阅读说明：本技术 本安防爆型人体静电释放球 (Intrinsic safety explosion-proof human body static electricity releasing ball ) 是由 邵家辉 许诺 吴东辉 于 2020-04-24 设计创作，主要内容包括：本发明涉及人体静电释放消除的技术领域,特别是一种本安防爆型人体静电释放球。其特征是：至少包括触摸球、弹性复位装置、永磁体、常闭磁控开关、地线,所述常闭磁控开关一端连接在所述触摸球上,所述常闭磁控开关另一端连接在所述地线上,所述触摸球可以沿一轴线做行程运动,手按动触摸球前常闭磁控开关处于永磁体的磁场中而处于开路状态,手按动触摸球进行行程运动使常闭磁控开关失去永磁体的磁场而闭合,人体静电通过手触摸的触摸球传导至地线,松手后在所述弹性复位装置的作用下使触摸球复位并使常闭磁控开关获得永磁体的磁场而开路。(The invention relates to the technical field of human body static electricity discharge elimination, in particular to an intrinsic safety explosion-proof human body static electricity discharge ball. The method is characterized in that: the touch ball is pressed by hand to perform stroke motion to enable the normally closed magnetic control switch to lose the magnetic field of the permanent magnet and be closed, the static electricity of a human body is conducted to the ground wire through the touch ball touched by hand, and after the hand is released, the touch ball is reset under the action of the elastic resetting device and enables the normally closed magnetic control switch to obtain the magnetic field of the permanent magnet and be opened.)

本安防爆型人体静电释放球

技术领域

本发明涉及人体静电释放消除的技术领域，特别是一种本安防爆型人体静电释放球。

背景技术

人体静电释放球又名人体静电消除球，静电消除球是一种适用于易燃、易爆和防静电场所的人体静电释放产品，研发的主要目的是在易燃，易爆危险区域和防静电场所将人体本身所积累的静电电荷安全的泻放掉，避免因人体静电而引发的火灾***事故、人体电击及减少电子元件的静电损害现象的发生。

但现有的人体静电释放球用不锈钢制作，球体（触摸球）连接大地，当手接触球体后将人体静电迅速引入大地，在此过程中，当手接触球体的瞬间有可能产生放电火花，该火花对于易燃，易爆场所是不安全的，另外人体也会有电击感而产生不适。

人体静电释放需要一定的时间（弛豫时间），对于传统的固定静电释放球，操作人员很难主观判断是否达到消除静电所需要的时间。

发明内容

本质安全源于按GB3836.4—201标准，防爆电器分为隔爆型、增安型、本质安全型等种类，本质安全型电器设备的特征是其全部电路均为本质安全电路，即在正常工作或规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不能点燃规定的***性混合物的电路。也就是说该类电器不是靠外壳防爆和充填物防爆，而是其电路在正常使用或出现故障时产生的电火花或热效应的能量小于0.28mJ， 即瓦斯浓度为8.5%（最易***的浓度）最小点燃能量。

人体静电释放要求不产生火花、不产生电击感，同时放电时间也不能太长，根据Q（电量）=U（电压）*C（电容），I（电流）=U（电压）/R（电阻），通常人体电容为一定值，为了避免瞬间放电，要设置放电电阻，即限制放电功率P=U²/R（放电功率随电压的平方迅速下降），但恒定电阻时，随着电量下降，电压也下降，放电电流就会减小，放电时间就会延长，由于放电功率随电压的平方迅速下降（P=U²/R），如果限定一个放电功率，要快速放电则电阻要迅速减小。

根据放电的时间常数T=RC，在C一定的境况下电阻越大需要的放电时间越长，而电阻太小则放电功率大，容易产生火花，所以本案还要解决的是变电阻放电。

本发明的目的是在人体静电释放过程中不产生电火花（或隔绝电火花），进一步对人不产生电击感，并实现快速释放静电。

本发明的技术方案是：

一种本安防爆型人体静电释放球，其特征是：至少包括触摸球、弹性复位装置、永磁体、常闭磁控开关、地线，所述常闭磁控开关一端连接在所述触摸球上，所述常闭磁控开关另一端连接在所述地线上，所述触摸球可以沿一轴线做行程运动，手按动触摸球前常闭磁控开关处于永磁体的磁场中而处于开路状态，手按动触摸球进行行程运动使常闭磁控开关失去永磁体的磁场而闭合，人体静电通过手触摸的触摸球传导至地线，松手后在所述弹性复位装置的作用下使触摸球复位并使常闭磁控开关获得永磁体的磁场而开路。

一种本安防爆型人体静电释放球，其特征是：至少包括触摸球、弹性复位装置、永磁体、常闭磁控开关、地线，所述常闭磁控开关一端连接在所述触摸球上，所述常闭磁控开关另一端连接在所述地线上，所述永磁体连接在所述触摸球上并可以沿一轴线做行程运动，在行程对应的初始位置设置所述常闭磁控开关，手按动触摸球前常闭磁控开关处于永磁体的磁场中而处于开路状态，当手按动触摸球时带动永磁体进行行程运动，当永磁体远离常闭磁控开关时该常闭磁控开关闭合，人体静电通过手触摸的触摸球传导至地线，松手后在所述弹性复位装置的作用下使触摸球复位并使常闭磁控开关获得永磁体的磁场而开路；

或：至少包括触摸球、弹性复位装置、永磁体、常闭磁控开关、地线，所述常闭磁控开关一端连接在所述触摸球上，所述常闭磁控开关另一端连接在所述地线上，所述常闭磁控开关连接在所述触摸球上并可以沿一轴线做行程运动，在行程对应的初始位置设置所述永磁体，手按动触摸球前常闭磁控开关处于永磁体的磁场中而处于开路状态，当手按动触摸球时带动常闭磁控开关进行行程运动，当常闭磁控开关远离永磁体时该常闭磁控开关闭合，人体静电通过手触摸的触摸球传导至地线，松手后在所述弹性复位装置的作用下使触摸球复位并使常闭磁控开关获得永磁体的磁场而开路。

所述的本安防爆型人体静电释放球，其特征是：设置一电阻和所述常闭磁控开关并联，其电阻值为：10兆欧姆~1000兆欧姆。

所述的本安防爆型人体静电释放球，其特征是：还包括第二常闭磁控开关和电阻，第二常闭磁控开关的一端连接在所述触摸球上，第二常闭磁控开关另一端串接所述电阻后连接在所述地线上，第二常闭磁控开关位于永磁体的初始位置的磁场中，当手按动触摸球时带动永磁体进行行程运动时，第二常闭磁控开关的动作先于第一常闭磁控开关的动作，通过所述电阻进行预放电。

进一步，还包括第n常闭磁控开关和电阻，进行n次预放电，n为预放电的次数。

一种本安防爆型人体静电释放球，其特征是：至少包括触摸球、弹性复位装置、永磁体、常闭磁控开关、电阻、常开磁控开关、地线，所述常闭磁控开关串接所述电阻跨接在所述触摸球和所述地线之间，常开磁控开关的一端连接在所述触摸球上，常开磁控开关另一端连接在所述地线上，所述永磁体连接在所述触摸球上并可以沿一轴线做行程运动，在行程对应的初始位置设置所述常闭磁控开关，常开磁控开关位于永磁体行程运动的行程中，手按动触摸球前常闭磁控开关处于永磁体的磁场中而处于开路状态，常开磁控开关不处于永磁体的磁场中而处于开路状态，当手按动触摸球时带动永磁体进行行程运动，当永磁体远离常闭磁控开关时该常闭磁控开关闭合，人体静电通过手触摸的触摸球、电阻传导至地线进行预放电，继续按动使永磁体接近常开磁控开关使之闭合，人体静电通过手触摸的触摸球传导至地线进行完全放电，松手后在所述弹性复位装置的作用下使触摸球复位并使常开磁控开关失去永磁体的磁场而开路，使常闭磁控开关获得永磁体的磁场而开路。

进一步，所述电阻为2千欧姆~1000兆欧姆。

再进步优化，所述电阻为50兆欧姆~400兆欧姆。

所述的本安防爆型人体静电释放球，其特征是：有指示灯串接在所述常闭磁控开关或常开磁控开关的回路中，用于指示磁控开关的工作状态。

所述的本安防爆型人体静电释放球，其特征是：磁控开关为防爆磁控开关。

所述的本安防爆型人体静电释放球，其特征是：磁控开关为干簧管。

所述的本安防爆型人体静电释放球，其特征是：弹性复位装置由弹簧组成。

所述的本安防爆型人体静电释放球，其特征是：弹性复位装置由橡胶或导电橡胶制成。

所述的本安防爆型人体静电释放球，其特征是：还包括静电检测装置，用于检测静电的释放效果，并以声或光进行提示。

所述的本安防爆型人体静电释放球，其特征是：还包括机械振铃，当人体静电释放完成后以振铃提示。

所述的本安防爆型人体静电释放球，其特征是：所述常闭磁控开关和所述永磁体的安装位置可以互换。

本发明的有益效果是：在人体静电释放过程中不产生电火花（或隔绝电火花），进一步对人不产生电击感，同时，由于按动行程的存在，保证了静电释放所需要的时间（意想不到的效果）。

附图说明

图1为本发明装置原理图。

图2为本发明增加1次预放电的装置原理图。

图3为本发明串接指示灯的电路图。

图4为本发明增加机械振铃提示的实施方案。

图5为结合常开干簧管（常开磁控开关）进行二次放电的实施方案。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明装置原理图，301为常闭干簧管。触摸球101由导电材料制成，202为连接在触摸球101上的行程杆，在行程杆202上设置有弹簧201，弹簧201的作用是当手释放触摸球101后使行程杆202复位，在行程杆202上设置有永磁体302，102为绝缘材料制成的过渡段，其作用是使触摸球101和支架103保持绝缘，104为底盘，支架103及底盘104由导电材料制成，常闭干簧管301的一端连接在触摸球101上，另一端连接在支架上以便接入大地。其工作原理：

人体带有静电时，用手触摸触摸球101并按动触摸球101（用手触摸触摸球101但按动前，常闭干簧管301处于永磁体302的磁场中而处于开路状态，触摸球101没有接地，所以在手触摸触摸球101时不会产生电火花），按动过程中，触摸球101带动行程杆202在一轴线上进行行程运动，同时带动永磁体302做行程运动，当永磁体远离常闭干簧管301时，常闭干簧管301闭合，此时人体静电通过闭合的干簧管301导入底盘并入地，当手释放触摸球101后，在弹簧201的作用下使行程杆202带动触摸球101一起复位。

考虑到永磁体和干簧管构成接近开关，永磁体和干簧管的安装或设置位置可以互换，连接电线路不变。

由于干簧管的两个电触点位于封闭空间内，属于防爆器件，即使干簧管的电触点产生电火花也不会传到到外界，所以是本安防爆器件，经一步，干簧管的外壁可以由非磁性材料制成，如铝管，这样防爆效果更佳。

考虑到静电接地概念，泄露电阻在10兆欧姆~1000兆欧姆都属于防静电材料，实际上几兆欧姆的电阻就相当于直接接地（零电阻接地容易产生静电火花），可以设置一电阻和所述常闭干簧管301并联，触摸时进行预放电，其电阻值为：10兆欧姆~1000兆欧姆。同时，由于按动行程的存在（根据RC放电曲线，3秒左右即可预释放70%的人体电压），保证了静电预释放所需要的时间（意想不到的效果）。

考虑到实施方案的变形方案，本发明的本质特征是：触摸球设置有永磁体，永磁体对应的适当位置设置常闭磁控开关（常闭干簧管），常闭磁控开关跨接在触摸球和地之间。进一步有10兆欧姆~1000兆欧姆的电阻和常闭磁控开关并联。变形实施方案如：触摸球为导电橡胶制成，永磁体设置在导电橡胶上，常闭磁控开关跨接在导电橡胶和地之间，导电橡胶的电阻值为10兆欧姆~1000兆欧姆（相当于并联在常闭磁控开关两端的电阻），由导电橡胶的弹性（相当于弹性复位装置）使永磁体复位。

图2为本发明增加1次预放电的装置原理图。该实施例中，在图1实施例的基础上增加第二常闭干簧管303和电阻401，第二常闭干簧管303和电阻401串联后连接在触摸球101和地之间，在初始位置常闭干簧管301、303处于永磁体302的磁场中而处于开路状态，在行程杆202的行程中，303现行动作，301后动作，其过程：

①手触摸触摸球101，此时由过渡段102保持触摸球101和地绝缘，不会产生触摸时的静电火花；

②用手按动触摸球101带动行程杆202做行程运动；

③行程杆202上永磁体302离开第二常闭干簧管303使第二常闭干簧管303闭合，此时，通过电阻401对人体静电进行预放电，通过选择电阻401的阻值可以消除人体的电击感；

目前有采用亚导体材质触摸球体（行业标准SY/T7354-2017，电阻10兆欧姆~1000兆欧姆），降低瞬间人体静电释放能量减少电击感，但需要延长人体静电释放时间，而且由于电阻的存在，不能完全释放人体所带静电。

人体电阻一般2千欧姆~20兆欧姆，人体静电一般几千伏特~几万伏特，空气击穿场强约30kV/cm，手指尖的静电电击正是击穿空气所致，假设按1mm需3000伏特击穿，取9000伏特的人体静电电压，根据欧姆定律，人体分配到的电压不要超过3000伏特，则电阻取为为4千欧姆~600兆欧姆。根据 具体试验，取50兆欧姆~200兆欧姆可以满足大部分情况（比如100兆欧姆）。本案所述的电阻是静电过流的总电阻。人体电容一般为200pF，取人体电阻为10千欧姆，取电阻401阻值为330兆欧姆，根据RC曲线3秒后基本完成静电预释放，残留电压小于100伏特。

④继续按动触摸球101带动行程杆202继续做行程运动，行程杆202上永磁体302离开常闭干簧管301使常闭干簧管301闭合，此时，人体直接接地，完全释放人体静电（释放残留电压，放电时间小于0.08秒）。

⑤松手后在弹簧201的作用下带动行程杆202及触摸球101复位，等待下次消除人体静电操作。

进一步，还可以在永磁体的行程中，常闭干簧管301之前设置第n干簧管和电阻，进行n次预放电，n为预放电的次数。进行预放电的目的是为了进一步减少释放静电时对人的电击感，所以电阻应该设置为由大变小（根据具体情况，可以在1兆欧姆~1000兆欧姆从大到小选择），比如设置3次预放电，电阻可以设置为100兆欧姆、50兆欧姆、1兆欧姆。

图3为本发明串接指示灯的电路图。由电源E、干簧管、LED回路组成，当干簧管成功动作后由LED发光指示，LED为本安防爆指示灯。

实施例中，常闭干簧管可以推广为常闭磁控开关，如采用霍尔器件的固体开关，经一步，明确为防爆常闭磁控开关。

实施例中，弹簧201起到复位作用，推广为弹性复位装置。

实施例中，导电材料可以为金属材料，如不锈钢。

图4为本发明增加机械振铃提示的实施方案。该实施方案是一种无源提示解决方案，作用是当人体静电释放完成后以振铃提示，其工作原理是：衔铁503由铁磁性材料或永磁体（磁极安排和302相吸）制成，衔铁503另一端为敲击锤502，当行程杆202行程到极限位置，302和503相吸，带动502敲击铃体501发声，从而提示人体静电释放完成。

图5为结合常开干簧管（常开磁控开关）进行二次放电的实施方案，包括触摸球101、弹簧201、永磁体302、常闭磁控开关303、电阻401、常开磁控开关3001、地线，常闭磁控开关303串接电阻401跨接在触摸球101和所述地线之间，常开磁控开关3001的一端连接在触摸球上101，常开磁控开关3001另一端连接在地线上，永磁体302通过行程杆202连接在触摸球101上并可以沿一轴线做行程运动，在行程对应的初始位置设置常闭磁控开关303，常开磁控开关3001位于永磁体302行程运动的行程中，手按动触摸球101前常闭磁控开关303处于永磁体302的磁场中而处于开路状态，常开磁控开关3001不处于永磁体的磁场中而处于开路状态，当手按动触摸球101时带动永磁体302进行行程运动，当永磁体302远离常闭磁控开关303时该常闭磁控开关闭合，人体静电通过手触摸的触摸球101、电阻401传导至地线进行预放电，继续按动使永磁体302接近常开磁控开关3001使之闭合，人体静电通过手触摸的触摸球101传导至地线进行完全放电，松手后在弹簧201的作用下使触摸球101复位并使常开磁控开关3001失去永磁体的磁场而开路，使常闭磁控开关303获得永磁体的磁场而开路。

另外，还可以在静电释放的回路中设置辉光放电管用以显示静电的释放过程（在满足防爆要求的情况下，如采用防爆氖气泡）。

另外，考虑到干簧管的耐压，可以采用真空干簧管并加大电极之间的间隙，做为另一种方案可以在干簧管中充满绝缘耐压油构成浸油干簧管，如采用变压器油，变压器油的耐电强度可达4000kV/cm以上，变压器油的成份主要是由环烷烃、烷烃和芳香烃构成，变压器油的相对介电常数ε在2.2-2.4之间。浸油干簧管的一个特点是延迟开路或延迟闭合，对于本案，常闭干簧管的延迟闭合有利于延长人体静电预释放的时间，常开干簧管的延迟闭合有利于推迟人体直接接地的时间，也延长了人体静电预释放的时间。

本发明中给出的有关电阻的阻值可以理解为推荐值，不一定要限定本案的保护范围，具体根据有关行业的标准参照执行，如GB4385-1995（推荐值电阻值范围为100kΩ～1000MΩ）、GB/T 11210-2014（推荐值电阻值不超过300 MΩ）、GJB 2605-1996、GB 12014-1989、行业标准SY/T7354-2017（推荐电阻10兆欧姆~1000兆欧姆 ）。

上述应用模式及规则均不限定本发明的方法及系统的基本特征，并非限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，作出的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。