儀表控制電纜和高速數字通訊電纜的芯線電容

 儀表控制電纜和高速數字通訊電纜的芯線電容，是影響電纜傳輸性能的重要參數，將同軸電纜單位長度電容控制在允許范圍之內，可以保證電纜傳輸阻抗的均勻。測量成品同軸電纜電容，只需用電容測試儀的兩個測試夾，分別連接到電纜的內外兩個導體即可。而對于沒有加上外導體的電纜絕緣芯線，只有一個內導體電極，無法用電容測試儀直接測量。為此，我們對如何測量同軸電纜芯線電容的方法進行了研究。

1 同軸電纜電容
1．1 電容計算公式

式中：C為電纜單位長度電容（pF／m）；ε為絕緣介質的相對介電常數；D為電纜的外導體內徑即絕緣層外徑（mm）；d為電纜的內導體外徑（mm）。
由上式可知，電容的大小和內導體外徑、絕緣材料（不同材料ε不同）、外導體內徑（絕緣層外徑）、發泡度（影響ε）相關。只要D、d、ε控制在一定范圍內，當內導體直徑d和絕緣層外徑D確定后，介電常數ε就決定了電纜的電容。
1．2 發泡度對電容的影響
發泡度就是發泡體中含多少百分比的氣體，可按下式計算：

式中：P為發泡度（％）；do-為基材原有的密度；d為發泡體的密度。
對于發泡電纜，ε與發泡度有直接，PE材料發泡度與電容的關系參見表1。

由表1可以看出，發泡度大時ε小；發泡度小時ε大。在內導體外徑及絕緣外徑確定的情況下，只要控制發泡度的大小，就能控制電容值。反過來，測量電容有助于電纜芯線在擠出過程中及時調整發泡度。

2 電容的測量
1．1小節中的電容計算公式可用于設計同軸電纜，在實際生產中內導體直徑、絕緣外徑的變化，會引起電容值的變化。只有通過測量，才能知道實際電容值。電容通常有兩個電極，電極之間夾以絕緣層，而同軸電纜芯線只有一個內導體電極，外面是絕緣層，要測量芯線的電容，須在絕緣層外面再設置一個電極，這樣就組成了一個圓柱體電容。
2．1 測量途徑分析
2．1．1 金屬箔作為外電極
在絕緣層外面繞包一層銅箔或鋁箔等金屬箔，測量內導體和金屬箔之間的電容。由于金屬箔繞包的松緊、疊縫空隙等因素，會對測量結果造成較大影響。
2．1．2 水銀作為電極
在一個管狀容器中放入導電的水銀，將電纜芯線浸入水銀中，測量內導體和水銀電極之間的電容值。由于水銀密度較大，芯線浸入其中，對絕緣層有一定的壓力，容易使塑料等軟性材料變形，改變原有的幾何尺寸，而且該方法在測量中會產生水銀蒸發，污染環境，不利于身體健康。
2．1．3 用普通清水作為電極
將清水注入管狀容器，電纜芯線浸入水中，測量內導體和水電極之間的電容值。該方法成本低，安全無污染。
2．2 芯線電容測量裝置
2．2．1 測量裝置結構
按2．1．2及2．1．3小節提出的測量方法，均需要制作一個專門的電容測量裝置。根據待測電纜直徑、長度，考慮測量誤差等因素，設計制作了一個測量裝置（結構示意見圖1）。
2．2．2 測量裝置韻設計要求
底盤有足夠的面積和質量，以保持裝置的穩定，立柱長時相應增加底盤面積；立柱長度根據樣品長度設計；絲桿長度主要考慮樣品浸入水中對準刻線時的調節范圍，至少有30mm的可調范圍；樣品固定板隨升降螺母轉動而上下移動，靜止時，其上下活動問隙盡可能小；為了減小環境中電磁場的干擾，要采取屏蔽措施。
2．2．3 測量原理
將被測樣品下端用絕緣物質封住端口，放入盛有自來水的容器，利用樣品固定板將樣品固定。由于水是導電液體，流動性好，能夠均勻地包裹在絕緣層外面，在水中插入一根導線（裸銅線），相當于在絕緣層外增加一個電極。將電容測試儀的測量夾，分別連接到內外兩個導體，即可測量外導體和內導體之間的電容值。
2．2．4 電容測試儀的選擇
根據被測樣品對電容測量結果示值誤差的要求，選擇電容測試儀的準確度等級。滿足電容測試儀誤差小于等于1／3樣品測量結果的允許誤差，例如，芯線電容測量結果允許誤差±0．6pF，則電容測試儀的示值誤差要小于等于±0．2pF。也可以選用LCR數字電橋測量電容。
2．2．5 長度測量儀器選擇
根據樣品長度測量需要，選擇1m或2m，分辨率1mm的鋼直尺。為了測量方便，把鋼直尺固定在一端裝有擋板的木板上，擋板的垂直端面正好對準鋼直尺起點端。測量時只要把電纜一端頂住擋板就可量取規定的長度，并標注刻線。
2．2．6 溫度測量儀器的選擇
可選擇玻璃溫度計或數字式溫度表，測量范圍0～50℃，分辨率0．5℃。溫度計插入容器中不影響樣品插入的位置。