УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ Советский патент 2006 года по МПК G01R31/02 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к устройствам контроля сопротивления изоляции сложных объектов. Оно может быть использовано в составе контрольно-проверочной аппаратуры ракетно-космических комплексов и автоматических межпланетных станций при их испытаниях на заводе-изготовителе и на космодроме при подготовке к полету.

Данное устройство предназначено для контроля сопротивления изоляции шин питания космического аппарата относительно корпуса под напряжением во время отработки программы, имитирующей его работу в реальных космических условиях. Высокие требования по надежности, предъявляемые к аппаратуре космической техники, требуют высокой достоверности контрольных операций при увеличении скорости их проведения путем повышения быстродействия устройств контроля и автоматизации.

Известны устройства для контроля сопротивления изоляции под напряжением. Примером таких устройств может служить "Схема измерения сопротивления относительно Земли сильноточной схемы, не соединенной с Землей" (патент ФРГ №2542811, кл. G 01 R 27/18, опубл. 11.11.1976).

В данном устройстве измерительный контур включен между контролируемой шиной и корпусом и содержит генератор переменного напряжения, измерительный резистор и звено связи.

Известно также "Устройство для измерения сопротивления изоляции электрических цепей". В этом устройстве измерение сопротивления изоляции производится с помощью моста переменного тока. Конденсатор, установленный между контролируемой шиной питания и корпусом, и последовательно соединенные дроссель и конденсатор измерительной схемы образуют колебательный контур. При измерении сопротивления изоляции сначала происходит компенсация влияния емкости сети относительно корпуса. При этом на управляющий вход дросселя подается сигнал. Дроссель изменяет свои параметры до появления резонанса в колебательном контуре. Проводимость контура становится равной нулю. Затем сигнал с измерительной диагонали моста поступает через блок управления на управляющий вход регулируемого регистра, который изменяет свои параметры до момента уравновешивания моста. Оба вышеописанных устройства обладают достаточным быстродействием, но недостатком этих устройств является наличие помех в цепях потребителей. Причиной указанного недостатка является наличие генератора переменного напряжения в измерительных контурах устройств.

Задача, поставленная перед изобретением, может быть решена с помощью мостовой схемы. Примером такого устройства может служить "Устройство для измерения сопротивления изоляции сетей постоянного тока".

В данном устройстве сопротивления изоляции каждого полюса сети и компенсационный резистор образуют мост постоянного тока. Измерение производится в два этапа. На первом этапе в диагональ моста между корпусом и средней точкой компенсационного резистора включают измерительное устройство. Так как измеритель напряжения имеет большое входное сопротивление, то перезаряд конденсаторов, подключенных между корпусом контролируемого устройства и шинами питания, практически отсутствует. Происходит выравнивание потенциалов между корпусом и средней точкой компенсационного резистора путем изменения его плеч. На втором этапе в диагональ моста подключают измерительную цепь, состоящую из источника оперативного постоянного тока, измерительного резистора и индикатора. Перезаряд конденсаторов происходит через измерительную цепь. Индикатор в цикле измерения снимает с измерительного резистора напряжение, пропорциональное эквивалентному сопротивлению изоляции.

Недостатком этого устройства является низкое быстродействие. Указанный недостаток обусловлен тем, что подключение цепи компенсации можно производить только после окончания перезаряда конденсаторов, вызванного изменением сопротивления изоляции любого полюса сети относительно корпуса, например при подключении нового потребителя. Кроме этого, замер сопротивления изоляции нельзя производить до окончания перезаряда конденсаторов, вызванного подключением оперативного источника тока.

Прототипом данного изобретения является "Устройство для контроля сопротивления изоляции". Принципиальная схема этого устройства приведена на фиг.1. Устройство состоит из транзисторов 1, 2, соединенных эмиттерами с корпусом. Базы транзисторов связаны с коммутатором 3, выполненным, например, в виде генератора прямоугольных импульсов, и с общей точкой соответствующей пары последовательно соединенных резисторов 4, 5 и 6, 7, подключенными другими выводами к шинам питания, а коллекторы связаны с соответствующими шинами питания через выходные резисторы 8, 9. К выходным резисторам 8, 9 подключены регистрирующие устройства 10, 10 выполненные, например, в виде триггера Шмидта.

На фиг.1 изображены также источник питания 12 и элементы, входящие в состав объекта 13:

- сопротивление нагрузки R_H;

- конденсаторы C1, C2;

- сопротивления изоляции шин питания относительно корпуса R_из ⁺, R_из ^-.

Устройство работает следующим образом. Коммутатор 3 контролируемых шин управляет схемой делителей напряжения 4, 5 и 6, 7, поочередно подключая их к транзисторам 1, 2 чувствительных элементов. После подключения соответствующего делителя к базе транзистора чувствительного элемента происходит перезаряд конденсаторов, установленных между шинами питания и корпусом, и контроль сопротивления изоляции положительной или отрицательной шины питания относительно корпуса. Сигнал с выходных резисторов 8, 9 чувствительных элементов поступает на регистрирующие устройства 10, 11, которые срабатывают при подключении делителей и отпускают, если сопротивление изоляции больше допустимой. При величине сопротивления изоляции меньше допустимой регистрирующие устройства 10, 11 не отпускают и сигнализируют о пониженном сопротивлении изоляции соответствующей шины. Коммутатор контролируемых шин является генератором с фиксированной частотой опроса, которая выбрана с учетом максимального времени перезаряда конденсаторов, включенных между шинами питания и корпусом. Емкость этих конденсаторов является величиной переменной, изменяющейся в процессе испытаний объекта от минимальной до максимальной.

Недостатком известного устройства является (см. фиг.2):

- частота опроса шин выбрана низкой в расчете на время перезаряда максимальной емкости конденсаторов, включенных между шинами питания и корпусом.

При емкостях конденсаторов меньших максимальной процесс перезаряда и измерения R_из соответствующей шины происходит быстрее, и, следовательно, частота опроса может быть повышена;

- в каждом такте опроса шины с R_из≫R_доп время измерения гораздо меньше времени такта, задаваемого коммутатором, а следовательно, частота опроса также может быть повышена.

Указанные недостатки обусловлены наличием коммутатора с фиксированной частотой опроса шин, рассчитанной на величину максимальной емкости конденсаторов, включенных между шинами и корпусом.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков и повышение достоверности контроля за счет увеличения частоты опроса шин при одновременном упрощении конструкции.

Указанная цель достигается тем, что предлагается устройство, в котором в отличие от известного, содержащего регистрирующие устройства и чувствительные элементы, выполненные в виде двух транзисторов, эмиттеры которых соединены с корпусом, базы соединены с общей точкой соответствующей пары последовательно соединенных резисторов, подключенных другими выводами к шинам питания, а коллекторы подключены к входам регистрирующих устройств и через выходные резисторы соединены с шинами питания, согласно изобретению выход каждого регистрирующего устройства, подключенного к соответствующему транзистору, соединен с базой другого транзистора.

Благодаря указанным отличиям, из устройства исключается коммутатор, а измерительная схема преобразуется в схему генератора, вследствие введения обратных связей с выходов регистрирующих устройств на базы транзисторов чувствительных элементов. Частота переключений этого генератора не является величиной фиксированной, а автоматически отслеживает величину R_из и изменяющуюся величину емкости конденсаторов, включенных между шинами питания и корпусом.

Сущность изобретения поясняется принципиальной схемой устройства для контроля сопротивления изоляции, приведенной на фиг.3. На фиг.4 приведена временная диаграмма работы этого устройства.

Устройство содержит два транзистора 1, 2, соединенных эмиттерами с корпусом. Коллекторы транзисторов 1, 2 соединены с соответствующими шинами питания через выходные резисторы 3, 4. К выходным резисторам подключены регистрирующие устройства 5, 6, выполненные, например, в виде триггера Шмидта.

Базы транзисторов 1, 2 соединены с выходами регистрирующих устройств 5, 6 и с общей точкой соответствующей пары последовательно соединенных резисторов 7, 8 и 9, 10, подключенных другими выводами к шинам питания.

На фиг.3 изображены также источник питания 11 и элементы, входящие в состав объекта 12:

- сопротивление нагрузки R_Н;

- конденсаторы C1, C2;

- сопротивления изоляции шин питания относительно корпуса R_из ⁺, R_из ^-.

Исходное состояние схемы перед контролем сопротивления изоляции шины "+": шина "+" подключена регистрирующим устройством 6 к общей точке резисторов 9, 10, общая точка резисторов 7, 8 от шины "-" отключена, в результате чего резистор 10 делителя напряжения, состоящего из резисторов 9, 10, оказывается зашунтированным, транзистор 2 закрыт, к базе транзистора 1 приложен потенциал делителя напряжения, состоящего из резисторов 7, 8. Резисторы 7, 8 делят напряжение питания в отношении:

Величина коэффициента n определяется точностью контроля.

Конденсаторы C1, C2, включенные между корпусом и шинами питания, заряжены до напряжений, которые находятся в соотношении:

Переключение схемы измерения происходит при отпускании регистрирующего устройства 6. Шина "+" отключается от общей точки резисторов 9, 10, к базе транзистора 2 прикладывается потенциал делителя напряжения, состоящего из резисторов 9, 10, которые делят напряжение питания в соотношении:

Транзистор 2 входит в режим насыщения. Через переход эмиттер - база транзистора 2, резистор 9 и частично через выходной резистор 4 происходит перезаряд конденсаторов С1, C2 до напряжений, определяемых соотношением:

Так как транзистор 2 насыщен в первый момент после переключения, напряжение U_C2 приложено к выходному резистору 4 и вызывает срабатывание регистрирующего устройства 5, подключенного к выходному резистору 4. При срабатывании регистрирующего устройства 5 шина "-" подключается к общей точке резисторов 7, 8, резистор 6 оказывается зашунтированным. Транзистор T1 закрывается. По мере разряда конденсаторов C1 и C2 напряжение на входе регистрирующего устройства 5 экспоненциально уменьшается (см. фиг.4).

После окончания перезаряда конденсаторов транзистор 2 выходит из режима насыщения, и сопротивление его перехода эмиттер-коллектор изменяется таким образом, что образуется делитель, одно плечо которого состоит из сопротивления выходного резистора 4 (R_вых) и сопротивления транзистора (R_Т2), а другое - из сопротивления изоляции шины "+" относительно корпуса (R_из ⁺). Плечи этого делителя делят напряжение питания в отношении:

Если сопротивление изоляции шины "+" меньше допустимой величины, то напряжение на выходном резисторе 4 не достигает напряжения отпускания регистрирующего устройства 5, переключение измерительной схемы не происходит, опрос шин прекращается, и устройство сигнализирует о пониженном сопротивлении изоляции. Если сопротивление изоляции шины "+" больше допустимого значения, то напряжение на выходном резисторе 4 достигает напряжения отпускания регистрирующего устройства 5 после окончания перезаряда конденсаторов, что свидетельствует о величине сопротивления изоляции выше допустимой.

При отпускании регистрирующего устройства 5 его выходным каскадом шина "-" отключается от общей точки резисторов 7, 8, и происходит переключение измерительной схемы. Контроль сопротивления изоляции шины "-" происходит аналогично.

Преимущество данного устройства заключается в повышении достоверности контроля сопротивления изоляции за счет увеличения частоты опроса контролируемых шин, что расширяет область его применения, повышает качество и надежность контроля космических объектов в процессе их комплексных испытаний на заводе-изготовителе и космодроме и значительно снижает вероятность отказов систем объекта.

Испытания показали, что применение данного устройства позволит уменьшить время опроса контролируемой шины в среднем в 5 раз благодаря исключению из устройства коммутатора, вес и габариты устройства уменьшаются примерно на 10%.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники. Технический результат заключается в повышении достоверности контроля при одновременном упрощении устройства. Для этого устройство содержит регистрирующие блоки, чувствительные элементы, выполненные на двух транзисторах, корпус, резисторы, шины питания, при этом выход каждого регистрирующего блока, подключенного к соответствующему транзистору, соединен с базой другого транзистора. 4 ил.

Устройство для контроля сопротивления изоляции шин питания космических объектов относительно корпуса, содержащее регистрирующие блоки и чувствительные элементы, выполненные на двух транзисторах, эмиттеры которых соединены с корпусом, базы - с общей точкой соответствующей пары последовательно соединенных резисторов, подключенных другими выводами к шинам питания, а коллекторы подключены к входам регистрирующих блоков и через выходные резисторы - к шинам питания, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности контроля при одновременном упрощении устройства, выход каждого регистрирующего блока, подключенного к соответствующему транзистору, соединен с базой другого транзистора.