Jakie są praktyczne zastosowania transformatorów w elektronice przemysłowej

1. Zasada działania luki iskrowej

Luka iskrowa działa na zasadzie rozładowania gazowego. Gdy między dwoma elektrodami zostanie zastosowane wystarczająco wysokie napięcie, gaz znajdujący się między elektrodami jonizuje, tworząc przewodzący kanał, co prowadzi do rozładowania iskrowego. Ten proces jest podobny do zjawiska rozładowania, które zachodzi między chmurami a ziemią podczas pioruna. Jonizacja gazu jest spowodowana tym, że siła pola elektrycznego jest wystarczająco silna, aby umożliwić elektronom w cząsteczkach gazu zdobycie wystarczającej energii, aby uwolnić się z uwięzi atomów lub cząsteczek, tworząc wolne elektrony i jony. Te wolne elektrony i jony przyspieszają pod wpływem pola elektrycznego, zderzają się z innymi cząsteczkami gazu, generując więcej procesów jonizacji, co ostatecznie prowadzi do przebicia gazu i powstania rozładowania iskrowego.

Zgodnie z prawem Paschena, napięcie przebijające gazu jest funkcją ciśnienia gazu, odległości między elektrodami oraz rodzaju gazu. Dla danego rodzaju gazu i ciśnienia istnieje określone zależności między odległością elektrod a napięciem przebijającym. Ogólnie rzecz biorąc, im większa odległość między elektrodami, tym wyższe napięcie przebijające.

2. Podstawowe metody wykorzystania luki iskrowej do określenia napięcia

Kalibracja urządzenia luki iskrowej

Po pierwsze, konieczne jest skalibrowanie luki iskrowej za pomocą znanej wartości napięcia. Można użyć standardowego źródła napięcia, takiego jak generator napięcia stałego lub zmiennego o wysokiej precyzji, i połączyć go z elektrodami luki iskrowej. Stopniowo zwiększaj napięcie, aż dostrzeżesz powstanie iskry, i zapisz wartość napięcia oraz odpowiadającą jej odległość między elektrodami. Na przykład, dla luki iskrowej z powietrzem jako medium, gdy odległość między elektrodami wynosi 1 mm, zmierzona wartość napięcia przebijającego za pomocą standardowego źródła napięcia to 3 kV, co daje punkt kalibracyjny.

Zmieniając odległość między elektrodami i powtarzając powyższy proces, można uzyskać serię danych napięcia przebijającego odpowiadających różnym odległościom między elektrodami, i narysować krzywą zależności między odległością elektrod a napięciem przebijającym. To dostarcza podstawy kalibracyjnej do późniejszego pomiaru nieznanego napięcia.

Pomiar nieznanego napięcia

Podczas określania nieznanego napięcia, połącz źródło nieznanego napięcia z skałowanym urządzeniem luki iskrowej. Stopniowo zwiększaj napięcie, aż dostrzeżesz powstanie iskry. Zmierz odległość między elektrodami w tym momencie, a następnie, korzystając z wcześniej narysowanej krzywej kalibracyjnej, odczytaj odpowiadającą wartość napięcia. Ta wartość napięcia jest przybliżoną wartością nieznanego napięcia. Na przykład, podczas pomiaru napięcia impulsu wysokiego napięcia, jeśli obserwujesz powstanie iskry, gdy odległość między elektrodami wynosi 2 mm, a odpowiadająca wartość napięcia z krzywej kalibracyjnej to 6 kV, to napięcie impulsu wysokiego napięcia jest określone jako około 6 kV.

3. Uwagi i źródła błędów

Wpływ warunków gazu: Rodzaj, ciśnienie i wilgotność gazu mogą mieć znaczący wpływ na napięcie przebijające. Na przykład, w środowisku o wysokiej wilgotności, wzrost zawartości pary wodnej w powietrzu obniży napięcie przebijające gazu. Dlatego podczas procesu pomiarowego konieczne jest utrzymanie warunków gazu jak najbardziej stabilnych. Jeśli to możliwe, najlepiej przeprowadzać pomiary w normalnym ciśnieniu atmosferycznym i w suchym środowisku, lub dokonywać korekt ze względu na zmiany warunków gazu.

Wpływ kształtu i stanu powierzchni elektrod: Kształt (np. kulisty, igłowy, płytowy itp.) i stan powierzchni (np. szorstkość, obecność warstw tlenkowych itp.) elektrod również wpływa na napięcie przebijające luki iskrowej. Różne kształty elektrod powodują nierównomierną dystrybucję pola elektrycznego, co zmienia napięcie przebijające. Na przykład, struktura elektrod igłowo-płytowa ma pole elektryczne skupione na szczycie elektrody igłowej, co sprawia, że jest ona bardziej podatna na przebicie, a jej napięcie przebijające jest względnie niskie. Szorstkość i warstwy tlenkowe na powierzchni elektrod mogą adsorbować cząsteczki gazu lub zmieniać dystrybucję pola elektrycznego. Dlatego podczas procesu pomiarowego konieczne jest zapewnienie jednolitości kształtu i stanu powierzchni elektrod, lub uwzględnienie tych czynników i dokonywanie korekt.

 Ograniczenia dokładności pomiaru: Pomiar napięcia za pomocą luki iskrowej jest stosunkowo grubszy sposób, a jego dokładność jest ograniczona przez wiele czynników. Oprócz już wspomnianych warunków gazu i czynników związanych z elektrodami, samo rozładowanie iskrowe jest procesem chwilowym i do pewnego stopnia losowym, trudnym do precyzyjnego kontrolowania i mierzenia. Ponadto, w przypadku wysokich napięć, mogą wystąpić wielokrotne rozładowania lub ciągłe łuki, co również wpłynie na dokładność wyników pomiaru. Dlatego ten sposób jest zwykle stosowany do przybliżonego oszacowania napięcia, a nie do precyzyjnego pomiaru napięcia.