同轴电缆芯线电容测量方法研究

2012-02-04 11:50:32来源: eefocus

0 前言
同轴电缆和高速数字通讯电缆的芯线电容,是影响电缆传输性能的重要参数,将同轴电缆单位长度电容控制在允许范围之内,可以保证电缆传输阻抗的均匀。测量成品同轴电缆电容,只需用电容测试仪的两个测试夹,分别连接到电缆的内外两个导体即可。而对于没有加上外导体的电缆绝缘芯线,只有一个内导体电极,无法用电容测试仪直接测量。为此,我们对如何测量同轴电缆芯线电容的方法进行了研究。

1 同轴电缆电容
1.1 电容计算公式

式中:C为电缆单位长度电容(pF/m);ε为绝缘介质的相对介电常数;D为电缆的外导体内径即绝缘层外径(mm);d为电缆的内导体外径(mm)。
由上式可知,电容的大小和内导体外径、绝缘材料(不同材料ε不同)、外导体内径(绝缘层外径)、发泡度(影响ε)相关。只要D、d、ε控制在一定范围内,当内导体直径d和绝缘层外径D确定后,介电常数ε就决定了电缆的电容。
1.2 发泡度对电容的影响
发泡度就是发泡体中含多少百分比的气体,可按下式计算:

式中:P为发泡度(%);do-为基材原有的密度;d为发泡体的密度。
对于发泡电缆,ε与发泡度有直接联系,PE材料发泡度与电容的关系参见表1。

 


由表1可以看出,发泡度大时ε小;发泡度小时ε大。在内导体外径及绝缘外径确定的情况下,只要控制发泡度的大小,就能控制电容值。反过来,测量电容有助于电缆芯线在挤出过程中及时调整发泡度。

2 电容的测量
1.1小节中的电容计算公式可用于设计同轴电缆,在实际生产中内导体直径、绝缘外径的变化,会引起电容值的变化。只有通过测量,才能知道实际电容值。电容通常有两个电极,电极之间夹以绝缘层,而同轴电缆芯线只有一个内导体电极,外面是绝缘层,要测量芯线的电容,须在绝缘层外面再设置一个电极,这样就组成了一个圆柱体电容。
2.1 测量途径分析
2.1.1 金属箔作为外电极
在绝缘层外面绕包一层铜箔或铝箔等金属箔,测量内导体和金属箔之间的电容。由于金属箔绕包的松紧、叠缝空隙等因素,会对测量结果造成较大影响。
2.1.2 水银作为电极
在一个管状容器中放入导电的水银,将电缆芯线浸入水银中,测量内导体和水银电极之间的电容值。由于水银密度较大,芯线浸入其中,对绝缘层有一定的压力,容易使塑料等软性材料变形,改变原有的几何尺寸,而且该方法在测量中会产生水银蒸发,污染环境,不利于身体健康。
2.1.3 用普通清水作为电极
将清水注入管状容器,电缆芯线浸入水中,测量内导体和水电极之间的电容值。该方法成本低,安全无污染。
2.2 芯线电容测量装置
2.2.1 测量装置结构
按2.1.2及2.1.3小节提出的测量方法,均需要制作一个专门的电容测量装置。根据待测电缆直径、长度,考虑测量误差等因素,设计制作了一个测量装置(结构示意见图1)。

 


2.2.2 测量装置韵设计要求
底盘有足够的面积和质量,以保持装置的稳定,立柱长时相应增加底盘面积;立柱长度根据样品长度设计;丝杆长度主要考虑样品浸入水中对准刻线时的调节范围,至少有30mm的可调范围;样品固定板随升降螺母转动而上下移动,静止时,其上下活动问隙尽可能小;为了减小环境中电磁场的干扰,要采取屏蔽措施。
2.2.3 测量原理
将被测样品下端用绝缘物质封住端口,放入盛有自来水的容器,利用样品固定板将样品固定。由于水是导电液体,流动性好,能够均匀地包裹在绝缘层外面,在水中插入一根导线(裸铜线),相当于在绝缘层外增加一个电极。将电容测试仪的测量夹,分别连接到内外两个导体,即可测量外导体和内导体之间的电容值。
2.2.4 电容测试仪的选择
根据被测样品对电容测量结果示值误差的要求,选择电容测试仪的准确度等级。满足电容测试仪误差小于等于1/3样品测量结果的允许误差,例如,芯线电容测量结果允许误差±0.6pF,则电容测试仪的示值误差要小于等于±0.2pF。也可以选用LCR数字电桥测量电容。
2.2.5 长度测量仪器选择
根据样品长度测量需要,选择1m或2m,分辨率1mm的钢直尺。为了测量方便,把钢直尺固定在一端装有挡板的木板上,挡板的垂直端面正好对准钢直尺起点端。测量时只要把电缆一端顶住挡板就可量取规定的长度,并标注刻线。
2.2.6 温度测量仪器的选择
可选择玻璃温度计或数字式温度表,测量范围0~50℃,分辨率0.5℃。温度计插入容器中不影响样品插入的位置。

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关键字:同轴电缆  电容测试  模拟电缆

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/0204/article_4556.html
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