关键词：仪表　控制系统　静电放电　抗扰度

　　自1984年M.Honda首先指出间接静电放电(ESD)会形成强电磁脉冲，产生频谱很宽的电磁辐射场，对微电子设备造成严重的电磁干扰和浪涌效应，是一种新的电磁干扰源，至今已有20多年了。之后，人们在研究静电技术的工业应用的同时，与静电相关联的静电危害防护研究开始受到人们普遍的关注。

　　一　关于IEC标准规定的静电放电模型

　　产生静电的原因大致有静电感应和摩擦起电两种。

　　任何带电物体都很容易将自己所携带的电荷转移到导电的人体皮肤层上，所以人体是最主要的静电放电源头。因此，我们在研究仪表和控制系统的静电防护时，首先要涉及到人体的静电模型。

　　一个物体上所积累的电荷储存在该物体的电容中。通常，我们总认为只有在两个平板之间才会有电容，实际上所有的物体都有自己的自由空间电容，无非第二个平板(指地球)无限大而已。

　　人体的电容和电阻如图1所示。一个人体在自由空间中的电容约为50pF。除此以外，人体电容还包括脚底与地面之间的电容(约100pF)。如果人体接近墙壁等周围的某些物体，还会增加50～100pF的电容。所以人体电容等于

　　C=0.55H+0.008KA/t(pF)

　　(1)                    

　　式中：

　　H--人体高度(cm)；

　　K--鞋底材料的介电常数；

　　A--两只鞋底的总面积(cm2)；

　　t--鞋底厚度(cm)。

　　人体电阻是非线性的，其值约在500～1000Ω之间，它和人体产生放电的位置有关。若手指尖放电，人体电阻约为10kΩ；若手掌放电，人体电阻约为1000Ω；若在手持的金属物体上放电www.cechina.cn，人体电阻约为500Ω；若放电发生在较大的金属物体上，人体电阻可以减小为50Ω。此外，影响人体电阻的因素还有皮肤表面的水分、盐和油、皮肤接触面积和压力等。

　　图2是人体的静电放电模型。电荷储存在人体电容中控制工程网版权所有，并通过一个等效的人体电阻产生放电。(该静电模型没有考虑人体电感的大小，但是电感对确定放电电流的上升沿时间有决定性的影响，应当将它计算进来。设法减小该电感的大小是设计ESD测试仪器的主要难题之一，该电感的大小应小于0.1μH)。

　　图2的电路可以模拟人体的静电放电，被IEC标准和许多制造商用于静电测试。

　　1995年颁布的IEC标准《电磁兼容 试验和测量技术 静电放电抗扰度试验(IEC 61000-4-2：1995)》将静电放电抗扰度的试验等级规定为如表1所示的几个等级。

　　1997年颁布的IEC标准《测量、控制和实验室用的电设备电磁兼容性要求(IEC 61326-1：1997)》对用于工业场所设备的静电抗扰度规定的试验值为接触放电4kV，空气放电8kV。

　　静电放电的上升沿时间和其能量是决定放电严酷度的两个主要参数。上升沿时间可以用人体电容和人体电阻的乘积RC(即时间常数)为特征，而能量的大小可按下式计算：

　　W=0.5CU2(J)    (2)                   

　　式中：C--人体对地电容(F)；

　　V--人体静电电压(V)。

　　表2是取自IEC标准和几个公司规定的人体静电放电模型的参数取值。

　　上升沿时间的特征值RC愈小或放电的能量愈大，表明静电放电的严酷程度愈高。由表2的数据可知，特征值RC最小的是公司E，放电能量最大的是公司A。IEC标准规定的这两个参数值都不是最严酷的，特别是放电能量远小于其他诸公司。

　　为此CONTROL ENGINEERING China版权所有，笔者认为，有许多仪表的制造商往往认为自己产品的静电抗扰度已达到了IEC标准规定的2级或3级指标就与以认可控制工程网版权所有，而实际上这是远远不够的。为提高仪表和控制系统的静电放电抗扰度，不但要看试验电压的大小，还应着眼于试验模型，要注意上升沿时间的特征值RC的大小。

　　这里顺便提醒一点。进行仪表和控制系统的静电放电抗扰度的试验方式有接触放电和空气放电两种，由于空气放电方式涉及到外部火花通道的形成过程，温度、湿度以及静电枪接近被测物体的速度变化都会引起放电过程的显著变化。实验证明，随着静电枪接近被测物体的速度变化，放电电流的