何超鵬

摘要：X射線電纜偏心儀能夠有效提高電纜產品質量，提升生產效率，但目前沒有一套合理、完善的校準裝置。本設計研制出一套偏心儀專用的校準裝置，配合偏心儀校準方法，確保偏心儀的準確性，解決電纜生產企業急需的品控問題，提升企業的生產管控能力和產品質量。

關鍵詞：偏心儀；電纜；校準裝置

Design of X-ray Cable Eccentricity Calibration Device

HE Chaopeng

（ Fujian Metrology Institute， Fuzhou 350003， Fujian， China ）

Abstract： X-ray cable eccentric instrument can effectively improve the quality of cable products and improve production efficiency， but there is currently a lack of a reasonable and complete calibration device. This design aims to develop of a special calibration device for the eccentric instrument， combined with the calibration method of the eccentric instrument， ensures the accuracy of the eccentric instrument， solves the quality control problem urgently needed by cable manufacturers， and improves the production control ability and product quality of the enterprise.

Key Words：? Eccentric instrument; Cable; Calibration device

0 引言

X射線電纜偏心儀是一種在線檢測儀器，電纜穿過偏心儀時，能實時快速檢測出電纜的直徑、壁厚、偏心度，再根據測量數據實時調整生產參數，能有效提升產品質量和生產效率，廣泛配置在中高壓交聯電纜的生產線上。目前，國內還沒有相關偏心儀的校準研究，只有生產廠家在維修維護時進行金屬芯直徑的校準，但需要把前端與偏心儀相連接的套管部件拆除且無電纜線在其中時完成，這給企業用戶帶來很大的麻煩，因為電纜牽引穿線及套管連接安裝相當于設備重新安裝一遍，費時費力，成本高。同時生產廠家在校準偏心儀時，只校準單獨金屬芯的直徑，無法校準帶絕緣層電纜的壁厚，這樣雖然可以保證金屬芯直徑測量的準確，卻不能確保壁厚及偏心測量結果的準確，導致用戶對偏心儀測量結果的準確性仍存疑問[1]。本設計研制的校準裝置，方便下廠攜帶，校準時無需拆解偏心儀前端的套管，也無需抽除偏心儀內部的電纜，節約拆裝成本，大大方便用戶使用。研制校準裝置不僅可校準單獨金屬芯的直徑也可校準帶絕緣層電纜的壁厚及偏心度，滿足實際的品控需求。本研究的校準裝置具有良好的推廣意義。

1 主要研究內容

目前，國內對偏心儀的校準研究幾乎是空白，本設計研制出一套偏心儀專用的校準裝置項，配合偏心儀的校準方法對偏心儀進行校準，主要內容如下：

1）研制偏心儀專用校準裝置，根據偏心儀的工作原理和工作模式，設計不同結構的校準件，分別為金屬芯結構、金屬芯軸外包絕緣層的同心結構、金屬芯軸外包絕緣層的偏心結構，通過以下這三種不同結構的校準件為偏心儀量值溯源提供可行的技術手段[2]。

a）金屬鋁棒。用于偏心儀芯直徑的校準，同時也可用于設備誤差的補償，使設備的測量精度滿足使用要求。鋁棒的直徑可通過測長機或三坐標校準。

b）金屬銅芯外包PE絕緣層的同心棒。該結構件模擬電纜，為同心結構，各部位的壁厚是一致的，用于校準偏心儀壁厚示值誤差。同心棒的壁厚值可通過三坐標校準。

c）金屬銅芯外包PE絕緣層的偏心棒，該結構件也是模擬電纜，為偏心結構，不同部位壁厚是不一致的，通過故意制造的偏心值來校準偏心儀的偏心誤差。偏心棒的偏心值可通過三坐標進行校準。

2）研制專用的輔助工裝，使校準裝置能方便校準偏心儀，不用對偏心儀前端連接件進行拆除，也不用抽除其中的電纜線，減少給生產線帶來的拆解安裝麻煩，節約成本。

2? 偏心儀工作原理

X-RAY8000偏心儀利用X射線對電纜進行掃描照射，根據電纜芯層不同材料對X射線吸收率的不同，將掃描結果送入計算機軟件進行回歸分析，并將測量結果送到計算機界面上顯示，從而查看電纜的各層尺寸及偏心情況。圖1為各材料對X射線的吸收率，圖2為電纜經X射線掃描后的回歸分析圖。

由上述工作原理可知，偏心儀是利用不同材質對X射線吸收率不同的原理進行設計開發，通過回歸分析方法計算芯直徑及電纜各包層的厚度，并由厚度差再計算偏心值。故標準件的選材，厚度尺寸等均會對偏心儀校準結果造成影響，所以選材、制定厚度尺寸等尤為關鍵。

3 校準裝置設計[3]

3.1根據校準方法所需使用的校準裝置與技術指標，見表1

3.2 鋁棒

由圖1可知，不同材質對X射線的吸收率是不一致的，PE材質吸收率低，銅材質吸收率高，鋁材質吸收率適中。因鋁材質吸收率適中，偏心儀廠家在出廠及維護時選用鋁棒對系統精度進行標定。因此，芯直徑示值誤差校準應采用標準鋁棒進行。

鋁棒的設計為空心結構，如圖3所示，空心結構是用于電纜線芯的穿過。考慮到電纜線芯直徑以及射線吸收的問題，空心鋁棒的內徑A應不小于10mm，壁厚應不小于7mm。在長度設計上，由于偏心儀的厚度約為270mm，內部兩掃描的前后位置大約間隔100mm，因此鋁棒的設計總長度為250mm，前端50mm為細牙螺紋，后端200mm用于校準，安裝得當，兩個掃描器可一次性完成對鋁棒的掃描。表2為本項目設計的鋁棒規格系列，其中外徑85mm和110mm鋁棒前端螺紋改為內螺紋。鋁棒的表面經過精磨并做氧化處理。

3.3 銅芯外包PE層同心棒

銅芯外包PE層同心棒只用于校準壁厚示值誤差，注意這里的銅芯直徑不能用于校準芯直徑示值誤差。銅芯外包PE層同心棒的設計如圖4所示，銅芯為黃銅材質，壁厚5mm。壁厚為PE塑料材質，為了達到加工要求，選擇POM（聚甲醛）塑料材料，POM硬而致密，具有良好的物理機械性能，易于機械加工。設計的PE層壁厚有5mm、10mm和15mm三種。同樣根據電纜線芯及偏心儀的尺寸，銅芯外徑d的系列有30mm、35mm和60mm三種。

3.4 銅芯外包PE層偏心棒

銅芯外包PE層偏心棒只用于校準偏心誤差，注意這里的銅芯直徑不能用于校準芯直徑示值誤差。銅芯外包PE層偏心棒的設計如圖5所示，銅芯為黃銅材質，PE同樣選擇POM（聚甲醛）塑料材料。偏心棒設計的偏心值為10mm。

3.5 輔助工裝

3.5.1滑輪導管

滑輪導管是本校準裝置的主要輔助工裝，用于安裝上述鋁棒、同心棒和偏心棒校準器，使校準器能在偏心儀的掃描器下被垂直掃描。滑輪導管主要由手柄、定心滑輪、滑輪套和螺紋套組成，如圖6所示。手柄為空心結構，后端有螺紋內牙可用于接長，前端分別有螺紋內牙和外牙，內牙用于與連接頭（連接滑輪導管與校準器）連接，外牙與螺紋套連接，用于限位滑輪套，使手柄與滑輪套之間可以自由轉動但不軸線竄動；定位滑輪有兩組，每組定心滑輪組按圓周均勻分布6個滑輪，滑輪件通過彈簧可自動張開，當安裝在偏心儀前端套管內時，張開的滑輪就可完成自動定心作用；滑輪套外壁安裝定心滑輪組，內腔與手柄配合，通過螺紋套限制在手柄上；螺紋套用于限制滑輪套與手柄，使兩者之間可以自由轉動但不軸線竄動。

3.5.2 連接頭

連接頭用于連接滑輪導管與校準器，如圖7所示。連接頭的一端為外螺紋，與滑輪導管相聯，另一端為內螺紋與校準器相連，使用時應根據校準器端螺紋的大小選擇合適的連接頭。本設計連接頭D的規格有M25、M30、M35、M45、M60五種規格。

3.5.3使用方法

將校準器與輔助工裝安裝好后，先讓電纜線芯穿過，然后用手壓緊定心滑輪使其進入偏心儀前端的導管內，待兩組定心滑輪均進入后，前后調整位置，使校準器均能被兩個掃描器掃描。校準器由定心滑輪自動定心，保證了軸線與偏心儀的軸線平行，調整好位置后即可開始校準。使用過程示意圖如圖8所示。

4 校準裝置現場試驗

在福建南平某一電纜廠進行偏心誤差測量現場試驗，現場為室溫，溫度（20±5）℃，設備為停機狀態。穿過的電纜線芯直徑為φ10mm，受檢偏心儀量程為100mm，但有效的工作范圍為80mm，因此在試驗中，選擇校準器的最大外直徑不大于80mm。偏心誤差試驗采用銅芯外包PE層偏心棒進行，測量模式選擇單層PE測量模式，所有項目的熱收縮率均設為0。偏心棒的銅芯直徑34.991mm，外直徑74.969mm，實際偏心量10.110mm。測量擴展不確定度：=0.015mm，=2。

測試結果滿足偏心儀計量特性指標：芯直徑示值誤差不大于±0.04mm；偏心誤差不大于±0.06mm。

5 結語

本研究的校準裝置由一系列校準器與輔助工裝構成，經現場試驗，使用簡單方便，無需大的拆裝，校準結果數據可靠，可滿足用戶使用要求。但是本研究仍存在以下不足和改進的地方：一是標準器件較多，使用時容易混淆，后續應將校準器件做好編號，并編制操作說明；二是帶PE層的同心棒和偏心棒加工精度不是太高，特別是圓柱度和平行度誤差均不理想，后續需提高加工精度，減少標準器誤差對測量結果的影響；三是偏心棒的設計不合理，偏心過大，外徑也過大，后續應根據實際情況，設計偏心值在（0.2～1）mm的偏心棒，同時外圓直徑不能太大，應控制在60mm以下。

參考文獻

[1]王賓. 基于X射線無損探傷機的電力電纜偏心檢測

方法[J].電子制作，2022，30（02）：85-86+22.

[2]全國電線電纜標準化技術委員會.擠包絕緣電力電

纜及附件：GB/T 12706-2020[S].北京：中國標準出

版社，2020：3.

[3]全國法制計量管理計量技術委員會.國家計量檢定

規程編寫規則：JJF 1002-2010[S].北京：中國質檢

出版社，2011：3.