1. Arbeitsprinzip des Funkenstrecken
Die Funkengap arbeitet auf dem Prinzip der Gasentladung. Wenn eine ausreichend hohe Spannung zwischen zwei Elektroden angelegt wird, wird das Gas zwischen den Elektroden ionisiert und bildet einen leitenden Kanal, wodurch die Funkentätigung eintritt. Dieser Prozess ist ähnlich dem Entladungsphänomen, das bei Blitzschlägen zwischen Wolken und dem Boden auftritt. Die Ionisierung des Gases erfolgt, weil die elektrische Feldstärke stark genug ist, um den Elektronen in den Gasmolekülen ausreichend Energie zu verleihen, um sich von den Atomen oder Molekülen zu lösen und freie Elektronen und Ionen zu bilden. Diese freien Elektronen und Ionen beschleunigen unter dem Einfluss des elektrischen Feldes, kollidieren mit anderen Gasmolekülen und erzeugen weitere Ionisationsprozesse, was letztendlich zur Durchschlagung des Gases und zur Bildung der Funkentätigung führt.
Laut Paschens Gesetz ist die Durchschlagspannung eines Gases eine Funktion des Gasdrucks, des Elektrodenabstands und des Gasart. Bei einer bestimmten Gasart und einem bestimmten Druck besteht eine bestimmte Beziehung zwischen dem Elektrodenabstand und der Durchschlagspannung. Im Allgemeinen gilt, je größer der Elektrodenabstand, desto höher die Durchschlagspannung.
2. Grundlegende Methoden zur Bestimmung der Spannung mithilfe der Funkengap
Kalibrierung des Funkengap-Geräts
Zuerst muss die Funkengap mit einer bekannten Spannung kalibriert werden. Dazu kann eine Standardspannungsquelle, wie ein hochpräziser Gleich- oder Wechselstromgenerator, verwendet und an die Elektroden der Funkengap angeschlossen werden. Erhöhen Sie die Spannung schrittweise, bis die Funkenerzeugung beobachtet wird, und notieren Sie den Spannungswert und den entsprechenden Elektrodenabstand. Zum Beispiel beträgt die Durchschlagspannung für eine Funkengap mit Luft als Medium, wenn der Elektrodenabstand 1 mm beträgt, gemessen mit der Standardspannungsquelle 3 kV, so dass ein Kalibrierdatenpunkt erhalten wird.
Durch Ändern des Elektrodenabstands und Wiederholen des obigen Prozesses können eine Reihe von Durchschlagspannungsdaten für verschiedene Elektrodenabstände gewonnen werden, und die Beziehungs Kurve zwischen Elektrodenabstand und Durchschlagspannung kann gezeichnet werden. Dies bietet eine Kalibrierbasis für die nachfolgende Messung einer unbekannten Spannung.
Messung der unbekannten Spannung
Beim Bestimmen einer unbekannten Spannung verbinden Sie die unbekannte Spannungsquelle mit dem kalibrierten Funkengap-Gerät. Erhöhen Sie die Spannung schrittweise, bis die Funkentätigung beobachtet wird. Messen Sie den Elektrodenabstand zu diesem Zeitpunkt und suchen Sie dann nach dem entsprechenden Spannungswert in der zuvor gezeichneten Kalibrierkurve. Dieser Spannungswert entspricht etwa der unbekannten Spannung. Zum Beispiel, wenn die Spannung eines Hochspannungspulses gemessen wird und die Funkengeneration beobachtet wird, wenn der Elektrodenabstand 2 mm beträgt, und die entsprechende Spannung aus der Kalibrierkurve 6 kV beträgt, dann wird die Spannung des Hochspannungspulses auf etwa 6 kV bestimmt.
3. Vorsichtsmaßnahmen und Fehlerquellen
Einfluss der Gasbedingungen: Die Art, der Druck und die Feuchtigkeit des Gases können einen signifikanten Einfluss auf die Durchschlagspannung haben. Zum Beispiel senkt sich in einer feuchten Umgebung die Durchschlagspannung des Gases, da der Wasserdampfgehalt in der Luft erhöht ist. Daher ist es während des Messvorgangs notwendig, die Gasbedingungen so stabil wie möglich zu halten. Ideal wäre es, die Messung unter Standardatmosphärendruck und in einer trockenen Umgebung durchzuführen, oder Korrekturen für Veränderungen der Gasbedingungen vorzunehmen.
Einfluss der Elektrodenform und -oberflächenbedingungen: Die Form (wie kugelförmig, nadelförmig, flachplattenförmig usw.) und die Oberflächenbedingungen (wie Rauheit, Anwesenheit von Oxidschichten usw.) der Elektroden beeinflussen ebenfalls die Durchschlagspannung der Funkengap. Verschiedene Elektrodenformen führen zu einer ungleichmäßigen elektrischen Feldverteilung, was die Durchschlagspannung ändert. Zum Beispiel hat die Nadel-Plattenelektrodenstruktur ein konzentriertes elektrisches Feld an der Spitze der Nadielektrode, was sie anfälliger für Durchschläge macht und deren Durchschlagspannung relativ niedrig ist. Die Rauheit und Oxidschichten auf der Elektrodenoberfläche können Gasmoleküle absorbieren oder die elektrische Feldverteilung ändern. Daher ist es während des Messvorgangs notwendig, die Konsistenz der Elektrodenform und -oberflächenbedingungen sicherzustellen, oder diese Faktoren zu berücksichtigen und Korrekturen vorzunehmen.
Einschränkungen der Messgenauigkeit: Die Spannungsmessung mit einer Funkengap ist eine relativ grobe Methode, und ihre Genauigkeit ist durch mehrere Faktoren begrenzt. Neben den oben erwähnten Gasbedingungen und Elektrodenfaktoren ist die Funkentätigung selbst ein zeitweiliger und zufälliger Prozess, der schwer präzise kontrolliert und gemessen werden kann. Darüber hinaus können in Hochspannungssituationen mehrere Entladungen oder kontinuierliche Bögen auftreten, was die Genauigkeit der Messergebnisse beeinflusst. Daher wird diese Methode normalerweise für eine grobe Schätzung der Spannung und nicht für hochpräzise Spannungsmessungen verwendet.
