1. Princíp fungování jiskrového rozestupu
Jiskrový rozestup funguje na principu výboje plynu. Když je mezi dvěma elektrodami aplikováno dostatečně vysoké napětí, plyn mezi elektrodami se ionizuje, vytváří vodivý kanál a dochází k jiskrovému výboji. Tento proces je podobný výboji, který se odehrává mezi mračny a zemí během blesku. Ionizace plynu je způsobena tím, že síla elektrického pole je dostatečně silná, aby elektrony v molekulách plynu získaly dostatečnou energii, aby se osvobodily z vazby atomů nebo molekul, tvoříce volné elektrony a ionty. Tyto volné elektrony a ionty se za působením elektrického pole zrychlují, kolidují s dalšími molekulami plynu, což vyvolává více ionizačních procesů a nakonec vedou ke zhroucení plynu a vzniku jiskrového výboje.
Podle Paschenova zákona je průrazové napětí plynu funkcí tlaku plynu, vzdálenosti elektrod a typu plynu. Pro daný typ a tlak plynu existuje určitý vztah mezi vzdáleností elektrod a průrazovým napětím. Obecně platí, že čím větší je vzdálenost elektrod, tím vyšší je průrazové napětí.
2. Základní metody určení napětí pomocí jiskrového rozestupu
Kalibrace jiskrového rozestupu
Nejdříve je třeba kalibrovat jiskrový rozestup pomocí známého napětí. Lze použít standardní zdroj napětí, jako je vysokopřesný DC nebo AC generátor napětí, a připojit ho k elektrodám jiskrového rozestupu. Postupně zvyšujte napětí, dokud nenastane jiskrový výboj, a zaznamenejte hodnotu napětí a odpovídající vzdálenost elektrod. Například pro jiskrový rozestup s vzduchem jako prostředkem, kdy vzdálenost elektrod je 1 mm, by měřené průrazové napětí pomocí standardního zdroje napětí bylo 3 kV, což dává kalibrační datový bod.
Změnou vzdálenosti elektrod a opakováním výše uvedeného postupu lze získat řadu dat o průrazovém napětí pro různé vzdálenosti elektrod a vytvořit vztahovou křivku mezi vzdáleností elektrod a průrazovým napětím. To poskytuje kalibrační základ pro následné měření neznámého napětí.
Měření neznámého napětí
Při určování neznámého napětí připojte neznámý zdroj napětí k kalibrovanému jiskrovému rozestupu. Postupně zvyšujte napětí, dokud nenastane jiskrový výboj. Měřte vzdálenost elektrod v tomto okamžiku a pak podle předchozí kalibrační křivky vyhledejte odpovídající hodnotu napětí. Tato hodnota napětí je přibližně rovna neznámému napětí. Například při měření napětí vysokonapěťového pulsu, pokud je jiskrový výboj pozorován při vzdálenosti elektrod 2 mm a odpovídající hodnota napětí z kalibrační křivky je 6 kV, pak se napětí vysokonapěťového pulsu určí jako přibližně 6 kV.
3. Předběžná opatrnost a zdroje chyb
Vliv plynových podmínek: Typ, tlak a vlhkost plynu mohou mít významný vliv na průrazové napětí. Například ve vysokovlhkém prostředí zvýšení obsahu vodní páry ve vzduchu sníží průrazové napětí plynu. Proto během měření je třeba udržovat plynové podmínky co nejstabilnější. Pokud je to možné, je nejlepší provádět měření za standardní atmosférického tlaku a v suchém prostředí, nebo provést korekce pro změny plynových podmínek.
Vliv tvaru a povrchového stavu elektrod: Tvar (např. kulový, jehlový, ploché desky atd.) a povrchový stav (např. hrubost, přítomnost oxidových vrstev atd.) elektrod také ovlivňují průrazové napětí jiskrového rozestupu. Různé tvary elektrod vedou k nerovnoměrnému rozložení elektrického pole, což mění průrazové napětí. Například struktura jehlové-deskové elektrody má elektrické pole soustředěné na špičce jehlové elektrody, což ji dělá více náchylnou k průrazu, a její průrazové napětí je relativně nízké. Hrubost a oxidové vrstvy na povrchu elektrod mohou adsorbovat molekuly plynu nebo měnit rozložení elektrického pole. Proto během měření je třeba zajistit konzistenci tvaru a povrchového stavu elektrod, nebo tyto faktory zohlednit a provést korekce.
Omezení přesnosti měření: Měření napětí pomocí jiskrového rozestupu je relativně hrubá metoda, a její přesnost je omezena mnoha faktory. Kromě výše uvedených plynových podmínek a faktorů elektrod, je samotný jiskrový výboj okamžitý a do jisté míry náhodný proces, který je obtížné přesně kontrolovat a měřit. Kromě toho v případě vysokého napětí mohou nastat více výbojů nebo spojité oblouky, což také ovlivní přesnost měření. Proto se tato metoda obvykle používá pro hrubou odhadnutou hodnotu napětí, nikoli pro měření vysoké přesnosti.
