1. Λειτουργικό Πρίντσιπ της Φωτιάς-Διαστήματος
Η φωτιά-διάστημα λειτουργεί με βάση την αρχή της εκλύσης αερίου. Όταν εφαρμόζεται αρκετά υψηλή τάση μεταξύ δύο ηλεκτρόδων, το αέριο μεταξύ των ηλεκτρόδων ειονικοποιείται, σχηματίζοντας έναν καναλικό διαμετακομιστή, και έτσι προκαλείται η φωτιά-εκλύση. Αυτή η διαδικασία είναι παρόμοια με την εκλύση που συμβαίνει μεταξύ νεφών και γης κατά τη διάρκεια του κεραυνού. Η ειονικοποίηση του αερίου οφείλεται στο γεγονός ότι η ισχύς του ηλεκτρικού πεδίου είναι αρκετά μεγάλη για να επιτρέψει στα ηλεκτρόνια των αερίων να αποκτήσουν αρκετή ενέργεια για να αποδεσμευθούν από την ατομική ή μοριακή δέσμη, σχηματίζοντας ελεύθερα ηλεκτρόνια και ιόντα. Αυτά τα ελεύθερα ηλεκτρόνια και ιόντα επιταχύνονται υπό την επίδραση του ηλεκτρικού πεδίου, συγκροτούν με άλλα αέρια μόρια, παράγοντας περισσότερες ειονικοποιήσεις, και τελικά οδηγούν στην κατάρρευση του αερίου και τη δημιουργία της φωτιάς-εκλύσης.
Σύμφωνα με τον νόμο του Paschen, η κατάρρευση τάσης ενός αερίου είναι συνάρτηση της πίεσης του αερίου, της απόστασης μεταξύ των ηλεκτρόδων και του τύπου αερίου. Δεδομένου ενός συγκεκριμένου τύπου αερίου και πίεσης, υπάρχει μια συγκεκριμένη σχέση μεταξύ της απόστασης των ηλεκτρόδων και της κατάρρευσης τάσης. Γενικά, όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση των ηλεκτρόδων, τόσο υψηλότερη είναι η κατάρρευση τάσης.
2. Βασικές Μεθόδοι Χρήσης της Φωτιάς-Διαστήματος για την Καθορίση της Τάσης
Επίπεδος Συστήματος IEE-Business
Πρώτα, είναι απαραίτητο να καλιβράσετε τη φωτιά-διάστημα χρησιμοποιώντας μια γνωστή τάση. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένας τυπικός πηγής τάσης, όπως ένας υψηλής ακρίβειας DC ή AC γεννήτριας τάσης, και να συνδεθεί στους ηλεκτρόδους της φωτιάς-διαστήματος. Αυξάνοντας σταδιακά την τάση μέχρι να παρατηρηθεί η δημιουργία φωτιάς, καταγράφετε την τιμή τάσης και την αντίστοιχη απόσταση των ηλεκτρόδων. Για παράδειγμα, για μια φωτιά-διάστημα με αέρα ως μέσο, όταν η απόσταση των ηλεκτρόδων είναι 1 mm, η μετρημένη κατάρρευση τάσης με την χρήση της τυπικής πηγής τάσης είναι 3 kV, έτσι προκύπτει ένα σημείο καλιβροποίησης.
Αλλάζοντας την απόσταση των ηλεκτρόδων και επαναλαμβάνοντας την παραπάνω διαδικασία, μπορεί να προκύψει μια σειρά δεδομένων κατάρρευσης τάσης που αντιστοιχούν σε διαφορετικές αποστάσεις ηλεκτρόδων, και μπορεί να σχεδιαστεί η σχέση μεταξύ της απόστασης των ηλεκτρόδων και της κατάρρευσης τάσης. Αυτό παρέχει μια βάση καλιβροποίησης για την επόμενη μέτρηση μιας άγνωστης τάσης.
Μέτρηση της Άγνωστης Τάσης
Κατά την καθορίση μιας άγνωστης τάσης, συνδέστε την άγνωστη πηγή τάσης στο καλιβρωμένο σύστημα φωτιάς-διαστήματος. Αυξάνοντας σταδιακά την τάση μέχρι να παρατηρηθεί η φωτιά-εκλύση. Μετρήστε την απόσταση των ηλεκτρόδων σε αυτή τη στιγμή, και στη συνέχεια, βάσει της προηγουμένως σχεδιασμένης καμπύλης καλιβροποίησης, βρείτε την αντίστοιχη τιμή τάσης. Αυτή η τιμή τάσης είναι περίπου η άγνωστη τάση. Για παράδειγμα, κατά τη μέτρηση της τάσης ενός υψηλής τάσης παλμού, αν παρατηρηθεί η δημιουργία φωτιάς όταν η απόσταση των ηλεκτρόδων είναι 2 mm, και η αντίστοιχη τάση που προκύπτει από την καμπύλη καλιβροποίησης είναι 6 kV, τότε η τάση του υψηλής τάσης παλμού καθορίζεται περίπου 6 kV.
3. Προσοχή και Πηγές Λάθους
Επιρροή των Συνθηκών του Αερίου: Ο τύπος, η πίεση και η υγρασία του αερίου μπορούν να έχουν σημαντική επίδραση στην κατάρρευση τάσης. Για παράδειγμα, σε περιβάλλον υψηλής υγρασίας, η αύξηση της περιεχόμενης νερού στον αέρα θα χαμηλώσει την κατάρρευση τάσης του αερίου. Συνεπώς, κατά τη διάρκεια της μέτρησης, είναι απαραίτητο να διατηρηθούν το πιο σταθερό δυνατό τα συνθήκες του αερίου. Εάν είναι δυνατό, είναι καλύτερο να γίνει η μέτρηση υπό την τυπική ατμοσφαιρική πίεση και σε ξηρό περιβάλλον, ή να γίνουν διορθώσεις για τις αλλαγές στις συνθήκες του αερίου.
Επιρροή της Μορφής και της Υφής των Ηλεκτρόδων: Η μορφή (όπως σφαιρική, αγκαθοειδής, επίπεδη, κλπ.) και η υφή (όπως η ρουγιστότητα, η παρουσία οξειδωτικών στρωμάτων, κλπ.) των ηλεκτρόδων θα επηρεάσουν επίσης την κατάρρευση τάσης της φωτιάς-διαστήματος. Διαφορετικές μορφές ηλεκτρόδων θα προκαλέσουν μη ομοιόμορφη κατανομή του ηλεκτρικού πεδίου, έτσι αλλάζοντας την κατάρρευση τάσης. Για παράδειγμα, η δομή ηλεκτρόδων αγκαθοειδής-επίπεδη έχει ένα συγκεντρωμένο ηλεκτρικό πεδίο στην κορυφή του αγκαθοειδούς ηλεκτρόδου, κάνοντάς την πιο ευάλωτη σε κατάρρευση, και η κατάρρευση τάσης της είναι σχετικά χαμηλή. Η ρουγιστότητα και τα οξειδωτικά στρώματα στην επιφάνεια των ηλεκτρόδων μπορεί να προσελκύσουν αεριακά μόρια ή να αλλάξουν την κατανομή του ηλεκτρικού πεδίου. Συνεπώς, κατά τη διάρκεια της μέτρησης, είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί η συνέπεια της μορφής και της υφής των ηλεκτρόδων, ή να ληφθούν υπόψη αυτοί οι παράγοντες και να γίνουν διορθώσεις.
Οριακότητα της Ακρίβειας της Μέτρησης: Η μέτρηση τάσης με τη χρήση φωτιάς-διαστήματος είναι μια σχετικά προσεγγιστική μέθοδος, και η ακρίβειά της περιορίζεται από πολλούς παράγοντες. Εκτός από τις προαναφερθείσες συνθήκες του αερίου και τους παράγοντες των ηλεκτρόδων, η ίδια η φωτιά-εκλύση είναι ένας πρόσκαιρος και κάπως τυχαίος προσανατολισμός που είναι δύσκολο να ελεγχθεί και να μετρηθεί ακριβώς. Επιπλέον, σε περιβάλλον υψηλής τάσης, μπορεί να συμβούν πολλαπλές εκλύσεις ή συνεχείς αρκτικές, οι οποίες θα επηρεάσουν επίσης την ακρίβεια των αποτελεσμάτων μέτρησης. Συνεπώς, αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται συνήθως για μια προσεγγιστική εκτίμηση της τάσης παρά για μέτρηση υψηλής ακρίβειας.
