Определение геометрических параметров кабельных изделий

Первым этапом работы при испытаниях кабелей, проводов и других кабельных изделий является тщательный визуальный осмотр конструкции и проверка конструктивных размеров, поскольку геометрические размеры имеют очень большое значение для большинства кабельных изделий.

Методика проверки размеров элементов конструкции кабелей и неизолированных проводов регламентирована ГОСТ 12177-66, круглых эмалированных проводов – ГОСТ 14340.1-74, а обмоточных с волокнистой, эмалево-волокнистой и пленочно-волокнистой изоляцией - ГОСТ 15634.0-70.

Измерение диаметров в кабельных конструкциях должно производиться микрометром с плоской поверхностью губок в двух взаимно перпендикулярных направлениях. За результат измерения при этом принимается среднее арифметическое этих измерений.

Как предписывают ГОСТы при измерении геометрических размеров элементов конструкции кабелей обычно применяют винтовые микрометры: жесткие – типа МК 0-25 с ценой деления 0,01 мм и рычажные – типа МР 0-25 с ценой деления 0,002 мм.

Исправные и хорошо выверенные микрометры при опыте работающего с ними позволяют получать высокую точность измерений.

Стандартные пределы измеряемых микрометрами толщин составляют: 0 – 25, 25 – 50, 50 – 75, 75 – 100, 100 – 150 и т.д. до 300 мм.

Часто изоляционные и другие материалы при нажиме на них существенно изменяют и свою форму, и свои размеры. Для этого жесткие микрометры снабжены фрикционным устройством с трещоткой, которая ограничивает крутящий момент при вращении винта микрометра. Тем самым и обеспечивается необходимый нажим на измеряемый образец.

При измерении проводов диаметром 0,02 – 0,30 мм необходима повышенная точность отсчета. Поэтому здесь и применяются рычажные микрометры с ценой деления 0,002 мм. У этих микрометров «пятка» соединена с чувствительным стрелочным механизмом.

Проверка размеров кабелей и неизолированных проводов должна производиться на образцах, отобранных с обоих концов строительной длины.

Измерение геометрических размеров эмалированных и обмоточных проводов ведут на образцах длиной 1 м, которые смотаны с катушек без растяжений и изгибов. Наружные размеры кабельных изделий должны проверяться на концах и на среднем участке образца.

Толщина элементов конструкции кабелей может определяться микрометром, который имеет одну губку полусферической формы, а другую – с плоской торцовой поверхностью. Лучше если эта толщина, за исключением толщины экранов и брони, определяется как половина разности диаметров, измеренных снаружи и внутри данного элемента (см. рисунок).

Измерение толщины металлических оболочек кабелей допускается производить на разрезанном и выпрямленном участке оболочки. Выпрямление должно производиться с помощью инструмента, при работе с которым исключается деформация оболочки (например, резиновый молоток).

Диаметры эмалированного провода и проволоки после удаления эмали, которое производится растворителем или обжигом в муфельной печи, измеряют в 2-х местах образца, находящихся друг от друга на расстоянии 0,5 – 1,0 м. В каждом месте измерения производятся трижды – по окружности провода.

Соответствующие обмеры обмоточных проводов проводятся в двух взаимно перпендикулярных направлениях на расстоянии не менее 250 мм друг от друга.

Толщину изоляции секторных жил определяют как половину разности эквивалентных диаметров жилы по изоляции и без нее.

Известно, что такой ценный металл, как свинец, необходимо расходовать экономно. Поэтому в целях борьбы с перерасходом свинца на кабелях со свинцовой оболочкой контролируют максимальную (среднюю) толщину оболочки, которую определяют как среднее арифметическое толщин на обоих концах кабеля, причем на каждом конце производят по пяти (5) измерений по окружности оболочки в точках, отстоящих на равных расстояниях одна от другой.

Измерение шага скрутки

Измерения проводятся на образцах длиной не менее 1 м. Штангенциркулем или лентой измеряют длину нескольких витков (не менее 5) в продольном направлении. Шаг скрутки определяют как частное от деления измеренной длины на число витков.

Существуют два метода определения шага скрутки.

1). Метод «наложенной бумаги». Применяется в процессе изготовления жилы на машине, на образцах кабеля. На жилу накладывается бумажная лента и натирается карандашом. В результате на поверхности бумаги получается ряд параллельных штрихов с отпечатками проволок. Отсчитав затем число штрихов, равное числу проволок в данном повиве (не считая тот, от которого начинали), измеряем расстояние между двумя крайними штрихами в направлении, параллельном оси жилы. Это расстояние и определяет длину шага скрутки.

2). Метод удаления одной проволоки в повиве. Этот метод применим только на образцах проволоки. Концы образца закрепляются проволочным бандажом. Затем производят удаление одной из проволок в каждом повиве с измерением расстояния между следами удаленной проволоки на один полный виток.

Определение размеров токопроводящих жил различной формы

Сечение круглой однопроволочной жилы определяется просто – как площадь сечения круга , где d – диаметр жилы.

Поперечное сечение многопроволочной жилы определяют как сумму поперечных сечений отдельных проволок, из которых скручена жила, исходя из предпосылок, что между отдельными проволоками не существует электрического контакта, и ток течет по каждой проволоке отдельно. Разница между поперечными сечениями, определенными в предположении наличия или отсутствия электрического контакта между проволоками, составляет величину ~ 0,5 – 1,5 % в зависимости от материала проволоки, шага скрутки и степени уплотнения.

Если сплошная жила имеет форму отличную от круглой, или состоит из проволок неправильной формы, сечение жилы определяется методом взвешивания. Для этого перпендикулярно к оси жилы (провода) вырезают образец определенной длины, например, 10 см. Скрученную жилу разбирают на проволоки по повивам. После тщательной очистки проволоки каждого повива взвешивают отдельно и, после выпрямления проволок, учитывая по возможности угловые искажения, вызванные разрезанием жилы, определяют их среднюю длину.

Принимая во внимание величину плотности меди (8,89 г/см³) и алюминия (2,7 г/см³) при 20 °С получим формулы для определения сечения (мм²) каждого повива:

- для медных жил,

- для алюминиевых жил.

Здесь G – масса проволок одного повива, г; l – длина (средняя) проволок в повиве, мм.

Сечение жилы определяется как сумма сечений отдельных повивов. Примером такой жилы может служить многопроволочная неуплотненная жила из алюминиевой проволоки с окисленной поверхностью.

Для измерения диаметров микропроводов применяются микрометры с оптическим отсчетом, измерительные микроскопы.

В настоящее время для контроля геометрических размеров кабельных изделий в процессе их производства используется несколько методов, в том числе, есть и автоматические приборы для контроля диаметра проволок, толщины изоляционного слоя, толщины металлических оболочек. Эти приборы делятся на контактные, в которых чувствительный элемент непосредственно соприкасается с измеряемым объектом, и бесконтактные. Последние значительно более надежны и удобны в работе, т.к. в них отсутствуют элементы, которые могут повредить изоляцию.

Одним из контактных методов является метод с использованием механического датчика. При изготовлении кабеля, например, с пластмассовой изоляцией, к кабелю прижимается ролик, связанный с индуктивным датчиком, который и выдает сигнал при отклонении диаметра кабеля от нормы. Этот сигнал может быть усилен и подан на управляющее устройство, которое автоматически вернет изготовление к заданному диаметру.

В качестве датчиков для измерения диаметров изолируемых жил используются также оптические и индуктивные методы. Емкостные микрометры применяют для измерения толщины изоляционного слоя. Используют электрический, пневматический и радиоактивный методы.

В качестве примера рассмотрим принцип действия оптического датчика, который применяют для контроля диаметров тончайших проводов (см. рис.).

Световой поток от лампы Л линзой 2 направляется на экран 3, в котором имеются две щели. В щелях расположены измеряемый провод 4 и эталонный образец провода 5. Два световых потока из щелей направлены на фотосопротивления R₁ и R₂, которые включены в схему моста.

При точном диаметре провода 4, совпадающем с диаметром эталона 5, с помощью R₃ индикатор разбаланса ИР устанавливается на нуль. В случае изменения диаметра провода 4 в процессе изготовления изменится и световой поток на R₁. Мост выйдет из равновесия, что и зафиксирует отградуированный соответствующим образом ИР.

Измерение диаметра неизолированной проволоки в процессе волочения можно производить с помощью ионного датчика. Вокруг проволоки располагается кольцевой электрод, на который подается повышенное напряжение. При определенной величине напряжения на проводе появляется корона, и в цепи идет слабый ток. Ионизация зависит от диаметра провода: чем меньше диаметр, тем сильнее ионизация и в цепи увеличивается ток. По изменению тока можно контролировать диаметр провода.