1. Принцип работы искрового промежутка
Искровой промежуток работает на основе принципа газового разряда. Когда между двумя электродами прикладывается достаточно высокое напряжение, газ между электродами ионизируется, образуя проводящий канал, что приводит к возникновению искрового разряда. Этот процесс похож на разряд, происходящий между облаками и землей во время молнии. Ионизация газа происходит из-за того, что сила электрического поля достаточно велика, чтобы электроны в молекулах газа получили достаточную энергию для освобождения от связи атомов или молекул, образуя свободные электроны и ионы. Эти свободные электроны и ионы ускоряются под действием электрического поля, сталкиваются с другими молекулами газа, вызывая больше процессов ионизации, что в конечном итоге приводит к пробою газа и образованию искрового разряда.
Согласно закону Пашена, напряжение пробоя газа является функцией давления газа, расстояния между электродами и типа газа. При заданном типе газа и давлении существует определенная зависимость между расстоянием между электродами и напряжением пробоя. Обычно, чем больше расстояние между электродами, тем выше напряжение пробоя.
2. Основные методы использования искрового промежутка для определения напряжения
Калибровка устройства искрового промежутка
Во-первых, необходимо откалибровать искровой промежуток с использованием известного напряжения. Для этого можно использовать стандартный источник напряжения, такой как высокоточный генератор постоянного или переменного тока, и подключить его к электродам искрового промежутка. Постепенно увеличивайте напряжение до тех пор, пока не будет наблюдаться искра, и запишите значение напряжения и соответствующее расстояние между электродами. Например, для искрового промежутка с воздухом в качестве среды, когда расстояние между электродами составляет 1 мм, измеренное с помощью стандартного источника напряжения напряжение пробоя составляет 3 кВ, что дает точку калибровки.
Изменяя расстояние между электродами и повторяя вышеописанный процесс, можно получить серию данных о напряжении пробоя для различных расстояний между электродами, и построить кривую зависимости между расстоянием между электродами и напряжением пробоя. Это предоставляет основу для последующего измерения неизвестного напряжения.
Измерение неизвестного напряжения
При определении неизвестного напряжения подключите неизвестный источник напряжения к откалиброванному устройству искрового промежутка. Постепенно увеличивайте напряжение до тех пор, пока не будет наблюдаться искровой разряд. Измерьте расстояние между электродами в этот момент, а затем, используя ранее построенную калибровочную кривую, найдите соответствующее значение напряжения. Это значение напряжения примерно равно неизвестному напряжению. Например, при измерении напряжения высоковольтного импульса, если искровой разряд наблюдается при расстоянии между электродами 2 мм, и соответствующее напряжение, полученное из калибровочной кривой, составляет 6 кВ, то напряжение высоковольтного импульса определяется как приблизительно 6 кВ.
3. Меры предосторожности и источники погрешностей
Влияние условий газа: Тип, давление и влажность газа могут существенно влиять на напряжение пробоя. Например, в условиях высокой влажности увеличение содержания водяного пара в воздухе снижает напряжение пробоя газа. Поэтому в процессе измерений необходимо поддерживать условия газа максимально стабильными. Если возможно, лучше всего проводить измерения при стандартном атмосферном давлении и в сухой среде, или делать корректировки на изменения условий газа.
Влияние формы и состояния поверхности электродов: Форма (например, шарообразная, игольчатая, плоская) и состояние поверхности (например, шероховатость, наличие оксидных слоев) электродов также влияют на напряжение пробоя искрового промежутка. Различные формы электродов приводят к неравномерному распределению электрического поля, что изменяет напряжение пробоя. Например, структура игольчатого-плоского электрода имеет электрическое поле, сконцентрированное на острие игольчатого электрода, что делает его более склонным к пробою, и его напряжение пробоя относительно низкое. Шероховатость и оксидные слои на поверхности электродов могут адсорбировать молекулы газа или изменять распределение электрического поля. Поэтому в процессе измерений необходимо обеспечивать одинаковость формы и состояния поверхности электродов, или учитывать эти факторы и делать корректировки.
Ограничения точности измерений: Измерение напряжения с помощью искрового промежутка является относительно грубым методом, и его точность ограничена несколькими факторами. Помимо вышеупомянутых условий газа и факторов электродов, сам искровой разряд является мгновенным и несколько случайным процессом, который трудно точно контролировать и измерять. Кроме того, при высоких напряжениях могут происходить множественные разряды или непрерывные дуги, что также влияет на точность результатов измерений. Поэтому этот метод обычно используется для приблизительной оценки напряжения, а не для высокоточных измерений напряжения.
