X射线电缆偏心仪校准装置的设计

何超鹏

摘要：X射线电缆偏心仪能够有效提高电缆产品质量，提升生产效率，但目前没有一套合理、完善的校准装置。本设计研制出一套偏心仪专用的校准装置，配合偏心仪校准方法，确保偏心仪的准确性，解决电缆生产企业急需的品控问题，提升企业的生产管控能力和产品质量。

关键词：偏心仪；电缆；校准装置

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射线电缆偏心仪是一种在线检测仪器，电缆穿过偏心仪时，能实时快速检测出电缆的直径、壁厚、偏心度，再根据测量数据实时调整生产参数，能有效提升产品质量和生产效率，广泛配置在中高压交联电缆的生产线上。目前，国内还没有相关偏心仪的校准研究，只有生产厂家在维修维护时进行金属芯直径的校准，但需要把前端与偏心仪相连接的套管部件拆除且无电缆线在其中时完成，这给企业用户带来很大的麻烦，因为电缆牵引穿线及套管连接安装相当于设备重新安装一遍，费时费力，成本高。同时生产厂家在校准偏心仪时，只校准单独金属芯的直径，无法校准带绝缘层电缆的壁厚，这样虽然可以保证金属芯直径测量的准确，却不能确保壁厚及偏心测量结果的准确，导致用户对偏心仪测量结果的准确性仍存疑问[1]。本设计研制的校准装置，方便下厂携带，校准时无需拆解偏心仪前端的套管，也无需抽除偏心仪内部的电缆，节约拆装成本，大大方便用户使用。研制校准装置不仅可校准单独金属芯的直径也可校准带绝缘层电缆的壁厚及偏心度，满足实际的品控需求。本研究的校准装置具有良好的推广意义。

1 主要研究内容

目前，国内对偏心仪的校准研究几乎是空白，本设计研制出一套偏心仪专用的校准装置项，配合偏心仪的校准方法对偏心仪进行校准，主要内容如下：

1）研制偏心仪专用校准装置，根据偏心仪的工作原理和工作模式，设计不同结构的校准件，分别为金属芯结构、金属芯轴外包绝缘层的同心结构、金属芯轴外包绝缘层的偏心结构，通过以下这三种不同结构的校准件为偏心仪量值溯源提供可行的技术手段[2]。

a）金属铝棒。用于偏心仪芯直径的校准，同时也可用于设备误差的补偿，使设备的测量精度满足使用要求。铝棒的直径可通过测长机或三坐标校准。

b）金属铜芯外包PE绝缘层的同心棒。该结构件模拟电缆，为同心结构，各部位的壁厚是一致的，用于校准偏心仪壁厚示值误差。同心棒的壁厚值可通过三坐标校准。

c）金属铜芯外包PE绝缘层的偏心棒，该结构件也是模拟电缆，为偏心结构，不同部位壁厚是不一致的，通过故意制造的偏心值来校准偏心仪的偏心误差。偏心棒的偏心值可通过三坐标进行校准。

2）研制专用的辅助工装，使校准装置能方便校准偏心仪，不用对偏心仪前端连接件进行拆除，也不用抽除其中的电缆线，减少给生产线带来的拆解安装麻烦，节约成本。

2  偏心仪工作原理

X-RAY8000偏心仪利用X射线对电缆进行扫描照射，根据电缆芯层不同材料对X射线吸收率的不同，将扫描结果送入计算机软件进行回归分析，并将测量结果送到计算机界面上显示，从而查看电缆的各层尺寸及偏心情况。图1为各材料对X射线的吸收率，图2为电缆经X射线扫描后的回归分析图。

由上述工作原理可知，偏心仪是利用不同材质对X射线吸收率不同的原理进行设计开发，通过回归分析方法计算芯直径及电缆各包层的厚度，并由厚度差再计算偏心值。故标准件的选材，厚度尺寸等均会对偏心仪校准结果造成影响，所以选材、制定厚度尺寸等尤为关键。

3 校准装置设计[3]

3.1根据校准方法所需使用的校准装置与技术指标，见表1

3.2 铝棒

由图1可知，不同材质对X射线的吸收率是不一致的，PE材质吸收率低，铜材质吸收率高，铝材质吸收率适中。因铝材质吸收率适中，偏心仪厂家在出厂及维护时选用铝棒对系统精度进行标定。因此，芯直径示值误差校准应采用标准铝棒进行。

铝棒的设计为空心结构，如图3所示，空心结构是用于电缆线芯的穿过。考虑到电缆线芯直径以及射线吸收的问题，空心铝棒的内径A应不小于10mm，壁厚应不小于7mm。在长度设计上，由于偏心仪的厚度约为270mm，内部两扫描的前后位置大约间隔100mm，因此铝棒的设计总长度为250mm，前端50mm为细牙螺纹，后端200mm用于校准，安装得当，兩个扫描器可一次性完成对铝棒的扫描。表2为本项目设计的铝棒规格系列，其中外径85mm和110mm铝棒前端螺纹改为内螺纹。铝棒的表面经过精磨并做氧化处理。

3.3 铜芯外包PE层同心棒

铜芯外包PE层同心棒只用于校准壁厚示值误差，注意这里的铜芯直径不能用于校准芯直径示值误差。铜芯外包PE层同心棒的设计如图4所示，铜芯为黄铜材质，壁厚5mm。壁厚为PE塑料材质，为了达到加工要求，选择POM（聚甲醛）塑料材料，POM硬而致密，具有良好的物理机械性能，易于机械加工。设计的PE层壁厚有5mm、10mm和15mm三种。同样根据电缆线芯及偏心仪的尺寸，铜芯外径d的系列有30mm、35mm和60mm三种。

3.4 铜芯外包PE层偏心棒

铜芯外包PE层偏心棒只用于校准偏心误差，注意这里的铜芯直径不能用于校准芯直径示值误差。铜芯外包PE层偏心棒的设计如图5所示，铜芯为黄铜材质，PE同样选择POM（聚甲醛）塑料材料。偏心棒设计的偏心值为10mm。

3.5 辅助工装

3.5.1滑轮导管

滑轮导管是本校准装置的主要辅助工装，用于安装上述铝棒、同心棒和偏心棒校准器，使校准器能在偏心仪的扫描器下被垂直扫描。滑轮导管主要由手柄、定心滑轮、滑轮套和螺纹套组成，如图6所示。手柄为空心结构，后端有螺纹内牙可用于接长，前端分别有螺纹内牙和外牙，内牙用于与连接头（连接滑轮导管与校准器）连接，外牙与螺纹套连接，用于限位滑轮套，使手柄与滑轮套之间可以自由转动但不轴线窜动；定位滑轮有两组，每组定心滑轮组按圆周均匀分布6个滑轮，滑轮件通过弹簧可自动张开，当安装在偏心仪前端套管内时，张开的滑轮就可完成自动定心作用；滑轮套外壁安装定心滑轮组，内腔与手柄配合，通过螺纹套限制在手柄上；螺纹套用于限制滑轮套与手柄，使两者之间可以自由转动但不轴线窜动。

3.5.2 连接头

连接头用于连接滑轮导管与校准器，如图7所示。连接头的一端为外螺纹，与滑轮导管相联，另一端为内螺纹与校准器相连，使用时应根据校准器端螺纹的大小选择合适的连接头。本设计连接头D的规格有M25、M30、M35、M45、M60五种规格。

3.5.3使用方法

将校准器与辅助工装安装好后，先让电缆线芯穿过，然后用手压紧定心滑轮使其进入偏心仪前端的导管内，待两组定心滑轮均进入后，前后调整位置，使校准器均能被两个扫描器扫描。校准器由定心滑轮自动定心，保证了轴线与偏心仪的轴线平行，调整好位置后即可开始校准。使用过程示意图如图8所示。

4 校准装置现场试验

在福建南平某一电缆厂进行偏心误差测量现场试验，现场为室温，温度（20±5）℃，设备为停机状态。穿过的电缆线芯直径为φ10mm，受检偏心仪量程为100mm，但有效的工作范围为80mm，因此在试验中，选择校准器的最大外直径不大于80mm。偏心误差试验采用铜芯外包PE层偏心棒进行，测量模式选择单层PE测量模式，所有项目的热收缩率均设为0。偏心棒的铜芯直径34.991mm，外直径74.969mm，实际偏心量10.110mm。测量扩展不确定度：=0.015mm，=2。

测试结果满足偏心仪计量特性指标：芯直径示值误差不大于±0.04mm；偏心误差不大于±0.06mm。

5 结语

本研究的校准装置由一系列校准器与辅助工装构成，经现场试验，使用简单方便，无需大的拆装，校准结果数据可靠，可满足用户使用要求。但是本研究仍存在以下不足和改进的地方：一是标准器件较多，使用时容易混淆，后续应将校准器件做好编号，并編制操作说明；二是带PE层的同心棒和偏心棒加工精度不是太高，特别是圆柱度和平行度误差均不理想，后续需提高加工精度，减少标准器误差对测量结果的影响；三是偏心棒的设计不合理，偏心过大，外径也过大，后续应根据实际情况，设计偏心值在（0.2～1）mm的偏心棒，同时外圆直径不能太大，应控制在60mm以下。

参考文献

[1]王宾. 基于X射线无损探伤机的电力电缆偏心检测

方法[J].电子制作，2022，30（02）：85-86+22.

[2]全国电线电缆标准化技术委员会.挤包绝缘电力电

缆及附件：GB/T 12706-2020[S].北京：中国标准出

版社，2020：3.

[3]全国法制计量管理计量技术委员会.国家计量检定

规程编写规则：JJF 1002-2010[S].北京：中国质检

出版社，2011：3.