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

Bộ công thơng
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
(Mã số: 141.07 RD/HĐ-KHCN)





Chủ nhiệm đề tài: TS. Lê Quốc Hà

Hµ néi, 12.2007


BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓA
o0o
MỤC LỤC


Trang

PHẦN MỞ ĐẦU

1
PHẦN 1 BÁO CÁO TỔNG QUAN
3
I Khảo sát yêu cầu kỹ thuật của thực tế sản xuất và Tiêu chuẩn
Việt nam cho cáp điện- điện thoại
3
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
5
1

Phương pháp cơ bản SX cáp điện- điện thoại
6

2

Những yếu tố cơ bản ảnh hưởng đấn chất lượngcáp điện- điện
thoại
10
3

Tình hình trang thiết bị đo kiểm thông số cáp điện- điện thoại
ở các cơ sở SX
10
4

Giới thiệu thiết bị đo kiểm chất lượng cáp điện thoại CQC-
100
11
5

Tình hình đo trở suất
16
PHẦN 2 THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO KIỂM ĐIỆN TRỞ
SUẤT VÀ ĐỘ SUY HAO TRUYỀN DẪN Ở DẢI TẦN
SỐ CAO
17
I
Cơ sở vật lý
17
1

Điện trở suất
11

2

Độ suy hao truyền dẫn
18
II
Phương pháp đo
19
1

Đo điện trở suất kinh điển
19
2

Phương pháp đo điện trở suất của đề tài
19
3

Đo suy hao truyền dẫn
21
4

Đo cách điện
22
III Thiết bị CQC-01 23

PHẦN KẾT LUẬN
40
Tài liệu tham khảo 41
Phụ lục chương trình 42

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

2
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


























3
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
TT

Thông số Tiêu chuẩn Ngành
1 Đường kính tiêu chuẩn 0,32 Sai số cho phép ±0,01%
2 Độ dãn dài dây dẫn 10%
3 Điện trở một chiều
0 ~ 239 W/km, độ chính xác: £ ± 0,5%
4 Chênh lệch điện trở một chiều ở 20
0
C TB: 2%, cá biệt cực đại: 5%
5 Điện dung công tác ở tần số 1kHz, 20
0
C 52±4 nF/km,cá biệt cực đại: 58nF/km
6 Điện dung không cân bằng giữa đôi với
đôi
181 pF/km, đo ở tần số 1KHz.
7 Điện dung không cân bằng giữa đôi với
đất
Trung bình 2625 pF/kmđo ở tần số
1KHz
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 20
0
C

9 Suy hao truyền dẫn, đo ở các tần số:
+1kHz
+150kHz
+772kHz

2,37 dB/Km ± 3%.
16,30 dB/Km ± 3%.
31,60 dB/Km ± 3%
10

Suy hao xuyên âm đầu xa, đo ở các tần
số:
+150kHz
+772kHz


54,00 dB/Km ± 3%.
40,00 dB/Km ± 3%
11

Suy hao xuyên âm đầu gần, đo ở các tần
số:
+150kHz
+772kHz

58,00 dB/Km ± 3%.
42,00 dB/Km ± 3%

4
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.

5
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:
TT Tên đơn vị sử dụng Địa chỉ
1 Công Ty Cổ Phần Công
Ty Cổ Phần Cáp Và Vật
Liệu Viễn Thông
(Sacom)
Khu CN 1 Biên Hoà, Đồng Nai
VP: 152/11B Điện Biên Phủ, P.25, Bình Thạnh,
Tp.HCM, TGĐ: Ô.Đỗ Văn Trắc, 091 3870789
2 Công Ty Cổ Phần Cáp –
Nhựa Vĩnh Khánh
Xã Bình An, Dĩ An , Sông Bé, ĐT: 0650-751501
TGĐ: Ô. Lâm Quy Chương . 091 3870699
3 Công Ty Cổ Phần Viễn
Thông Thăng Long
Thôn La Dương, Xã Dương Nội, H. Hoài Đức, Hà
Tây, ĐT : 034-845225,TGĐ:Ô.Phạm Vũ Thưởng.

4 Công Ty Cổ Phần Cáp
Sài Gòn
Khu Công Nghiệp Long Thành, Đồng Nai, ĐT:
08-5122919. TGĐ: Ông Phạm Ngọc Cầu
5 Công Ty Cổ Phần Đầu
Tư Và Xây Dựng Bưu
Điện
Thôn Pháp Vân, P. Hoàng Liệt, Q.Hoàng Mai, Tp.Hà
Nội , P.TGĐ: Ô. Lê Đỗ Vinh , 091 3212746
6 Công Ty TNHH Thiết
Bị Thông Tin Comtec
133 Cầu Đất, Hải Phòng, GĐ: Ô. Đặng Hữu Trung,
090 3431409.
7 Nhà Máy Z 143 Xã Thuỵ An, Ba Vì, Hà Tây, ĐT: 034 8 630090
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.

6
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
tới 100-200 đôi.
Để làm rõ ảnh hưởng của quy trình và thiết bị sản xuất dây cáp điện, chúng ta khảo sát
một hệ thống kinh điển SX cáp điện thoại nhiều sợi.
Trên hình 1 giới thiệu dây chuyền kéovà bọc nhựa dây đơn Davis (USA). Dây đồng có
đường kính chọn trước được động cơ kéo (Castan) kéo qua lò nhựa để bọc nhựa (~1200
m/p). Dây bọc nhựa nóng được làm nguội bằng nước lạnh và sau đó được điều khiển
quấn vào cuộn thu. Hệ thống có 5 vòng điều khiển TĐ :
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.


7
Hình 1. Dây chuyền SX dây đơn cáp điện thoại

8
Hình 2. Dây chuyền ghép nhóm cặp dây xoắn

9

Hình 3. Dây chuyền bọc nhựa dây thành phẩm

10

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
11
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
từng dây với vỏ cáp Rav

và Rbv.
- Dải đo cực đại tới 10
10
W, độ chính xác (khi có đất tiêu chuẩn): 0.5% cho
dải tới 10
8

W
, <2% cho dải >10
8

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
dây với vỏ cáp Cab

, Cbv
- 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
12

6. Xác định vị trí điện trở cách điện giảm
- Xác định vị trí điện trở cách điện giảm < 1x 10
6
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):
4.2.1.Bảng đấu cáp :
- Bảng chứa các chốt loại cài dây có điện trở Ohm rất nhỏ.
CQC-25 CQC-50 CQC-100
Số cặp dây 27 52 104
- Bộ điều khiển chứa rơle chất lượng cao phục vụ tổ chức đo. Rơle được bố trí
thành ma trận.
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
đo.
- Các khối lối ra logic (Siemens) cho phép xuất số liệu để điều khiển rơle của bảng
đấu dây.
- Khối lối vào tương tự (Siemens)cho phép đo các giá trị tương tự (điện trở

dây,điện dung,…)
- Bộ bàn phím kích thước nhỏ TD-200.
- 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).
13
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.
14

Hình 4. Sơ đồ khối thiết bị CQC-100

15




Hình 5. Thiết bị CQC-100




16

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.














17
PHẦN 2: THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO KIỂM ĐIỆN TRỞ SUẤT VÀ ĐỘ
SUY HAO TRUYỀN DẪN Ở DẢI TẦN SỐ CAO
I. CƠ SỞ VẬT LÝ:
1. ĐIỆN TRỞ SUẤT
Đối với thông số đo điện trở suất của dây dẫn:
Điện trở dây dẫn :

S
l

R
r
= (1.1)
Trong đó: r là điện trở suất của dây dẫn [ Wmm
2
/m]
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:
r
t
= r
0
(1+at) (1.2)
Trong đó: r
t
là điện trở suất của dây dẫn ở nhiệt độ t
r
0
là điện trở suất của dây dẫn ở nhiệt độ t = 0
0
C
a là hệ số nhiệt điện trở của dây dẫn về số bằng sự thay đổi điện trở
khi đốt nóng dây dẫn lên 1
0
C chia cho điện trở ban đầu.
Điện trở suất của một số dây dẫn sử dụng cho cáp điện - điện thoại ở nhiệt độ 20
0
C:
TT Vật liệu điện trở suất của dây dẫn

[
W
mm
2
/m]
Hệ số nhiệt điện trở a
(cho kim loại sạch)
1 Đồng 0.0175 ~0.00367/
0
C
2 Nhôm 0.028 ~0.00367/
0
C
3 Sắt 0.098 ~0.00367/
0
C
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 r
t


l
S
R
t
=
r
(1.3)
Từ công thức (1.2) có thể quy về giá trị r

0

r
0
= r
t
/ (1+at) (1.4)

18
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
Phát tín Sin Đo tín hiệu


Hình 2.1 Sơ đồ đo suy hao truyền dẫn.

* Độ suy hao truyền dẫn được xác định :

α = 10 log (P
1
/P
2
) (2.1)

Trong đó:
P
1
– công suất phát;
P
2
– công suất thu đầu cuối;
α – giá trị suy hao truyền dẫn đo được, dB.
* Nếu tiến hành đo ở nhiệt độ t khác 20
0
C thì cần qui đổi về giá trị suy hao truyền dẫn ở
20
0
C theo công thức:
)]20(0022.01[
0
-+
=
t
t
a
a
(2.2)
Trong đó:
α
t
– giá trị suy hao đo được ở nhiệt độ t;
α
0
– giá trị suy hao đo được qui đổi về 20

0
C.

* Nếu chiều dài cáp khác 1000m thì phải qui đổi giá trị đo về độ dài tiêu chuẩn 1km
bằng công thức:
19
α = α
1
/l (2.3)
Trong đó
α
1
– 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
I
I
Rx
Ux

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


20
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.
Khi đó trở suất của dây dẫn cần đo
2
r
được suy ra từ tỷ số điện áp và đường kính như
sau:
2
211
2
122
211
122
1
1
1
2
2
2
1
2
1
2
Dl
Dl
Sl
Sl
S
l
S
l

R
R
U
U
r
r
r
r
r
r
==== (2.4)
Suy ra
1
2
2
2
1
1
2
2
rr
D
D
U
U
= (2.5)
Trong đó:
U
1
– Điện áp đo trên dây dẫn chuẩn;

U
2
– Điện áp đo trên dây dẫn cần đo;
R
1
– Điện trở dây dẫn chuẩn;
R
2
– Điện trở dây dẫn cần đo;
21
l
1
– Chiều dài dây dẫn chuẩn 1m;
l
2
– Chiều dài dây dẫn cần đo 1m;
D
1
– Đường kính dây dẫn chuẩn;
D
2
– Đường kính dây dẫn cần đo;
1
r
– Trở suất dây dẫn chuẩn;
2
r
– Trở suất dây dẫn cần đo.

3. Đo suy hao truyền dẫn

Sơ đồ đo suy hao truyền dẫn như trên hình 2.4, Công suất đầu phát là P
1
và công suất
đầu thu P
2

~
A
Ta
B
Tb
l
R2
R0
U0
U1
U2
I1
I2
P2
P1


Hình 2.4 Sơ đồ đo suy hao truyền dẫn.

0
0
1111
R
U

UIUP == (2.6)
2
2
2222
R
U
UIUP == (2.7)
Chọn R
0
= R
2
= R, suy ra:

2
2
10
2
1
U
UU
P
P
= (2.8)

Suy hao truyền dẫn:
22

2
2
10

2
1
log10log10
U
UU
P
P
==
a
(2.9)

4. Đo cách điện
Điện trở cách điện của đôi dây cáp được đặc trưng bởi R
x
, Sơ đồ mạch đo trên hình 2.5

300Vdc
-
U1
U2
R1
R2
R0
Ri
Rx Ux
I1
I2
U0

Hình 2.5 Sơ đồ mạch đo cách điện đôi dây cáp.
U
1
và U
2
là giá trị đo được, dùng để xác định điện trở cách điện R
x

)()(
10
1
1
1010
RR
R
U
RRIU +=+= (2.10)

2
2
2210
1
1
20
)(
R
U
RIRURR
R
U

UUU
xxx
==-+=-= (2.11)
Suy ra
2
21
1021
)(
R
UR
RRRU
R
x
-
+
= (2.12)
Trong đó R
0
, R
1
, R
2
tùy chọn cho phù hợp tầm đo.