Есть несколько составляющих погрешности измерения длины линии приборами с TDR-методом и DC-методом.

 

Инструментальная погрешность - это та погрешность, которую дает непосредственно прибор, она определяется внутренним построением прибора (схемой, конструкцией и т.д.) и не зависит от действий оператора.

 

Погрешность задания исходных величин - это погрешность, с которой оператору известен коэффициент укорочения (важно для TDR-метода) измеряемого кабеля, либо та погрешность, с которой оператору известно погонное сопротивление жилы измеряемого кабеля, диаметр жилы, температура жил и т.п. (важно для DC-метода).

 

Погрешность конструкции кабеля по длине, обусловленная: непостоянством диаметра жил кабеля по длине (важно для DC-метода), непостоянством толщины изоляции по длине (важно для TDR-метода), нестабильность шага повива жил по длине (важно как для DC-метода, так и для TDR-метода).

 

Погрешность материала жил и материала изоляции, обусловленная: наличием примесей в материале или заменой материала жил при производстве кабеля (важно для DC-метода), заменой материала изоляции при производстве кабеля TDR-метода.

 

Погрешность длины пар в многопарном кабеле, так как разные пары одного и того же многопарного кабеля могут иметь неодинаковую длину.

 

Методическая погрешность, обусловленная погрешностью методики измерения, например неточностью установки курсоров по рефлектограмме при измерении длины кабеля в ручном режиме TDR-метода.

Методическая погрешность определяется только правильностью действий оператора, т.е. зависит от его опыта и умения (при ручном TDR-методе), или правильностью алгоритма измерения длины (при автоматическом TDR-методе).

 

Влияние инструментальной погрешности

Инструментальная погрешнось современных измерителей длины кабеля, к которым относится прибор РЕЙС-50, пренебрежительно мала по сравнению с совокупностью всех других составляющих. Поэтому ее влиянием можно пренебречь.

 

Влияние погрешности установки исходных величин

Эта погрешность зачастую на практике вносит самый большой вклад в погрешность измерения длины, так как длина кабельной линии рассчитывается как раз на основе этих исходных величин.

Так, если при измерении длины кабеля TDR-методом установить в приборе неточное значение коэффициента укорочения, например отличающееся от действительного значения на 2%, то и погрешность измерения длины кабеля также будет не лучше чем 2%.

 

Аналогично, если при измерении DC-методом установить неточное значение погонного сопротивления жилы, например отличающееся от действительного значения на 1,5%, то погрешность измерения длины кабеля будет не лучше чем 1,5%.

 

Также важное влияние на погрешность измерения длины кабеля DC-методом оказываетпогрешность установки или измерения температуры жил кабеля.

Так, например, если в приборе установить температуру жил кабеля с погрешностью 1ºС, то погрешность измерения длины кабеля таким прибором будет не лучше 0,4%.

Поэтому в приборе РЕЙС-50 погрешность установки температуры составляет 0,1ºС.

 

Измерение же температуры жил кабеля с погрешностью 0,1ºС является довольно сложной задачей.

В состав прибора РЕЙС-50 входит датчик температуры с максимальной погрешностью 0,5ºС в диапазоне температур от -10 до 85ºС.

 

Таким образом, для достижения минимально возможной погрешности измерения длины кабеля DC-методом в приборе должна быть установлена температура жил кабеля с погрешностью не хуже 0,1ºС.

 

Влияние погрешности конструкции кабеля по длине

Если диаметр жилы кабеля неодинаков по длине, что может быть следствием отклонения процесса производства от нормы, то погонное сопротивление жилы также будет изменяться по длине.

Это приведет к дополнительной погрешности при измерении длины такого кабеля DC-методом.

 

Если же из-за нарушения процесса производства толщина изоляции или шаг повива жил кабеля будут непостоянными, то непостоянным будет и коэффициент укорочения по длине кабеля.

Это будет причиной дополнительной погрешности при измерении длины кабеля TDR-методом.

 

Влияние примесей в материале жил и материале изоляции. Влияние занижения диаметра жил

Погонное сопротивление жилы кабеля определяется материалом жилы (алюминий или медь).

Наличие в материале жилы кабеля дополнительных примесей приводит к изменению ее погонного сопротивления и как следствие - к дополнительной погрешности измерения длины кабеля.

 

Если перед измерением длины кабеля прибором РЕЙС-50 в режиме DC-метода появилось подозрение в отличии материала жилы кабеля от меди или алюминия, то сначала целесообразно определить погонное сопротивление этого кабеля (прибором РЕЙС-50) по отрезку такого же кабеля известной длины.

А уже после этого измерить длину всего кабеля прибором РЕЙС-50.

 

В последнее время часто встречаются случаи поставки кабеля с заниженным значением сечения проводников по сравнению с паспортными данными (с этикеткой) на кабель.

Причина — производители всеми путями стараются сократить расход материалов (меди или алюминия) на изготовление кабеля.

Для подтверждения этого достаточно замерить диаметр жил кабеля микрометром.

 

Занижение производителем диаметра проводника приводит к увеличению погонного сопротивления этого проводника и, как следствие, к появлению дополнительной погрешности в измерении длины такого проводника (кабеля) DC-методом.

Так обычно бывает, когда сечение измеряемого кабеля берется из этикетки на кабель.

 

Если изготовитель кабелей каждый раз использует разные примеси в материале изоляции, то диэлектрическая проницаемость изоляции каждый раз будет разной.

Это приводит к непостоянству коэффициента укорочения при измерении длин разных партий одного и того-же типа кабеля TDR-методом.

 

Влияние неодинаковости длины разных пар в многопарном кабеле

Разные пары в многопарном кабеле могут иметь разную длину - в зависимости от расположения пары по отношению к центру сечения кабеля и изменения этого расположения по длине.

 

В таком кабеле для разных пар будут разными и коэффициенты укорочения и погонные сопротивления жил.

Поэтому, установив один коэффициент укорочения при измерении TDR-методом, для разных пар одного и того же кабеля можно получить неодинаковые результаты измерения длины.

 

Также неодинаковые результаты можно получить и при измерении разных пар DC-методом.

 

Влияние методической погрешности измерения

Методическую погрешность при TDR-методе можно считать второй составляющей (после неточного задания коэффициента укорочения), которая существенно влияет на погрешность измерения длины кабеля.

 

Причина методической погрешности при TDR-методе состоит в том, что длина кабеля определяется по измеренному времени задержки импульса между зондирующим импульсом и импульсом, отраженным от конца кабеля.

 

Дело в том, что измерение времени задержки при ручном TDR-методе осуществляется посредством фиксации начала зондирующего и начала отраженного импульсов по рефлектограмме, отображаемой на экране прибора.

 

В ручном TDR-методе фиксация осуществляется при помощи вертикальных курсоров (в современных рефлектометрах, в том числе в РЕЙС-50) или за счет сдвига рефлектограммы (в старых рефлектометрах, например Р5-10).

 

При ручном TDR-методе правильность фиксации указанных импульсов зависит от ряда факторов: от опыта оператора, от возможностей прибора (возможности растяжки и усиления высококачественных сигналов, отстройки от помех), от умения оператора пользоваться прибором и т.д.

 

Поэтому разные операторы, пользуясь одним и тем же прибором и измеряя длину одного и того же кабеля, могут получить разные результаты.

 

При автоматическом TDR-методе измерение длины кабеля (такой режим есть в приборе РЕЙС-50) фиксация зондирующего и отраженного импульсов производится автоматически по специальному алгоритму.

 

В приборе РЕЙС-50 применен новый интеллектуальный алгоритм автоматического измерения длины кабеля TDR-методом, который был разработан фирмой СТЭЛЛ специально для этого прибора.

Новый алгоритм даёт возможность отстроиться от влияния внутренних неоднородностей кабеля и в значительной степени устраняет влияние искажения отраженного импульса на результаты измерения длины.

 

При использовании режима автоматического TDR-метода влияние человеческого фактора на результаты измерения исключено.

Поэтому результаты измерения длины одного и того же кабеля одним и тем же прибором, но разными операторами получаются одинаковыми.

Кроме того, оператор может даже не иметь никакого опыта работы с прибором.

 

Выводы

1. Главной составляющей погрешности измерения длины кабеля электронными приборами с DC-методом и TDR-методом является погрешность задания исходных величин (погонных параметров и коэффициента укорочения кабеля).

 

2. Методической погрешностью DC-метода можно пренебречь.

 

3. При ручном TDR-методе второй существенной составляющей погрешности измерения длины кабеля является методическая погрешность.

 

4. Минимизировать методическую погрешность при TDR-методе даёт возможность введение в прибор автоматического интеллектуального алгоритма измерения длины кабеля.

 

5. Наиболее полно всем современным требованиям, предъявляемым к электронным измерителям длины кабелей с металлическими проводниками, удовлетворяет прибор «Измеритель длины кабеля РЕЙС-50», разработанный фирмой СТЭЛЛ, г. Брянск, Россия.

Этот прибор может работать в трех режимах: DC-метод, автоматический TDR-метод, ручной TDR-метод.

 

6. Использование ручного режима при TDR-методе иногда даёт возможность высококвалифицированному измерителю и опытному пользователю прибором РЕЙС-50 выполнить измерение длины кабеля более точно, чем в автоматическом TDR-методе.

 

7. Если есть доступ к обоим концам кабеля (лучше когда они находятся в одном месте, например измеряемый кабель - это кабель в бухте или на барабане), то наиболее просто выполнить измерение DC-методом.

При этом и точность измерения можно получить выше, чем при TDR-методе.

 

8. Использование TDR-метода часто является самым удобным при измерении длины кабеля, доступ к которому возможен только с одного конца.

 

9. Измерить длину одиночного провода, в том числе изолированного провода в бухте или на барабане, можно только DC-методом.

Очевидно, что самым точным методом измерения длины кабеля является прямой метод, т.е. 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 (миллиомметр),

2) методом локации (рефлектометр).

Оба указанных метода измерения даёт возможность реализовать прибор РЕЙС-50.

Однако надо понимать, что если перед измерением Вы о кабеле ничего не знаете, то и не сможете измерить его длину.

 

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

 

Следует учитывать, что инструментальная погрешность прибора РЕЙС-50 очень мала и ею можно пренебречь. Вся точность измерения будет зависеть только 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.

 

Возникает вопрос - возможно ли, и если да, то как и в каких случаях, измерять длину кабеля на барабане или в бухте методом локатора?

 

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.