IEC TR 61340-2-2:2000
(Main)Electrostatics - Part 2-2: Measurement methods - Measurement of chargeability
Electrostatics - Part 2-2: Measurement methods - Measurement of chargeability
Describes the equipment, arrangement and procedures for measurement of electrostatic charge caused by contact and relative motion between materials and presents examples of model experiment to simulate practical processes.
Electrostatique - Partie 2-2: Méthodes de mesure - Mesure de l'aptitude à la charge
Décrit l'équipement, les montages et les procédures pour la mesure des charges électrostatiques causées par le contact et le mouvement relatif entre des matériaux et donne des exemples de modèles d'expérimentation pour simuler les processus qui interviennent dans la pratique,
General Information
Standards Content (Sample)
RAPPORT CEI
TECHNIQUE IEC
TR 61340-2-2
TECHNICAL
Première édition
REPORT
First edition
2000-07
Electrostatique –
Partie 2-2:
Méthodes de mesure –
Mesure de l'aptitude à la charge
Electrostatics –
Part 2-2:
Measurement methods –
Measurement of chargeability
Numéro de référence
Reference number
IEC/TR 61340-2-2:2000
Numéros des publications Numbering
Depuis le 1er janvier 1997, les publications de la CEI As from 1 January 1997 all IEC publications are
sont numérotées à partir de 60000. issued with a designation in the 60000 series.
Publications consolidées Consolidated publications
Les versions consolidées de certaines publications de Consolidated versions of some IEC publications
la CEI incorporant les amendements sont disponibles. including amendments are available. For example,
Par exemple, les numéros d’édition 1.0, 1.1 et 1.2 edition numbers 1.0, 1.1 and 1.2 refer, respectively, to
indiquent respectivement la publication de base, la the base publication, the base publication incor-
publication de base incorporant l’amendement 1, et la porating amendment 1 and the base publication
publication de base incorporant les amendements 1 incorporating amendments 1 and 2.
et 2.
Validité de la présente publication Validity of this publication
Le contenu technique des publications de la CEI est The technical content of IEC publications is kept
constamment revu par la CEI afin qu'il reflète l'état under constant review by the IEC, thus ensuring that
actuel de la technique. the content reflects current technology.
Des renseignements relatifs à la date de reconfir- Information relating to the date of the reconfirmation
mation de la publication sont disponibles dans le of the publication is available in the IEC catalogue.
Catalogue de la CEI.
Les renseignements relatifs à des questions à l’étude et Information on the subjects under consideration and
des travaux en cours entrepris par le comité technique work in progress undertaken by the technical
qui a établi cette publication, ainsi que la liste des committee which has prepared this publication, as well
publications établies, se trouvent dans les documents ci- as the list of publications issued, is to be found at the
dessous: following IEC sources:
• «Site web» de la CEI* • IEC web site*
• Catalogue des publications de la CEI • Catalogue of IEC publications
Publié annuellement et mis à jour Published yearly with regular updates
régulièrement (On-line catalogue)*
(Catalogue en ligne)*
• Bulletin de la CEI
• IEC Bulletin
Disponible à la fois au «site web» de la CEI* Available both at the IEC web site* and
et comme périodique imprimé as a printed periodical
Terminology, graphical and letter
Terminologie, symboles graphiques
symbols
et littéraux
For general terminology, readers are referred to
En ce qui concerne la terminologie générale, le lecteur
IEC 60050: International Electrotechnical Vocabulary
se reportera à la CEI 60050: Vocabulaire Electro-
(IEV).
technique International (VEI).
For graphical symbols, and letter symbols and signs
Pour les symboles graphiques, les symboles littéraux
approved by the IEC for general use, readers are
et les signes d'usage général approuvés par la CEI, le
referred to publications IEC 60027: Letter symbols to
lecteur consultera la CEI 60027: Symboles littéraux à
be used in electrical technology, IEC 60417: Graphical
utiliser en électrotechnique, la CEI 60417: Symboles
symbols for use on equipment. Index, survey and
graphiques utilisables sur le matériel. Index, relevé et
compilation of the single sheets and IEC 60617:
compilation des feuilles individuelles, et la CEI 60617:
Graphical symbols for diagrams.
Symboles graphiques pour schémas.
* See web site address on title page.
* Voir adresse «site web» sur la page de titre.
RAPPORT CEI
TECHNIQUE IEC
TR 61340-2-2
TECHNICAL
Première édition
REPORT
First edition
2000-07
Electrostatique –
Partie 2-2:
Méthodes de mesure –
Mesure de l'aptitude à la charge
Electrostatics –
Part 2-2:
Measurement methods –
Measurement of chargeability
IEC 2000 Droits de reproduction réservés Copyright - all rights reserved
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utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, any form or by any means, electronic or mechanical,
électronique ou mécanique, y compris la photo-copie et les including photocopying and microfilm, without permission in
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Commission Electrotechnique Internationale
P
PRICE CODE
International Electrotechnical Commission
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– 2 – TR 61340-2-2 CEI:2000
SOMMAIRE
Pages
AVANT-PROPOS . 4
Articles
1 Généralités . 8
1.1 Domaine d'application . 8
1.2 Document de référence. 8
2 Champs d'application . 8
3 Eprouvettes et conditionnement. 10
4 Méthodes de mesure. 10
4.1 Mesures avec une chambre de Faraday . 10
4.1.1 Principe. 10
4.1.2 Appareillage . 10
4.1.3 Procédure . 14
4.1.4 Résultats. 14
4.2 Mesures du champ électrostatique . 16
4.2.1 Principe. 16
4.2.2 Appareillage . 16
4.2.3 Construction. 20
4.2.4 Procédure . 20
4.2.5 Résultats. 22
4.3 Mesure du potentiel. 22
4.3.1 Principe. 22
4.3.2 Appareillage . 22
4.3.3 Procédure . 24
4.3.4 Résultats. 24
5 Essais d'aptitude à la charge. 24
5.1 Mesures sur site . 24
5.2 Modèles d'essais. 24
5.2.1 Généralités . 24
5.2.2 Essais de frottement . 24
5.2.3 Essais de glissement de produits. 26
5.2.4 Chargement de film sur des rouleaux . 26
6 Rapport. 30
Figure 1 – Exemple de chambre de Faraday . 12
Figure 2 – Exemples de configuration de cage de Faraday. 14
Figure 3 – Sonde à induction de mesure de champ . 16
Figure 4 – Moulin à champ avec obturateur rotatif . 18
Figure 5 – Moniteur de plaque de charge . 18
Figure 6 – Exemples de mesureurs de champ à réaction. 20
Figure 7 – Simulation de chargement par roulement des films en essai . 28
TR 61340-2-2 IEC:2000 – 3 –
CONTENTS
Page
FOREWORD . 5
Clause
1 General. 9
1.1 Scope . 9
1.2 Reference document . 9
2 Fields of application . 9
3 Test specimens and conditioning. 11
4 Methods of measurement . 11
4.1 Faraday pail measurements . 11
4.1.1 Principle. 11
4.1.2 Apparatus . 11
4.1.3 Procedure . 15
4.1.4 Results. 15
4.2 Electrostatic field measurements. 17
4.2.1 Principle. 17
4.2.2 Apparatus . 17
4.2.3 Construction. 21
4.2.4 Procedure . 21
4.2.5 Results. 23
4.3 Measurement of potential . 23
4.3.1 Principle. 23
4.3.2 Apparatus . 23
4.3.3 Procedure . 25
4.3.4 Results. 25
5 Chargeability tests. 25
5.1 On-site measurements . 25
5.2 Model tests . 25
5.2.1 General. 25
5.2.2 Rubbing tests . 25
5.2.3 Product sliding tests . 27
5.2.4 Film charging over rollers . 27
6 Reporting . 31
Figure 1 – Example of a Faraday pail. 13
Figure 2 – Examples of Faraday cage configuration . 15
Figure 3 – Induction probe field meter. 17
Figure 4 – Field mill with rotating shutter. 19
Figure 5 – Charge plate monitor. 19
Figure 6 – Illustrations of feedback fieldmeters . 21
Figure 7 – Simulation of roller charging of film under test . 29
– 4 – TR 61340-2-2 CEI:2000
COMMISSION ÉLECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE
____________
ÉLECTROSTATIQUE –
Partie 2-2: Méthodes de mesure –
Mesure de l'aptitude à la charge
AVANT-PROPOS
1) La CEI (Commission Électrotechnique Internationale) est une organisation mondiale de normalisation composée
de l'ensemble des comités électrotechniques nationaux (Comités nationaux de la CEI). La CEI a pour objet de
favoriser la coopération internationale pour toutes les questions de normalisation dans les domaines de
l'électricité et de l'électronique. A cet effet, la CEI, entre autres activités, publie des Normes internationales.
Leur élaboration est confiée à des comités d'études, aux travaux desquels tout Comité national intéressé par le
sujet traité peut participer. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en
liaison avec la CEI, participent également aux travaux. La CEI collabore étroitement avec l'Organisation
Internationale de Normalisation (ISO), selon des conditions fixées par accord entre les deux organisations.
2) Les décisions ou accords officiels de la CEI concernant les questions techniques représentent, dans la mesure
du possible, un accord international sur les sujets étudiés, étant donné que les Comités nationaux intéressés
sont représentés dans chaque comité d’études.
3) Les documents produits se présentent sous la forme de recommandations internationales. Ils sont publiés
comme normes, spécifications techniques, rapports techniques ou guides et agréés comme tels par les Comités
nationaux.
4) Dans le but d'encourager l'unification internationale, les Comités nationaux de la CEI s'engagent à appliquer de
façon transparente, dans toute la mesure possible, les Normes internationales de la CEI dans leurs normes
nationales et régionales. Toute divergence entre la norme de la CEI et la norme nationale ou régionale
correspondante doit être indiquée en termes clairs dans cette dernière.
5) La CEI n’a fixé aucune procédure concernant le marquage comme indication d’approbation et sa responsabilité
n’est pas engagée quand un matériel est déclaré conforme à l’une de ses normes.
6) L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent rapport technique peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. La CEI ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et de ne pas avoir signalé leur existence.
La tâche principale des comités d’études de la CEI est l’élaboration des Normes
internationales. Toutefois, un comité d’études peut proposer la publication d’un rapport
technique lorsqu’il a réuni des données de nature différente de celles qui sont normalement
publiées comme Normes internationales, cela pouvant comprendre, par exemple, des
informations sur l’état de la technique.
La CEI 61340-2-2, qui est un rapport technique, a été établie par le comité 101 de la CEI:
Electrostatique.
Le texte de ce rapport technique est issu des documents suivants:
Projet d’enquête Rapport de vote
101/56/CDV 101/72/RVC
Le rapport de vote indiqué dans le tableau ci-dessus donne toute information sur le vote ayant
abouti à l'approbation de ce rapport technique.
Cette publication a été rédigée selon les Directives ISO/CEI, Partie 3.
TR 61340-2-2 IEC:2000 – 5 –
INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION
____________
ELECTROSTATICS –
Part 2-2: Measurement methods –
Measurement of chargeability
FOREWORD
1) The IEC (International Electrotechnical Commission) is a worldwide organization for standardization comprising
all national electrotechnical committees (IEC National Committees). The object of the IEC is to promote
international co-operation on all questions concerning standardization in the electrical and electronic fields. To
this end and in addition to other activities, the IEC publishes International Standards. Their preparation is
entrusted to technical committees; any IEC National Committee interested in the subject dealt with may
participate in this preparatory work. International, governmental and non-governmental organizations liaising
with the IEC also participate in this preparation. The IEC collaborates closely with the International Organization
for Standardization (ISO) in accordance with conditions determined by agreement between the two
organizations.
2) The formal decisions or agreements of the IEC on technical matters express, as nearly as possible, an
international consensus of opinion on the relevant subjects since each technical committee has representation
from all interested National Committees.
3) The documents produced have the form of recommendations for international use and are published in the form
of standards, technical specifications, technical reports or guides and they are accepted by the National
Committees in that sense.
4) In order to promote international unification, IEC National Committees undertake to apply IEC International
Standards transparently to the maximum extent possible in their national and regional standards. Any
divergence between the IEC Standard and the corresponding national or regional standard shall be clearly
indicated in the latter.
5) The IEC provides no marking procedure to indicate its approval and cannot be rendered responsible for any
equipment declared to be in conformity with one of its standards.
6) Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this technical report may be the subject of
patent rights. The IEC shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
The main task of IEC technical committees is to prepare International Standards. However, a
technical committee may propose the publication of a technical report when it has collected
data of a different kind from that which is normally published as an International Standard, for
example "state of the art".
IEC 61340-2-2, which is a technical report, has been prepared by IEC technical committee 101:
Electrostatics.
The text of this technical report is based on the following documents:
Enquiry draft Report on voting
101/56/CDV 101/72/RVC
Full information on the voting for the approval of this technical report can be found in the report
on voting indicated in the above table.
This publication has been drafted in accordance with the ISO/IEC Directives, Part 3.
– 6 – TR 61340-2-2 CEI:2000
La CEI 61340 comporte les parties suivantes, sous le titre général: Electrostatique
1)
Partie 1: Guide relatif aux principes de phénomènes électrostatiques
Partie 2-1: Méthodes de mesure – Méthodes d’essai des matériaux et des surfaces isolants
qui dissipent des charges statiques par mesure directe de la vitesse de dissipation
1)
des charges électrostatiques
Partie 2-2: Méthodes de mesure – Mesure de l'aptitude à la charge
Partie 2-3: Méthodes de mesure – Méthodes d’essais pour la détermination de la résistance et
de la résistivité des matériaux planaires solides destinés à éviter les charges
électrostatiques
Partie 3-1: Méthodes pour la simulation des effets électrostatiques – Modèle du corps humain –
2)
Test des composants
Partie 3-2: Méthodes pour la simulation des effets électrostatiques – Modèle de machines
2)
(MM) – Test des composants
Partie 3-3: Méthodes pour la simulation des effets électrostatiques – Modèle de dispositifs
1)
chargés – Test des composants
Partie 4-1: Méthodes d'essai normalisées pour des applications spécifiques – Comportement
électrostatique des revêtements de sol et des sols finis
Partie 4-2: Méthodes d'essai normalisées pour des applications spécifiques – Méthodes d'essai
1)
pour vêtements
2)
Partie 4-3: Méthodes d'essai normalisées pour des applications spécifiques – Chaussures
Partie 4-4: Propriétés électrostatiques des conteneurs intermédiaires souples en vrac (FIBC) –
1)
Méthodes d'essai et prescriptions
Partie 5-1: Protection des dispositifs électroniques contre les phénomènes électrostatiques –
Prescriptions générales
Partie 5-2: Protection des dispositifs électroniques contre les phénomènes électrostatiques –
Guide d’utilisation
Partie 5-3: Protection des dispositifs électroniques contre les phénomènes électrostatiques –
Méthodes d'essai pour emballages destinés aux dispositifs sensibles aux
1)
décharges électrostatiques
Le comité a décidé que le contenu de cette publication ne sera pas modifié avant 2010. A cette
date, la publication sera
reconduite;
supprimée;
remplacée par une édition révisée, ou
amendée.
Ce document, purement informatif, ne doit pas être considéré comme une Norme internationale.
________
1)
A l'étude.
2)
En préparation.
TR 61340-2-2 IEC:2000 – 7 –
IEC 61340 consists of the following parts, under the general title: Electrostatics
1)
Part 1: Guide to the principle of electrostatic phenomena
Part 2-1: Measurement methods – Methods for testing insulating and static dissipative
materials and surfaces by direct measurement of the rate of dissipation of static
1)
charge
Part 2-2: Measurement methods – Measurement of chargeability
Part 2-3: Measurement methods – Methods of test for determining the resistance and
resistivity of solid planar materials used to avoid electrostatic charge accumulation
Part 3-1: Methods for simulation of electrostatic effects – Human body model (HBM) –
2)
Component testing
Part 3-2: Methods for simulation of electrostatic effects – Machine model (MM) – Component
2)
testing
Part 3-3: Methods for simulation of electrostatic effects – Charged device model (CDM) –
1)
Component testing
Part 4-1: Standard test methods for specific applications – Electrostatic behaviour of floor
coverings and installed floors
1)
Part 4-2: Standard test methods for specific applications – Test methods for garments
2)
Part 4-3: Standard test methods for specific applications – Footwear
Part 4-4: Electrostatic properties of flexible intermediate bulk containers (FIBC) – Test
1)
methods and requirements
Part 5-1: Protection of electronic devices from electrostatic phenomena – General
requirements
Part 5-2: Protection of electronic devices from electrostatic phenomena – User guide
Part 5-3: Protection of electronic devices from electrostatic phenomena – Test methods for
1)
packagings intended for electrostatic discharge sensitive devices
The committee has decided that the contents of this publication will remain unchanged
until 2010. At this date, the publication will be
reconfirmed;
withdrawn;
replaced by a revised edition, or
amended.
This document which is purely informative is not to be regarded as an International Standard.
________
1)
Under consideration.
2)
In preparation.
– 8 – TR 61340-2-2 CEI:2000
ÉLECTROSTATIQUE –
Partie 2-2: Méthodes de mesure –
Mesure de l'aptitude à la charge
1 Généralités
1.1 Domaine d'application
Le présent rapport technique décrit l'équipement, les montages et les procédures pour la
mesure des charges électrostatiques causées par le contact et le mouvement relatif entre des
matériaux et donne des exemples de modèles d'expérimentation pour simuler les processus
qui interviennent dans la pratique.
1.2 Document de référence
CEI 61340-4-1, Electrostatique – Méthodes d'essai normalisées pour des applications spéci-
fiques – Comportement électrostatique des revêtements de sol et des sols finis
2 Champs d'application
Il se produit une charge lors d'un contact entre matériaux de nature électronique ou ionique
différente. La charge est ensuite retenue à la coupure du contact et à la séparation des
surfaces si au moins un des matériaux est un isolateur électrique ou un conducteur isolé. En
général, un mouvement ou un frottement relatif est inévitable en pratique dans la plupart des
cas de contact et de séparation, le frottement ayant pour effet d'augmenter la zone de contact
réel et l'échauffement local. Une augmentation excessive de la température peut influencer le
processus de charge et, à terme, il peut bien entendu y avoir un transfert de matériau entre
des surfaces ayant subi une abrasion importante. La polarité de la charge dépend des
propriétés électroniques relatives (travail d'extraction) des surfaces de contact. Cependant, en
pratique, dans la plupart des situations, l'importance de la charge retenue est limitée par le
claquage électrique du milieu existant entre les surfaces de séparation.
Bien que la charge par contact soit très influencée par la contamination de surface, la
température de surface et les champs électriques locaux, la charge produite sur un matériau
dans une installation fonctionnant en continu, dans des conditions environnementales
raisonnablement constantes, peut être assez homogène à la fois en importance et en polarité.
Idéalement, il convient que les mesures utilisant les méthodes décrites à l'article 4 soient
effectuées sur le système réel en pratique. Les dispositifs d'essai décrits ici ont un caractère
essentiellement explicatif mais ils peuvent être utilisés pour estimer l'aptitude à la charge si les
mesures sur l'installation réelle ne sont pas possibles.
Le présent rapport technique décrit les méthodes d'essai appropriées pour l'estimation de la produc-
tion de charges lorsque des matériaux sont frottés, frottent ou coulent sur d'autres matériaux.
Comme situations pratiques typiques de production de charges, on peut citer par exemple:
a) les dispositifs à semi-conducteurs sortant de tubes d'expédition et les dispositifs et cartes
de circuit équipées sortant de sacs de transport;
b) les matériaux glissant sur des surfaces;
c) le transport pneumatique de poudres;
d) l'écoulement de liquides dans des tuyaux et des filtres;
e) le frottement de matériaux;
f) les matériaux en tissu et film passant sur des surfaces de roulement et le dénudage de bande;
g) les personnes se déplaçant sur des planchers.
TR 61340-2-2 IEC:2000 – 9 –
ELECTROSTATICS –
Part 2-2: Measurement methods –
Measurement of chargeability
1 General
1.1 Scope
This technical report describes the equipment, arrangements and procedures for measurement
of electrostatic charge caused by contact and relative motion between materials and presents
examples of model experiments to simulate practical processes.
1.2 Reference document
IEC 61340-4-1, Electrostatics – Standard test methods for specific applications – Electrostatic
behaviour of floor coverings and installed floors
2 Fields of application
Charge is generated on contact between materials of differing electronic or ionic nature.
Charge is subsequently retained on breaking the contact and separation of the surfaces if at
least one of the materials is an electrical insulator or isolated conductor. In general, relative
motion or rubbing is unavoidable in most practical contact and separation events, the effect of
rubbing being to increase real contact area and local heating. Excessive increase in
temperature can influence the charging process and ultimately, of course, material transfer can
occur between violently abraded surfaces. The polarity of the charge is governed by the
relative electronic properties (work function) of the contacting surfaces. In most practical
situations, however, the magnitude of the retained charge is limited by electrical breakdown of
the medium between the separating surfaces.
Despite contact charging being greatly influenced by surface contamination, surface
temperature and local electric fields, the charge produced on a material in a continuously
operating plant, under reasonably constant environmental conditions, can be fairly consistent
in both magnitude and polarity. Ideally, the measurements using the methods described in
clause 4 should be made on the actual practical system. The test arrangements described here
are intended as essentially illustrative but can be used to estimate chargeability if
measurements on the real plant are not possible.
This technical report describes appropriate test methods for the estimation of charge generation
when materials are rubbed, rub or flow on other materials. Typical practical charge generating
situations include:
a) semiconductor devices sliding out of shipping tubes and devices and kitted circuit boards
sliding out of transport bags;
b) materials sliding across surfaces;
c) pneumatic transport of powders;
d) flow of liquids through pipes and filters;
e) rubbing of material;
f) web and film materials passing over rolling surfaces and peeling of tape;
g) individuals walking across floor surfaces.
– 10 – TR 61340-2-2 CEI:2000
De manière typique, on peut utiliser par exemple
− une chambre de Faraday (voir 4.1) pour les mesures relatives à a), b), c) et d);
− un mesureur de champ (voir 4.2) pour e), f);
− un voltmètre électrostatique (voir 4.3) pour g);
− un moniteur de plaque de charge pour e), f) et g).
3 Eprouvettes et conditionnement
NOTE Les propriétés électriques des matériaux isolants varient avec la température et la teneur en eau qui
dépend de l'humidité relative.
Il convient de noter la température et l'humidité relative au moment et sur le lieu de la mesure.
Le cas échéant, il convient de noter les conditions préalables. Il est recommandé de
conditionner et de tester les matériaux pour essais dans un laboratoire dans les conditions
extrêmes d'environnement attendues en pratique. Des exemples de conditions d'essai pour de
telles mesures en laboratoire sont donnés au tableau 1 de la CEI 61340-4-1.
4 Méthodes de mesure
4.1 Mesures avec une chambre de Faraday
4.1.1 Principe
L'excès de charge électrostatique positive ou négative sur un élément ou sur une quantité de
matériau est mesuré en plaçant celle-ci dans une chambre conductrice isolée, connue sous le
terme de chambre de Faraday. Si toute la charge introduite réalise un couplage avec l'intérieur
de la chambre sans couplage résiduel avec l'environnement extérieur, alors la quantité de
charge introduite apparaît comme une charge induite de même signe et importance sur
l'extérieur de la chambre et peut être mesurée.
NOTE Il n'est pas nécessaire que la charge placée dans la chambre soit réellement conduite vers les parois
internes. Ainsi, la méthode de la chambre de Faraday a la même efficacité pour les matériaux isolants et pour les
conducteurs.
4.1.2 Appareillage
4.1.2.1 Chambre de Faraday
La forme de base d'un système de chambre de Faraday pour la mesure de charge est
représentée à la figure 1. Elle est composée de deux conteneurs concentriques, le conteneur
intérieur étant électriquement isolé du conteneur extérieur qui est relié à la terre. Ce dernier
est nécessaire pour fournir un blindage électrique contre les champs extérieurs et une
protection du système de mesure de charge sensible.
TR 61340-2-2 IEC:2000 – 11 –
Typically, for example
− a Faraday pail (see 4.1) can be used for measurements involving a), b), c) and d);
− a fieldmeter (see 4.2) for e) and f);
− an electrostatic voltmeter (see 4.3) for g);
− and a charge plate monitor for e), f) and g).
3 Test specimens and conditioning
NOTE The electrical properties of insulating materials vary with temperature and water content which is dependent
on relative humidity.
The temperature and relative humidity should be recorded at the time and location of
measurement. Preconditions should be recorded where appropriate. Materials for testing in a
laboratory should be conditioned and tested under the environmental extremes expected in
practice. Examples of test conditions for such laboratory measurements are given in table 1 of
IEC 61340-4-1.
4 Methods of measurement
4.1 Faraday pail measurements
4.1.1 Principle
The excess of positive or negative electrostatic charge on an item or on a quantity of material
is measured by placing it in an isolated conducting chamber, known as a Faraday pail. If all the
charge introduced couples to the inside of the pail with no residual coupling to external
surroundings, then the quantity of charge introduced appears as induced charge of the same
sign and magnitude on the outside of the pail and can be measured.
NOTE It is not necessary that the charge placed in the pail is actually conducted to the inside walls. So the
Faraday pail method is equally effective for insulating materials and for conductors.
4.1.2 Apparatus
4.1.2.1 The Faraday pail
The basic form of a Faraday pail system for measurement of charge is shown in figure 1.
It consists of two concentric containers, the inner container being electrically insulated from the
outer which is connected to earth. The latter is necessary to provide electrical shielding from
external fields and protection for the sensitive charge measuring system.
– 12 – TR 61340-2-2 CEI:2000
IEC 1073/2000
Légende
1 Conteneur intérieur 3 Isolation
2 Blindage 4 Détecteur
Figure 1 – Exemple de chambre de Faraday
L'isolation sur laquelle la chambre est montée et les connexions et le câblage vers tout circuit
de mesure de charge externe sont conçus et construits pour éviter une fuite de charge et
des effets de charge piégée. Le choix de l'isolation tient compte de la rigidité mécanique, de
la résistance à la fuite, de l'absorption d'humidité et des caractéristiques piézoélectriques.
Normalement, il est recommandé que la résistance soit > 10 Ω.
NOTE Pour obtenir une mesure de charge satisfaisante, les calculs de modélisation sur ordinateur montrent que
pour moins de 1 % de fuite du flux total d'éléments chargés introduits dans une chambre cylindrique simple en la
remplissant au maximum à 30 %, il faut que la chambre ait un rapport profondeur/diamètre supérieur à 1,3. Pour
des fuites inférieures à 5 %, il faut que le rapport profondeur/diamètre soit supérieur à 0,8.
4.1.2.2 Circuit de mesure
La charge induite sur l'extérieur du conteneur intérieur peut être mesurée avec un amplificateur
d'électromètre en mode «terre virtuelle», voir figure 4. Sinon, on peut mesurer l'augmentation
de tension de la chambre avec un mesureur de champ ou un voltmètre électrostatique et on
peut calculer la charge en fonction de la capacité connue de la chambre. Dans ce mode, des
condensateurs complémentaires peuvent être ajoutés en parallèle à ceux de la chambre pour
limiter la variation de tension de la chambre. La figure 2 montre les deux configurations.
TR 61340-2-2 IEC:2000 – 13 –
IEC 1073/2000
Key
1 Inner container 3 Insulation
2 Shield 4 Detector
Figure 1 – Example of a Faraday pail
The insulation on which the pail is mounted and the connections and cabling to any external
charge measurement circuits are designed and constructed to avoid charge leakage and
trapped charge effects. The choice of insulation takes into account mechanical rigidity, leakage
resistance, moisture absorption and piezo-electric characteristics. Typically, the resistance
should be > 10 Ω.
NOTE For satisfactory charge measurement, computer modelling calculations show that for less than 1 % leakage
of the total flux from charged items introduced into a simple cylindrical pail form and filling it to no more than 30 %,
the pail must have a depth to diameter ratio greater than 1,3. For less than 5 % leakage, the depth to diameter ratio
must be greater than 0,8.
4.1.2.2 Measurement circuit
The charge induced on the outside of the inner container can be measured with an
electrometer amplifier in the "virtual earth" mode, see figure 4. Alternatively, the increase in
voltage of the pail can be measured, using a fieldmeter or electrostatic voltmeter, and the
charge calculated in relation to the known capacitance of the pail. In this mode, additional
capacitors may be added in parallel to that of the pail to limit the change in pail voltage.
Figure 2 shows alternative configurations.
– 14 – TR 61340-2-2 CEI:2000
A
V
C
IEC 1074/2000 IEC 1075/2000
Figure 2a – Mode courant Figure 2b – Mode potentiel
Composants
A Ampèremètre
C Condensateur
V Voltmètre
Figure 2 – Exemples de configuration de cage de Faraday
4.1.3 Procédure
Connecter le boîtier extérieur à la terre, mettre la chambre intérieure à la terre et observer
ensuite la réponse du système de mesure en isolant de nouveau ce dernier de la terre.
NOTE 1 Il convient de faire attention en mettant à la terre une chambre de Faraday chargée dans un
environnement inflammable dans la mesure où une énergie substantielle peut être stockée sur le système et peut
être libérée dans une étincelle entre les contacts de fermeture. Dans de telles circonstances, il est recommandé
d'utiliser un relais à vide ou un thyratron.
Supprimer la mise à la terre de la chambre extérieure puis introduire les échantillons dans la
chambre sans contact avec d'autres surfaces. La charge totale est mesurée directement. Dans
le cas d'un produit qui s'écoule, le courant à la terre peut être enregistré et la charge peut être
obtenue par intégration pendant la période de mesure. La masse de poudre ou le volume de
liquide collectés peuvent être également enregistrés et la charge par d'unité de masse (ou de
volume) peut être calculée.
NOTE 2 Il est important d'utiliser la zone minimale de contact dans le montage collecteur et d'éviter toute action
de glissement au moment de la reprise ou du dépôt des éléments dans la chambre. Il est recommandé d'effectuer
des vérifications pour s'assurer que la méthode de transfert introduit des charges négligeables en mesurant
soigneusement lorsque la charge transférée est supposée être égale à zéro.
4.1.4 Résultats
La charge Q (en coulombs, C) est directement lue par l'électromètre ou, dans le cas de la
mesure du potentiel de chambre, donnée par l'équation suivante:
Q = C × U
où
C est la capacité totale en farads (F);
U est la tension en volts (V).
NOTE C = C1 + C2 + C3, où C1 est la capacité de la chambre de Faraday, C2 est la capacité d'entrée de
l'instrument de mesure et C3 est la capacité des fils de connexion.
TR 61340-2-2 IEC:2000 – 15 –
A
V
C
IEC 1074/2000 IEC 1075/2000
Figure 2a – Current mode Figure 2b – Potential mode
Components
A Amperemeter
C Capacitor
V Voltmeter
Figure 2 – Examples of Faraday cage configuration
4.1.3 Procedure
Connect the outer case to ground and ground the inner pail. Then observe the measuring
system response on re-isolating the latter from ground.
NOTE 1 Care should be taken when grounding a charged Faraday pail in a flammable environment since a
substantial energy may be stored on the system which can be released in a spark between the closing contacts. In
these circumstances a vacuum or gas-filled relay should be used.
Remove the ground from the inner pail and, then introduce the samples into the pail without
contact to any other surfaces. The total charge is measured directly. In the case of a flowing
product, the current to ground can be recorded and the charge obtained by integration over the
measurement period. The mass of powder or volume of liquid collected can also be recorded
and the charge per unit mass (or volume) calculated.
NOTE 2 It is important to use the minimum area of contact in the pick-up arrangement and to avoid any sliding
action at pick-up or release of items into the pail. Checks should be made, that the method of transfer introduces
negligible charge by careful measurement when the charge transferred is expected to be zero.
4.1.4 Results
The charge Q (in coulombs, C) is read directly from the electrometer or, in the case of
measurement of the pail potential, given by the following equation:
Q = C × U
where
C is the total capacitance in farads (F);
U is the voltage in volts (V).
NOTE C = C1 + C2 + C3, where C1 is the Faraday pail capacitance, C2 is the input capacitance of the measuring
instrument and C3 is the capacitance of the connecting wires.
– 16 – TR 61340-2-2 CEI:2000
Si on mesure le courant à la terre, la charge est obtenue en intégrant le courant sur la durée
de la mesure et est donnée par l'équation suivante:
t
Q = I × dt
∫
où
I est le courant en ampères (A);
t la durée de mesure en secondes (s).
Il est recommandé de déterminer la masse de la poudre ou le volume de l'échantillon liquide et
–1 –3
de calculer la charge par unité de masse (C × kg ) ou par unité de volume (C × m ), où C est
la charge en coulombs.
4.2 Mesures du champ électrostatique
4.2.1 Principe
Les champs électrostatiques sont déterminés en mesurant le potentiel ou la charge induits sur
une surface sensible isolée placée dans le champ. Les deux types principaux de dispositifs
sont respectivement la sonde à induction et les moulins à champs. Il convient de noter que la
lecture d'un instrument peut être influencée par la configuration d'essai.
4.2.2 Appareillage
4.2.2.1 Sondes à induction
Les instruments à sonde à induction sont simples et relativement peu coûteux. Ils sont
constitués d'une surface sensible avec une capacité à la terre définie connectée à un
amplificateur comme représenté à la figure 3. Etant donné que l'impédance d'entrée n'est pas
infinie, ces dispositifs sont les mieux adaptés à l'analyse rapide de surfaces chargées avec
référence à un plan de terre.
C
R
IEC 1076/2000
Composants Légende
C Capacité 1 Zone de capteur
R Résistance à l’entrée 2 Sortie
3 Blindage
Figure 3 – Sonde à induction de mesure de champ
4.2.2.2 Moulins à champs
Les mesureurs de champ de type moulins à champs dépassent les limites de stabilité zéro des
sondes à induction en utilisant un découpeur rotatif ou oscillant pour moduler le champ
électrique observé au niveau de la surface sensible de l'instrument. Le montage général est
représenté à la figure 4.
TR 61340-2-2 IEC:2000 – 17 –
If the current to ground is measured, the charge is obtained by integrating the current over the
duration of the measurement and is given by the following equation:
t
Q = I × dt
∫
where
I is the current in amperes (A);
t is the time of measurement in seconds (s).
The mass of the powder or volume of liquid sample should be determined and the charge per
–1 –3
unit mass in (C × kg ) or charge per unit volume in (C × m ) calculated, where C is the
charge in coulombs
4.2 Elect
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.
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