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 [...]... Tổng cục Bưu điện công nhận 4 GIỚI THIỆU THIẾT BỊ ĐO KIỂM CHẤT LƯỢNG CÁP ĐIỆN THOẠI CQC100 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 6 8-1 32: 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... Thiết bị CQC-100 15 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 6 8-1 32: 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-6 0-1 32 yêu cầu đo ở các tần số. .. đo n 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 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 I CƠ SỞ VẬT LÝ: 1 ĐIỆN TRỞ SUẤT Đối với thông số đo điện trở suất của dây dẫn: Điện trở dây dẫn : R=r Trong đó: l S (1.1) r là điện trở suất của dây dẫn [ Wmm2/m] L là chiều dài của dây. .. 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... do điện trở tiếp xúc (cỡ vài Ohm) đều bị loại bỏ, do những sai số này tác động vào cả hai dây dẫn đo và dây dẫn chuẩn 2 Trên cơ sở phương pháp đề xuất đã tiến hành thiết kế thiết bị CQC-01 trên cơ sở bộ vi xử lý ADC7024 Thiết bị cho phép đo điện trở suất dây đồng với độ chính xác 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... chỉnh lưu · Sơ đồ đo cách điện · Sơ đồ đo trở suất 24 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 32 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 Khởi động Có phím nhấn N Y Dừng quá trình đo? Mode=? Dừng quá trình đo Y N Mode=0 Điều... trình chính 33 Đo trở suất Y Dừng quá trình đo? N Đo tín hiệu khuyếch đại 1 Đo tín hiệu khuyếch đại 2 Đã thực hiện N lần đo? N Y Kết thúc Hình 3.4 Giải thuật đo trở suất 34 Đo trở cách điện Y Dừng quá trình đo? N Đo tín hiệu chuẩn nguồn 500V Đo tín hiệu khuyếch đại từ trở cách điện Đã thực hiện N lần đo? N Y Kết thúc Hình 3.5 Giải thuật đo trở cách điện 35 Đo Suy hao Y Dừng quá trình đo? N Đo trung bình... 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 . 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. 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). 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