Устройство для измерения проводимости изоляции в рельсовой цепи Советский патент 1979 года по МПК B61L23/16 

Изобретение относится к рельсовому транспорту и может быть использовано для измерения с движущегося вагона проводимости изоляции отдельных шпал, заземлений сооружений на рельс и изолированных стяжек. Известно устройство для измерения электрического сопротивления балласта рельсовой цепи, размещенное в вагоне и содержащее приемные (измерительные) и вспомогательные катушки, генератор переменного тока и соединенные с ним индукторы для индуктивной здпитки рельсов, усилители и инд катор 1. При нарушении равенства магнитных связей индукторов, а также приемных катушек с рельсами в индикаторе известного устройства появляется аддитивная помеха, что снижает его чувствительность. Другой причиной, низкой чувствител ности известного устройства является косвенное влияние индукторов на измерительные катушки через замкнутые контуры в металлической массе вагона При наличии косвенного влияния действие вспомогательных катушек, предназначенных для подавления прямого .влияния индукторов на приемные катуш «и, оказывается неэффективным. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерегшя проводимости изоляции в рельсовой- цели, содержащее установленные на вагоне индукторы, источник напряжения смещения, генераторы контрольной и измерительной частоты, индуктивные датчики, один из которых связан со входом канала опорного напряжения и с общим входом измерительного и контрольного каналов, к которому через диод подключен другой индуктивный датчик, причем выходы каналов опорного напряжения и контрольного подключены к фазочувствительному выпрямителю, связанному с блоком суммирования напряжений 2 . Генератор измерительной частоты подключен к обоим рельсам, а генератор контрольной частоты - к одному рельсу через три контактные щетки. В устройстве осуществляется автоматическое регулирование баланса путем автоматического изменения сопротивления диода в цепи второго датчика. Недостатком известного устройства является то, что для запитки рельса контрольным током от генератора контрольной частоты применяется дополнительный элемент - третья контактная щетка, что усложняет конструкцию ус;тройства и приводит к появлению помех при нарушении контакта между тре тьей щеткой и рельсом. Кроме того, часть напряжения смеще ния попадает на выход фазочувствител ного выпрямителя (демодулятора), выз вая его паразитный разбаланс. От этого разбаланса на его выходе по является остаток контрольной частоты который, просачиваясь через фильтр нижних частот, поступает на первый вход фазочувствительного выпрямителя. Это вызывает появление погрешнос ти измерений, а также опасность самовозбуждения устройства на контроль ной частоте. Для повышения устойчивости приходится ограничивать усиление по замкнутому контуру регулирования, что снижает чувствительность и точность измерений. Целью изобретения является повышение чувствительности и точности из мерения. . Это достигается тем, что устройство снабжено дифференциальным транс форматором, входом подключенным к ге нератору измерительной частоты, а вы ходом - к последовательно соединенны индукторам, средний отвод дифференци ального трансформатора и смежные выводы индуктора подключены к генератору контрольной частоты, а блок сум мирования напряжений выполнен в виде моста, одна диагональ которого подключена к выходу фазочувствительного выпрямителя, другая диагональ - к ис точнику напряжения смещения, а одно плечо моста подключено к диоду в цеп индуктивного датчика. На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - схема контура рельсы-к лесные пары с наведенными в контуре продольными ЭДС и путями измерите ного и контрольного токов. Устройство устанавливается в вагоне. Отрезки рельсов 1 и 2 с колесными парами 3 и 4 вагона образуют за кнутый контур. К тележкам вагона подвешены две пары индукторов 5-8, индуктивно связанных с рельсами. Индукторы через дифференциальный трансформатор 9 питаются от генераторов 10, 11 измерительной и контрольной частоты. Генераторы- 10 и 11 включены в раз ные диагонали моста, образуемого диф ференциальным трансформатором 9 и индукторами 5-8, и не влияют друг на друга. . Над рельсом 1 на одинаковой высоте по середине вагона подвешены индуктивные датчики 12 и 13; расстояние между датчиками равно расстоянию между осями соседних шпал. Последовательного датчиком 12 вклю чены компенсирующий конденсатор 14 и резистор 15 начальной балансировки, а с датчиком 13 - компенсирующий конденсатор 16, регулируемый диод 17 и резистор 18 термостабилизации. Датчик 12 связан со входом усилителя 19, являющимся общим входом измерительного и контрольного каналов, к которому через диод 17 подключен датчик 13. Измерительный канал состоит из полосового фильтра 20 на измерительную частоту и индикатора 21, проградуированного в сименсах. Контрольный канал, который входит в замкнутый контур автоматической регулировки баланса состоит из полосового фильтра 22 на контрольную частоту, индикатора. 23 контрольной частоты и усилителя 24. Выход контрольного канала подключен к первому входу фазочувствительного выпрямителя 25, к выходу которого последовательно подключены сглаживающий конденсатор 26, 27, блок 28 суммирования напряжений и фильтр 29 нижних частот, нагруженный на регулируемый диод 17. Блок 28 выполнен в виде резисторного моста, к первой диагонали которого через ключ 27 подключен выход фазочувствительного выпрямителя 25, а ко второй - вьгход источника 30 напряжения смещения. Фильтр 29 совместно с конденсато-. ром 26 подавляют продукты демодуляции на выходе выпрямителя 25. К индуктивному датчику 12 подключен вход канала опорного напряжения, который состоит из усилителя 31 с высокоомным входом, полосового фильтра 32 на контрольную частоту и фазовращателя 33. Выход канала опорного напряжения подключен на второй вход фазо увствительного выпрямителя 25. При помощи фазовращателя 33 устанавливается сдвиг фаз между напряжениями на обоих входах выпрямителя 25, равный примерно О или 180. Аналогичный приемник предусмотрен для рельса 2. Для уменьшения вредного влияния индукторов на индуктивные датчики те и другие выполнены по дифференциальным схемам, а оси индукторов перпендикулярны осям датчиков. Устройство работает следующим образом. Ток измерительной частоты от .генератора 10, протекая по обмоткам индукторов 5-8, включенных последовательно для измерительного тока, наводит в рельсах продольные ЭДС. Ej - Ед (фиг. 2). Если коэффициенты связи индукторов с рельсами одинаковы, алгебраическая сумма ЭДС Ejp - Е по контуру рельсы-колесные пары равна нулю и при исправной изоляции рельс-земля или рельс-рельс в пределах контура (проводимостьlG - 0) измерительный ток в контуре равен нулю. Э Если в области контура, заключенной между индуктивными датчиками, например в шпале, проводимость изоляции С„ 0, то под обоими датчиками протекают токи во встречном направлении, а через проводимость G полный ток D Так как индуктивные датчики 12, 1 соединены между собой встречно-параллельно, то наведенные в них измерительные тока складываются и через уси литель 19 и фильтр 20 (фиг. 1) поступают на индикатор 21, который регистрирует измеряемую проводимость изоляции G Если коэффициенты связи индукторо с рельсами не равны, в контуре рел сы-колесные пары появляется измерительный ток и при Gp О . Если при этом не равны коэффициенты связи дат чиков с рельсом, на выходе измерител ного канала появляется аддитивная погрешность (погрешность нуля). Для уменьшения аддитивной погрешности в устройстве реализуется автом тическое регулирование баланса на контрольной частоте.. Ток контрольной частоты от генера тора 11 разветвляется от средней точ ки трансформатора 9 и в парах индук торов 5, 7 и б, 8 течет в разные сто роны. От этого тока в рельсах наводятся продольные ЭДС - Е4р направленные согласно в контуре рельсы-колесные пары , в результа те чего в нем возникает контрольный ток Зр, . Поскольку проводимость по контуру рельсы-колесные пары много больше измеряемой проводимости G, ток Зр практически не зависит от G,, и по току Эри может осуществляться автоматическое регулирование баланса. Если коэффициенты связи индуктивных датчиков с рельсом равны, в них наводятся одинаковые по величине и направлению ЭДС от контрольного тока Зр (фиг. 2) . Поскольку датчики включены между собой встречно, напряжение контрольного тока на входе усилителя 19 равно нулю и на выходе фазочувствительного выпрямителя управляющее напряжение дЦц, 0 . При этом к диоду 17 приложено только напряжение смещения от источника 30. Если, например, вследствие неравенства коэффициентов связи датчиков с рельсом в датчике 12 наводится .меньшая ЭДС, чем в датчике 13, то на входе контрольного канала (на входе усилителя 19) появляется результирующее напряжение контрольной частоты. Это напряжение через фильтр 22 и усилитель 24 посту пает на первый вход фазочувствительного выпрямителя 25, на второй вход которого постоянно поступает опорное .напряжение той же контрольной частоты. 40 В результате на выходе выпрямителя 25 появляется выпрямленное напряжение определенной полярности, для рассматриваемого примера приложенное в запирающем направлении к управляемому диоду 17, Вследствие этого сопротивление в цепи датчика 13 увеличивается и напряжение разбаланса по контрольной частоте на входе усилителя 19 уменьшается. Поскольку датчики 12 и 13 общие для контрольного и измерительного токов, уменьшается напряжение разбаланса и по измерительной частоте, в результате аддитивная погрешность измерения проводимости изоляции уменьшается. Процесс будет продолжаться до уменьшения :разбаланса в (1+Р ) раз, где jK статический коэффициент преобразования (усиления) по контуру замкнутой статической системы регулирования. Если меньшая ЭДС наводится в датчике 13, напряжение контрольной частоты на первом входе выпрямителя 25 изменяется по фазе по сравнению с предыдущим примером на 180° и полярность напряжения ДИц, изменяется на обратную. Вследствие этого сопротивление диода 17 и всей цепи датчика 13 уменьшается. Для увеличения глубины регулирования необходимо уменьшать реактивные сопротивления в цепях индуктивных датчиков . С этой целью датчики с компенсирующими конденсаторами 14 и 16 настраиваются в резонанс на частоту, равную среднему геометрическому измерительной и контрольной частот, близких по величине ДРУг к другу. Применение в устройстве -дифференциального трансформатора 9 позволяет использовать одни и те же индукторы для запитки рельсов токами разных направлений и частот. При этом уменьшается влияние Индукторов на индуктивные датчики. Это объясняется тем, что при движении вагона нарушается симметрия индукторов относительно индуктивных датчиков, достигнутая, в стационарных условиях. Поскольку индукторы общие для обеих частот, возникшие помехи на этих частотах одинаковы по величине и направлению. Система регулирования как следящая система, реагируя на помеху . на контрольной частоте, подавляет как ее, так и помеху на измерительной частоте. Повышение помехозащищенности устройства позволяет повысить чувствительность и точность измерений. Благодаря выполнению блока суммирования напряжений в виде моста устраняется влияние фазочувствительного .выпрямителя и источника напряжения смещения, включенных в разные диаговали моста, друг на друга. Поскольку напряжение смещения не проникает на выход фаэочувствительHoio выпрямителя, вредного разбаланса его не происходит и остаток контрольной частоты на его выходе не порвляется. Благодаря этому можно повысить ко эффициент усиления устройства по зам нутому контуру, повысив тем самым его точность и чувствительность, не опасаясь самовозбуждения по контроль ной частоте. Формула изобретения 1. Устройство для измерения проводимости изоляции в рельсовой цепи, содержащее установленные на вагоне индукторы, источник напряжения смещения, генераторы измерительной и контрольной частоты, индуктивные датчики, один из которых связан со входом канала опорного напряжения и с общим входом измерительного и контрольного каналов, к которому через диод подключен другой индуктивный датчик, при чем выходы каналоз опорного напряже20ния и контрольного подключены к фазочувствительному выпрямителю, связанному с блоком суммирования напряжений, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерения, оно снабжено дифференциальным трансформатором, входэм подключенным к генератору измерительной частоты, а выходом - к последовательно соединенн 1м индукторам, при этом средний отвод дифференциального трансформатора и смежные выводы индукторов подключены к генератору контрольной частоты. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок суммирования напряжений выполнен в виде моста, одна диагональ которого подключена к выходу фазочувствительного выпрямителя, другая диагональ - к источнику напряжения смещения, а одно плечо моста подключено к Диоду в цепи индуктивного датчика. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 352813, кл. В 61 23/16, 1968. 2.Авторское свидетельство СССР № 479053, кл. 01 27/00, 1973.

А U и,.

ff, Zpt,

iPH JPX