Nghiên cứu, thiết kế chế tạo thiết bị đo thông số dây cáp điện - điện thoại

Thiết bị CQC do điều kiện đo kiểm tự động, nhanh các thông số cơ bản của cáp điện thoại, song còn một số thông số như điện trở suất dây đồng chưa được giải quyết... Chính vì vậy đề tài đ

Bộ công thương

viện nghiên cứu điện tử, tự động, tin học hóa

Báo cáo tổng kết đề tài cấp bộ năm 2007

nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị đo thông số dây cáp điện, điện thoại

Chủ nhiệm đề tài: Ts lê quốc hà

6931

04/8/2008

hà nội - 2007

BÁO CÁO TỔNG KẾT

KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NCKH VÀ PTCN

CẤP BỘ NĂM 2007

Đề tài:

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ

ĐO THÔNG SỐ DÂY CÁP ĐIỆN – ĐIỆN THOẠI

MỤC LỤC

Trang

Việt nam cho cáp điện- điện thoại

3

số liên quan trong điều kiện ứng dụng ở Việt Nam

5

SUẤT VÀ ĐỘ SUY HAO TRUYỀN DẪN Ở DẢI TẦN

PHẦN MỞ ĐẦU

Các thiết bị kiểm chuẩn cáp điện thoại được nhiều hãng Hãng sản xuất như SWISSCAB (Thuỵ sĩ), Frontier (Pháp), Đài Loan,… sử dụng để kiểm định chất lượng sản phẩm Do quy trình sản xuất của nước ngoài đòi hỏi vật tư rất nghiêm ngặt, nên sản phẩm khá đồng nhất và có thể chỉ cần kiểm định thống kê

Một số thiết bị ngoại nhập của Đài Loan, Phần Lan, Thuỵ Sĩ, Nhật nhập vào Việt Nam

sử dụng để kiểm tra kết quả thành phẩm với số cặp dây kiểm tra hạn chế Tuy nhiên việc kiểm tra điện trở suất của dây đồng vẫn phải làm bằng tay, sử dụng thiết bị đo điện trở và

tính toán kết quả

Sản lượng dây cáp điện và điện thoại sản xuất trong nước rất lớn nhưng vẫn chưa đáp ứng nhu cầu thực tế Riêng về cáp điện thoại, tính theo đơn vị cáp 100 cặp, năm 2006 cần tới 4 triệu km, song sản xuất trong nước mới chỉ đáp ứng khoảng 2.2 triệu km Nhu cầu kiểm định chất lượng cáp điện - điện thoại theo tiêu chuẩn ISO hiện nay là bắt buộc đối với nhà sản xuất Các thiết bị đo kiểm hầu như nhập ngoại và giá thành rất đắt nên cũng hạn chế ứng dụng Việc sử dụng thiết bị kiểm định bằng các thiết bị đo lẻ và tính toán ra thông số mất nhiều công sức, thời gian, dễ sai lệch

Mặc dù nhu cầu rất cấp thiết, nhưng trong nước hiện nay ít có những đơn vị nghiên cứu , thiết kế chế tạo thiết bị cho lĩnh vực này

Phân Viện Nghiên cứu Điện tử, Tin học và Tự động hoá (Tp.HCM) từ năm 1996 đã tiến hành nghiên cứu thiết bị đo và kiểm chuẩn cáp điện thoại CQC loại 50 đôi, 100 đôi nhằm phục vụ kiểm định sản phẩm công đoạn cuối dây chuyền SX cáp điện thoại Thiết bị CQC xây dựng đáp ứng những tiêu chuẩn cơ bản trong “Tiêu chuẩn kỹ thuật cáp thông tin kim loại TCN 68-132: 1998 của Tổng Cục Bưu Điện Việt Nam”, gồm:

1 Đo điện trở cách điện với điện áp 500VDC giữa hai dây của một cặp Rab, giữa từng dây với vỏ cáp Rav và Rbv Dải đo cực đại tới 1010 W, độ chính xác (khi có đất tiêu chuẩn): 0.5% cho dải tới 108 W, <2% cho dải >108 W,

2 Điện trở thuần của từng dây Ra , Rb Dải đo từ 0.25 đến 2500 W, độ chính xác 0.2%

3 Điện dung công tác đo ở tần số 1 kHz giữa hai dây của một cặp Cab, giữa từng dây với vỏ cáp Cab , Cbv Dải đo cực đại tới 2000 nF, độ chính xác 0.3%

4 Xác định mức độ mất cân bằng điện trở của từng đôi dây tính theo %

5 Độ suy hao truyền dẫn ở 1 kHz Dải đo 0 : 64 dB, độ chính xác 0.2%

6 Xác định vị trí điện trở cách điện giảm Xác định vị trí điện trở cách điện giảm < 1 x106 W, Độ chính xác (khi có đất tiêu chuẩn): 0.5%

7 Xác định vị trí đứt với độ chính xác 0.5%

Thiết bị CQC do điều kiện đo kiểm tự động, nhanh các thông số cơ bản của cáp điện thoại, song còn một số thông số như điện trở suất dây đồng chưa được giải quyết Về độ

suy hao truyền dẫn , TCVN-98 yêu cầu đo ở các tần số khác nhau: 1kHz, 150kHz, 772kHz, thiết bị CQC mới chỉ thực hiện ở 1kHz, còn các tần số khác chưa thực hiện được, do ở tần số cao, với 200 đầu vào nối 200 đầu dây ở tần số >150 kHz xuất hiện nhiễu mạnh làm sai lệch kết quả đo

Chính vì vậy đề tài đặt ra nhiệm vụ nghiên cứu thiết kế thiết bị để đo các thông số : điện trở suất dây đồng và độ suy hao truyền dẫn ở các tần số khác nhau

Các nội dung chính của đề tài nghiên cứu bao gồm:

· Khảo sát yêu cầu kỹ thuật của thực tế sản xuất và tiêu chuẩn Việt Nam cho cáp điện

- điện thoại

· Đánh giá phân tích một số thiết bị áp dụng để đo kiểm thông số liên quan trong điều kiện ứng dụng ở Việt nam

· Thiết kế chế tạo thiết bị đo thông số

- Điện trở suất dây đồng

- Độ suy hao truyền dẫn ở các tần số khác nhau

· Thử nghiệm hiện trường, hoàn chỉnh thiết bị theo tiêu chuẩn công nghiệp

· Báo cáo, nghiệm thu đề tài

PHẦN 1: BÁO CÁO TỔNG QUAN

I KHẢO SÁT YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA THỰC TẾ SẢN XUÂT VÀ TIÊU CHUẨN VIỆT NAM CHO CÁP ĐIỆN - ĐIỆN THOẠI

Như đã nói ở trên, nhu cầu kiểm định chất lượng cáp điện - điện thoại theo tiêu chuẩn ISO hiện nay là rất cấp thiết, nhưng trong nước hiện nay ít có những đơn vị nghiên cứu, thiết kế chế tạo thiết bị cho lĩnh vực này

Bảng các thông số cần đo cáp theo Tiêu chuẩn Ngành TCN 68-132: 1998 của Tổng Cục Bưu Điện Việt Nam (xem trong Phụ lục 1) Trong bảng 1 dưới đây giới thiệu một số thông số cơ bản cho cáp với đường kính tiêu chuẩn là 0,32mm

Bảng 1: Thông số cơ bản cho cáp với đường kính tiêu chuẩn là 0,32mm

6 Điện dung không cân bằng giữa đôi với

8 Điện trở cách điện Đo với điện áp

phóng 100 V ~ 550V Có thể thay đổi

điện áp phóng

>10 000 MW cho mọi chiều dài, ở 200C

9 Suy hao truyền dẫn, đo ở các tần số:

Trong các thông số cơ bản nêu trên, các thông số vật lý - điện như điện trở, điện dung quy định chất lượng cáp và ảnh hưởng quan trọng đến các thông số lối ra như độ suy hao truyền dẫn, suy hao đầu gần, đầu xa,…

Chính vì vậy, hiện ở nhiều cơ sở người ta chỉ tập trung đo các thông số vậy lý - điện Nếu các thông số này đạt yêu cầu, thì các thông số suy hao được đảm bảo

Thông số điện trở suất của dây dẫn tuy không đưa vào bảng thông số Tiêu chuẩn Ngành, song chính giá trị điện trở suất quy định giá trị điện trở 1 chiều và ảnh hưởng đấn hàng loạt các thông số khác

Với nhu cầu nâng cao chất lượng sản phẩm dây và cáp điện – điện thoại trong thị trường cạnh tranh và xuất khẩu ngày càng tăng, yêu cầu kiểm tra đầy đủ các thông số tiêu chuẩn ngày càng trở nên cấp thiết

Theo tiêu chuẩn ISO, mỗi cuộn cáp SX ra cần có bảng kiểm tra chất lượng sản phẩm Vì vậy nhu cầu thiết bị đo kiểm là rất lớn

II ĐÁNH GIÁ PHÂN TÍCH MỘT SỐ THIẾT BỊ ÁP DỤNG ĐỂ ĐO KIỂM THÔNG SỐ LIÊN QUAN TRONG ĐIỀU KIỆN ỨNG DỤNG Ở VIỆT NAM

Đánh giá các phương tiện đo thông số cáp tại các đơn vị sản xuất cáp điện - điện thoại ở Việt Nam được thực hiện qua khảo sát tại các cơ sở sau:

Nhựa Vĩnh Khánh

Xã Bình An, Dĩ An , Sông Bé, ĐT: 0650-751501 TGĐ: Ô Lâm Quy Chương 091 3870699

Bị Thông Tin Comtec

133 Cầu Đất, Hải Phòng, GĐ: Ô Đặng Hữu Trung,

090 3431409

8 Công Ty Liên Doanh

Cáp Taihan-Sacom

Khu Công Nghiệp Long Thành, Đồng Nai, VP:

71-73 Điện Biên Phủ, P.15, Q Bình Thạnh, TP.HCM, ĐT:08-5180786, TGĐ Ha Sung Im

9 Công Ty CP Đầu tư &

Sản xuấtViệt Hàn

Lô số 4, khu Công Nghiệp Điện Nam, Điện Ngọc, Quảng Nam, ĐT: 0510-946946, TGĐ Huỳnh Tấn Chung

10 Công Ty CP Trường

Phú Khu CN Phúc Điền, Cẩm Giàng, Hải Dương VPĐD tại Hà Nội, ĐT:04-6402663, TGĐ: Lê Thanh Sơn

1 PHƯƠNG PHÁP CƠ BẢN SX CÁP ĐIỆN - ĐIỆNTHOẠI

Phương pháp cơ bản để sản xuất cáp điện - điện thoại là kéo chuốt dây đồng đến đường kính đã định cho mỗi loại dây và bọc nhựa chúng

Đối với cáp điện thoại, sau khi bọc nhựa dây đơn, còn cần tiến hành các công đoạn Xoắn đôi – Ghép nhóm – và cuối cùng là Bọc nhựa cho bó cáp thành phẩm

Các dây chuyền sản xuất cáp điện thoại có trong nước cho phép sản xuất cáp điện thoạt

1 Điều khiển động cơ đùn nhựa (Extruder)

2 Điều khiển nhiệt độ

3 Điều khiển động cơ kéo (Capstan)

4 Điều khiển thu dây

5 Điều khiển chuyển cuộn thu dây tự động

Hình 1 Dây chuyền SX dây đơn cáp điện thoại

Hình 2 Dây chuyền ghép nhóm cặp dây xoắn

Hình 3 Dây chuyền bọc nhựa dây thành phẩm

Dây đơn bọc nhựa được hệ thống xoắn đôi thành cặp dây Các cặp dây xoắn được hệ thống ghép thành nhóm (hình 2) và cuối cùng bọc nhựa thành phẩm (~ vài chục m/p) (hình 3)

Các hệ thống hiện đại cũng dựa trên các công đoạn này, Ví dụ dây chuyền Swiscab (Sacom) tất cả các công đoạn trên được tích hợp thành 1 hệ thống liên tục với đầu vào là dây đồng và đầu ra là cáp điện thoại thành phẩm

2 NHỮNG YÊU TỐ CƠ BẢN ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG CÁP ĐIỆN - ĐIỆN THOẠI

Từ khảo sát hệ thống SX dây cáp nói trên có thể thấy ảnh hưởng của thiết bị, vật liệu và công nghệ lên thông số tiêu chuẩn Ngành như sau:

- Vật liệu dây đồng với đường kính quy định (có hoặc không pha lẫn kim loại khác)

có ảnh hưởng đến giá trị điện trở một chiều và độ dãn dây, lực kéo đứt Việc xác định điện trở suất quan trọng để đảm bảo đúng các thông số này theo Tiêu chuẩn Ngành

- Hệ thống bọc nhựa dây đơn quy định đường kính dây bọc nhựa, theo đó quy định các điện dung, điện trở cách điện, độ dãn dây, theo Tiêu chuẩn Ngành

- Hệ thống xoắn đôi với các bước xoắn quy định sẽ ảnh hưởng lớn đến các giá trị điện dung của cáp

Việc xác định các thông số cáp thường xuyên cho phép hiệu chỉnh thông số công nghệ của dây chuyền để đảm bảo tiêu chuẩn đề ra

3 TÌNH HÌNH TRANG THIẾT BỊ ĐO KIỂM THÔNG SỐ CÁP ĐIỆN - ĐIỆN THOẠI Ở CÁC CƠ SỞ SX

Tại các cơ sở sản xuất hiện nay sử dụng 2 kiểu đo kiểm chủ yếu sau:

- Sử dụng các thiết bị đo rời rạc như cầu đo trở, máy đo điện dung, Megom kế,…

có kèm theo nguồn cao thế và máy phát Khi kiểm tra phải tiến hành đo lần lượt các thông số bằng đồng hồ , sử dụng chuyển mạch cho từng cặp dây, sau đó tính toán các thông số (theo quy định của Tiêu chuẩn Ngành - Phụ lục 1), điền vào bảng biểu Với

số lượng cặp dây lớn (>50), công việc kiểm tra tốn nhiều thời gian, công sức, không đảm bảo tiến độ sản xuất và không tránh khỏi nhầm lẫn

- Sử dụng các thiết bị chuyên dụng kiểm tra thông số cáp trên cơ sở tự động hoá Việc sử dụng kỹ thuật vi xử lý, kỹ thuật logic lập trình và máy tính cho phép xây dựng hệ đo và xử lý kết quả tự động, làm tăng độ chính xác kết quả đo, nâng cao năng suất và thực hiện quản lý số liệu kiểm tra chất lượng

Hiện nay, do giá thành thiết bị chuyên dụng nhập ngoại đắt, ví dụ máy của Tiệp để kiểm tra thông số cho 24 cặp dây giá ~ 20 ngàn USD Nếu kiểm tra cho 100 cặp dây, giá rất

cao Vì vậy, nhiều cơ sở phải sử dụng kiểu đo rời rạc Điều này hạn chế nhiều đến khả năng sản xuất nội địa và giảm tính cạnh tranh

Trước tình hình đó, Phân Viện Nghiên cứu Điện tử, Tin học và Tự động hoá (Tp.HCM)

từ năm 1996 đã tiến hành nghiên cứu thiết bị đo và kiểm chuẩn cáp điện thoại CQC loại

50 đôi, 100 đôi nhằm phục vụ kiểm định sản phẩm công đoạn cuối dây chuyền SX cáp điện thoại Đến nay đã cung cấp được 14 thiết bị cho các cơ sở sản xuất các sản phẩm sau khi kiểm định bằng thiết bị CQC, đã được hợp chuẩn và được Trung tâm Quản lý Chất lượng Bưu điện, Tổng cục Bưu điện công nhận

4 GIỚI THIỆU THIẾT BỊ ĐO KIỂM CHẤT LƯỢNG CÁP ĐIỆN THOẠI

CQC-100

Thiết bị CQC-XXX (XXX=25, 50 hoặc 100) được thiết kế trên cơ sở sau :

1 Tiêu chuẩn kỹ thuật cáp thông tin kim loại TCN 68-132: 1998 của Tổng Cục Bưu Điện Việt Nam

2 Các thiết bị điều khiển lập trình sử dụng cho các hệ tự động

3 Các kết quả áp dụng thiết bị CQC-50, CQC-100 do Vielina thiết kế chế tạo

4.1 TÍNH NĂNG KỸ THUẬT

1 Đo điện trở cách điện với điện áp 500VDC giữa hai dây của một cặp Rab, giữa

- Dải đo cực đại tới 1010 W, độ chính xác (khi có đất tiêu chuẩn): 0.5% cho dải tới 108 W, <2% cho dải >108 W,

- Thời gian đo ~ 10 phút cho 1 cuộn cáp 50 đôi dài 1 km, nếu cáp đạt tiêu chuẩn

2 Điện trở thuần của từng dây Ra , Rb

- Dải đo từ 0.25 đến 2500 W, độ chính xác 0.2%

- Thời gian đo ~ 2 phút cho 1 cuộn cáp 50 đôi

3 Điện dung công tác đo ở tần số 1 kHz giữa hai dây của một cặp Cab, giữa từng

- Dải đo cực đại tới 2000 nF, độ chính xác 0.3%

- Thời gian đo ~ 3 phút cho 1 cuộn cáp 50 đôi

4 Xác định mức độ mất cân bằng điện trở của từng đôi dây tính theo %

- Thời gian ~ 1 giây cho 1 cuộn cáp 50 đôi

5 Độ suy hao truyền dẫn ở 1 kHz

- Dải đo 0 : 64 dB, độ chính xác 0.2%

- Đo lần lựợt cho từng cặp dây nên cần thời gian cho cả 50 cặp

6 Xác định vị trí điện trở cách điện giảm

- Xác định vị trí điện trở cách điện giảm < 1x 106 W, Độ chính xác (khi có đất tiêu chuẩn): 0.5%

- Đo lần lượt cho từng cặp dây nên cần thời gian cho cả 50 cặp

7 Xác định vị trí đứt với độ chính xác 0.5%

- Đo lần luợt cho từng cặp dây nên cần thời gian cho cả 50 cặp

8 Tổ chức xử lý, biểu diễn kết quả dưới dạng bảng biểu và đồ thị trên máy tính

9 Tổ chức quản lý, in kết quả và lưu trữ tài liệu đo kiểm

10 Sử dụng điện lưới 220VAC, công suất 300W

11 Kiểm tra tự động các thông số cáp

12 Thời gian kiểm tra các chỉ tiêu liệt kê ở trên không tính đến thời gian đấu nối

4.2 CẤU HÌNH HỆ THỐNG

Hệ thống thiết bị CQC-XXX là một hệ thống tự động hoá gắn liền với máy tính, cho phép kiểm tra chất lượng cáp với số lượng cặp cực đại là 25, 50 hoặc 100 đôi, tuỳ theo loại máy sử dụng

Thiết bị bao gồm các phần chức năng sau (hình 4):

4.2.2 Bộ đo và điều khiển có ghép nối với máy tính

- Bộ điều khiển lập trình PLC- S7/ SIEMENS giữ vai trò trung tâm điều khiển hệ

- Khối cao thế HV cấp nguồn đo điện trở cách điện có chỉ thị số (Vielina)

- Khối giao diện đo (Vielina)

- Khối nguồn chuẩn (Siemens)

4.2.3 Máy tính 586 , máy in

- Máy tính đóng vai trò chủ trong quá trình đo đạc Các lệnh từ máy tính như Thống số đo, kiểu đo, khoảng đo,…được đưa sang điều khiển PLC để thừa hành

- Tài liệu đo trong hệ PLC được chuyển vào máy tính để xử lý và hiển thị

4.2.4 Phần mềm :

- Thu nhận, xử lý số liệu và điều hành thiết bị,

- Tổ chức quản lý dữ liệu

- Biểu diễn kết quả ở các dạng bảng số và đồ thị

Để đảm bảo độ đồng nhất kết quả và đơn giản hệ thống, thiết bị đo và điều khiển sử dụng hệ thống điều khiển logic lập trình (PLC) của Siemens, chứa CPU và các khối vào

ra thông minh Các kiểu đo và thứ tự cặp dây được nối vào bộ đo qua các chuyển mạch điều khiển

Do yêu cầu đo cáp, cần đo điện trở thuần nhỏ của dây ~ 0.05W/m và điện trở cách điện cao >20GW nên yếu tố chuyển mạch cần điện trở đóng Ron =0 và điện trở ngắt Roff =

¥ Trong thực tế chuyển mạch bán dẫn không đáp ứng yêu cầu này Thiết bị CQC-50 sử dụng các rơle loại cần có lò xo kéo với chân ra đặt trên đế cách điện tốt, cho phép thiết

kế hệ đo với độ chính xác đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật

Khi sử dụng rơle cần lưu ý về thời hạn sử dụng Để tránh rơle hoạt động nhiều lần trong quá trình quét đo, hệ thống CQC-50 tổ chức khối rơle đầu vào thành cụm chức năng với

4 đầu ra cho 4 kiểu đo Ngoài ra chương trình chính sẽ thực hiện đo tất cả các thông số cho một cặp dây

Hình 4 Sơ đồ khối thiết bị CQC-100

Hình 5 Thiết bị CQC-100

Thiết bị CQC xây dựng đáp ứng đa số những tiêu chuẩn cơ bản trong “Tiêu chuẩn kỹ thuật cáp thông tin kim loại TCN 68-132: 1998 của Tổng Cục Bưu Điện Việt Nam”, Thiết bị CQC do điều kiện đo kiểm tự động, nhanh các thông số cơ bản của cáp điện thoại, song còn một số thông số như điện trở suất dây đồng chưa được giải quyết Về độ suy hao truyền dẫn, TCN-60-132 yêu cầu đo ở các tần số khác nhau: 1kHz, 150kHz, 772kHz, thiết bị CQC mới chỉ thực hiện ở 1kHz, còn các tần số khác chưa thực hiện được, do ở tần số cao, với 200 đầu vào nối 200 đầu dây ở tần số >150 kHz xuất hiện nhiễu mạnh làm sai lệch kết quả đo

Chính vì vậy đề tài đặt ra nhiệm vụ nghiên cứu thiết kế thiết bị để đo các thông số : điện trở suất dây đồng và độ suy hao truyền dẫn ở các tần số khác nhau

5 Tình hình đo trở suất :

Trong các nhà máy sản xuất cáp điện thoại ở các nước tiên tiến hiện nay sử dụng phương pháp phân tích quang phổ để đo hàm lượng các nguyên tố trong mẫu đo từ đó suy ra trở suất của dây đồng Máy này có giá khoảng 300.000USD Ở Việt Nam có duy nhất một nhà máy TAIYA sử dụng phương pháp này

Trong nước hiện nay chủ yếu vẫn dùng phương pháp đo cầu với điện trở mẫu phương pháp này không giải quyết được sai số điện trở tiếp xúc không ổn định (lớn gấp nhiều lần đoện trở cần đo) và sai số nhiệt độ môi trường

Hiện trong nước chưa có đơn vị nào nghiên cứu giải quyết bài toán này

PHẦN 2: THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO KIỂM ĐIỆN TRỞ SUẤT VÀ ĐỘ

SUY HAO TRUYỀN DẪN Ở DẢI TẦN SỐ CAO

L là chiều dài của dây dẫn

S là tiết diện của dây dẫn

Điện trở suất là đại lượng thay đổi theo nhiệt độ:

r0 là điện trở suất của dây dẫn ở nhiệt độ t = 00C

a là hệ số nhiệt điện trở của dây dẫn về số bằng sự thay đổi điện trở khi đốt nóng dây dẫn lên 10C chia cho điện trở ban đầu

Điện trở suất của một số dây dẫn sử dụng cho cáp điện - điện thoại ở nhiệt độ 200C:

TT Vật liệu điện trở suất của dây dẫn

[ Wmm 2 /m]

Hệ số nhiệt điện trở a (cho kim loại sạch)

Điện trở suất là một thông số quan trọng của dây dẫn điện

Bằng máy đo chính xác giá trị điện trở của dây dẫn với chiều dài và tiết diện biết trước,

từ công thức (1.1) có thể tính ra giá trị rt

l

S R

t =

Từ công thức (1.2) có thể quy về giá trị r0

r0 = rt / (1+at) (1.4)

2 ĐỘ SUY HAO TRUYỀN DẪN

Khi cấp tín hiệu biên độ chuẩn vào một đầu cặp dây và đo biên độ tín hiệu ra ở đầu còn lại có thể xác định độ suy hao truyền dẫn

Độ suy hao truyền dẫn có thể đo bằng cách xác định độ suy giảm biên độ tín hiệu chuẩn sau khi truyền tới đầu cuối của cáp

Tín hiệu chuẩn theo TCN-68-132 gồm 3 loại tần số: 1kHz, 150 KHz và 772 kHz

l

Hình 2.1 Sơ đồ đo suy hao truyền dẫn

* Độ suy hao truyền dẫn được xác định :

Trong đó:

P1 – công suất phát;

P2 – công suất thu đầu cuối;

α – giá trị suy hao truyền dẫn đo được, dB

* Nếu tiến hành đo ở nhiệt độ t khác 200C thì cần qui đổi về giá trị suy hao truyền dẫn ở

200C theo công thức:

)]

20 ( 0022 0 1 [

αt – giá trị suy hao đo được ở nhiệt độ t;

α0 – giá trị suy hao đo được qui đổi về 200C

* Nếu chiều dài cáp khác 1000m thì phải qui đổi giá trị đo về độ dài tiêu chuẩn 1km bằng công thức:

α = α 1 /l (2.3)

Trong đó

α1 – giá trị suy hao truyền dẫn đo được;

α – giá trị suy hao truyền dẫn qui đổi về độ dài 1km;

l – chiều dài cáp mẫu 1km

II PHƯƠNG PHÁP ĐO:

1 Đo điện trở suất kinh điển

Để đo điện trở dây dẫn có nhiều phương pháp như phương pháp cầu cân bằng, đo trực tiếp bằng cách cấp nguồn dòng qua điện trở cần đo như trong hình 2.2

Rx

R1 R1

Hình 2.2 Sơ đồ đo cầu và đo trực tiếp

2 Phương pháp đo điện trở suất của đề tài

Mẫu dây đồng cần đo có đường kính 8mm và chiều dài 1m, điện trở vào khoảng 0.00034(ohm) Như vậy phương pháp đo trực tiếp khó đạt độ chính xác, còn phương pháp đo cầu đòi hỏi thiết bị đo phải có độ chính xác cao và phải đo trong điều kiện nhiệt

độ xác định Mặt khác điện trở tiếp xúc của các mối nối sẽ lớn hơn nhiều giá trị cần đo (0.00034 Ohm) sẽ dẫn đến sai số phép đo

Đề tài đã thực hiện đo theo phương pháp so sánh giữa điện trở của dây dẫn chuẩn (đã có thông số về đường kính, trở suất) và dây dẫn cần đo Phương pháp này có ưu điểm là không phụ thuộc nhiều vào sự ổn định của dòng điện (đo tức thời cả hai giá trị điện áp rơi trên hai dây dẫn) cũng như nhiệt độ môi trường đo do cả dây dẫn chuẩn và dây cần

đo cùng đặt trong cùng một điều kiện về nhiệt độ Sơ đồ như trong hình 2.3

Khuyếch đại sai lệch Biến đổi ADC 100KHz

1m

Khuyếch đại sai lệch Biến đổi ADC 100KHz

1m

I

Dây chuẩn

Dây đo

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý đo trở dây dẫn dựa trên dây dẫn chuẩn

sau:

2 2 1 1

2 1 2 2 2 1 1

1 2 2

1

1 1 2

2 2

1

2 1

2

D l

D l S

l

S l S

l S l R

R U

U

r

r r

r r

2 1 1

U

Trong đó:

U1 – Điện áp đo trên dây dẫn chuẩn;

U2 – Điện áp đo trên dây dẫn cần đo;

R1 – Điện trở dây dẫn chuẩn;

R2 – Điện trở dây dẫn cần đo;

l1 – Chiều dài dây dẫn chuẩn 1m;

l2 – Chiều dài dây dẫn cần đo 1m;

D2 – Đường kính dây dẫn cần đo;

1

2

r – Trở suất dây dẫn cần đo

3 Đo suy hao truyền dẫn

Hình 2.4 Sơ đồ đo suy hao truyền dẫn

0

0 1 1 1 1

R

U U I U

2

2 2 2 2 2

R

U U I U

Chọn R0= R2= R, suy ra:

2 2

1 0 2

1

U

U U

Suy hao truyền dẫn:

2 2

1 0 2

1 10 log log

10

U

U U

Hình 2.5 Sơ đồ mạch đo cách điện đôi dây cáp

U1 và U2 là giá trị đo được, dùng để xác định điện trở cách điện Rx

) (

)

1

1 1 0 1

R

U R R I

2

2 2

2 1 0 1

1 2

R

U R I R U R R R

U U U

Suy ra

2 2

1

1 0 2

R U

R

R R R U

Trong đó R0, R1, R2 tùy chọn cho phù hợp tầm đo

Chỉnh lưu chính xác

Điều khiển các khối chức năng

Hình 3.1 Sơ đồ khối máy đo CQC-1

· Khối Power: Cung cấp nguồn cho các khối chức năng

· Khối CPU : Thực hiện điều khiển các khối chức năng theo các phép đo Điều khiển hiển thị LCD và nhận các phím điều khiển Bộ phận biến đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu

số ADC được tích hợp trong CPU (AD7024) là bộ biến đổi 12bit tần số 1 MHz vói 10 ngõ vào

· Khối Phát xung : Tạo tín hiệu Sin ở các tấn số 1KHz / 150KHz / 750KHz cung cấp vào đôi dây dùng để đo tín hiệu suy hao của đôi dây

· Khối chỉnh lưu chính xác: chỉnh lưu tín hiệu Sin đo được của đôi dây từ khối phát xung

để đưa vào khối ADC của CPU thực hiện đo tín hiệu suy hao

· Khối đo cách điện: tạo tín hiệu DC 500V cung cấp cho đôi dây để đo cách điện đồng thời tạo tín hiệu (mức thấp) để xác định mức diện áp tức thời này Các tín hiệu náy đươc

bộ biến đổi ADC đo và tính độ cách diện của đôi dây

· Khối đo trở suất: Khuyếch đại tín hiệu sai lệch giữa hai đầu của dây dẫn chuẩn và giữa hai đầu của dây dẫn cần đo, mức tín hiệu vào khoảng 1mv Tín hiệu ra của hai bộ khuyếch đại này được đưa vào hai bộ ADC và thực hiện phép đo với tần số lấy mẫu 100KHz, giá trị trung bình của phép đo dùng để tính tỷ số điện trở của hai thanh dẫn

2 Sơ đồ chi tiết

· Sơ đồ nguyên lý: trình bày chi tiết các đầu dây cần đo khi thực hiện các kiểu đo Các đâu dây này được CPU điều khiển theo các chế độ đo

· Sơ đồ khuếch đại sai lệch giữa dây đo và dây chuẩn mắc nối tiếp/

· Sơ đồ MAIN BOARD: trình bày chi tiết các khối phụ trợ Relay để điều khiển phép đo

· Sơ đồ nguồn nuôi: tạo nguồn nuôi cung cấp cho các khối chức năng

· Sơ đồ máy phát xung: Có các chế độ phát xung ở các tần số 1KHz, 150KHz và 750KHz

· Sơ đồ mạch lọc và chỉnh lưu

· Sơ đồ đo cách điện

· Sơ đồ đo trở suất

Trên hình 3.2 giới thiệu hình dạng thiết bị CQC-01 và bố trí bên trong máy

Hình 3.1 Thiết bị đo thông số cáp CQC-01

3 Giải thuật chương trình

Giải thuật chương trình cho thiết bị và màn hình giao diện thiết bị CQC-01 được trình bày trên hình 3.3 đến – hình 3.7

Điều khiển Relay theo chế

độ đo suy hao 1 KHz 50

Điều khiển Relay theo chế

độ đo suy hao 772 KHz

Thực hiện phép đo trở suất

Thực hiện phép cách điện đo

Thực hiện phép suy hao ở 1KHzđo

Thực hiện phép suy hao ở 150KHzđo

Thực hiện phép suy hao ở 772KHzđo

N

Y

Y N

Đo trở suất

Dừng quá trình đo?

N

Đo tín hiệu khuyếch đại 1

2

Đo tín hiệu khuyếch đại

Đo trở cách điện

Dừng quá trình đo?

N

Đo tín hiệu chuẩn nguồn 500V

Đo tín hiệu khuyếch đại

Đo Suy hao

Dừng quá trình đo?

N

Đo tín hiệu

trung bình trên trở nội nguồn phát

Dừng quá trình đo?

Y

Kết thúc

trung bình trên hai

Đo tín hiệu đầu dây ab

trung bình trên hai cuối

Đo tín hiệu đầu dây ab

Dừng quá trình đo?

N

Dừng quá trình đo?

Y Dừng quá trình đo?

Hinh 3.7 Giao diện điều khiển xử lý và hiển thị kết quả trên màn hình

Để cung cấp máy cho người sử dụng thiết bị cần phải đảm bảo đầy đủ các phương tiện khác như hiển thị, kết quả, lưu trũ số liệu, kết quả phải là giá trị trung bình của phép đo lặp lại (1000 lần),… đây là những vấn đề kinh điển đã được thực hiện và không trình bày trong báo cáo này