1. Arbeidsprinsipp for gnistavstand
Gnistavstanden fungerer basert på prinsippet om gassutløsning. Når det settes på en tilstrekkelig høy spenning mellom to elektroder, ioniseres gassen mellom elektrodene, danner et ledevei, og dermed forekommer gnistutløsning. Denne prosessen er lik den utløsning som skjer mellom skyer og bakken under lyn. Ionisering av gassen skyldes at elektriske feltstyrken er sterk nok til å gi elektroner i gassmolekyler tilstrekkelig energi til å bryte seg løs fra bindingen av atomer eller molekyler, danne frie elektroner og ioner. Disse frie elektronene og ionene akselererer under virkningen av det elektriske feltet, kolliderer med andre gassmolekyler, genererer flere ioniseringsprosesser, og fører til slutt til bryting av gassen og dannelse av gnistutløsning.
Ifølge Paschens lov er brytningsvoltage for en gass en funksjon av gasspress, elektrodavstand og gass type. Gitt en spesifikk gass type og trykk, er det en bestemt relasjon mellom elektrodavstand og brytningsvoltage. Generelt sett, jo større elektrodavstand, jo høyere brytningsvoltage.
2. Grunnleggende metoder for å bruke gnistavstand til å bestemme voltage
Kalibrering av gnistavstandsapparatet
Først må gnistavstanden kalibreres ved hjelp av en kjent spenning. En standard spenningskilde, som en høy-nøyaktig DC- eller AC-spenningsgenerator, kan brukes og kobles til elektrodene i gnistavstanden. Øk gradvis spenningen til gnistdannelse observeres, og noter spenningsverdien og den tilsvarende elektrodavstanden på dette tidspunktet. For eksempel, for en gnistavstand med luft som medium, når elektrodavstanden er 1 mm, blir brytningsvoltage målt ved hjelp av standard spenningskilde 3 kV, og dermed får man et kalibreringsdatapunkt.
Ved å endre elektrodavstanden og gjenta ovennevnte prosess, kan en rekke brytningsvoltage data som svarer til ulike elektrodavstander fås, og kurven som viser forholdet mellom elektrodavstand og brytningsvoltage kan tegnes. Dette gir en kalibreringsgrunnlag for senere måling av en ukjent spenning.
Måling av ukjent spenning
Når en ukjent spenning skal fastsettes, kobler du den ukjente spenningskilden til det kalibrerte gnistavstandsapparatet. Øk gradvis spenningen til gnistutløsning observeres. Mål elektrodavstanden på dette tidspunktet, og se etter den tilsvarende spenningsverdien i den tidligere tegnede kalibreringskurven. Denne spenningsverdien er omtrentlig den ukjente spenningen. For eksempel, ved måling av spenningen i en høy spenningsimpuls, hvis gnistdannelse observeres når elektrodavstanden er 2 mm, og den tilsvarende spenningen fra kalibreringskurven er 6 kV, så er spenningen i høy spenningsimpulsen fastsatt til omtrent 6 kV.
3. Forsiktig og feilkilder
Påvirkning av gassforhold: Type, press og fuktighet av gassen kan ha betydelig innvirkning på brytningsvoltage. For eksempel, i et miljø med høy fuktighet vil økningen i vann dampinnhold i luften senke brytningsvoltage for gassen. Derfor er det nødvendig å holde gassforholdene så stabile som mulig under målingen. Hvis mulig, er det best å utføre målingen under standard atmosfærisk trykk og i et tørt miljø, eller gjøre rettelser for endringer i gassforhold.
Påvirkning av elektrodform og overflateforhold: Form (som sfærisk, nålestokket, flateplater, etc.) og overflateforhold (som råhet, tilstedeværelse av oksidlag, etc.) av elektrodene vil også påvirke brytningsvoltage for gnistavstanden. Ulige former av elektroder vil resultere i en ujevn fordeling av det elektriske feltet, dermed endrer brytningsvoltage. For eksempel, har nåle-platstrukturen et konsentrert elektrisk felt ved spissen av nåleen, noe som gjør det mer benyttelig for bryting, og dens brytningsvoltage er relativt lav. Råheten og oksidlag på elektrodoverflaten kan absorbere gassmolekyler eller endre feltfordelingen. Derfor er det nødvendig under målingen å sikre konsistens i elektrodform og overflateforhold, eller ta disse faktorene i betraktning og gjøre rettelser.
Begrensninger i målnøyaktighet: Å måle spenning ved hjelp av en gnistavstand er en relativt grov metode, og nøyaktigheten er begrenset av flere faktorer. I tillegg til de nevnte gassforholdene og elektrodfaktorene, er selve gnistutløsingen en øyeblikkelig og litt tilfeldig prosess som er vanskelig å kontrollere og måle nøyaktig. I tillegg, i høy spenningsituasjoner, kan det oppstå flere utløsninger eller kontinuerlige buer, noe som også vil påvirke nøyaktigheten av måleresultatene. Derfor brukes denne metoden vanligvis for en grov estimat av spenningen snarere enn for høy-nøyaktig spenningsmåling.
