1. Werkprinsipe van die vonkafstand
Die vonkafstand funksioneer op grond van die beginsel van gasontlading. Wanneer 'n voldoende hoë spanning tussen twee elektrodes toegepas word, word die gas tussen die elektrodes geïoniseer, wat 'n geleidende kanal vorm en dus vonkontlading plaasvind. Hierdie proses is soortgelyk aan die ontladingsverskynsel wat tussen wolke en die grond tydens donder plaasvind. Die gas se ionisering is as gevolg daarvan dat die elektriese veldsterkte sterk genoeg is om die elektrone in gasmolekules voldoende energie te gee om vry te breek van die binding van atome of molekules, vry elektrone en ionne te vorm. Hierdie vry elektrone en ionne versnel onder die werking van die elektriese veld, bots met ander gasmolekules, veroorsaak meer ioniseringsprosesse, en lei uiteindelik tot die breuk van die gas en die vorming van vonkontlading.
Volgens Paschen se wet is die breekspanning van 'n gas 'n funksie van gasdruk, elektrode-afstand, en gassoort. Gegee 'n spesifieke gassoort en druk, is daar 'n sekere verhouding tussen elektrode-afstand en breekspanning. In die algemeen, hoe groter die elektrode-afstand, hoe hoër die breekspanning.
2. Basiese Metodes om die Vonkafstand te gebruik om Spanning te bepaal
Kalibrering van die Vonkafstandstoestel
Eerstens moet die vonkafstand gekalibreer word deur gebruik te maak van 'n bekende spanning. 'n Standaardspanningsbronne, soos 'n hoëakkuraatheid DC- of AC-spanningsgenerator, kan gebruik word en aan die elektrodes van die vonkafstand verbonden word. Verhoog die spanning stapsgewys totdat vonkgenerasie waargeneem word, en neem die spanningwaarde en die ooreenkomstige elektrode-afstand by hierdie tydstip op. Byvoorbeeld, vir 'n vonkafstand met lug as medium, wanneer die elektrode-afstand 1 mm is, is die gemeet breekspanning met die standaardspanningsbronne 3 kV, en dus word 'n kalibrasiestandpunt verkry.
Deur die elektrode-afstand te verander en die bo-opsomde proses te herhaal, kan 'n reeks breekspanningsdata vir verskillende elektrode-afstande verkry word, en die verhoudingskurwe tussen elektrode-afstand en breekspanning kan geteken word. Dit verskaf 'n kalibrasiestoelplasing vir die latere meting van 'n onbekende spanning.
Meting van die Onbekende Spanning
Wanneer 'n onbekende spanning bepaal word, verbind die onbekende spanningsbronne aan die gekalibreerde vonkafstandstoestel. Verhoog die spanning stapsgewys totdat vonkontlading waargeneem word. Meet die elektrode-afstand by hierdie tydstip, en dan, volgens die voorheen getekende kalibrasiekurwe, kyk na die ooreenkomstige spanningwaarde. Hierdie spanningwaarde is ongeveer die onbekende spanning. Byvoorbeeld, wanneer die spanning van 'n hoëspanningspuls gemeet word, en vonkgenerasie waargeneem word wanneer die elektrode-afstand 2 mm is, en die ooreenkomstige spanning uit die kalibrasiekurwe 6 kV is, dan word die spanning van die hoëspanningspuls ongeveer 6 kV bepaal.
3. Voorbereidings en Bronne van Fout
Invloed van Gas-toestande: Die soort, druk, en vochtigheid van die gas kan 'n beduidende impak hê op die breekspanning. Byvoorbeeld, in 'n hoog-vochtigheid omgewing, sal die toename in waterdampinhoud in die lug die breekspanning van die gas verlaag. Daarom is dit nodig om tydens die meting die gas-toestande so stabiel moontlik te hou. Indien moontlik, is dit die beste om die meting onder standaard atmosferiese druk en in 'n droë omgewing te doen, of maak korrigasies vir veranderinge in gas-toestande.
Invloed van Elektrodevorm en -oppervlaktoestand: Die vorm (soos sferies, naaldvormig, platplaatvormig, ens.) en oppervlaktoestand (soos ruwigheid, teenwoordigheid van oxide-laag, ens.) van die elektrodes sal ook die breekspanning van die vonkafstand beïnvloed. Verskillende vorms van elektrodes sal 'n oneffen elektriese veldverdeling veroorsaak, wat die breekspanning verander. Byvoorbeeld, die naald-plaat elektrodestruktuur het 'n elektriese veld wat by die punt van die naald-elektrode gekonsentreer is, wat dit meer geneig maak om te breek, en sy breekspanning is relatief laag. Die ruwigheid en oxide-laag op die elektrode-oppervlak kan gasmolekules absorbeer of die elektriese veldverdeling verander. Daarom is dit nodig om tydens die meting die konsekwentie van elektrodevorm en -oppervlaktoestand te verseker, of hierdie faktore in ag te neem en korrigasies te maak.
Beperkings van Metingsakkuraatheid: Meting van spanning deur middel van 'n vonkafstand is 'n relatief grof metode, en sy akkuraatheid word beperk deur verskeie faktore. Behalwe die bogenoemde gas-toestande en elektrodefaktore, is vonkontlading self 'n momentane en min of meer ewekansige proses wat moeilik presies beheer en gemeet kan word. Bovendien, in hoëspanningsituasies, kan meervoudige ontladings of kontinue boogskynsel plaasvind, wat ook die akkuraatheid van die meting resultate sal beïnvloed. Daarom word hierdie metode gewoonlik gebruik vir 'n grove skatting van die spanning eerder as vir hoëakkuraatheid spanningmeting.
