安徽天康儀表控制電纜和高速數(shù)字通訊電纜的芯線電容

安徽天康儀表控制電纜和高速數(shù)字通訊電纜的芯線電容，是影響電纜傳輸性能的重要參數(shù)，將同軸電纜單位長度電容控制在允許范圍之內(nèi)，可以保證電纜傳輸阻抗的均勻。測量成品同軸電纜電容，只需用電容測試儀的兩個測試夾，分別連接到電纜的內(nèi)外兩個導(dǎo)體即可。而對于沒有加上外導(dǎo)體的電纜絕緣芯線，只有一個內(nèi)導(dǎo)體電極，無法用電容測試儀直接測量。為此，我們對如何測量同軸電纜芯線電容的方法進(jìn)行了研究。

1 同軸電纜電容
1．1 電容計(jì)算公式


式中：C為電纜單位長度電容（pF／m）；ε為絕緣介質(zhì)的相對介電常數(shù)；D為電纜的外導(dǎo)體內(nèi)徑即絕緣層外徑（mm）；d為電纜的內(nèi)導(dǎo)體外徑（mm）。
由上式可知，電容的大小和內(nèi)導(dǎo)體外徑、絕緣材料（不同材料ε不同）、外導(dǎo)體內(nèi)徑（絕緣層外徑）、發(fā)泡度（影響ε）相關(guān)。只要D、d、ε控制在一定范圍內(nèi)，當(dāng)內(nèi)導(dǎo)體直徑d和絕緣層外徑D確定后，介電常數(shù)ε就決定了電纜的電容。
1．2 發(fā)泡度對電容的影響
發(fā)泡度就是發(fā)泡體中含多少百分比的氣體，可按下式計(jì)算：


式中：P為發(fā)泡度（％）；do-為基材原有的密度；d為發(fā)泡體的密度。
對于發(fā)泡電纜，ε與發(fā)泡度有直接，PE材料發(fā)泡度與電容的關(guān)系參見表1。


由表1可以看出，發(fā)泡度大時ε??；發(fā)泡度小時ε大。在內(nèi)導(dǎo)體外徑及絕緣外徑確定的情況下，只要控制發(fā)泡度的大小，就能控制電容值。反過來，測量電容有助于電纜芯線在擠出過程中及時調(diào)整發(fā)泡度。

2 電容的測量
1．1小節(jié)中的電容計(jì)算公式可用于設(shè)計(jì)同軸電纜，在實(shí)際生產(chǎn)中內(nèi)導(dǎo)體直徑、絕緣外徑的變化，會引起電容值的變化。只有通過測量，才能知道實(shí)際電容值。電容通常有兩個電極，電極之間夾以絕緣層，而同軸電纜芯線只有一個內(nèi)導(dǎo)體電極，外面是絕緣層，要測量芯線的電容，須在絕緣層外面再設(shè)置一個電極，這樣就組成了一個圓柱體電容。
2．1 測量途徑分析
2．1．1 金屬箔作為外電極
在絕緣層外面繞包一層銅箔或鋁箔等金屬箔，測量內(nèi)導(dǎo)體和金屬箔之間的電容。由于金屬箔繞包的松緊、疊縫空隙等因素，會對測量結(jié)果造成較大影響。
2．1．2 水銀作為電極
在一個管狀容器中放入導(dǎo)電的水銀，將電纜芯線浸入水銀中，測量內(nèi)導(dǎo)體和水銀電極之間的電容值。由于水銀密度較大，芯線浸入其中，對絕緣層有一定的壓力，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(chǎn)生水銀蒸發(fā)，污染環(huán)境，不利于身體健康。
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(nèi)導(dǎo)體和水電極之間的電容值。該方法成本低，安全無污染。
2．2 芯線電容測量裝置
2．2．1 測量裝置結(jié)構(gòu)
按2．1．2及2．1．3小節(jié)提出的測量方法，均需要制作一個專門的電容測量裝置。根據(jù)待測電纜直徑、長度，考慮測量誤差等因素，設(shè)計(jì)制作了一個測量裝置（結(jié)構(gòu)示意見圖1）。
2．2．2 測量裝置韻設(shè)計(jì)要求
底盤有足夠的面積和質(zhì)量，以保持裝置的穩(wěn)定，立柱長時相應(yīng)增加底盤面積；立柱長度根據(jù)樣品長度設(shè)計(jì)；絲桿長度主要考慮樣品浸入水中對準(zhǔn)刻線時的調(diào)節(jié)范圍，至少有30mm的可調(diào)范圍；樣品固定板隨升降螺母轉(zhuǎn)動而上下移動，靜止時，其上下活動問隙盡可能?。粸榱藴p小環(huán)境中電磁場的干擾，要采取屏蔽措施。
2．2．3 測量原理
將被測樣品下端用絕緣物質(zhì)封住端口，放入盛有自來水的容器，利用樣品固定板將樣品固定。由于水是導(dǎo)電液體，流動性好，能夠均勻地包裹在絕緣層外面，在水中插入一根導(dǎo)線（裸銅線），相當(dāng)于在絕緣層外增加一個電極。將電容測試儀的測量夾，分別連接到內(nèi)外兩個導(dǎo)體，即可測量外導(dǎo)體和內(nèi)導(dǎo)體之間的電容值。
2．2．4 電容測試儀的選擇
根據(jù)被測樣品對電容測量結(jié)果示值誤差的要求，選擇電容測試儀的準(zhǔn)確度等級。滿足電容測試儀誤差小于等于1／3樣品測量結(jié)果的允許誤差，例如，芯線電容測量結(jié)果允許誤差±0．6pF，則電容測試儀的示值誤差要小于等于±0．2pF。也可以選用LCR數(shù)字電橋測量電容。
2．2．5 長度測量儀器選擇
根據(jù)樣品長度測量需要，選擇1m或2m，分辨率1mm的鋼直尺。為了測量方便，把鋼直尺固定在一端裝有擋板的木板上，擋板的垂直端面正好對準(zhǔn)鋼直尺起點(diǎn)端。測量時只要把電纜一端頂住擋板就可量取規(guī)定的長度，并標(biāo)注刻線。
2．2．6 溫度測量儀器的選擇
可選擇玻璃溫度計(jì)或數(shù)字式溫度表，測量范圍0～50℃，分辨率0．5℃。溫度計(jì)插入容器中不影響樣品插入的位置。