Измерения с помощью моста Уитстона

С помощью моста Уитстона при постоянном токе измеряют сопротивление витой пары (шлейфа) (рис. 5), сопротивление изоляции жил пары (рис. 6), сопротивление изоляции между жилами и экраном (рис. 7).

Рис. 5.

Рис. 6.

Рис. 7.

Значения упомянутых параметров используются для диагностики кабельных линий с помощью специальных приборов – измерительных мостов. Локализация же неисправностей требует определения места повреждения на кабельной линии.

При помощи моста постоянного тока несложно вычислить расстояние до места повреждения. Зная сопротивление шлейфа Rшл и погонное сопротивление жил кабеля Rпог, можно воспользоваться формулой: Lпары = Rшл / 2Rпог, и рассчитать длину витой пары.

Погонное сопротивление медных жил определяется табличным способом по их сечению. Оно зависит не только от сечения жил, но и от их температуры. Чтобы избежать ошибки, нужно использовать значение погонного сопротивления для соответствующей температуры (особенно важно это для воздушных кабельных линий, где температура меняется в широких пределах). В простых мостах значения вводятся оператором вручную из таблиц. В более сложных приборах при помощи автоматической или полуавтоматической калибровочной процедуры определяется поправочный коэффициент по измеренному значению температуры (для чего в комплекте прибора присутствует щуп-датчик).

Длина витой пары может быть установлена также мостовым методом при переменном токе (рис. 8). В таком случае измеряемым параметром является емкость витой пары. Разделив емкость витой пары на ее погонную емкость, получим длину витой пары.

Рис. 8.

Аналогично рассмотренным выше измерениям при постоянном токе, с помощью моста Уитстона при переменном токе определяются емкость витой пары (шлейфа) и емкость каждой из жил пары относительно экрана. Длина жил может быть вычислена по их погонной емкости. Погонная емкость (нФ/км) витой пары зависит от сечения жил, типа скрутки, вида и материала изоляции и определяется табличным способом по типу кабеля.

Резкое увеличение емкости витой пары по сравнению с ее паспортным значением, как правило, свидетельствует о наличии воды в сердечнике кабеля. Для локализации повреждений этого типа применяются другие методы, прежде всего зондирование поврежденной пары с помощью рефлектометра.

Отметим, что, в отличие от сопротивления, погонная емкость слабо зависит от температуры, что существенно упрощает измерения.

Измерения при переменном токе удобно использовать для локализации обрывов жил (рис. 9). В случае экранированного кабеля это лучше всего сделать посредством измерения емкости каждой из жил относительно экрана. Зная погонную емкость жилы Cпог, длину оборванной жилы можно рассчитать по формуле Lпары = Cж-э/Cпог.

Рис. 9.

При измерении емкости жил оборванной цепи, жилы остальных цепей кабельного пучка соединяют между собой и с надежно заземленным экраном. Если результаты измерений емкости обеих жил одинаковы, то это означает, что и та и другая оборваны в одном месте. Разные значения указывают на наличие обрыва только в одной жиле, причем в той, емкость которой меньше. Расстояние до места обрыва вычисляется по формуле Lпары = Cж-э/Cпог, где Cж-э и Cпог - измеренная и погонная емкость жилы.

Рис. 10.

Очень важно помнить, что существенное влияние на результат измерений оказывают дефекты экрана кабеля (рис. 10). С помощью рассмотренной выше схемы можно определить и место обрыва экрана кабеля. Для этого экран отключают от заземления и затем с обеих сторон измеряют его емкость относительно земли. Место обрыва вычисляется исходя из отношения результатов этих измерений и длины кабеля (если она неизвестна, необходимо использовать измерения длины шлейфа жил любой пары при постоянном токе). Расстояние до обрыва устанавливается приблизительно - на основании измеренной емкости экрана и его погонной емкости (она оценивается как 0,083 от погонной емкости жилы относительно экрана).

Если кабель не экранирован, то расстояние до места обрыва можно определить, измерив емкость пары жил. Однако применение мостовой схемы Уитстона (Wheatstone) не обеспечивает достаточную точность. Впрочем, и в случае измерений при постоянном токе к схеме Уитстона для локализации неисправности прибегают редко, чаще всего предпочтение отдается мосту Муррея (Murray).

См. также: