“АВК-6” или “скажи нет шаловливым ручкам!”

Дорогие дрочеры nuts-ы, уровень отсутствия цензуры сегодня  превысит все разумные, и не разумные рамки, по этому, слабонервных читателей прошу немедленно закрыть свой браузер!

Проблематики в Low Level измерениях по сути не так уж и много, и я всю ее так или иначе уже рассматривал на страницах данного блога, но сегодня я к вам пришел не с проблемами, а с их решением.

Многим известен так называемый “паразитный микрофонный эффект”, он присутствует и в кабелях. Мы с вами еще со школы знаем, что если взять и потереть Ебани…Эбонитовую палочку, то образуется заряд.

Привожу иллюстрацию для тех кто плохо учился.

(на картинке изображен процесс трения и создания заряда, а не метод само-удовлетворения, он будет показан позже)

Измерительные концы к прибору часто приходится делать из экранированного кабеля, коаксиала, триаксиала, простых экранированных проводов и т.п., чтобы избежать наводок.

Но по сути своей, любой экранированный кабель, это аналог эбонитовой палочки.

Когда кабель изгибается, слои кабеля трутся друг о друга, и между проводниками накапливается заряд. Так мы приходим к пониманию того, что есть эффект “трибоэлектрики” – любое внешнее воздействие на изгибание, или перемещение(и как результат изгибание), создает заряд. Он успешно создает всплески показаний при электрических измерениях. Этот эффект наиболее ярко выражен.

После него по вкладу в проблематику идет эффект “пьезоэлектрики” – любое компрессионное или декомпрессионное воздействие на кабель вызывает неизбежную поляризацию диэлектрика между экраном и центральной жилой. И как и в прошлом случае, неизбежно образуется заряд.

Настоящие дрочеры, читатели бложика хорошо знают еще и эффект утечки тока по диэлектрику, и знают метод борьбы с ним, а именно применение тефлона(Polytetrafluoroethylene) в качестве изолятора. Но не все знают, что тефлон значительно усиливает трибоэлектрический эффект, и не только потому-что он ссука скользкий! А еще и потому, что он стоит почти в самом верху отрицательного трибоэлектрического ряда, а значит генерирует огромный заряд при трении.

Западная наука нашла полумеру четверть-меру для решения этой проблемы, и тефлоновый диэлектрик начали посыпать графитом, а потом на него класть оплетку. Этот слой в кабелях назвали полупроводящим.

Графит уменьшает эффект трибоэлектрики, но не полностью, т.к. тефлон, это материал на который нихрена не липнет и трение все равно есть.(вспоминаем тефлоновые сковородки типа Tefal). laugh Этот класс кабелей назвали малошумящими(low-noise). Их основное назначение на западе – медицина, Low Level измерения и тому подобное:

И этот метод действительно работает!

Но суровых ученых СССР, не стали грузить проблематикой медицины или нежных и няшных изменений, и поставили им куда более сложную задачу: Стране надо было чем-то подключать вибродатчики, постоянно работающие в очень жестких условиях вибрации. А так-же прокладывать защищенные от вибрации кабели в  космических и летательных аппаратах, вибро-стендах, КУНГах, ракетах и куче где еще.

Проведя ни один НИОКР, был разработан метод создания на тефлоне слоя проводящего ток фторсилоксанового эластомера, который не просто контактирует с тефлоном, а создает с ним достаточно прочную связь, которая куда прочнее графита. И трение проводника о тефлон значительно минимизируется.

В результате в ОКБ КП(Особое конструкторское бюро кабельной промышленности), была создана серия кабелей АВК(Анти-Вибрационный Кабель). Кабели получились очень удачными.

Примечателен факт, что именно эта серия кабелей с успехом была применена во всех электрометрах МНИПИ.

И так, рассмотрим структуру одного из них.

АВК-6 (Анти-Вибрационный Кабель, разработка №6)

  1. Центральная жила из 14 посеребрённых медных проволок толщиной 0.08мм.
  2. Слой проводящего фторсилоксанового эластомера.
  3. Тефлоновый диэлектрик.
  4. Слой проводящего фторсилоксанового эластомера.
  5. Посеребрённая медная оплетка.
  6. Изоляция из ПВХ.

Внимательный читатель заметит, что в отличии от западных разработок, этот кабель содержит два проводящих фторсилоксановых слоя, исключая трибоэлектрический эффект с обоих сторон диэлектрика. Этот слой сшит с тефлоном настолько хорошо, что отчистить его не легко, надо реально приложить усилия, иначе останутся ошметки.

Вот некоторые его характеристики которые удалось собрать из разных источников:

  • Дата начала производства: 1977г.
  • Страна изготовитель: СССР до 1991г, после Россия.
  • Статус: выпускается.
  • Тип: Коаксиальный антивибрационный кабель, по западной классификации  ultra-low noise, ultra-low leakage.
  • Шумовые характеристики: до 30 мкВ при ускорении 10G и частоте вибрации 40Hz; 250 мкВ при ускорении 40G.
  • Максимально допустимое ускорение: повторяющееся  150G, однократно 1500G.
  • Испытательное напряжение: 500V при частоте 50Hz, в течении 1 минуты.
  • Погонная емкость: до 130pF/м.
  • Внешний диаметр: 2.2мм.
  • Диапазон рабочих температур: -50…+70°C.
  • Устойчивость к сгибанию: 5000 циклов при сгибании на 90° по радиусу 5мм.
  • Влажность: до 98% при 35°C.
  • Утечка: свыше 3TΩ.
  • 95-процентный ресурс: 7000 часов в придельных условиях.
  • Сохраняемость: 12 лет.
  • Цена: ~6$ с НДС за метр.

Почувствовали всю брутальность разработки? laugh В то время когда ускорение нашего кабеля выйдет на заявленные значения, западный “пациент” подключенный графитовым медикал-грейд кабелем, давно уже превратится в желе стекающее с кресла. crazy

Я мог-бы еще долго рассказывать о нюансах, но тогда-бы я превратился из практика в теоретика, что само по себе хреновый скиллс. По этому перейдем к натурным испытаниям!!!

Поскольку кабели заявлены как анти-вибрационные, очевидно что для их тестирования нужен вибратор!!! Местный секс-шоп как-раз полон такими испытательными устройствами лоу-кост класса. crazy

Первый тест будет состоять в том, что вибратор будет приматываться скотчем к кабелю, и создавать тестовые вибрационные условия. Генерируемый ток будет конвертироваться в напряжение блоком электрометрического усилителя в электрометре Keysight B2985A, а затем анализироваться на осциллографе.

  • Сначала посмотрим как ведет себя обычный RG-316 с тефлоновым диэлектриком. Цена 3$ за метр.

Получаем не много не мало размах в 303 мВ, что соответствует генерируемому току 300фА, запомним это значение.

  • Теперь перейдем к лидеру рынка электрометрии Keithley и его лоу-нойз триаксиального кабеля 7078-TRX-5. Цена 225$ за 1.5 метра.

Он показывает значительное ослабление тока при вибрации, до 76фА, что меньше в 4 раза чем кабель без графита.

  • Keysight, которые вошли в этот рынок совсем не давно, любезно положили мне в комплект к прибору свой кабель 16494A-001. Цена 264$ за 1.5 метра.

Он неожиданно для меня, показал лучшие характеристики, 51фА, что почти в 6 раз лучше чем кабель без графита.

  • Ну а теперь совковый триаксиал на основе кабеля АВК-6 из комплекта МНИПИшного электрометра. (второй экран сделан из обычной плетенки ПМЛ). Цена 6.7$ за 1 метр.

Ток настолько мал, что достоверно измерить его невозможно, предположительно он составил 6фА, что предположительно в 50 раз лучше чем кабель без графита.

Другими словами, все лоу-нойз кабели показывают улучшения по сравнению с кабелем без графита, на частоте около 100 Гц. А это значит что микрофонный эффект от вибрараций тестового стенда с такими кабелями, будет менее выражен. Как пример, могу привести вибрации от систем охлаждения, работающих рядом динамиков и т.п.

Но эти измерения показывают еще и большую долю пьезоэлектрики.

А вот если к примеру шаловливые ручки решили покрутить кабель в руках, или случайно задели кабель в процессе работы, то на первый план выйдет трибоэлектрика, уровень тока которой будет куда выше.

Проведем тест с перегибом кабеля, как показано в книжке Кейтликов, чтобы оценить трибоэлектрику.

Переключим электрометр на более грубый диапазон 20 пА, а ослик на сотни милливольт и развертку на секунды и посмотрим что получится:

  • Keithley 7078-TRX-5.

  • Keysight 16494A-001.

  • АВК-6.

Как видно, ситуация схожа, лидер рынка Keithley делает низкокачественный продукт,  Keysight справляется чуть лучше, но на голову впереди идет АВК-6, не смотря на то что его цена составляет всего 6-7$ за метр.

Если мы говорим о лоу-левел межерменте, важна так-же утечка, а она у АВК-6 составила 12 фА при тестовом напряжении 100В.

Резюме:

Из всех приведенных выше кабелей, только отечественный АВК-6 на самом деле является лоу-нойз кабелем.

Я планировал сравнить в рамках этого материала еще и утечки и емкости других кабелей, но по сумме этих характеристик и по цене, я для себя выбираю только наш отечественный АВК-6. К тому-же материал и так довольно большой. И на самом-то деле остальное уже не так важно.

А вот когда мне приедет бухта нового АВК-6, я напишу продолжение.

 

Добавить комментарий