应用物理课件：静电的测量

静电的测量

8.1纺织静电测试概论8.2纺织材料静电性能的定性测试8.3纺织材料带电特性参数的测量8.4纺织材料电气特性参数的测量

8.1纺织静电测试概论

在纺织生产加工和纤维制品的使用中，为了估价静电危害的程度，以便制定出相应的消电措施，并对各种措施进行比较，就需要对物体的带电情况进行测量。此外，在静电的应用过程中也需要测量有关参数。例如，为保证静电植绒工艺的顺利进行和提高植绒的质量，经常需要对纤维绒毛的电气特性参数进行测量。

纺织静电的测量主要包括两方面：一是对带电体(纺织材料及与之接触、摩擦的其它物体)带电特性参数的测量，包括静电位、电量、电荷密度、电场强度等；二是对纺织材料本身电气特性参数的测量，包括各种比电阻、介电常数、静电半衰期和电容等。

8.1.1纺织静电测量的特点

纺织静电的测量对象多半是像纤维和织物这样的高绝缘材料的带电表面，这种带电与一般的强电相比，具有高电阻、高电位和小电量、小能量的特点。因此，对于静电测量的仪表应有特殊要求。例如，测量织物表面上的静电位时，如用一般磁电式或电磁式仪表直接与被测表面连接，往往电表指针尚未来得及偏转，织物表面所带微小电荷就早已通过电表泄漏了。事实上，织物因摩擦而产生的静电位虽可高达数千伏甚至数十千伏，但其放电电流却极其微小，一般多在微安或更小的数量级。因此，在静电测量时必须使用相应的具有较高输入阻抗的高压测试仪表。其次，纺织静电测量中的主要带电特性参数，如静电位、带电量、放电电流等，虽都属于直流电量，但它们要比导体直流电路中各量的意义复杂得多。对导体来说，其上各处的电位值均相等(相当于处于静电平衡时)，电路各参量满足线性规律如欧姆定律等，因而物理意义相当明确。但作为绝缘体的纺织材料带电后，各点的静电位值一般是不相同的，其分布往往是空间的函数，并与各种几何因素有关。同时，当把仪表的测试导线引入待测物体时，也会使原来的静电位分布发生变化。所以在纺织材料的静电测量中，常采用不与带电体直接接触的仪表，并应进行多点测量。还须注意的是，由于环境条件(主要是湿度)对纺织材料的静电效应有着十分显著的影响，所以静电测量的结果和精确度也会随周围环境条件的不同而改变。因此，在测量前除正确选择测试仪表外，还应考虑到测试时环境条件的影响因素，在此基础上制定出切实可行的测量方案。

此外，在纺织静电测量，特别是对纺织材料的电气特性参数进行测量时，还必须充分注意到纤维及其制品具有轻薄、结构非致密及着色等特点。实验表明，相同材料和相同结构的织物，由于着色的不同，导致它们的静电特性及电气特性产生一定的差异。

由于纺织静电测量存在着如上所述的特点和困难，所以测量结果的可靠性和复现性相对说来要差一些。8.1.2纺织静电测试方法的分类

(1)按测试对象可分为对纤维、纱线、织物、地毯、人体及纺织机械的测量。

(2)按测试场合可分为实验室测试和生产现场的测试。

(3)按使纤维及其制品带电的方式不同，又可分为摩擦式带电和电晕放电式带电两种。

(4)按测试参数划分，有表示带电体带电的特性参数的测量，包括电荷极性、带电量(或面电荷密度)、静电位等；还有对材料电气特性参数的测量，如各种比电阻、介电常数、静电半衰期等。

(5)按测试精度划分，大致有定性测试法和定量测试法两种。定性法一般比较简单，不需专门的精密仪器，但测量结果只能大体上表示材料的带电程度，不能给出物理量。定量法需要使用较专门的、具有一定精度的仪器，测试结果可用具体物理量表示。

8.1.3纺织静电的测试标准

前已述及，纺织材料的带电现象及其测量是相当复杂的，影响测量结果可靠性和复现性的因素很多。所以即使对同一种材料的同一带电现象，若使用不同的测试仪器或不同的测试方法，或不同的环境条件，则所获得的测量值往往会有很大差异，从而严重影响了数据的可比性。例如，对同一块毛织物，使用摩擦式静电仪测出的静电半衰期要比用感应式静电仪测出的高三倍；而对同一块涤纶织物使用相同的仪器测量静电半衰期，当相对湿度由35%提高到65%时，半衰期数值也会有很大的下降。为克服这一问题，必须统一测试仪器、测试方法及环境条件，这就是静电性能的测试标准。

8.2纺织材料静电性能的定性测试

定性测试法一般是模仿织物穿着时产生的带电现象而确定的试验方法。这种方法能测定织物摩擦后带电的大概程度，有些还能用一定的数字表示测定结果。但必须注意，这些数字只能用作相对比较，而没有具体物理意义。定性测试法的优点是不需要复杂精密的仪器设备，又能在一定程度上说明物体的静电效应。但测试时易受其它因素的影响，误差较大。常用的定性法有放电声音、烟灰试验、吸附试验及张帆试验等。8.2.1放电声音测定

这种方法是以织物在摩擦时放电声音的大小来判断其带电程度，大致可分为4级:

P0级：基本上听不到放电声音，可判断为“无静电”；

P1级：可听到柔和而微弱的放电声音，定为“稍有静电”；

P2级：可听到普通啪啪放电声响，定为“有相当的静电”；

P3级：有强烈的放电声响，应判定为“显著带电”。8.2.2烟灰试验

烟灰试验是将织物与其它材料摩擦后，置于盛放有烟灰的浅碟上方，由于静电吸附作用，可以观察到烟灰跳跃到织物表面上的情况，根据吸灰的程度便能粗略判断织物的静电效应。例如在选购衣料时，可用塑料笔杆或梳子在衣料上摩擦几下使其带电，然后观察衣料的吸灰程度，借此可大致看出衣料防静电性能的好坏。

至于试验时织物的摩擦时间及距烟灰盘的远近，各国亦有不同的规定。一般是将织物经15s摩擦后置于烟灰盘上方2mm处作上述试验，并按吸灰程度把织物带电性能分为以下4级:

4级：基本不吸灰，定为“无静电”;

3级：有少量吸灰，定为“稍有静电”;

2级：吸灰较多，定为“有相当的静电”;

1级：严重吸灰，定为“有显著的静电”。

这种方法与放电声音测定法都要求操作者有相当的经验，否则误差较大。

8.2.3吸尘试验

吸尘试验是将碳黑或纤维屑等轻小尘屑放置在专用的尘箱内，并借助于风力作用而使尘屑运动循环；被测织物经摩擦带电后也放在尘箱内，经一定时间后检测织物试样被污染的程度，以此判断织物的静电性能。图8-1是日本岛内四郎等人用以测定衬衫类织物摩擦带电后吸附空气中浮游尘屑的模拟装置。此处是将待测试样夹在尘箱的一侧，而试样背面由磨料和传送轮组成的机构可自动对试样进行摩擦。这样做的好处是，试样在摩擦后不与人体接触，从而减少了测量误差。

测试条件和判断标准亦各有不同。日本左久间邦夫等人对吸灰试验规定的测试条件是箱内尘屑浓度为1g/m3，风速为0.5m/s，相对湿度控制在50%以下。对织物静电性能的判断标准是经吸灰试验后若织物附着尘屑量在460mg/m2以上，则定为“显著带电”。图8-1吸尘试验装置示意图8.2.4张帆试验

张帆试验最早由Pick氏所设计，多用于测试裙料或其它外衣料带电后的吸附性能。之所以称为“张帆”，是因为把受摩擦的织物张挂于两根直立的绝缘杆上，与船帆很相似。张帆尺寸一般取1.2×1.5m，材料应采用静电效应较强的织物，如涤纶等。

试验方法如下：让测定人员穿着由待测衣料制作的衣装，在“帆”上摩擦以产生静电荷，直到外衣被吸附于“帆”上为止；然后测定人员离“帆”踏步，真到脱离吸附时。记录脱离吸附所需时间，即可作为判断试样静电效应强弱的依据。也可以观察测定者从被吸附到10min后时的情况。测定人员必须着橡胶底鞋，以使人体与地绝缘；又因为“帆”也是与地绝缘的，故每次测定前都应消除“帆”上所带静电。

张帆试验与其它静电测试一样，其结果随环境条件特别是相对湿度而异。如图8-2是衰减时间与空气相对湿度之间的关系。由图8-2可看出，尼龙织物在低湿度条件(如RH30%)下的衰减时间可达10min；而当相对湿度提高到65%时，其衰减时间接近于棉织物在RH30%时的情况。因此，在进行张帆试验时，为获得具有可比性的测试结果，必须把湿度的变化控制在一个较小的范围内。

张帆试验的方法带有很大的主观性，因为外衣脱离吸附的时间是靠测定人员判断的，不同人员对静电的反应是不尽相同的，同时也与测试人员的熟练程度及经验有关。图8-2各种外衣料的衰减时间随相对湿度变化的情况8.2.5吸附金属片试验

这种方法是使待测织物经摩擦带电后，与一块绝缘金属角铁发生静电吸附，测量织物从开始被吸附直到因电荷衰减不再被吸附的时间，以此判断试样的静电效应强弱。一般说来，服装类的带电织物与人体的缠附，主要是由于带电织物接近人体时，在人体表面感应出异号电荷而引起的。如果把金属板置于带电织物附近，那么与人体一样也能因感应带电而使金属板吸附织物；但用金属板代替人体来模拟缠附试验会更客观、更准确些，因为这样可以避免人的很多主观因素的影响。本试验方法的主要装置是如图8-3所示的角铁状试验板制成，尺寸和弯度如图8-3所示。另需不锈钢板制作的接地板以及白松木料制作的摩擦板若干块。

试验时先将待测试样用夹子夹在试验板上端，此时试样由于自身重力作用而自然下垂如图8-4(a)所示。然后将夹有试样的试验板沿长边方向平放在塑料板上(板下为接地板)，用摩擦板对试样反复连续摩擦12次；摩擦结束后立即再将试验板以短边为底平放在接地板上，此时试样由于静电吸附作用而贴在试验板上，如图8-4(b)所示。再用绝缘镊子夹住试样右下角掀起试样，使之脱离试样板，直掀到与该板垂直的位置上，如图8-4(c)所示。经过1s后放开试样，因试样上带有静电荷而被吸附在试验板上，如图8-4(d)所示，这时开始用秒表记录时间；然后每隔30秒，用绝缘镊子夹住试样下角，使其脱离试验板，直掀到与该板垂直的位置，经1s后再放开试样；如此反复操作，直到试样因静电荷衰减不再吸附，并由于自重而自然下垂为止，如图8-4(e)所示，这时秒表所记录的时间正好为试样脱离吸附所需时间。根据这一时间的长短可判断织物试样静电效应的强弱。本试验法的具体规范可参见美国纺织化学与染色工作者协会标准AATCC-115-1980，或日本工业标准JISL-1094-1980。图8-3金属片吸附试验所用的试验板图8-4金属片吸附试验的主要步骤

8.3纺织材料带电特性参数的测量

纺织静电的定量测试包括对带电体(纺织材料或与之接触、摩擦的其它物体)的带电特性参数及对材料本身电气性能参数的测试。前者有静电压(对地静电位)、带电量和电量密度；后者有比电阻、介电常数和半衰期。

8.3.1静电压的测量

静电压是静电测量中基本和常用的测量指标。因为静电压的高低反映了物体的带电程度，是衡量静电危害的一个重要方面。同时静电压的测量不论是在实验条件还是在生产现场，都比其它参数的测量容易实现，所以这种测量应用很广泛。在静电压的测量中，若被测物是带电导体，可将仪表直接与之连接进行测量，这叫直接接触式测量，相应的仪表叫接触式静电电压表。但对纺织材料这样的绝缘体，则不宜使用接触式仪表。因为探头与测试物体的直接接触，往往会改变待测物体的带电状态，引起较大的测量误差。同时纺织材料带电后，各处带电情况差异较大，用接触式仪表测量出的结果代表性很差。为此，常采用非接触式仪表，这种仪表测量时不与带电体相连，而是将探头接近带电体到规定距离，由于静电感应原理，探头上感应出一定的静电压，然后由仪表读数。由于这种测量方法不需连线，所以特别适合于纺织生产现场的测试。

1．非接触式静电电压表

非接触式仪表大多是基于静电感应原理，也有的是利用放射性射线对空气的电离作用。按照对探头感应或接收到的信号放大的方式，可将非接触式仪表分为直流放大式和交流放大式两类。

1)直流放大式

这是直接感应式仪表。用这种仪表测量静电压的等效电路原理图如图8-5所示。图中A为待测织物，T为仪表探头，R和C分别为仪表输入电阻和输入电容；C0是探头与待测织物之间的电容，设u0是待测织物对地的实际静电压，而由于静电压的仪表探头T上出现的静电压为u，则根据串联电容器上的分压原理和导体上的静电压的衰减规律可得

由式(8-1)可看出以下几点：

(1)当探头位置一定时，C0/(C0+C)可视作常量，因而可通过检测出探头上的感应静电压u，而求出待测织物上的实际电压u0。并且，当改变探头到待测织物的距离时，就相当于改变了常数C0/(C0+C)，亦即改变了量限。所以在非接触式仪表中，一般都是通过改变探头到带电体之间的距离来实现量程的转换。(8-1)图8-5

(2)用这种方法测出的静电压应是带电织物表面与探头相对的那一小部分面积上的静电压的平均值。所以，当探头面积比较大时，被测面积也较大，测量的准确程度便随之降低。同时这也会使待测物体所受影响增大，导致仪表稳定性变差。由于这些原因，仪表探头的面积不宜过大。

(3)由于电容C上的感应电荷通过输入电阻R泄漏，致使其上的静电压u随时间衰减而产生测量误差，测量过程越长，误差越大。为减少测量误差，应使仪表有较高的输入电阻，以增大放电时间常数。一般说来，这种仪表的放电时间常数(即R与C的乘积)不应小于180s。

(4)由式(8-1)还可看出，为使仪表探头电极上的静电压u(即仪表上读到的电压值)尽量接近待测织物的实际电压值u0，必须要求C<<C0，但为了保证电容器C上的感应电荷经电阻R泄漏的放电时间不致太短，C值又不宜过小。当然，再考虑到存在着带电体对地电容C′，还要求满足条件(C+C0)<<C′。总之，C、C0及C′之间的关系比较复杂，在设计仪表时需综合考虑、调整，此处不再赘述。

由于直感式仪表探头上感应出的静电压信号相当微弱，所以在实际测量机构中都要加置各种直流放大器，以便将信号经放大后显示出来。

直感式仪表的优点是结构简单、便于携带、测量方便、并能区分所测带电体的极性。缺点是不适宜作连续测量，稳定性较差。

2)集电式静电电压表

集电式静电电压表又称放射性探头式静电电压表，其探头构造如图8-6所示。在接地的金属圆筒内装有集电器，其前部镀有放射源(如镭或镅)，所发出的α、β射线由前面小窗射出。集电器与金属圆筒间用聚四氟乙烯填充，以使二者充分绝缘。图8-6集电式电压表的结构简图测量原理如下：当探头前面无带电体存在时，放射源发出的α、β射线使周围空气电离，与此同时还存在着离子的复合作用；但当达到平衡后，在集电器周围就会形成一稳定的电离区。这时，如把探头引入带电体(如图8-6中的带电织物)的电场中，则电离区某种符号的离子便受电场力推斥而向集电片发生定向运动，形成离子电流。显然，该电流的方向和大小直接与带电体的极性和电压高低有关。再将离子电流进行直流放大，最后转换成电压由表头显示读数。集电式仪表测量精度较之直感式为高，但放射源的防护比较复杂。

3)交流放大式

交流放大式静电仪按信号调制的方法可分为振动电容式和旋转叶片式两种。

(1)振动电容式。如图8-7所示，振动电容式仪表探头的探极是一可振动的金属片P。由于机械振动，探极与被测带电体之间的电容在周期性地变化，于是在被测带电体的静电感应作用下，在探极上产生一周期性变化的电压信号。这种信号很微弱，需高输入阻抗的阻抗变换器接收，并由它输入至量程转换器，然后再送到交流放大器予以放大。图中振荡器的作用是，将其产生的交流信号分两路输出：一路输入探头部分，作为使探极发生振动的电源；另一路输入相敏检波器作为其参考电源，使相敏检波器不仅能将自放大器输入的信号予以解调，还能判别输入电压信号的极性，并根据极性输出正的或负的直流信号。显示仪表接收相敏检波器的输入信号，显示出被测带电体的电压极性和大小。图8-7振动电容式仪表的原理结构框图

(2)旋转叶片式仪表。由于振动电容式仪表的动态电容器的结构相当复杂，所以改用一个恒速微电机带动扇形叶片，以便获得变化的电容量。如图8-8所示，旋转叶片式静电仪的探头内有两个作成叶片状的电极；由恒速微电机带动的旋转电极X和感应电极C。在待测带电体的静电感应作用下，又由于极片X不停地转动导致两极间电容作周期性变化，就会在极片C上感应出持续的交流信号电压。该信号通过高输入阻抗的放大器F进行放大，然后再由整流装置J将交流电压解调为直流，驱动显示部分M给出测量结果。图8-8旋转叶片式静电仪的原理旋叶式仪表结构较简单，并且与振动电容式仪表一样，克服了直流放大器零飘较大的缺点，具有灵敏度高、能用于连续测量的优点，因而得到广泛应用，国内已研制出不少这种类型的产品。

使用非接触式静电电压表时，一般应注意以下事项:

①除特殊结构的专用仪表外，带电体的表面都应比仪表探极表面大几倍，测量才比较准确。

②探头与待测物体间不应有带电粉尘或金属、介质。

③测量过程中必须保持探头与待测量表面垂直，且保持二者间规定的距离。

④开始测试时，仪表探头应自远而近地向带电体趋近；若发现仪表超出满量程值，必须及时更换合适的量程挡。

⑤测量仪表要调零，测后要检查是否回零。仪器用完后必须将探头用保护罩加以保护。

2.接触式静电电压表

典型的接触式仪表是QV象限式静电电压表，其结构原理如图8-9所示。

图中A、B是两个相互绝缘的、固定的金属盒，C是悬于金属丝上可能转动的金属片。当测量探头接触带电体时，电极A、B之间就形成一电场，金属片C由于静电感应而带电，并在A、B内受到电场力作用而偏转，从而带动悬丝及其上的小镜一起偏转，偏转力矩与被测电压的平方成反比。当偏转力矩与悬丝的反作用力矩相平衡时，偏转角度即表示被测电压的高低，该角度可由固定在悬丝上的小镜通过光标显示出来。图8-9接触式静电仪的原理图图8-10接触式仪表测量的等效电路接触式仪表测量的等效电路如图8-10所示。其中C0是带电体A对地电容，C和R分别是仪表的输入电容和输入电阻。当把仪表与带电体进行接触测量时，A对地电容增大为C0+C，因而接上仪表后实际测到的C上的电压u并不等于接上仪表前带电体的实际电压u0，二者之间的关系为

C0u0=(C0+C)u

(8-2)

亦即测量电压

再注意到C上的电压通过仪表输入电阻而衰减，即可得出测量的电压(8-3)

由式8-4可得出以下结论：

(1)表头读数u低于带电体的实际电压值。为减小测量误差，应使C<<C0，即尽可能减小仪表输入电容。例如，对于量限在3kV以下的QV表，其C值都不大于30pF。

(2)随着测量时间的增加，表头读数按指数规律衰减。为减小这方面的误差，应提高仪表的输入电阻R，如QV表的输入电阻一般不低于1016～1018Ω。

接触式仪表虽不宜测量纺织材料的静电压，但常与法拉第筒配合用于测量纤维或织物的带电量。(8-4)8.3.2静电量的测定

在所有表征纺织材料带电性能的物理量中，电量是最基本的。因为，其它参量都是由于电荷的存在或移动而产生的。所以，在对纺织材料的静电性能进行评价时，电量(或电量密度)是一个很重要的指标。对纺织材料带电量的测定一般是在实验室外条件下利用法拉第筒法进行的。

1．测量原理

图8-11是利用法拉第筒法测量电量的原理图。两个彼此绝缘的带电金属圆筒构成了法拉第筒，其中外圆筒接地，内圆筒与静电电压表连接。当把带电纤维或织物投入内筒后，由于静电感应，内筒外壁对接地外筒的静电压迅速上升(相当于外筒构成电容器充电)，并达到稳定值u。设内、外筒间电容量为C0，静电压表的输入电容为C2，则内筒外壁带有电量

Q=(C0+C2)u

(8-5)

因为带电体的电力线被封闭在内筒，所以这时的电量也就是待测带电体的电量。图8-11法拉第筒法测电量的原理图为保证测量的准确性，必须考虑到以下两个因素：

(1)由测量原理可知，带电织物在内筒中所产生的电场必须被全部封闭于其中，若有外漏，则会引起测量结果的较大误差。为此，在设计制作法拉第筒时应注意使两筒放试样的开口尽量小一些，或在筒口加盖。但在很多情况下(如测量织物防静电工作服的电量时)，筒口过小或加盖是很不方便的。对于开口的法拉第筒，为了使电力线基本上被局限在筒内，可采用增大筒的方法，最佳尺寸的选择可按下述原则进行：

对于置放在法拉第内筒中心的点电荷，经理论计算，可求出进入筒内的电力线占带电体发出的全部电力线的比率为

式中L为法拉第筒的高度，D为筒的直径。

由式(8-6)可列出不同尺寸比时η的数值，如表8-1所示。

结果表明，法拉第筒的高度为直径的2倍以上时，逸出内筒的电力线不超过全部电力线的10%，因而用于测量时不会发生较大的误差。(8-6)表8-1法拉第筒的高度和直径取不同尺寸比时η的数值

(2)为保证测量的稳定性，应在法拉第筒与测量仪表间并联泄漏极低的电容器C1，如图8-12所示。如聚苯乙烯、陶瓷等作为介质的电容器，其电容应比仪表的输入电容C2和内、外筒间电容C0大很多，一般取100pF～10μF之间。并联电容器C1可使整个测量系统的C值增大，从而使电压表的示值下降，所以也起到扩大电量测量范围的作用，故C1又叫分路电容器。

考虑到分路电容及连接导线的分布电容C3，则整个测量系统的电容应为

C=C0+C1+C2+C3

(8-7)

带电体的电量则为

Q=Cu=(C0+C1+C2+C3)u

(8-8)图8-12法拉第筒法测电量的装置

2．织物摩擦电荷密度的测定

织物摩擦电荷密度的测定由摩擦装置和法拉第筒装置共同完成。摩擦装置由垫板、垫座摩擦布和摩擦棒等组成，如图8-13(a)、(b)所示。具体规范可参考日本工业标准JISL-1094-1980。

试验方法如下：

(1)在待测织物纵、横方向各取尺寸为250、270mm的试样三块，如图8-13(b)所示，将试样布的长边留260mm、留缝边10mm，缝成套状，将绝缘棒插入缝好的套内置于垫板上，勿使之折皱。图8-13织物摩擦电荷密度的测定方法

(2)双手握持摩擦棒两端，用自身体重的一部分均匀加于棒上，将棒从前面向自己面前拉动以摩擦试样，摩擦频率为1次/s，反复摩擦10次。

(3)摩擦结束后立即握持棒的一端，如图8-13(c)所示，使试样保持与垫板平行的状态并将其提起，从垫板上揭离试样，约1s后迅速投入法拉第筒。在些过程中必须注意使试样离开人体或其它物体300mm以上。

(4)读取试样投入法拉第筒后的静电压u，用电容计测量系统的总电容C，按式(8-8)计算每块试样带电量Q，再由式(8-9)换算成试样的面电荷密度值σ(μc/m2)

式中S为试样的有效摩擦面积。

(5)实际操作时应对每块试样进行多次测量，且每次测量前应除去试样、摩擦棒及垫板上残留的静电荷。

3．防静电工作服摩擦带电量的测定

防静电工作服摩擦带电量的测定也是利用法拉第筒进行的。测定按以下方法进行：

(1)如图8-14所示，穿着防护静电工作服的操作者站在绝缘台上，其泄漏电阻应在1014Ω以上。(8-9)

(2)操作者用左右手握着被测工作服的前衣襟下边，左右交替各5次共计10次与内衬衣相摩擦。摩擦的具体方法是将工作服左右前衣襟向前后紧拉摆动，目的是使工作服背部(后衣襟)与内衬衣能产生摩擦。

(3)摩擦结束后将工作服脱下，立即投入法拉第筒内。读取仪表指示的工作服带电的静电电压值u，按式(8-8)计算工作服带电量。

(4)实际操作时应进行多次测量。每次测量前应除去工作服上的残留静电，操作者接地。图8-14防静电工作服的静电测定

8.4纺织材料电气特性参数的测量

在纺织静电测定中，常需测定材料的比电阻、介电常数和静电半衰期等电气特性参数。

8.4.1比电阻的测量

比电阻是表征纺织材料导电性能的物理量。根据以前的讨论知道，材料上起电和流散达到动态平衡时的饱和带电量以及反映材料上静电荷衰减快慢程度的半衰期，都直接与比电阻有关，所以它是衡量纺织材料静电效应强弱的重要指标。测定材料的比电阻对于判断静电危害的程度及制定消电措施都是很重要的。

1．纤维比电阻的测定

纤维比电阻有质量比电阻和体积比电阻。质量比电阻可用专门仪器Y-196型质量比电阻仪测定，也可采用ZC-36型超高阻计测定。但测质量比电阻时，制作试样很复杂，需将纤维一根根理直后再平行排列，拉成一定宽度的束状，同时还要切束称重，操作相当麻烦，容易增加人为因素而影响测试结果的准确性。因此，现在多改为测量散纤维的体积比电阻，并有专门仪器YG-321型纤维比电阻仪可供使用。以下介绍这种仪器的结构原理和使用方法。

1)结构原理

YG-321型纤维比电阻仪由纤维测试盒和高阻表两部分组成。纤维测试盒为一长方形不锈钢盒，用以放置待测纤维。由于散乱的纤维在没有一定密度和形状的情况下是不可能测出其比电阻的，所以纤维盒开口的一端连有加压装置，摇动压力装置的手柄可能改变夹持纤维的电极板的面积，以达到规定的待测纤维的体积密度。该体积密度是由所谓标准填充度F0表征的，其意义如下：

先假定测量盒内的纤维是均匀物质，其中不含有空气，则纤维的体积比电阻就是其体积电阻率ρ，且(8-10)式中R是纤维的电阻值，S是夹持纤维束的两电极板的面积，L是电极间距。

然而实际上纤维束并非均匀物质，其间有空气存在，所以纤维实际占据的体积不是纤维盒的体积SL，而是纤维束的总质量M与纤维的质量密度K的比值M/K。纤维的实际体积与纤维盒的体积(即纤维束的表观体积)之比称为纤维填充度，以F表示(8-11)

YG-321型纤维比电阻仪的S=24cm2，L=2cm，并规定纤维盒中盛放试样的质量M=15g，故得

依定义，纤维的体积比电阻

可见，只要利用仪器的高阻部分测出纤维电阻R，再根据各种纤维的密度K，即可求出纤维的体积比电阻。(8-12)(8-13)

2)测试步骤

(1)仪器调试。将放电—测试开关打到放电位置，倍率选择开关置于“∞”处，将仪器妥善接地后，开启电源开关。预热30分钟后，慢慢调节“∞”调节旋扭，使电表指针指向“∞”。将倍率选择开关拨到“满度”位置，调节“满度”旋扭，使电表指针指向“1”处不动。然后反复调节“∞”和“满度”，以保证仪器测试精度。

(2)试样准备。取被测试样50g，置于标准温湿度条件下平衡4h以上，然后将试样采用精度为0.01g的天平称取两份，每份重约15g，作测试用。

(3)测试。用镊子将纤维试样均匀填入纤维测试盒内，并转动加压手柄，使定位指针指向定位刻度线上，此时电极面积为24cm2。将放电—测试开关打在放电位置，等数秒后极板上的残留电荷全部消散，即可拨至测试位置。再拨动倍率选择开关直到电表上有较清晰的读数为止，当测试电压为100V时，表盘读数乘以倍率即为被测纤维在标准密度条件下的电阻值；当测试电压为50V时，应将读数除以2再乘倍率。

2.织物比电阻的测试

织物比电阻(表面比电阻ρs和体积比电阻ρv)的测量与一般板状绝缘材料比电阻的测试相似，可使用通用的超高阻仪器如ZC-36超高阻计及附属的同轴三电极测量系统。

1)结构和测量原理

ZC-36型超大型高阻计是一种直读式仪表，最高量限电阻为1017Ω。该仪器由直流高压测试电源、测试放电装置(包括输入短路开关)、高阻抗直流放大器、指示仪表和电源等五部分组成。其面板上的调节器如图8-15所示。图8-15ZC-36型超高阻计面板图仪器作为高阻测试时的主要原理如图8-16所示，被测织物与高阻抗直流放大器的输入电阻R0串联，并跨接于直流高压测试电源上(由直流高压发生器产生)。高阻抗直流放大器将输入电阻上的分压信号u0经放大后输出至指示仪表，由仪表直读出被测织物电阻值Rx，由于满足条件Rx>>R0，则有

当用本仪器测量织物的表面电阻Rs或体积电阻Rv时，应与同轴三电极系统配合使用。三电极系统的结构和尺寸是按国家标准制作的，其示意和接线图如图8-17和8-18所示。两图中，圆柱状电极1为测量电极，圆盘状的电极2为高压电极，圆环状电极3为保护电极，4为待测织物。

(8-14)图8-16高阻测试原理图8-17测量Rs时三极电极的接线图8-18测量Rv时三电极的接线当把仪器上的Rs/Rv转换开关打到Rs处时，保护电极一端加上测试电压，测量电极接低压端，高压电极则接地，如图8-17所示。从高阻计上读出试样的表面电阻值Rs，再按下式考虑其表面比电阻ρs：

式中D2=5.4cm，是保护电极内直径；D1=5.0cm，是测量电极的直径。把转换开关打到Rv处，则在高压电极一端加上测试电压，测量电极接低压端，而保护电极接地，如图8-18所示。这时从仪表上读出的电阻是Rv值，再按下式计算体积比电阻

(8-15)

式中h为织物试样的厚度，可用织物测厚仪测定，单位是cm。2)测试步骤

(1)按照ZC-36型超高阻计仪器使用说明书的要求作好测试前的准备工作。

(2)将试样置于屏蔽盒内，上面放好环形电极和柱状电极，测量端红头接线与柱状电极连接，另一黑头导线与环状电极连接，转换开关视测量需要打到Rs或Rv。(8-16)

(3)选择测试电压，根据被测电阻适当选择倍率，放电-测试开关拨到测试位置，充电15s后，输入开关由短路拨向开路，进行读数，则所测电阻值为

Rs=(表头读数×106)×(倍率)×(电压系统)其单位是Ω

测完后，应将输入开关再拨回短路，放电-测试开关打向放电，经一分钟放电后取出被测试样。

(4)对同一试样应进行多次测量，最后取其平均值。

(5)按式(8-15)或式(8-16)计算织物比电阻值。8.4.2