1. Funktionsprincipen för gnistgapet
Gnistgapet fungerar enligt principen för gasavlägsning. När ett tillräckligt högt spänning tillämpas mellan två elektroder, ioniseras gasen mellan elektroder, vilket bildar en ledande kanal, och därmed uppstår gnistavlägsning. Denna process liknar den avlägsningsfenomen som inträffar mellan moln och mark under åskväder. Gasens ionisering beror på att elektriska fältstyrkan är tillräckligt stark för att ge elektronerna i gasmolekyler tillräckligt med energi för att bryta fri från atomernas eller molekylernas bojor, vilket bildar fria elektroner och jon. Dessa fria elektroner och jon accelererar under verkan av det elektriska fältet, kolliderar med andra gasmolekyler, genererar fler ioniseringsprocesser, och leder till slutligen till gasens nedbrytning och bildandet av gnistavlägsning.
Enligt Paschens lag är nedsättningsspänningen för en gas en funktion av gasens tryck, elektrodavstånd och gastyp. För en given gastyp och tryck finns det en viss relation mellan elektrodavstånd och nedsättningsspänning. Generellt sett, ju större elektrodavstånd, desto högre nedsättningsspänning.
2. Grundläggande metoder för användning av gnistgap för att bestämma spänningen
Kalibrering av gnistgapet
Först måste gnistgapet kalibreras med en känd spänning. En standardspänningskälla, såsom en högprecision DC- eller AC-spänningsgenerator, kan användas och anslutas till gnistgapets elektroder. Öka gradvis spänningen tills gnistbildning observeras, och notera spänningsvärdet och det motsvarande elektrodavståndet vid detta tillfälle. Till exempel, för ett gnistgap med luft som medium, när elektrodavståndet är 1 mm, mäts nedsättningsspänningen med standardspänningskällan till 3 kV, vilket ger en kalibreringsdatapunkt.
Genom att ändra elektrodavståndet och upprepa ovanstående process, kan en serie nedsättningsspänningsdata för olika elektrodavstånd erhållas, och kurvan mellan elektrodavstånd och nedsättningsspänning kan plottas. Detta ger en kalibreringsbas för den efterföljande mätningen av en okänd spänning.
Mätning av okänd spänning
När man bestämmer en okänd spänning, anslut den okända spänningskällan till det kalibrerade gnistgapet. Öka gradvis spänningen tills gnistavlägsning observeras. Mät elektrodavståndet vid detta tillfälle, och jämför sedan med den tidigare plottade kalibreringskurvan för att hitta motsvarande spänningsvärde. Detta spänningsvärde är ungefär den okända spänningen. Till exempel, vid mätning av spänningen för en högspänningspuls, om gnistbildning observeras när elektrodavståndet är 2 mm, och motsvarande spänning erhålls från kalibreringskurvan som 6 kV, då fastställs högspänningspulsens spänning till ungefär 6 kV.
3. Försiktighetsåtgärder och felkällor
Inverkan av gaskonditioner: Gastyp, tryck och fuktighet kan ha en betydande inverkan på nedsättningsspänningen. Till exempel, i en miljö med hög fuktighet, ökar vattenångsinnehållet i luften, vilket sänker gasens nedsättningsspänning. Därför är det nödvändigt under mätningen att hålla gaskonditioner så stabila som möjligt. Om möjligt bör mätningen utföras vid standardatmosfäriskt tryck och i en torr miljö, eller göra korrigeringar för ändringar i gaskonditioner.
Inverkan av elektrodform och ytkondition: Elektrodernas form (till exempel sfärisk, nålstekig, platt, etc.) och ytkondition (till exempel rauhhet, närvaro av oxideringslag, etc.) påverkar också gnistgapets nedsättningsspänning. Olika former av elektroder resulterar i en ojämn fördelning av det elektriska fältet, vilket ändrar nedsättningsspänningen. Till exempel har nålstekig-plattelektrodstruktur ett koncentrerat elektriskt fält vid nålets spets, vilket gör det mer benäget att brytas ned, och dess nedsättningsspänning är relativt låg. Rauhheten och oxideringslagen på elektrodens yta kan adsorbera gasmolekyler eller ändra det elektriska fältets fördelning. Därför är det under mätningen nödvändigt att säkerställa enhetlighet i elektrodform och ytkondition, eller ta dessa faktorer i beaktning och göra korrigeringar.
Begränsningar i mätningens precision: Att mäta spänning med hjälp av ett gnistgap är en relativt grovt sätt, och dess precision begränsas av flera faktorer. Förutom de ovan nämnda gaskonditioner och elektrodfaktorer, är gnistavlägsning en ögonblicklig och något slumpmässig process som är svår att kontrollera och mäta exakt. Dessutom, i högspänningsituationer, kan flera avlägsningar eller kontinuerliga bågar uppstå, vilket också påverkar mätresultatens noggrannhet. Därför används denna metod vanligtvis för en grov uppskattning av spänningen snarare än för högnoggrann spänningsmätning.
