一种本安防爆型人体静电释放球的制作方法

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爆炸事故、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。

技术实现要素：

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爆炸性混合物的电路。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%（最易爆炸的浓度）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：包括连接大地的静电释放球，静电释放球外围包裹导电橡胶，所述静电释放球和所述导电橡胶除包裹交接缝或交接面外有空隙空间，所述导电橡胶上至少布置一个导电块，当手接触静电释放球外围包裹的导电橡胶时进行人体静电预放电，进一步用手按动所述导电橡胶压缩所述空隙空间直至所述导电块和所述静电释放球接触实现人体直接接地完成人体静电完全释放，所述静电释放球外围包裹的导电橡胶的电阻值大于所述导电块的电阻值。

所述的一种本安防爆型人体静电释放球，其特征是：所述导电块是低电阻值导电橡胶或导体。

所述的一种本安防爆型人体静电释放球，其特征是：所述导电块是低电阻值导电橡胶，其电阻值为0兆欧姆~200兆欧姆。

所述的一种本安防爆型人体静电释放球，其特征是：所述静电释放球外围包裹的导电橡胶的电阻值为10兆欧姆~1000兆欧姆。

所述的一种本安防爆型人体静电释放球，其特征是：在所述空隙空间还包括第二导电橡胶和导电块，通过所述第二导电橡胶和导电块进行1次预放电。

进一步，还包括第n导电橡胶和导电块，进行n次预放电，n为预放电的次数。

所述的一种本安防爆型人体静电释放球，其特征是：导电橡胶包裹的内腔内设置梳形导电橡胶条，当手按动所述导电橡胶时带动所述导电橡胶条依次和所述静电释放球接触，实现预放电时接地电阻不断减小。

所述的一种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导电块和静电释放球的回路中，用于指示导电块和静电释放球的接触状态。

所述的一种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。

所述的一种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。

所述的一种本安防爆型人体静电释放球，其特征是：在静电释放球或导电块上设置有金属弹片，由金属弹片提供触感反馈或声响反馈。

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。

附图说明

图1为本发明装置原理图。

图2为本发明导电橡胶压缩后示意图。

图3为本发明增加梳形导电橡胶条的实施方案。

图4为本发明串接指示灯的电路图。

图5为本发明增加机械振铃提示的实施方案。

图6为本发明增加1次预放电的实施方案。

图7为图1实施方案的等效电路图。

图8为图6实施方案的等效电路图。

图9为图1的一种变形实施方案。

图10为本发明增加声响指示或触感反馈的实施方案。

图11为本发明采用导电永磁体接触放电的实施方案。

图12为图11实施方案的另一种形态。

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。静电释放球101由导电材料制成，在静电释放球101外围包裹导电橡胶102，静电释放球101和导电橡胶102之间有空隙空间107，106为导电橡胶包裹静电释放球的交接缝，静电释放球101连接在支架103上，104为底盘，支架103及底盘104由导电材料制成并接入大地，导电橡胶102上至少布置一个导电块105，导电块由低电阻值导电橡胶（导电块的电阻值小于导电橡胶的电阻值，在静电领域小于10兆欧姆的电阻可以认为是导体）或导体（如金属）制成。图7为图1实施方案的等效电路图，进一步参照图2，其工作过程：

①手触摸导电橡胶102及导电块105，人体静电通过导电橡胶102和静电释放球101的连接交接处进行预放电，此时不会产生触摸时的静电火花，也避免了人体放电的点击感，参照等效电路图7，r为导电橡胶分布电阻。

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，取导电橡胶电阻为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。

②继续用手按动导电橡胶102及导电块105压缩空隙空间107直至导电块105和静电释放球101接触实现人体直接接地完成人体静电完全释放，参照等效电路图7，开关k闭合相当于导电块105和静电释放球101接触导电。

③松手后导电橡胶102及导电块105在导电橡胶的弹性下复位，等待下次消除人体静电操作。

图3为本发明增加梳形导电橡胶条的实施方案。导电橡胶102包裹的内腔内设置梳形导电橡胶条301，当手按动导电橡胶102时带动导电橡胶条301依次和静电释放球101接触，实现预放电时接地电阻不断减小，实现静电均匀释放，进一步减少对人体的点击感。

图4为本发明串接指示灯的电路图。由电源e、led回路组成，当导电块105和静电释放球101接触后由led发光指示，led为本安防爆指示灯。

图5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：在导电块105上设置绝缘杆503,绝缘杆503连接敲击锤502，当手按动电橡胶102及导电块105时带动绝缘杆503使敲击锤502敲击铃体501发声，从而提示人体静电释放完成。

图6为本发明增加1次预放电的实施方案。在图1实施方案的基础上，在107空隙空间中增加导电橡胶603，导电橡胶603同样包裹在静电释放球101外围并留有空隙空间602，在导电橡胶上设置导电块601，其等效电路见图8，其工作过程：

①手触摸导电橡胶102及导电块105，人体静电通过导电橡胶102和静电释放球101的连接交接处进行预放电，此时不会产生触摸时的静电火花，也避免了人体放电的点击感，参照等效电路图8，r为导电橡胶分布电阻。

②继续用手按动导电橡胶102及导电块105压缩空隙空间107直至导电块105和导电块601接触实现1次预放电，参照等效电路图8，相当于k1闭合，通过选择电阻值可以进一步消除人体的电击感。

③继续用手按动导电橡胶102及导电块105带动导电块601进一步压缩空隙空间602直至导电块601和静电释放球101接触实现人体直接接地完成人体静电完全释放，参照等效电路图8，开关k2闭合相当于导电块601和静电释放球101接触导电。

④松手后导电橡胶102及导电块105在导电橡胶的弹性下复位，等待下次消除人体静电操作。

进一步，还可以在导电橡胶按动的行程中，设置第n导电橡胶和导电体，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。

实施例中，导电材料可以为金属材料，如不锈钢。

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）。

图9为图1的一种变形实施方案，考虑到导电橡胶102和静电释放球101需要可靠电连接，交接缝106为管状面接触（交接面），即导电橡胶紧密套接在和静电释放球连接的圆柱体上，导电橡胶设置瓦楞状形态901以便于压缩，进一步设置防爆呼吸孔902用于空气进出。防爆呼吸孔的另一作用是即使导电块和静电释放球之间出现静电火花也会被封闭在空隙空间中，适合高等级防爆场所使用。静电释放球101由导电材料制成并接地，静电释放球是沿用传统产品的称谓，在本发明中可以理解为接地导体，由于人手掌为弧形，所以最终产品的形态为适合人手的弧形形态，沿用人体静电释放球，本发明可以理解为人体静电释放器。

图10为本发明增加声响指示或触感反馈的实施方案，传统静电释放球的本质即接地导体，1011为接地导体，在接地导体1011上设置导电部1004和与其相连的弹片1003，导电块105上设置导电部1001和与其相连的弹片1002，当进行按压动作时，弹片1002和1003相碰弯曲（即接触导电，接触时间和按压速度、弹片长度有关，可以通过调节弹片长度获得所需要的时间），弹片受阻产生抵抗力，继续按压使弹片1002越过1003，此时弹片1002突然失去抵抗使手获得触感，同时弹片1002和弹片1003发生震动实现声响指示。当然导电部和与其相连的弹片可以只设置一组。

声响指示：在导电橡胶腔体中，设置至少一个弹片连接在导电块或\和接地导体上，当手按动本制品时弹片被触碰弯曲并越过障碍物发生震动实现声响指示。

或采用金属弹片，设置至少一个金属弹片连接在导电块或接地导体上，当手按动本制品时金属弹片被触碰弯曲突变发生震动实现声响指示。

触感反馈：在导电橡胶腔体中，设置至少一个弹片连接在导电块或\和接地导体上，当手按动本制品时弹片被触碰弯曲产生抵抗并越过障碍物使手获得触感提示。

或采用金属弹片，设置至少一个金属弹片连接在导电块或接地导体上，当手按动本制品时金属弹片被触碰弯曲突变使手获得触感提示。

金属弹片采用传统开关用的弹片：金属弹片（又称锅仔片或metaldome,snapdome），采用超薄（0.05mm-0.1mm厚度）和超厚(一般硬度较高的）不锈钢301或者304材料制作而成。金属弹片主要应用于薄膜开关、接触开关、pcb板、fpc板，医疗器械等产品中。金属弹片的工作原理：薄膜按键上的金属弹片位于pcb板上的导电部位(大部分位于线路板上的金手指上方），当受到按压时，弹片的中心点下凹，接触到pcb上的线路从而形成回路，电流通过，整个产品就得以正常工作。一般常规的金属弹片，依其不同的形状分为：圆形金属弹片、十字形金属弹片、三角形金属弹片、椭圆形金属弹片。

由于弹片发生接触的过程是持续一段时间，该时间大于0.1秒（该时间和按压速度、弹片长度有关，可以通过调节弹片长度获得所需要的时间），而直接接地释放人体静电所需的时间小于0.1秒（一般为0.08秒），所以该方案获得确保速释放人体静电所需要的时间的效果（意想不到的效果）。

图11为本发明采用导电永磁体接触放电（即磁性接地装置）的实施方案，1101为导电弹性件，如弹簧，1102为导电永磁体，或包裹导电材料的永磁体，永磁体的磁极方向或方式不做限制，接地导体1011为铁磁性导电材料，当进行按压动作时，导电永磁体1102不断接近接地导体1011，最终发生吸合使导电体105通过导电弹性件1101、导电永磁体1102实现导电块105和接地导体1011稳定电连接，该稳定电连接会持续一定的时间（该时间由导电弹性件的弹性系数和永磁体的磁力决定，可以认为进行调节），该时间远远可以满足彻底释放静电所需要的时间，同时永磁体的吸合动作会传导至手部形成触感，或永磁体的吸合动作发出碰撞声响。导电橡胶102的恢复弹力大于导电永磁体的吸合力，松手后磁性接地装置开路。

图12为图11实施方案的另一种形态，导电永磁体设置在接地导体1011上并和其电连接，设置衔铁1201和导电永磁体1102配合工作。

另外，本案中采用的导电橡胶可以由绝缘弹性材料和电阻替代，即用绝缘弹性材料制造本案的按压装置，同时在导电块和静电释放球或地之间跨接电阻，电阻推荐值为10兆欧姆~1000兆欧姆。

本发明所有实施例中的导电橡胶可以扩展理解为亚导体弹性材料。

因此，本案的权利要求拓展为：

一种本安防爆型人体静电释放球\器，其特征是：包括接地导电体，接地导电体外围包裹亚导体弹性材料，所述接地导电体和所述亚导体弹性材料除包裹交接缝\面外有空隙空间，所述亚导体弹性材料上至少布置一个导电块，当手接触接地导电体外围包裹的亚导体弹性材料和导电块时进行人体静电预放电，进一步用手按动所述亚导体弹性材料压缩所述空隙空间直至所述导电块和所述接地导体电连接实现人体直接接地完成人体静电完全释放。

接地导电体指使用时连接大地的导体。

所述接地导体外围包裹的亚导体弹性材料的接地电阻值大于所述导电块的电阻值。

所述的一种本安防爆型人体静电释放球\器，其特征是：所述导电块是低电阻值亚导体弹性材料或导体。

所述的一种本安防爆型人体静电释放球\器，其特征是：还包括由弹片构成的发声装置，或由弹片构成的触感反馈装置。

所述的一种本安防爆型人体静电释放球\器，其特征是：还包括磁性接地装置，磁性接地装置至少包括导电弹性件和导电永磁体。

所述的一种本安防爆型人体静电释放球\器，其特征是：所述空隙空间和外界由呼吸孔或呼吸道连接。

所述呼吸孔或呼吸道为防爆呼吸孔或防爆呼吸道。

所述的一种本安防爆型人体静电释放球\器，其特征是：所述亚导体弹性材料是导电橡胶。

所述的一种本安防爆型人体静电释放球\器，其特征是：所述导电块是低电阻值导电橡胶，其电阻值为0兆欧姆~200兆欧姆。

所述的一种本安防爆型人体静电释放球\器，其特征是：所述静电释放球外围包裹的导电橡胶的电阻值为10兆欧姆~1000兆欧姆。

所述的一种本安防爆型人体静电释放球\器，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。

一种本安防爆型人体静电释放球\器，其特征是：亚导体弹性材料可以被绝缘弹性材料和电阻r1所替代，电阻r1跨接在所述导电块和接地导体之间。

所述电阻r1的阻值为10兆欧姆~1000兆欧姆。

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/t11210-2014（推荐值电阻值不超过300mω）、gjb2605-1996、gb12014-1989。mω即兆欧姆。

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。