1. Principio de funcionamento do intervalo de chispa
O intervalo de chispa funciona baseado no principio da descarga de gas. Cando se aplica unha tensión suficientemente alta entre dous electrodos, o gas entre os electrodos ionízase, formando un canal conductor, e así ocorre a descarga de chispa. Este proceso é semellante ao fenómeno de descarga que ocorre entre as nubes e o solo durante a tormenta eléctrica. A ionización do gas debeuse a que a forza do campo eléctrico é suficientemente forte para permitir que os electróns nas moléculas de gas obtengan enerxía suficiente para liberarse da servidume dos átomos ou moléculas, formando electróns libres e íons. Estes electróns e íons libres aceleran baixo a acción do campo eléctrico, colisionan con outras moléculas de gas, xerando máis procesos de ionización, e finalmente levando á ruptura do gas e á formación da descarga de chispa.
Segundo a lei de Paschen, a tensión de ruptura dun gas é unha función da presión do gas, a separación entre electrodos e o tipo de gas. Dado un tipo específico de gas e presión, hai unha certa relación entre a separación entre electrodos e a tensión de ruptura. Xeralmente falando, canto maior sexa a separación entre electrodos, maior será a tensión de ruptura.
2. Métodos básicos para determinar a tensión usando o intervalo de chispa
Calibración do dispositivo de intervalo de chispa
Primeiro, é necesario calibrar o intervalo de chispa usando unha tensión coñecida. Pode usarse unha fonte de tensión estándar, como un xerador de tensión DC ou AC de alta precisión, e conectársela aos electrodos do intervalo de chispa. Aumenta gradualmente a tensión ata observar a xeración de chispa, e rexistra o valor da tensión e a correspondente separación entre electrodos neste momento. Por exemplo, para un intervalo de chispa con aire como medio, cando a separación entre electrodos é de 1 mm, a tensión de ruptura medida usando a fonte de tensión estándar é de 3 kV, obtendo así un punto de calibración.
Ao cambiar a separación entre electrodos e repetir o proceso anterior, pode obterse unha serie de datos de tensión de ruptura correspondentes a diferentes separacións entre electrodos, e trazar a curva de relación entre a separación entre electrodos e a tensión de ruptura. Isto proporciona unha base de calibración para a medida posterior dunha tensión descoñecida.
Medición da tensión descoñecida
Ao determinar unha tensión descoñecida, conecta a fonte de tensión descoñecida ao dispositivo de intervalo de chispa calibrado. Aumenta gradualmente a tensión ata observar a descarga de chispa. Mede a separación entre electrodos neste momento, e despois, segundo a curva de calibración previamente trazada, busca o valor de tensión correspondente. Este valor de tensión é aproximadamente a tensión descoñecida. Por exemplo, ao medir a tensión dun pulso de alta tensión, se se observa a xeración de chispa cando a separación entre electrodos é de 2 mm, e a tensión correspondente obtida da curva de calibración é de 6 kV, entón a tensión do pulso de alta tensión determinase como aproximadamente 6 kV.
3. Precaucións e orixes de erro
Influencia das condicións do gas: O tipo, a presión e a humidade do gas poden ter un impacto significativo na tensión de ruptura. Por exemplo, nun ambiente de alta humidade, o aumento do contido de vapor de auga no aire reducirá a tensión de ruptura do gas. Polo tanto, durante o proceso de medida, é necesario manter as condicións do gas o máis estable posible. Se é posible, é mellor realizar a medida baixo presión atmosférica estándar e nun ambiente seco, ou facer correccións para cambios nas condicións do gas.
Influencia da forma e condición da superficie dos electrodos: A forma (como esférica, agulhada, en placa plana, etc.) e a condición da superficie (como rugosidade, presenza de capas de óxido, etc.) dos electrodos tamén afectarán a tensión de ruptura do intervalo de chispa. Diferentes formas de electrodos resultarán nunha distribución desigual do campo eléctrico, cambiando así a tensión de ruptura. Por exemplo, a estrutura de electrodo de agulla-placa ten un campo eléctrico concentrado na punta do electrodo de agulla, facéndoo máis propenso a ruptura, e a súa tensión de ruptura é relativamente baixa. A rugosidade e as capas de óxido na superficie do electrodo poden adsorber moléculas de gas ou cambiar a distribución do campo eléctrico. Polo tanto, durante o proceso de medida, é necesario asegurar a consistencia da forma e condición da superficie dos electrodos, ou ter en conta estes factores e facer correccións.
Limitacións da precisión da medida: Medir a tensión usando un intervalo de chispa é un método relativamente tosco, e a súa precisión está limitada por múltiples factores. Ademais das condicións do gas e factores de electrodos mencionados anteriormente, a descarga de chispa en si é un proceso instantáneo e algo aleatorio que é difícil de controlar e medir con precisión. Ademais, en situacións de alta tensión, poden ocorrer múltiples descargas ou arcos continuos, que tamén afectarán a precisión dos resultados da medida. Polo tanto, este método xeralmente úsase para unha estimación tosca da tensión en lugar de para a medida de tensión de alta precisión.
