Устройство для контроля диэлектрической проницаемости изоляции кабельных жил Советский патент 1984 года по МПК G01R27/18 

111 Изобретение относится к измерител ной технике и может быть применено в кабельной промьшшенности при создани систем автоматического контроля и ре гулирования диэлектрической проницае мости изоляции кабельных жил, а такж в системах автоматизированного контроля и управления качеством кабельных изделий. Известно устройство для контроля параметров изолированной кабельной жилы, позволяющее с помощью одного измерителя электрической-емкости контроли-рОвать несколько параметров изолированной кабельной жилы, в том числе и диэлектрическую проницаемость изоляции. Измеритель электрической емкости включает трансформаторный измерительный мост переменного тока с фазочувствительным индикатором и два емкостных преобразователя. Первьй емкостной преобразователь помещен в ванну с водой, являющуюся одновременно ванной водяного охлаждения и входящую в технологическую линию по наложению изоляции на Токопроводящую жилу а второй емкостной преобразователь нахо дится вне ванны охлаждения на возможно меньшем расстоянии от первого преобразователя. Измерительные электроды обоих преобразователей охватывают контролируемую жилу и в режиме измерения диэлектрической проницаемости изоляции подключены к имеющим согласную намотку плечевым обм9ткам трансформаторного измерительного моста переменного тока, благодаря чему происходит сложение токов, пропорциональны емкостям, измеренным обоими преобразователями. Автотрансформаторное включение плечевых обмоток позволяет путем коммутации их витков осуществлять выбор весовых коэффициентов, с которыми суммируются сигналы с обоих преобразователей ИЗ. В процессе измерения может возникать погрешность за счет радиальных смещений контролируемой жилы в преобразователе, расположенном в воздухе. Появляется погрешность измерения обусловленная изменением эквивалент ной диэлектрической проницаемости среды воздух - изоляция между измерительным электродом емкостного преобразователя, находящегося в воздухе, и центральным проводником контролируемой кабельной жилы, которая вызывается значительной ионизацией воздуха в производственном помещении. 4 Так как емкогтной преобразователь, находяв ийся в воде, и емкйстной преобразователь, находящийся в воздухе, разнесены один от другого на некоторое расстояние (или базу) (, которое конструктивно не может быть сведено к нулю, то фактически измерение емкости кабельной жилы происходит на разных ее участках (в разных сечениях заготовки). Если у - скорость протягивания кабельной жилы, то одно и то же сечение заготовки проходит через второй по ходу движения заготовки емкостной преобразователь позже, чем через первый прейбразователь на время I, Имеет место транспортное запаздывание между соответствующими одному и тому же сечению контролируемой жилы сигналами с обоих преобразователей. Здесь - время транспортного запаздывания. Как видно из (1) время транспортного запаздывания зависит от скорости движения кабельной жилы, которая не постоянная. Разрешающая способность описанного измерителя мала, так как определяется суммарной длиной двух измерительных преобразователей и расстоянием между ними. Кроме того, наличие запаздывания между суммируемыми сигналами обоих преобразователей обусловливает появление в результатах измерения случайной ошибки, которая зависит от величины запаздывания, статистических свойств измеряемой величины и от колебаний скорости протягивания кабельной жилы. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является автоматическое устройство для измерения диэлектрической проницаемости изоляции при ее наложении на кабельную жилу. В известном устройстве имеются два датчика (датчик диаметра и датчик электрической емкости кабельной заготовки), два пропорциональных звена, сумпатор, звено с автоматически перестраиваемым коэффициентом передачи и измеритель взаимокорреляционного момента. Величина диэлектрической проницаемости оценивается по разности сигналов с датчика электрической емкости и с датчика диаметра, взятого j , 1 с определенным весом. Нестабильность частной производной может .несколько изменить масштаб оценки ле(1), не меняя характера зависимости и ее знака, а потому в известном устройстве данная производная справедливо считается практически постоянной и выбирается равной своему значению при номинальных параметрах жилы 121. Недостатком известного устройства является наличие транспортного запаздывания между сигналами с датчика электрической емкости и датчика диаметра, вызванного тем, чтодатчики разнесены на некоторое расстояние, которое не быть равным нулю, Наличие транспортного запаздывания между обрабатываемыми сигналами вносит ошибку измерения,которая зависит от статистических свойств измеряемого сигнала и от скорости протяжки кабельной заготовки, так как с изменением скЬрости меняется величина транспортного запаздывания. Недостатком известного устройства 25 мента, также является наличие в оценке диэлектрической проницаемости изоляции высокочастотной ошибки измерения изза различной частотной структуры сиг налов с первичных измерителей, обусловленной разной разрешающей способностью датчиков 1иаметра и электрической емкости. Датчик емкости производит усреднение измеряемой емкости кабельной жилы на длине, равной длине измерительного электрода емкостного преобразователя. Длина измерительного электрода составляет около 50 см. Большинство же используемых в кабельной промьгашенности датчиков диаметра (контактные, оптические фотоимпульсные, лазерные и т.д.) измеряю диаметр по изоляции непосредственно в каком-то узком сечении заготовки, а потому сигнал с датчика диаметра обычно более широкополосный, чем с датчика электрической емкости. Таким образом, различная частотна структура обрабатываемых сигналов приводит в известном устройстве к появлению высокочастотной ошибки измерения, определяемой высокочастотны ми колебаниями диаметра изоляции. Цель изобретения - повьш1ение точности и разрешающей способности изме рения. 14 Указанная цель достигается тем, что в устройстве для контроля диэлектрической проницаемости изоляции кабельных жил, содержащем измеритель диаметра жилы по изоляции, измеритель электрической емкости кабельной жилы, первое и второе пропорциональные звенья, первый сумматор, измеритель взаимокорреляционного момента и звено с автоматически перестраиваемым ко;(ффициентом передачи, выход измерителя электрической емкости подключен к последовательно соединенным аналогоцифровому преобразователю, регистру сдвига и цифроаналоговому преобразователю, выход последнего - к одному из входов сумматора, выход измерителя диаметра - к входу перестраиваемого низкочастотного фильтра, выход которого соединен с входами первого пропорционального звена, звена с автоматически перестраиваемым коэффициентом передачи и с одним из входов измерителя взаимокорреляционного моа вход управления низкочастотного фильтра соединен с выходом измррителя линейной скорости кабельной заготовки, к которому подключен также вход генератора импульсов регулируемой частоты, первый и второй выходы которого соединены соответственно с входом .запуска аналого-цифрового преобразователя и входом тактовых импульсов регистра сдвига. Кроме того, в измеритель взаимокорреляционного момента введены задатчик взаимокорреляционного момента и второй сумматор, выход которого соединен с входом управления звена с автоматически перестраиваемым коэффициентом передачи, а два его входа - соответственно с выходом измерителя взаимокорреляционного момента и выходом задатчика взаимокорреляционного момента. На чертеже изображена структурная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит измеритель 1 электрической емкости кабельной жилы. измеритель 2 диаметра изоляции, измеритель 3 взаимокорреляционного мо мента, первое и второе пропорциональные звенья 4 и 5, звено 6 с автоматически перестраиваемым коэффициентом передачи, низкочастотный фильтр 7, первый сумматор 8, аналого-цифровой преобразователь 9, регистр 10 сдвига, цифроаналоговый преобразователь 11, S111 генератор 12 импульсов регулируемой частоты, второй сумматор 13, задатчик 14 взаимокорреляционного момента, причем сигнал с. выхода измерителя 1 электрической емкости кабельной жилы через последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь 9, регистр 10 сдвига и цифроаналоговый преобразователь П, поступает на вход сумматора 8, выхода которого через последовательно соединенные пропорциональное звено 5, измеритель 3 взаимокорреляционного момента, второй сумматор 13 и звено 6 соединен с входом сумматора 8. Измеритель 1 электрической емкости кабельной жилы служит для преобразования отклонения электрической емкост кабельной заготовки лС измеренного на длине измерительного электрода емкост- 20 та ного преобразователя от своего номинала С в напряжение &Uc, пропорциональное отклонению дС. Измеритель 2 диаметра изоляции сл жит для преобразований отклонения диаметра изоляции лГ) от своего номинального значения D в напряжение дУ пропорциональное отклонению д1). Измеритель 3 взаимокорреляционного момента служит для нахождения вза имокорреляционного момента Kg.jj между величинами i(-t-(-tr) и ) I Первое пропорциональное звено 4 служит для введения соответствующего начального весового коэффи1щента, с которым сигнал, пропорциональный отк лонению диаметра изоляции А15, вычитается из сигнала, пропорционального отклонению электрической емкости жилы лС. Второе пропорциональное звено 5 служит для выставления определенного масштаба оценки величины диэлектрической проницаемости изоляции, соответствующего значению частной производной - при номинальных значениях параметров жилы. Звено 6 с автоматически перестраиваемым коэффициентом передачи служит для изменения весового коэффициента, с которым учитывается вклад в электрическую емкость диаметра изоляции, с учетом вариаций параметров жилы из-за нестабильности технологических режимов, т.е. с учетом ошибки значения весового коэффициента А . Низкочастотный фильтр 7 служит для сглаживания высокочастот- ных колебаний сигнала с датчика диаметра и Uj, () ПервьШ сумматор 8 служит для алгебраического сложения сигналов 4.Uc(t+-tr), AUjj/in) н д1)с2(-Ь+)э поступающих на его входы. Аналогоцифровой преобразователь 9 служит для преобразования аналогового сигнала uUcC-t) в цифровой iUj(t). Регистр 10 сдвига служит для задержки цифрового сигнала AU (i) на время t . Цифроаналоговый преобразователь 11 служит для преобразования цифрового сигнала AU(t) в аналоговьш t.U(,(-fc-+t;). Генератор 12 импульсов регулируемой частоты 12 служит для формирования импульсов, зг.пускающих аналого-цифровым преобразователем 9, и тактовых импульсов для регистра сдвига, частокоторых пропорциональна скорости движения кабельной жилы. Второй сумматор 13 служит для алгебраического суммирования сигналов с измерителя взаимокорреляционного момента и задатчика 14 взаимокорреляционного момента . и выработки сигнала дУ , пропорционального ошибке значения весового коэффициента, для автоматической подстройки весового коэффициента. Устройство работает следующим образом. С помощью первичных датчиков (датчика электрической емкости и датчика иаметра) осуществляется измерение на проход электрической емкости кабельной жилы на длине измерительного электрода датчика емкости и измерение иаметра жилы по изоляции. Выходами атчиков являются сигналы: uU(. , проорциональный отклонению электричесой емкости лС от своего номиналього значения, , пропорциональый отклонению диаметра жилы по изоляции л1) от своего номинала. Сигнал uUjjCi) с помощью аналого-цифрового преобразователя преобразуется в цифровую форму (t) и подается на вход Ы -разрядного регистра сдвига. С приходом (д-го тактового 1гмпульса данный сигнал поступает на выход регистра сдвига, но уже с временной задержкой : д U (t+t). С регистра сдвига сигнал д UJ (-t +t) подается на вход цифроаналогового преобразователя, с помощью которого происходит обратное преобразование данного сигнала S аналоговую форму AUc(-fc+t). Затем

7111

данный сигнал подается на первый сумматор, в котором из данного сигнала iUpCt -t) .вычитается взятый с весовым коэффициентом Kg сигнал Up(i+T;) соответствующий тому же сечен1во кабельной жилы.

Если скорость протягивания кабельной заготовки изменяется, например, увеличивается, то реальное запаздывание между сигналами с первичных датчиков уменьшается. С другой стороны увеличивается частота импульсов запуска аналого-цифрового преобразователя 9 и тактовых импульсов с генератора 12 импульсов регулируемой частоты. Раз частота тактовых импульсов увеличивается, то уменьшается период их следования, а, следовательно, и вносимая с помощыо регистра сдвига задержка в сигнал л. U (i И тогда опять на первый сумматор поступают сигналы, соответствующие одному и тому же сечению кабельной жилы.

Неточность выставления весового коэффициента Kg или нестабильность технологических режимов, вызывающая вариации параметров кабеля, приводит к тому, чт.о сигнал д U (t+t) вычитается из сигнала AU. (t--C) с восовым коэффициентом, не соответствующим вкладу диаметра в электрическую емкость. Если (больше истинного значения производной), то

... 8

ошибка оценки & (t) имеет тот же характер, ту же форму, что ид1)(-Ь), и находится в противофазе c&.l)(i.).

При Кц/.|5- ошибка оценки де Ж синфазна й (-t). При этом изменяется взаимокорреля .ионный момент К. и в соответствии с разницей , пропорциональной ошибке (i значения весового коэффициента, будет вьфаботан сигнал ДUK для подстройки весового коэффициента в соответствии с текущим его значением. Изменение весового коэффициента приводит к вычитанию сигнала AU)(-t) из сигнала ) уже с другим весом и ошибка в оценке величины & (t) ликвидируется. В установившемся режиме, когда lt f величины отклонения диэлектрической проницаемости изоляции соответствует реальному ее значению, т.е.

ле.(:)

Таким образом, применение предлагмого устройства для контроля диэлектрической проницаемости изоляции кабельных жил позволяет повысить точность и разрешающую способность измерения, что дает возможность организовать более качественное управление процессом наложения пористой изоляции с целью получения кабельной жилы с высокой однородностью пористой изоляции.

Ucd)

Uc(i)

&Uc(i

7ff

17

1. УСТРОЙСТВО /гПЯ КОНТРОЛЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ИЗОЛЯЦИИ КАБЕЛЬНЫХ ЖИЛ, содержащее измеритель диаметра жилы по изоляции, измеритель электрической емкости кабельной жилы, первое и второе пропорциональные звенья, первый сумматор, измеритель взаимокорреляционного момента и звено с автоматически перестраиваемым коэффициентом передачи, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и разрешающей способности измерения, выход измерителя электрической емкости подключен к последовательно соединенньм аналого-цифровому преобразователю, регистру сдвига и цифроаналоговому преобразователю, выход последнего к одному из входов сумматора, выход измерителя диаметра - к входу перестраиваемого низкочастотного фильтра, выход которого соединен с входами первого пропорционального звена, звена с автоматически перестраиваемым коэффициентом передачи и с одним из входов измерителя взаимокорреляционного момента, а вход управления низкочастотного фильтра соединен с выходом измерителя линейной скорости кабельной заготовки, к которому подключен также вход генера тора импульсов регулируемой частоты, первьп и второй выходы которого соединены i соответственно с входом запуска анаСП С лого-цифрового преобразователя и входом тактовых импульсов регистра сдвига. 2. Устройство по п. 1, о т л чающееся тем, что в измеритель взаимокорреляционного момента введены задатчик. взаимокорреляционного момента и второй сумматор, выход которого соединен с входом управления Э звена с автоматически перестраиваемым :АЭ коэффициентом передачи, а два его входа - соответственно с выходом измерителя взаимокорреляционного момента и выходом задатчика взаимокорреля-. ционного момента. .

U

72

ЛllJfф(t)

лС-6- г)

,(6

M-i

Ц

Tf

llc(t)

tJjff() ,

AUBt

t

l

(i-T)

6

U (i t)

U

/rj

/5

/4