CN109115133A - 一种电缆导体或绝缘层截面积快速精确测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电缆导体或绝缘层截面积快速精确测量装置，它包括：用于放置待测试件的密闭测量容器；密闭测量容器的一端设置有开口，开口处连接有移动活塞，移动活塞可在密闭测量容器内腔中进行不漏气的滑动；密闭测量容器的未开口端设置有测量密闭测量容器内压强的气压表；密闭测量容器的未开口端还设置有调节密闭测量容器内气压大小的通气阀门；密闭测量容器的侧面上还设置有刻度线。本发明取得的有益效果是：改变装有被测试件的密闭测量容器体积，测量改变前后容器内压强变化，计算被测试件的体积，进而求出被测试件的截面积。测试过程中不需要对容器抽真空，没有真空度和测试试件内气泡等因素的影响，使测量更加方便、快捷。

Description

一种电缆导体或绝缘层截面积快速精确测量装置
技术领域
本发明涉及电缆测量技术领域，特别是一种电缆导体或绝缘层截面积快速精确测量装置。
背景技术
电力行业中，对电缆开展抽检是电缆质量把控中必不可少的一个环节，决定着电缆的使用安全。近几年，电缆导体直径不达标、绝缘层尺寸不足的现象时有发生，严重影响电力系统的安全。电力行业也规定对电缆截面积要开展测量，要对电缆绝缘层的密度进行测量计算。现有国标规定的测试中常用的方法主要有液浸法、悬浮液法、尺寸测试计算法等。但这些方法在实际操作中不仅步骤复杂，还会因测量误差或金属导线缝隙内气体无法完全排出等因素造成较大的测量计算误差。因此在实际电缆检测中测量电缆导体截面积和外绝缘层截面积也只是通过游标卡尺或外径千分尺测量，根据经验公式粗略计算。
在国标GB/T3048.2《电线电缆电性能试验方法》中第2部分：金属材料电阻率试验中涉及到对导体体积电阻率的计算，需对导体截面积、密度进行测量。但该国标在对截面积测量时采用的计算法(6.4.1)和称重法均存在一定的测量误差。国标GB/T2951.3《电线绝缘和护套材料通用试验方法》中第1部分通用试验方法的第3节(密度测定方法中对电缆绝缘层的密度进行测量)：采用悬浮法(通用方法)和比重瓶法(基准方法)对绝缘层密度进行测试，但在液体中无法保证绝缘层表面附着的气体完全排出，影响测量结果；在第11部分：厚度和外形尺寸测量中，也存在对样品截面积的测量，国标中采用依据绝缘层尺寸、密度、质量等计算得出样品的截面积，但电缆导体由多股单丝线绞合在一起，根据单丝的截面计算导体的截面，存在一定的误差。
以上国标无论是在对电缆导体/绝缘层的体积、密度、截面积等测量方面，不管是采用测量直径计算或液浸方法，均存在一定的测量误差，且操作过程复杂。
基于此，本发明利用理想气体方程PV＝nRT，设计一种可以密闭测量容器中根据压强变化计算待测电缆的截面积的装置。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的就是提供一种电缆(导体或绝缘层)截面积快速精确测量装置，能够通过改变密闭测量容器内气体的体积，测得压强的变化，精确计算出密闭容器内气体的体积，以此求出放入容器内待测试品的体积，根据待测试品的体积可以求出其密度和截面积。
本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，一种电缆导体或绝缘层截面积快速精确测量装置，它包括有：
所述装置包括有主机、步进电机、活塞控制箱和密闭测量容器；
所述步进电机一端与所述主机连接，另一端与所述活塞控制箱连接；
所述活塞控制箱通过移动活塞与所述密闭测量容器进行滑动连接；
所述活塞控制箱通过连杆还与位移传感器进行连接；
所述密闭测量容器的上部还设置有气压表，所述密闭测量容器的内腔还设置有温度传感器；
所述密闭测量容器的一侧面还设置有端盖，所述端盖通过螺栓(19)与所述密闭测量容器进行密封连接；
被测试件放置于密闭测量容器内；
所述位移传感器、气压表和温度传感器还与所述主机进行连接。
进一步，所述主机上还连接有航空插头；
所述步进电机通过电机控制线与所述航空插头进行信号连接；
所述位移传感器通过位移传感器测量线与所述航空插头进行信号连接；
所述气压表通过压强测量线与所述航空插头进行信号连接；
所述温度传感器通过温度测量线与所述航空插头进行信号连接。
进一步，所述密闭测量容器内腔的上端面与下端面上均设置有温度传感器；
所述温度传感器经BNC接头穿出密闭测量容器与航空插头连接。
进一步，所述温度传感器设置有4个，分别位于密闭测量容器内腔上端面的两侧和下端面两侧。
进一步，所述主机上还设置有显示屏、开机按钮和测量启动按钮。
进一步，所述密闭测量容器可为不锈钢密闭测量容器、金属密闭测量容器或玻璃密闭测量容器。
进一步，所述被测试件可为电缆导体、电缆绝缘层、其他不规则金属导体或其他不规则金属绝缘层。
进一步，移动活塞两端设置有防漏气的密封垫；所述移动活塞通过密封垫在密闭测量容器内进行不漏气的滑动。
进一步，所述密闭测量容器可为方形密闭测量容器或圆柱形密闭测量容器。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
(1)本发明采用的测量装置主要包括体积可以改变的密闭容器和气压表组成，测试过程中不需要对容器抽真空，不需要将被测试件投放入酒精等液体内，没有真空度和试件内气泡等因素的影响，使测量更加方便、快捷。
(2)通过本发明计算出一定长度电缆导体或电缆绝缘层的体积，进而求出电缆中金属导体或绝缘层截面积；排除了国标中提供的液浸法、悬浮法等方法在测量过程中因附着气泡造成的测量误差，比以前国标中采用的抽真空法、液浸法、悬浮法测量更准确、方便，提高了测量的准确性。
(3)测量过程简单、计算方便，能准确计算出电缆导体或绝缘层的体积，从而可以准确的计算出待测电缆导体或绝缘层的截面积或密度。
(4)本发明还可以用来测量计算出其他不规则物体或粉末状物体的体积。
(5)本发明装置可以对容器体积进行自动控制、测量，自动采集容器内压强变化值，并计算出置于其中一段电缆导体的体积。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。
附图说明
本发明的附图说明如下：
图1为电缆导体或绝缘层截面积快速精确测量装置的结构图。
图2为电缆导体或绝缘层截面积快速精确测量方法的流程示意图。
其中，1为主机、2为航空插头、3为显示屏、4为开机按钮、5为测量启动按钮、6为步进电机、7为活塞控制箱、8为温度测量线、9为压强测量线、10为电机控制线、11为位移传感器测量线、12为连杆、13为位移传感器、14为气压表、15为密闭测量容器、16为被测试件(导体)、17为端盖、18为温度传感器、19为螺栓。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1所示，一种电缆导体或绝缘层截面积快速精确测量装置，它包括有：装置包括有主机1、步进电机6、活塞控制箱7和密闭测量容器15；
步进电机6一端与主机1连接，另一端与活塞控制箱7连接；主机1上还设置有显示屏3、开机按钮4和测量启动按钮5。
活塞控制箱7通过移动活塞与密闭测量容器15进行滑动连接；移动活塞两端设置有防漏气的密封垫；移动活塞通过密封垫在密闭测量容器15内进行不漏气的滑动。
活塞控制箱7通过连杆12还与位移传感器13进行连接；
密闭测量容器15的上部还设置有气压表14，密闭测量容器15的内腔还设置有温度传感器18；密闭测量容器15可为方形密闭测量容器或圆柱形密闭测量容器。
密闭测量容器15的右侧还设置有端盖17，方便电缆的放入和取出，端盖17通过螺栓19与密闭测量容器进行密封连接；
被测试件16放置于密闭测量容器15内；密闭测量容器2可为不锈钢密闭测量容器、金属密闭测量容器或玻璃密闭测量容器。被测试件16可为电缆导体、电缆绝缘层、其他不规则金属导体或其他不规则金属绝缘层。
位移传感器13、气压表14和温度传感器18还与主机1进行连接。主机1上还连接有航空插头2；步进电机6通过电机控制线10与航空插头2进行信号连接；位移传感器13通过位移传感器测量线11与航空插头2进行信号连接；气压表14通过压强测量线9与航空插头2进行信号连接；温度传感器18通过温度测量线8与航空插头2进行信号连接。
密闭测量容器15内腔的上端面与下端面上均设置有温度传感器18；温度传感器18经BNC接头穿出密闭测量容器15与航空插头2连接。温度传感器18设置有4个，分别位于密闭测量容器15内腔上端面的两侧和下端面两侧。
如图1所示，气压表14的测量范围在大气压附近，且精度尽可能高。
密闭测量容器15可以呈方形或圆柱形，材料可以由不锈钢、金属或玻璃制成，密闭测量容器15的大小能装下待测电缆中金属导体或绝缘层即被测试件16。密闭测量容器15的左端由移动活塞进行密封，移动活塞可以在密闭测量容器15内自由滑动且不漏气。被测试件16放置于密闭测量容器15中，被测试件16可以为电缆导体、绝缘层或其他被测物品。
实施例2：如图1所示，一种电缆导体或绝缘层截面积快速精确测量装置，其主体包括主机1、密闭测量容器15、活塞控制系统、测量系统组成。
主机1上表面分布着显示屏3、开机按钮4、测量启动按钮5，侧面通过航空插头2与外界进行数据交换。密闭测量容器15与高精度气压表14连通，测量容器15可以呈方形或圆柱形，材料可以由不锈钢金属或玻璃制成，大小应能装下被测试件；高精度气压表14的测量范围在大气压附近，且精度尽可能高；测量容器15一端由端盖17和螺栓19进行密封，且方便打开和封闭，便于被测试件(导体)16放入和取出；测量容器15内放置四个温度传感器18，可对容器内四个不同位置的温度进行实时监控，四个温度传感器的温度测量线8经BNC接头穿出跟主机上的航插连接；测量容器15另一端由活塞跟步进电机相连。
步进电机6受主机控制，可以进行正反转，通过活塞控制箱7控制活塞的前进与后退。其中活塞经连杆12与位移传感器13连接，对活塞的运动位置进行实时测量，并由位移传感器测量数据线11将活塞的位置数据传输该主机1，由主机1计算出密闭测量容器15内的体积大小。
测量过程中控制活塞运动的步进电机运动十分缓慢，且测量密闭容器具有良好的散热性能，确保测量过程中容器内四个温度传感器测得的温度值变化很小，不超过0.2℃。
如图2所示；一种电缆导体或绝缘层截面积快速精确测量方法，它包括有：
S1：准备好待测试件，即一段长度为L的电缆导体或绝缘层。打开密闭测量容器的活塞阀门和通气阀门，放入待测试件；
S2：将活塞推至密闭容器上的第一次刻度值V1处，静置10min，关闭通气阀门，记录气压表显示的第一次气压值P1(通常为大气压值)；
S3：将活塞慢慢推至第i次刻度值Vi处(尽可能慢)，静置10min，待气压表示数稳定后读取并记录气压表显示的第i次气压值Pi(略大于大气压值)；其中，i＝2，3，4，5…i；
S4：打开通气阀门，拉出活塞，取出被测试品，根据计算公式计算待测试品的体积和截面积。
步骤S4还包括有计算待测电缆的体积，计算过程如下：
根据理想气体方程PV＝nRT可知，当活塞处于第一次刻度值V1处时，
P1×(V1-V)＝nRT (1)；
当活塞处于第二刻度值V2处时，
P2×(V2-V)＝nRT (2)；
当活塞处于第i次刻度值Vi处时，
Pi×(Vi-V)＝nRT (3)；
由公式(1)、(2)和(3)可知，待测试电缆的体积为：
将Vi和看做变量，由线性拟合可得：
根据以上公式可计算出被测试品的体积V，进而根据被测试品的长度可求出试品的截面积，也可以求出绝缘层的密度等。
上述公式所得体积V与拟合直线线性密切程度相关，可以减小测量误差。减小公式(6)中所得体积V的误差，步骤如下：
相关系数r：
其中：
采用相关系数r对上述公式(5)和(6)进行验证，求出公式(6)的最优解，通过实时测量计算，取相关系数r最接近1的样本量I，以此提高测试值V的准确性。
步骤S4还包括有：根据公式(6)和公式(7)可知，
待测试电缆的截面积为：
密闭测量容器可呈方形或圆柱形。密闭测量容器可为不锈钢密闭测量容器、金属密闭测量容器或玻璃密闭测量容器。本发明也可以方便、快捷、精确求出其他不规则物件的体积。
分别采用规则长方体交联聚乙烯块和铜块对该发明装置的准确度进行验证：
先用游标卡尺和电子天平对交联聚乙烯块和铜块的尺寸进行测量，对其体积进行计算，结果如表1所示：
表1交联聚乙烯块和铜块的体积
尺寸(cm) 体积(cm<sup>3</sup>)
交联聚乙烯 2.32*2.26*4.87 25.53
铜块 5.62*6.87*4.43 171.04
运用本发明方法测得的交联聚乙烯块和铜块的体积的相关系数如表2所示：
表2交联聚乙烯块和铜块的体积的相关系数
由以上实例可见，本发明的方法测定得到的交联聚乙烯和铜块的体积与直接测量尺寸相比，测定得到的体积相接近，误差分别为-1.4％和-0.4％，误差值较小，说明本发明的方法可用于测定不规则物体的体积和密度，同时也可对电缆的外绝缘层和导体的截面进行测量。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种电缆导体或绝缘层截面积快速精确测量装置，其特征在于，所述装置包括有主机(1)、步进电机(6)、活塞控制箱(7)和密闭测量容器(15)；
所述步进电机(6)一端与所述主机(1)连接，另一端与所述活塞控制箱(7)连接；
所述活塞控制箱(7)通过移动活塞与所述密闭测量容器(15)进行滑动连接；
所述活塞控制箱(7)通过连杆(12)还与位移传感器(13)进行连接；
所述密闭测量容器(15)的上部还设置有气压表(14)，所述密闭测量容器(15)的内腔还设置有四个温度传感器(18)；
所述密闭测量容器(15)的一侧面还设置有端盖(17)，所述端盖(17)通过螺栓(19)与所述密闭测量容器进行密封连接；
被测试件(16)放置于密闭测量容器(15)内；
所述位移传感器(13)、气压表(14)和温度传感器(18)还与所述主机(1)进行连接。
2.如权利要求1所述的电缆导体或绝缘层截面积快速精确测量装置，其特征在于，所述主机(1)上还连接有航空插头(2)；
所述步进电机(6)通过电机控制线(10)与所述航空插头(2)进行信号连接；
所述位移传感器(13)通过位移传感器测量线(11)与所述航空插头(2)进行信号连接；
所述气压表(14)通过压强测量线(9)与所述航空插头(2)进行信号连接；
所述温度传感器(18)通过温度测量线(8)与所述航空插头(2)进行信号连接。
3.如权利要求1所述的电缆导体或绝缘层截面积快速精确测量装置，其特征在于，所述密闭测量容器(15)内腔的上端面与下端面上均设置有温度传感器(18)；
所述温度传感器(18)经BNC接头穿出密闭测量容器(15)与航空插头(2)连接。
4.如权利要求3所述的电缆导体或绝缘层截面积快速精确测量装置，其特征在于，所述温度传感器(18)设置有4个，分别位于密闭测量容器(15)内腔上端面的两侧和下端面两侧。
5.如权利要求1所述的电缆导体或绝缘层截面积快速精确测量装置，其特征在于，所述主机(1)上还设置有显示屏(3)、开机按钮(4)和测量启动按钮(5)。
6.如权利要求1所述的电缆导体或绝缘层截面积快速精确测量装置，其特征在于，所述密闭测量容器(2)可为不锈钢密闭测量容器、金属密闭测量容器或玻璃密闭测量容器。
7.如权利要求1所述的电缆导体或绝缘层截面积快速精确测量装置，其特征在于，所述被测试件(16)可为电缆导体、电缆绝缘层、其他不规则金属导体或其他不规则金属绝缘层。
8.如权利要求1所述的电缆导体或绝缘层截面积快速精确测量装置，其特征在于，移动活塞两端设置有防漏气的密封垫；所述移动活塞通过密封垫在密闭测量容器(15)内进行不漏气的滑动。
9.如权利要求1所述的电缆导体或绝缘层截面积快速精确测量装置，其特征在于，所述密闭测量容器(15)可为方形密闭测量容器或圆柱形密闭测量容器。
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