1. Principio di funzionamento dello spazio di scintilla
Lo spazio di scintilla opera in base al principio della scarica di gas. Quando una tensione sufficientemente alta viene applicata tra due elettrodi, il gas tra gli elettrodi viene ionizzato, formando un canale conduttivo, e quindi si verifica la scarica di scintilla. Questo processo è simile al fenomeno di scarica che si verifica tra le nuvole e il suolo durante i fulmini. L'ionizzazione del gas è dovuta al fatto che l'intensità del campo elettrico è sufficientemente forte da permettere agli elettroni nelle molecole di gas di ottenere energia sufficiente per liberarsi dal legame degli atomi o delle molecole, formando elettroni liberi e ioni. Questi elettroni liberi e ioni accelerano sotto l'azione del campo elettrico, collidono con altre molecole di gas, generando ulteriori processi di ionizzazione, e alla fine portando alla rottura del gas e alla formazione della scarica di scintilla.
Secondo la legge di Paschen, la tensione di rottura di un gas è una funzione della pressione del gas, della distanza tra gli elettrodi e del tipo di gas. Dato un tipo specifico di gas e una pressione, esiste una certa relazione tra la distanza tra gli elettrodi e la tensione di rottura. In generale, maggiore è la distanza tra gli elettrodi, maggiore sarà la tensione di rottura.
2. Metodi basilari per determinare la tensione utilizzando lo spazio di scintilla
Taratura del dispositivo spazio di scintilla
In primo luogo, è necessario tarare lo spazio di scintilla utilizzando una tensione nota. Può essere utilizzata una sorgente di tensione standard, come un generatore di tensione continua o alternata ad alta precisione, e collegata agli elettrodi dello spazio di scintilla. Aumentare gradualmente la tensione fino a quando non si osserva la generazione di scintille, e registrare il valore di tensione e la corrispondente distanza tra gli elettrodi in quel momento. Ad esempio, per uno spazio di scintilla con aria come mezzo, quando la distanza tra gli elettrodi è di 1 mm, la tensione di rottura misurata utilizzando la sorgente di tensione standard è di 3 kV, ottenendo così un punto di taratura.
Cambiando la distanza tra gli elettrodi e ripetendo il processo sopra descritto, si possono ottenere una serie di dati di tensione di rottura corrispondenti a diverse distanze tra gli elettrodi, e tracciare la curva di relazione tra la distanza tra gli elettrodi e la tensione di rottura. Questo fornisce una base di taratura per la successiva misurazione di una tensione sconosciuta.
Misurazione della tensione sconosciuta
Per determinare una tensione sconosciuta, collegare la sorgente di tensione sconosciuta al dispositivo spazio di scintilla calibrato. Aumentare gradualmente la tensione fino a quando non si osserva la scarica di scintilla. Misurare la distanza tra gli elettrodi in quel momento, e poi, in base alla curva di taratura precedentemente tracciata, cercare il valore di tensione corrispondente. Questo valore di tensione è approssimativamente la tensione sconosciuta. Ad esempio, quando si misura la tensione di un impulso ad alta tensione, se si osserva la generazione di scintille quando la distanza tra gli elettrodi è di 2 mm, e la tensione corrispondente ottenuta dalla curva di taratura è di 6 kV, allora la tensione dell'impulso ad alta tensione viene determinata come circa 6 kV.
3. Precauzioni e fonti di errore
Influenza delle condizioni del gas: Il tipo, la pressione e l'umidità del gas possono avere un impatto significativo sulla tensione di rottura. Ad esempio, in un ambiente ad alta umidità, l'aumento del contenuto di vapore acqueo nell'aria abbasserà la tensione di rottura del gas. Pertanto, durante il processo di misurazione, è necessario mantenere le condizioni del gas il più stabili possibile. Se possibile, è meglio condurre la misurazione a pressione atmosferica standard e in un ambiente asciutto, o effettuare correzioni per i cambiamenti nelle condizioni del gas.
Influenza della forma e delle condizioni superficiali degli elettrodi: La forma (come sferica, a ago, a placca piana, ecc.) e le condizioni superficiali (come la ruvidità, la presenza di strati di ossido, ecc.) degli elettrodi influenzeranno anche la tensione di rottura dello spazio di scintilla. Diverse forme di elettrodi porteranno a una distribuzione del campo elettrico non uniforme, modificando la tensione di rottura. Ad esempio, la struttura elettrodo a ago-piastra ha un campo elettrico concentrato sulla punta dell'elettrodo a ago, rendendolo più soggetto a rottura, e la sua tensione di rottura è relativamente bassa. La ruvidità e gli strati di ossido sulla superficie degli elettrodi possono adsorbire molecole di gas o modificare la distribuzione del campo elettrico. Pertanto, durante il processo di misurazione, è necessario garantire la coerenza della forma e delle condizioni superficiali degli elettrodi, o tener conto di questi fattori e apportare correzioni.
Limitazioni della precisione della misurazione: Misurare la tensione utilizzando uno spazio di scintilla è un metodo relativamente grezzo, e la sua precisione è limitata da diversi fattori. Oltre alle condizioni del gas e ai fattori degli elettrodi menzionati sopra, la scarica di scintilla stessa è un processo istantaneo e in qualche modo casuale, difficile da controllare e misurare con precisione. Inoltre, in situazioni ad alta tensione, possono verificarsi multiple scariche o archi continui, che influiranno anche sull'accuratezza dei risultati di misurazione. Pertanto, questo metodo viene solitamente utilizzato per una stima approssimativa della tensione piuttosto che per misurazioni di tensione ad alta precisione.
