Как мультиметром измерить длину кабеля

Измерение длины кабеля

ИЗМЕРЕНИЕ ДЛИНЫ КАБЕЛЯ

Когда возникает необходимость измерения длины кабеля в бухте, конечно, лучшим способом измерения является перемотка и определение длины прямым методом. Однако этот способ требует наличия перемоточных машин, достаточно большого времени и обслуживающего персонала. Гораздо чаще используют косвенные методы определения длины кабеля.

В настоящее время используются два основных метода:

DC метод — по измерению сопротивления жилы на постоянном токе TDR метод (рефлектометр) — по измерению времени прохождения зондирующего импульса

Рассмотрим основные свойства этих методов, их достоинства и недостатки.

DC метод

В основу метода положен закон Ома в котором сопротивление жилы кабеля пропорционально длине жилы. Или для длины кабеля:

Здесь R — измеренное сопротивление жилы в Омах.
Rpg — погонное сопротивление жилы в Ом/км.

Все было бы хорошо, если бы погонное сопротивление не зависело от множества факторов. В действительности погонное сопротивление зависит от сечения жилы, температуры и химического состава материала жилы.

В общем случае для Rpg можно записать:

Удельное сопротивление ρ материала жилы зависит от химического состава и температуры

ρ20 — удельное сопротивление материала из которого сделана жила при 20oС — зависит только от материала жилы
α — температурный коэффициент, зависящий тоже от химического состава материала жилы.

Итак, более подробная формула для длины жилы кабеля будет выглядеть так:

Следует отметить, что длина жилы не всегда равна длине кабеля. Если для энергетических кабелей эти величины совпадают, то в кабелях связи применяется скрутка отдельных жил в пары или четверки. Скрутка приводит к тому, что длина жилы становится больше длины кабеля.

Что должен измерять прибор по DC методу?

Конечно сопротивление жилы с максимально возможной точностью.

Так для типичного медного силового кабеля с сечением 9 мм2 сопротивление 1 метра будет иметь величину порядка 0,002 Ом, Для кабеля с большим сечением сопротивление будет еще меньше. Таким образом, прибор должен иметь разрешение не хуже 0,001 Ом.

Измерение сопротивления с таким разрешением представляет известные трудности.

Во-первых, необходимо обеспечить подключение прибора не вносящее искажение в результат измерения. Решение этой проблемы хорошо известно — это использование так называемого подключения Кельвина или четырехпроводное подключение. Его смысл показан на следующем рисунке:

В этой схеме есть две отдельные цепи: цепь для подачи тока с амперметром и цепь измерения падения напряжения с вольтметром.

Во-вторых, измерение маленького падения напряжения осложняется присутствием термо-ЭДС на контактах. Уменьшить влияние термо-ЭДС на результат можно только двумя способами:

Выдерживать оба конца кабеля при одинаковой температуре Проводить измерение при большом токе

В современных переносных приборах идет борьба за уменьшение потребляемой мощности и измерения обычно проводятся на малых токах. К тому же его величина обычно не приводится в документации на прибор. На наш взгляд этот параметр имеет первостепенное значение, определяющее физические ограничения на метрологические параметры прибора.

TDR метод

Метод основан на посылке короткого зондирующего импульса в кабель и наблюдении отраженного сигнала от конца кабеля:

Метод не применим к кабелям с одной жилой!

Отражение происходит как от открытого, так и от закороченного конца кабеля. Разница будет только в том, что при отражении от закороченного конца импульс переворачивается.

Длина может быть рассчитана по времени τ между моментом начала зондирующего импульса и моментом прихода отраженного, при известной скорости распространения. Скорость распространения определяется геометрией кабеля и свойствами изоляции. Кабели имеющие одинаковую геометрия (сечение жил, толщину изоляции и пр.), но отличающиеся диэлектрической постоянной материала изоляции будут характеризоваться различной скоростью распространения. Заводы — производители кабельной продукции обычно не приводят значение скорости распространения и измерителю необходимо ориентироваться на какие-то значения. Можно найти некоторые справочные материалы, но кабели с одинаковой маркировкой из разных партий могут иметь различные физические свойства.

Скорость распространения традиционно для рефлектометрии задается коэффициентом укорочения КУ = C/V. Здесь C — скорость света в вакууме, V — скорость распространения электромагнитной волны в исследуемом кабеле. Для большинства марок кабелей коэффициент укорочения находится в пределах 1÷3.

Кроме отражения от конца кабеля, зондирующий импульс отражается и от любой неоднородности кабеля.

Прибор, подключенный к кабелю, представляет собой тоже неоднородность. Для устранения паразитного эхо-сигнала служит регулируемая нагрузка СОГЛАСОВАНИЕ.

Что должен измерять прибор по TDR методу?

Время между посылкой зондирующего импульса и началом прихода отраженного эхо-сигнала. На первый взгляд все достаточно просто, но на практике имеются значительные затруднения. Для точного измерения зондирующий сигнал должен иметь длительность в наносекундном диапазоне с очень крутыми фронтами. При распространении вдоль кабеля такой импульс претерпевает значительные искажения. Сильно уменьшается его амплитуда и размазываются фронты.

В таких условиях определение начала эха вызывает значительные трудности. Обычный подход, когда сам прибор определяет начало по превышению некоторого уровня приводит к появлению значительных ошибок.

Вторым осложняющим фактором представляется наличие собственных неоднородностей кабеля.

Реальность такова, что на сегодняшний момент лучший способ определения начала отражения от конца кабеля связан с зорким глазом измерителя. Даже профессиональные рефлектометры для медных кабелей не имеют функций автоматического анализа с точным определением расстояния.

Большинство измерителей длины кабеля отображают информацию на алфавитно-цифровых индикаторах. По нашему мнению качественное измерение длины кабеля возможно лишь при наблюдении графической картинки с возможностью ее растяжки по осям для точного позиционирования измерительного курсора.

Сравнение характеристик приборов

На рынке предлагается несколько моделей приборов для измерения длины кабеля на барабане. В таблице приведены приборы и методы, которые они используют:

Источник

Как мультиметром измерить длину кабеля

Очевидно, что самым точным методом измерения длины кабеля является прямой метод, например с помощью рулетки.

Однако на практике, по ряду причин, пользоваться этим методом крайне затруднительно.

На практике широкое распространение получили методы измерения длины кабеля на барабанах или в бухтах посредством их перемотки, а также два широко-известных косвенных метода измерения длины кабеля на барабане или в бухте без их размотки или перемотки:

1). По сопротивлению жил (DC-метод), реализуется при помощи миллиомметра; 2). Методом локации (TDR-метод), реализуется при помощи рефлектометра.

Для измерения длины кабеля TDR-методом в принципе можно использовать любой рефлектометр: РЕЙС-45, РЕЙС-100, РЕЙС-105, РЕЙС-205, РЕЙС-305, РЕЙС-405 или СТЭЛЛ-4500.

Однако наиболее целесообразно для измерения кабеля использовать специальный прибор «Измеритель длины кабеля РЕЙС-50», который может работать как по DC — методу, так и по TDR — методу.

Каждый из этих двух методов имеет свои достоинства и свои недостатки, а также особенности измерения.

Главная особенность каждого метода состоит в том, что перед измерением длины кабеля нужно устанавливать в приборе для каждого метода определенные исходные данные. Поэтому, если перед измерением Вы о кабеле ничего не знаете, и не можете определить эти исходные данные, то и не сможете измерить его длину с требуемой точностью.

Погрешность измерения длины кабеля прибором РЕЙС-50 в любом из имеющихся 2-х методов измерения складывается из двух составляющих: инструментальной погрешности(погрешность собственно прибора) и методической погрешности (погрешности оператора).

Следует учитывать, что инструментальная погрешность прибора РЕЙС-50 очень мала (см. таблицу «Технические характеристики прибора РЕЙС-50»). Поэтому практически все погрешности измерения зависят от оператора, от правильности установки исходных величин и правильности методики измерения.

Для точного измерения длины кабеля по сопротивлению жил, нужно знать погонное сопротивление этих жил. Или нужно точно знать сечение жилы и материал, из которого она сделана, а также температуру жилы.

Если погонное сопротивление неизвестно, то его можно измерить самим прибором РЕЙС-50, но для этого нужно иметь кусок точно такого-же кабеля с точно известной длиной, например измеренной рулеткой.

Кроме того, для получения точного результата нужно быть уверенным, что сечение жилы равномерно по всей длине кабеля. Нужно быть уверенным также и в том, что жила по всей длине сделана точно из одного и того-же материала.

Если не учитывать указанные факторы, то погрешность измерения может оказаться значительно больше, чем инструментальная погрешность прибора.

Для точного измерения длины кабеля методом локации нужно знать точное значение коэффициента укорочения этого кабеля, который характеризует скорость распространения импульса в кабеле.

Точно знать этот коэффициент — это главная проблема, возникающая перед измерением длины кабеля.

Дело в том, что указанные коэффициенты для большинства используемых на практике кабелей не указываются в документации на кабель, а должны быть определены экспериментальным путем.

Этот коэффициент зависит от ряда характеристик кабеля, в том числе от материала изоляции кабеля, от равномерности материала этой изоляции по длине кабеля, от повива жил кабеля (т.е. сколько скруток на метр и равномерно ли они распределены по всему кабелю).

Коэффициент укорочения кабеля можно измерить экспериментально самим прибором РЕЙС-50, но для этого нужен отрезок точно такого-же кабеля с точно известной длиной, которую Вы померяли, например, рулеткой.

Однако если Вы даже и измерили коэффициент укорочения самим прибором РЕЙС-50, то для того, чтобы затем точно измерить длину кабеля на барабане или в бухте, нужно быть уверенным, что материал изоляции одинаковый по всей длине кабеля. Нужно быть уверенным также и в том, что скрутка жил по всей длине одинакова.

Кроме того, если вы померяли коэффициент укорочения по отрезку кабеля с известной длиной, но этот отрезок кабеля был при измерении размотан и разложен в линию, то значение полученного коэффициента укорочения может быть иным по сравнению с коэффициентом укорочения такого-же кабеля на барабане или в бухте. Разница особенно сильно заметна для неэкранированного кабеля. Причина — влияние витков кабеля друг на друга, когда кабель смотан в бухту или на барабане.

На фотографии, расположенной в начале этой страницы, показаны результаты измерения рефлектометром РЕЙС-105М1 коэффициента укорочения 4-х жильного не экранированного телефонного плоского кабеля по куску этого кабеля длиной 45 метров, в двух состояниях: в размотанном состоянии и в смотанном в навал. В данном случае разница в измерениях составила 1,62%. Если смотать этот же кабель по-другому, например в бухту виток к витку, то разница будет другой.

Таким образом, если для измерения длины не экранированного кабеля, находящегося в размотанном состоянии или проложенного в кабельном канале или в другом месте, используется коэффициент укорочения, измеренный рефлектометром по куску такого же кабеля, но смотанного в бухту, то погрешность измерения длины увеличится по меньшей мере на 1,62%.

Возникает вопрос — возможно ли, и если да, то как и в каких случаях, измерять длину кабеля на барабане или в бухте методом локации (рефлектометром)?

Напрашивается ответ, что измерять длину кабеля на барабане или в бухте методом локации можно, но при соблюдении таких требований:

1). Вы точно знаете что оба кабеля (измеряемый кабель на барабане и отрезок кабеля известной длины, используемый для измерения коэффициента укорочения) изготовлены на одном и том-же заводе.

2). Вы точно знаете, что материал изоляции один и тот-же как по всей длине отрезка кабеля, взятого для измерения укорочения, так и в вашей бухте (на барабане).

3). Вы точно знаете, что количество скруток жил на единицу длины в этих кабелях одинаково и одно и то-же по всей длине.

4). Отрезок кабеля, использованный для измерения укорочения, и измеряемый кабель смотаны в точно одинаковые по диаметру и расположению витков бухты или барабаны.

5). Длины отрезка кабеля, использованного для измерения укорочения, и измеряемого кабеля, по длине должны быть одного и того-же порядка.

Если не учитывать эти особенности, то можно получить погрешность измерения методом локации значительно большую, чем инструментальная погрешность прибора РЕЙС-50 в режиме рефлектометра.

Источник

2 Схемы

Принципиальные электросхемы, подключение устройств и распиновка разъёмов

Проверка обрыва провода в цепи мультиметром

Розетки, лампы, предохранители и прочая электрика соединяются проводами. И часто бывает так, что устройства рабочие, а вот в кабелях идущих между ними случился обрыв. Как его выявить? Проще и дешевле всего использовать мультиметр (пусть даже самый бюджетный). Независимо от того, какие у него параметры, вы сможете проверить любым мультиметром непрерывность цепи 220 В или даже автомобильной проводки по приведённой тут пошаговой инструкции (плюс интересная теория).

Обрыв – это бесконечное сопротивления

Проверка целостности цепи (провода) на самом деле является проверкой сопротивления. Как вы знаете, каждый провод имеет свое собственное электрическое сопротивление, но он очень мало на нескольких (десятках) метрах. Таким образом, если на одной и на другой стороне щупов мультиметра находится один и тот же провод, сопротивление между его клеммами должно быть не более нескольких Ом. В домашних сетях оно обычно ниже 1 Ом.

Когда же сопротивление составляет десятки kΩ (килоом) или MΩ (мегаом), значит либо произошёл разрыв в цепи, либо мы проверяем два разных провода:)

Перед тем как что-нибудь проверять, убедитесь что кабель или провод не под напряжением. Это очень важно, так как в противном случае это будет последнее измерение, проведенное с помощью данного мультиметра. Лучше всего перед проверкой кабель вообще отключить от всего, чтоб удобнее и безопаснее была работа.

Берём мультиметр и включаем щупы

Итак, подходим к ситуации, когда у нас есть оголенные концы проводов с обеих сторон. И теперь перед нами 3 варианта:

1. Короткий провод – можно проверить в одном месте с помощью мультиметровых щупов
2. Длинный провод – конец провода на большом расстоянии от нас или в двух разных помещениях
3. Длинный кабель – только один провод работает на данном участке или много проводов, но мы хотим проверить каждый отдельно.

Начнем с подключения щупов к измерителю. Подключите черный зонд к разъему обозначенному COM, а красный туда, где находится символ сопротивления резистора Ω, поскольку мы фактически проверим сопротивление провода.

Следующий шаг – выбор диапазона. Это символ единицы сопротивления Ω. В данном тестере измерение сопротивления и прозвонка обрыва находятся на одном и том же месте. Поэтому устанавливаем переключатель на эту позицию, а затем используя синюю кнопку выбираем опцию «измерение обрыва», которая подтверждается соответствующим символом в верхней части дисплея.

Если индикатор высветил 0L – это означает, что электрическое сопротивление слишком велико, фактически бесконечно.

В мультиметрах без автоматического выбора диапазона (китайская модель 830) ищем идентичные символы на циферблате. К примеру можно выбрать измерение сопротивления в диапазоне 0-200 Ом. В обоих случаях мы измеряем то же самое, за исключением того, что во время измерения сопротивления мультиметр не сигнализирует звуком низкий уровень сопротивления (замыкание), как это имеет место при измерении непрерывности цепи.

Установка нуля прибора

Перед первым измерением стоит проверить, работает ли мультиметр вообще – это тестируется прижимая наконечники щупов друг к другу.

Устройство должно пикнуть и через некоторое время вы увидите результат измерения сопротивления близкий к 0.0 Ом.

Вы не услышите звуковой сигнал на простых тестерах, но результат измерения будет аналогичен. Теперь начнём проверку обрыва провода в электроцепи.

Короткий кабель – прозвонка

Когда шнур достаточно короткий, чтобы могли достать его оба конца щупами, дело очень простое.

Касаемся одного конца провода одним наконечником, а другого конца провода другим и ожидаем звукового сигнала или результата измерения на дисплее.

Провода могут выгибаться, поэтому надо сжать кончик шнура с щупом пальцами. Но делаем это только в том случае, если чётко проверили что кабель не под напряжением. Мультиметр пищит, сопротивление 0.0 Ом – всё ОК!

Если кабель слишком длинный

Наиболее распространенная ситуация когда концы кабеля расположены в двух удаленных местах. Что делать?

С одной стороны соединяем два провода одного жгута, например используя электрический монтажный блок, или просто скручиваем их вместе.

После этой операции с другой стороны, если провод не обрывается в какой-либо точке, сопротивление между проводами должно быть незначительным из-за прямого подключения этих жил.

Проверка одного длинного провода

А если нужно проверить только одну жилу? Это можно сделать так. Например есть 2-х проводный кабель, и интересует, оборвана ли только одна линия, и если да, то какая.

В основном вы должны делать то же, что и в предыдущем этапе, только с использованием дополнительного провода с любым поперечным сечением.

Берем дополнительный шнур и с одной стороны прикручиваем его к проводу, который хотим исследовать. Ведем его ко второму месту, где расположен второй конец провода.

Касаемся щупами и измеряем. Если всё хорошо, будет результат измерения близко к 0 Ом, если что-то пойдет не так, измерение будет несколько kΩ, MΩ или даже на дисплее будет просто 0L – обрыв.

Выводы и рекомендации

• Всегда проводим измерения сопротивления в свободном состоянии тестируемых проводников. Измерение провода под напряжением является летальным. По крайней мере для мультиметра.
• Измерение цепи на самом деле является проверкой её электрического сопротивления.
• Когда проводник не поврежден, результат измерения должен быть не более нескольких Ом.
• Прежде чем выполнять само измерение на обрыв, стоит выполнить пробное измерение на щупах, чтобы проверить рабочий ли прибор.

Проверка обрыва проводки в авто производится аналогично, с той лишь разницей, что можно не опасаться удара тока 220 В в виду отсутствия такового (это не относится к электромобилям – там бывает и 600!).

Источник