контроль С в ГОСТ 11326.0-78

ГОСТ 11326.0-78. Кабели радиочастотные. Общие технические условия.

В разделе 4.3.7 этого ГОСТа есть кое-что про измерение С.

---

1. Указана нижняя частотная граница измерений С: 800 Гц, но с таким ограничением сверху по п.2.3.20 (10 КГц), которое можно как бы случайно и не заметить, сославшись только на п.4.3.7.
И это – не плохое свойство указанного ГОСТа.

2. Измерения должны быть проведены с помощью моста переменного тока.
Но допустимо применение другого прибора, если погрешность < 1%.
Тоже – очень полезное свойство.

3. Длина испытуемого отрезка кабеля должна быть не меньше 1 м и не больше ... 20/f n
где n – коэффициент укорочения длины волны (в оптике – показатель преломления).

Смысл нижней грани (1 м) не очень понятен, а вот вид верхней

Д = 20/f n

аналогичен расчётной длине первого полуволнового резонанса линии в режиме холостого хода – ХХ:

Дв/2 = с/2fn = 150/f n

(Дв – длина волны в вакууме для частоты f МГц ).

Итак, длина отрезка кабеля не должна быть больше 1/15 длины волны Дв.
Теперь вопрос: а почему 1/15 Дв
( а не, скажем, 1/100, 1/10 или 1/5 )?

Забегая вперёд: а чтобы поднять методическую ошибку измерений до 6 %.

Есть и другие странности, о чём дальше.

---

Чтобы прояснить вопрос с указанной методической погрешностью ГОСТа , обратимся к лснованию всех НЧ мтедово окнтрля Сю
А именно: к выражению для входного импеданса кабеля в режиме ХХ:

Zxx = Z0/j tg(kД)

где
Z = (L/C)^1/2 – волновое сопротивление;
k = w(LC)^1/2 = 2 пи/Дв – волновое число,
При этом потерями в кабеле пренебрегаем (здесь это не принципиально, зато резко упрощает все рассуждения).
Если kД

---

Если kД намного меньше 1, то tg(kД) = kД и получаем:

Zxx = 1/jwСД

То есть, в таких условиях кабель в целом работает как ёмкость CД.
Собственно, именно на (приближённом) равенстве

tg(kД) = kД

и основаны предписываемые в известных ГОСТах и импортных стандартах низкочастотные ( в том числе, мостовые) методы контроля С.

---

Но насколько справедливо равенство tg(kД) = kД ?

Проверим. Для чего подставим в kД выражение Д = 20/f n = 1/15 Дв. Тогда:

кД = 2 пи/15 = 0.419.
tg(kД) = 0.445.

То есть, на 6.3 % больше !

Итак, в ГОСТ зашита методическая ошибка больше 6 % !
И , забегая вперёд, - не одна такая.

---

По логике метрической науки, она должна быть намного меньше ошибки измерительного прибора (до 5 раз). То есть, не превышать 0.2 %.

Либо, наоборот, если погрешность прибора 1 % , то в ГОСТе должна быть прямо оговорена: погрешность С 6% (тогда 1% прибора ставится логичным: в 6 раз меньше методической ошибки) .

Итак, чтобы обеспечить 0.2% методической погрешности, параметр кД должен быть намного меньше, предписанного ГОСТом:

Д = 4/ f n

----------------------------------------------

Распишем явные длины Д для разных частот ( в скобках – длина полуволнового резонатора) :
100 Гц 40 км (1500)
1 КГц 4 км (150)
10 КГц 400 м (15 км)
100 КГц 40 м (1500 )
1 МГц 4 м (150 м)
4 МГц 1 м (37.5 м)
10 МГц 1 м (15 м)
100 МГц 1 м (1.5 м)
150 МГц 1 м (1 м)

На частотах выше 4 МГц 4/f n < 1 , поэтому Д = 1 и погрешность равенства tg(kД) = kД уходит вверх от уровня 0.2%: на частоте 10 МГц это уже 1.5 % , 6% для 20 МГц, 16 % для 30 мГц ...

Итак, методика для контроля С, предписанная ГОСТом, пригодна только до частот 4 МГц для ошибок 0.2% и 20 МГц , если допустимы ГОСТовые6% .

----------------------------------------------

Здесь во избежание недоразумений, следует напомнить, что выражение

Zxx = Z0/j tg(kД)

получается в теории длинных линий на базе телеграфных уравнений.
Которые, строго говоря, справедливы только для идеально однородных по длине линий. И без потерь.
Но ни то, ни другое не характерно для реальных линий.
Так что ещё надо исследовать вопрос о методических погрешностях измерений С , связанных с затуханием и возвратными потерями (помеха В0) .
А в многопарных кабелях – ещё и с перекрёстными помехами.
Но об этом – в другой раз.

---

Оно включает аж три замера:
С1 – ёмкости жилы относительно жилы 2, замкнутой на экран,
С2 – жилы 2 относительно жилы 1, замкнутой на экран,
С12 – жилы 1+2 относительно экрана

И вычисление:

С = [2 (С1 + С2) – С12]/4 (*)

Промоделируем эту процедуру с помощью ELCUT для симметричной прямой экранированной пары с волновым сопротивлением 100 Ом ( диаметр жил 0.52 мм, в изоляции ( эпс = 1.68 ) 1.37 мм
И получим:
С1 = 84.91 пФ/м
С2 = 84.91 пФ/м
С12 = 158.55 пФ/м
С = 45.2735 пФ/м

асимметрия е, как и следовало ожидать:

е = 100 (С1 – С2)/С = 0 %

Запоминм этот результат.

---

Вот приятно ж поговорить с умным человеком

Естественный замер С

А теперь просто "измерим" ёмкость жилы 2 относительно 1 при изолированном от них экране. То есть, без ГОСТовых хитрощей, а с помощью "естественной" процедуры в одно измерение: И получим:

С = 45.2728 пФ/м

Сиречь, ту же величину с точностью до ошибок вычислений в ELCUT (в данном случае 0.0015%) .
И, казалось бы, ГОСТовая процедура, хоть и весьма усложнённая, не вызывает возражений по существу.

Но...

---

Но это не так. И вот почему.

Пусть погрешность прибора 1 % . Тогда при "естественном" измерении С (без ГОСТовых хитрощей) она и определяет погрешность рекомого С:

dC/C = 1 %

А вот в ГОСТовой процедуре она намного больше.
Действительно, здесь мы должны измерить С₁, С₂ и С₁₂ .
И вычислить

С = [2 (С₁ + С₂) – С₁₂]/4 (*)

При этом первые две ёмкости вдвое больше С, а третья – почти вчетверо. И, если погрешность каждой 1%, то абсолютная погрешность числителя в (*) окажется 3.4 dC₁. И для ошибки С получим:

dC/C = 6.5 %

Опять те же магические 6 % !
Так то (неоправданное ?) усложнение процедуры измерений в ГОСТе наказывается ещё и большой ошибкой.

Так что ГОСТ 11326.0-78 и в этом пункте вносит серьёзную методическую погрешность.

Вместе с указанной выше (из-за неточности tg(kД) = kД) в ГОСТе заложена методическая ошибка до 9%.

Забегая в следующую тему, ГОСТ 27893-88 в этом смысле чуть получше. В нём нет непотребства а-ля (*), хотя он и не избавлен от ошибки tg(kД) = kД.

---

Но, может быть, такая усложнённая процедура необходима для замера ёмкостной асимметрии ?
Для проверки в ELCUT промоделировали предписанное ГОСТом измерение е со смещением одной из жил на 0.1 мм :

е = 100 (С₁ – С₂)/С = 15.19%

А затем то же, но без ГОСТовых усложнений. То есть, С₁ и С₂ – это просто ёмкости жил 1 и 2 относительно экрана (соседняя изолирована). И получим е = 15.22 %. То есть, ту же величину с точностью ELCUT.

И, казалось бы, ГОСТовая процедура и тут проходит. Но опять же – с повышенной ошибкой е. По ГОСТу она 25%.
А по "естественной" процедуре – поменьше: 20 % .

---

Здесь - фунадментальный порок ГОСТа

Как указано выше, пункт 2.3.20 ГОСТа вообще ограничивает частоту уровнем 10 КГц. В то время как другие параметры радиочастотных кабелей предписывает контролировать от частот 1.76 МГц до аж до 26 ГГЦ . Нестыковка внутри ГОСТа, достигающая 2...6 порядков.

И потму, что касается методической ошибки, связанной с разносом частот измерений С и других электрических параметров (2...6 порядков !), то остаётся только гадать.

И, разумеется, тут не проходят заклинания, мантры, камлание, медитации а-ля: "С от частоты не зависит".
Так как метрология – наука сугубо экспериментальная. Там всё должно быть установлено опытным путём.

Более того, фирма Дюпон даже приводит такую зависимость для фторполимерных резин:

0.1 МГц 2.05
1 МГц 2.03
600 МГц 2.00

Так что С от частоты-таки зависит.
Другой вопрос, стоит ли это учитывать. Но по-любому, сей факт надо устанавливать экспериментально.
На что и существует метрология.
И забугорные инженеры делают своё дело, как положено.
Так как, похоже, не шибко почитают "экспертов", подобных нашим Форумским. Кои с самым ..., виноват, потрясающим апломбом мутят воду: дескать, "С от частоты не зависит".

И потому, что бы ни свистели наши "эксперты", в пунктах контроля С ГОСТ 11326.0-78 выглядит достаточно сомнительно.

---

Забегая, в другие разделы ,отметим, что для волнового сопротивления ГОСТ не явно указывает частотный диапазон. Равно как и точностные показатели.

А вот такого параметра, как L, в ГОСТе и вовсе нет.
Даже упоминания. Видимо, для законодателя радиочастотных кабелей такой параметр совершенно не важен.
Впрочем, это характерно и для других отечественных "измерительных" ГОСТов.
Что весьма удивительно и вызывает не самые лицеприятные вопросы об общем качестве нормотворчества в данном направлении.

А что касается ГОСТ 11326.0-78 , то это выглядит тем более странно, если учесть пункт 2.2.12, где в качестве материалов упомянуты ПВХ и резины.
Так что производители кабелей с такой изоляцией вполне могут рассчитывать на применение их продукта в нефтегазовых и прочих взрывоопасных зонах.
А там особую роль играет именно параметр L, контроль которого необходимо обеспечить с точностью, не уступающей С, а в ряде применений - и намного выше.

Впрочем, ГОСТ содержит такие лазейки, которые позволяют использовать ИИС и некоторые новейшие методики контроля.
И расширить полосу частот контроля С с 0.8...10 КГц до 30....80 МГц...

И его можно усовершенствовать.
Для чего воспоьзоваться результатами, изложенными, к примеру, в
//www.ruscable.ru/interactive/forum...

добавлено 21.09.2011 в 11:41

Прошу прощения, но эта фраза должна быть такой

... для волнового сопротивления ГОСТ явно НЕ указывает частотный диапазон. Равно как и точностные показатели

---

Ссылка на Дюпона заимствована из сообщения Бюрократа
http://www2.dupont.com/Cabling_Solutions...

---

//www.ruscable.ru/interactive/forum...

---

Все одобрил, но практически ничего не понял....

---

Сапасиба, конечно, но , дорогой, одобряловом не отделаешься.
Конкретно: что именно не понял?
Задавай вопросы и шаг за шагом ...

---

Т.е. "С" все же от частоты зависит???
Затронутый Вами вопрос начался с того, что Вы попросту разложили по полочкам ГОСТ, который является миной замедленного действия с его непонятно откуда берущимися погрешностями и т.д. Опять же "С" от частоты не зависит, вроде как все разложено и имеются спорные вопросы, но есть решение-Метрология.Так как тут одними представлениями не обойтись, путь один- проверить экспериментально не без применения ИСС!
ИСС- это прибор как я понимаю???
И благодаря лазейкам (дырам) в ГОСТах, с помощью ИСС и новых методик мы сможем достичь чего?????

---

Думаю, что поводом послужило упоминание об этом ГОСТе в
//www.ruscable.ru/interactive/forum...

---

Кстати, даже проходящей в данный момент конференции одна из главных тем - обеспечение ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

http://www.kipinfo.ru/konf/online/

добавлено 21.09.2011 в 15:17

http://kipinfo.ru/konf/

---

Ну почему же ?
От халтуры, которые кое-кто из составитлей ГОСТов подсовывает всему кабельному сообществу в качесте "закона".
А также от тутошных "экспертов", которые вместо того, чтобы учинять ГОСТам надлежащую экспертную проверку и првоерять их вшивость, навязывают эту липу всем в качестве истины в последней инстанции.

---

Да ,и ещё .
Прошу у всех прощения, но в оценку погрешности из-за неудачного алгортма

С = [2 (С₁ + С₂) – С₁₂]/4

вкралась ачипятка.

На самом деле для привденного выше примера

dC/C = 16 % ( вместо 6.5 %)

А вместе с ашипкой tg(кД) = кД получается 17% ( вместо 9%)

Между прочим, забугорный алгорим ещё хуже.

---

Нет, зависит.
И заметка от Дюпона на это прямо указывает.
И теоретически оан долна быть.
Другой вопрос - какая ? - Существенная или, может, прнебреждимо малая...

Но этот факт - суть предмет экспериментального доказательства в процессе контроля качества изделия. .
Вплоть до соответствующих позиций в ГОСТах и ТУ .
Скажем так: изменение C в заданном ( рабочем ... ) диапазоне частот не должна превышать ...%.
И, разумеется, аналогичные требования к параметру L.

---

Это не просто прибор.
Это - ИИС -измерительно-информационная система, обрудованная интеллектом.
Как выражаюся инофрмационные инженеры : с ненулевым набором интеллектуальных функций.

---

Если говорить о кабелях для ВЧ связи ( СКС, Ethernet и всё такое ...) , то не очень многого.

А вот касателно НЧ систем промсвязи и для реализации ...DSL - вполне.

---

Забугорный еще хуже???
Посмотрел соседнюю ветку, речь как я понимаю, об одном и том же...Только на европейский лад.
Так там Дмитрий Вадимович подметил, что дата издания старовата, может в свежих все иначе, не задумывались???

---

Дело не в дате, а в методе, подходе.
А идеологии и философии, если угодно.

Все известные мне ГОСТы и прочие стандарты, а также большинство тутошных "профи" и "экспертов" пребывают в том заблуждении ( во власти того предположения, гипотезы,догмы или предрассудка, если угодно), что кабель - это всего лишь ёмкость.

И сути дела не меняет, что в некоторых особо продвинутых книжках добавляют: распределённая,.
Так как об этом факте тут же и "эксперты" и мэтры забывают.
Да и в самом деле: два проводника (обкладки), разделённые изолятором.
Чем не ёмкость ?

Верно, ёмкость.
Но.
Но только для нулевой частоты (постоянного напряжения) и идеального изолятора.
В то время, как для кабелей связи и основной массы силовых и первое, и второе совсем не характерно.
Так что, если всерьёз говорить об измерении параметра С кабелей, нужно прежде всего исходить из его физической природы.

А она совсем не та, что заложена в классическом определении ёмкости:

C = Q/U

Сиречь, нанесли на проводник (постоянный) заряд Q и замерили его ( постоянный) потенциал U.

Позднее планирую обсудить тут этот вопрос подробнее.

---

Ждем с нетерпением Ваши доводы.

---

Поскольку отрезок кабеля для измерений С имеет конечный размер Д (минимум 1 м согласно ГОСТ 11326.0-78), необходимо исследовать вопрос о влиянии этого на величину С/Д

Для чего следует вычислить искажение, которое вносят в ёмкость кабеля его концы.

На рисунке показана полученная с помощью ELCUT карта распределения электрического поля в этой области.
Как видно, концевое сечение кабеля - вовсе не конец его электрического поля. Хуже того, здесь сосредоточивается и его заряд ( особенно в угловых точках). Так что искажения ёмкости неизбежны.

Их роль проще всего понять из зависимости ёмкости отрезка кабеля от его длиныД, для чего были решёт ряд задач ELCUT с разными Д . Зависимость плодучиадсь линейная, как и " должно быть":

С = 56.2 Д + 0.0093

Коэффициент при Д – погонная ёмкость коаксиального кабеля ( кстати, она точно известна 56.17). А вот постоянное слагаемое 0.0093 пФ – это и есть вклад (одного) конца.
Вклад обоих, стало быть, 0.0186 пФ
Так что, если отрезок 1 м, то указанная погрешность
составляет величину всего 0.03% .
И падает пропорционально Д. И для коаксиального кабеля с рассматриваемой геометрией ею, разумеется, можно пренебречь.

Для витой пары ЛАН-кабеля, погрешность побольше: 0.1 % . Но и ею тоже можно пренебречь.

---

Интересная статья про диэлектрическую проницаемость:
http://elementy.ru/news/430926

Одно плохо - высокий тангенс потерь.
Кроме того, для кабелей связи лучше всё-таки большая магнитная проницаемость, нежели диэлектрическая.

---

Отметим место, с которого пощло все вкривь и вкось:


Итак длина образца должна быть не менее 1 метра-это длина достаточная для определения волнового сопротивления с заданной погрешностью не хуже 2%, что легко проверить расчетами с одной стороны и эта длина при которой влияние концевой емкости незначительно, что Шерри доказал.

А что такое ограничение по верхней длине?
Итак максимальная длина измеряемого образца расчитывается по формуле:
20 /(коэффициент укорочения х частоту измерения в МГц).
Положим что мы имеем кабель с изоляцией из полиэтилена, коэффициент укорочения в этом случае равен 1,515.
Положим, что измерения проводились на самой низкой частоте из рекомендуемых ГОСТ - а именно 800 ГЦ. При этой частоте длина волны в вакууме будет 3 750 км, а максимальная длина кабеля, ограниченная формулой стандарта составит 165 000 метров.
Проверить можно здесь
http://radiobooka.ru/spravochniki/347-dl...

Кто либо когда либо видел кабель одной длиной 165 км. (Не трассу, а кабель).
Я думаю, что человечество такого феномена еще не наблюдало, тогда зачем все эти рассуждения.
Речь идет о кабельных ГОСТах. Строительные длины редко имеют длину выше 1000 м. Практически никогда.
И отсюда ценность всех рассуждений ШЕРРИ.
КОМУ И ЗАЧЕМ НУЖНО И НУЖНО ЛИ САМОМУ ШЕРРИ ЛОВИТЬ КОШЕК В ЧЕРНОЙ ЧЕРНОЙ КОМНАТЕ ЗАВЕДОМО ЗНАЯ ЧТО ИХ ТАМ НЕТ И ХВАТИТ ЛИ У НЕГО ЖИЗНИ НА ТО, ЧТОБЫ ОТСЛЕЖИВАТЬ ВСЕ УТВЕРЖДЕНИЯ ЗАДИРЫ И ПЫТАТЬСЯ ИХ ОСПОРИТЬ. Зачем?
ЗАЧЕМ ТРАТИТЬ СВОЮ ЖИЗНЬ НА ТО, ЧТОБЫ ИСКАТЬ ЧУЖИЕ, ЯКОБЫ ОШИБКИ И ВЕСТИ БЕСКОНЕЧНЫЕ ДИАЛОГИ С САМИМ СОБОЙ, ПОТОМУ ЧТО ДАЖЕ
ПРИ НАИЛЕГЧАЙШЕМ АНАЛИЗЕ МЫ ПРИХОДИМ К ТАКОМУ НЕДОРАЗУМЕНИЮ КАК СЕЙЧАС.
Пока никаких достоверных выводов о неправильности измерения емкости по ГОСТ не выявлено. Более того, самим же Шерри обосновано, что длина 1 метр является достаточной для измерения коаксиала да и симметричоно двупроводной линии.


И еще - методы измерений разрабатывают не кабельщики-это не их работа, а например радиометристы. И именоо они хотят, чтобы параметры радиочастотных кабелей измеряли так, а не иначе.
И вряд ли они наделали ошибок, потому что тогда ни одна ракета не попала бы в цель.
Почему я связываю эти два явления - точность измерения емкости и точность наведения цели?
А это задачка для настоящих физиков.
Кстати - для начала необходимо ответить на вопрос - а почему все-таки ескость измеряется при частоте 800 гц и выше.


Из статьи приведенной Танюшей: - и ни слова о частотной зависимости.

---

---

Относительно всех приведенных рассуждений -
требования по погрешности измерения 1% относятся не к случаю разового подключения при измерении емкости симметричных экранированных кабелей, а к конечному результату. Погрешность определения емкости предписанная ГОСТ 11326 должна быть не хуже 1%, это уже с учетом погрешности расчета. Поэтому все приведенные умозаключения не имеют никакого отношения к реальности.

Методическая погрешность измерения самих приборов, которыми пользуются кабельщики не хуже 0,05-0,1%, в чем можно убедиться например здесь
http://www.prist.ru/produces/pdf/lcr-817... или здесь
http://www.prist.ru/produces/pdf/lcr-817...
Такой измериловкой оснащены практически все заводы.

---

И наконец:
.
А методология основана на том, что две изолированные жилы срученные в пару и две изолированные жилы скрученные в пары в экране, это по сути два разных физических объекта, в первом случае конденсанор, а во втором конденсаторы, соединенные в треугольник (это емкость между парами и емкости между каждой жилой и экраном). Никакой другой подплеки здесь нет. Такую задачку может решить любой студент, попробуйте все желающие и вас удивит то, что вы получите те же формулы, что приведены в стандарте.

---

Теперь я объясню, почему так резко отрицательно отношусь ко всяким вычислительным автоматам.
А потому, что они для не очень опытного специалиста являются очень серьезным барьером для понимания процессов в реальных объектах, что мы наблюдаем выше.
А именно используя модель мы задали для расчета не реальные условия и получили не реальные результаты.

Почему? Да потому что случай, когда два диаметра жилы абсолютно равны и два диаметра по изоляции абсолютно равны - практически не реализуем никогда.
Асимметрия есть всегда и самое главное при измерении емкости она ловится.
Откуда в рачетах взяться асиммерии если она не задана в параметрах расчета, хотя по всей видимости можно задать и отличающиеся параметры объектов, но надо знать и реальные пределы, в которых находится тот или иной параметр.
Реально в паре жилы не равны, так же как и не равны диаметры по изоляции. Именно степень их неравенства и контролируется параметром ассиметрия ёмкости, а для жил еще и асимметрия сопротивлений.
Поэтому опытные производители при производстве витых пар кониролируют, а если позволяет оборудование - задают требуемую емкость изолированной жилы еще на стадии наложения изоляции и формируют пары с максимально близкими емкостями заготовок.

---

Чтобы подnянуть к L

---