1. Principio de funcionamiento del espacio de chispa
El espacio de chispa opera basado en el principio de descarga de gas. Cuando se aplica un voltaje suficientemente alto entre dos electrodos, el gas entre los electrodos se ioniza, formando un canal conductor, y así ocurre la descarga de chispa. Este proceso es similar al fenómeno de descarga que ocurre entre las nubes y el suelo durante un relámpago. La ionización del gas se debe a que la intensidad del campo eléctrico es lo suficientemente fuerte para permitir que los electrones en las moléculas de gas obtengan suficiente energía para liberarse del vínculo de los átomos o moléculas, formando electrones libres e iones. Estos electrones libres e iones se aceleran bajo la acción del campo eléctrico, colisionan con otras moléculas de gas, generando más procesos de ionización, y finalmente llevando a la ruptura del gas y la formación de la descarga de chispa.
Según la ley de Paschen, el voltaje de ruptura de un gas es una función de la presión del gas, la separación de los electrodos y el tipo de gas. Dado un tipo de gas específico y una presión, existe cierta relación entre la separación de los electrodos y el voltaje de ruptura. En general, cuanto mayor sea la separación de los electrodos, mayor será el voltaje de ruptura.
2. Métodos básicos para determinar el voltaje utilizando el espacio de chispa
Calibración del dispositivo de espacio de chispa
En primer lugar, es necesario calibrar el espacio de chispa utilizando un voltaje conocido. Se puede usar una fuente de voltaje estándar, como un generador de voltaje DC o AC de alta precisión, y conectarlo a los electrodos del espacio de chispa. Gradualmente aumente el voltaje hasta observar la generación de chispa, y registre el valor de voltaje y la separación de los electrodos correspondiente en ese momento. Por ejemplo, para un espacio de chispa con aire como medio, cuando la separación de los electrodos es de 1 mm, el voltaje de ruptura medido utilizando la fuente de voltaje estándar es de 3 kV, obteniendo así un punto de datos de calibración.
Al cambiar la separación de los electrodos y repetir el proceso anterior, se pueden obtener una serie de datos de voltaje de ruptura correspondientes a diferentes separaciones de electrodos, y trazar la curva de relación entre la separación de los electrodos y el voltaje de ruptura. Esto proporciona una base de calibración para la medición posterior de un voltaje desconocido.
Medición del voltaje desconocido
Al determinar un voltaje desconocido, conecte la fuente de voltaje desconocida al dispositivo de espacio de chispa calibrado. Gradualmente aumente el voltaje hasta observar la descarga de chispa. Mida la separación de los electrodos en ese momento, y luego, según la curva de calibración trazada previamente, busque el valor de voltaje correspondiente. Este valor de voltaje es aproximadamente el voltaje desconocido. Por ejemplo, al medir el voltaje de un pulso de alta tensión, si se observa la generación de chispa cuando la separación de los electrodos es de 2 mm, y el voltaje correspondiente obtenido de la curva de calibración es de 6 kV, entonces se determina que el voltaje del pulso de alta tensión es aproximadamente 6 kV.
3. Precauciones y fuentes de error
Influencia de las condiciones de gas: El tipo, la presión y la humedad del gas pueden tener un impacto significativo en el voltaje de ruptura. Por ejemplo, en un entorno de alta humedad, el aumento del contenido de vapor de agua en el aire reducirá el voltaje de ruptura del gas. Por lo tanto, durante el proceso de medición, es necesario mantener las condiciones de gas lo más estables posible. Si es posible, es mejor realizar la medición bajo presión atmosférica estándar y en un entorno seco, o hacer correcciones por cambios en las condiciones de gas.
Influencia de la forma y la condición superficial de los electrodos: La forma (como esférica, aguja, plana, etc.) y la condición superficial (como rugosidad, presencia de capas de óxido, etc.) de los electrodos también afectarán el voltaje de ruptura del espacio de chispa. Diferentes formas de electrodos resultarán en una distribución desigual del campo eléctrico, cambiando así el voltaje de ruptura. Por ejemplo, la estructura de electrodos aguja-placa tiene un campo eléctrico concentrado en la punta del electrodo de aguja, lo que la hace más propensa a la ruptura, y su voltaje de ruptura es relativamente bajo. La rugosidad y las capas de óxido en la superficie de los electrodos pueden adsorber moléculas de gas o cambiar la distribución del campo eléctrico. Por lo tanto, durante el proceso de medición, es necesario asegurar la consistencia de la forma y la condición superficial de los electrodos, o tener en cuenta estos factores y hacer correcciones.
Limitaciones de la precisión de la medición: Medir el voltaje utilizando un espacio de chispa es un método relativamente tosco, y su precisión está limitada por múltiples factores. Además de las condiciones de gas y los factores de los electrodos mencionados anteriormente, la descarga de chispa en sí misma es un proceso instantáneo y algo aleatorio que es difícil de controlar y medir con precisión. Además, en situaciones de alta tensión, pueden ocurrir múltiples descargas o arcos continuos, lo que también afectará la precisión de los resultados de la medición. Por lo tanto, este método se usa generalmente para una estimación aproximada del voltaje en lugar de para la medición de voltaje de alta precisión.
