Способ контроля дефектности изоляции провода и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G01N27/68 

Изобретение относится к области исследования и анализа материалов и может быть использовано для неразрушающего контроля качества изоляции проводов,

при их производстве и изготовлении из них намоточных изделий (обмоток электрических двигателей, трансформаторов и т.п.).

Известен способ контроля дефектности изоляции проводив, по которому провод протягивают через датчик-электрод, на который относительно жилы провода подается высокое напряжение. В момент прохождения дефекта в эмалевой изоляции через датчик-электрод зажигается коронный разряд и с него путем интегрирования импульсов разряда с постоянной времени интегрирования формируется импульс де- фекта, который регистрируется в счетчике. Качество изоляции оценивают по количеству зарегистрированных импульсов в счетчике, считая, что их количество равно количеству дефектных участков изоляции провода.

Недостатком этого способа является низкая точность контроля дефектности, обусловленная особенностями коронного разряда в датчике-электроде. Эти особенно- сти заключаются в том, что ток коронного разряда имеет импульсную форму, и под влиянием различных факторов (поперечные колебания провода, изменение окружающей среды, наличие загрязнения на прово- де и т.п.) в моменты подхода дефекта к датчику-электроду и выхода из него разряд может погасать на некоторое время.

В способе-прототипе, для нормирования импульса дефекта интегрируются им- пульсы коронного разряда с постоянной времени интегрирования.

Это приводит к тому, что на низких скоростях движения провода при подходе дефекта к датчику-электроду и выходе из него времена погасания коронного разряда могут превысить время интегрирования, в результате чего один дефект может быть зарегистрирован как два, три и более дефектов.

На высоких скоростях провода за время интегрирования через датчик-электрод пройдет значительный отрезок провода. Если на данном отрезке провода имеются дефекты, то они не будут зарегистрированы. Кроме того, если на проводе имеется N дефектов и время на прохождения участков провода между соседними дефектами меньше времени интегрирования, то эти N дефектов будут зарегистрированы как один дефект.

Наиболее близким является способ контроля дефектности изоляции провода, согласно которому протягивают контроли руемый провод через датчик-электрод, под- ают на него высокое напряжение до возникновения коронного разряда, измеряют частоту импульсов тока коронного разряда.

,-

51015

20 25

30

3540

4550

55

Однако, в известном техническом решении имеют место недостатки: не учтено влияние зоны нестабильности коронного разряда, что приводит к тому, что с двух одинаковых микровыступов на поверхности контролируемого провода будет зарегистрировано различное число импульсов коронного разряда, а также то, что при изменении скорости движения провода число импульсов коронного разряда с двух идентичных микровыступов изменяется еще в более широком диапазоне.

Эти причины не позволяют произвести количественную оценку наличия микровыступов на проводе, а дают лишь некоторую ориентировочную качественную оценку состояния провода, что значительно снижает точность и достоверность контроля известно. Устройство, которое включает в себя источник высокого напряжения, выход которого соединен с датчиком-электродом и через делитель напряжения, находящийся в источнике высокого напряжения, со второго выхода источника высокого напряжения соединен со входом блока выделения сигнала, один выход которого соединен со входом блока коррекции, а второй через блок защиты со входом источника высокого напряжения, выход блока коррекции соединен со входом счетчика количества дефектов и с одним из входов схемы совпадения, второй вход которой соединен с выходом умножителя частоты, выход схемы совпадения соединен со входом счетчика протяженности дефектов, вход умножителя частоты соединен с выходом блока формирования скорости, вход которого соединен с датчиком скорости. Выход умножителя частоты соединен также со счетчиком.

Наиболее близким устройством является устройство для реализации способа контроля дефектности изоляции провода, содержащее датчик-электрод, источник высокого напряжения, выход которого подключен ко входу формирователя импульсов дефектов, подключенного выходом ко входу счетчика количества дефектов.

Поступая с датчика-электрода, импульсы коронного разряда сигнализируют о наличии дефекта в зоне датчика-электрода. Производится счет импульсов коронного разряда и по ним оценка количества дефектов. Для подсчета количества дефектов необходимо сформировать один импульс дефекта с пачки импульсов коронного разряда при прохождении дефекта через датчик-электрод. Для этой цели использован фильтр с постоянным временем интегрирования. По первым импульсам коронного разряда происходит заряд конденсатора и

формирование переднего фронта импульса дефекта.

В течение времени ti конденсатор разряжается с постоянным временем разряда. Последующие импульсы коронного разряда подзаряжают конденсатор. При уменьшении напряжения на конденсаторе ниже порогового значения формируется задний фронт импульса дефекта.

Недостатком устройства является невысокая точность контроля, которая возникает ввиду следующего.

При низкой скорости движения провода ti могут превышать время разряда конденсатора до порогового значения, что приведет к формированию задних фронтов импульсов дефектов. Таким образом, при низкой скорости движения провода в схеме с постоянным временем интегрирования импульсов коронного разряда с одного дефекта может сформироваться два, три и более импульсов дефектов, поступающих на счетчик. Это вызовет ложный счет дефектов. Повысить точность контроля при низкой скорости движения провода можно, увеличив время разряда конденсатора, сделать время разряда больше максимального значения tj. Однако, в этом случае уменьшается точность контроля дефектов при высокой скорости движения провода. На высокой скорости движения провода после последнего импульса коронного разряда при прохождении дефекта через датчик- электрод конденсатор начнет разряжаться до опорного значения более длительное время и если в это время к датчику-электроду подойдет следующий дефект, то схема зарегистрирует его как продолжение предыдущего и т.д.

Цель изобретения - повышение точности контроля.

Поставленная цель достигается тем, что в способе контроля дефектности изоляции проводов, заключающемся в протягивании контролируемого провода через датчик- электрод, в подаче на него высокого напряжения относительно жилы провода, в зажигании коронного разряда при прохождении через датчик-электрод дефектных участков изоляции провода, в формировании импульсов дефектов с коронного разряда и их подсчетов, по первому импульсу коронного разряда формируется передний фронт импульса дефекта, задний фронт которого формируется с задержкой после последнего импульса коронного разряда на время,равное

ta

1Э + 3 а

где ta - время задержки;

v - скорость движения провода; Тэ - среднестатистический отрезок провода,

который проходит через датчик-электрод с момента погасания до момента зажигания коронного разряда в зонах его нестабильности горения при подходе к датчику-электроду и выходу из него дефектного участка

0 изоляции,

а - среднеквадратичное отклонение U от среднего значения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для контроля качества дефек5 тов изоляции проводов, содержащее источник высокого напряжения, датчик-электрод, формирователь импульса дефекта с коронного разряда и счетчик количества дефектов, дополнительно введены дат0 чик скорости и формирователь импульсов скорости, причем один выход источника высокого напряжения соединен с датчиком-электродом, второй выход источника высокого напряжения соединен со входом

5 формирователя импульса дефекта с коронного разряда, управляющий вход формирователя импульса дефекта с коронного разряда соединен с выходом формирователя импульсов скорости, выход формирова0 теля импульса дефекта с коронного разряда соединен с входом счетчика количества дефектов, датчик скорости соединен со входом формирователя импульсов скорости. Формирователь импульса дефекта с ко5 ронного разряда содержит источник опорного напряжения, дифференциальный усилитель, формирователь переднего и заднего фронтов импульса дефекта, причем выход источника опорного напряжения сое0 динен с одним из входов дифференциального усилителя, второй вход которого является входом формирователя импульса дефекта с коронного разряда, выход дифференциального усилителя соединен с входом фор5 мирователя переднего и заднего фронтов импульса дефекта, управляющий вход которого является управляющим входом формирователя импульса дефекта с коронного разряда, выход формирователя переднего и

0 заднего фронтов импульса дефекта является выходом формирователя импульса дефекта с коронного разряда.

Описываемый способ и введение в устройство формирователя импульса дефекта с

5 коронного разряда, содержащего источник опорного напряжения, дифференциальный усилитель, формирователь переднего и заднего фронта импульса дефекта, позволяет изменять длительность сигнала с дефекта обратно пропорционально скорости движен и я п ро вода. Это рбё с п еч йвает постоя нство длины участка провода э, который остается непроконтролированным независимо от скорости движения провода, и уменьшение э по сравнению с прототипом на скоростях движения провода, больших минимальной, Все это повышает точность контроля количества дефектов.

На фиг.1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - эпюры напряжений, поясняющие способ и работу устройства; на фиг.З изображена блок-схема формирователя импульса дефекта с коронного разряда; на фиг.4 - пример конкретного исполнения формирователя переднего и за- днего фронтов импульса дефекта.

Устройство (фиг,1) состоит из источника 1 высокого напряжения, выход которого соединен с датчиком-электродом 2, формирователя 3 импульса дефекта коронного разряда, причем второй выход источника 1 высокого напряжения соединен со входом формирователя 3 импульса дефекта коронного разряда, формирователя 4 импульсов скорости, датчика 5 скорости, при этом вы- ход формирователя 3 соединен со счетчиком 6 количества дефектов. Датчик 5 скорости соединен со входом формирователя 4 импульсов скорости, выход которого соединен с управляющим входом формиро- вателя 3 импульса дефекта с коронного разряда; имеется контролируемый провод.

Формирователь 3 импульса дефекта с коронного разряда (фиг.З) состоит из дифференциального усилителя 8, один выход которого соединен с выходом источника 9 опорного напряжения, второй вход дифференциального усилителя 8 является входом формирователя 3 импульса дефекта с коронного разряда (см. фиг.1), выход дифферен- циального усилителя 8 соединен со входом формирователя 10 переднего и заднего фронтов импульса дефекта (фиг.З), управляющий вход которого является управляющим входом формирователя 3 импульса дефекта с коронного разряда, выход формирователя 10 переднего и заднего фронтов импульса дефекта является выходом формирователя 3 импульса дефекта с коронного разряда.

Сущность способа и устройства заклю- чается в следующем.

В исходном состоянии при отсутствии дефекта на изоляции провода источник 1 высокого напряжения (см. фиг.1) вырабатывает высокое постоянное напряжение, которое через токоограничивающее сопротивление, находящееся в источнике 1 высокого напряжения, подается на датчик-электрод 2. Напряжение на датчике- электроде 2, пониженное на делителе

напряжения и находящееся в источнике 1 высокого напряжения, подаете на вход формирователя 3. При движении провода 7 датчик 5 скорости вырабатывает импульсы сШроети; частота которых пропорциональ- нй скорости движения провода 7 (см, фиг.2, эпюра а). На эпюре показаны импульсы скорости на двух скоростях движения провода: при vi и V2 2vi. Эти импульсы поступают на вход формирователя 4 импульсов скорости, где происходит формирование их по напряжению и крутизне фронтов (см. фиг.2, эпюра б), Сформированные импульсы скорости поступают на управляющий вход формирователя 3 импульса дефекта с коронного разряда.

При подходе передней границы дефекта к датчику-электроду 2 зажигается коронный разряд. Сигнал на датчике-электроде 2 при зажигании коронного разряда имеет вид изображенный на эпюре в (фиг.2). Этот сигнал можно условно разбить на три зоны. Первая зона (время ti...t2) наблюдается при подходе дефекта к датчику-электроду 2. Следует отметить что первые импульсы этой зоны могут появляться на значительном расстоянии передней границы дефекта от датчика-электрода 2, что связано с вероятностью возникновения свободных электронов вблизи датчика-электрода 2, с поверхностной проводимостью изоляции провода 7, конечными колебаниями провода относительно датчика-электрода 2, рельефом дефекта и другими факторами; эта зона имеет большую нестабильность горения коронного разряда.

В этой зоне коронный разряд может погасать на некоторое время, спустя которое, по мере приближения передней границы дефекта к датчику-электроду 2, загорается вновь.

Вторая зона (время t2,..ts) прохождения дефекта через датчик-электрод 2. Она характеризуется постоянным горением коронного разряда. Эта зона значительно стабильнее первой зоны.

Третья зона (t3...t4) - удаление дефекта от Датчика, аналогична первой зоне. В этой зоне также нестабильно горение коронного разряда.

При формировании сигнала дефекта, который регистрируется в счетчике б количества дефектов, необходимо учитывать времена нестабильности горения коронного разряда. Время нестабильного горения коронного разряда обратно пропорционально скорости движения провода 7. При высокой скорости дефект быстрее входит в зону датчика-электрода 2, уменьшая время нестабильного горения разряда. В связи с

этим для устранения ошибок при подсчете дефектов необходимо по первому импульсу коронного разряда формировать передний фронт этого импульса дефекта. Задний фронт этого импульса формируется с задер- жкой после последнего импульса коронного разряда на время

Тз

1Э +3(7

v где ta - время задержки;

э - среднестатический отрезок провода, который проходит через датчик-электрод с момента погасания до момента зажигания коронного разряда в зонах его нестабильного горения при подходе к датчику-электроду и выходу из него дефектного участка изоляции;

а - среднеквадратичное отклонение э от среднего значения;

v - скорость провода.

Величина э статистически меняется по нормальному закону распределения. Поэтому отрезок 1Э + 3 а- это максимальное значение отрезка провода, проходящего через датчик-электрод 2 с момента зажигания до момента погасания коронного разряда при подходе к датчику и выходу из него дефектного участка изоляции. Оно зависит от конструкции электрода-датчика 2, уровня напряжения на нем и т.п. и определяется экспериментально в каждом конкретном случае.

При зажигании коронного разряда импульсы с делителя напряжения, находяще- гося в источнике 1 высокого напряжения (см. фиг.1), поступают на вход формирователя 3 импульса дефекта с коронного разряда (фиг.2, эпюра г). В нем импульсы поступает на инвертирующий вход дифференциально- го усилителя 8 (фиг.З). На неинвертирующий вход подается опорное напряжение с источника 9 опорного напряжения (фиг.2, эпюра д). Опорное напряжение устанавливается порядка 0,7-0,9 напряжения, подаваемого при отсутствии дефекта в зоне датчика-электрода 2 на инвертирующий вход дифферен- циального усилителя 8 с источника 1 высокого напряжения, Верхнее значение этого диапазона выбрано с учетом помехе- защищенности прибора, нижнее значение с учетом точностных характеристик. Дифференциальный усилитель 8 усиливает эти импульсы относительно опорного напряжения и инвертирует их. С выхода дифференциаль- ного усилителя 8 положительные импульсы поступают в формирователь 10 переднего и заднего фронтов импульса дефекта, на управляющий вход которого поступают импульсы скорости с формирователя 4 импульсов скорости. Период следования этих импульсов равен прохождению через датчик- электрод 2 отрезка провода I. По первому положительному импульсу с входа дифференциального усилителя в формирователе 10 переднего и заднего фронтов импульса дефекта формируется передний фронт импульса дефекта. Задний фронт импульса дефекта формируется только через время t3 после последнего импульса коронного разряда.

Время t3 задается временем прихода m - количества импульсов скорости

т Тэ + 3 ff m I

Тз - -------

VV

Таким образом, задний фронт импульса дефекта формируется в том случае, если после окончания последнего импульса на выходе дифференциального усилителя 8 (коронного разряда) на управляющий вход формирователя 10 заднего и переднего фронта импульса дефекта пришло определенное количество импульсов скорости, количество которых m определяет время задержки. Сформированный импульс дефектов поступает на вход счетчика количества дефектов, где и регистрируется.

Схема формирователя 10 переднего и заднего фронтов импульса дефекта показана на фиг.4.

Рассмотрим работу этой схемы. На счетный вход 11 (четырнадцатый вывод ДД1) поступают импульсы скорости с формирователя 4 импульсов скорости с периодом следования, равным прохождению под датчиком скорости 0,5 мм провода. На выходе 12 (седьмой вывод ДД1) находится потенциал логической единицы, который по входу 13 (тринадцатый вывод ДД1) запрещает счет счетчика. На выходе 12 (ДД2.1) находится уровень логического нуля. Первым импульсом коронного разряда, приходящим с выхода дифференциального усилителя 8, происходит обнуление счетчика. Снимается запрещающий сигнал счета со входа 13. На выходе 12 (ДД2.1) формируется передний фронт импульса дефекта. Последующие импульсы коронного разряда по своему приходу обнуляют счетчик. Между этими импульсами счетчик ведет счет импульсов скорости. После последнего импульса коронного разряда по приходу третьего импульса скорости происходит запрещение счета счетчика по входу 13 и по выходу 12 (ДД2.1) формируется задний фронт импульса дефекта. Перемычкой 14 задается количество импульсов, по приходу которых происходит формирование заднего фронта импульса дефекта.

Формирование происходит после прихода третьего импульса скорости, Время задержки равно

3 0.5 3 v (мм/с) . .. . . .....................

В данном способе и устройстве погрешность при среднестатическом размере дефектов, составляющая в подсчете количества дефектов 300-400%, устранена, так как с одного дефекта формируется всег- да только один импульс.

Кроме трго, в данном способе и устройстве момент окончания импульса с дефекта формируется через точно определенное количество импульсов скорости, следующих после заднегб фронта последнего импульса коронного разряда. Так как длительность одного импульса скорости соответствует прохождению через датчик дефектов строго фиксированной элементарной длины провода I, величина которой остается неизменной при изменении скорости, то непроконтролированный участок провода, следующий за каждым дефектом равен пр-з Im, где m - заданное количество импульсов скорости, после которых формируется задний фронт импульса с дефекта. Это повышает точность контроля.

Ф о р м ула изобретения

1. Способ контроля дефектности изоляции провода, состоящий в подаче высокого напряжения на датчик-электрод, формиро- ваний импульсов дефектов с коронного разряда и их подсчете, отличающийся Темучта, с целью повышения точности контроля, передний фронт импульса дефекта формируется по первому импульсу коронно- гсГразряда, а задний фронт импульса формируется с задержкой после последнего импульса коронного разряда на время

0

5

0

5

0

5

0

ь.

где т.3 - время задержки;

Тэ - среднеквадратическое значение дЖМьГкбнтр бли руемого участка провода с мймё нТа п отасанйя до момента зажигания коронного разряда в зонах его нестабильности горения при подходе к датчику-электроду и выходу из него дефектного участка изоляции;

а - среднеквадратичное отклонение 1Э от среднего значения;

v-скорость движения контролируемого провода. .

2. Устройство для контроля дефектности изоляции провода, содержащее датчик- электрод, источник высокого напряжения, первый выход которого подключен к первому входу формирователя импульсов дефектов, выходом подключенного к входу счетчика количества дефектов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля, в него введен формирователь импульсов скорости и датчик скорости, причем второй выход источника высокого напряжения подсоединен к датчику-электроду, датчик скорости через формирователь скорости подключен к второму входу формирователя импульсов дефектов, при этом последний состоит из источника опорного напряжения, формирователя переднего и заднего фронтов и дифференциального усилителя, первый, второй входы и выход которого подключены соответственно к первому входу формирователя импульсов дефектов, к выходу источника опорного напряжения и к первому входу формирователя переднего и заднего фронтов, второй вход и выход которого являются соответственно вторым входом и выходом формирователя импульсов дефектов.

1

Использование: в области электротехники для неразрушающего контроля качества изоляции проводов, при их производстве и изготовлении из них намоточных изделий. Сущность изобретения: для увеличения точности контроля количества дефектов на изоляции контролируемого провода в способе контроля дефектоскопии изоляции проводов по первому импульсу коронного разряда формируется передний фронт импульса дефекта, задний фронт которого формируется с задержкой последнего импульса коронного разряда на время t3 Т3 + 3 o)/v, где Тз - время задержки, э - среднестатистический отрезок провода, который проходит через датчик-электрод с момента погасания до момента зажигания коронного разряда в зонах его нестабильного горения при подходе к датчику-электроду и выходу их него дефектного участка изоляции; сг-средне- квадратическое отклонение от среднего значения; v-скорость движения провода. В устройстве, с помощью которого реализуется способ, содержащем источник высокого напряжения, выход которого соединен с датчиком-электродом, второй выход источника высокого напряжения соединен со входом формирователя импульса дефекта с коронного разряда, выход которого соединен со счетчиком количества дефектов, датчик скорости соединен со входом формирователя импульсов скорости, выход которого соединен с управляющим входом формирователя импульса дефекта с коронного разряда, формирователь импульса дефекта с коронного разряда состоит из дифференциального усилителя, один выход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, второй вход дифференциального усилителя является входом формирователя импульса дефекта с коронного разряда, выход дифференциального усилителя соединен со входом формирователя переднего и заднего фронтов импульса дефекта, управляющий вход которого является управляющим входом формирователя импульса дефекта с коронного разряда, выход формирователя переднего и заднего фронтов импульса дефекта является выходом формирователя импульса дефекта с коронного разряда. 2 с.п. ф-лы. 4 ил. ел С vj S р |

Фиг.1

Фиг.З

Л

Импульсы Скорости