Устройство для измерения сопротивления изоляции изолирующих стыков Советский патент 1989 года по МПК B61L23/16 

6 1

К Spy sun каналап

(Л

ел ю

со J ел

Изобретение относится к железнодорожной автоматике, а имение к определению переходного сопротивления изолирующих стыков рельсовьк цепей.

Цель изобретения - расширение диапазона измерений.

На фиг. 1 изображена функциональная блок-схема устройства; на фиг. 2 электрическая схема участка рельсового пути с измеряемыми изолирующими стыками; на фиг. 3 - первая эквивалентная схема участка рельсового пути; на фиг. 4 - вторая эквивалентная схема участка рельсового пути; на фиг. 5 а-ж- линейные диаграммы потенциалов на накладке и рельсах и падений напряжения на переходах накладка- рельс; на фиг о 6 - взаиморасположение рельса, накладок и пластин двух емкостных датчиков; на.фиг. 7 - первая эквивалентная схема части тракта .прохождения сигнала; на фиг. 8 - вто- i рая (мостовая) эквивалентная схема части тракта прохояадения сигнала; на фиг. 9 - взаиморасположение поверхностей рельса, накладки и емкостных пластин в пространстве; на фиг. Ю - первая эквивалентная схема части . тракта прохождения помехи; на фиг.11- вторая (мостовая) эквивалентная схема части тракта прохождения помехи.

Устройство содержит генератор t измерительной частоты, подключенный, через резонансный конденсатор 2 к питаюпщм индукторам 3 и 4 обоих рельсов, приемную индуктивную катушку 5, подключенную через селективный усилитель 6 и вьшрямитель 7 преобразователя сигнада индуктивного да,тчика к одному входу делителя 8 напряжений каждого из четырех измерительных .ка.налов, каждьй из которых содер.жит емкостной датчик, состоящий из двух емкостных пластин 9 и 10 (для первого канала), подключеншлх через входной трансформатор 11 к входу преобразователя сигнала емкостного датчика, состоящего из селективного усилителя 12, фазового детектора 13, подключенного через трансформатор 14 полосовой фильтр 15 и фазовращатель 16 к выходу генератора 1, фильтра 17 нижних частот, выход которого подключен к второму входу делителя 8 напряжений, к выходу которого подсоединен регистратор 18.

Кроме того, устройство содержит емкостные пластины 19 и 20 второго

J нала, 2 i и 22 третьего и 23, 24 - четвертого, шины от общего трансформатора 14 к канальным полосовым фильтрам 15 и далее через канальные фазовращатели 16 к фазовым детекторам 13 других каналов, шины с выхода преобразователя сигнала индуктивного датчика к делителям 8 напряжений других каналов. Все четыре канала аналогичны.

Устройство размещено на рельсах с изолирзпощими стыками 25 и 26, разделяющими рельсы 27, 28 и 29, 30, емкостные пластины находятся в зоне изолируюпщх стыков,, а колесные оси 31 и 32 вагона находятся по обе стороны от изолирующих стыков.

Дроссель-трансформаторы 33 и 34 (фиг. 2) подключены у изолирующих стыков с каждой его стороны к рельсам, скрепленым металлическими накладками 35-38.

Устройство работает следующим образом.

В момент измерения сопротивления изоляции в изолирующих стыках 25 к 26, разделяющих рельсы 27, 28 и 29, 30, емкостные пластины 9, 10, 19-24 находятся в зоне изолирующих стыков, а колесные оси 31 и 32 вагона находятся по обе стороны изолирзтощих стыков.

Сопротивления Z колесной оси 31, Z , . рельс 27 - земля и Z ,-. рельс 28 - земля составляют треугольник сопротивлений, который преобразуется в звезду сопротивлений Z,, , Z и Z оз по формулам

2 2 Pi-3-S ki

2 Zp -3-Zjji,

Zp,., +Zp,.3+g,

0)

5

0

5

7 i PJ;::.2.Li4Arl

-0 Z

- pi-3

Аналогично преобразуется треуголь ник сопротивлений Z (4 i колесной оси |32, Z.pj.g рельс 29 - земля и Z рельс 30 - земля в звезду сопротивле- 2 65 - ов по формулам

i J jjiilij ji

2 p3- 2p4-j 2(ji

Z 2 Pj:-|:lZj 4.

° Zp3.+Zp,.,+2i,

2 .

Z|,j. j+2p4.jНИИ Z 04,

Zo.

-06

+П7-Г+г нТ

(2)

515234516

При этом эквивалентная схема на С учетом, что спереди и сзади фиг. 2 переходит в эквивалентную вагона находятся много колесных схему на фиг. 3.осей, можно считать, что ,, «

Индукторы 3 и 4, питаемые генера- ,, тогда из (1) и (2) следует, тором 1, наводят в рельсах 27 и 28, ЭДС соответственно Ер, и Е pi.

Эквивалентная схема на фиг. 3 является многоконтурной, в которой при исправных изолирующих стыках ток в основном протекает в первом контуре, образованном сопротивлениями отрезков рельсов 27 и 28 с наведенными ЭДС Epj, Epj, сопротивлением ос10

что Z,,Z,,,Z,.Zp, .

Поскольку отрезки рельсов 27 и 28 в момент нахождения емкостных пластин над стыком значительно длиннее отрезков рельсов 29 и 30 сопротивлениями Z PJ и Z последшгх можно пренебречь.

С учетом вьшеизложениого в эквивалентной схеме на фиг. 3 можно

,, тогда из (1) и (2) следует,

что Z,,Z,,,Z,.Zp, .

Поскольку отрезки рельсов 27 и 28 в момент нахождения емкостных пластин над стыком значительно длиннее отрезков рельсов 29 и 30 сопротивлениями Z PJ и Z последшгх можно пренебречь.

С учетом вьшеизложениого в эквивалентной схеме на фиг. 3 можно

Изобретение относится к железнодорожной автоматике, а именно к определению переходного сопротивления изолирующих стыков рельсовых цепей. Цель изобретения - расширение диапазона измерений. Указанная цель достигается тем, что устройство позволяет обнаруживать короткое замыкание между одним из рельсов 27 и накладкой 36 в изолирующем стыке 25 сразу на обоих рельсах железнодорожного пути. 11 ил.

.новной обмотки дроссель-трансформато-15 пренебречь сопротивлениями Z ,,, ра 33 и Z,, Z 2-2р4. .,. Z,, Z,,, Z 0,. при

Уравнение для контурного тока 1р , этом эквивалентная схема (фиг. 3)

имеет вид

.+2p,)

Ер,,,(3)

где Z р,и Z р - сопротивления отрез

переходит в эквивалентную схему на фиг о 4, из которой В1ЭДНО, что напря- 20 жения между смежными рельсами равны половине напряжения Up,-Й„ на основной обмотке ДТ 33.

На фиг. 4 также показаны переходные сопротивления Z щ.р; наклздкаков рельсов 27 и 28 между колесной осью 31 и стыками;

дг комплексное сопротив- 25 рельс и обходное сопротивление , ление основной обмот- состоящее из параллельного соедине- ки дроссель-трансфор- ния ( кв з фиг. 3 матора 33. По данным измерений на частоте )п Z . . (4;

Падения напряжения накладка - рельс по смежным рельсам распределяются пропор1дионально переходным

50 кГц в дроссель-трансформаторе типа ДТ.-02-1000, нагруженном на ап30

паратуру релейного конца, Zд1- 9 jc е .

Сопротивления рельсов длиной 10 м на частоте 50 кГц равны

Zp Zp 3 .

Как видно из фиг. 3, при симметрии верхней и нижней ветвей первого, контура ток в перемычку соединяющую .средние точки дроссель-трансформаторов 33 и 34, не ответвляется.

При нарушении симметрии первого контура часть тока i„ проходит по перемычке на среднюю точку дроссель- трансформатора 34, разветвляется нд обе его полуобмотки и замыкается через сопротивления Z р, Z коротких ( ) отрезков рельсов 29 и 30, сопротивления Z,, Z J5, Zpj , Z,,, 2ei Z K сопротивление Z кузова вагона.

При встречном протекании токов по полуобмоткам ДТ-34 их магнитные поля взаимно компенсируются и противления полуобмоток для токов становятся чисто активными и равными 0,5Кдт По паспортным данным «0,001 Ом.

сопротивлениям накладка - рельс о Падения напряжения накладка - рельс равны: накладка 35 - рельс 27

35

40

и

2 MI-pi

-р (;;.р +ГнГр7

накладка 36 - рельс 27

у (и, - Up, );(5

и

2 Н7-Р

N2- Р1

(2 н. pi Z ,,;.

vs; н-г- pi Pj

накладка 36 - рельс 29

п

(н,-р| -«-гн,-рз)

45 накладка 35 - рельс 29 Zнг-fi

(и, -Up,); (6)

(и,, -иЛ; (7)

- pi

(8)

50

п i;Jli:.l.iri T -IT

н-г-рз (7 +7 -( Р1

Vi: H2-pi e H2-fS

Аналогично определяются падения напряжения для второй ниткн между накладками 37 и 38 и рельсамн 28 и 30

Н1-РЭ

(стьж исправен)

55

0,5(0, -йс)

При Z ц,р, I имеем

UHI-PI -UHI- р5

1 -0,25(Up,-Up,,),(9)

т.е. напряжения накладка - рельс по смежным рельсам равны и противоположны по фазе.

переходит в эквивалентную схему на фиг о 4, из которой В1ЭДНО, что напря- жения между смежными рельсами равны половине напряжения Up,-Й„ на основной обмотке ДТ 33.

На фиг. 4 также показаны переходные сопротивления Z щ.р; наклздкарельс и обходное сопротивление , состоящее из параллельного соедине- ния ( кв з фиг. 3 )п Z . . (4;

30

сопротивлениям накладка - рельс о Падения напряжения накладка - рельс равны: накладка 35 - рельс 27

и

2 MI-pi

-р (;;.р +ГнГр7

накладка 36 - рельс 27

у (и, - Up, );(5)

0

и

2 Н7-Р

N2- Р1

(2 н. pi Z ,,;.

vs; н-г- pi Pj

накладка 36 - рельс 29

п

(н,-р| -«-гн,-рз)

5 накладка 35 - рельс 29 Zнг-fi

(и, -Up,); (6)

(и,, -иЛ; (7)

- pi

(8)

0

п i;Jli:.l.iri T -IT

н-г-рз (7 +7 -( Р1

Vi: H2-pi e H2-fS

Аналогично определяются падения напряжения для второй ниткн между накладками 37 и 38 и рельсамн 28 и 30.

Н1-РЭ

(стьж исправен)

5

0,5(0, -йс)

При Z ц,р, I имеем

UHI-PI -UHI- р5

1 -0,25(Up,-Up,,),(9)

т.е. напряжения накладка - рельс по смежным рельсам равны и противоположны по фазе.

При

2«i- pi

„ ,.рз(предотказное ;:остоя1ше первой стадии) имеем.

ии,,.рз (10)

При Z,p.j О (предоткаэное состояние второй стадии, пробой изоляции между накладкой 35 и рельсом 29) имеем

UHI-PI D

-(UPI-UO О .

) . -0,5(йр,-йрО,;

Н1-РЗ

На фиг. 5 показаны линейные диаграммы потенциалов Т)„, на накладке .35,

.и

р1

на рельсе 27, U р на рельсе 29

относительно потенциала и средней точки /f,T 33, принятого равным нулю, v,e. Ujj О, линейные диаграммы падений напряжения иц,. р, накладка 35 - рельс 27,и„ „,накладка 35-рельс 29

Н 1 Р Э. ,

для приведенных трех частных случаев. Потен1щал U рз рельса 29 равен потенциалу ilj средней точки ДТ 33, следо(

вательно Up3 0..

На фиг, 5а показаны схематически рельсы 27 и 29, стьж 25, наюгадка 35 и переходные сопротивления между накладкой и рельсами.

На фиг. 56, г, е представлены линейные диаграммы потенциалов, а на фиг. 5в, д, ж - падений напряжения накладка - рельс.

Поскольку пластина 9 ориентирована на рельс, а пластина 10 - на накладку, падение напряжения на пере- ходе накладка - рельс через- емкостные переходы рельс - пластины и накладка - пластины поступает на первичную обмотку трансформатора 11, на вторичной обмотке которого появляется напряжение сигнала V, пропорциональное переходному сопротивлению накладка - рельс. Напряжение сигнала Uca через преобразователь сигнала емкостного датчика поступает на первый вход делителя 8 напряжений, на второй вход которого через преобразователь сигнала индуктивного датчика поступает ЭДС сигнала Е.-, пропорциональная току ip в рельсе 27

При исправном стыке переходные сопротивления Z |,. pj накладка - рельс I много больше полного сопротивления Z т- основной обмотки ДТ 33, поэ- тому ответвление тока i р из первого контура в другие контуры схемы на фиг. 4 незначительно и сила тока IP в основном определяется сопротивлением Z д. Следовательно, раз10

Чл ,„ТИ ПОТР.НТЩаЛОВ (ир ;-и„) и ()

ня ДТ 33 пропорциональны току i.p.

С другой стороны,, падения напряжений накладка - рельс пропорциональны разности потенциалов (U - -Uji) или (Up-Upj) и, следовательно, току ip, поэтому в результате процесса деления сигнала U,, на сигнал

15

20

25

30

EJ на. выходе делителя 8 появляется 11) напряжение U сигнала, пропорциональное переходному сопротивлению накладки - рельс, которое и подается на регистратор 18.

Таким образом, устройство производит прямое измерение сопротивле-. ния изоляции перехода накладка - рельс.

В случае нарушения равенства емкостей емкостных переходов пластина 9 - рельс и пластина 10 - рельс при движении вагона на выходе трансформатора 11 появляется напряжение аддитивной помехи, фаза которого сдвинута относительно фазы напряжения сигнала. Для подавления аддитивной помехи преобразователь сигнала емкостного датчика содержит фазовый детектор 13, соединенный через трансформатор 14, полосовой фильтр 15 и фазовращатель 16 с генератором 1.

Кроме того, фазовый детектор изменяет полярность выходного сигнала и на противоположную при переходе емкостного датчика в процессе движения вагона из зоны накладка - первый рельс в зону накладка - второй смежный рельс. Благодаря этому повышается достоверность принятой информации, так как на носителе информации, например на диаграммной ленте многоканального самописца, можно достоверно различить, запись значений измеренных переходных сопротивлений между накладкой и смежными рельсами.

Получение этого эффекта объясняется следующим.

Фазовый детектор обладает тем. свойством, что при смене фазы напряжения сигнала на его входе на 180° полярность выходного выпрямленного напряжения изменяется на противоположную.

При перемещении емкостного датчика вдоль рельса он сначала снимает падение напряжения U(,. р, а затем Uwi-p5 при этом линейная функция

35

40

45

50

55

OH.р (1) (фнг. 5) преобразуется во временную U,,,. „jr (t) на пластинах 9 и 10 емкостного датчика. Как видно из фиг. 5, в точке стыка 25 происходит изменение фазы функций U „. р (1) и n,(t) на 180, вследствие чего полярность напряжения на вькоде фазового детектора 13 и полярность сигнала U - на выходе делителя 8 изменяются на противоположную. При этом изображение функции ) на носителе информации подобно функции

и

Н-р

(1) (фиг о 5) с переходом из положительной области в отрицательную на границе стыка 25. .

Фильтр 17 нижних частот, подсоедненный к выходу фазового детектора, служит для подавления высокочастот- ных составляющих выпрямленного сигнала.

Основной характеристикой всякого измерительного устройства является его помехоустойчивость, определяемая отношением сигнал/помеха, поэтому определяем напряжения сигнала и помехи на входе приемника.

Для снятия с участка накладка - рельс как можно большего сигнала необходимо иметь как можно сильнее неравенство

9

Н1- ш

Н1- П7

емкости между рельсом 27 и пластинами соответствен но 9 (П 1) и 10 (П 2);

Н1-П1

и е

Н1- П1

емкости между накладкой 35 (Н 1) и пластинами 9 и 10.

Как видно ИЗ фиг. 6, пластина 9 ближе к рельсу 27, чем к накладке 35 помимо того, накладка 35 экранирована от пластины 9 рельсом 27. С друго стороны, рельс 27 и накладка 35 примерно равноудалены от пластины 10, а площадь накладки 35, обращенная к пластине Ю, больше площади головки рельса 27. Все это вместе обеспечивает вьшолнение неравенства (9).

Как видно из фиг. 7 и 8, полюса рельс 27 - накладка 35 и пластина 9 пластина 10 образуют диагонали моста а емкостные переходы - его плечи. Тогда неравенство (9) есть условие неравновесия моста, а переход неравенства (9) в равенство - условие

0

5

0

5

0

нагрузка Z

исравновесия моста с прекращением передачи сигнала из диагонали рельс- накладка в диагональ пластина 9 - пластина 10, в котор ю через трансформатор 11 включена

Внутреннее сопротивление Z точника сигнала Ё в диагонали моста рельс - накладка вследствие обычного загрязнения промежутка рельс - накладка не превьшает 10 кОм и пренебрежимо мало относительно сопротивлений емкостных переходов в плечах моста.

Для количественной оценки силы неравенства (9) произведем ориентировочный расчет переходных частичных емкостей в соответствии со стилизованным предстйвлением поверхностей головки рельса 27, накладки 35 и пластин 9 и 10 на фиг. 9.

На фиг. 9 размеры а , а , а , Зц, jb,h, иЬ обозначают соответственно ширину пластин 9 и 10, поверхности головки рельса 27, накладки 35, расстояния между краями пластин 9 и 10, высоту подвеса пластин 9 и 10 над поверхностью головки рельса 27 и над верхним краем накладки 35,

Для расчета принимаем следующие размеры в метрах, соответствующие реальным, а также условиям габарита: ап1 0,1; а„ 0,15; а р 0,1;

5

0

5

0

5

нг

0,15; b „ 0,15; h, 0,15;

h 0,25.

Длину пластин 9 и 10 вдоль рельса принимаем 1 п м. Емкость между рельсом и пластиной определяем ИЗ графика на.фиг. 4-8. Расчет электрической емкости для а р /h , 0,1/0,15 0,66; для абс1щссы 0,66 ордината на графике равна Cp/f 1,7, откуда

Ср1 1 ni(Ce/) 0,,7 0,34 3,01 пФ,

-12

где 8,842 -10 Ф/км - диэлектрическая проницаемостьвакуума.

Для борьбы с синфазной помехой отношение площадей пластин 9 и Ю

DI- rt-

р|- пг

выбираем таким, что v р,, „ тогда Ср.п 3,01 пФ.

Емкость между накладкой 35 и пластиной 9 определяем по формуле

С„-пГ 1п- -2-|-(10)

Расчет электрической емкости, где К и К - полные эллиптические интегралы первого рода, причем К (k) K(k О, k и k 1/1 - k - аргументы интегралов,

Аргумент k определяется по формуле

где f

1+ y(1+g) +f (TTgHf+ fT7f) Зщ . а HI

(11

..

g

hi Ь 2

Подставляя численные значения а г,, 0,1; а „, 0,15; Ь- 0,25 в .(П), получим f 0,2; g 0,6; k .0,94; k VI - k2 0,346, В таблицах эллиптических интегралов находим K(k) К(0,94) 2,493; K (k) K(kO К(0,346)- 1,621. Подставляя найденные значения К и к в (10), получ;аем ,

о,2бг

1 - J-n t К

О 2,493

2,3 пФ,

Определяем емкость С „,..„.; меяоду накладкой 35 и пластиной 10 из графика на рис. 4-9 между пластинами, расположенными на гранях двухгранного угла

Для .0,15/0,1.5 1 и с 90 ° из графика на фиг. 4-9 имеем

Сн,-п1 ,5 0,,5 0,3е 2,65 пФ.

Неравенство „,.п объясн ется тем, что площадь пластины 10 больше площади пластины 9.

Таким образом, рассчитанные частичные емкости переходов имеют следующие значения:

Ср-щ- С р. п1 2,3 пФ; С

3,01 пФ; Сн,.„, 2,3 пФ; С „,.„,, 2,65 пФ и неравенство (9) удовлетряется.

Действительное отношение С p-pf/ , будет больше рассчитанного вследствие того, что рельс экранирует пластину от накладки, это еще больше усиливает неравенство (9).

Действительные значения емкостей переходов будут больше рассчитанных так как в расчетах не учтена дополнительная емкость от краевого эффекта,,

Определяем напряжение сигнала

и

на пластинах при снятии сигнала с промежутка рельс 27 - накладка 35 для случая пробоя изоляции между рельсом 29 и накладкой .35, когда Z н1-рг 0.

Исход тле данные для расчета.

Наведенная в рельсе ЭДС 2 Е р 0,1 В частотой f 50 кГц. Полное сопротивление основной обмотки ДТ-0,2 на частоте 50 кГц при включенной аппаратуре релейного конца 2дт Омо Полное сопротивление отрезков рельсов длиной 10 м на частоте 50 кГц Z, Zp.j Зе 8 ° 0м, г„, Z,,

и в

Из формулы (5) находим падение напряжения между накладкой 35 и рельсом 27 при 2,,.рэ 0.

Z Н1- Р1

и

HI- рт

(Н1-Р1 НГ- РЭ

KUe- Up,) (и„ - Up,) . (12)

Для нахождения численного значе- кия U),.p., , равного падению напряжения на половине основной обмотки ДТ-33, определяем вначале ток i из формулы (3), подставив в нее исходные данные

ip (Ёр,+ Ёр).яг„. , ,

0,1/(0+0+3е +9е О 0,1/14, 0,ООб9е А.

.- fVitip -)

Принимая, что весь ток i проходит по основной обмотке ДТ 33, получаем

U«,.pr (Uo-UpO -0,5(Upv-Up,) -0,5V -p,5i Z, -0,5x,, 0,0069e J. -0,031e B, где ip AT падение напряжения на основной обмотке ДТ 33.

Определяем сопротивления емкостных переходов между рельсом 27 и накладкой 35 с одной стороны и пластинами 9 и 10 с другой стороны

- р(.П1

Р -П1

314

.11. 103

3,ОМ

-J 2,11-10 Ом,

по условию Z р,. п 2 р,-п1 так Z р1.пг -J 2,11- 10 Ом

Ь М1-01

ЫсС

Н1-П1 -J 2,4-10 Ом

314 -10 -2,65-10- (15) Для определения напряжения сигнала ис на пластинах 9-10 используем Теорему об эквивалентном генераторе.

Определяем ЭДС Е эквивалентного генератора сигнала, как напряжение холостого хода на пластинах 9 и 10 в мостовой схеме на фиг. 8 с генератором, ЭДС которого согласно (12) равна ЕС (UHI-PI) -0,031е ° В, а внутреннее сопротивление пренебрежимо мало относительно сопротивлений плеч моста

э,с

Unt- ni,xx

Z pj-nl

. ... ь: Р1-П2 Hi-rrj

Р1-П1 Н1-П1

)

Ee(

-j 2, ,

с - 4

-j 2

ii 2 11-10 ч

,11- 10 -j 2,77-10(16)

Ej.(0,468-0,432) Ec-0,036

(-0,031e )-0,036 -0,00112e « B -1,12e - мВо

Таким образом, ЭДС эквивалентного генератора сигнала равна

-1,

,с п1-пг, х.«

мВ.

Находим входное сопротивление (фиг о 8) по отношению полюсов П1- П2 при закороченных полюсах Р1 - HI:

«

(. ..2.Le Kiifli

pt- пг н1-п i

P1.01 HI-P Zo.-nl +Z

i(2UT:2iZZ ) ,11+2,77 2,11+2,4

-j 2,32-1o Омо

10

(17)

Таким образом, внутренне сопротивление эквивалентного генератора равно Zftt 6с -j 2,32 -10 Ом.

Нагрузкой Z эквивалентного генератора, подсоединенной к полюсам является входное сопротивление селективного усилителя, пересчитанное в первичную обмотку трансформатора 11. По данным лабораторных испытаний 2 ; 50 -10 е ° Ом„

Определяем ток сигнала в нагрузке эквивалентного генератора

j«-k.cЕэ,с .

Т 2732-0 0

ин§а

(21)

Находим напряжение сигнала на нагрузке

(-0,489 -Ю Эе )

-24,5

.

.„-t /1от«

10 е

В (22)

0

5

0

5

0

Таким образом, напряжение сигнала Uc на нагрузке Z j составляет Uj- 24,5 -10 е J В, что по модулю в 30 раз вьше минимально-допустимого значения входного напряжения для малошумящих интегральных аналоговых микросхем. Большое превьшение уровня сигнала над собственными шумами позволяет снизить величину наведенной в рельсах ЭДС (Ёр,+ Ё р) „

При С р. П2 синфазная помеха, наводимая на входе приемника потенциалом рельса относительно другого рельса, отсутствует. Однако при колебаниях вагона в движении равенство емкостей нарушается. Благодаря установке обеих пластин датчика по одну сторону рельса, нарушение равенства емкостей при горизонтальных колебаниях вагона незначительно.

Действие синфазной помехи происходит следующим образомо

Меяоду рельсами 27 и 29 существует разность потенциалов (фиг. 4).

Up,- Up, Up,U,

(23)

35

40

От этой разности потенциалов возникает ток, которьй проходит по цепи (фиго 10): рельс 27, емкостные переходы Ср,и Cp,j, емкостные переходы С „ между первичной и вторичной обмотками трансформатора 11, емкрст- ные переходы С, j. между концами вторичной обмотки трансформатора 11 и входными полюсами усилителя 12 с одной стороны и корпусом вагона с другой стороны, корпус вагона - колесная ось 32 - рельс 29 Z.r,Для упрощения расчетов заменяем обе обмотки трансформатора 11 в схеме на фиг. 10 сопротивлением нагрузки Z 50 , принятым в расчете напряжения сигнала i -, и приходим к схеме на фиг. 11.

Для уменьшения синфазной помехи принимаются известные меры по уменьшению С„ и С|,-ь; ориентировочно принимаем С ,1 С|,. 2-10- Ф.

Вследствие колебаний вагона раз- 55 ность емкостных переходов С р,.п) и

С р1- оа достигает 3%, тогда согласно (13) Z р,.„, -j 2,11 -10 Ом, а Zp,.

50

-,i 2,05 -Ю Ом, т.е. на 3% меньше.

15

Вьп исляем сопротивления ста в схеме фиг. 11, состо паразитных емкостей 1

с

Для определения капряжения помехи U ,, на пластинах 9-10 используем, как и для расчета напряжения сигнала

10

и

с

теорему об эквивалентном генераторе

Определяем ЭДС Е эквивалент- Iного генератора помехи, как напряжение холостого хода на пластинах 9-10 в мостовой схеме на фиг. 11 с генератором, ЭДС которого согласно

п

(22) и (12) равна Ё „ (U р, - U)

. . л

0, В, а внутреннее сопротивление (Z , pj-b 0,25гдт) пренебрежимо мало относительно сопротивлений плеч моста

F TI

.П П1- П-2. ,Х.Х

6 Р1-П1

Z р,-п,+г

л / Z Р1-П2 .7

t; р1- п с

К ri 2 05-101 -j 2,05-10Ч 3,19-10

lij iijio:..

-j 2,11 -lO -j 3,19

Ёп(0,391 - 0,399) Ёп(-0,008) (0,031е- Д(-0,008) .,,„ -0,000248е В -0,248е мВ

Находим входное сопротивление схемы на фиг. 11 относительно полюсов 9-10 при закороченных полюсах 27-29

7 -Л1 Л1 Х-. + - Zp,-ni Zp,.n5+Zc

(l2..l. 2,,,19. - 2,11+3,19 2,05+3,19

х10

-J 2,43 -10 Ом,

(26)

Определяем ток помехи в нагрузке 2 эквивалентного генератора - Jj. -2i248- 10iieJ ° k, -j 2743 TO +50-103 eJ

I0 2i8jl0;ie:il : . 2,4-10 еТ8з° J.

ЧО- е A.(27)

Находим напряжение помехи на нагрузке Z

Сравнииля

U . их

(22) и и, из (28),

видим, что „ 4,76, что достаточно для получения необходимой помехоустойчивости устройства. Помимо того, что паразитные связи в приемнике не чисто емкостные, а комплексные, благодаря чему и„ сдвинуто по фазе от Uc, что дает дополнительное подавление помехи в фазовом детекторе 13.

Для получения еще большего отношения сигнал/помеха можно применить известные методы: уменьшение паразитных емкостей, корреляционная обработ

0

5

0

5

0

45

50

55

симметричных операх юнных усилителей с большим затуханием синфазной помехи и др.

Предложенное устройство по сравнению с известным имеет более широкие функциональные способности и область применения, так как может обнаруживать предотказное состояние изолирующего стыка в виде пониженного переходного сопротивления накладки на один рельс и может применяться на участках с электротягой.

Суммарная потребность в устройстве в случае установки его в вагонах и самоходных дрезинах в хозяйствах сигнализации и связи, пути, электрификации и метрополитенов МПС, а также в других ведомствах, использующих рельсовый транспорт, ориентировочно составляет 200 шт.

Формула изобретения

Устройство для измерения сопротивления изоляции изолирующих стыков, содержащее генератор измерительной частоты, соединенный с установленными над рельсом питающим индуктором, емкостные датчики с размещенными горизонтально в ряд пла,стинами, одна из которых каждого датчика ориентирована на рельс, связанные через один из преобразователей сигнала с первым входом делителя напряжений, соединенного выходом с входом регистратора, и установленную над рельсом приемную индуктивную катушку, подключенную через другой преобразователь сигнала к второму входу делителя напряжений, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измерений, ряд горизонтально размещенных пластин емкостных датчиков ориентирован перпендикулярно рельсам, причем другие пластины каждого

емкостного датчика установлены над накладкой изолирующего стыка, пластины выполнены с соотношением площадей одной и другой в каждом датчике, равным отношению расстояний по вертикали от них соответственно до

Р1 pf

-CZ1

/у

27 (Jpi

п

Zof)t

СП

рельса и до накладки, с величинами емкости между каладой пластиной и рельсом, равными между собой, а питающий индуктор и приемная индуктивная катушка установлены над рельсом перпендикулярно его оси.

фиг.:3

25

т-ръ

2S

Фи. /

гк.асг

11

Фие.б

751 HJ

с Ут р1

0U9.7

uiti

9(ni)

.. Л

35

W

J/

Unrf J

Фиг. 8

Sn Qnz

Ю(Л2}

«м

;

Фиг. 9

pj-ni

0.252 Д7- (Upf lJo) Фа&.Ю

1,1//-X

2//-к

l.i

, iF

i ff,. fr

w

inzl

pj-m

Q.гвгд fOpf-Uo) фае. //