УСТРОЙСТВО СЕЛЕКТИВНОГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ИЗОЛЯЦИИ ОБМОТОЧНЫХ ПРОВОДОВ Российский патент 2021 года по МПК G01R27/14 

Изобретение относится к технике электрических испытаний и может быть использовано для контроля качества изоляции проводов в процессе изготовления из них обмоток электротехнических изделий.

Известно устройство контроля дефектности изоляции проводов, описанное в [1].

Устройство предназначено для контроля точечных повреждений высоким напряжением, для проводов с жилой номинальным диаметром свыше 0,050 до 1,600 мм включительно. При этом для контроля дефектов изоляции проводов на изоляции проводов от 0,050 до 0,25 мм используемый высоковольтный электрод (датчик) выполняют в виде двух. Ролики в устройстве должны быть из нержавеющей стали и обеспечивать, каждый, контакт с проводом на длине (25 ± 2,5) мм.

При контроле на точечные изоляции проводов с номинальным размером жилы провода 0,250 до 1,600 мм применяют один высоковольтный электрод в виде ролика. Ролик должен быть из нержавеющей стали и обеспечивать контакт с проводом на длине 25 30 мм.

Недостатком устройства является, во-первых, малая универсальность датчика, так как для проводов, с диаметром жилы, лежащей в диапазоне от 0,050 до 0,25 мм, используют электрод – датчик, выполненный в виде двух роликов, и контролируемый провод протягивается через 4 ролика, два из которых являются направляющими, а два других - электродами датчика. Для проводов с диаметром, лежащим в диапазоне от 0,25 до 1,600 мм, этот датчик уже не применим, и взамен него используют один высоковольтный электрод большего диаметра.

Во-вторых, как при контроле проводов с диаметром жил, лежащей в диапазоне от 0,050 до 0,25 мм, так и при контроле проводов с диаметром, лежащим в диапазоне от 0,25 до 1,600 мм, провод многократно перегибается. Это приводит к высоким механическим нагрузкам на изоляцию провода со стороны роликов, что приводит не только к ослаблению механической и электрической прочности изоляции контролируемого провода, но и вызывает появление дополнительных дефектов в изоляции провода. Поэтому при помощи устройства-прототипа осуществляют только выборочный контроль, при постоянной и относительно малой скорости протягивания провода, равной (275 ± 25) мм/с.

Наиболее близким к заявляемому объекту является устройство для селективного контроля дефектности изоляции обмоточных проводов, описанное в [2].

Устройство для селективного контроля качества изоляции обмоточных проводов, содержащее датчик точечных повреждений, подключенный к входам источника напряжения и первого счетчика дефектов, в него дополнительно введены контактный электрод, источник стабилизированного тока, пиковый детектор с цепью сброса, ждущий мультивибратор, формирователь импульса запуска, аналого-цифровой преобразователь, блок сравнения и запоминания, схема совпадения и второй счетчик дефектов, причем контактный электрод установлен на фиксированном расстоянии после датчика точечных повреждений и соединен с корпусом намоточного станка, выход датчика точечных повреждений соединен с входом первого счетчика дефектов и через ждущий мультивибратор с первым входом схемы совпадения, выход источника стабилизированного тока подключен к одному из концов обмоточного провода, к входу пикового детектора с цепью сброса и к входу формирователя импульса запуска, выход которого соединен с входом цепи сброса пикового детектора и с управляющим входом блока сравнения и запоминания, выход пикового детектора подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с информационными входами блока сравнения и запоминания, выход которого подключен к второму входу схемы совпадения, выход которой соединен с вторым счетчиком дефектов.

Недостатком устройства-прототипа является невозможность определения размеров (протяженности) входных и технологических дефектов в изоляции обмоточных проводов, вносимых элементами оборудования, что снижает информативность контроля.

Техническая задача, поставленная в рамках данного изобретения, заключается в создании возможности селективного контроля не только количества входных дефектов и дефектов, вносимых намоточным оборудованием (элементами намоточного станка), но и их протяженностей.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в устройство для селективного контроля дефектности изоляции обмоточных проводов, содержащее контактный электрод, два счетчик количества входных дефектов, счетчик количества дефектов вносимых оборудованием, источник стабилизированного тока, пиковый детектор с цепью сброса, ждущий мультивибратор, формирователь импульса запуска, аналого-цифровой преобразователь, блок сравнения и запоминания и схема совпадения, в него дополнительно введены два ключевых устройства, резистор, дифференциальный усилитель, счетчик протяженности входных дефектов, счетчик суммарного количества дефектов, счетчик суммарной протяженности дефектов, счетчик длины проконтролированного провода, датчик скорости, генератор импульсов скорости, умножитель частоты, при этом датчик скорости через генератор импульсов скорости и умножитель частоты соединен с входом счетчика длины проконтролированного провода и с информационными входами счетчика протяженности входных дефектов и счетчика протяженности суммарных дефектов, разрешающий вход счетчика протяженности входных дефектов соединен с выходом первого ключевого устройства, выход которого соединен с информационным входом счетчика количества входных дефектов, вход первого ключевого устройства соединен с выходом контактного электрода, подсоединенного через резистор к заземленному корпусу намоточного станка, выход источника стабилизированного тока соединен с одним из концов катушки контролируемого провода, с входом второго ключевого устройства, с входом дифференциального усилителя, и с входом формирователя импульсов запуска, выход второго ключевого устройства соединен с разрешающим входом счетчика суммарной протяженности дефектов, и с информационным входом суммарного количества дефектов, выход дифференциального усилителя соединен с пиковым детектором, с разрешающим входом счетчика количества входных дефектов, и с входом ждущего мультивибратора, выход формирователя импульса запуска соединен с входом пикового детектора и с входом блока сравнения и запоминания, выход пикового детектора соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с другим входом блока сравнения и запоминания, выход которого соединен с ходом схемы совпадения, второй вход схемы совпадения соединен с выходом ждущего мультивибратора, выход которого соединен с входом счетчика количества дефектов, вносимых оборудованием.

На фиг. 1 приведена структурная схема заявляемого устройства. На фиг. 2 приведен блок сравнения и запоминания состоит из следующих элементов (фиг. 2).

На фиг. 3 приведены эпюры сигналов, служащие для пояснения сущности изобретения. На фиг. 4 изображен совместный блок контактного электрода датчика и датчика скорости.

На фиг. 1 введены следующие обозначения: 1 - контактный электрод-датчик; 2 - источник стабилизированного тока; 3 - формирователь импульсов запуска, 4 - пиковый детектор с цепью сброса; 5 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП); 6 - блок сравнения и запоминания; 7 - схема совпадения; 8 - счетчик количества входных дефектов; 9 - счетчик количества дефектов, вносимых оборудованием; 10 - ждущий мультивибратор; 11 - дифференциальный усилитель; 12 - резистор; 13 - элементы намоточного станка; 14 - датчик скорости; 15 - генератор импульсов скорости; 16 - формирователь импульсов скорости (умножитель частоты); 17 - счетчик протяженности входных дефектов; 18 - счетчик суммарной протяженности дефектов, 19 - счетчик длины проконтролированного провода, 21 - второе ключевое устройство, 22 - счетчик суммарного количества дефектов.

Блок сравнения и запоминания состоит из следующих элементов (фиг. 2): буферного регистра 23, схемы сравнения 24, оперативно-запоминающего устройства (ОЗУ) 25, генератора 26 адреса, RS-триггера 27, первой 28 и второй 29 схем ИЛИ, первой 30 и второй 31 схем совпадения, формирователя 32 импульса.

На фиг 4 введены следующие обозначения: 33 - дискообразный блок; 34 - шарикоподшипник; 35 - ось блока; 36 - жила контролируемого провода; 37 - эмалевая изоляция провода; 38 - контакт их проводящей резины.

При движении провода в процессе намотки обмоток датчик 14 скорости (фиг.1) вырабатывает импульсы скорости, частота которых пропорциональна скорости V движения провода. Эти импульсы поступают на вход формирователя 16 импульсов скорости, где происходит формирование их по напряжению и крутизне фронтов. Сформированные импульсы скорости поступают на счетчик 19 длины проконтролированного провода и входы счетчиков 17 и 18, но в счетчики 17 и 18 эти импульсы не проходят, так как на разрешающем входе упомянутых счетчиков нет соответствующих командных импульсов.

На счетный вход счетчика 19 длины проконтролированного провода непрерывно поступают импульсы скорости с формирователя 16 импульсов скорости с периодом следования, равным прохождению под датчиком скорости, фиксированной определенной длины провода, например 0,5 мм (фиг.3 эпюра а).

Так как длительность одного импульса скорости соответствует прохождению через датчик дефектов строго фиксированной элементарной длины провода l_э, величина которой остается неизменной при изменении скорости, то проконтролированная длина провода, определяется величиной l_пр = l_э×m, где m - количество импульсов скорости, прошедших в счетчик 19 (фиг.3 эпюра а).

Рассмотрим, как осуществляется контроль протяженности дефектов.

При протягивании контролируемого провода через датчик 14 скорости, последний выдает сигнал, частота которого пропорциональна скорости протягивания провода под датчиком. Этот сигнал поступает в формирователь 15 (фиг. 1) импульсов, который является умножителем частоты. Обозначим период следования импульсов с умножителя частоты через Т₁. Если при скорости движения провода V, пропускать в счетчик 19 импульсы, частотой f₁=, то за время одного периода сигнальных импульсов провод пройдет расстояние, принятое за протяженность эквивалентного точечного повреждения, равное по величине

l_э=V₁×T₁.(1)

При измерении скоростей протягивания провода в g раз пропорционально ей в g раз изменяется и частота импульсов эквивалентных точечных повреждений, что приводит к неизменности величины, определяемой по выражению (1).

Действительно, частота импульсов скорости изменяется пропорционально скорости провода V_пр

f= К₁ × V_пр (2),

где К₁ - коэффициент пропорциональности, зависящий от конструкции датчика скорости.

За время одного периода индуцированного в датчике скорости напряжения, через датчик-электрод проходит участок провода длиной l_э, равный

l_э = V_пр × Т_э , (3)

где T_э=l/f - период импульсов в датчике скорости.

Как следует из выражения (3), величина l_э, не зависит от скорости движения провода. Приняв l_э за единицу измерения, можно определить какая длина провода l_i прошла через датчик повреждений, если посчитать количество импульсов скорости n, в счетчике 19 (рис. 1) за время контроля Т_кон указанного отрезка провода.

l_i = n × l_э, (4)

где l_i - длина отрезка провода, прошедшего через датчик; n - количество импульсов скорости за время Т прохождения через датчик скорости 14 провода протяженностью l_i.

При прохождении участков обмоточного провода с бездефектной изоляцией через датчик-электрод 1, если элементы намоточного станка 13 не повреждают изоляцию, никаких изменений, кроме подсчета количества импульсов скорости в счетчике 19 длины проконтролированного провода, в сигналах устройства не происходит. При этом источник 2 стабилизированного постоянного тока находится в режиме стабилизации напряжения и на его выходе постоянный потенциал U_1. Это напряжение через дифференциальный усилитель 11 поступает на вход пикового детектора 4, где и запоминается, а с его выхода поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 5, который преобразует его в двоично-десятичный код, который подается на вход блоков сравнения и запоминания 6, но в него не проходит, так как отсутствует импульс запуска с формирователя 3 импульса запуска.

Пусть в некоторый момент времени t₁ (фиг. 3 эпюра б) через контактный электрод-датчик 1 проходит дефектный участок эмалевой изоляции, имеющийся на проводе в состоянии поставки. В момент прохождения дефектного участка через электрод-датчик 1 происходит замыкание жилы провода через электрод-датчик 1 и резистор 12 на корпус станка. Источник 2 стабилизированного тока переходит в режим стабилизации тока и через катушку 14 провода, контактный электрод-датчик 1 и резистор 12 начинает протекать стабилизированный постоянный ток I₀, который вызывает падение напряжения на резисторе 12, равное U_р= I₀ R_p, где R_p-сопротивление резистора. Это напряжение будет находиться на резисторе R_p в течение времени t_i1 прохождения дефектным участком через контактный электрод-датчик, которое будет равно t_i1 =t₂-t₁ (фиг. 3 эпюра б)_. По переднему фронту возникшего перепада напряжение срабатывает ключевое устройство 20, и ключевое устройство 21 и на их выходе вырабатывается импульс, длительностью t_i1 =t₂-t_1, который поступает на вход счетчика 8 количества входных дефектов, имеющихся на изоляции провода в состоянии поставки, и вход счетчика 22 суммарного количества дефектов. Каждый импульс, поступивший на счетный вход счетчиков 8 и 22, регистрируется как один дефект. Поэтому поступивший единичный сигнал от ключевых устройств 20 и 21 в счетчики 8 и 22 в обоих указанных счетчиках регистрируется, как один дефект. Одновременно этот же импульс поступает на вход счетчиков протяженности входных дефектов 17 и вход счетчика 18 суммарной протяженности дефектов и разрешает прохождение импульсов скорости с умножителя частоты 16 в указанные счетчики. Счетчики 17 и 18 подсчитывают количество импульсов скорости, прошедшее в них за время t_i1 с умножителя частоты 16 (фиг. 3 эпюра е). По количеству n_i этих импульсов определяется протяженность входного дефектного участка l_i1 одновременно в обоих счетчиках 17 и 18 (фиг 3 эпюра е). Дефектный участок эмалевой изоляции, имеющийся в состоянии поставки, зарегистрированный счетчиками 8, 17,18 и 22, может вызвать замыкание жилы провода с любым элементом намоточного станка 13, и будет зарегистрирован счетчиками 18 и 22 столько раз, сколько раз жила провода в дефектном месте соприкасается с элементами намоточного станка, тогда как в счетчиках 8 и 17 один дефект будет зарегистрирован только один раз.

Рассмотрим, как эту информацию можно использовать для определения количества и протяженности дефектов, вносимых элементами намоточного станка. Для этой цели необходимо получить дополнительную информацию о том, какое количество дефектов (повреждений) изоляции провода вносят элементы намоточного оборудования 14. Эту дополнительную информацию получают следующим образом. При прохождении дефекта через контактный электрод-датчик 1 формируется сигнал, который поступает на счетчики 8 и 17, 18 и 22. Одновременно этот же сигнал поступает на вход ждущего мультивибратора 10, с выхода которого формируется сигнал длительностью Т₁ (фиг. 3 эпюра в), поступающий на первый вход схемы совпадения 7, и запрещает прохождение сигнала с блока 6 сравнения и запоминания к счетчику 9 количества дефектов вносимых оборудованием на время Т₁.

Длительность импульса

Т₁=Т₂+Т_3,

T₂ - время, необходимое для записи пиковым детектором напряжения соответствующего дефекту и преобразования его в двоичный код АЦП 5;

Т₃ - время опроса и запоминания.

Замыкание жилы в дефектном участке на корпус станка через контактный электрод-датчик 1 не вызовет ложного срабатывания счетчика 9. Запоминание уровня напряжения, присущее данному дефекту происходит в следующей последовательности. В момент времени t₁ жила провода в дефектном участке замыкает через контактный электрод-датчик 1 и резистор 12 на корпус станка. В результате часть провода откорочена через резистор 12 на корпус станка (общий провод) и сопротивление провода, заключенного между точкой подключения выхода источника 2 стабилизированного постоянного тока и дефектным участком изоляции, в месте которого происходит замыкание провода на корпус станка через резистор 12, принимает величину R₁. Протекающий через сопротивления R₁ и R_р стабильный постоянный ток I₀, вызовет падение напряжения на выходе стабилизированного источника 2 постоянного тока до величины U₂= I₀(R₁+R_p) (фиг 3. эпюра б). Сигнал U₂ с выхода источника 2 стабилизированного постоянного тока поступает на первый (не инвертирующий) вход дифференциального усилителя 11. На второй (инвертирующий) вход дифференциального усилителя 11 поступает напряжение U_p (фиг 3. эпюра б). На выходе дифференциального усилителя 11 вырабатывается разностный сигнал, равный U₃= U₂- U_p, который и является падением напряжения на сопротивлении R₁. С выхода источника 2 стабилизированного постоянного тока сигнал поступает на вход формирователя 3 импульса запуска. С выхода дифференциального усилителя 11 сигнал U₃ поступает на вход пикового детектора 4. Конденсатор пикового детектора 4 разряжается и на выходе пикового детектора 4 происходит линейное изменение напряжения с U₁ до U₃ (фиг 3. эпюра г). При этом амплитуда U₃ на выходе пикового детектора 4 запоминается. Время изменения напряжения на выходе пикового детектора от U₁ до U₃ определяется постоянной времени заряда пикового детектора 4. С выхода пикового детектора 4 напряжение U₃ подается на вход АЦП 5, где преобразуется в двоичный код, подаваемый на блок 6 сравнения и запоминания. На выходе формирователя 3 импульса запуска формируется импульс, задержанный на время Т₂ (фиг 3. эпюра д), который поступает на управляющий вход блока 6 сравнения и запоминания и на цепь сброса пикового детектора 4. Двоичный код с выхода АЦП 5 записывается буферными регистрами блока 6 сравнения и запоминания. После этого импульсом запуска осуществляется сброс пикового детектора 4 и на его выходе устанавливается напряжение U₁. Двоичный код дефекта, записанный буферными регистрами блока 6 сравнения и запоминания, сравнивается с кодами, записанными в оперативно-запоминающем устройстве (ОЗУ) блока сравнения и запоминания. Каждому коду соответствует определенное значение напряжения, соответствующее определенному дефекту. Если такого кода в ОЗУ нет (этот дефект ранее не зафиксирован), то он записывается в ОЗУ и на входе блока 6 сравнения и запоминания формируется сигнал дефекта, поступающий на вход схемы 7 совпадения, но на входы счетчика 9 он не проходит, так как по первому входу схемы 7 совпадения действует импульс запрета с выхода ждущего мультивибратора 10.

Задержка Т₃, входящая в Т₁, необходима для того, чтобы блок 6 сравнения и запоминания мог записать установившийся код, соответствующий значению напряжения U₃. Исходя из этого, определяется его длительность.

Соприкосновение рассматриваемого дефекта с любым из элементов намоточного станка 13 ложного счета счетчиком 9 не дает. Пусть указанный процесс происходит в момент времени t_2i. (фиг 3. эпюра а). Замыкание рассматриваемого дефектного участка провода на элементы намоточного станка 13 вновь вызовет изменение напряжения на выходе источника 2 стабилизированного постоянного тока с U₁, но уже до напряжения U₃ , так как замыкание происходит не через контактный электрод-датчик 1, а на элементы 13 намоточного оборудования (станка). Стабилизированный ток I₀, протекает только через сопротивление R₁ и напряжение на выходе источника 2 постоянного стабилизированного тока равно U₂= I₀ R₁, а поскольку напряжение U_р равно 0, то на второй (не инвертирующий) вход усилителя 11 напряжение компенсации не поступает, и на входе дифференциального усилителя 11 формируется сигнал U₃, который численно равен напряжению, действующему по первому (не инвертирующему) входу. Поскольку двоичный код, соответствующий напряжению U₃, запомнен ОЗУ блока сравнения и запоминания при прохождении дефекта через контактный электрод 1 в момент времени t_1i , то сигнала на выходе блока 6 сравнения и запоминания нет. Сигнал на выходе блока 6 сравнения и запоминания появляется только в том случае, если сигнал на выходе дифференциального усилителя 11 отличен от сигнала, запомненного блоком 6 сравнения и запоминания.

Блок сравнения и запоминания состоит из следующих элементов (фиг. 2): буферного регистра 23, схемы сравнения 24, оперативно-запоминающего устройства (ОЗУ) 25, генератора 26 адреса, RS-триггера 27, первой 28 и второй 29 схем ИЛИ, первой 30 и второй 31 схем совпадения, формирователя 32 импульса.

Блок сравнения и запоминания работает следующим образом. Из аналого-цифрового преобразователя 5 двоичный код поступает на входы буферного регистра 23. С приходом импульса запуска буферный регистр 23 пропускает двоичный вход на первый вход схемы 24 сравнения. Этот же импульс запуска через первый вход схемы 28 ИЛИ переводит генератор 26 адреса в исходное состояние, а по входу триггера 27 разрешает генерацию адреса. Начинается просмотр ОЗУ 25. На шине данных ОЗУ 25 устанавливаются двоичные коды. Эти коды поступают на второй вход схемы 24 сравнения. В схеме 24 сравнения происходит сравнение пришедшего кода с двоичным кодом, извлеченным из ОЗУ 25. При совпадении кодов на выходе первой схемы 28 совпадения появиться сигнал, который через второй вход схемы 28 ИЛИ производит сброс генератора 26 адреса в исходное состояние, а через второй вход схемы 29 ИЛИ производит по входу R RS-триггера останов генератора 26 адреса. Если же в ОЗУ 25 не окажется двоичного кода, равного пришедшему, то, когда появятся свободные ячейки на выходе второй схемы 29 совпадения, появится сигнал, который запустит формирователь 30 импульса. На выходе формирователя 30 импульса появляется сигнал, по которому схема 24 сравнения пропускает двоичный код с первого входа на шину ОЗУ 25, переводится ОЗУ из режима «Считывание» в режим «Запись», через первый вход второй схемы ИЛИ 29 происходит по входу R RS-триггера останов генератора 26 адреса, и этот же сигнал появится на выходе сравнения и запоминания, который и является импульсом счета, поступающего на второй вход схемы и совпадения устройства. По количеству импульсов, пришедших в счетчик 9 определяют количество дефектов, вносимых оборудованием. Таким образом, на счетчик 9 поступают импульсы только тех дефектов, которые вносят элементы намоточного станка.

Рассмотрим, как производится селекция входных и технологических (вносимых оборудованием) дефектов и их протяженностей. Пусть количество входных дефектов, зарегистрированных счетчиком 8 входных дефектов равно n, а их суммарная протяженность, зарегистрированная в счетчике 17 равна l_вх. Средняя протяженность каждого входного дефекта будет равна l_ср = l_вх/n. Пусть счетчик 9, показал, что технологическое оборудование (элементы намоточного станка 13), создали в изоляции провода k дефектов. Пусть счетчик 22 суммарного количества дефектов зарегистрировал N дефектов, а счетчик 18 суммарной протяженности дефектов зарегистрировал величину L.

Суммарное количество дефектов в изоляции провода должно быть равно величине N₁=n+k. Такое количество дефектов в счетчике 22 суммарного количества дефектов может быть получено в случае, если ни один из входных дефектов не соприкоснулся с элементами намоточного оборудования и не вызвал замыкания на корпус станка. В реальности же входные дефекты и их протяженности могут быть дополнительно зарегистрированы счетчиками 18 и 22 столько раз, сколько жила провода входного дефекта соприкоснется с элементами намоточного оборудования. По этой причине величина N может оказаться больше величины N_1. Так как количество входных дефектов точно зарегистрировал счетчик 8 , а количество входных дефектов точно зарегистрировал счетчик 9, то количество замыканий жилы провода входных дефектных участков будет равно N_лож=N-N₁. Суммарная протяженность L_тех дефектов, вносимых оборудованием будет равна L_тех= L- l_вх- (N-N₁) l_ср.

Пример конкретного выполнения. Был изготовлен измеритель дефектности обмоточных проводов, блок-схема которого приведена на фиг. 1. Электрод-датчик дефектов и датчик скорости были объединены в единый блок (фиг.3).

Контактный датчик-электрод дефектов представлял собой два соприкасающихся по образующей цилиндрических ролика-электрода 33 (фиг.4). Электроды через подшипники 34 размещались на осях 35, которые закреплены на подвижных, поджатых друг к другу пластинчатыми пружинами рычагах (коромыслах) (на фиг.4 не показаны), позволяющих электродам-роликам совершать вертикальные перемещения синхронно с колебаниями провода. На фиг. 4 стрелками показано, что электроды 33 поджимаются друг к другу при помощи пружин, размещенных на коромыслах. Напряжение от стабилизированного источника тока к электродам 33 подводилось через скользящие контакты поджатые к осям 35. По образующей роликов- электродов была выполнена полукруглая проточка в которую размещался эластичный контакт 38, выполненный из проводящей резины. При контроле эмаль 37 контролируемого провода 36 (на фиг. 4 закрашена темным цветом) плотно обжималась эластичными проводящими контактами 38. Под действием трения поверхности провода с поверхностями эластичных контактов 38 размещенных проточках в электродов 33, последние начинают вращаться на подшипниках 34 вокруг осей 35. При вращении ролика 33 приходит во вращение прикрепленный к нему соосно диск 39 (см. фиг.4) с равномерно выполненными в нем сквозными радиальными прорезями 40. Светодиод 41 излучает свет, который через прорези 40 поступает к фотодиоду 42. Поскольку радиальные сквозные прорези 40 размещены равномерно по поверхности диска, то свет, проходя через упомянутые прорези, инициирует в фотодиоде, играющем роль приемника, импульсный ток. Количество импульсов тока в фотодиоде за один оборот ролика 33 будет равно количеству n - прорезей, а длина провода l, прошедшего через датчик за один оборот будет равна

l=2π(D-d) (5)

где D - диаметр ролика 18, в мм; d - диаметр проточки под провод по образующей ролика 18, в мм.

За время, равное длительности одного импульса фототока на выходе фотодиода 42 через датчик пройдет элементарный отрезок провода, равный

l_э = (5).

При этом независимо от того, с какой скоростью будет протягиваться провод через датчик, величина элементарного отрезка провода l_э, определяемая формулой 5 всегда будет оставаться неизменной, так как все величины входящие в формулу 5 постоянны.

При этом, чем больше количество прорезей n тем меньше величина l_э, принятая за единицу измерения протяженности, и тем выше точность определения указанной протяженности. По количеству N импульсов фототока с выхода фотодиода 51, прошедших в электронную схему измерителя дефектности можно определить длину L проконтролированного провода по формуле

L= l_эN. (6)

Кроме длины проконтролированного провода L, (счетчик 19 фиг. 1) можно определить также и протяженность каждого дефектного участка провода счетчиками 17 и 18.

Заявляемым устройством осуществлялся контроль дефектности изоляции обмоточного провода марки ПЭТВ диаметром 0,8 мм. В качестве датчика скорости 14 (фиг.1) и контактного электрода - датчика дефектов 1 (фиг. 1) , был использован функциональный блок схематически приведенный на фиг 4, включающий в себя эти элементы. Упомянутый блок приведен фиг.4 включал в себя фотоэлектрический преобразователь перемещений.

Рабочим элементом блока служили ролики 33 с эластическим контактом 38. Диаметры роликов были равны 12 мм. По образующей поверхности роликов были проточены канавки радиусом равным 2 мм. В проточки укладывалась манжета из проводящей резины 38. Образующие поверхности роликов 33 прижимали друг к другу пружины, выполненные из стальной упругой пластины толщиной 1 мм. К боковой поверхности одного из роликов 33 были механически (сваркой) прикреплен стакан с диском 39 (фиг.4) с равномерно выполненными в нем сквозными радиальными прорезями 40. При диаметре 19,1 мм диска 40 нам удалось выполнить фотолитографией растр с 240 прорезями.

В качестве светодиода 41 использовалась лампа vfhrb UV-Inspector 2000 [3]. Срок работы от одной зарядки - около 4 часов. Интенсивность УФ-излучения при 400 мм: 2000 μW/см². Длина волны: 365 нм.

В качестве фотодиода 42 был взят ультрафиолетовый фотодиод компании SGLUX выполненный на основе карбида кремния (SiC).

В качестве формирователя импульсов скорости 4 (фиг. 1) был использован умножитель частоты с коэффициентом умножения равном 10. С использованием функционального блока, приведенного на фиг. 4 и введения в устройство умножителя частоты удалось обеспечить величину

В соответствии с заявляемым устройством, при прохождении каждого дефектного участка изоляции через датчик дефектов должен формироваться импульс дефекта длительностью t_i, равной времени прохождения дефектного участка эмалевой изоляции через контактирующий с жилой провода в месте дефекта элемент станка или электрод-датчик дефектов, и осуществлялся подсчет количество n_i сгенерированных импульсов скорости за упомянутое время t_i. Время t_i , с другой стороны, равно времени падения напряжения на выходе стабилизатора тока, при закоротке жилы контролируемого провода с заземленным элементом намоточного станка или с поверхностью контактного датчика-электрода Протяженность l_i каждого дефекта определялась по формуле l_i= l_э n_i, где l_э- протяженность элементарного отрезка провода прошедшего через датчик дефектов за время одного сгенерированного импульса скорости.

Для проверки работоспособности и точности контроля дефектности изоляции провода станок останавливали и на бездефектном участке изоляции отрезка провода наносили 2 дефекта, протяженностью 1 мм и 2 мм перед электродом датчиком 1 (фиг.1) и 2 таких же дефекта по протяженности дефекта после него. После этого запускали станок и проверяли показатели прибора. Счетчик 8 количества входных дефектов, зарегистрировал n =2 дефекта, Счетчик 17 зарегистрировал 120 импульсов скорости. Так как за длительность одного импульса проходит отрезок провода l_э=0,025 мм, то суммарная протяженность входных дефектов, зарегистрированная в счетчике 17 была равна l_вх= 0,025× 120=3 мм. Средняя протяженность каждого входного дефекта будет равна l_ср = l_вх/n=3/2=1,5 мм. Счетчик 9, показал, что технологическое оборудование (элементы намоточного станка 13), создали в изоляции провода k=2 дефекта. Счетчик 22 суммарного количества дефектов зарегистрировал N =6 дефектов, а счетчик 18 суммарной протяженности дефектов зарегистрировал величину 360 импульсов скорости и определенная этим счетчиком суммарная протяженность всех дефектов оказалась равной L=0,025×360=9 мм.

Суммарное количество дефектов в изоляции провода должно быть равно измеренное счетчиком величине N₁=n+k=2+2=4. Такое количество дефектов в счетчике 22 суммарного количества дефектов может быть получено в случае, если ни один из входных дефектов не соприкоснулся с элементами намоточного оборудования и не вызвал замыкания на корпус станка. В реальности же входные дефекты и их протяженности могут быть дополнительно зарегистрированы счетчиками 18 и 22 столько раз, сколько жила провода входного дефекта соприкоснется с элементами намоточного оборудования. По этой причине величина N может оказаться больше величины N_1. Так как количество входных дефектов точно зарегистрировал счетчик 8, а количество технологических дефектов, вносимых элементами намоточного оборудования 13 дефектов точно зарегистрировал счетчик 9, то количество замыканий жилы провода на элементы 13 намоточного оборудования в месте входных дефектных участков изоляции провода будет равно N_лож=N-N₁=6-4=2. Суммарная протяженность L_тех дефектов, вносимых оборудованием будет равна

L_тех= L- l_вх- (N-N₁) l_ср.=9-3-(6-4)×1,5=3 мм

Устройство-прототип смогло бы зарегистрировать только 2 входных дефекта и два технологических дефекта, вносимых оборудованием, а размеры (протяженности) этих дефектов указанное устройство не смогло бы зарегистрировать.

Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемое устройство позволяло регистрировать не только количество входных дефектов и количество технологических дефектов, вносимых оборудованием, но и их протяженность, тем самым существенно повышая информативность контроля.

Используемые источники

1. ГОСТ Р МЭК 60851-5-2008. Провода обмоточные. Методы испытаний. Часть 5. Электрические свойства.

2. Авторское свидетельство СССР № 1308954/Смирнов Г.В., Носов В.В., Косенчук Н.А.// Опубл. 07.05.87. Бюл. № 17 (Прототип).

Изобретение относится к технике электрических испытаний и может быть использовано для контроля качества изоляции проводов в процессе изготовления из них обмоток электротехнических изделий. Устройство селективного контроля качества изоляции обмоточных проводов содержит контактный электрод, счетчик количества входных дефектов, счетчик количества дефектов, вносимых оборудованием, источник стабилизированного тока, пиковый детектор с цепью сброса, ждущий мультивибратор, формирователь импульса запуска, аналого-цифровой преобразователь, блок сравнения и запоминания и схема совпадения. Согласно изобретению в него дополнительно введены два ключевых устройства, резистор, дифференциальный усилитель, счетчик протяженности входных дефектов, счетчик суммарного количества дефектов, счетчик суммарной протяженности дефектов, счетчик длины проконтролированного провода, датчик скорости, генератор импульсов скорости и умножитель частоты. Изобретение позволяет регистрировать не только количество входных дефектов и количество технологических дефектов, вносимых оборудованием, но и их протяженность, тем самым существенно повышая информативность контроля. 4 ил.

Устройство селективного контроля качества изоляции обмоточных проводов, содержащее контактный электрод, счетчик количества входных дефектов, счетчик количества дефектов, вносимых оборудованием, источник стабилизированного тока, пиковый детектор с цепью сброса, ждущий мультивибратор, формирователь импульса запуска, аналого-цифровой преобразователь, блок сравнения и запоминания и схема совпадения, отличающийся тем, что в него дополнительно введены два ключевых устройства, резистор, дифференциальный усилитель, счетчик протяженности входных дефектов, счетчик суммарного количества дефектов, счетчик суммарной протяженности дефектов, счетчик длины проконтролированного провода, датчик скорости, генератор импульсов скорости, умножитель частоты, при этом датчик скорости через генератор импульсов скорости и умножитель частоты соединен с входом счетчика длины проконтролированного провода и с информационными входами счетчика протяженности входных дефектов и счетчика протяженности суммарных дефектов, разрешающий вход счетчика протяженности входных дефектов соединен с выходом первого ключевого устройства, выход которого соединен с информационным входом счетчика количества входных дефектов, вход первого ключевого устройства соединен с выходом контактного электрода, подсоединенного через резистор к заземленному корпусу намоточного станка, выход источника стабилизированного тока соединен с одним из концов катушки контролируемого провода, с входом второго ключевого устройства, с входом дифференциального усилителя и с входом формирователя импульсов запуска, выход второго ключевого устройства соединен с разрешающим входом счетчика суммарной протяженности дефектов и с информационным входом суммарного количества дефектов, выход дифференциального усилителя соединен с пиковым детектором, с разрешающим входом счетчика количества входных дефектов и с входом ждущего мультивибратора, выход формирователя импульса запуска соединен с входом пикового детектора и с входом блока сравнения и запоминания, выход пикового детектора соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с другим входом блока сравнения и запоминания, выход которого соединен с входом схемы совпадения, второй вход схемы совпадения соединен с выходом ждущего мультивибратора, а выход соединен с входом счетчика количества дефектов, вносимых оборудованием.