1. Principe de fonctionnement de l'entrefer d'étincellement
L'entrefer d'étincellement fonctionne sur le principe de la décharge gazeuse. Lorsqu'une tension suffisamment élevée est appliquée entre deux électrodes, le gaz situé entre les électrodes est ionisé, formant un canal conducteur, et ainsi une décharge d'étincelle se produit. Ce processus est similaire au phénomène de décharge qui se produit entre les nuages et le sol pendant un orage. L'ionisation du gaz est due au fait que l'intensité du champ électrique est suffisamment forte pour permettre aux électrons des molécules de gaz d'obtenir une énergie suffisante pour se libérer de la liaison atomique ou moléculaire, formant des électrons libres et des ions. Ces électrons libres et ions s'accélèrent sous l'action du champ électrique, heurtent d'autres molécules de gaz, générant davantage de processus d'ionisation, et aboutissant finalement à la rupture du gaz et à la formation de la décharge d'étincelle.
Selon la loi de Paschen, la tension de rupture d'un gaz est une fonction de la pression du gaz, de l'écartement des électrodes et du type de gaz. Pour un type de gaz et une pression donnés, il existe une certaine relation entre l'écartement des électrodes et la tension de rupture. Généralement, plus l'écartement des électrodes est grand, plus la tension de rupture est élevée.
2. Méthodes de base pour déterminer la tension à l'aide de l'entrefer d'étincellement
Étalonnage du dispositif d'entrefer d'étincellement
Il est tout d'abord nécessaire d'étalonner l'entrefer d'étincellement en utilisant une tension connue. Une source de tension standard, telle qu'un générateur de tension continue ou alternative de haute précision, peut être utilisée et connectée aux électrodes de l'entrefer d'étincellement. Augmentez progressivement la tension jusqu'à ce qu'une étincelle soit observée, et enregistrez la valeur de la tension et l'écartement des électrodes correspondant. Par exemple, pour un entrefer d'étincellement avec l'air comme milieu, lorsque l'écartement des électrodes est de 1 mm, la tension de rupture mesurée en utilisant la source de tension standard est de 3 kV, obtenant ainsi un point d'étalonnage.
En changeant l'écartement des électrodes et en répétant le processus ci-dessus, on peut obtenir une série de données de tension de rupture correspondant à différents écartements des électrodes, et tracer la courbe de relation entre l'écartement des électrodes et la tension de rupture. Cela fournit une base d'étalonnage pour la mesure ultérieure d'une tension inconnue.
Mesure de la tension inconnue
Pour déterminer une tension inconnue, connectez la source de tension inconnue au dispositif d'entrefer d'étincellement étalonné. Augmentez progressivement la tension jusqu'à ce qu'une décharge d'étincelle soit observée. Mesurez l'écartement des électrodes à ce moment-là, puis, selon la courbe d'étalonnage précédemment tracée, trouvez la valeur de tension correspondante. Cette valeur de tension est approximativement la tension inconnue. Par exemple, lors de la mesure de la tension d'un pulse de haute tension, si une étincelle est observée lorsque l'écartement des électrodes est de 2 mm, et que la tension correspondante obtenue à partir de la courbe d'étalonnage est de 6 kV, alors la tension du pulse de haute tension est déterminée à environ 6 kV.
3. Précautions et sources d'erreur
Influence des conditions du gaz : Le type, la pression et l'humidité du gaz peuvent avoir un impact significatif sur la tension de rupture. Par exemple, dans un environnement à forte humidité, l'augmentation de la teneur en vapeur d'eau dans l'air abaissará la tension de rupture du gaz. Il est donc nécessaire, lors de la mesure, de maintenir les conditions du gaz aussi stables que possible. Si possible, il est préférable de réaliser la mesure sous une pression atmosphérique standard et dans un environnement sec, ou de corriger les changements dans les conditions du gaz.
Influence de la forme et de l'état de surface des électrodes : La forme (sphérique, en aiguille, en plaque plane, etc.) et l'état de surface (rugosité, présence de couches d'oxyde, etc.) des électrodes influenceront également la tension de rupture de l'entrefer d'étincellement. Des formes différentes d'électrodes entraîneront une distribution inégale du champ électrique, modifiant ainsi la tension de rupture. Par exemple, la structure d'électrodes en aiguille-plaque concentre le champ électrique au bout de l'électrode en aiguille, rendant la rupture plus probable, et sa tension de rupture est relativement faible. La rugosité et les couches d'oxyde sur la surface des électrodes peuvent adsorber des molécules de gaz ou modifier la distribution du champ électrique. Il est donc nécessaire, lors de la mesure, de s'assurer de la cohérence de la forme et de l'état de surface des électrodes, ou de prendre en compte ces facteurs et de les corriger.
Limites de la précision de mesure : La mesure de la tension à l'aide d'un entrefer d'étincellement est une méthode relativement grossière, et sa précision est limitée par plusieurs facteurs. Outre les conditions de gaz et les facteurs d'électrodes mentionnés ci-dessus, la décharge d'étincelle elle-même est un processus instantané et quelque peu aléatoire qui est difficile à contrôler et à mesurer précisément. De plus, dans des situations de haute tension, plusieurs décharges ou arcs continus peuvent se produire, affectant également la précision des résultats de mesure. Par conséquent, cette méthode est généralement utilisée pour une estimation approximative de la tension plutôt que pour une mesure de tension de haute précision.
