznej

Elektryzowanie poprzez dotknięcie polega na przekazaniu części ładunku z jednego ciała na drugie. A. B.

Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki

1 Ćwiczenia wprowadzające

Zaprojektowanie i zbadanie dyskryminatora amplitudy impulsów i generatora impulsów prostokątnych (inaczej multiwibrator astabilny).

Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Informatyki

Badanie wyładowań ślizgowych

MULTIMETR CYFROWY TES 2360 #02970 INSTRUKCJA OBSŁUGI

Badanie wyładowań ślizgowych

LABORATORIUM. Technika Cyfrowa. Badanie Bramek Logicznych

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego

LABORATORIUM INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ

Ćwiczenie 24 Temat: Obwód prądu stałego RL i RC stany nieustalone. Cel ćwiczenia

Ćwiczenie nr 3 OBWODY LINIOWE PRĄDU SINUSOIDALNEGO

LABORATORIUM TECHNIKA CYFROWA BRAMKI. Rev.1.0

LABORATORIUM INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ

PRACOWNIA ELEKTRONIKI

Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Informatyki

TEORIA OBWODÓW I SYGNAŁÓW LABORATORIUM

Technika wysokich napięć : podstawy teoretyczne i laboratorium / Barbara Florkowska, Jakub Furgał. Kraków, Spis treści.

Wytrzymałość układów uwarstwionych powietrze - dielektryk stały

LABORATORIUM TECHNIKI WYSOKICH NAPIĘĆ

LABORATORIUM TECHNIKI IMPULSOWEJ I CYFROWEJ (studia zaoczne) Układy uzależnień czasowych 74121, 74123

Statyczne badanie wzmacniacza operacyjnego - ćwiczenie 7

PRZEŁĄCZANIE DIOD I TRANZYSTORÓW

Zespół B-D Elektrotechniki

Ćwiczenie: "Rezonans w obwodach elektrycznych"

Wartość średnia półokresowa prądu sinusoidalnego I śr : Analogicznie określa się wartość skuteczną i średnią napięcia sinusoidalnego:

Ćwiczenie 3 Badanie własności podstawowych liniowych członów automatyki opartych na biernych elementach elektrycznych

Pomiar indukcyjności.

Wytrzymałość udarowa powietrza

Wzmacniacze operacyjne

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 6b

Ć wiczenie 2 POMIARY REZYSTANCJI, INDUKCYJNOŚCI I POJEMNOŚCI

Politechnika Białostocka

Ćwiczenie 2 Mostek pojemnościowy Ćwiczenie wraz z instrukcją i konspektem opracowali P.Wisniowski, M.Dąbek

Ćwiczenie - 9. Wzmacniacz operacyjny - zastosowanie nieliniowe

Pomiar wysokich napięć udarowych

Zespół Szkół Technicznych im. J. i J. Śniadeckich w Grudziądzu

I= = E <0 /R <0 = (E/R)

Imię i nazwisko ucznia Data... Klasa...

Własności dynamiczne przetworników pierwszego rzędu

Podstawy kompatybilności elektromagnetycznej

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 4

Spis elementów aplikacji i przyrządów pomiarowych:

Ćwiczenie nr 31: Modelowanie pola elektrycznego

Ćwiczenie: "Obwody ze sprzężeniami magnetycznymi"

TRANZYSTORY BIPOLARNE

Modulatory PWM CELE ĆWICZEŃ PODSTAWY TEORETYCZNE

Ćwiczenie 7 PARAMETRY MAŁOSYGNAŁOWE TRANZYSTORÓW BIPOLARNYCH

Podstawy użytkowania i pomiarów za pomocą MULTIMETRU

Sprzęt i architektura komputerów

Badanie wytrzymałości powietrza przy napięciu stałym

Generator. R a. 2. Wyznaczenie reaktancji pojemnościowej kondensatora C. 2.1 Schemat układu pomiarowego. Rys Schemat ideowy układu pomiarowego

Elektryzacja przez kontakt jako pierwotne źródło zagrożenia od elektryczności statycznej.

Podstawy Elektroniki dla Informatyki. Diody półprzewodnikowe

ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKA

1.2 Funktory z otwartym kolektorem (O.C)

DYNAMICZNE ZMIANY NAPIĘCIA ZASILANIA

WZMACNIACZ ODWRACAJĄCY.

Ćw. 8: POMIARY Z WYKORZYSTANIE OSCYLOSKOPU Ocena: Podpis prowadzącego: Uwagi:

Ćwiczenie 6 BADANIE STABILNOŚCI TEMPERATUROWEJ KONDENSATORÓW I CEWEK. Laboratorium Inżynierii Materiałowej

Badanie zjawiska rezonansu elektrycznego w obwodzie RLC

Przyrządy i Układy Półprzewodnikowe

Pracownia Automatyki i Elektrotechniki Katedry Tworzyw Drzewnych Ćwiczenie 1. Połączenia szeregowe oraz równoległe elementów RC

Laboratorium Podstaw Elektroniki i Energoelektroniki

Pracownia pomiarów i sterowania Ćwiczenie 1 Pomiar wielkości elektrycznych z wykorzystaniem instrumentów NI ELVIS II

LOKALIZATOR PRZENOŚNY KDZ-3C. 1. WSTĘP. 2. Zastosowanie. 3. Budowa. System kontroli doziemienia KDZ-3. ZPrAE Sp. z o.o. 1

Zakłócenia równoległe w systemach pomiarowych i metody ich minimalizacji

Obwody liniowe. Sprawdzanie praw Kirchhoffa

Podstawy Elektroniki dla Informatyki. Generator relaksacyjny

Ćwiczenie - 8. Generatory

WIECZOROWE STUDIA NIESTACJONARNE LABORATORIUM UKŁADÓW ELEKTRONICZNYCH

Wyznaczanie sił działających na przewodnik z prądem w polu magnetycznym

Podstawy Elektroniki dla TeleInformatyki. Diody półprzewodnikowe

Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki

Badanie wytrzymałości powietrza przy napięciu stałym

Podstawy Elektroniki dla Informatyki. Diody półprzewodnikowe

INSTYTUT FIZYKI JĄDROWEJ im. Henryka Niewodniczańskiego Polskiej Akademii Nauk ul. Radzikowskiego 152, Kraków

Temat: Zastosowanie multimetrów cyfrowych do pomiaru podstawowych wielkości elektrycznych

BADANIE SZEREGOWEGO OBWODU REZONANSOWEGO RLC

Ćwiczenie 22. Temat: Przerzutnik monostabilny. Cel ćwiczenia

Wytrzymałość udarowa powietrza

Politechnika Białostocka

Bierne układy różniczkujące i całkujące typu RC

Pęseta R/C do SMD AX-503. Instrukcja obsługi

Badanie wytrzymałości powietrza napięciem przemiennym 50 Hz przy różnych układach elektrod

PLAN REALIZACJI MATERIAŁU NAUCZANIA FIZYKI W GIMNAZJUM WRAZ Z OKREŚLENIEM WYMAGAŃ EDUKACYJNYCH

WIROWYCH. Ćwiczenie: ĆWICZENIE BADANIE PRĄDÓW ZAKŁ AD ELEKTROENERGETYKI. Opracował: mgr inż. Edward SKIEPKO. Warszawa 2000

Transkrypt:

LABORATORIUM KOMPATYBILNOŚCI ELEKTROMAGNETYCZNEJ POLITECHNIKA WARSZAWSKA KATEDRA WYSOKICH NAPIĘĆ I APARATÓW ELEKTRYCZNYCH BADANIE WYŁADOWAŃ ELEKTROSTATYCZNYCH WPROWADZENIE Elektryczność statyczna występuje powszechnie zarówno w przemyśle, jak i w życiu codziennym. Ujemne i dodatnie elementarne ładunki elektryczne są pierwotną przyczyną wszelkich zjawisk elektrycznych, magnetycznych i elektromagnetycznych. Wiele z tych zjawisk jest nieszkodliwych i często zupełnie niezauważalnych. Istnieje wiele praktycznych ich zastosowań w procesach technicznych (np. filtrowanie stałych zanieczyszczeń, separacja materiałów ziarnistych, malowanie elektrostatyczne, itp.), ale w wielu sytuacjach mogą one stanowić poważne zagrożenie dla urządzeń technicznych. Jako wyładowanie elektrostatyczne jest rozumiany przepływ ładunku pomiędzy mediami stałymi, ciekłymi lub gazowymi naładowanymi różnoimiennym ładunkiem elektrostatycznym. Występują one na przykład przy: chodzeniu po dywanikach izolacyjnych, manipulowaniu elementami z tworzyw sztucznych, przesuwaniu rolek papieru lub sztucznych materiałów w procesach technologicznych, przypływie cieczy izolacyjnych przez rury (przewody), wzbijaniu się pyłów (kurzu), wystrzeliwaniu rakiet, przelotach samolotów, itd. Każda para mediów obiektu fizycznego lub biologicznego może być naładowana dodatnio lub ujemnie względem ziemi w sposób przypadkowy lub zaplanowany. Można wyróżnić kilka typowych mechanizmów ładowania elektrostatycznego, a mianowicie: przez elektryzację i podział (indukcja elektrostatyczna), przez styk i pocieranie lub tarcie (tryboelektryzacja), w strefie ujemnego i dodatniego ulotu, przez kontakt z naładowaną lub znajdującą się pod napięciem elektrodą, przez rozdzielenie naładowanych okładzin kondensatora, przez dyfuzję termiczną jonów lub elektronów do wnętrza obiektu, w wyniku kontaktu z elektryczną warstwą podwójną powstającą na granicy faz, np. cieczy i powietrza, przez przypadkowe osadzanie się elektronów, jonów lub mikrodrobin na powierzchniach dielektryków. Wyładowania elektrostatyczne charakteryzują następujące parametry:

wartość napięcia (potencjału) elektrostatycznego, wartość szczytowa prądu wyładowania, biegunowość, czas narastania i opadania impulsu prądu wyładowania. Człowiek, którego pojemność ciała wynosi ok. 200 pf (od 150-300 pf), może naładować się w ciągu kilku sekund do wartości napięcia wynoszącej kilka - kilkanaście kilowoltów (najczęściej 10-15 kv, maksymalnie ok. 20-25 kv). Wartość tego napięcia zależy m.in. od wilgotności powietrza, od rodzaju ubrania oraz spodu obuwia. Najwyższym możliwym napięciem jest 40 kv, jednakże przy tej wartości rozpoczyna się samo rozładowanie związane z mechanizmem ulotu. a) b) Rys.1. Zmienność napięcia elektrostatycznego, do którego może naładować się człowiek: a) - w funkcji czasu, b) - w zależności od wilgotności powietrza i rodzaju materiału podeszwy obuwia. Tablica 1. Przykładowe wartości napięć elektrostatycznych zmierzonych przy względnej wilgotności powietrza 24% i w temperaturze 21 C. Rodzaj czynności Osoba idąca po podłodze z PCV Osoba idąca po nylonowym dywanie Podniesienie torby z PCV z pulpitu Wyjęcie plastikowego wyłącznika z torebki foliowej Potarcie torby poliestrowej i położe- nie jej na blacie pokrytym PCV Wartość napięcia 200...9 000 V 10 000...15 000 V 300...7 000 V do 20 000V 100...800 V Całkowita energia podczas wyładowania jest równa energii zgromadzonej w pojemności przed wyładowaniem, czyli W = 0,5 C U 2. Ma ona wartości milidżuli (tabl.2), nie stanowi zagrożenia dla człowieka, lecz jest znacząca jako zagrożenie dla miniaturowych 2

elementów elektronicznych i często wystarczająca do zainicjowania wybuchu materiałów łatwo zapalnych. Tablica 2. Przykładowe wartości energii wyładowania elektrostatycznego. Klasyfikacja ESD Pojemność obiektu [pf} Napięcie [kv] Energia [mj] Ekstremalne 500 40 400 Najgorsze* 250 25 78 Typowe 150 15 17 Minimalne 100 6 2 tzw. worst case Skutkiem wyładowania elektrostatycznego do urządzenia elektronicznego może być jego uszkodzenie, zakłócenie pracy lub nawet zniszczenie. a) b) Rys.2. Oddziaływanie wyładowania elektrostatycznego: (a) przy wyładowaniu bezpośrednim do obwodu urządzenia elektronicznego, (b) przy wyładowaniu do obudowy urządzenia z układami scalonymi; IC - układ scalony, u z - zaindukowane napięcie zakłóceniowe. Przebiegi napięć indukowanych wskutek wyładowania elektrostatycznego są uzależnione od parametrów prądu wyładowania zależnego od parametrów obwodu rozładowania oraz od wymiarów elementów obwodów tworzących pętle indukcyjne w urządzeniu (obwodzie) elektronicznym. Przykładowe przebiegi napięć zakłóceniowych indukowanych przez prąd wyładowania elektrostatycznego do obudowy urządzenia z elementem tworzącym pętlę o wymiarach 1 cm 1 cm są przedstawione poniżej. 3

a) Wyładowanie od ciała człowieka b) Wyładowanie od obiektu ruchomego R = 1 kω, L = 0,7 µh, C K = 150 pf u = 10 kv R = 15 Ω, L = 0,7 µh, C K = 200 pf u = 2 kv d) c) e) PROGRAM POMIARÓW. Do pomiarów są stosowane następujące urządzenia: - generator wyładowań elektrostatycznych, - oscyloskop cyfrowy, sonda pomiarowa, - elementy odwzorowujące parametry obwodów elektrycznych. Program pomiarów składa się z czterech części. 1. Generacja wyładowań z generatora bezpośrednio do drugiej elektrody. W tej części ćwiczenia należy przeprowadzić serię pomiarów dla dwóch wartości generowanych napięć (np. 6 i 12 kv). Pomiar polega na wygenerowaniu wyładowania elektrostatycznego o żądanej amplitudzie w kierunku drugiej elektrody ( półkulistej) oraz na zarejestrowaniu przebiegu czasowego prądu wyładowania na oscyloskopie cyfrowym. Należy odczytać parametry prądu wyładowania, zanotować je w protokole oraz wydrukować przykładowy oscylogram. Dla każdego napięcia wyładowania należy wygenerować minimum 5 impulsów. W sprawozdaniu należy porównać otrzymane wyniki. 2. Generacja wyładowań z generatora do drugiej elektrody poprzez włączone szeregowo elementy R, L, C odwzorowujące parametry obwodu rozładowania w urządzeniach elektrycznych Różnica wykonywanych pomiarów w tej części, różni się od poprzedniej tym, że wyładowania elektrostatyczne są generowane do elektrody połączonej szeregowo z elementami pasywnymi obwodu, takimi jak rezystory, cewki czy kondensatory. Wskazane 4

jest również utworzenie obwodu składającego się z kombinacji w/w elementów np. obwodu RLC. W protokole należy zapisać zmierzone parametry rejestrowanych z pomocą oscyloskopu przebiegów oraz wydrukować przykładowe oscylogramy. Należy w sprawozdaniu porównać otrzymane wyniki oraz odnieść je do poprzedniego przypadku pomiaru, czyli wyładowań elektrostatycznych do elektrody bez włączonych dodatkowych elementów. Pomiary należy przeprowadzić dla tych samych dwóch wartości generowanych napięć i dla minimum 3 wartości napięcia dla każdego elementu dołączonego do elektrody półkulistej. 3. Generacja wyładowań z generatora do metalowego obiektu zawierającego pętlę indukcyjną Trzecia część ćwiczenia polega na wygenerowaniu wyładowania elektrostatycznego do obiektu, jakim jest metalowy prostopadłościan odwzorowujący urządzenie elektroniczne umieszczone w metalowej obudowie. Wewnątrz obiektu jest umieszczona pętla z przewodu miedzianego (ramka), którego końce są doprowadzone do gniazda BNC do wyjścia na oscyloskop. Pod wpływem generacji wyładowania elektrostatycznych do metalowej obudowy w pętli jest indukowane napięcie. Należy zmierzyć parametry napięć indukowanych (amplituda, czas trwania, czas narastania) oraz określić wpływ miejsca generacji wyładowania do obudowy na parametry napięć indukowanych. Pomiary należy przeprowadzić dla minimum 3 miejsc generacji wyładowań do metalowej obudowy. 4. Obserwacja naturalnych wyładowań elektrostatycznych pochodzących z ciała człowieka. Należy zaobserwować występowanie i zmierzyć parametry wyładowań elektrostatycznych pochodzących od człowieka. W tym celu należy się naelektryzować osobę wykonująca ćwiczenie (np. poprzez pocieranie butami o wykładzinę syntetyczną) trzymając w ręku elektrodę (drut), a następnie wygenerować przeskok iskrowy do elektrody używanej w części pierwszej ćwiczenia. W przypadku wystąpienia wyładowania należy zarejestrować przebieg prądu na oscyloskopie oraz określić parametry impulsu prądu wyładowania (amplitudy i charakterystyczne czasy). W każdej części ćwiczenia prowadzący może zmienić zakres pomiarów np. ograniczyć go lub rozszerzyć liczbę wykonywanych pomiarów. OPRACOWANIE WYNIKÓW POMIARÓW Wyniki pomiarów należy przedstawić w postaci tabel oraz wykresów porównawczych. W sprawozdaniu z ćwiczenia należy: - opisać metodykę pomiarów, - scharakteryzować urządzenia w otoczeniu których wykonywane są pomiary, - opisać oscylogramy oraz uzyskane wyniki, - dokonać analizy wyników pomiarów i sformułować wnioski. 5