Устройство для автоматического контроля сопротивления изоляции электрических цепей Советский патент 1987 года по МПК G01R31/02 G01R27/00 

Изобретеш1е относится к контрольно-измерительной технике и может бып; использовано для контроля сопротивления изоляции электрических цепей Электре- и радиотехнических, изделий..,

Цель изобретения - повышение надежности и быстродействия контроля. На фиг, 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 - структурная схема блока управления; на фиг, 3 - структурная схема блока регистрации; на фиг. А - временные диаграммы, поясняюнще работу устройства.

Устройство (фиг, ) состоит из входных зажимов 1, подключенных к ним контрольных конденсаторов 2, коммутатора 3 с элементами 4 и 5 подключения, источника 6 испытательно- го напряжения ключа 7, блока 8 задерь. 5 измерительного блока 9, компаратора lOj дифференцирующего блока 11, блока 12 управления, блока 13,- регистрации, ограничивающего резис- тора 14з. и образцового резистора 15, блока 16 ускоренного заряда паразитных емкостей и контрольных конденсаторов, содержащего переключатель 17 и резистор 18, причем входные зажимы Is к которым подключены конденсаторы 2, соединенные протибоположными выводами друг с другом, подключаются к соответствующим шинам коммутатора с помощью элементов 4 и 5 подключения : коммутатора 3, Первая щина соединена с источником 6 испытательного напряжения, вторая щина с блоком 16 ускоренного заряда и входом измерительного делителя (резисторы 54 и 15); выход которого через ключ 7, управляемый блоком 8 задержек, подключается к Входу измерительного блока 9, выход которого соединен с входом компаратора 10, -а выход компаратора подключен к третьему входу блока 13 регистрации и через дифференцирующий блок 11 к первому входу блока 12 управления, первый выход которого соединен с коммутатором 3 и входом блока 8 задержек, а второй выход подключен к блоку 16 ускоренного заряда и первому входу блока 13 регистрации, второй вход которого соедит ен с вторым выходом блока 8 задержек, а выход подключен к второму входу блока 12 управления .

Блок 12 управления (фиг, 2) состоит из переключателя 19, узла 20 пус

-, 5 Q

5

0

ка, узла 2 останова, генератора 72 импульсов, счетчика 23 импульсов, дешифратора 24, блока 25 памяти, узла 26 индикации, триггера 27 переключения режимов контроля и узла 28 останова по браку.

Узел 20 пуска можно выполнить, например, на основе RS-триггера, одно- вибратора, схемы И, причем R-вход триггера подключен к шине Сброс, 5-вход - к шине Пуск, а прямой выход - к входу схемы И, второй вход которой соединен с выходом одновиб- ратора, вход которого подключен к переключателю 19 по шине Пуск по браку, а выход схемы И соединен с управляющим входом генератора 22 иьшульсов.

Одновибратор формирует отрицательные импульсы ;ц1Я установки генератора 22 импульсов в первоначальное положение для переключения устройства на следующий цикл контроля при браке изоляции или при неисправности измерительных каналов.

Узел останова выполнен, например, в виде RS-триггера, к R-входу которого через развязывающие диоды подключены следующие шины: шина Сброс шина Остан, по браку ; шина Останов j шина Остан, по конец, контр, к S-ВХОДУ - шина Пуск, а прямой выход триггера соединен с вторым управляю- входом генератора 22 импульсов,

Первый и второй управляющие входы генератора 22 импульсов являются входами схемы И, Генератор 22 импульсов может быть реализован по любой схеме, Схема И производит включение его в .работу и возвращение в первоначальное состояние с целью выработки им тактовых импульсов сразу после прихода разрешающих импульсов на управляющие : входы.

Узел индикации вьшолнен, например, в виде индикаторных ламп, подключенных к элементам памяти - анодам тиристоров, к управляющим электродам которых подключены выходы блока памяти и шины с выхода блока 13 регистрации.

Триггер 27 переключения режимов коптроля выполнен по схеме RS-триггера, который работает по входам на отрицательной логике.

Узел останова по браку выполнен по схеме ИЛИ,

Блок 13 регистр;щии (фиг, З) состоит из четырех лог ических злемен3133

тов и 29-32 и двух инверторов 33 и 34.

Введение компаратора и дифферешди- рующего блока позволяет повысить надежность, быстродействие и упростить устройство за счет совмещения в одном цикле измерения операции контроля исправности измерительных каналов и операции контроля сопротивления изоляции контролируемых цепей. Такое включение компаратора и дифференцирующего блока позволяет определять начало и окончание переходного процесса и одновременно повысить чувствительность измерительного блока.

Кривая 35 (фиг. 4, U ) является экспонентой заряда максимальной паразитной емкости между измерительными каналами через цепь ускоренного заряда, кривая 36 - экспонента заряда максимальной паразитной емкости и емкостей контрольных конденсаторов через цепь ускоренного заряда, кривая 37 - экспонента заряда минимальПрограмму, записанную в блоке 25 памяти, можно представить, например, в виде замонтированной логики, т.е. ЗУ с замонтированной программой. При необходимости изменения алгоритма контроля электрических цепей нужно произвести замену ЗУ. Коммутатор 3 при помощи элементов 4 и 5 образует измерительную, цепь, состоящую из источника 6 испытательного напряжения

ной паразитной емкости через цепь контролируемого сопротивления изоля- коренного заряда, а кривая 38 - экс- ции, подключенного к входным зажимам понента заряда минимальной паразитной 1 с контрольными конденсаторами 2,

емкости и емкостей контрольных конденсаторов через цепь ускоренного заряда.30

Временные диаграммы характеризуют работу устройства в четырех возможных случаях: измерительные каналы исправны, сопротивление изоляции в норме

измерительного делителя и параллельно подключенного к нему блока 16 ускоренного заряда. Величина сопротивления последнего выбирается во много раз меньше величины входного сопротивления измерительного делителя, что позволяет примерно во столько же раз

40

(зона А); измерительные каналы исправ 35 ускорить время заряда паразитных ем- ны, сопротивление изоляции ниже нору мы (зона Б); обрыв в измерительных каналах (зона В); короткое замыкание в измерительных каналах или в контролируемой изоляции (зона Г),

Устройство работает следующим образом.

Команда Сброс (фиг, 2)-/устанавливает в исходное состояние узел 20 пуска, узел 21 останова, счетчик 23 импульсов, сбрасывает элементы памяти узла 26 индикации.

По команде , Пуск узел 20 пуска и узел 21 останова дают разрешение работе генератора 22 импульсов для формирования запускающих (синхронизирующих) импульсов с периодом, равным времени нахождения изоляции под испы45

50

костей измерительных каналов и контрольных конденсаторов 2.

Величина емкости контрольных конденсаторов 2 выбирается из условия С-,(2 - 4} С„„, где С„,с- максимальная паразитная емкость между измерительными каналами.

С момента образования измерительной цепи (фиг. 4, t) через паразитную емкость каналов контрольные конденсаторы 2 и блок 16 ускоренного заряда начинает протекать ток заряда емкостей, который выделяется на резисторе 1 8 в виде экспоненциально убывающего напряжения. Это напряжение посту-- пает на вход измерительного делителя, где оно, ограниченное по амплитуде резистором 14, выделяется на образцовом резисторе 15 и далее поступает на

тательным напряжением (фиг. 4, U).

С генератора 22 импульсы подаютсяключ 7 (фиг. 4, U, экспоненты 35-38). на вход счетчика 23 импульсов и каж- Синхронно с подачей последовательдый раз устанавливают по R-входу триг-ного кода в коммутатор 3 (фиг. l) для

гер 27 переключения режимов контролявключения, выбранного в соответствии

5

0

в режим контроля испранности измерительных каналов.

Информация с выхода счетчика 23 поступает на входы дешифратора 24, который преобразует двоичный код в десятичный, определяющий порядковый номер цикла контроля. Выходы дешифратора 24 подключены к входам блока 25 памяти, а выходы последнех о управляют работой узла 26 индикации и производят в каждом цикле контроля в , соответствии с программой выбор необходимых элементов 4 и 5 подключения коммутатора 3 (фиг. 1).

Программу, записанную в блоке 25 памяти, можно представить, например, в виде замонтированной логики, т.е. ЗУ с замонтированной программой. При необходимости изменения алгоритма контроля электрических цепей нужно произвести замену ЗУ. Коммутатор 3 при помощи элементов 4 и 5 образует измерительную, цепь, состоящую из источника 6 испытательного напряжения

5 контролируемого сопротивления изоля- ции, подключенного к входным зажимам 1 с контрольными конденсаторами 2,

измерительного делителя и параллельно подключенного к нему блока 16 ускоренного заряда. Величина сопротивления последнего выбирается во много раз меньше величины входного сопротивления измерительного делителя, что позволяет примерно во столько же раз

ускорить время заряда паразитных ем-

ускорить время заряда паразитных ем-

костей измерительных каналов и контрольных конденсаторов 2.

Величина емкости контрольных конденсаторов 2 выбирается из условия С-,(2 - 4} С„„, где С„,с- максимальная паразитная емкость между измерительными каналами.

С момента образования измерительной цепи (фиг. 4, t) через паразитную емкость каналов контрольные конденсаторы 2 и блок 16 ускоренного заряда начинает протекать ток заряда емкостей, который выделяется на резисторе 1 8 в виде экспоненциально убывающего напряжения. Это напряжение посту-- пает на вход измерительного делителя, где оно, ограниченное по амплитуде резистором 14, выделяется на образцовом резисторе 15 и далее поступает на

с программой элементов подключения, Генератор 22 импульсов запускает в каждом цикле контроля блок 8 задерже для формирования импульсов задержек включения ключа 7 и блока 13 регистрации (соответственно t . и tj., ) Это необходимо для исключения ложной регистрации исправности измерительны каналов в случае их обрыва, что може . быть вызвано зарядом паразитных емкостей в начале цикла контроля (фиг. 4, экспоненты 35 и 37), поэтом блок 8 задержек только через время 4.,,. (2,3 - 3) .С„ (фиг. 4, и) включает ключ 7, который соединяет выход измерительного делителя с входом измерительного блока 9, где.,

If- 0 К С

постоянная времени заряда максимальной паразитной емкости через блок ускоренного заряда,

, Блок 8 задержек через время (фиг. 4, и ;| ) вырабатьшает сигнал в блок 13 регистратдии для фиксации результата контроля как состояния измерительных каналов, так и состояния сопротивления изоляции. Длительность t должна превышать максимальную длительность заряда паразитных емкостей и контрольных конденсаторов. На узел 26 индикациИ; кроме сигналов с блока 25 памяти, указывающих номера, находящихся в работе измерительнглх каналов, с блока 13 ре)истрацин поступают сигналы, характеризующие в течение цикла контроля состояние как контролируемой изоляции, так и состояние измерительных каналов; R

в норме ; .

игол.

Н ЮЛниже нормы , Обрыв

каналов ; КЗ в каналах или в изол,

При исправности изоля дии узел 26 индикации отображает номера измерительных каналов, участвующих в контроле, в течение текущего цикла контроля .

В случаях выявления брака сопротивления изоляции или неисправностей в измерительных каналах узел 26 индикации при помоши элементов памяти запоминает номера каналов и вид неисправности до окончания контроля всего изделия.

Узел 28 останова по браку объединяет сигналы брака изоляции и сигналы неисправностей измерительных каналов и подает их на переключатель 19, с которого сигнал от узла 28 поступает либо но шине Пуск по браку на узел 20 пуска для переключения

устройства сразу на следующий цикл контроля с целью ускорения времени контроля, либо по шине Останов по браку на узел 21 останова для запрещения работы генератора 22 на данном цикле контроля, а следовательно и устройства с целью поиска и устранения сразу причин брака. Для

отладки, редактирования программ

контроля, а также принудительной остановки контроля на любом цикле в устройстве предусмотрена команда Останов, поступающая в узел 21 остано5 ва по шине Останов.

Если измерительные каналы исправны и сопротивление изоляции в норме (фиг. 4, зона А), после срабатывания ключа 7 в момент времени t (фиг. 4)

0 на вход измерительного блока 9 поступает экспоненн {альное напряжение незаконченного переходного процесса, которое превышает по величине верхний порог контролируемого сопротивления

5 изоляции (фиг. 4, U). Верхний и нижний пороги и и Uj контролируемого сопротивления изоляции находятся в прямой зависимости от. соответственно порогов срабатывания и отпускания U

0 и Ug (фиг, 4, и) компаратора 10, которые являются определяющими при настройке устройства на необходимый верхний порог контролируемого сопротивления изоляции, а также на нижний

порог, который используется для определения окончания переходного процесса. Компаратор 10 в устройстве вьшол- няет две функции: определение начала и завершения переходного процесса и

Q повьццение чувствительности устройства.

На выходе измерительного блока 9 вырабатывается напряжение (фиг. 4, Ug), которое превышает величину наg пряжения порога срабатывания (фиг. 4,

и.

на выходе компаратора 10, Последний срабатывает (фиг. 4, U „) и выдает сигнал высокого уровня в дифференцирующий блок 11 и блок 13 регистрации, на который они в данном случае не ре- агирз т. Когда паразитные емкости и контрольные конденсаторы 2 зарядятся практически до величины напряжения источника 6 испытательного напряжения, в момент времени t (фиг. 4) экспоненциальное напряжение на входе измерительного блока 9 пересечет нижний порог контролируемого сопротивления изоляции (фиг. 4, Us) и на выходе

измерительного блока 9 напряжение станет меньше порога отпускания компаратора 10 (фиг. 4, Ug), последний вырабатывает сигнал (фиг. 4, U), ко- торьй через дифференцирующий блок 11 5 (фиг, 4, Uj ) переключает блок 12 упрог срабатывания компаратора. Последний срабатывает и выдает сигнал высокого уровня в блок 13 регистрации, в котором на входд элемента И 30 поступают сигналы высокого уровня с триггера 27 переключения режимов контроля блока 12 управления и компазад 2

с выхоравления, т.е. с компаратора 10 чеоез дифференцирующий блок 11 на S-вход триггера 27 переключения режимов контроля подается сигнал для переключе- О |ции и на узел 28 останова по браку ния устройства с режима контроля ис- .блока 12 управления поступает сигнал

R,35, ниже нормы (фиг. 4, U , t).

Если обрыв в измерительных каналах (фиг. 4, зона в), в начале цикла 15

правности измерительных каналов на . режим контроля сопротивления изоляции, причем, чем меньше суммарная величина емкостей, тем быстрее произойдет переключение режимов (фиг. 4,

и.).

С выхода триггера 27 сигнал высокого уровня при помощи переключателя

ратора 10. Через время t

|Да элемента И 30 на узел 26 индикаконтроля максимальная паразитная ем- jKoCTb заряжается за время, меньшее,

зоА-ч время tj ключ 7 подключает измерительный делитель, зашунтированный блоком 16 ускоренно- 17 разрывает цепь блока 16 ускорен- 20 го заряда, к измерительному блоку 9, него заряда, включая тем самым изме- на который поступает напряжение, рительный делитель. Если измерительные каналы исправны и сопро тивление изоляции в норме, с триггера 27 переключения режимов контроля блока 12 управления и компаратора 10 через инвертор 33 на входы элемента И 29 поступают сигналы высокого уровня.

меньшее, чем напряжение верхнего порога контролируемой изоляции, компаратор 10 не срабатывает, переключения режимов контроля не происходит. В блок 13 регистрации,на входы элемента И 31 поступают сигналы высокого уровня с инвертора 34, инвертирующего сиг сигнал низкого уровня от триггера 27

Через время t с блока 8 задержек

меньшее, чем напряжение верхнего порога контролируемой изоляции, компаратор 10 не срабатывает, переключения режимов контроля не происходит. В блок 13 регистрации,на входы элемента И 31 поступают сигналы высокого уровня с инвертора 34, инвертирующего сиг сигнал низкого уровня от триггера 27

на разрешающие входы элементов И 29- 30 переключения режимов контроля блока 32 приходит сигнал высокого уровня 12 управления, и с инвертора 33, ин- для определения результатов контроля. С выхода элемента И 29 через вревертирующего сигнал низкого уровня с выхода компаратора 10. Через время ЗОА 1 выхода элемента И 31 на узел

вертирующего сигнал низкого уровня с выхода компаратора 10. Через время ЗОА 1 выхода элемента И 31 на узел

мя tj „ на узел 26 индикации блока

19 управления поступает сигнал индикации и на узел 28 останова

в норме для фиксации результата контроля, и блок 12 управления.выдерживает заданную длительность цикла контроля сопротивления изоляции, при котором изоляция находится под воздействием испытательного напряжения (фиг. 4, ).

Если измерительные каналы исправны, а сопротивление изоляции ниже .

по браку блока 12 управления поступает сигнал Обрыв каналов.

Если в измерительных каналах или в контролируемой изоляции (фиг. 4, 40 зона г) имеется короткое замыкание, через время на выходе измерительного блока 9 находится неизменный высокий уровень напряжения. Компаратор 10 срабатывает, в блок 13 ренормы (фиг. 4, зона Б), определение 45гистрации на входы элемента И 32 поисправности измерительных каналов иступают сигналы высокого уровня чепереключение режимов работы блока 12рез инвертор 34, которьй инвертирует

управления происходит аналогично ука-сигнал низкого уровня с триггера 27

занному случаю.переключения режимов контроля блока

Если сопротивление изоляции ниже 5012 управления и выхода компаратора

нормы, после переключения режимов на10. Через время t с выхода элевход измерительного блока 9 с измерительного делителя поступает напряжение, превышающее верхний порог контролируемой изоляции (фиг. 4, tj). Следовательно, с выхода измерительного блока 9 на вход компаратора 10 снимается напряжение, превышающее верхний помента И 32 на узел 26 индикации и на узел 28 останова по браку блока 12 управления поступает сигнал КЗ в 55 каналах или в изол..

Последние два вида контроля неисправности удобно использовать для ус- ускоренного самоконтроля измеритель5 94608

рог срабатывания компаратора. Последний срабатывает и выдает сигнал высокого уровня в блок 13 регистрации, в котором на входд элемента И 30 поступают сигналы высокого уровня с триггера 27 переключения режимов контроля блока 12 управления и компаО |ции и на узел 28 останова по браку .блока 12 управления поступает сигнал

зад 2

с выхо|ции и на узел 28 останова по браку .блока 12 управления поступает сигнал

ратора 10. Через время t

|Да элемента И 30 на узел 26 индика зоА-ч время tj ключ 7 подключает измерительный делитель, зашунтированный блоком 16 ускоренно- го заряда, к измерительному блоку 9, на который поступает напряжение,

меньшее, чем напряжение верхнего порога контролируемой изоляции, компаратор 10 не срабатывает, переключения режимов контроля не происходит. В блок 13 регистрации,на входы элемента И 31 поступают сигналы высокого уровня с инвертора 34, инвертирующего сиг- сигнал низкого уровня от триггера 27

переключения режимов контроля блока 12 управления, и с инвертора 33, ин-

вертирующего сигнал низкого уровня с выхода компаратора 10. Через время ЗОА 1 выхода элемента И 31 на узел

индикации и на узел 28 останова

индикации и на узел 28 останова

по браку блока 12 управления поступает сигнал Обрыв каналов.

Если в измерительных каналах или в контролируемой изоляции (фиг. 4, зона г) имеется короткое замыкание, через время на выходе измерительного блока 9 находится неизменный высокий уровень напряжения. Компаратор 10 срабатывает, в блок 13 регистрации на входы элемента И 32 по10. Через время t с выхода элемента И 32 на узел 26 индикации и на узел 28 останова по браку блока 12 управления поступает сигнал КЗ в каналах или в изол..

Последние два вида контроля неисправности удобно использовать для ус- ускоренного самоконтроля измерительных каналов без лс дключепион контролируемой ИЗОЛЯЕ;ИИ с рег нстрацивй ви- дон брака в каналах.

После завершения запрограммированных, циклов контроля, нанример, К ник- лов, на К + 1-м цикле с блока 25 памяти по шине . по конец. контр., на узел 2 останова поступает сигнал, устройства

которьм остановит работу

Формула изобретения

1, Устройство для автоматического контроля сопротивления изоляции электрических цепей, содержащее коммутатор j источник испытательного напряжения, блок управления, блок регистрации, блок задержек, ключ, измери- тельньй блок, первый и второй резисторы, первьй выход блока задержек соединен с вторым входом ключа, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и быстродействия, в него введены конденсаторы по числу контролируемых цепей, блок ускоренного заряда, компаратор, дифференцирующий блок, при этом первый вывод каждого конденсатора соединен с соответствующими первыми выводами коммутатора и соответствующими клеммами для подключения объекта контроля, вторые выводы всех конденсаторов соединены между собой, второй вывод коммутатора соединен с первым выводом источника испытательного напряжения, второй вывод которого соедине с общей шиной устройства, третий вывод коммутатора соединен с первым выводом блока ускоренногозаряда, второй вывод которого соединен с общей шиной устройства, первый вывод первого резистора соединен с первым выводом блока ускоренного заряда, второй вывод первого резистора соединен с первым выводом второго резистора, с первым входом ключа, второй вывод второго резистора соединен с общей щиной устройств-а, вход блока задержки соединен с первым выходом блока управления и четвертым выводом коммутатора, второй выход блока управления соединен с третьим выводом блока ускоренного заряда и первым

входом блока регистрации, второй вход которого соединен с первыми входами

которого соединен с вторым выходом , блока задержек, выход ключа через измерительный блок соединен с компаратором, выход которого соединен с тре

0

5

10

тьим входом блока регистрации и входом дифференцирующего блока, выход которого соединен с первым входом блока управления, второй вход которого соединен с выходом блока регистрации,

2, Устройство по rt, 1, о т л и - чающееся тем, что;блок управления содержит переключатель, узел пуска, узел останова, генератор импульсов, счетчик импульсов, дешифратор, блок памяти, узел индикации, триггер, узел останова по браку, первьй вход узла пуска и узла останова соединены с пусковой шиной, выход узла пуска и узла останова соединены соответственно с первым и вторым входами генератора импульсов, выход которого соединен с первым входом счетчика импульсов, с первым установочным входом триггера и первым выходом блока, выходы счетчика импульсов соединены с соответствующими входами дешифратора, выходы которого соединены с входами блока памяти, первые выходы которого соединены с первыми входами узла индикации и первым выходом блока, второй вь1ход блока памяти соединен с вторым входом узла останова, второй установочный вход триггера соединен с первым входом блока, выход триггера соединен с вторым выходом блока, вторые входы узла индикации соединены с вторым входом блока и соответствующими входами узла останова по браку, выход которого соединен с входом переключателя, первый и второй выходы которого соединены соответственно с вторым и третьим входами узла пуска и узла останова, четвертый вход узла останова соединен с шиной ручного останова, установочные входы узла пуска, узла ос- танова, счетчика импульсов и узла индикации соединены с

3. Устройство по п. чающееся тем, что блок ре- Q гистрации содержит первый, второй, третий, четвертый элементы И, первый и второй инверторы, первые входы первого и третьего элементов И соединены с выходом первого инвертора, вход

0

5

0

шиной Сброс.

о т л и второго и четвертого элементов И и третьим .входом блока, вторые входы всех элементов И соединены с вторым вхо;т,ом блока,- третий входы третьего

11133946012

и четвертого элементов И соединеяы первого и второго элементов И и пер- с выходом второго инвертора, вход вым входом блока, выходы всех эле- которого соединен с третьими входами ментов И соединены с выходом блока.

Изобретемте служит для повышения надежности и быстродействия контроля сопротивления. Устройство содержит коммутатор 3 с элементами подключения 4 и 5, источник 6 испытательного напряжения, ключ 7, блок 8 задержки, измерительный блок 9, блок / 12 управления и блок 13 регистрации. В устройство введены конденсаторы 2 по числу контролируемых цепей, блок 16 ускоренного заряда, компаратор 10 и дифференцирующий блок I1. Это позволяет совместить в одном цикле измерения операгщн контроля исправности измерительных каналов и операции контроля сопротивления изоляции контролируемых цепей. Предложенное включение компаратора 10 и дифференцирующего блока I1 позволяет определить начало и окончание переходного процесса и одновременно повысить чувствительность измерительного блока 9. Кроме того, в описании приведены примеры реализации блока 12 управления и блока 13 регистрации. 2 з.п. ф-лы. 4 ил. с (Л с 00 оо со 4 05 О us.f

16

;Ф 2 5

12

Луск

по ffpOKlf

Пдск: Г - Остан. Л Н ytoipm OcmuHOlrCfpoc

Остан.по конец кт

гв

Й

/ 7r7f

s

Elf

Л

rr%/т t.-./fiw-

9иг.З