儀表控製電纜和高速數(shù)字通訊電纜(lǎn)的芯線電容,是影響電(diàn)纜傳輸性能的重要參(cān)數,將同軸電纜單位長度電容(róng)控製在允許(xǔ)範圍之內,可以保證電纜傳輸阻抗的均勻。
測量成品同軸電纜電容(róng),隻(zhī)需用電容測試儀的兩個(gè)測試夾,分別連接到電纜的內外兩個導(dǎo)體即可。
而對於沒有加上外導體的電纜絕緣芯線,隻有一個內導體電極,無法用電(diàn)容測試儀直接測量。
為此,我們對如何測量同軸電纜芯線電容的方法進行了(le)研究(jiū)。
1 同軸電纜電容1.1 電容計算公式
式中:C為電纜單位長度電容(pF/m);ε為絕緣介質(zhì)的相(xiàng)對介電常數;D為電纜的外導體內徑即絕緣層外徑(mm);d為(wéi)電纜的內導(dǎo)體(tǐ)外徑(mm)。
由上式可知,電容的大小和內導體外徑、絕緣材料(不同材料(liào)ε不同)、外導體內徑(絕緣層外徑)、發泡度(影響(xiǎng)ε)相關。
隻要D、d、ε控製(zhì)在一定範圍內,當內(nèi)導體直徑d和絕緣層外徑D確定後,介電常數ε就決定了電纜的電容。
1.2 發泡度對電容的影響發泡度就是發泡體中含(hán)多少百分比的氣體,可按下式計算:
式中:P為發泡度(%);do-為基材原有的密度;d為發(fā)泡體的密度。
對於發泡電纜,ε與發泡度有直接,PE材(cái)料發泡度與電容的關係參見(jiàn)表1。
由表1可以看出,發泡(pào)度大時ε小;發泡度小時ε大。
在內導體外徑及絕緣外徑確(què)定的情況(kuàng)下,隻要(yào)控製發泡度的大小,就能控製電容值。
反過來(lái),測量電容有助於電纜芯線在擠出(chū)過(guò)程中及(jí)時調整(zhěng)發泡度。
2 電容的測量1.1小節中的電容計算公式可用於設計同軸電纜,在實際生產中內導體直徑、絕緣外徑的變化,會(huì)引(yǐn)起電容值的變化(huà)。
隻有通過測量,才能知道實際電容值(zhí)。
電容(róng)通(tōng)常有兩個電極,電極之(zhī)間夾以(yǐ)絕緣層,而同軸電纜芯(xīn)線(xiàn)隻(zhī)有一個內導體電極,外(wài)麵是絕緣層,要測量芯線的電容,須在絕(jué)緣層外麵再設置(zhì)一個(gè)電極,這樣就組成了一個(gè)圓柱體電容(róng)。
2.1 測量途徑分析2.1.1 金(jīn)屬箔作為外電(diàn)極在絕(jué)緣層外(wài)麵繞包一層(céng)銅箔或鋁箔等(děng)金屬箔,測量內導體和(hé)金(jīn)屬箔之間的電容。
由於金屬箔繞包(bāo)的鬆緊、疊縫空隙等因素,會對測量(liàng)結果(guǒ)造成較大影響(xiǎng)。
2.1.2 水銀作為電(diàn)極在一個管(guǎn)狀(zhuàng)容器中放入導電的水銀,將(jiāng)電纜芯線浸入水銀中,測量內導體和水銀電極之間的電容值。
由於(yú)水銀密度較大,芯線浸(jìn)入其(qí)中,對絕緣層有(yǒu)一定的壓力,容易使塑料等軟性材料變形,改變原有的幾何尺寸,而且該方法在測量中會產生水銀蒸發,汙染環境,不(bú)利於身體健康。
2.1.3 用普通清水作為電極將清水注入管狀容器,電纜芯線浸入水中,測量內導體(tǐ)和水電極之間的電容值。
該方法成本低,安全無汙染。
2.2 芯線電容測(cè)量裝置2.2.1 測量裝置結構按2.1.2及2.1.3小(xiǎo)節(jiē)提出的測量(liàng)方法,均需要(yào)製(zhì)作一個專門的(de)電容測量裝置。
根據待測電纜直徑(jìng)、長度,考慮測量誤差等因素,設計製作(zuò)了一個測量裝置(結構示意見圖1)。
2.2.2 測量裝置韻設計要求底盤有足夠(gòu)的麵積和質量,以保持(chí)裝置的穩定,立(lì)柱長時相應增加底盤麵積(jī);立柱長度根據樣品長度設計;絲杆長度主要考慮樣品浸入水中對準刻線時的調節範圍,至少有30mm的可調範圍;樣品固定板隨升降螺母轉動而上下移動,靜止時,其上下(xià)活動問隙盡可能小;為了減小環境(jìng)中電磁(cí)場的幹擾,要采取屏蔽措施。
2.2.3 測量原理將被測樣(yàng)品下端用絕緣物質封住端口,放(fàng)入盛有自來水的容器,利用(yòng)樣品固定板(bǎn)將樣品固定。
由(yóu)於水是導電液體,流動性(xìng)好,能夠(gòu)均勻(yún)地包裹(guǒ)在絕緣層外(wài)麵,在水中插入一根導線(裸銅線),相當於在絕緣層外增(zēng)加一個電極。
將電容測試(shì)儀的測量夾,分別連接到內(nèi)外兩(liǎng)個導體,即可測量外導體(tǐ)和內(nèi)導體之間的電容值。
2.2.4 電容測試儀的(de)選擇根據被測樣品對電容測量結果示值誤差的要求,選擇(zé)電容測試儀的準(zhǔn)確度等級。
滿足電容(róng)測試儀誤差(chà)小於等於1/3樣品測量結果的允許誤差,例如,芯線電(diàn)容測量結果允許誤差±0.6pF,則電容測試儀的(de)示(shì)值誤差要小於等於±0.2pF。
也可以選用LCR數字(zì)電橋測量電容。
2.2.5 長度測量儀器選擇根據樣(yàng)品長度測(cè)量需(xū)要,選(xuǎn)擇1m或2m,分辨(biàn)率(lǜ)1mm的鋼直尺。
為了(le)測量方便,把鋼直(zhí)尺(chǐ)固(gù)定在一端(duān)裝有擋板的木板上,擋板的垂直端麵正好對準(zhǔn)鋼直尺起點端(duān)。
測量時隻要把電纜一端頂住擋板(bǎn)就可量取規定的長(zhǎng)度,並標注(zhù)刻線。
2.2.6繞包(bāo)機 溫度測量儀器的(de)選擇可選擇玻璃溫度計或數字式溫度表,測量範(fàn)圍0~50℃,分辨率0.5℃。
溫度計插入容器中(zhōng)不影響樣品插入的位置。


