1. Delovanje raztopine
Raztopina deluje na principu plinskega razpada. Ko je med dvema elektrodama uporabljen dovolj visok napon, se plin med elektrodama jonizira, kar ustvari vodljivo pot in tako pride do iskre. Ta proces je podoben razpadnemu pojavu, ki se zgodi med oblaki in tla med gromom. Jonizacija plina je posledica dejstva, da je električno polje dovolj močno, da elektronom v plinskem molekulu omogoči, da pridobi dovolj energije, da se osvobodi zvezanosti atomov ali molekul, s čimer nastanejo proste elektroni in joni. Ti prosti elektroni in joni se pospešijo pod vplivom električnega polja, stikajo z drugimi plinskimi molekulami, generirajo več jonizacijskih procesov in končno vodijo do preloma plina in oblikovanja iskrnega razpada.
Po Paschenovem zakonu je prestopni napon plina funkcija plinskega tlaka, razmika med elektrodama in vrste plina. Za dano vrsto plina in tlak obstaja določena povezava med razmikom med elektrodama in prestopnim napetostjo. V splošnem velja, da večji razmik med elektrodama pomeni višji prestopni napon.
2. Osnovne metode določevanja napetosti z uporabo raztopine
Kalibriranje naprave za raztopino
Najprej je potrebno kalibrirati raztopino z znanim naponom. Za to lahko uporabimo standardni vir napetosti, kot je visoko natančen DC ali AC generator napetosti, povezan s elektrodami raztopine. Počasi povišujte napetost, dokler ne opazite nastanka iskre, in zabeležite vrednost napetosti in odgovarjajoči razmik med elektrodama. Na primer, za raztopino s vzduhom kot medijem, ko je razmik med elektrodama 1 mm, je merjena prestopna napetost z uporabo standardnega vira napetosti 3 kV, s čimer dobimo točko kalibracije.
S spreminjanjem razmika med elektrodama in ponavljanjem zgornjega postopka lahko pridobite serijo podatkov o prestopnih napetostih, ki odgovarjajo različnim razmikom med elektrodama, in narišete krivuljo, ki prikazuje povezavo med razmikom med elektrodama in prestopno napetostjo. To zagotavlja kalibracijsko osnovo za nadaljnje meritve neznane napetosti.
Merjenje neznanega napetosti
Pri določanju neznanega napetosti povežite neznani vir napetosti s kalibrirano napravo za raztopino. Počasi povišujte napetost, dokler ne opazite nastanka iskre. Izmerite razmik med elektrodama v tem trenutku in nato glede na prej narisano kalibracijsko krivuljo poiščite ustrezen vrednost napetosti. Ta vrednost napetosti je približno enaka neznanemu napetosti. Na primer, pri meritvi napetosti visokonapetostnega puščičnega signala, če opazite nastanek iskre, ko je razmik med elektrodama 2 mm, in ustrezen napon iz kalibracijske krivulje je 6 kV, je napetost visokonapetostnega puščičnega signala približno 6 kV.
3. Previdnost in viri napak
Vpliv plinskih pogojev: Vrsta, tlak in vlaga plina lahko zelo vplivajo na prestopni napon. Na primer, v okolju z visoko vlagališčnostjo bo povečanje vsebnosti vodne pare v zraku znižalo prestopni napon plina. Zato je med meritvijo potrebno, da so plinski pogoji čim bolj stabilni. Če je mogoče, je najbolje, da se meritve izvajajo pri standardnem atmosferskem tlaku in suhom okolju, ali pa se popravljajo spremembe plinskih pogojev.
Vpliv oblike in stanja površine elektrod: Oblika (krogla, iglica, ravninska itd.) in stanje površine (škropljivost, prisotnost oksidnih plastov itd.) elektrod tudi vplivajo na prestopni napon raztopine. Različne oblike elektrod bodo vodile do neravnomernega porazdelitve električnega polja, s čimer se spremeni prestopni napon. Na primer, struktura iglica-ravnina ima koncentrirano električno polje na vrhu iglice, zaradi česar je lažje do prestopa, in njegov prestopni napon je relativno nizek. Škropljivost in oksidne plasti na površini elektrod lahko privzamejo plinske molekule ali spremenijo porazdelitev električnega polja. Zato je med meritvijo potrebno, da se zagotovi enakost oblike in stanja površine elektrod, ali pa se te faktorje upoštevajo in popravijo.
Omejitve natančnosti meritve: Merjenje napetosti z uporabo raztopine je relativno grobo metodo, njegova natančnost pa je omejena z mnogimi faktorji. Poleg omenjenih plinskih pogojev in faktorjev elektrod sam razpad zapleten in naključen proces, ki je težko natančno kontrolirati in merit. Poleg tega se v visokonapetostnih situacijah lahko pojavi več razpadov ali neprekinjeni lukovi, kar tudi vpliva na natančnost rezultatov meritev. Zato se ta metoda običajno uporablja za grob ocenjevanje napetosti namesto za natančno merjenje napetosti.
