DE29808696U1 - Device for measuring the capacitance of electrical wires - Google Patents

Device for measuring the capacitance of electrical wires

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Description

Vorrichtung zur Messung der Kapazität von elektrischen AdernDevice for measuring the capacitance of electrical wires

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung der Kapazität von elektrischen Adern nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for measuring the capacitance of electrical wires according to the preamble of patent claim 1.

Bei der Herstellung von elektrischen Adern, die aus einem Leiter und einer isolierenden Ummantelung bestehen, ist es für den Hersteller wichtig, die Kapazität des Kabels zu messen. Bekanntlich bestimmt die Kapazität die Höhe des Wellenwiderstands.When manufacturing electrical wires consisting of a conductor and an insulating sheath, it is important for the manufacturer to measure the cable’s capacitance. As is well known, the capacitance determines the level of the characteristic impedance.

Aus GB 2 003 613 ist bekannt, die Kapazität eines Kabels dadurch zu messen, daß ein Meßrohr aus elektrisch leitendem Material vorgesehen ist, durch das das Kabel hindurchgeführt wird. Das Meßrohr ist vorzugsweise in der Kühlstrecke angeordnet und mithin mit Wasser gefüllt. Das Meßrohr wird mit einer hochfrequenten MeßspannungFrom GB 2 003 613 it is known to measure the capacity of a cable by providing a measuring tube made of electrically conductive material through which the cable is passed. The measuring tube is preferably arranged in the cooling section and is therefore filled with water. The measuring tube is supplied with a high-frequency measuring voltage

...12...12

Patentanwälte · European Patent Attorneys · Zugelassene Vertreter beim Europäischen Patentamt
Zugelassene Vertreter beim Harmonisierungsamt für den BinnenmarktPatent Attorneys · European Patent Attorneys · Authorized Representatives before the European Patent Office
Authorised representatives at the Office for Harmonisation in the Internal Market

Rechtsanwalt: zugelassen zu den Hamburger GerichtenLawyer: admitted to the Hamburg courts

Deutsche Bank AG Hamburg, Nr. 05 28497 (BLZ 200 700 00) · Postbank Hamburg, Nr. 28 42 206 (BLZ 200 100 20)
Dresdner Bank AG Hamburg, Nr. 933 60 35 (BLZ 200 800 00)Deutsche Bank AG Hamburg, No. 05 28497 (bank code 200 700 00) · Postbank Hamburg, No. 28 42 206 (bank code 200 100 20)
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beaufschlagt, wobei der Leiter an Erde liegt. Dadurch fließt ein Strom zwischen dem Meßrohr und dem Leiter, der abhängig ist von der Dielektrizität des Isoliermaterials sowie von seiner Dicke.applied, with the conductor connected to earth. This causes a current to flow between the measuring tube and the conductor, which depends on the dielectricity of the insulating material and its thickness.

Aus EP 0 679 863 ist auch bekannt, dieses Meßprinzip zur Messung der exzentrischen Verlagerung des Leiters eines Kabels im Kabelmantel zu messen. Zu diesem Zweck sind drei am Umfang des Kabels versetzt angeordnete kreisbogenförmige auf einem Kreis um das Kabel angeordnete, gegeneinander isolierte elektrisch leitende Elektrodensegmente vorgesehen, die jeweils an hochfrequente Meßspannung gelegt werden. Der zu den einzelnen Elektrodensegmenten fließende Strom ist ein Maß für die Dicke des Kabelmantels im Bereich des Elektrodensegments. Sind daher die Ströme, die zu den einzelnen Elektrodensegmenten fließen, nicht gleich, ist dies ein Anzeichen dafür, daß der Leiter nicht mehr konzentrisch im Kabelmantel liegt.EP 0 679 863 also discloses using this measuring principle to measure the eccentric displacement of a cable conductor in the cable sheath. For this purpose, three circular arc-shaped, mutually insulated, electrically conductive electrode segments are provided, arranged offset on the circumference of the cable in a circle around the cable, each of which is connected to a high-frequency measuring voltage. The current flowing to the individual electrode segments is a measure of the thickness of the cable sheath in the area of the electrode segment. If the currents flowing to the individual electrode segments are not the same, this is an indication that the conductor is no longer concentric in the cable sheath.

Insbesondere bei mit hoher Frequenz betriebenen elektrischen Adern, beispielsweise bis 2 GHz, spielen auch kurzzeitige Änderungen in der Kapazität längs der Ader, die durch inhomogenen Kabelaufbau oder durch Änderungen in den Dickenabmessungen verursacht werden, eine Rolle. Es kommt hierbei zu unerwünschten Reflexionen der elektromagnetischen Wellen.Particularly in the case of electrical wires operating at high frequencies, for example up to 2 GHz, short-term changes in the capacitance along the wire, caused by inhomogeneous cable construction or by changes in the thickness dimensions, also play a role. This leads to undesirable reflections of the electromagnetic waves.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung der Kapazität von elektrischen Adern zu schaffen, mit der auf einfache Weise auch vorübergehende Änderungen in der Kapazität der Ader ermittelt werden können.The invention is therefore based on the object of creating a device for measuring the capacitance of electrical wires, with which even temporary changes in the capacitance of the wire can be determined in a simple manner.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This problem is solved by the features of patent claim 1.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist koaxial zum ersten Meßrohr ein zweites Meßrohr angeordnet, dessen Länge deutlich kürzer ist als die Länge des ersten Meßrohres. Das erste Meßrohr, das auch aus einer Summe von Einzelrohrstücken zusammengesetzt sein kann, muß aus Gründen der Genauigkeit für die Kapazitätsmessung eine Mindestlänge aufweisen, beispielsweise 200 mm. Eine derartige Länge ermöglicht jedoch keine ausreichende Auflösung, um Kapazitätsschwankungen in kleineren Bereichen zu ermitteln. Daher ist ein zweites deutlich kürzeres Meßrohr vorgesehen, das etwa 10 bis 25% der gesamten Länge von erstem und zweitem Meßrohr betragen oder - in absoluten Zahlen - zwischen 20 und 50 mm lang sein kann. Dem zweiten Meßrohr ist eine separate Strommeßvorrichtung zugeordnet, und eine geeignete Auswertevorrichtung wertet vorkommende Stromschwankungen aus und gibt sie als Kapazitätsschwankungen an. Erreichen die Schwankungen kritische Werte, kann eine entsprechende Anzeige vorgesehen werden. Ggf. ist der Kabelabschnitt dann als unbrauchbar zu entfernen.In the device according to the invention, a second measuring tube is arranged coaxially to the first measuring tube, the length of which is significantly shorter than the length of the first measuring tube. The first measuring tube, which can also be made up of a sum of individual tube pieces, must have a minimum length for the capacitance measurement for reasons of accuracy, for example 200 mm. However, such a length does not allow sufficient resolution to determine capacitance fluctuations in smaller areas. Therefore, a second, significantly shorter measuring tube is provided, which can be about 10 to 25% of the total length of the first and second measuring tubes or - in absolute terms - can be between 20 and 50 mm long. A separate current measuring device is assigned to the second measuring tube, and a suitable evaluation device evaluates any current fluctuations that occur and indicates them as capacitance fluctuations. If the fluctuations reach critical values, a corresponding display can be provided. If necessary, the cable section must then be removed as unusable.

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Bei der Kapazitätsmessung kann das zweite Meßrohr außen vor bleiben. Alternativ kann es auch mit herangezogen werden, indem die Ströme zum ersten und zweiten Meßrohr addiert werden. In diesem Fall kann eine Strommeßvorrichtung auch den gesamten zu beiden Meßrohren fließenden Strom ermitteln. Die Heranziehung des zweiten Meßrohrs zur Kapazitätsmessung hat den Vorteil, daß die gesamte Länge der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht größer zu sein braucht als eine solche für die herkömmliche Kapazitätsmessung.The second measuring tube can be left out of the capacitance measurement. Alternatively, it can also be included by adding the currents to the first and second measuring tubes. In this case, a current measuring device can also determine the total current flowing to both measuring tubes. Using the second measuring tube for capacitance measurement has the advantage that the total length of the device according to the invention does not need to be greater than that for conventional capacitance measurement.

Es versteht sich, daß auch zwei oder mehr zweite Meßrohre vorgesehen werden können, die ggf. unterschiedliche Länge haben, um den jeweils gewünschten Auflösungsgrad zu erzielen. Zwar wird die Ortsauflösung mit kurzer werdender Meßelektrode größer, andererseits steigen Störeffekte mit geringer werdender Länge an, so daß die Gefahr besteht, daß bei besonders kurzen zweiten Meßrohren kaum noch auswertbare Meßergebnisse erhalten werden.It goes without saying that two or more second measuring tubes can also be provided, which may have different lengths in order to achieve the desired degree of resolution. Although the spatial resolution increases as the measuring electrode becomes shorter, on the other hand, interference effects increase as the length decreases, so that there is a risk that with particularly short second measuring tubes, hardly any evaluable measurement results can be obtained.

Bei einer besonderen Ausführungsförm der Erfindung ist das zweite Meßrohr zwischen mindestens zwei Abschnitten des ersten Meßrohrs angeordnet. Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, daß die Störfelder für das zweite Meßrohr minimal sind, mithin besonders präzise Schwankungen in der Kapazität gemessen werden können.In a special embodiment of the invention, the second measuring tube is arranged between at least two sections of the first measuring tube. Such an arrangement has the advantage that the interference fields for the second measuring tube are minimal, thus allowing particularly precise fluctuations in the capacitance to be measured.

Vorzugsweise hat das zweite Meßrohr den gleichen Durchmesser wie das erste Meßrohr, und beide Meßrohre werden vorzugsweise von einem gemeinsamen Abschirm-Preferably, the second measuring tube has the same diameter as the first measuring tube, and both measuring tubes are preferably shielded by a common

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rohr umgeben. Zwischen Abschirmrohr und den Meßrohren kann eine Isolation aus festem Material vorgesehen werden, die beide Teile zu einem gemeinsamen Körper verbindet. Zusätzlich kann ein zweites Abschirmrohr das erste Abschirmrohr umgeben und ebenfalls mit den anderen Teilen eine Einheit ergeben.pipe. An insulation made of solid material can be provided between the shielding pipe and the measuring tubes, which connects both parts to form a common body. In addition, a second shielding pipe can surround the first shielding pipe and also form a unit with the other parts.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below using embodiments shown in drawings.

Fig. 1 zeigt im Schnitt schematisch eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung.Fig. 1 shows a schematic cross-section of a first embodiment of a device according to the invention.

Fig. 2 zeigt äußerst schematisch eine zweite Ausführungsform nach der Erfindung.Fig. 2 shows very schematically a second embodiment according to the invention.

In Fig. 1 ist eine Ader 10 dargestellt, die aus einem Leiter 12 und einem Mantel 14 aus isolierendem Material besteht und die durch ein Wasserbad 16 in der Kühlstrecke einer Kabel-Fertigungsanlage geführt ist. Im Wasserbad 16 befindet sich auch ein Meßkörper 18. Er weist ein erstes Meßrohr 20 auf, das zum Beispiel eine Länge von 200 mm aufweist. Im kurzen Abstand zum ersten Meßrohr 20 ist ein zweites Meßrohr 22 von gleichem Durchmesser angeordnet, z.B. von einer Länge von 25 mm. Die Meßrohre 20, 22, die aus elektrisch leitendem Material bestehen, sind von einem Abschirmrohr 24 aus leitendem Material in radialem Abstand umgeben. Das Abschirmrohr 24 weist einen mittleren Abschnitt 26 auf, der die Meßrohre 20, 22 imIn Fig. 1, a wire 10 is shown, which consists of a conductor 12 and a sheath 14 made of insulating material and which is guided through a water bath 16 in the cooling section of a cable production plant. A measuring body 18 is also located in the water bath 16. It has a first measuring tube 20, which has a length of 200 mm, for example. A short distance from the first measuring tube 20 is a second measuring tube 22 of the same diameter, e.g. with a length of 25 mm. The measuring tubes 20, 22, which consist of electrically conductive material, are surrounded by a shielding tube 24 made of conductive material at a radial distance. The shielding tube 24 has a middle section 26, which surrounds the measuring tubes 20, 22 in the

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radialen Abstand umgibt sowie zwei Endabschnitte 28, 30, die einen geringeren Durchmesser aufweisen, der etwa dem Durchmesser der Meßrohre 20, 22 entspricht. Die Meßrohre 20, 22 und das Abschirmrohr 24 liegen an einer hochfrequenten Meßspannung, z.B. 450 kHz. Die Spitzenspannung beträgt zum Beispiel 20 V. In der Leitung zu den Meßrohren 20, 22 ist eine erste Strommeßvorrichtung 34 vorgesehen. In der Leitung zum ersten Meßrohr 20 ist eine zweite S trommeß vorrichtung 36 und in der Leitung zum zweiten Meßrohr 22 eine dritte Strommeßvorrichtung 38 vorgesehen. Der Leiter 12 ist an Masse gelegt, ebenso wie ein zweites Abschirmrohr 40, das das erste Abschirmrohr 24 im radialen Abstand umgibt. Zwischen den Meßrohren 20, 22 einerseits und dem ersten Abschirmrohr 24 andererseits liegt eine Isolierschicht 42 bzw. 44. Zwischen dem Abschirmrohr 24 und dem Abschirmrohr 40 ist eine Isolierschicht 46 angeordnet. Die beschriebenen Teile sind miteinander verbunden und bilden somit den einheitlichen Meßkörper 18. Zwischen den Isolierschichten 42, 44 und zwischen diesen und dem Isolierkörper 46 sind ringförmige Isolierteile 48 angeordnet.radial distance and two end sections 28, 30, which have a smaller diameter, which corresponds approximately to the diameter of the measuring tubes 20, 22. The measuring tubes 20, 22 and the shielding tube 24 are connected to a high-frequency measuring voltage, e.g. 450 kHz. The peak voltage is, for example, 20 V. A first current measuring device 34 is provided in the line to the measuring tubes 20, 22. A second current measuring device 36 is provided in the line to the first measuring tube 20 and a third current measuring device 38 is provided in the line to the second measuring tube 22. The conductor 12 is connected to ground, as is a second shielding tube 40, which surrounds the first shielding tube 24 at a radial distance. An insulating layer 42 or 44 is located between the measuring tubes 20, 22 on the one hand and the first shielding tube 24 on the other. An insulating layer 46 is arranged between the shielding tube 24 and the shielding tube 40. The parts described are connected to one another and thus form the uniform measuring body 18. Ring-shaped insulating parts 48 are arranged between the insulating layers 42, 44 and between these and the insulating body 46.

Beim Anlegen der Meßspannung fließt ein Strom von den Meßrohren 20, 22 zum Leiter 12. Der Strom ist ein Maß für die Kapazität der Ader 1.0. Werden die Ströme Il und 12 der Meßvomchtungen 36, 38 addiert, ist ein Maß für die Kapazität erhalten. Es kann auch dadurch erhalten werden, daß die Strommeßvorrichtung 34 den Strom Is mißt. Der Strom 12 der Meßvorrichtung 38 allein ändert sich, wenn bei der Vorwärtsbewegung der Ader 10 in Richtung Pfeil 48 die Kapazität sich vorübergehend ändert. Die gemessenen Stromschwankungen geben mithin Kapazitätsschwankungen wieder,When the measuring voltage is applied, a current flows from the measuring tubes 20, 22 to the conductor 12. The current is a measure of the capacitance of the wire 10. If the currents Il and I2 of the measuring devices 36, 38 are added together, a measure of the capacitance is obtained. It can also be obtained by the current measuring device 34 measuring the current I s . The current I2 of the measuring device 38 alone changes when the capacitance temporarily changes during the forward movement of the wire 10 in the direction of arrow 48. The measured current fluctuations therefore reflect capacitance fluctuations.

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die unter Umständen kritisch sind, weil sie auf der produzierten Ader später zu starken Reflexionen der elektromagnetischen Wellen führen.which may be critical because they later lead to strong reflections of the electromagnetic waves on the produced wire.

In Fig. 2 ist sehr schematisch eine andere Anordnung von Meßrohren angedeutet. In Fig. 2 erkennt man zwei Meßrohrabschnitte 60, 62, die zusammen eine Länge von etwa 200 mm ergeben. Sie sind jedoch in einem gewissen Abstand zueinander angeordnet. Dazwischen ist ein kurzer Meßrohrabschnitt 64 angeordnet, beispielsweise von einer Länge von 20 bis 50 mm. Die Meßrohrabschnitte 60 bis 64 sind wiederum an eine hochfrequente Meßspannung angeschlossen, wie dies anhand von Fig. 1 erläutert wurde. In der jeweiligen Leitung zu den Meßrohrabschnitten 60, 62 ist jeweils eine Strommeßvorrichtung angeordnet, welche die Ströme &Ggr;&Igr;, &Ggr;2 und &Ggr;3 messen. Die Summe dieser Ströme kann zur Kapazitätsmessung herangezogen werden. Die Schwankungen des Stroms &Ggr;2 sind ein Indikator für Kapazitätsschwankungen. In Fig. 2, a different arrangement of measuring tubes is indicated very schematically. In Fig. 2, two measuring tube sections 60, 62 can be seen, which together have a length of about 200 mm. However, they are arranged at a certain distance from each other. A short measuring tube section 64 is arranged between them, for example with a length of 20 to 50 mm. The measuring tube sections 60 to 64 are in turn connected to a high-frequency measuring voltage, as explained with reference to Fig. 1. In the respective line to the measuring tube sections 60, 62, a current measuring device is arranged, which measures the currents Γλ, Γ2 and Γ3. The sum of these currents can be used to measure the capacitance. The fluctuations in the current Γ2 are an indicator of capacitance fluctuations.

Es versteht sich, daß bei der Anordnung nach Fig. 2 eine ähnliche Konstruktion gewählt werden kann, wie sie in Fig. 1 angedeutet ist. Daher sind die Abschirmrohre nicht eingezeichnet.It is understood that in the arrangement according to Fig. 2 a similar construction can be chosen as indicated in Fig. 1. Therefore the shielding tubes are not shown.

Claims (10)

-8- Ansprüche:-8- Claims: 1. Vorrichtung zur Messung der Kapazität von elektrischen Adern, die aus einem inneren Leiter und einem Isolationsmantel bestehen, mit einem aus mindestens einem Stück bestehenden Meßrohr aus elektrisch leitendem Material, das an eine hochfrequente Meßspannungsquelle anschließbar ist und durch das die Ader hindurchbewegt wird, wobei sich zwischen der Ader und dem Meßrohr Wasser befindet, einem Abschirmrohr, das das Meßrohr in radialem Abstand umgibt und ebenfalls an der Meßspannung liegt, und einer Strommeßvorrichtung, die den zwischen Meßrohr und Ader fließenden Strom mißt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein zweites Meßrohr (44, 64) koaxial zum ersten Meßrohr (20, 60, 62)1. Device for measuring the capacitance of electrical wires consisting of an inner conductor and an insulating sheath, with a measuring tube consisting of at least one piece of electrically conductive material, which can be connected to a high-frequency measuring voltage source and through which the wire is moved, with water being located between the wire and the measuring tube, a shielding tube which surrounds the measuring tube at a radial distance and is also connected to the measuring voltage, and a current measuring device which measures the current flowing between the measuring tube and the wire, characterized in that at least one second measuring tube (44, 64) is coaxial with the first measuring tube (20, 60, 62) - vorgesehen ist, dessen Länge deutlich kurzer ist als die Länge des ersten Meßrohrs und das ebenfalls mit der Meßspannungsquelle verbunden und von einem Abschirmrohr (24) umgeben ist und eine zweite Strommeßvorrichtung (38) vorgesehen ist, die den Strom zwischen dem zweiten Meßrohr (23) und der Ader (10) mißt und eine Auswertevorrichtung für den Strom der zweiten Meß vorrichtung (38) vorgesehen ist zur Anzeige von vorübergehenden Kapazitätsschwankungen.- is provided, the length of which is significantly shorter than the length of the first measuring tube and which is also connected to the measuring voltage source and surrounded by a shielding tube (24) and a second current measuring device (38) is provided which measures the current between the second measuring tube (23) and the wire (10) and an evaluation device for the current of the second measuring device (38) is provided to indicate temporary capacity fluctuations. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß erstes und zweites Meßrohr (20, 22, 60, 62, 64) gleichen Durchmesser aufweisen.2. Device according to claim 1, characterized in that the first and second measuring tubes (20, 22, 60, 62, 64) have the same diameter. -9--9- 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß erstes und3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the first and zweites Meßrohr (20, 22) von einem gemeinsamen Abschirmrohr (24) umgeben sind.second measuring tube (20, 22) are surrounded by a common shielding tube (24). 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zweites Meßrohr (64) zwischen zwei Abschnitten (60, 62) des ersten Meßrohrs angeordnet ist.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the second measuring tube (64) is arranged between two sections (60, 62) of the first measuring tube. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Meßrohr (22, 64) zwischen 10 und 25% der gemeinsamen Länge von erstem und zweitem Meßrohr ist.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the second measuring tube (22, 64) is between 10 and 25% of the combined length of the first and second measuring tubes. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtlänge von erstem und zweitem Meßrohr ca. 200 mm beträgt.6. Device according to claim 5, characterized in that the total length of the first and second measuring tube is approximately 200 mm. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des zweiten Meßrohrs (22, 64) 20 bis 50 mm beträgt.7. Device according to claim 5 or 6, characterized in that the length of the second measuring tube (22, 64) is 20 to 50 mm. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschirmrohr (24) mit Abschnitten (28, 30) über die Meßrohre (20, 22) hinaussteht, wobei die Abschnitte (28, 30) annähernd den gleichen Durchmesser wie die Meßrohre (20,22) aufweisen.8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the shielding tube (24) projects with sections (28, 30) beyond the measuring tubes (20, 22), wherein the sections (28, 30) have approximately the same diameter as the measuring tubes (20, 22). -10--10- 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschirmrohr (24) von einem zweiten Abschirmrohr (40) im radialen Abstand umgeben ist, das an Masse gelegt ist.9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the shielding tube (24) is surrounded by a second shielding tube (40) at a radial distance, which is connected to ground. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßrohre (20, 22) und das Abschirmrohr (24) einen gemeinsamen Körper bilden und durch eine Isolationsschicht (42, 44) miteinander verbunden sind.10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the measuring tubes (20, 22) and the shielding tube (24) form a common body and are connected to one another by an insulating layer (42, 44).
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