人体静电的实验

学号： 05412126

江 苏 工 业 学 院 毕业设计（论文） （2009届） 题 目 人体静电的实验测试与安全研究 学 生 徐 梓 凯 学 院 环境与安全工程学院 专 业 班 级 安 全 051 校内指导教师 邵 辉 专业技术职务 教 授

二○○九年六月

人体静电的实验测试与安全研究

摘 要：人们对电的认识是从静电开始的。雷电实质上就是大自然中一种强有力的静电放电现象。古书中所谓“顿牟掇芥”，即琥珀（顿牟）吸引轻小物体（掇芥）的记载实质上就是静电现象的记载。而人体静电就是一种十分普遍的现象，在生产过程中有时会带来严重的危害，甚至造成极为严重的灾害。在充满活性介质的生产场所，微弱的静电放电火花即可能引起迅猛的火灾或强烈的爆炸，造成生命财产的重大损失。苯罐及其他易燃液体、易燃气体容器爆炸、药粉及其他粉体爆炸、巨型油轮爆炸等静电成灾的例子是很多的。而且通过人体的静电放电，可能使人遭受电击。由生产工艺过程中的静电造成的静电电击虽然不致直接使人致命，但可能由此引起更严重的二次事故；还会使工作人员精神紧张，不利于安全生产。静电的种种危害迫使人们不得不下功夫去研究它。特别是随着化学工业、石油工业、电子工业等现代工业的迅速发展，随着高分子材料的广泛应用，静电的危害变得非常突出，这使得静电研究工作在近二十多年来获得了较大的发展。而人体静电由于人体的差异和所处环境的不同，其静电的产生、数量、释放方式等有很大的差别。因此本文采取了人体静电的实验测试方法，测试了棉织内衣与棉织外衣在不同情况下的静电电压；棉织内衣与羊毛织品外衣在不同情况下的静电电压；棉织品内衣与锦纶织品外衣在不同情况下的静电电压；锦纶织品工作服与人体带电的电压；棉织品工作服与人体带电的电压以及完成了不同情况下人体电阻的测试。获取相关的测试数据，并进行了分析处理，分别得出了各种不同织品工作服与人体带电的关系，研究了人体静电产生、数量、释放方式的机理和影响因素，讨论了人体静电和安全生产的关系，并结合人体静电产生的机理以及个人和企业的不同情况，为个人和企业的静电防护工作提出了相应的措施，旨在为安全生产和人类的安全事业提供有益的指导和帮助。

关键词：静电；实验测试；安全研究

I

Experimental Test and Security Research for The Human Body

Static Electricity

Abstract：People's understanding of electricity started from the static. Lightning is essentially a powerful natural electrostatic discharge phenomenon. Books in the so-called \Jie \that is, amber (Dun Mu) light to attract small objects is the essence of the records documented the phenomenon of static electricity. The human body static electricity is a kind of is a common phenomenon. in the production process can sometimes result in serious hazard, or even result in very serious disaster. Active medium in a place of production, weak static electric spark that put the fire may cause rapid or strong explosions, causing a great loss to lives and property. Benzene tanks and other flammable liquids, flammable gas container exploded, powder and other powder explosion, the giant oil tankers, such as static electricity caused the explosion is that many of the examples. But also through the human body electrostatic discharge may give rise to an electric shock suffered. By the production process of the static electric shocks caused by static electricity may not directly cause fatal, but may be caused by more serious secondary accidents, will enable staff to mental stress is not conducive to safe production. Electrostatic force people against all kinds of efforts have to study it. Especially with the chemical industry, petroleum industry, electronics industry, such as the rapid development of modern industry, with extensive use of polymer materials, static electricity hazards become very prominent, which makes the study static over the past two decades to obtain a more great development. The human body as a result of differences between static and different environment, the static electricity generated, the number of ways, such as the release of a great difference. So take the body of this article Test static method, testing the cotton underwear and cotton jacket in different situations of electrostatic voltage; cotton underwear coat and wool fabrics in different situations electrostatic voltage; cotton underwear coat and nylon fabrics in the under different circumstances electrostatic voltage; nylon fabric overalls charged with human voltage; cotton work clothes and the body charged by the voltage and the completion of the human body under different circumstances to test resistance. Access to relevant test data and analysis to deal with, respectively, to draw a variety of different fabrics overalls charged relationship with the human body to study the human body static electricity, the number of ways to release the mechanism and influencing factors, discussed the human body static electricity, and production safety relationship, combined with static electricity generated by the mechanism of human individuals and businesses according to different circumstances for individuals and businesses electrostatic protection measures put forward to for safety in production and the cause of human security provide useful guidance and help.

Key words： Static Electricity, Experimental Test, Security Research

II

目 录

摘 要 ......................................................................................................................................... I 目 录 ..................................................................................................................................... III 术 语 表 ................................................................................................................................... V 1 绪论 ........................................................................................................................................ 1 1.1 课题研究的意义 ............................................................................................................. 1 1.2 人类对静电的认识 ......................................................................................................... 1 1.3 国内外对静电的研究 ..................................................................................................... 1 1.4 静电与安全生产的特殊关系 ......................................................................................... 2 2 静电 ........................................................................................................................................ 3 2.1 静电的概念 ..................................................................................................................... 3 2.2 静电产生的机理 ............................................................................................................. 3 2.2.1 静电产生的内因 ..................................................................................................... 3 2.2.2 静电产生的外因 ..................................................................................................... 4 2.3 静电的特点 ..................................................................................................................... 5 2.3.1 静电能量的特点 ..................................................................................................... 5 2.3.2 静电放电的特点 ..................................................................................................... 6 2.3.3 静电消散的特点 ..................................................................................................... 7 2.3.4 静电屏蔽 ................................................................................................................. 7 2.4 静电技术的利用 ............................................................................................................. 8 2.5 静电的危害 ..................................................................................................................... 8 2.5.1 引起火灾和爆炸 ..................................................................................................... 8 2.5.2对人体的危害 .......................................................................................................... 9 2.5.3妨碍生产 .................................................................................................................. 9 3 人体静电 .............................................................................................................................. 11 3.1 概述 ............................................................................................................................... 11 3.2 人体静电的产生机理 ................................................................................................... 11 3.2.1 衣物的摩擦起电 ................................................................................................... 11 3.2.2 感应起电 ............................................................................................................... 11 3.2.3 吸附带电微粒起电 ............................................................................................... 12 3.3 人体静电的危害 ........................................................................................................... 12 3.3.1引起火灾或爆炸 .................................................................................................... 12 3.3.2对人体的伤害 ........................................................................................................ 12 3.3.3对元器件的危害 .................................................................................................... 13 3.4 人体静电的影响因素 ................................................................................................... 13 3.4.1 衣服材质 ............................................................................................................... 13 3.4.2 操作速率 ............................................................................................................... 13

III

3.4.3 电阻的影响 ........................................................................................................... 13 3.4.4 湿度的影响 ........................................................................................................... 14 3.4.5 人体对地电容 ....................................................................................................... 14 4 人体静电的测试 .................................................................................................................. 15 4.1 人体静电测试的内容 ................................................................................................... 15 4.2 测试方法的选择 ........................................................................................................... 15 4.3 试验方案的确定 ........................................................................................................... 15 4.4 静电电压的测试 ........................................................................................................... 16 4.4.1 金箔验电器 ........................................................................................................... 16 4.4.2 EST101型防爆静电电压表 .................................................................................. 16 4.4.3 EST103型静电计 .................................................................................................. 17 4.4.4 实验记录 ............................................................................................................... 18 4.4.5 实验结论 ............................................................................................................... 21 4.5 人体电阻的测试 ........................................................................................................... 22 4.5.1 EST301人体综合电阻测试仪 .............................................................................. 22 4.5.2 试验记录 ............................................................................................................... 23 4.5.3 实验结论 ............................................................................................................... 24 4.6 实验结论及相应的控制措施 ....................................................................................... 24 5 人体静电的安全防护 .......................................................................................................... 25 5.1 静电引起事故的条件 ................................................................................................... 25 5.2 静电安全防护的原理 ................................................................................................... 25 5.3 个人的防护措施 ........................................................................................................... 25 5.4 企业的防护措施 ........................................................................................................... 26 5.4.1 评估静电风险 ....................................................................................................... 26 5.4.2 作业人员应注意着装 ........................................................................................... 26 5.4.3 注意在爆炸危险场所的行为 ............................................................................... 26 5.4.4 职工队伍培训 ....................................................................................................... 26 5.4.5 接地 ....................................................................................................................... 27 5.4.6 使用导电性地面 ................................................................................................... 27 5.4.7 增加场所的湿度 ................................................................................................... 27 5.4.8 加强劳保用品的管理 ........................................................................................... 27 5.4.9 使用抗静电用品 ................................................................................................... 27 5.4.10 外来人员管理 ..................................................................................................... 27 6 结论 ...................................................................................................................................... 28 参 考 文 献 ............................................................................................................................ 29 致 谢 ...................................................................................................................................... 30

IV

术 语 表

EST：静电测试（Electro-Static Test）

ESD：静电放电（Electro-Static Discharge） AD：交流电（Alternating Current） DC：直流电（Direct Current） HBM：人体静电放电模型 MM：机器模型

CDM：器件充电模型 FIN：电场感应模型

V

江苏工业学院本科生毕业设计（论文）

1 绪论

静电是存在于自然界中一种普遍现象。当物体间发生接触、摩擦、剥离或感应等现象时，物体的电荷便会自然发生转移或感应而带电荷，其转移或感应的电荷无法泄漏而停留在物体的表面，呈相对静止状态时，这就是我们通常所说的静电。然而当我们从毛衣外面脱下合成纤维材料的衣物时，或经头部脱下毛衣时，在衣服之间或衣服与人体之间，均可能发生放电。这说明人体及衣服在一定条件下是会产生静电的。因为人体活动范围较大，而人体静电有容易被人们忽视，所以，由人体静电引起的放电往往是酿成静电灾害的重要原因之一。 1.1 课题研究的意义

静电是引起化工事故的重要能量，人体是产生和携带静电的重要载体。由于人体的差异和所处环境的不同，其静电的产生、数量、释放方式等有很大的差别。因此毕业论文将通过对人体静电的实验测试，获取相关的测试数据，选取适当的数学模型对测试数据的分析处理，研究人体静电产生、数量、释放方式的机理和影响因素，探讨人体静电与安全生产的关系，旨在为安全生产提供有益的指导和帮助。 1.2 人类对静电的认识

静电现象是人们早就发现了的。公元前，希腊人发现摩擦过的琥珀能吸引轻小物体的现象实际上就是静电现象。我国东汉时期王充所著《论衡·乱龙篇》里“顿牟掇芥、磁石引针”的记载中，“顿牟”指的就是琥珀，“掇芥”指的是吸引轻小物体，“顿牟掇芥”显然是静电现象的记载。但是，人们对静电现象的物理实质，对于静电产生和消失的规律，只是近几十年来随着一些新技术的发展才开始大量研究。直至目前为止，有些关于静电的问题还没有完全解决，还有待进一步实验和研究[1]。 1.3 国内外对静电的研究

人类认识静电已经有几千年的历史了，但由于静电的应用长期以来远不如电的应用广泛，以致人们对静电的研究远远落后于对电的研究。研究静电防护，首先要研究静电的规律，静电的规律性表现在静电现象中，静电现象有三种，即静电产生、静电泄漏、静电放电。

1980年5月，美国海军司令部在广泛的研究、考查了电子行业中各种人体ESD模型之后，发布了DOD—1686标准，规定了标准的人体ESD模型，用100pF的电容器串联1.5kΩ的电阻作为标准人体ESD模型。这种模型参数很快被人们普遍接受。此后在1988年和1989年分别发布的美军标MIL—STD—1686A和MIL—STD—883C中仍使用这一人体电气模型（我国军标GJB1649《电子产品防静电放电控制大纲》基本采用）。在MIL—STD—883C中对ESD模拟器输出的放电电流波形作了规定，模拟器通过另一阻值为1.5kΩ的无感金属膜电阻对地放电时，用带宽为200MHz的示波器和特定的电流探头得到的放电电流波形与规定的波形相类似。

目前国际上对静电放电定义了4种模型：人体静电放电模型（HBM，Human Body

第1页 共30页

1 绪论

Model），机器模型（MM），器件充电模型（CDM），电场感应模型（FIN）。由于人体与电子元器件及设备的接触机会最多，因此人体静电放电造成的比例也最大，人体静电放电模型是指人体在地上行走、摩擦或受其他因素影响而在身体上积累了静电，静电电压可达几千伏甚至上万伏，当人体接触设备或电子元器件时，人体静电就会通过被接触物体对地放电。虽然此放电过程极短（几百纳秒），但是如果周围环境中存在爆炸性混合物，放电火花就很容易引起火灾或爆炸事故。同时所产生的放电电流很大，很容易损坏元器件。需要指出的是，实际情况很复杂，有时与模拟情况存在较大差别。这些模型的提出，是为了建立统一测试的基准。同时也将在这几种模型的基础上进一步研究人体静电[2]。

在我国把防静电作为一项工作也只是起步于20世纪60年代。这个时期石油、化工、煤矿开采等行业发展迅速，因静电引起的爆炸火灾事故逐渐增多，一些石化、劳保及安全部门开始着手研究和治理静电引起的火灾爆炸事故。目前，我国已经研制出防静电鞋与防静电服并制定了《防静电胶底鞋、导电胶底鞋》、《防静电工作服》、《防止静电事故通用导则》等多个国家标准。研制出了具有国际先进水平的与国家标准配套的测量仪器和装置，很多都达到或接近国际先进水平。 1.4 静电与安全生产的特殊关系

1998年10月，某市一加油站在卸油时，站主之女张某(8岁)与朋友李某(7岁)在罐区打闹玩耍，因穿着衣物之间摩擦发生静电放电，进而引起站内的汽油蒸汽与空气形成的可燃气体爆燃，致使两名儿童严重烧伤。据日本有关资料报道，从1967年1月至1976年8月，日本深乙炔工厂共发生了11起重大事故，其中，由于人体静电而引起的火灾爆炸事故3起，占事故总数的27%。

据《中国火灾统计年鉴》和《中国消防年鉴》统计，2001年以来静电所导致的火灾占全部电气火灾的比例一直在20%以上并呈现上升的趋势（见表1）。可见静电现象决不容忽视，必须科学加以利用和防范[3]。

表1 2000～2005年电气火灾与静电火灾统计(全国)

年度 2000 2001 2002 2003 2004 2005

电气火灾总起数 24233 31933 30954 29741 30356 29448 静电火灾总起数 158 6479 6274 6601 7424 8073 静电占全部电气火灾的比例（%） 0.65 20.28 20.26 20.19 24.25 27.41 第2页 共30页

江苏工业学院本科生毕业设计（论文）

2 静电

2.1 静电的概念

所谓静电，并非绝对静止的电，其电荷存在形式是相对静止的。所谓相对静止就是电荷有时是静止的有时也是运动的，但这种运动和交流电、直流电电荷的运动不同，一般是没有固定路径的，也不遵从欧姆定律。在宏观范围内暂时失去平衡的相对静止的正、负电荷。

2.2 静电产生的机理

静电是由两种不同的物体（物质）相互摩擦，或物体与物体紧密接触后又分离而产生的。此外，由于物体受热、受压、撕裂、剥离、拉伸、撞击、电解，以及物体受到其他带电体的感应等，也可能产生静电。不管物体的种类和性质如何，均能产生静电。 2.2.1 静电产生的内因

（1） 物质的逸出功不同

物质是由分子组成的。分子是由原子组成的。而原子是由原子核和其外围的若干电子组成的。两种物质紧密接触时，一种物体将失去电子带正电，而另一种物体得到电子带负电。

逸出功是把电子从物质内部移到外部所要求外部做的功。而物体相接触时，逸出功较小的一方失去电子带正电，而另一方就获得电子带负电。因此，人们把各种物质按得失电子的难易，亦按照起电性质的不同，把带正电的排在前面，把带负电的排在后面，依次排列，构成静电序列。两物体在静电序列中的排位越近，其相互摩擦或接触、分离后产生静电量越小，反之则越大。下面是两个典型的静电序列： ① （+）玻璃—头发—尼龙—羊毛—绸—人造丝—棉纱—纸—麻—钢铁—聚苯乙烯—硬橡胶—醋酸纤维素—合成橡胶—聚酯纤维—丙纶聚乙烯—聚氯乙烯—聚四氟乙烯（－） ② （+）木棉—玻璃—云母—羊毛—毛皮—铅—镉—锌—铝—铬—铁—铜—镍—银—金—铂（－）

此外，当物质含有杂质时，有增加静电产生量的倾向[4]。 （2） 物质的电阻率不同

由高电阻物质制成的物体，其导电性能差，带电层中的电子移动比较困难，构成了静电荷积聚的条件。例如，两物体紧密接触时，接触界面上形成了双电层，如物质均为导体，纵然分离的速度很快，先分离部分的电子总能很容易地通过最后分离的接触点泄漏返回原处，两物体分开后仍然各自表现为电中性。但若此两物体或其中之一由绝缘物质构成，物体分离后就有一部分电子回不到原来的物体上去，因而两物体均出现带电性。又例如，绝缘物体上吸附了带电灰尘，电荷难以通过绝缘物体泄漏掉，使物体对外显示了电性。

在电工领域，导体指体积电阻率在10-7Ω·m以下的物体，绝缘体指体积电阻率在107Ω·m以上的物体。在静电领域，根据静电积累和泄漏的特点，将材料分为静电导体、

第3页 共30页

2 静电

静电亚导体和静电非导体。静电导体指体积电阻率在106Ω·m以下或表面电阻率在107Ω·cm以下的物体，即使上面载有电荷，也可瞬间消失，不容易积聚，不致引起静电危害；静电亚导体指体积电阻率在106～1010Ω·m或表面电阻率在107～1011Ω·cm的物体，通常带电量是不大的，产生的静电积聚也不严重；静电非导体指体积电阻率在1010Ω·m以上或表面电阻率在1011Ω·cm以上的物体，它们容易积聚静电电荷，消散较慢，是防静电工作的重点对象。油品的导电率一般都较低，即电阻率偏大，大多数都高于1010Ω·m，如汽油、苯等电阻率在1011～1015Ω·m之间，它们是容易起静电的[5]。

必须指出，水是静电的良导体，但当少量水夹在绝缘油品中，因为水滴与油品相对流动时要产生静电，反而会使油品静电量增加。金属是良导体，但当它与大地绝缘时，就和绝缘体一样，也会带有静电。

鉴别固体表面导电性，可用表面电阻率来考核。表面电阻率在109Ω·cm以下的物体表面，当有良好静电接地时，静电荷就积累不起来。 （3） 介电常数不同

介电常数也称电容率，是决定电容的一个因素。在具体配置条件下，物体的电容与电阻结合，决定了静电的消散规律。如果液体相对介电常数大于20，并以连续性存在及接地，一般说来，不管是输送还是储运，都不大可能积累静电 [6] 。 2.2.2 静电产生的外因

（1） 紧密的接触和迅速的分离

任何物体的表面都是不平滑的，相互接触只能做到多点接触，当接触距离小于25×10-8cm时，电子就有转移，即形成了双电层。如果分离的速度足够迅速，物体即可带电。

摩擦就是紧密接触和迅速分离反复进行的一种形式，从而促使了静电的产生。 紧密接触、迅速分离的形式还有如撕裂、剥离、拉伸、加捻、撞击、挤压、过滤及粉碎等。

（2） 附着带电

某种极性的离子或带电粉尘附着在与地绝缘的固体上，能使该物体带上静电或改变其带电状况。物体获得电荷的多少取决于物体对地电容及周围条件，如空气湿度、物体形状等。人在有带电微粒的场合活动后，由于带电微粒吸附于人体，因而人也会带电。 （3） 感应起电

在工业生产中，带静电的物体能使附近不相连的导体，如金属管道、零件表面的不同部位带有电荷的现象，这就是静电感应起电。静电感应是导体在静电场中特有的现象。就是导体在电场中，在静电场的作用下，其表面不同部位感应出不同电荷或导体上原有电荷重新分布的现象。由于静电感应，不带电的导体可以变成带电的导体，即不带电的导体可以感应起电。

在实际生活中，由于静电感应和感应起电，可能在导体（包括人体）上产生很高的电压，导致危险的火花放电。这是一个容易被人们忽视的危险因素。静电感应的原理可用于静电测量和消除有害静电 [7] 。

第4页 共30页

江苏工业学院本科生毕业设计（论文）

（4） 电解起电

将金属浸入电解溶液中，或在金属表面形成液体薄膜，由于界面上的氧化还原反应，金属离子将向溶液扩散，即在界面形成电流。随着这一过程的进行，界面上出现双电层，形成电位差。在一定条件下，这个电位差足以阻止金属离子继续溶解，达到平衡状态。平衡状态遭到破坏时，金属离子再度扩散，又形成电流。

因此，固定的金属与流动的液体（电解液）之间将会产生电流。最常见的就是液体在管道内流动而带电的现象。 （5） 压电效应起电

某些固体材料在机械力的作用下会产生电荷。压电效应起电的特点是在试件同一表面上，同时存在分布不均匀的正负电荷。 压电效应产生的电荷密度较小，但在局部面积上，同时存在分布不均匀的正负电荷，仍有可能具有引起爆炸的能量。 （6） 极化起电

绝缘体在静电场内，其内部和外表面能带电荷，是极化作用的结果。在绝缘的容器内盛装带电物体，容器外壁具有电性，就是此原因。

按分子结构不同，极化分为两类：一是非极性分子极化。在外电场作用下，构成分子的正负电荷发生相对移动，排列有序，在表面上分别出现束缚电荷。外电场越强束缚电荷也越多；二是极性分子的极化。这些极性分子由于热运动，电矩方向排列混乱，总体上不显电性。在外电场作用下，电矩有沿外电场转动的倾向，但并非作有序排列。外电场越强，分子排列越整齐 [8] 。 （7） 喷出带电

粉体、液体和气体从截面很小的开口处喷出时，这些流动物体与喷口激烈摩擦，同时流体本身分子之间又相互碰撞，会产生大量的静电。 （8） 飞沫带电

喷在空间的液体，由于扩展飞散和分离，出现了许多小滴组成的新的液面，产生静电。

另外还有流淌、沉浮、冻结等多种产生静电的方式。

需要指出的是，产生静电的方式不是孤立单一的，如摩擦中起电的方式就包括了接触带电、热电效应起电、压电效应起电等几种形式。 2.3 静电的特点 2.3.1 静电能量的特点

生产工艺过程中局部范围内产生的静电的电量一般是微库伦级的，即电量很小，但是，这样小的静电量，在一定的条件下会形成很高的静电电压。高静电电压容易产生火花，可能引起火灾或爆炸事故。

平板电容器是由两块极板中间隔以绝缘材料组成的。电容器充电时，一个极板带正电荷，另一个极板带负电荷。而两种材料紧密接触和分离后，一边带正电荷，另一边带负电荷，与电容器具有类似的性质。依据电学知识，电容器的电容C、电容器极板之间

第5页 共30页

2 静电

的电压U之间保持以下关系

C=Q/U 式中 C—电容，F； Q—电量，C； U—电压，V。

如果紧密接触的两种材料分离前后，其上电荷没有消散，即电量Q保持不变，则电容C和电压U保持反比关系。随着两种材料空间位置发生变化，电容C也发生变化，电压U发生相应的变化。电容越大，电压越低；电容越小，电压越高。在产生静电的实际场所，电容的变化往往是很大的，这就有可能出现极高的电压 [9] 。

不仅平面接触产生静电有这种情况，而且通过其他方式产生静电也都有类似情况。例如，传动带离开转动轮时，电压并不高，但转到中间位置时，由于对地距离增大，电容减小，静电电压增高很多；液体和粉体在管道中流动时电压也不是很高，但当注入储罐、料仓或容器时，也由于对地距离骤然增大，电容减小，静电电压却升高很多。橡胶行业的静电可高达数万伏，如不采取有效措施，很容易引起火灾。

当人体与大地绝缘时，由于衣服之间，衣服与其他装备或器具、鞋与地面之间的接触、分离，人体可带上静电。在不同条件下，人体静电可能高达数千至1万多伏。此外，人体由静电感应也可能带上静电。

粉体静电也可能达到几千至1万多伏。飞机飞行时，静电电压可能高达数千至数十万伏。油料注入罐内时，罐内油的电位可高达数千至数万伏。蒸汽和气体的静电比固体、粉体或液体的静电要弱一些，但也可能达到万伏以上 [10] 。

静电电压虽然很高，但因其电量很小，所以能量也很小，静电能量一般不超过数焦耳。

2.3.2 静电放电的特点

静电放电是静电消失的主要途径之一，一般是电位较高，能量较小，处于常温常压条件下的气体击穿。电极材料可以是导体或绝缘体，电场多数是不均匀的。静电放电主要有以下三种形式（如图1）。

（a）电晕放电 （b）刷形放电 （c）火花放电

图1 静电放电形式

（1） 电晕放电

电晕放电发生在带电体尖端附近或其他曲率半径很小处附近的局部区域。在这很小的区域内，电场强度很高，使气体分子发生电离，形成电晕放电。较强的电晕放电伴有

第6页 共30页

江苏工业学院本科生毕业设计（论文）

嘶嘶声和淡紫色光。如果电晕放电不继续发展，则没有引燃危险。 （2） 刷形放电

刷形放电是火花放电的一种。其放电通道有很多分支，而不集中在一点。放电时伴有啪啪的响声。由于绝缘体束缚电荷的能力很强，其上电荷很难移动，于是表面上容易出现刷状放电通道。刷形放电的火花能量比较分散，但对引燃能量较低的爆炸性混合物，也有引燃的危险性。由于绝缘体上的电荷不能通过一次刷形放电全部放尽，同一绝缘体上可能发生多次刷形放电，从而有多次引燃的可能性 [11] 。 （3） 火花放电

这里所说的火花放电是指放电通道集中的火花放电，即电极上有明显放电火集中点的放电。火花放电时有短促的爆裂声和明显的闪光，火花放电多发生在导体之间。由于放电能量集中，其引燃危险性大。

除上述几种放电外，对于静电，也可能发生沿绝缘固体表面进行的放电，即沿面放电（闪络）；对于空间电荷，还可能发生云状放电。

和通常气体放电一样，静电放电也受电场均匀程度、电极极性和材料、电压作用时间、气体状态等因素的影响。

尖端放电也是静电放电的一般规律。平衡时，导体上的静电电荷只分布在导体的外表面，而且电荷分布与导体的几何形状有关。导体表面曲率越大的地方，电荷密度越小；导体表面曲率越小的地方，电荷密度越大。因此，在导体的尖端电荷集中，电荷密度很大，尖端附近电场很强，易发生放电。因为这种放电发生在尖端，所以这种放电叫着尖端放电 [12] 。

2.3.3 静电消散的特点

绝缘体对其上的电荷的束缚力很强，如不经放电，则其上静电电荷消散很慢。静电的消散有两个途径：一是与空气中的自由电子或离子互相中和；二是通过绝缘体本身及其相连接的物体向大地泄漏，或与异性电荷中和。 2.3.4 静电屏蔽

导体在静电场中达到平衡时，其空腔内电场强度为零[见图2（a）]。如果空腔导体的空腔内有电荷，且其外表面接地[见图2（b）]，则外表面上的感应电荷泄入大地，导体外部场强为零，这两种现象都叫做静电屏蔽。在爆炸危险场所，可利用静电屏蔽原理防止静电的危害 [13] 。

（a） （b）

图2 静电屏蔽

第7页 共30页

2 静电

2.4 静电技术的利用

静电技术在生产上也得到了一定范围的应用，如静电除尘、静电印花、静电喷涂、静电植绒、静电分选、淡化海水、喷洒农药、人工降雨、低温冷冻、宇宙飞船加料等工农业生产与生活方面，都是应用静电技术的例子。但是，与电的应用比较起来，静电技术的应用要晚得多、应用的面也要窄得多。因此，虽然人们认识电流很久以前就认识了静电，而对静电的研究远远落后于对电的研究 [14] 。 2.5 静电的危害

人们对电的认识是从静电开始的。但是，由于电获得了极为广泛的应用，人们对静电的研究却远远落后于对电的研究。因此，直至目前为止，人们对静电危害的研究也还比较落后。在化工、炼油、橡胶、制药、印刷、金属粉末等行业的生产现场，静电事故造成的损失引起了人们极大的注意，迫使人们不得不注意研究静电的危害。静电的危害主要有三个方面：引起爆炸和火灾；给人以电击；妨碍生产。 2.5.1 引起火灾和爆炸

火灾和爆炸是静电最大的危害。静电能量虽然不大，但因其电压很高而容易发生放电，出现火花放电。如果所在场所有易燃品，又有由易燃物品形成的爆炸性混合物，包括爆炸性气体和蒸汽，以及爆炸性粉尘等，即可能由静电火花引起火灾或爆炸。

一些轻质油料及化学溶剂，如汽油、煤油、酒精、苯等容易挥发与空气形成爆炸性混合物。在这些液体的载运、搅拌、过滤、注入、喷出、流出等工艺过程中，容易由静电火花引起爆炸和火灾。与轻质油料相比，重油和渣油的危险性小，但其静电的危险仍然是存在的，而且也有爆炸和火灾的事例。据统计，液体作业中静电爆炸和火灾约占全部静电爆炸和火灾总数的一半。

金属粉末、药品粉末、合成树脂和天然树脂粉末、燃料粉末、农作物粉末等都能与空气形成爆炸性混合物。在这些粉末的磨制、干燥、筛分、收集、输送、倒装及其他有摩擦、撞击、喷射、振动的工艺过程中，都比较容易由静电火花引起爆炸或火灾。

橡胶、塑料、造纸等行业经常用到一些化学溶剂，也能形成爆炸性混合物。在其原料搅拌、制品挤压和分离、摩擦等工艺过程中，容易引起火灾，甚至引起爆炸。 氢气、乙炔等气体极易形成爆炸性混合物。易燃液体的蒸汽或气体高速喷射时容易由静电火花引起爆炸。水蒸气高速喷射时也能引起所在场所里的爆炸性混合物爆炸。对于静电来说，人体相当于导体，电荷能够经人体泄入大地。但当人体与地面绝缘（如人穿胶底鞋）时，则人体成为孤立导体，与大地之间一般保持有数百皮法的电容，人体静电电压可达数千至数万伏。当人体对地电阻为350pF时，由人体静电导致的放电火花完全可能引燃甲醇、乙醇等于空气形成的爆炸性混合物 [15] 。

对于静电引起的爆炸和火灾，就行业性质而言，以炼油、化工、橡胶、造纸、印刷、粉末加工等行业事故最多。就工艺种类而言，以运输、装卸、搅拌、喷射、开卷和卷缠、涂层、研磨等工艺过程事故最多。

对于静电引起的爆炸和火灾，就事故发生的时间而言，以气候干燥的冬季事故最多，

第8页 共30页

江苏工业学院本科生毕业设计（论文）

而以比较潮湿的夏季事故最少 [16] 。 2.5.2对人体的危害

静电电击只发生在静电放电的瞬间，通过人体的电流为瞬时冲击电流，其危害主要表现在三个方面。 （1） 直接伤害

一般生产过程中产生的静电所引起的电击不会造成致命危险。但具有静电特征的雷电或电容器上的残留电荷，因其电压高、容量大，有时可能危及人的生命。 （2） 二次伤害

人体遭受电击时，由于身体失去平衡，从高空坠落，摔伤或触碰机械造成伤害，静电电击造成的二次伤害对人身安全威胁最大。 （3） 精神紧张

人体受到静电电击的刺激会造成精神紧张，以致妨碍正常工作，或因误操作而发生的各种事故。

当人体电容为90pF时，不同电压下静电电击的程度可参考表2。由表可知，当静电电压为3kV左右时，人体即有明显的电击感觉。如果带电体是绝缘体，确定发生电击的界限也是很困难的。一般认为，电压10kV、面电荷密度10-5C/m2的带电绝缘体是可能引起电击的。对于带电情况很不均匀的绝缘体、包含有局部低电阻率区域的绝缘体，以及近旁有金属导体的绝缘体，也要特别注意防止电击的危险性 [17] 。

表2 静电电击时人体的反应

电压/kV 1 2 2.5 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 能量/mJ 0.045 0.18 0.28 0.405 0.72 1.125 1.62 2.205 2.88 3.645 4.5 5.445 6.48 没有感觉 手指外侧有感觉，但不疼痛 放电部位有针刺感、轻微冲击感，但不疼痛 有轻微和中等针刺痛感 手指轻微疼痛，有较强的针刺感 手掌乃至手腕前部有电击疼痛感 手指剧痛，手腕前后有强烈电击感 手指、手掌剧痛，有麻木感 手掌乃至手腕前部有麻木感 手腕剧痛，手部严重麻木 整个手剧痛，有电流通过感 手指剧烈麻木，整个手有强烈电击感 由于强烈电击，整个手有强烈打击感 电击程度 2.5.3妨碍生产

在某些生产过程中，如不消除静电，将会妨碍生产或降低产品质量。

在纺织行业及有纤维加工的行业，特别是随着涤纶、腈纶、锦纶等合成纤维材料的

第9页 共30页

2 静电

应用，静电问题变得十分突出。例如，在抽丝过程中，每根丝都要从直径为百分之几毫米的小孔挤出，产生较多静电，由于静电电力场的作用，会使丝飘动、黏合纠结等，妨碍工作；在纺纱、织布过程中，由于橡胶辊轴与丝、纱摩擦及其他原因产生的静电，可能导致乱纱、挂条、缠花、断头等，妨碍工作；在织布、印染等过程中，由于静电电力场的作用，可能吸附灰尘等，降低产品质量，甚至影响缠卷，使缠卷不紧。

在粉体加工行业，生产过程中产生的静电除带来火灾和爆炸危险外，还会降低生产效率、影响产品质量。例如，粉体筛分时，处于静电电力场的作用而吸附细微的粉末，使筛目变小，降低生产效率；在球磨过程中，由于钢球吸附一层粉末，不但会降低生产效率，而且这一层粉末脱落下来混进产品之中，还会降低产品质量；计量时，由于计量器吸附粉体还会造成测量误差；粉体装袋时，由于静电斥力的作用，粉体四散飞扬，即损失粉体，又污染环境 [18] 。

在塑料和橡胶行业，由于制品与辊轴的摩擦，制品的挤压和拉伸，会产生较多静电（如图3）。除火灾和爆炸危险外，由于静电不能迅速消散会吸附大量灰尘，而为了清扫灰尘要花费很多时间；在印花或绘画的情况下，静电力使油墨移动会大大降低产品质量；塑料薄膜也会因静电而缠卷不紧等。

图3 胶带通过辊轴产生静电

在印刷行业，由于纸张带上不少静电，静电电压可超过3000V。因此，纸张运动受到妨碍，可能导致纸张不能分开，粘在传动带上，套印不准，折收不齐；油墨受力移动会降低印刷质量等。

在感光胶片行业，由于胶片与辊轴的高速摩擦，胶片静电电压可高达数千至数万伏。如在暗室中发生放电，胶片将因感光而报废；同时，胶卷基片如吸附灰尘或纤维会降低胶片质量，还会造成涂膜不均等。

在食品行业，食品粉由于静电而吸附在工艺设备的内壁上，往往一下不能清除。而在改制另一种食品时，这些残留在设备内壁上的食品粉可能脱落下来，混合进去，而降低制品质量。当然，食品行业还会遇到其他粉体行业遇到的静电危险 [19] 。

在电子技术行业，生产过程中产生的静电还可能引起计算机、继电器、开关等设备中电子元件的误动作；还可能对无线电通讯设备、磁带录音机产生干扰，例如，飞机上静电放电电流超过5μA时，即无法进行无线电通讯；还可能击穿集成电路的绝缘等。

此外，在精密制造行业，由于静电吸附粉尘会降低产品质量。在医院、办公楼等其他场所，静电也有与上述类似的危害 [20] 。

第10页 共30页

江苏工业学院本科生毕业设计（论文）

3 人体静电

日常生活中，特别是在冬天，我们常常会碰到这种现象：晚上脱衣服睡觉时，黑暗中常听到噼噼啪啪的声响，而且伴有蓝光；见面握手，手指刚一接触到对方的手，会突然感到指尖刺痛，令人大惊；早上起来梳头时，头发会经常“飘”起来，越理越乱；拉门把手、开水龙头时都会“触电”，时常发出啪啪的声响，这就是发生在人体的静电。人体静电的存在影响着我们的生活、生产、工作等方方面面，所以深入探讨人体静电的知识，以防止人体静电带来的损害，有着重要的现实意义。 3.1 概述

人体为什么会产生静电呢？当两种不同材质的物体接触后都会发生电荷的转移和积累，形成静电。人身上的静电主要是由衣物之间或衣物与身体的摩擦造成的，因此穿着不同材质的衣物时“带电”多少是不同的，比如穿化学纤维制成的衣物就比较容易产生静电，而棉制衣物产生的就较少。而且由于干燥的环境更有利于电荷的积累，所以冬天人们会觉得身上的静电较大。

在不同湿度条件下，人体活动产生的静电电位有所不同。在干燥的季节，人体静电可达几千伏甚至几万伏。据有关研究表明，静电电压为5万伏时人体没有不适感觉，带上12万伏高压静电时也没有生命危险。不过，静电放电也会在其周围产生电磁场，虽然持续时间较短，但强度很大。科研人员正在研究静电电磁场对人体的影响。 3.2 人体静电的产生机理

人在活动过程中，人的衣服、鞋以及所携带的用具与其他材料摩擦或接触－分离时，即可能产生静电。例如，人穿混纺衣料的衣服坐在人造革的椅子上，如人和椅子的对地绝缘都很高，则当人起立时，由于衣服与椅面之间的摩擦和接触－分离，人体静电可高达一万伏以上；又如，穿塑料底的鞋在高绝缘地面上行走时，人体静电电压可高达数千伏；又如，手持干抹布擦拭绝缘桌面，也会产生数千伏的静电电压。 3.2.1 衣物的摩擦起电

人在活动过程中，衣服与衣服之间也因摩擦而产生静电，但所产生的静电电荷是相等相反的，脱衣服之前一般不显示出来。随着脱下衣服，又发生一次比较强烈的摩擦和接触—分离，静电电压可高达数万伏。 3.2.2 感应起电

对于静电来说，人体相当于良导体，因此，人体在静电场中，或者在静电电荷的作用下，会感应起电，甚至成为独立的带电体。

人体与大地处于绝缘状态，接近带电物体时，产生静电感应，人体形成等效的静电带电。如人体接近高电压时，不仅是静电感应，而且在高电压的附近产生的离子附着在人体上，可使人体带电。

第11页 共30页

3 人体静电

3.2.3 吸附带电微粒起电

如果空间存在着带电微粒，如带电的水沫或其他离子，并为空间内的人体所吸附，人体也能带电。

由于人体是导体，而在达到静电平衡时，导体是等位体，因此，人体某一部位带电即将造成全身带电 [21] 。 3.3 人体静电的危害

人体静电不仅对人体的身心健康有危害作用，而且在许多行业（比如高瓦斯矿井及化工行业）的生产环境及工艺流程中，存在有大量的易燃易爆介质，人体静电的积累，对安全生产构成严重威胁。如静电放电火花可引起可燃气体、蒸汽同空气混合物着火或爆炸等。近年来，我国工业发展得很快，伴随而来的静电事故也屡屡发生，因此，必须对人体静电问题引起足够的重视。 3.3.1引起火灾或爆炸

人体静电火花放电能量若达到或大于周围可燃混合气体的最小突燃能量，而可燃混合气体在空气中的浓度又已达到爆炸极限范围时，就会引起燃烧或爆炸，可燃混合气体的突燃能量一般很小。石油液化气混合物的最小突燃能量见表3：

表3 可燃气体的最小着火能量

名称 甲烷 乙烯 乙炔 苯 乙醚 氨 二硫化碳 氢 乙烷 最小引燃能量（mJ） 0.28 0.096 0.019 0.20 0.19 6.8 0.009 0.019 0.25 名称 环己烯 1,3-丁二烯 丁烷 丙烷 环氧丙烷 己烷 环氧乙烷 戊烷 丁酮 最小引燃能量（mJ） 0.22 0.13 0.25 0.26 0.13 0.24 0.065 0.28 0.29 带电体之间放电能量的计算： E=

1CU2 2式中：E—两带电体的放电能量，单位为J；

U—两带电体之间的电位差，单位为V； C—两带电体之间的电容，单位为F。

人体与大地之间电容为100～250pF，若人体带电为3000V，取C=100pF，则有： E=450 kJ

这个能量已超过石油蒸汽的最小点燃能量，可见人体静电对于可燃混合气体场所的操作安全是个很大的威胁 [22] 。 3.3.2对人体的伤害

冬天空气过于干燥，人体皮肤和服装之间很容易产生静电，高者瞬间静电压可达上万伏，造成人体不适。有人对日常生活产生的静电做过调查和实测，在地毯上走动可产

第12页 共30页

江苏工业学院本科生毕业设计（论文）

生1500～35000伏静电，在乙烯树脂地板上走动时可产生250～12000伏静电，室内屁股在椅子上一蹭就会产生1800伏以上的静电。通常静电干扰超过7000伏，人就会有电击感。

据医学专家介绍，静电对人体有较大的危害。人体产生的静电干扰可以改变人体体表的正常电位差，影响心肌正常的电生理过程及心电在无干扰下的正常传导。持久的静电还会使血液的碱性升高，导致血清中的钙含量下降，钙的排泄增加，从而引起皮肤瘙痒、色素沉淀，影响人的机体生理平衡，干扰人的情绪等，这对于正在生长发育的儿童，血钙含量甚低的老年人，以及需钙量甚多的孕妇和乳母无疑是雪上加霜。不少电脑工作者脸部多发红斑、色素沉淀等面部疾病，这是由于电脑屏幕产生的静电吸引大量悬浮的灰尘，使面部受到刺激引起的。静电也会干扰人体血液循环、免疫和神经系统，影响各内脏器官(特别是心脏)的正常工作，有可能引起心率异常和心脏早搏，引发心血管疾病。在冬季，约三分之一的心血管疾病的发生与静电有关。此外，由于老年人的皮肤比年轻人相对干燥，加上心血管系统老化、抗干扰能力减弱等因素，更容易受静电的危害。过多的静电在人体内堆积，还会引起脑神经细胞膜电流传导异常，影响中枢神经，从而导致血液酸碱度和机体氧特性的改变，影响机体的生理平衡，使人出现头晕、头痛、烦躁、失眠、食欲不振、精神恍惚等症状 [23] 。 3.3.3对元器件的危害

人体静电泄放时间极短，瞬时脉冲高，平均功率可达到千瓦以上，足以击穿元器件，导致电子设备或系统失灵。元器件的电击穿分为软击穿和硬击穿，软击穿不但会造成设备工作失误，更重要的是可能造成毫无规律可寻的潜在性失效，使电子产品的可靠性下降。Stephen Halperin曾在文章《Guidelines for Static Control Management》中指出，因静电造成的电子产品的平均损坏率为8%～33%。据美国1988年的报道，在它们的电子行业中，由于人体静电的影响，每年的损失达50亿美元之多；据日本统计，它们不合格的电子器件中有45%是由于静电而引起的。20世纪90年代中期，某所某实验室在组装我国“风云二号”卫星电子摄像系统时，曾使用一种昂贵的进口静电敏感电子组件。在组装几天之内，发现组装上的两套进口组件全部失效。经现场检验和评估，静电放电现象严重，人体服装静电电压达到3000V以上。生产环境所用的部分防静电产品为不合格产品，防静电系统质量不合格，都是因静电放电失效 [24] 。 3.4 人体静电的影响因素 3.4.1 衣服材质

人体静电的极性与衣服的材质等因素有关，并符合2.2.1所介绍的静电序列的规律。两种材料在静电序列中的位置相隔越远，产生的静电越多。 3.4.2 操作速率

操作速度越高人体静电电压也越高。例如，人穿塑料底的鞋在橡胶地面上快走时，静电电压高达2500伏，而慢走时只有800伏。因此，在某些有爆炸危险的场所，各项操作速度应有一定的限制。 3.4.3 电阻的影响

地面电阻、鞋的电阻、以及衣服的电阻对人体静电的影响很大。上述电阻越大，所

第13页 共30页

3 人体静电

产生的静电衰减越慢，静电电压也越高。 3.4.4 湿度的影响

空气湿度越低，则地面、鞋、和衣着的表面电阻越高，静电危险性越大。由于湿度受环境温度的影响，环境温度的变化可能加剧静电的危险。因此，在有静电危险的生产场所，应对温度、湿度有明确的规定。例如，火药生产场所要求温度在18～30℃、相对湿度在55～65%之间。 3.4.5 人体对地电容

人体静电电压受人体对地电容的影响，二者大体上保持反比关系。由于人体对地电容的60%是脚底对地电容，使得单脚站立于双脚站立地面时的对地电容相差很大。因此，单脚站立时的人体电压远远大于双脚站立地面时的人体电压 [24] 。

第14页 共30页

江苏工业学院本科生毕业设计（论文）

4 人体静电的测试

静电测试对于防止静电危害是十分重要的。为了掌握静电起电的规律，了解生产过程中静电起电的情况，判别生产过程中静电的危险性，以及检验静电安全措施的效能，都需要测试静电的参数。应指出的是，有些静电的参数理论上似乎是可以计算的，但由于实际条件比较复杂，单纯靠计算往往难以得到满意的结果，而必须依赖于测量。

除了直接考虑生产中的安全问题，需要测试静电的参数外，在有关静电的科研工作中，以及利用静电的生产工艺过程中，也需要测试静电的参数。 4.1 人体静电测试的内容

静电测试主要包括两方面：即静电参数的测试和有关材料或物件电气特性参数的测量。静电参数包括电压、电量、电场强度、电流、火花放电能量等表示带电特征的参数。材料或物件电气特性参数包括电阻率、介电常数、电阻、电容等特性参数。在很多情况下，为了安全的目的，还需要测量流速或运转速度、压力、混合物浓度、温度、湿度等工艺参数和环境条件。本论文主要采取的是测试人体静电电压、不同材质衣服的静电电压，以及不同情况下人体电阻的测试 [1] 。 4.2 测试方法的选择

按照现场的危险程度，应当采取不同的测试方法。在危险性很大，需要提前发出危险信号或者需要自动控制的场所，应当固定接入静电测试仪器，采取固定监测方式。在危险性较小、工艺过程稳定的场所，可根据情况采取定期测量的方式。此外，在变更工艺过程或其他需要判别静电危险性的情况下，均应进行必要的静电测量。

因为静电电压很高、静电电量很小，而且容易积累静电的材料又多是高绝缘材料，所以，静电测试往往具有高电压、高绝缘、高灵敏度的特点 [1] 。 4.3 试验方案的确定

由于人体静电与衣服材质、操作速率、电阻、湿度、人体对地电容都有关系，所以实验可以分别从这几个方面进行：

（1）测试各种衣服在不同情况下的带电电压，可行性较高；

（2）测试不同操作速率对人体静电的影响，对速率的测试不易进行，而可以假设普通的操作速率，即将手臂回转5次，这与平常工人的操作速率大致相同；

（3）测试湿度对人体静电的影响，由于实验条件有限，湿度的测试不易进行。所以最终确定测试不同材质工作服的静电电压以及人体电阻。

根据静电的起电方式，人体穿着的衣服与静电放电有着很大的关系，而且不同材质的衣服与静电放电的强弱也各不相同。所以本组试验就是利用EST301型静电计，并以EST101型防爆静电电压表为辅助仪器来测试不同材质衣服与人体静电放电的关系。分别测试了：棉织内衣与棉织外衣在不同情况下的静电电压；棉织内衣与羊毛制品外衣在不同情况下的静电电压；棉织品内衣与锦纶织品外衣在不同情况下的静电电压；锦纶织品工作服与人体带电的关系；棉织品工作服与人体带电的关系以及人体电阻的测试。

第15页 共30页

4 人体静电的测试

4.4 静电电压的测试

静电电压的测试亦即静电电量的测试。与电量和电场强度相比，虽然电压不是最本质的物理量，但电压的测量有较强的代表性，而且当带电体几何形状和空间位置不变时，电压与电量保持正比关系，加之电压直接联系着火花放电的危险性，使得电压的测试具有十分重要的意义。电压测试是静电测试的主要项目之一。

静电电压测试的仪表众多，在此主要介绍金箔验电器、EST101型防爆静电电压表、EST301型静电计这三种仪器。 4.4.1 金箔验电器

金箔验电器是常用的验电仪器，它具有简单而灵敏的特点。其构造如图4所示。当验电器的小球触及带电体时，金箔带上了与带电体同极性的电荷，两片金箔受力张开；且电压越高，张开角度越大。当小球接近带电体时，其上感应出与带电体相反极性的电荷；而金箔一端却出现与带电体相同极性的电荷。如果带电体电压很高，不待小球触及带电体，由于静电感应作用较强，也能使金箔张开。为了免除其他带电体电场的干扰，验电器应有金属外壳，并予以接地。

在检验静电电压的仪器中常用的除了金箔验电器外还有氖泡，这里暂不作具体介绍。

图4 金箔验电器简图

4.4.2 EST101型防爆静电电压表

（1）概述

EST101型防爆静电电压表是在吸收国内外先进静电仪表的基础上,经广大用户10多年使用并多次改进的新型高性能静电电压表（静电电位计）。本仪表防爆性能好，防爆标志为ExiaⅡCT6。能在各类爆炸性气体（如汽油、二硫化碳、市用煤气、乙烯、乙炔、氢、苯等）中使用。本仪表适用于弹药、火工品、石油、化工、纺织、造纸、橡胶、印刷、计算机等行业的科研和生产中测量静电本仪表适用于测量带电物体的静电电压（电位），如导体、绝缘体、及人体等的静电电位。还可测量液面电位及检测防静电产品性能等。广泛适用于石油、化工、油库、消防、电子、国防、航天、天燃气、印刷、纺织、印染、橡胶、塑料、喷涂、医药等科研、生产、储运安全管理部门中有关静电的测量。是现场静电检测的理想仪表。

第16页 共30页

江苏工业学院本科生毕业设计（论文）

（2）特点

①能在各类爆炸性气体环境中使用，防爆性能好，防爆标志为ExiaⅡCT6。防爆合格证编号为：CJEx02.4.031；

②数字显示，分辨率高；

③有读数保持功能，读数准确方便； ④非接触式测量，对被测物体影响小； ⑤测量准确迅速，测量速率约3次/秒； ⑥体积小，重量轻，携带方便；

⑦耗电省，一节电池能连续工作达200小时，或间断约一年； ⑧有电池欠压显示，确保测量准确； ⑨使用大规模集成电路，可靠性高；

⑩用途范围广，使用方便； 电池自动关机功能，节省电池。 （3）主要技术指标

①本质安全防爆型，防爆标志：ExiaⅡCT6；

②非接触式测量。输入阻抗>1016Ω，输入电容<1PF； ③测量范围：±100V ～ ±50KV； ④测量误差： < ±10 %；

⑤显示：3

1位液晶显示，显示范围：±0.1kV～±199.9kV，±极性显示，超量显示，2电池欠压显示；

⑥有读数保持功能；

⑦使用环境：温度 0℃～40 ℃，相对湿度小于80%； ⑧电源：6F22型 9V积层电池一节，功耗小于15mW； ⑨仪表尺寸及质量：120mm×70mm×32 mm，约 0.2kg(包括电池)。 （4）测量原理

本仪表传感器采用电容感应探头（本仪表的探头位于仪表的前端，与仪表成一体〕，利用电容分压原理，经过高输入阻抗放大器和A/D转换器等，由液晶显示出被测物体的静电电压，如图5示。为保证读数的准确，本仪表设有电池欠压显示电路以及读数保持等电路。

传 液晶显示 A/D 高输入阻抗LOBAT感1888 转换器 放大器 器 图5 EST101型防爆静电电压表原理示意图 （5）本实验的主要作用

作为辅助仪器，对静电计的测试结果进行验证。 4.4.3 EST103型静电计 （1）概述

第17页 共30页

江苏工业学院本科生毕业设计（论文）

⑥使用操作简单、方便；

⑦耗电小，正常使用时一年换一次电池，频繁使用时，有电池欠压指示。 （3）主要技术指标

①测试范围：103～1010欧姆； ②电源：6V电池；

③准确度：1/2 分度值；

④分三个指示报警区：a.超电阻危然区：高阻红灯指示并报警 b.安全区：绿灯指示

c.低电阻危然区：低阻红灯指示并报警； （4）测试原理

具体的测试原理电路图如图6所示

图6 人体电阻测试

①当电阻在103～104Ω时，与其对应的红色发光二极管发光，此时表示人体综合电阻过小，若工作人员不小心触及动力电（220V或380V）即会引起触电伤人事故。此时会有报警声。

②当电阻在105～108Ω时，与其对应的绿色发光二极管发光，表示人体所穿的鞋等符合防静电安全要求。

③当电阻在109Ω时，与其对应的黄色发光二极管发光，表示人体所穿的鞋等防静电性能欠佳。

④当电阻大于或等于1010Ω时，与其对应的红色发光二极管发光，表示人体所穿的鞋等不符合防静电性能要求。此时会有报警声。 4.5.2 试验记录

（1）试验条件：温度：20℃，瓷砖地面 （2）试验过程

①取出EST301型人体综合电阻测试仪，安装好电池，平放在试验室的地面上； ②双脚站在仪器上，一只手的拇指按住金属握柄，看指示灯的显示并读数，作好记录；

第23页 共30页

4 人体静电的测试

③改变工作模式，即将下面黑色开关拨向另一边，变为“脚-脚”或“手-脚”模式，再重复第②步；

④脱去鞋袜再重复②③步，并作好相应的记录； ⑤实验结束，归放好仪器。 （3）实验数据记录

人在穿鞋的状态下测得数据为：108Ω，绿灯亮；

人在不穿鞋的状态下测得数据为：104Ω，红灯亮，并开始报警。 4.5.3 实验结论

对于静电来说，人体相当于导体，电荷能够经人体泄入大地。但当人体与地面绝缘（如穿胶底鞋）时，则人体成为孤立导体，与大地之间一般保持有数百微微法的电容，人体静电电压可达数千至数万伏 4.6 实验结论及相应的控制措施

为了防止人体静电的危害，工作人员应穿导电鞋。导电性鞋鞋底（包括袜子）的电阻也不应超过107Ω。为了防止触电的危险，导电鞋鞋底的电阻也不宜低于104Ω。

在有静电危险的场所，工作人员不应穿着丝绸、羊毛、人造纤维或其他高绝缘衣料制作的衣服，以免产生危险的静电。

如果工作人员经常直接接触接地的金属物件，则可认为人体是接地的。人体还可以通过金属腕带和扰性金属连接线予以接地。应注意在有静电危险的场所，工作人员不应佩带孤立的金属物件。

第24页 共30页

江苏工业学院本科生毕业设计（论文）

5 人体静电的安全防护

人体静电不仅对人体的身心健康有危害作用，而且在许多行业（比如高瓦斯矿井及化工行业）的生产环境及工艺流程中，存在有大量的易燃易爆介质，人体静电的积累，对安全生产构成严重威胁。如静电放电火花可引起可燃气体、蒸汽同空气混合物着火或爆炸等。近年来，我国工业发展得很快，伴随而来的静电事故也屡屡发生，因此，必须对人体静电问题引起足够的重视。

根据第四章实验的结论，再结合个人和企业的不同情况提出了以下人体静电的防护措施。

5.1 静电引起事故的条件

爆炸或火灾是在一定的条件下造成。静电引起爆炸和火灾的条件可归纳为以下几点：

（1）有产生静电的来源；

（2）静电得以积累，并达到足以引起火花放电的静电电压； （3）静电放电的火花能量达到爆炸性混合物的最小引燃能量； （4）静电火花周围有爆炸性混合物存在。 5.2 静电安全防护的原理

上述四个条件中任何一个条件不具备时，即不会引起爆炸和火灾。静电安全防护正是从控制这四个条件着手的。控制前三个条件实质上是控制静电的产生和积累，是消除静电危害的直接措施。控制第四个条件是消除或减轻周围环境爆炸和火灾的危险，是防止静电危害的间接措施。

控制静电的产生主要是控制工艺过程和控制工艺过程中所用材料的选择；控制静电的积累主要是设法加速静电的泄漏和中和，使静电不超过安全限度。接地、增湿、加入抗静电添加剂等均属于加速静电泄漏的方法；运用感应中和器、高压中和器、放射线中和器等装置消除静电危害的方法均属于加速静电中和的方法。 5.3 个人的防护措施

为了预防静电对我们个体的伤害，可采取以下防护措施：

（1）冬季衣物首选纯棉、真丝类，穿化纤类衣物要注意衣服搭配，穿涤纶衬衫就不要再穿腈纶衣服。贴身衣服、被褥一定要选用纯棉制品或真丝制品，并远离化纤地毯。 （2）电视机、电脑不能摆放在卧室，因为电视机、电脑工作时，荧屏周围会产生静电微粒，这些微粒又大量吸附空中的漂尘，这些带电漂尘对人体及皮肤有不良影响。人们看电视时，同电视机保持2～3米距离，同电脑保持1～2米距离，看完之后要洗脸、洗手，消除静电。

（3）秋冬季注意保持室内湿度，这样静电就不容易积累。室内最好用加湿器，摆放花草或在室内饲养观赏鱼。

（4）冬季多洗手、勤洗澡和换衣服，对消除皮肤上的静电很有好处。发现头发难梳时，可将梳子浸一下水再梳。

（5）因为鞋底多属绝缘体，身体无法释放积累的静电，要经常光脚在地上运动一下，让身体与大地零距离接触，使静电能得到及时释放。

第25页 共30页

5 人体静电的安全防护

（6）多饮水，同时补充钙质和维生素C，减轻静电对人体带来的影响。 5.4 企业的防护措施

着火和爆炸是在一定条件下进行的。静电引起的火灾必须具备以下条件。必须有静电产生；静电得以积累并达到足以引起静电放电的电压；放电能量必须满足爆炸性混合物的最小点火能量；静电火花周围必须有爆炸性混合物的存在。人体静电的防护主要是控制前三个条件，这是防护的实质，控制第四个条件是防护的间接措施。具体可以采取如下措施： 5.4.1 评估静电风险

正确运用危险识别和风险评估方法，对静电的风险进行评估，并有针对性地预防事故发生。如操作人员应尽量避免接近或接触带电量大的物体；应穿戴使用规定的劳动保护用品和工具，持证上岗；工作中严格遵守操作规程及HSE管理规范，保持环境清洁卫生。

5.4.2 作业人员应注意着装

在0级、1级爆炸危险场所，作业人员应穿防静电工作服或棉布工作服。在罐车、储油罐上测量和泵房收发作业时，必须穿防静电服。穿防静电服时，内身不应穿着两件以上涤纶、腈纶、尼龙等化纤材质衣服，不应穿尼龙袜。防静电服装的质量、服饰、标志和检验应符合GB12014—89的规定。在全部储存喷气燃料、柴油的洞库内作业时，或其环境温度不高于所输、储油品的闪点，或环境相对湿度保持在70%以上时，可不穿防静电服。另外，不准佩戴孤立的金属物体。因金属与其带电物体接近时，容易极化带电，如处于绝缘状态下，容易与接地体放电而引燃爆炸性混合物。 5.4.3 注意在爆炸危险场所的行为

避免在有爆炸性气体、蒸汽、粉尘场所穿、脱衣物，因为穿、脱衣物极易产生静电且电位极高，在穿、脱衣物时人体与衣服、衣服与衣服均可产生放电现象。如在20℃，相对湿度为4%的条件下进行测试:脱毛衣外套时，产生的静电压为2800V；脱棉服时电压为2600V；脱化纤衣服时为5000V。因此必须在场所以外设置更衣室。同时，人体在工作场所内尽量避免与其他物体相互剧烈摩擦，特别是在做剧烈运动时避免与金属接地体尖端部位的接触。在爆炸性危险场所的人员，应避免靠近或接触高压带电场所，以防极化带电。 5.4.4 职工队伍培训

组织技术培训提高职工队伍专业业务水平，不合格者不许上岗。对职工队伍进行班前会教育，了解静电的安全隐患，加强岗位练兵及反事故预案演练。安全工程师定期组织专题培训，让职工进一步认识静电产生的机理及预防措施。如在油罐盘梯扶手有金属接地棒，徒手接触此棒只能将接触前在人体上的静电荷泄漏于大地，对于以后在人体上产生的静电起不到防止带电的效果。油罐要可靠接地，每年测试接地电阻2次，接地电阻不超过10欧。

第26页 共30页

江苏工业学院本科生毕业设计（论文）

5.4.5 接地

（1）设备接地

保证场所的设备、容器、管道等设施与大地的连结，使其接地电阻不大于100欧姆，每年要定期检测。 （2）人体接地

消除人体静电积累的有效办法是将人体接地，即减少人体的对地电阻，使人体电位不超过规定的安全值。在可能产生爆炸和火灾的危险场所，为使人体的静电能通过地面尽快泄漏于大地，工作地面的泄漏电阻值最好越小越好，我们可以采取安装防静电地板的方案。

另外，进人爆炸性危险场所的人员必须穿防静电工作服，防静电鞋、袜，达到人体整体防静电，内衣要避免穿化纤制品，最好穿棉制品。如有困难时，穿普通鞋、袜其电阻不得超过107欧姆。如考虑人体触电的危险。防静电鞋的电阻也不宜小于104欧姆。 5.4.6 使用导电性地面

爆炸危险性场所的地面要采用导电性材料，这样做不但能导走设备上的静电，而且有利于导走人体上的静电。地面材料可采用电阻率为106Ω·m以下的材料，如导电橡胶，导电合成树脂，导电木板，导电水磨石等。因此在绝缘材料上喷刷导静电涂料也能起到同样的效果。 5.4.7 增加场所的湿度

增加湿度可以降低电阻率，以达到消除静电的目的。如在装卸汽油时，空气相对湿度为35%～40%，油灌电位为1100V；相对湿度为50%，500～600V；相对湿度72%～75%，电位为0。由此可见增加湿度对静电影响很大，因此可以根据具体情况调节空气的湿度，特别是在干燥季节，更应注意保持场所的相对湿度。如果条件允许的话，可采取适当措施增加作业场所或人体的相对湿度，例如，在作业场所用喷雾设施喷洒水雾，在作业人员身上洒适量的水。 5.4.8 加强劳保用品的管理

定期对防静电工作服和防静电鞋进行测试，在穿防静电工作服的同时必须穿防静电鞋。防静电工作服和防静电鞋必须在更衣室内穿或脱。同时工作服纽扣和钩扣等必须扣上。工作服的洗涤应尽量采取简易方法，避免使工作服受到机械和化学洗涤剂的过分洗涤。

5.4.9 使用抗静电用品

在易燃易爆危险性场所作业时，应着防静电工作服、鞋等，必要时可戴防静电腕带。这些抗静电用品由抗静电纤维织物、抗静电橡胶和抗静电塑料等材料制成。 5.4.10 外来人员管理

加强外来人员登记管理及外来人员入厂教育工作，使其了解静电的危害及预防措施。施工中必须持证上岗，由安全工程师监护其工作。

第27页 共30页

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/9568.html