計(jì)量檢測(cè)儀表在生產(chǎn)中的應(yīng)用

賈祥煦

摘 要：該文通過(guò)介紹電纜產(chǎn)業(yè)背景，并系統(tǒng)介紹計(jì)量檢測(cè)儀表在電纜行業(yè)的應(yīng)用，包括電纜長(zhǎng)度、電纜偏心度、電纜絕緣電阻及其他電纜特性的計(jì)量，詳細(xì)論述了計(jì)量檢測(cè)儀表在生產(chǎn)中的應(yīng)用及巨大價(jià)值。

關(guān)鍵詞：電纜 計(jì)量檢測(cè)儀表 生產(chǎn) 特性計(jì)量

中圖分類(lèi)號(hào)：TH823 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）09（a）-0069-02

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)于電力能源的需求越來(lái)越大且勢(shì)必繼續(xù)增加，保證電力運(yùn)行的穩(wěn)定和安全，電纜的大量應(yīng)用是重要內(nèi)容。作為電纜生產(chǎn)單位，必須根據(jù)國(guó)家供電工程相關(guān)規(guī)范，制作電纜時(shí)嚴(yán)格控制各個(gè)參數(shù)，對(duì)電纜的長(zhǎng)度、絕緣電阻、串音、電容、外徑等的檢測(cè)要有很高的精確度，這對(duì)于計(jì)量工作提出了較高的要求。在電纜生產(chǎn)的過(guò)程中，對(duì)于計(jì)量工作不嚴(yán)謹(jǐn)，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)使地區(qū)線路質(zhì)量不過(guò)關(guān)，影響用戶使用，影響用戶的用電質(zhì)量。由此可見(jiàn)計(jì)量工作在此領(lǐng)域的重要性。文章就計(jì)量檢測(cè)儀表在生產(chǎn)中的應(yīng)用，尤其是在電纜的長(zhǎng)度、偏心度、絕緣電阻等一些方面的應(yīng)用，進(jìn)行了詳細(xì)論述。

1 電纜長(zhǎng)度計(jì)量

以滾軸作為計(jì)長(zhǎng)手段的粗電纜長(zhǎng)度計(jì)長(zhǎng)儀，應(yīng)用于早期的國(guó)內(nèi)粗電纜生產(chǎn)廠[2]。但是由于滾輪制造有誤差、工作中的外徑容易造成磨損，以及電纜表面本身不平整、電纜和滾輪間偶會(huì)打滑等原因，使計(jì)長(zhǎng)準(zhǔn)確度受到影響，嚴(yán)重時(shí)甚至達(dá)不到0.5%不確定度的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

計(jì)量準(zhǔn)確度不夠，在生產(chǎn)中會(huì)造成不必要的浪費(fèi)。生產(chǎn)廠家為了企業(yè)信譽(yù)，將發(fā)貨尺寸取正偏差，使用時(shí)單位往往需要截取短頭，對(duì)于大型生產(chǎn)損失較大。舉例來(lái)說(shuō)，如果可以將電纜計(jì)長(zhǎng)的不確定度降到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，達(dá)到0.2%，那么中型電纜廠（年產(chǎn)5 000 km）每年可以節(jié)約數(shù)十萬(wàn)元的成本。

為了更好地利用計(jì)量檢測(cè)儀器，減少生產(chǎn)中原材料的浪費(fèi)，在粗電纜的長(zhǎng)度計(jì)量上，采用了新的辦法，即定長(zhǎng)度標(biāo)記的測(cè)量方法。具體來(lái)說(shuō)，選定一個(gè)長(zhǎng)度，一般為1 m，在粗電纜上打印一個(gè)標(biāo)記。然后，用光電頭對(duì)粗電纜上的標(biāo)記進(jìn)行計(jì)數(shù)。通過(guò)最后計(jì)量的總數(shù)，配合電腦控制，可以將粗電纜長(zhǎng)度的不確定度降低到0.2%。這一計(jì)量技術(shù)結(jié)合了光、電、機(jī)3類(lèi)計(jì)數(shù)，電腦控制并進(jìn)行累積誤差的自動(dòng)補(bǔ)償。其設(shè)計(jì)原理圖如圖1所示。

2 電纜偏心度計(jì)量

偏心度，定義為：（R最大值-R最小值）/R最大值×100%，其中R為半徑值。電纜結(jié)構(gòu)中，中心導(dǎo)體與絕緣體的不同心度被稱作電纜偏心度。電纜偏心度是電纜質(zhì)量的重要因素。

利用電感、電容、渦流、圖像等方法，可以測(cè)量單層電纜的偏心度。而對(duì)于由中心導(dǎo)體、內(nèi)半導(dǎo)體屏蔽層、絕緣體和外半導(dǎo)體屏蔽層等組成結(jié)構(gòu)的多層電纜，測(cè)量偏心度需要使用射線法。X射線穿透物質(zhì)時(shí)，會(huì)有卡普頓效應(yīng)、電子對(duì)效應(yīng)、產(chǎn)生散射等，射線強(qiáng)度會(huì)隨著穿過(guò)物質(zhì)厚度的增加而指數(shù)衰減。不同材料對(duì)X射線的吸收能力有所差異，多層物質(zhì)對(duì)X射線的吸收，衰減公式為：

其中，?i為第i種材料對(duì)X射線的吸收系數(shù)，di為射線穿透第i種材料的厚度。

根據(jù)吸收原理，可以利用X射線透射多層電纜，在得到含有參數(shù)信息的強(qiáng)度曲線后進(jìn)行分析，可以得到不同層的電纜在相互垂直的兩個(gè)方向上的尺寸參數(shù)，再經(jīng)過(guò)幾何計(jì)算，可以得到電纜在某個(gè)截面上的各層的厚度、偏心度和直徑的信息。

監(jiān)測(cè)裝置主要由7部分組成，包括：掃描機(jī)構(gòu)、X射線發(fā)生組件、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、電源分配系統(tǒng)、油冷裝置、下位機(jī)單片機(jī)組件和上位機(jī)IPC相關(guān)設(shè)備。系統(tǒng)組成框圖如圖2所示。

其中，掃描機(jī)構(gòu)的位置控制精度是影響檢測(cè)精度的重要因素。同時(shí)，X射線源組件中，由于微焦點(diǎn)射線源在陽(yáng)極較易產(chǎn)生高溫，會(huì)對(duì)射線的強(qiáng)度和波長(zhǎng)的穩(wěn)定性有較大影響，對(duì)射線源的陽(yáng)極的材料，也會(huì)有一定的損壞，需要配置抽冷回路，對(duì)裝置進(jìn)行降溫處理。整個(gè)系統(tǒng)外纜檢測(cè)的外徑范圍為10～80 mm，對(duì)檢測(cè)精度可以控制在±0.03 mm，刷新時(shí)間為1～3 s，時(shí)間變化范圍取決于電纜的尺寸。

電纜偏心度計(jì)量的裝置可以安裝在電纜生產(chǎn)線上，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電纜生產(chǎn)的尺寸，同時(shí)可以檢測(cè)其他參數(shù)。X射線檢測(cè)系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用價(jià)值高，具有成本低、實(shí)時(shí)性好、集成度高、檢測(cè)精度高的特點(diǎn)。雖然在整個(gè)系統(tǒng)的研制和改進(jìn)階段需要較多的成本投入，但是在多層電纜偏心在線檢測(cè)領(lǐng)域，該系統(tǒng)具有極強(qiáng)的不可替代性。X射線檢測(cè)系統(tǒng)在提高電纜生產(chǎn)效率和保證電纜產(chǎn)品的質(zhì)量方面有極大實(shí)際價(jià)值，對(duì)于生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，該計(jì)量系統(tǒng)的使用大大降低了因檢測(cè)或報(bào)廢而造成的資源浪費(fèi)，為企業(yè)創(chuàng)造了更大價(jià)值。

3 電纜絕緣電阻

絕緣電阻是加直流電壓于電介質(zhì)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間極化過(guò)程之后，流過(guò)電介質(zhì)的泄露電流對(duì)應(yīng)的電阻。絕緣電阻的阻值會(huì)受材料、溫度、濕度、污損等要素影響。對(duì)于電纜絕緣電阻的檢測(cè)，YY21型電纜絕緣電阻測(cè)試儀在生產(chǎn)中有大量的應(yīng)用。該儀器獲得上海市計(jì)量局的計(jì)量?jī)x器制造許可證，經(jīng)過(guò)上海、鄭州、昆明等幾十家電纜廠的廣泛使用，在生產(chǎn)中發(fā)揮了重大的作用。在測(cè)量電纜絕緣電阻時(shí)，通過(guò)“放電“按鈕，可以將被測(cè)電纜短路，迅速放電，然后進(jìn)行試樣的更換?！俺潆姟卑粹o下，被測(cè)試樣接入電路，加速充電。在精度方面，通過(guò)使用屏蔽開(kāi)關(guān)，將檢流計(jì)和線路處于屏蔽狀態(tài)，從而提高檢測(cè)精度；當(dāng)屏蔽開(kāi)關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，可檢驗(yàn)屏蔽于線路的絕緣電阻。檢流計(jì)的靈敏度極高，且有可靠的穩(wěn)定性，在電纜絕緣電阻測(cè)量方面，有很好的利用，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)的過(guò)程，提供了巨大的價(jià)值。

4 微波器件計(jì)量系統(tǒng)對(duì)電纜特性的測(cè)試

隨著微波技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)計(jì)量測(cè)試的要求也越來(lái)越高。對(duì)微波器件的計(jì)量工作，是技術(shù)保障工作中的重要內(nèi)容，有效地確定設(shè)備、器件的性能、技術(shù)參數(shù)，是對(duì)生產(chǎn)力的一大保證。

微波器件計(jì)量系統(tǒng)的總體布局如圖3所示。系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、GPIB接口板、頻率計(jì)、等效高度測(cè)試儀、功率計(jì)、功率傳感器和微波信號(hào)源組成。

其中，等效高度測(cè)試儀可以對(duì)電纜長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量。計(jì)量領(lǐng)域中，一般對(duì)時(shí)間頻率的測(cè)量最為準(zhǔn)確。將其他物理量的檢測(cè)變成對(duì)時(shí)間的檢測(cè)，往往能得到較高的準(zhǔn)確度。長(zhǎng)度測(cè)量電路實(shí)際為“長(zhǎng)度—頻率”轉(zhuǎn)換器，即快速振蕩器，測(cè)量此頻率即可得到長(zhǎng)度信息。該系統(tǒng)還使用微波信號(hào)源、功率傳感器和功率計(jì)，采用功率比法，利用衰減量的定義對(duì)高頻測(cè)試電纜衰減量和等效高度電纜箱衰減量進(jìn)行計(jì)量。公式如下：

其中，A為衰減量，P0為被檢對(duì)象插入前吸收的凈功率；P1為被檢對(duì)象插入后吸收的凈功率。

微波器件計(jì)量系統(tǒng)對(duì)電纜長(zhǎng)度、電纜衰減量和等效高度電纜箱衰減量進(jìn)行的計(jì)量工作，這些應(yīng)用在電纜生產(chǎn)過(guò)程中，可以對(duì)生產(chǎn)的電纜性能進(jìn)行精確測(cè)量，從而滿足要求特殊性能的需求，對(duì)我國(guó)的電纜生產(chǎn)及應(yīng)用行業(yè)發(fā)揮著重大的作用并有著極大的現(xiàn)實(shí)意義。

5 結(jié)語(yǔ)

自1990年3月24號(hào)國(guó)家電線電纜質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心以國(guó)家質(zhì)檢中心的名義正式開(kāi)展工作以來(lái)，計(jì)量工作對(duì)電纜的生產(chǎn)工作便有著日益重要的作用。相應(yīng)的，越來(lái)越多的計(jì)量檢測(cè)儀表被使用于電纜的特性測(cè)量中，更精確、更細(xì)致，由粗到細(xì)，去粗取精的生產(chǎn)方式的優(yōu)勢(shì)日益彰顯，這也讓我國(guó)的電纜企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中能夠減少資源浪費(fèi)，從而創(chuàng)造出更多的個(gè)人和社會(huì)價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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