理解和处理一个工业静态问题

大多数人从小就遇到过静电的例子。当你抓住门把手或亲吻某人时触摸鼻子时，你可能会感到震惊。也许你在抚摸猫咪的时候看到了它头发上的火花。在学校里，你可能会在头上摩擦一个气球，然后看着你的头发在你举起气球时竖起。所有这些例子都遵循静电产生和放电的相同原理。

在这篇文章中，我们将讨论与静电相关的问题，以及如何有效地解决这些问题。

静电是如何产生的

在原子水平上，材料在原子核中有带正电荷的质子，在壳层中有带负电荷的电子。余额要求每个数字相同。当平衡因原子或分子中一个或多个电子的丢失或增加而改变时，就会产生静电。在几种可能性中，这种损失或增加的主要机制是摩擦。当两种材料（相似或不同）彼此接触时，即使接触缓慢、短暂或温和，相邻表面之间也会产生摩擦。电子可以转移，导致施主和受主原子或分子的不平衡。先前相互接触的两个表面的分离也会导致电子转移。

一些被称为导体的材料可以很容易地沿着电子从一个原子流向另一个原子。这些材料，特别是当与称为接地的大导电质量接触时，可以通过导电释放多余的或快速恢复不足的电子，从而将电荷重新平衡到中性。称为绝缘体的非导电材料不容易将电子从一点移动到另一点。最初由摩擦产生的不平衡状态可以持续很长一段时间，直到后来的某种机制引入了可以接受或提供电子的材料。这可以是人、物体或地面路径，也可以是空气中的粒子。

造成不良条件

再平衡可能会突然发生，比如我们个人经历的冲击。在工业环境中，再平衡可能导致各种不良条件。小的电子通路可能被破坏。原材料和成品可能受到污染。塑料织带可以附着在自身或搬运设备上。输送的产品可能相互排斥，导致送料错误、错位或掉落。根据电击的严重程度，操作员可能会感到不适或受伤。此外，再平衡可能是不完整的或暂时的，导致缺陷和不必要条件的累积。

用电离器中和静电

有一系列称为电离器的静电中和产品，包括SMC。电离器通过将环境空气分子置于非常高的电压下，集中在针状发射器的尖端，产生称为离子的正电荷和/或负电荷粒子。

一些产品形式包括棒、风扇和喷嘴。每个电离器产生离子，然后使用压缩空气或风扇的强制空气将其推向目标不平衡材料。一旦离子接触到不受欢迎的带电物质，电子就会被交换，从而中和不平衡。中和静电的结果是更成功的生产操作和操作员舒适度。

条形离子发生器，如SMC的IZS41，配有内置高压电源和离子发射器，以及用户设置和反馈控制。

静态不平衡的存在在工厂环境中通常是明显的，尽管潜在的机制可能不是。很难理解如何把握问题的严重性或安排治疗。基本的故障排除大纲有助于指导方法：

• 识别故障模式。
• 确定遇到的材料。
• 识别导致静态相关问题的流程。
• 描述静态中和后的最佳结果。
• 在该区域内，选择理想的治疗位置。
• 使用手持式仪表测量电荷的大小和极性。
• 选择最适合治疗空间的电离器类型。
• 安装并定向电离器。
• 如果设置可用，将电离器调整至最合适的设置。
• 观察治疗并将结果与预期进行比较。

识别故障模式

故障模式是静态问题的证据，识别它通常需要最少的努力。可能是标签未粘附在包装上。在质量检查期间，电子部件或组件可能无法正常工作。塑料织带在滚筒上移动时可能会粘在自己身上。在某些情况下，塑料瓶会从传送带上跳下，或者模制零件在离开料斗时会出现送料错误。

识别材料

非导电材料最有可能积聚电荷，而塑料在工业环境中最常受到影响。不太明显的材料，如用于纺织品的玻璃和天然纤维，可以携带静电。不同的材料可以归入所谓的摩擦电系列。系列的一端是有利于带过量正电荷的材料。另一端是倾向于带负电荷的材料。当两种不同的材料相互接触时，序列中它们之间的相对距离可以预测电荷的大小，或者电荷被传递的可能性。了解该系列有助于预测静态问题，从而采取预防措施。在现有条件下，电荷的来源可能更容易确定。

确定流程

在观察导致静电的潜在过程时，注意摩擦或分离、非导电材料和故障模式的位置。这些因素通常会指向静电的来源。有时在一个步骤中获得充电，而直到稍后才观察到故障症状。在接近电荷产生操作时，封装问题通常很明显。相反，在功能测试完成之前，电子设备可能不会出现静电损坏的症状。

描述治疗的最佳结果

人们通常只会寻求扭转生产错误。某些操作可能对静态负载有不同程度的公差。设定一个性能限制可能会导致通过多种方式优化治疗。例如更改设置、添加另一个设备、以不同的方式定向电离器或完全重新定位电离器。另一方面，如果安装无效，将导致重新评估流程。

设置理想的治疗位置

如上所述，最初可确定多个区域需要治疗。根据失效容限，一些可能会被排除在考虑之外。例如，满是灰尘的包装可能不美观，但在填充或贴标签之前可能不需要清洁。另一个例子是，处理摩擦可能会立即产生更多的静电，但可能不存在不可容忍的故障模式。通常，理想的处理位置是在下一道工序改变产品状态或方向之前。

测量电荷的大小和极性

手持电表可以验证电荷的存在、大小和极性。它们是诊断和评估治疗的有用设备。电荷的大小很重要，因为一些静电感应行为在电荷低于阈值之前不会减弱。极性是很重要的，因为一些设备可以产生具有相反电荷的离子。用相反电荷处理将比用平衡离子产生处理更快地减少静态不平衡。

选择一种电离器类型

有不同类型的电离器。枪将离子引入被触发的压缩空气射流中。它们是手动操作的，通常用于清洁。喷嘴适用于小目标，如用于标签粘合的表面或小型模制零件。空气形状通常是一个膨胀的锥形空气，通过单个发射器投射。

风扇将环境空气吹过多个离子发射器，穿过中等距离。它们节省能源，因为它们不需要压缩空气供应，并且在没有基础设施的情况下非常方便。但是，环境空气不太干净，可能会引入污染物。

SMC IZF系列风扇电离器使用环境空气而不是压缩空气将中和离子分布在中等距离。

条状物形成一个长长的电离空气幕，适合覆盖长或宽的目标区域。可提供多种长度，发射器和空气喷嘴的数量取决于杆的长度。它们可以纵向或横向定位到目标对象的路径，具体取决于将静态幅值降低到所需阈值以下所需的时间。

SMC的IZT40等远程电离棒有多种长度，形成一个长空气幕，覆盖一个长或宽的目标区域。这些电离器将电源和控制装置分开，使它们能够安装在狭小的空间中。

安装并定向电离器

正确的方向确保生成的离子流覆盖预期区域。由于机器结构的原因，可能会有一些限制，但是离子越靠近不平衡的材料产生，它就越快被重新平衡。如果方向不正确，离子可能会漂移，可能会被相邻接地物体虹吸，或者在到达目标之前可能会与电荷相反的离子重新结合。将带有压缩空气吹扫的电离器放置在离目标较近的位置可能会降低吹扫压力，这将节省能源。

调整电离器设置

风扇电离器可能具有速度设置。风扇转速越低，对松散物品的干扰越小。更高的速度将提供更快的中和和更大的覆盖面积。条形离子发生器将具有更大的控制范围。离子极性、脉冲频率和平衡可调。某些条形图具有用于发射器清洁的灵敏度设置警报。吹扫空气压力可针对棒和喷嘴进行调整。

观察治疗并与预期进行比较

由于离子是不可见的，因此测量输出以确认离子生成正在运行是有用的。对目标过程的观察将证实治疗的有效性。观察和比较构成了一个反馈回路，它会导致满意或优化。快速移动的目标，如web提要和传送的包，可能不会暴露在处理下足够长的时间以消除静电。可能需要额外或重新定向的电离器。控制装置可能需要调整。如果结果令人满意，可以降低吹扫压力以节约能源。或者，可以提高生产率。

关于作者

Daniel Rebennack在自动化行业以各种身份工作了近30年。他最初的大部分工作是在设计和工艺工程方面。在19年前加入SMC后，气动成为他的关注焦点。在SMC，他担任过设计工程师和产品经理。

关于美国SMC公司

SMC Corporation of America是全球组织的一部分，支持每个工业化国家的客户，是SMC Corporation在日本的美国子公司。自成立以来，SMC一直是气动技术领域的领导者，根据“为工业自动化节省劳动力”的指导原则，为工业提供支持自动化的技术和产品。在过去50多年中，SMC的产品通过在世界市场的销售、技术、供应和售后服务而成为公认的国际品牌。

在53个国家设立了子公司和合资企业。生产设施遍布30个国家。此外，销售网络遍布83个国家，在500个地点提供当地服务。SMC提供多年来积累的技术、在新产品中发挥作用的工程师、能够在短时间内交付多种产品的生产能力，以及在美国和世界各地的广泛销售网络。有关更多信息，请访问https://www.smcusa.com/.

所有照片由SMC提供。

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