Газорозрядний метод

Електрофізичні методи вимірювань великих струмів і високих напруг

Електрофізичні методи засновано на використанні стабільних фізичних ефектів і явищ, що мають місце при взаємодії електромагнітних полів з частинками речовини (молекули, іони, електрони, атомні ядра). Такі методи забезпечують високоточне абсолютне вимірювання струмів і напруг, результати якого не залежать від зовнішніх факторів, якщо взаємодії відбуваються на атомному або ядерному рівнях. Безпосередньо вимірюваною величиною при використанні електрофізичних методів є час, частота або довжина, відтворення і вимірювання яких проводяться з найбільшою точністю.

Газорозрядний метод вимірювань максимальних значень постійних, змінних і імпульсних напруг засновано на виникненні самостійного газового розряду (пробою) в електричному полі.

При дотриманні нормованих зовнішніх умов, а також заданих розмірів та форми електродів, існує стабільна залежність між напругою пробою і відстанню між електродами. Для повітря при атмосферному тиску напруженість електричного поля, при якій настає пробій, складає 30 кВ/см. Найбільшого розповсюдження для таких вимірювань набули кульові розрядники зі сферичними електродами (рис.7.12), для яких складено таблиці розрядних напруг в залежності від діаметрів куль і відстаней між ними. Для обмеження струму при пробої розрядника використовується обмежувальний резистор з опором R=10⁴…10⁶ Ом. Опір і ємність розрядника утворюють дільник напруги з коефіцієнтом ділення, що залежить від частоти. Необхідно, щоб у всіх випадках коефіцієнт ділення відрізнявся від одиниці, тобто щоб справджувалась рівність R << 1/(ωC), де ємність С кульового розрядника знаходиться за формулою

, (7.20)

де l – відстань між електродами, м; k – поправочний множник, що залежить від відношення l до радіуса кулі.

Для врахування відмінності зовнішніх умов від нормальних вимірювана напруга визначається за формулою

, (7.21)

де U_Т – табличне значення вимірюваної напруги (за нормальних умов); р – тиск повітря, Па; t – температура, ˚С.

Вимірювання високих і надвисоких напруг за допомогою кулькових розрядників є одним з найстаріших і не надто точних методів (похибка 2…10%), однак, тим не менше, найбільш розповсюдженим методом вимірювання в лабораторних умовах, що пояснюється його відносною простотою і практично необмеженою верхньою межею вимірювань.