計量檢測儀表在生產中的應用

賈祥煦

摘 要：該文通過介紹電纜產業背景，并系統介紹計量檢測儀表在電纜行業的應用，包括電纜長度、電纜偏心度、電纜絕緣電阻及其他電纜特性的計量，詳細論述了計量檢測儀表在生產中的應用及巨大價值。

關鍵詞：電纜 計量檢測儀表 生產 特性計量

中圖分類號：TH823 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）09（a）-0069-02

隨著我國社會經濟的不斷發展，對于電力能源的需求越來越大且勢必繼續增加，保證電力運行的穩定和安全，電纜的大量應用是重要內容。作為電纜生產單位，必須根據國家供電工程相關規范，制作電纜時嚴格控制各個參數，對電纜的長度、絕緣電阻、串音、電容、外徑等的檢測要有很高的精確度，這對于計量工作提出了較高的要求。在電纜生產的過程中，對于計量工作不嚴謹，嚴重時可能會使地區線路質量不過關，影響用戶使用，影響用戶的用電質量。由此可見計量工作在此領域的重要性。文章就計量檢測儀表在生產中的應用，尤其是在電纜的長度、偏心度、絕緣電阻等一些方面的應用，進行了詳細論述。

1 電纜長度計量

以滾軸作為計長手段的粗電纜長度計長儀，應用于早期的國內粗電纜生產廠[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、電纜和滾輪間偶會打滑等原因，使計長準確度受到影響，嚴重時甚至達不到0.5%不確定度的國家標準。

計量準確度不夠，在生產中會造成不必要的浪費。生產廠家為了企業信譽，將發貨尺寸取正偏差，使用時單位往往需要截取短頭，對于大型生產損失較大。舉例來說，如果可以將電纜計長的不確定度降到國家標準以內，達到0.2%，那么中型電纜廠（年產5 000 km）每年可以節約數十萬元的成本。

為了更好地利用計量檢測儀器，減少生產中原材料的浪費，在粗電纜的長度計量上，采用了新的辦法，即定長度標記的測量方法。具體來說，選定一個長度，一般為1 m，在粗電纜上打印一個標記。然后，用光電頭對粗電纜上的標記進行計數。通過最后計量的總數，配合電腦控制，可以將粗電纜長度的不確定度降低到0.2%。這一計量技術結合了光、電、機3類計數，電腦控制并進行累積誤差的自動補償。其設計原理圖如圖1所示。

2 電纜偏心度計量

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。電纜結構中，中心導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量的重要因素。

利用電感、電容、渦流、圖像等方法，可以測量單層電纜的偏心度。而對于由中心導體、內半導體屏蔽層、絕緣體和外半導體屏蔽層等組成結構的多層電纜，測量偏心度需要使用射線法。X射線穿透物質時，會有卡普頓效應、電子對效應、產生散射等，射線強度會隨著穿過物質厚度的增加而指數衰減。不同材料對X射線的吸收能力有所差異，多層物質對X射線的吸收，衰減公式為：

其中，?i為第i種材料對X射線的吸收系數，di為射線穿透第i種材料的厚度。

根據吸收原理，可以利用X射線透射多層電纜，在得到含有參數信息的強度曲線后進行分析，可以得到不同層的電纜在相互垂直的兩個方向上的尺寸參數，再經過幾何計算，可以得到電纜在某個截面上的各層的厚度、偏心度和直徑的信息。

監測裝置主要由7部分組成，包括：掃描機構、X射線發生組件、數據采集系統、電源分配系統、油冷裝置、下位機單片機組件和上位機IPC相關設備。系統組成框圖如圖2所示。

其中，掃描機構的位置控制精度是影響檢測精度的重要因素。同時，X射線源組件中，由于微焦點射線源在陽極較易產生高溫，會對射線的強度和波長的穩定性有較大影響，對射線源的陽極的材料，也會有一定的損壞，需要配置抽冷回路，對裝置進行降溫處理。整個系統外纜檢測的外徑范圍為10～80 mm，對檢測精度可以控制在±0.03 mm，刷新時間為1～3 s，時間變化范圍取決于電纜的尺寸。

電纜偏心度計量的裝置可以安裝在電纜生產線上，實時監測電纜生產的尺寸，同時可以檢測其他參數。X射線檢測系統在實際生產中應用價值高，具有成本低、實時性好、集成度高、檢測精度高的特點。雖然在整個系統的研制和改進階段需要較多的成本投入，但是在多層電纜偏心在線檢測領域，該系統具有極強的不可替代性。X射線檢測系統在提高電纜生產效率和保證電纜產品的質量方面有極大實際價值，對于生產企業來說，該計量系統的使用大大降低了因檢測或報廢而造成的資源浪費，為企業創造了更大價值。

3 電纜絕緣電阻

絕緣電阻是加直流電壓于電介質，經過一定時間極化過程之后，流過電介質的泄露電流對應的電阻。絕緣電阻的阻值會受材料、溫度、濕度、污損等要素影響。對于電纜絕緣電阻的檢測，YY21型電纜絕緣電阻測試儀在生產中有大量的應用。該儀器獲得上海市計量局的計量儀器制造許可證，經過上海、鄭州、昆明等幾十家電纜廠的廣泛使用，在生產中發揮了重大的作用。在測量電纜絕緣電阻時，通過“放電“按鈕，可以將被測電纜短路，迅速放電，然后進行試樣的更換?！俺潆姟卑粹o下，被測試樣接入電路，加速充電。在精度方面，通過使用屏蔽開關，將檢流計和線路處于屏蔽狀態，從而提高檢測精度；當屏蔽開關處于關閉狀態時，可檢驗屏蔽于線路的絕緣電阻。檢流計的靈敏度極高，且有可靠的穩定性，在電纜絕緣電阻測量方面，有很好的利用，對整個生產的過程，提供了巨大的價值。

4 微波器件計量系統對電纜特性的測試

隨著微波技術的進步，對計量測試的要求也越來越高。對微波器件的計量工作，是技術保障工作中的重要內容，有效地確定設備、器件的性能、技術參數，是對生產力的一大保證。

微波器件計量系統的總體布局如圖3所示。系統主要由計算機、GPIB接口板、頻率計、等效高度測試儀、功率計、功率傳感器和微波信號源組成。

其中，等效高度測試儀可以對電纜長度進行測量。計量領域中，一般對時間頻率的測量最為準確。將其他物理量的檢測變成對時間的檢測，往往能得到較高的準確度。長度測量電路實際為“長度—頻率”轉換器，即快速振蕩器，測量此頻率即可得到長度信息。該系統還使用微波信號源、功率傳感器和功率計，采用功率比法，利用衰減量的定義對高頻測試電纜衰減量和等效高度電纜箱衰減量進行計量。公式如下：

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

微波器件計量系統對電纜長度、電纜衰減量和等效高度電纜箱衰減量進行的計量工作，這些應用在電纜生產過程中，可以對生產的電纜性能進行精確測量，從而滿足要求特殊性能的需求，對我國的電纜生產及應用行業發揮著重大的作用并有著極大的現實意義。

5 結語

自1990年3月24號國家電線電纜質量監督檢驗測試中心以國家質檢中心的名義正式開展工作以來，計量工作對電纜的生產工作便有著日益重要的作用。相應的，越來越多的計量檢測儀表被使用于電纜的特性測量中，更精確、更細致，由粗到細，去粗取精的生產方式的優勢日益彰顯，這也讓我國的電纜企業在生產過程中能夠減少資源浪費，從而創造出更多的個人和社會價值。

參考文獻

[1] 劉玉明.提高電能計量準確性的方法研究[J].重慶大學學報，2002，201（2）：31.

[2] 費明輝.粗電纜長度計量的一種新方法[J].計量技術，1997（12）：11-12.

[3] 鄒如健.YY21型電纜絕緣電阻測試儀簡介[J].電線電纜，1986（6）：14.