1. עקרון ההפעלה של הפער החשמלי
הפער החשמלי פועל על בסיס עקרון ההפרדה הגזית. כאשר מופעל מתח גבוה מספיק בין שני אלקטרודות, הגז שבין האלקטרודות מתאיד ומשתתף ביצירת מסלול מוליך, ובכך מתרחשת הפרדת ברק. תהליך זה דומה לתופעה של הפרדת ברק בין עננים לקרקע במהלך רעמים. התאידת הגז נובעת מהעובדה שהעוצמה של השדה החשמלי חזקה מספיק כדי לאפשר לעצמיים בגז לקבל אנרגיה מספיקה כדי להשתחרר מהקשר האטומי או המולקולרי, ויוצרים עצמיים חופשיים ואيونים. העצמיים והאיונים החופשיים מאיצרים תחת השפעת השדה החשמלי, מתנגשים עם מולקולות גז אחרות, יוצרים יותר תהליכי תאידה, ולבסוף מובילים לפיצוץ הגז והיווצרות הפרדת ברק.
לפי חוק פשן, מתח הפיצוץ של גז הוא פונקציה של לחץ הגז, מרחק בין האלקטרודות וסוג הגז. בהינתן סוג גז מסוים ולחץ, יש קשר מסוים בין מרחק האלקטרודות למתח הפיצוץ. באופן כללי, ככל שמרחק האלקטרודות גדול יותר, כך מתח הפיצוץ גבוה יותר.
2. שיטות בסיסיות לשימוש בפער חשמלי לקביעת מתח
תקינות המכשיר לפער חשמלי
ראשית, יש לבצע תקינות לפער החשמלי באמצעות מתח ידוע. ניתן להשתמש במקור מתח סטנדרטי, כגון יוצר מתח DC או AC בעלות דיוק גבוה, ולהחבר אותו לאלקטרודות של הפער החשמלי. הגדל את המתח באופן הדרגתי עד שמבחינים בברקת, והרשום את ערך המתח ואת המרחק בין האלקטרודות בזמן זה. למשל, עבור פער חשמלי שבו האוויר הוא המדיה, כאשר המרחק בין האלקטרודות הוא 1 מ"מ, המתח לפיצוץ הנמדד באמצעות מקור המתח הסטנדרטי הוא 3 קילוולט, ובכך מקבלים נקודת תקינות אחת.
באמצעות שינוי המרחק בין האלקטרודות והחזרה על התהליך הנ"ל, ניתן לקבל סדרת נתונים של מתחי פיצוץ המתאימים למרחקים שונים בין האלקטרודות, ולשרטט את עקומת הקשר בין המרחק בין האלקטרודות למתח הפיצוץ. זה מספק בסיס לתיקון עבור מדידת מתח לא ידועה שנעשית מאוחר יותר.
מדידת מתח לא ידוע
כאשר מודדים מתח לא ידוע, יש לחבר את מקור המתח הלא ידוע למכשיר הפער החשמלי התקין. הגדל את המתח באופן הדרגתי עד שמבחינים בפרדת ברק. מדד את המרחק בין האלקטרודות בזמן זה, ואז לפי העקומה התקינה ששרטטת קודם, מצא את ערך המתח המתאים. ערך מתח זה הוא בערך המתח הלא ידוע. למשל, כאשר מודדים את מתח פולס מתח גבוה, אם מבחינים בברקת כאשר המרחק בין האלקטרודות הוא 2 מ"מ, והמתח המתקבל מהעקומה התקינה הוא 6 קילוולט, אז מתח הפולס הגבוה נקבע כבערך 6 קילוולט.
3. אזהרות מקורות שגיאה
השפעת מצב הגז: סוג הגז, לחץ והומידיות יכולים להשפיע באופן משמעותי על מתח הפיצוץ. למשל, בסביבה בעלת הומידיות גבוהה, הגדלתодержת hơi המים באוויר תוריד את מתח הפיצוץ של הגז. לכן, במהלך המדידה, יש לשמור על מצב הגז כמה יציב אפשר. אם אפשר, מומלץ לבצע את המדידה תחת לחץ אטמוספרי סטנדרטי בסביבה יבשה, או לבצע תיקונים לשינויים במצב הגז.
השפעת צורת האלקטרודה והמצב המשטחי: צורת האלקטרודה (כגון כדורית, מחט, משטח שטוח וכדומה) והמצב המשטחי (כגון חלקות, קיום שכבות אוקסיד וכדומה) ישפיעו גם הם על מתח הפיצוץ של הפער החשמלי. צורות שונות של אלקטרודות יובילו להתפלגות לא אחידה של השדה החשמלי, ובכך ישתנו מתחי הפיצוץ. למשל, מבנה אלקטרודה מחט-משטח מתרכז בשדה החשמלי בקצה המחט, מה שהופך אותו לסוסCEPTIBLE FOR BREAKDOWN, AND ITS BREAKDOWN VOLTAGE IS RELATIVELY LOW. ROUGHNESS AND OXIDE LAYERS ON THE ELECTRODE SURFACE MAY ADSORB GAS MOLECULES OR CHANGE THE ELECTRIC FIELD DISTRIBUTION. THEREFORE, DURING THE MEASUREMENT PROCESS, IT IS NECESSARY TO ENSURE THE CONSISTENCY OF ELECTRODE SHAPE AND SURFACE CONDITION, OR TAKE THESE FACTORS INTO ACCOUNT AND MAKE CORRECTIONS.
גבלויות הדיוק של המדידה: מדידת מתח באמצעות פער חשמלי היא שיטה יחסית גסה, והדיוק שלה מוגבל על ידי מספר גורמים. בנוסף לתנאי הגז והאלקטרודות המוזכרים למעלה, הפרדת ברק היא תהליך מיידי ומקצת אקראי שקשה לשלוט בו ולמדוד אותו בדיוק. יתר על כן, בתנאי מתח גבוה, עשויים להתרחש פרקים מרובים או קשתות מתמשכות, אשר ישפיעו גם הם על דיוק תוצאות המדידה. לכן, שיטה זו בדרך כלל משמשת לאמידת מתח גסה ולא עבור מדידת מתח בעלת דיוק גבוה.
