靜電是一種客觀的自然現(xiàn)象，然而靜電對(duì)我們的日常生活、稱重計(jì)量、工 業(yè)生產(chǎn)等多個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生危害，本文簡(jiǎn)單介紹了靜電的產(chǎn)生、危害及相關(guān)防護(hù)措施。

一、概述

電子稱重儀表國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7724-2008中對(duì) 稱重儀表的抗干擾能力做了明確的要求，其中相 關(guān)的各項(xiàng)有：5.8稱重儀表的抗干擾要求；5.10.2 性能測(cè)試中專門把靜電放電列為一個(gè)測(cè)試項(xiàng)目： 靜電放電(ESD)-模擬儀表在接收外界靜電（如人 體或設(shè)備帶電產(chǎn)生的放電或靜電場(chǎng)干擾時(shí)的抵 抗能力。分別輸入10d及接近max的信號(hào)進(jìn)行試 驗(yàn)，嚴(yán)酷等級(jí)為3級(jí)（空氣放電8kV，接觸放電 6kV，放電至少10次，時(shí)間間隔1s，受試儀表應(yīng) 不產(chǎn)生大于1d的變差或能處理的顯著增差。

所以了解靜電的產(chǎn)生及其防護(hù)措施是十分必 要的。

二、靜電的形成和危害

(一）靜電的形成

靜電是一種客觀自然現(xiàn)象，產(chǎn)生的方式有多 種，如接觸、摩擦等。物質(zhì)都是由分子組成的， 分子由原子組成的，原子中有帶負(fù)電荷的電子和 帶正電的質(zhì)子，正常情況下，物體的原子攜帶的 質(zhì)子與電子相等，對(duì)外表現(xiàn)不帶電。當(dāng)兩種物體相互摩擦?xí)r，一種物體中的電子因受原子核的束 縛較弱，跑到另一個(gè)物體上去，使得到電子的物 體由于其中的負(fù)電荷多于正電荷，因而顯出帶負(fù) 電；失去電子的物體由于其中的正電荷多于負(fù)電 荷，因而顯出帶正電，這就是摩擦起電現(xiàn)象。由 此物體所帶的電稱為“靜電”，日常生活中任何兩 個(gè)不同材質(zhì)的物體接觸后在分離都能產(chǎn)生靜電。

如玻璃棒與綢子摩擦，玻璃棒帶正電；人體 自身的動(dòng)作或與其他物體的接觸、分離、摩擦或 感應(yīng)等，可以產(chǎn)生幾千伏甚至上萬伏的靜電。

ESD 是英文 Electrical Static Discharge 的縮寫， 中文釋為靜電放電，當(dāng)靜電積聚到一定程度時(shí)就 會(huì)產(chǎn)生火花放電現(xiàn)象，即電荷從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到 另一個(gè)物體。靜電放電的特點(diǎn)是高電壓、低電量、 小電流和作用時(shí)間短的特點(diǎn)。這種現(xiàn)象與生活、 生產(chǎn)密切相連，往往會(huì)帶來一些不便和危害。

(二） 靜電的危害

靜電在多個(gè)領(lǐng)域造成危害。在稱重系統(tǒng)中， 靜電可以干擾稱重儀表的正確計(jì)量，嚴(yán)重的可以 損壞儀表的元器件，使儀表無法工作。

電子秤已廣泛應(yīng)用于我們的日常生活和工 業(yè)生產(chǎn)中，例如我們買菜買糧用的電子臺(tái)秤，工 廠里用的電子汽車衡、皮帶秤、料斗秤等。電子秤一般由稱重傳感器和稱重儀表組成，常用的稱 重傳感器為電阻應(yīng)變片式，按常規(guī)2mV/V的靈敏 度和10V激勵(lì)電壓計(jì)算，稱重傳感器的滿量程輸 出電壓為20mV，靜電放電產(chǎn)生的干擾很容易親合 到傳感器的輸出信號(hào)中，造成計(jì)量不準(zhǔn)、儀表工 作不穩(wěn)，嚴(yán)重者甚至可以損壞儀表。

摩擦起電和人體靜電是電子工業(yè)中的兩大危 害，主要體現(xiàn)在以下幾方面。

（1）靜電吸附灰塵，改變線路間的阻抗，影響 儀表的性能與壽命；

(2）損壞元件的絕緣使元件不能工作；

(3)瞬間電流電場(chǎng)產(chǎn)生的熱，使元件受損，但 仍能工作，壽命受損。

人體有感覺的靜電放電電壓在2000V以上， 當(dāng)看到放電火花時(shí)，身上的靜電已經(jīng)超過3000V， 這時(shí)手指會(huì)有針刺般的痛感；當(dāng)聽到放電的“劈 啪”聲音時(shí)，身上的靜電已高達(dá)7000V?000V， 而往往幾百伏的電壓就會(huì)導(dǎo)致電子元件損壞，所 以要密切注意元件在不易覺察的放電電壓下的損 壞，典型生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生靜電電壓以及部分電子器 件的靜電擊穿電壓如表1、表2所示。

是否采取了防靜電措施是衡量電子器件質(zhì)量好壞的一個(gè)非常重要的指標(biāo)。多數(shù)情況下，靜電 放電能量較小，受到ESD損壞的器件并不立即表 現(xiàn)為報(bào)廢，有些僅表現(xiàn)出工作不穩(wěn)，以后發(fā)現(xiàn)問 題易歸咎為材料不良或設(shè)計(jì)不好，因此人們常認(rèn) 識(shí)不到靜電放電的危害。

靜電損傷的特點(diǎn)：

(1)隱蔽性：人們常常感覺不到靜電和靜電放電；

(2）潛伏性：有些電子元件受到靜電損傷后沒 有明顯的表現(xiàn)，但造成的內(nèi)傷形成了隱患；

(3)隨機(jī)性：靜電的產(chǎn)生具有隨機(jī)性，而靜電 放電有時(shí)是瞬間發(fā)生的，難以預(yù)測(cè)；

(4復(fù)雜性：電子器件微小、精細(xì)的特點(diǎn)，使 得靜電損傷的分析比較困難。

綜上所述，靜電無處不在，對(duì)人體健康、交 通運(yùn)輸、工業(yè)生產(chǎn)、日常生活等都會(huì)帶來危害， 所以應(yīng)引起我們足夠的重視。

三、儀表設(shè)計(jì)中克服靜電放電干擾的措施

靜電放電可以使儀表產(chǎn)生復(fù)位、死機(jī)、丟失 數(shù)據(jù)等故障，造成工作不可靠，而維修時(shí)又很難 找出故障原因。

靜電放電干擾主要通過以下途徑進(jìn)入儀表中：

(1)放電初期的強(qiáng)電場(chǎng)容性耦合到臨近的網(wǎng) 絡(luò)上，靜電放電可以產(chǎn)生近場(chǎng)峰值電場(chǎng)達(dá)“幾百 伏/米?幾千伏/米”的高壓；

(2）放電產(chǎn)生的電磁場(chǎng)感性耦合到臨近的布線 網(wǎng)絡(luò)和長(zhǎng)的信號(hào)線上，電磁場(chǎng)的頻率在幾十兆? 幾千兆；

(3)放電電流流過電源線、地線或信號(hào)線產(chǎn)生 電壓脈沖，進(jìn)入與這些網(wǎng)絡(luò)相連的元件。靜電放 電時(shí)首先對(duì)被擊中金屬物的電容充電，然后流經(jīng) 每一個(gè)可能的導(dǎo)電路徑，電弧電流更容易在片狀 或短而寬的帶狀導(dǎo)體上流過，而接地則是最終瀉 放掉累積電荷的路徑。

為了防止ESD損毀和干擾，必須阻斷這些路 徑或者加強(qiáng)設(shè)備的抗ESD能力。有關(guān)PCB電磁兼 容設(shè)計(jì)技術(shù)的資料非常多，在電路設(shè)計(jì)中可以學(xué) 習(xí)參考，這里所說的是幾點(diǎn)容易實(shí)現(xiàn)又往往被忽 略的小技巧。

(1)儀表使用金屬殼體，且不噴涂，如果進(jìn)行 防腐噴涂，那么蓋板與殼體的連接螺釘壓接面一 定要去掉絕緣覆蓋，確保蓋板與殼體低電阻連接。 曾經(jīng)遇到過震動(dòng)儀表或敲打表殼導(dǎo)致儀表復(fù)位的 現(xiàn)象，拆下蓋板打磨掉螺絲孔周圍的絕緣涂層， 重新上緊蓋板，故障消失。

(2）儀表殼體端子開孔或引出線開孔，如果可 能，用幾個(gè)小開孔代替一個(gè)大開孔，且開孔間的 距離盡可能大。這是因?yàn)殚_孔越大屏蔽效果越差， 殼體上開孔的最大尺寸必須遠(yuǎn)小于要屏蔽的最高 頻率的波長(zhǎng)，當(dāng)一個(gè)孔的最大對(duì)角線尺寸為一個(gè) 波長(zhǎng)的1/100時(shí)，在該頻率上的最大屏蔽效果約 34dB。

(3)儀表面膜鍵盤布線要緊湊，不要形成大的 環(huán)路，并延伸邊緣超出鍵盤線不小于10mm。在靜 電放電測(cè)試中，要在儀表面膜四周打靜電，如果 鍵盤線靠近邊緣，就會(huì)引入較強(qiáng)的干擾。

(4）面膜上鍵盤線的外面加一層屏蔽網(wǎng)，通過 鍵盤引線接入顯示板連接到機(jī)殼。如圖1所示，J1 是顯示板上的鍵盤線插針排，其中1#、7#針與鍵 盤上的屏蔽網(wǎng)引線相連接，并通過顯示板安裝支 柱或短粗引線與機(jī)殼相連。

主板與顯示板之間的連接電纜，電源和地應(yīng) 設(shè)置在相臨的插針上，在靠近連接器插針的位置 電源和地之間放一個(gè)100nF的去耦電容。如果可 能，讓每一根信號(hào)線至少與一根地線相臨。

雖然靜電無處不在，但還是可防可控的，正 確進(jìn)行靜電防護(hù)是電子工程師的一個(gè)重要課題， 一定要樹立防靜電意識(shí)。

四、靜電的預(yù)防

消除靜電危害主要從“防”和“放”兩個(gè)方 面進(jìn)行，儀表生產(chǎn)過程中靜電防護(hù)的主要措施有: 靜電的瀉放艘地、增濕）、靜電的中和、靜電的 屏蔽等。一般采用以下措施控制靜電：

(1)盡量減少物體之間的摩擦，減少靜電的產(chǎn)生；

(2）適當(dāng)控制生產(chǎn)車間的濕度；

(3)測(cè)試儀器、工具、烙鐵接地；

(4）防靜電轉(zhuǎn)運(yùn)車、架盡可能接地；

(5）操作人員穿防靜電工作服、戴有線防靜電 手腕帶；

防靜電常規(guī)工藝規(guī)程：

(1)操作靜電敏感器件的臺(tái)面必須采用防靜電 臺(tái)墊；

(2） ESD敏感器件必須用靜電屏蔽與防靜電器 具轉(zhuǎn)運(yùn)；

(3)開封、測(cè)試靜電敏感器件時(shí)必須在防靜電 工作臺(tái)上進(jìn)行，有條件的可配用空氣離子發(fā)生器 清除空氣中的電荷；

(4）組裝所用的工裝設(shè)備都必須接地，焊接工 具使用內(nèi)熱式烙鐵，要接地良好；

(5）電源供電系統(tǒng)要用變壓器隔離，接地可靠， 接地電阻小于10Q ；

(6）產(chǎn)品測(cè)試時(shí)，必須斷電后插拔器件；

(7） ESD敏感器件不應(yīng)過早拿出原封裝，盡量 不摸器件管腳；

(8)用波峰焊接時(shí)，焊料和傳送系統(tǒng)必須接地; 靜電防護(hù)工作是一項(xiàng)長(zhǎng)期的系統(tǒng)工程，任何 環(huán)節(jié)的失誤或疏漏，都將導(dǎo)致靜電防護(hù)工作的失 敗。