1. หลักการทำงานของช่องว่างประกายไฟ
ช่องว่างประกายไฟทำงานตามหลักการปล่อยประจุไฟฟ้าในก๊าซ เมื่อมีแรงดันไฟฟ้าสูงเพียงพอถูกนำไปใช้ระหว่างขั้วไฟฟ้าสองขั้ว ก๊าซระหว่างขั้วจะถูกไอออนไนซ์ ทำให้เกิดช่องทางนำไฟฟ้า และทำให้เกิดประกายไฟ กระบวนการนี้คล้ายคลึงกับปรากฏการณ์ปล่อยประจุไฟฟ้าระหว่างเมฆและพื้นโลกในระหว่างฟ้าผ่า การไอออนไนซ์ของก๊าซเกิดขึ้นเนื่องจากความแข็งแกร่งของสนามไฟฟ้าเพียงพอที่จะทำให้อิเล็กตรอนในโมเลกุลก๊าซได้รับพลังงานเพียงพอในการหลุดออกจากพันธนาการของอะตอมหรือโมเลกุล ทำให้เกิดอิเล็กตรอนและไอออนที่อิสระ อิเล็กตรอนและไอออนเหล่านี้เร่งภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้า ชนกับโมเลกุลก๊าซอื่น ๆ สร้างกระบวนการไอออนไนซ์เพิ่มเติม และสุดท้ายนำไปสู่การแตกตัวของก๊าซและการเกิดประกายไฟ
ตามกฎของปาเชน แรงดันไฟฟ้าที่ทำให้เกิดการแตกตัวของก๊าซเป็นฟังก์ชันของความดันก๊าซ ระยะห่างระหว่างขั้วไฟฟ้า และประเภทของก๊าซ สำหรับก๊าซประเภทและความดันเฉพาะ มีความสัมพันธ์ระหว่างระยะห่างระหว่างขั้วไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าที่ทำให้เกิดการแตกตัว โดยทั่วไปแล้ว ยิ่งระยะห่างระหว่างขั้วไฟฟ้ามาก แรงดันไฟฟ้าที่ทำให้เกิดการแตกตัวยิ่งสูง
2. วิธีพื้นฐานในการใช้ช่องว่างประกายไฟเพื่อกำหนดแรงดัน
การปรับเทียบอุปกรณ์ช่องว่างประกายไฟ
แรกเริ่มต้น จำเป็นต้องทำการปรับเทียบช่องว่างประกายไฟโดยใช้แรงดันที่ทราบค่า แหล่งกำเนิดแรงดันมาตรฐาน เช่น เครื่องกำเนิดแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงหรือกระแสสลับที่มีความแม่นยำสูง สามารถนำมาใช้และเชื่อมต่อกับขั้วไฟฟ้าของช่องว่างประกายไฟ ค่อยๆ เพิ่มแรงดันจนกระทั่งเห็นประกายไฟเกิดขึ้น และบันทึกค่าแรงดันและระยะห่างระหว่างขั้วไฟฟ้าในขณะนั้น ตัวอย่างเช่น สำหรับช่องว่างประกายไฟที่ใช้อากาศเป็นกลาง เมื่อระยะห่างระหว่างขั้วไฟฟ้าเป็น 1 มม. แรงดันที่ทำให้เกิดการแตกตัวที่วัดได้โดยใช้แหล่งกำเนิดแรงดันมาตรฐานคือ 3 kV ทำให้ได้ข้อมูลการปรับเทียบจุดหนึ่ง
โดยการเปลี่ยนระยะห่างระหว่างขั้วไฟฟ้าและทำซ้ำกระบวนการดังกล่าว จะได้ข้อมูลแรงดันที่ทำให้เกิดการแตกตัวที่สอดคล้องกับระยะห่างระหว่างขั้วไฟฟ้าที่แตกต่างกัน และสามารถวาดเส้นโค้งความสัมพันธ์ระหว่างระยะห่างระหว่างขั้วไฟฟ้าและแรงดันที่ทำให้เกิดการแตกตัว ซึ่งให้พื้นฐานการปรับเทียบสำหรับการวัดแรงดันที่ไม่ทราบค่าในภายหลัง
การวัดแรงดันที่ไม่ทราบค่า
เมื่อกำหนดแรงดันที่ไม่ทราบค่า ให้เชื่อมต่อแหล่งกำเนิดแรงดันที่ไม่ทราบค่ากับอุปกรณ์ช่องว่างประกายไฟที่ปรับเทียบแล้ว ค่อยๆ เพิ่มแรงดันจนกระทั่งเห็นประกายไฟเกิดขึ้น วัดระยะห่างระหว่างขั้วไฟฟ้าในขณะนั้น จากนั้น ดูค่าแรงดันที่สอดคล้องกับเส้นโค้งการปรับเทียบที่วาดไว้ ค่านี้จะเป็นค่าแรงดันที่ไม่ทราบค่าประมาณ ตัวอย่างเช่น เมื่อวัดแรงดันของพัลส์แรงดันสูง หากเห็นประกายไฟเกิดขึ้นเมื่อระยะห่างระหว่างขั้วไฟฟ้าเป็น 2 มม. และแรงดันที่ได้จากเส้นโค้งการปรับเทียบคือ 6 kV แรงดันของพัลส์แรงดันสูงจะถูกกำหนดว่าประมาณ 6 kV
3. ข้อควรระวังและแหล่งความผิดพลาด
อิทธิพลของสภาพก๊าซ: ประเภท ความดัน และความชื้นของก๊าซสามารถมีผลกระทบอย่างมากต่อแรงดันที่ทำให้เกิดการแตกตัว ตัวอย่างเช่น ในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูง การเพิ่มขึ้นของปริมาณไอน้ำในอากาศจะลดแรงดันที่ทำให้เกิดการแตกตัวของก๊าซ ดังนั้น ในการวัด จำเป็นต้องรักษาสภาพก๊าซให้มีความเสถียรที่สุดเท่าที่จะทำได้ หากเป็นไปได้ ควรทำการวัดภายใต้ความดันบรรยากาศมาตรฐานและในสภาพแวดล้อมที่แห้ง หรือทำการแก้ไขสำหรับการเปลี่ยนแปลงของสภาพก๊าซ
อิทธิพลของรูปร่างและสภาพผิวของขั้วไฟฟ้า: รูปร่าง (เช่น ทรงกลม ทรงเข็ม แผ่นแบน ฯลฯ) และสภาพผิว (เช่น ความหยาบกร้าน ความมีชั้นออกไซด์ ฯลฯ) ของขั้วไฟฟ้าจะส่งผลต่อแรงดันที่ทำให้เกิดการแตกตัวของช่องว่างประกายไฟ รูปร่างของขั้วไฟฟ้าที่แตกต่างกันจะทำให้การกระจายของสนามไฟฟ้าไม่สม่ำเสมอ ทำให้แรงดันที่ทำให้เกิดการแตกตัวเปลี่ยนแปลง ตัวอย่างเช่น โครงสร้างขั้วไฟฟ้าแบบเข็ม-แผ่นมีสนามไฟฟ้ารวมศูนย์ที่ปลายเข็มขั้วไฟฟ้า ทำให้เกิดการแตกตัวได้ง่าย และแรงดันที่ทำให้เกิดการแตกตัวค่อนข้างต่ำ ความหยาบกร้านและชั้นออกไซด์บนผิวขั้วไฟฟ้าอาจดูดซับโมเลกุลก๊าซหรือเปลี่ยนแปลงการกระจายของสนามไฟฟ้า ดังนั้น ในการวัด จำเป็นต้องรักษาความคงที่ของรูปร่างและสภาพผิวของขั้วไฟฟ้า หรือพิจารณาปัจจัยเหล่านี้และทำการแก้ไข
ข้อจำกัดของการวัดความแม่นยำ: การวัดแรงดันโดยใช้ช่องว่างประกายไฟเป็นวิธีที่ค่อนข้างหยาบ และความแม่นยำถูกจำกัดโดยหลายปัจจัย นอกจากสภาพก๊าซและปัจจัยขั้วไฟฟ้าที่กล่าวมาแล้ว การปล่อยประจุไฟฟ้าเองเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นอย่างฉับพลันและมีความสุ่มสี่สุ่มห้า ซึ่งยากที่จะควบคุมและวัดอย่างแม่นยำ นอกจากนี้ ในสถานการณ์แรงดันสูง อาจเกิดการปล่อยประจุหลายครั้งหรืออาร์คไฟฟ้าต่อเนื่อง ซึ่งจะส่งผลต่อความแม่นยำของผลการวัดด้วย ดังนั้น วิธีนี้มักใช้สำหรับการประมาณค่าแรงดันอย่างหยาบๆ แทนที่จะใช้สำหรับการวัดแรงดันที่มีความแม่นยำสูง
