1. Prinsip Kerja Spark Gap
Spark gap beroperasi berdasarkan prinsip pelepasan gas. Ketika tegangan yang cukup tinggi diterapkan antara dua elektroda, gas di antara elektroda terionisasi, membentuk saluran konduktif, dan akibatnya terjadi pelepasan percikan. Proses ini mirip dengan fenomena pelepasan yang terjadi antara awan dan tanah selama petir. Ionisasi gas disebabkan oleh fakta bahwa kekuatan medan listrik cukup kuat untuk memungkinkan elektron dalam molekul gas mendapatkan energi yang cukup untuk lepas dari ikatan atom atau molekul, membentuk elektron bebas dan ion. Elektron bebas dan ion ini berakselerasi di bawah pengaruh medan listrik, bertabrakan dengan molekul gas lainnya, menghasilkan lebih banyak proses ionisasi, dan pada akhirnya menyebabkan pembusukan gas dan terbentuknya pelepasan percikan.
Menurut hukum Paschen, tegangan pembusukan gas adalah fungsi dari tekanan gas, jarak antar elektroda, dan jenis gas. Dengan jenis gas dan tekanan tertentu, ada hubungan tertentu antara jarak antar elektroda dan tegangan pembusukan. Secara umum, semakin besar jarak antar elektroda, semakin tinggi tegangan pembusukan.
2. Metode Dasar Menggunakan Spark Gap untuk Menentukan Tegangan
Kalibrasi Perangkat Spark Gap
Pertama-tama, perlu dilakukan kalibrasi spark gap menggunakan tegangan yang diketahui. Sumber tegangan standar, seperti generator tegangan DC atau AC presisi tinggi, dapat digunakan dan dihubungkan ke elektroda spark gap. Tingkatkan tegangan secara bertahap hingga teramati pembuatan percikan, dan catat nilai tegangan dan jarak antar elektroda pada saat itu. Misalnya, untuk spark gap dengan udara sebagai medianya, ketika jarak antar elektroda adalah 1 mm, tegangan pembusukan yang diukur menggunakan sumber tegangan standar adalah 3 kV, sehingga diperoleh satu titik data kalibrasi.
Dengan mengubah jarak antar elektroda dan mengulangi proses di atas, dapat diperoleh serangkaian data tegangan pembusukan yang sesuai dengan jarak antar elektroda yang berbeda, dan kurva hubungan antara jarak antar elektroda dan tegangan pembusukan dapat digambarkan. Ini memberikan dasar kalibrasi untuk pengukuran tegangan yang tidak diketahui selanjutnya.
Mengukur Tegangan yang Tidak Diketahui
Ketika menentukan tegangan yang tidak diketahui, hubungkan sumber tegangan yang tidak diketahui ke perangkat spark gap yang telah dikalibrasi. Tingkatkan tegangan secara bertahap hingga teramati pelepasan percikan. Ukur jarak antar elektroda pada saat itu, dan kemudian berdasarkan kurva kalibrasi yang telah digambarkan sebelumnya, cari nilai tegangan yang sesuai. Nilai tegangan ini adalah perkiraan tegangan yang tidak diketahui. Misalnya, ketika mengukur tegangan pulsa tinggi, jika teramati pembuatan percikan ketika jarak antar elektroda adalah 2 mm, dan tegangan yang diperoleh dari kurva kalibrasi adalah 6 kV, maka tegangan pulsa tinggi ditentukan sekitar 6 kV.
3. Precautions and Sources of Error
Pengaruh Kondisi Gas: Jenis, tekanan, dan kelembaban gas dapat memiliki dampak signifikan pada tegangan pembusukan. Misalnya, dalam lingkungan kelembaban tinggi, peningkatan kandungan uap air di udara akan menurunkan tegangan pembusukan gas. Oleh karena itu, selama proses pengukuran, perlu untuk menjaga kondisi gas sestabil mungkin. Jika memungkinkan, sebaiknya lakukan pengukuran pada tekanan atmosfer standar dan dalam lingkungan kering, atau lakukan koreksi untuk perubahan kondisi gas.
Pengaruh Bentuk dan Kondisi Permukaan Elektroda: Bentuk (seperti bulat, jarum, pelat datar, dll.) dan kondisi permukaan elektroda juga akan mempengaruhi tegangan pembusukan spark gap. Bentuk elektroda yang berbeda akan menghasilkan distribusi medan listrik yang tidak merata, sehingga mengubah tegangan pembusukan. Misalnya, struktur elektroda jarum-pelat memiliki medan listrik yang terkonsentrasi di ujung elektroda jarum, membuatnya lebih mudah terpolar, dan tegangan pembusukannya relatif rendah. Kekasaran dan lapisan oksida pada permukaan elektroda mungkin menyerap molekul gas atau mengubah distribusi medan listrik. Oleh karena itu, selama proses pengukuran, perlu untuk memastikan konsistensi bentuk dan kondisi permukaan elektroda, atau mempertimbangkan faktor-faktor ini dan melakukan koreksi.
Keterbatasan Presisi Pengukuran: Mengukur tegangan menggunakan spark gap adalah metode yang relatif kasar, dan presisinya dibatasi oleh beberapa faktor. Selain kondisi gas dan faktor elektroda yang disebutkan di atas, pelepasan percikan sendiri adalah proses instan dan agak acak yang sulit untuk dikendalikan dan diukur dengan tepat. Selain itu, dalam situasi tegangan tinggi, dapat terjadi pelepasan ganda atau busur berkelanjutan, yang juga akan mempengaruhi akurasi hasil pengukuran. Oleh karena itu, metode ini biasanya digunakan untuk estimasi kasar tegangan daripada pengukuran tegangan presisi tinggi.
