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Messtechnische Charakterisierung elektrostatischer Entladungen

31.12.2008

Elektrostatische Entladungen sind eine häufige Zündquelle von Explosionen. Deren Zündfähigkeit hängt mit der während des Durchbruches der Gasstrecke übertragenen Impulsladung zusammen. Die Impulsladung wird daher als sicherheitstechnisches Kriterium für in explosionsfähigen Atmosphären eingesetzte Geräte und Prozesse verwendet. Die messtechnische Bestimmung dieser Größe stellt somit eine bedeutende Aufgabe dar. In sicherheitstechnischen Anwendungen wird die Impulsladung mit zwei unterschiedlichen Messverfahren bestimmt - "Shunt" und "Handcoulombmeter".

Beide Messverfahren wurden auf Einflüsse der Ladungspolarität und der relativen bzw. absoluten Luftfeuchte untersucht. Dabei konnte keine Abhängigkeit von der Polarität der Ladung festgestellt werden (Abb. 1). Die relative Luftfeuchte stellte sich in Abhängigkeit der Temperatur als eine wichtige bei elektrostatischen Entladungen zu kontrollierende Größe heraus (Abb. 2). Von konstant guten Messwerten ist bei Temperaturen zwischen 10°C und 30°C bei eine relativen Luftfeuchte unter 40% auszugehen. Dies bestätigte die gängige Praxis, Messungen elektrostatischer Entladungen bei unter 30% relativer Luftfeuchte durchzuführen.

Des Weiteren wurden zum ersten Mal im Explosionsschutz angewendete Messverfahren einer metrologischen Betrachtung nach dem "`Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement"' (GUM) [1] unterzogen. Dabei stellte sich heraus, dass eine metrologische Betrachtung sicherheitstechnischer Untersuchungen sinnvoll durchgeführt werden kann und wichtige Erkenntnisse liefert. Für das Messverfahren Shunt ergab sich eine erweiterte Messunsicherheit von +-8,1 nC (Erweiterungsfaktor k=2,0). Beim Handcoulombmeter betrug die erweiterte Messunsicherheit +-5,9 nC (k=2,1).

[1] Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement, International Organization for Standardization, Switzerland, corrected and reprinted 1995