1. Princípio de Funcionamento da Fenda de Faísca
A fenda de faísca opera com base no princípio de descarga de gás. Quando uma tensão suficientemente alta é aplicada entre dois eletrodos, o gás entre os eletrodos é ionizado, formando um canal condutor, e, assim, ocorre a descarga de faísca. Este processo é semelhante ao fenômeno de descarga que ocorre entre as nuvens e o solo durante um relâmpago. A ionização do gás se deve ao fato de que a intensidade do campo elétrico é suficiente para permitir que os elétrons nas moléculas de gás obtenham energia suficiente para se libertarem do vínculo dos átomos ou moléculas, formando elétrons livres e íons. Estes elétrons e íons livres aceleram sob a ação do campo elétrico, colidem com outras moléculas de gás, gerando mais processos de ionização, e, em última análise, levando à quebra do gás e à formação da descarga de faísca.
De acordo com a lei de Paschen, a tensão de ruptura de um gás é uma função da pressão do gás, do espaçamento entre os eletrodos e do tipo de gás. Dado um tipo específico de gás e pressão, existe uma certa relação entre o espaçamento dos eletrodos e a tensão de ruptura. Geralmente, quanto maior o espaçamento dos eletrodos, maior a tensão de ruptura.
2. Métodos Básicos de Uso da Fenda de Faísca para Determinar a Tensão
Calibração do Dispositivo de Fenda de Faísca
Primeiro, é necessário calibrar a fenda de faísca usando uma tensão conhecida. Uma fonte de tensão padrão, como um gerador de tensão DC ou AC de alta precisão, pode ser usada e conectada aos eletrodos da fenda de faísca. Gradualmente, aumente a tensão até que a geração de faísca seja observada e registre o valor da tensão e o espaçamento correspondente dos eletrodos nesse momento. Por exemplo, para uma fenda de faísca com ar como meio, quando o espaçamento dos eletrodos é de 1 mm, a tensão de ruptura medida usando a fonte de tensão padrão é de 3 kV, obtendo-se, assim, um ponto de dados de calibração.
Alterando o espaçamento dos eletrodos e repetindo o processo acima, pode-se obter uma série de dados de tensão de ruptura correspondentes a diferentes espaçamentos dos eletrodos, e traçar a curva de relação entre o espaçamento dos eletrodos e a tensão de ruptura. Isso fornece uma base de calibração para a medição subsequente de uma tensão desconhecida.
Medição da Tensão Desconhecida
Ao determinar uma tensão desconhecida, conecte a fonte de tensão desconhecida ao dispositivo de fenda de faísca calibrado. Gradualmente, aumente a tensão até que a descarga de faísca seja observada. Meça o espaçamento dos eletrodos nesse momento e, então, de acordo com a curva de calibração previamente traçada, consulte o valor de tensão correspondente. Este valor de tensão é aproximadamente a tensão desconhecida. Por exemplo, ao medir a tensão de um pulso de alta tensão, se a geração de faísca for observada quando o espaçamento dos eletrodos for de 2 mm, e a tensão correspondente obtida na curva de calibração for de 6 kV, então a tensão do pulso de alta tensão é determinada como sendo aproximadamente 6 kV.
3. Precauções e Fontes de Erro
Influência das Condições do Gás: O tipo, pressão e umidade do gás podem ter um impacto significativo na tensão de ruptura. Por exemplo, em um ambiente de alta umidade, o aumento do conteúdo de vapor de água no ar reduzirá a tensão de ruptura do gás. Portanto, durante o processo de medição, é necessário manter as condições do gás o mais estáveis possível. Se possível, é melhor realizar a medição sob pressão atmosférica padrão e em um ambiente seco, ou fazer correções para mudanças nas condições do gás.
Influência da Forma e Condição da Superfície dos Eletrodos: A forma (como esférica, agulha, placa plana, etc.) e a condição da superfície (como rugosidade, presença de camadas de óxido, etc.) dos eletrodos também afetarão a tensão de ruptura da fenda de faísca. Diferentes formas de eletrodos resultarão em uma distribuição desigual do campo elétrico, alterando, assim, a tensão de ruptura. Por exemplo, a estrutura de eletrodos agulha-placa tem um campo elétrico concentrado na ponta do eletrodo agulha, tornando-o mais propenso à ruptura, e sua tensão de ruptura é relativamente baixa. A rugosidade e as camadas de óxido na superfície do eletrodo podem adsorver moléculas de gás ou alterar a distribuição do campo elétrico. Portanto, durante o processo de medição, é necessário garantir a consistência da forma e da condição da superfície dos eletrodos, ou levar esses fatores em consideração e fazer correções.
Limitações da Precisão da Medição: Medir a tensão usando uma fenda de faísca é um método relativamente grosseiro, e sua precisão é limitada por múltiplos fatores. Além das condições de gás e fatores de eletrodos mencionados acima, a descarga de faísca em si é um processo instantâneo e um pouco aleatório, que é difícil de controlar e medir com precisão. Além disso, em situações de alta tensão, podem ocorrer múltiplas descargas ou arcos contínuos, o que também afetará a precisão dos resultados de medição. Portanto, este método geralmente é usado para uma estimativa grosseira da tensão, em vez de para a medição de tensão de alta precisão.
