电容测量结果的误差来源分析 - 同轴电缆芯线电容测量方法研究

　　2．4 电容测量结果的误差来源分析

　　（1）用于测量芯线电容值的电容测试仪（LCR数字电桥TH2819A）的基本允许误差：±0．05％；

　　（2）量取芯线长度时的测量误差。以75Ω电缆为例，一般为50pF／m，长度测量误差约为±0．5mm，电容误差为±0．025pF，相对误差为±0．05％；

　　（3）芯线浸入水中时刻线与水面相切，调节位置时视觉误差带来的测量误差，约为±0．5 mm，电容误差为±0．025 pF，相对误差为±0．05％；

　　（4）外部电磁干扰对显示值波动、读数估计带来的测量误差。由实际测量时估计，约±0．005pF，相对误差为±0．01％：

　　（5）测量过程中的温度变化引起的误差，若温度变化±3℃，约±0．05 pF，相对误差为±0．1％；

　　（6）由测量重复性引起的测量误差，从实际测量情况看约±0．005 pF，相对误差为±0．01％。

　　3 水电容测试仪

　　随着电子技术和计算机技术的发展，利用水作为测量电极的动态测量仪器一水电容测试仪已开始在高端产品中应用。该仪器能在线动态测量电缆（未加屏蔽层的芯线）的单位长度电容量，并可预置电容控制值输出反馈信号，通过控制挤出速度或牵引速度自动控制电缆的单位长度电容量。

　　3．1 测量原理

　　水电容测试仪由测量管、测量信号发生器、显示器等组成（见图2）。测量信号发生器产生的正弦波交流电压同时加到浸没于水中的测量管中的测量电极和保护电极，测量电极上的电流通过被测电缆的电容流回电源地线，在信号源电压和频率固定时，流过电容的电流与电容量大小成正比。

　　

　　即：

　　I=uωC （5）

　　式中：u为电容两端的电压；ω为电流的角频率；C为电容量。

　　根据公式可以看出，只要测得电流的大小即可测量出电容的大小。通过测量信号发生器的转换将测量信号送显示器显示。

　　3．2 水电容测试仪的校准

　　3．2．1 校准原理

　　根据水电容测试仪的测量原理，选择一根已知电容值的校准棒，放入测量管中模拟电缆，测量校准棒的电容值，以此确定仪器的测量误差。

　　3．2．2 校准棒的选择

　　（1）玻璃校准棒。可以向制造厂商购得，出厂时提供参考值，例如：115．6±0．5pF／m。用户可利用校准棒对水电容测试仪进行现场校准。这种校准棒绝缘层为玻璃，稳定性好，但价格较高，容易受冲击力如碰撞、跌落而损坏，特别是长度较长的校准棒更要小心使用。我省暂时无法开展玻璃校准棒的量值溯源。

　　（2）过程产品，如同轴电缆芯线（只有内导体和绝缘层的绝缘导线）。测量何种规格的电缆，可选该规格电缆。校准前，需要先在专用测量装置上测得该电缆的电容值，才能利用该校准棒对水电容测试仪进行校准。这种校准棒绝缘层是塑料，如聚乙烯，取材容易，成本低，但容易产生如划伤、压伤等机械损伤，定值后长期稳定性差，需要使用前定值，只能短时间内使用。

　　3．2．3 校准棒的电容测量（定值）

　　利用芯线电容测量装置，就可以测量校准棒的电容。无论是玻璃校准棒，还是电缆芯线校准棒，只要按2．3小节芯线电容测量步骤操作，就可以测得电容值，即对校准棒定值，并利用其对水电容测试仪进行校准。只要在选择电容测试仪时，考虑测量误差符合校准棒的允许误差要求即可。

　　4 结语

　　利用同轴电缆芯线电容测量装置进行测量试验，表明其测量方法是可行的，测量装置是稳定实用的。对于暂时无条件配备水电容测试仪的企业，可以利用该装置和测量方法，解决离线抽样测量芯线电容的问题，为控制工艺参数提供测量数据。动态水电容测试仪用于电缆的生产线自动连续测量，快速方便，但投入较大。电容测量，使芯线在编织工艺前，就能获得电容值，可将事后（编织工艺以后）测量变为事前控制。同时，为校准水电容测试仪用的校准棒提供了测量装置，使水电容测试仪的量值溯源成为可能。