Устройство для контроля сопротив-лЕНия изОляции элЕКТРичЕСКиХ цЕпЕй Советский патент 1981 года по МПК G01R31/02 G01R27/02 

I

Изобретение относится к контроль но-испытательной технике и может быть ислользовано в системах автоматического контроля качества изоляции между разобщенными цепями как при эксплуатации испытательных и управляющих комплексов , так и при изготовлении сложномонтажных приборов и кабельных стволов.

Известно устройство для контроля сопротивления изоляции, которое содержит мостовую измерительную схему, в измерительное плечо измерительной ветви которой включен коммутатор цепей объекта контроля, шунтируемый образцовым резистором с помощью контактов пускового реле, и в смежном плече сравнительной ветви мостовой измерительной схемы токорегулирующий злемент с запоминающие конденсатором на входе, в измерительную диагональ мостовой измерительной схемы включен нуль-орган, пусковое репе, блок фиксации результатов-,

Использование быстрого динамического процесса периодической самонастройки мортовой измерительной схемы обеспечивает этому устройству высокую .точность контроля to .

Однако быстродействие известного устройства ограничено при проверке цепей с больщими величинами между проводными емкостями.

Наиболее близк по технической сущности является устройство для допускового контроля сопротивлений, содержащее источник питания, подключенный к диагонали питания моетовой измерительной схемы, состоящей из первой и второй сравнительных ветвей, к средним точкам которых подключены соответственно первые входы первого и второго компараторов, вторые входы которых, соединенные вместе, подключены к средней точке измерительной ветви, в одно плечо которой включен образцовый резистор, а в другое подключен с помощью контактных элементов проверяемый, резистор, а выходы компараторов подключены через инверторы соответственно к элементам сигнализатщи выше и негоден, -а также к входам элемента И, выход которого подключен ко входу элемента сигйализации ггден 2. Однако это . устройство обладает низкой достоверностью контроля при проверках резисторов, имеющих большую паразитную емкость и большое вре проверки. Цель изобретения - уменьшение вр мени и повьшёние достоверности конт роля . Эта цель достигается тем, что в устройство для контроля сопротивления изоляции электрических цепей, содержащее источник питания, подклю ченный к диагонали питания мостовой измерительной схемы, состоящей из первой и- второй сравнительных ветвей, к средним точкам кЪторых подключены cooTBeTCTBeHrio первые и вторые входы первого и второго компараторов, вторые входы которых подключены К| средней точке измерительной ветви, в одно плечо которой вкл чен образцовый резистор, введены первый и второй ключи, конденсатор, дополнительный резистор, блок сравнения импульсных последовательносте блок времедных уставок, блок управления и коммутатор, причём с одним из полюсов источника питания через первый и второй ключи соединен второй полюс источника питания,-один вывод дополнительного резистора сое динен с соответствующими вьшодами ключей, а егс второй вьтод соединен соответствующими входами компараторов, точка измерительной ветви соединена с первым выходом коммутатора и первым выводом конденсатора, второй вывод которого и второй выход коммутатора соединен со вторым по.тосом источника питания а выход первого компаратора соедине с управляющие входом первого ключа и первыми входами блоков сравнения ИМПУЛЬСНЫХ)последовательностей и вр менных уставок, вторые входы которы соеди| ены с управляющим входом второго ключа и выходом второго компар тора, а первые и вторые выходы блоков сравнения импульсных последовательностей и временных уставок со динены соответственно с первыми вт 94 рым входами блока управления первый выход которого подключен к управляощему входу блока сравнения импульсньж последовательностей, а второй к управляющему входу коммутатора. Кроме того, блок сравнения импульсных последовательностей состоит из трех триггеров и двух ключей, причем первый вход блока соединен с единичным входом первого триггера и первым входом первого ключа, второй вход которого соединен с первьм выходом первого триггера, а выход первого ключа соединен-с единичным входом второго триггера, выход которого соединен с первым выходом блока сравнения импульсных последовательностей,второй вход которого с.оединен с нулевым входом первого триггера и первым входом второго ключа, второй вход которого соединен со вторым выходом первого триггера, а выход - с единичньм входом третьего триггера, выход которого соединен со вторым выходом блока, управляющий вход которого - с нулевыми входами триггеров. Причем блок временных уставок состоит из двух ключей, цифрового компаратора,, двух счетчиков и генератора импульсов, причем выход генератора импульсов соединен с входами первого и второго ключей, входы каждогоИЗ которых, соединенные соответственно с первыми входами первого и второго счетчиков, подключе ны соответственно к инверсному и единичному выходам цифрового компаратора, единичный вход которого соединен с первым входом этого блока, а нулевой - со вторым входом блока, а выход первого ключа соединен со вторым входом первого счетчика, выход которого - с первым выходом блока, второй выход которого соединен с выходом второго счетчика, второй вход которого - с выходом второго ключа. На чертеже приведена структурная схема устройства дпя контроля сопро тивлеадя изоляции электрических цепей.. Оио состоит из мостовой измерительной схемы 1, резисто.ров 2-5 двух сравнительных ветвей, образцового резистора 6 измерительной ветви, конденсатора 7, дополнительного резистора 8,- компараторов 9 и 10, коммутатора 11, сопротивления объекта контроля 12,ключей 13 и 14, источника 15 питания, блока 16 сравнени импульсных последовательностей,блока 17 временных уставок, блока 18 управления, шины 19 сложения, шины 20 вычитания. Блок 16 сравнения импульсных пос довательностей состоит из триггеров 21-23, ключей 24 и 25. Блок временных уставок состоит из цифрового компаратора 26, ключей 27 и 28, сче чиков 29 и 30, генератора 31 импульсов, шины 32 Норма и шины 33 , Брак. Потенциалы средних точек сравнительных ветвей мострвой измерительной схемы , и пй определяю соответственно нижний и верхний пределы отбраковки проверяемьос цепей по величине сопротивления изоляции, величины резисторор. в пле чах сравнительных и измерительных ветвей должны быть выбраны из условия а V 2 ь ft при этом потенциалы средних ветвей мостовой схемы связаны следующим соотношением, Ф р чр ПН Х ПЬ Пороги срабатывания компараторов 9 и 10 определяются следующими условиямии пц 7 х компаратора 9, (2) 74 для компаратора ГО (3 Выполнение условий (2) и (З) исключает одновременное срабатывание компараторов. Ве-гшчина образцового резистора 6 равна средней величине допустимого сопротивления изо-пяции RQ . Величина дополнительного резистора 8 выби рается из условия обеспечения быстрого заряда - разряда конденсатора 7 с учетом инерционных характеристик ком параторов 9 и 10 и ключей 13 и 14, а также ширины межпороговой зоны, которая не должна превышать допуска по точности контроля сопротивления изоляции. Устройсто работает следуюиио образом. До подключения контролируемой цепи в плечо измерительной диагонали конденсатор 7.периодически заряжается через образцовый, резистор 6, а при достижении на нем величины заряда ) разряжается через ключ 14 и резистор 8, таким образом на конденсаторе 8 постоянно икается напряжение г t Подключение коммутатором 11- цепи с сопротивлением У вызывает возрастание контролируемого потенциала Фу за счет подзаряда коиденсатооа 7 от источника через образцовый резистор 6. Возникающий при этом разбаланс моста на уровне Ф. верхнего порога характеризуется соотношением потенциалов % И фиксируется -компаратором. 10, сра ба тьшание которого -обеспечивает замыкание ключа 14. При подключении коммутатором 11 цепи с сопротивления R R, пере ходной процесс понижает потенциал vp за счет разряда конденсатора 7 через сопротивление R,. Возникающий при -этом разбаланс моста на уровне нижнего порога характеризуется соотношением потенциалов и фиксируется компаратором 9, сраба тывание ко ,jpcro обеспечивает замыкание ключа 13. При разбалансе по условию (2-) замыкание ключа 14 образуетконтур разряда конденсатора 7 через резиЬтор 8, ключ 14 и минус источника пи.тания. При разбалансе По условию (З) замыкание ключа 13 образует цепь форбированнрго заряда конденсатора 7: плюс источника - ключ 13 - резистор 8. Каждый из этих процессов обеспе.чивает изменение контролируемого потенциала Ф в сторону межпороговой зоны.При восстановлений соотношений условия О) форсированный перезаряд конденсатора 7 прекращается автома ткчески за счет разомкнутого состояния обоих ключей 13 и 14. Состояния компаратороа, 9 и 10 определяют логические уровни в шинах 19 сложения и 20 вычитания. При балансе по условию ( они одинаковы, например О. Разбаланс по уелоВИЮ (21 с последующим форсированным возвратом в режим (1,) вызьшает перепады логических уровней только в шине 20 вычитания (формируется импульс на вычитание). Разбаланс по условию (3) с последующим восстановлением -исходного режима i(l) вызывает аналогичные перепады. но только в шине 20 сложения (формируется импульс на сложение). Перепады каждой шины поступают на входы блока 16 сравнения импульс ных последовательностей, условцем н мальной работы которой является вре менной сдвиг между сравниваемыми последовательностями, что обеспечи вается автоматически из-за невозможности одновременного срабатывания компараторов 9 и 10. Триггеры 21-23 блока сравнения импульсных последовательностей реаг руют на входные импульсы в момент восстановления (захвата режима ба ланса моста, что в данном случае соответствует перепадам логических уровней 1 - О в одной из шин, 19 или 20. При равенстве сравниваемых после довательностей их импульсы должны поступать по одйому попеременно по каждой шине 19 и 20, чем вызьгоают непрерывный пульсирующий процесс записи 1 в триггер 21 от очередного импульса на сложение и списывание ее от очередногоимпульса на вычитание. При этом, ключи 24 и 25 попеременно блокируются сигналами с выходов тригтера 21 синхронно в те моменты, когда на входы этих клю чей поступают очередные импульсы с шин 20 или 19, благодаря чему триггеры 22 и 23 остаются в исходном по ложении. Для гарантированного срабатывани триггера 23 необходимо наличие двух (п-2) последовательных импульсов только по шине 19 сложения. Первый из них записьюает 1 в триггер 21 и подготавливает ключ 25 к приему второго импульса на сложение, который перебрасывает триггер 23, чем обеспечивает подачу сигнала на шину 33 Брак и в блок 18 управления. Аналогично появление двух (п-2) импульсов только п6 шине 20 вычитания вызовет гарантированное срабатьюание триггера 22 через ключ 24 и выд чусигнала на шину 32 Норма и в блок 18 управления. Выдачу сигнала на шину 32 можно обеспечить и от од ного (h-l) импульса на вычитание только по шине 20, если пдедварительно записать О в триггере 21 в качестве его исходного состояния, что Ипредусмотрено в устройстве при формировании команды Сброс с хода блока 18 управления. По этой ж команде устанавливаются в исходное состояние триггеры 22 и 23. о Работа блока 16 сравнения.импульсных последовательностей, во все триггеры 21-23 которого исходно записаны О совместно с предварительно сбалансированной по условию (1) мостовой схемой 1, происходит следующим образом. а)Подключение RX, Р Ср,др О, вариант, характерный для малоемкостных объектов) вызьшает (выше уже описанный) цикл перезаряда конденсатора 7 на уровне Ч .л верхнего порога и формированив в шине 20 импульса (О - .1 - О) на вычитание. Последний (только в момент восстановления баланса моста) подтвер ждает состояние О триггера 21 и через подготовленный ключ 25 перебрасьшает триггер 23 в 1, фиксируя этим нормальное состояние контролируем0го параметра RX на шине 32 Норма блока 18 управления. б)Подключение R R, при потребует последовательрюго осуществления двух циклов перезаряда конденсатора 7 на уровне Ф НРСЖнего порога и формирс ания соответственно двух последовательных импульсов на сложение в шине 19. Первый из этих импульсов записывает 1 в триггере 21 и подготавливает ключ 25, а второй (в момент вторичного восстановления баланса моста) подтверждает 1 в триггере 21 и через подготовленный ключ 25 перебрасьшает триггер 23 в 1, фиксируя этим факт заниженного значения контролируемого параметра Ry на шине 33 Брак и на входе блока 18 управления. При контроле цепей, характеризуемых наличием значительной по величине паразитной емкости С 77 О, первый цикл переходных процессов мостл происходи независимо от конкретного значения сопротивления R изоляции всегда одинаково. За счет шунтирующего действия незаряженной емкости С , подключаемой через контакты коммутатора 11, в плечо моста параллельно заряженному конденсатору 7 с емкостью С происходит резкая подсадка контролируемого потенциала 4 и разбаланс моста по условию (3). Восстановление баланса моста происходит, как и прежде, за счет форсированного заряда теперь уже суммарной емкости Cj + ,p|Uo межпорогового уровня. В результате этого цикла, обеспечивающего по сути заряд емкости и перезаряд конденсатора 7, формирует ся импульс на сложение в шине 19, записьшающий 1 в триггер 21. Контроль собственно сопротивления R изоляции начинается только с этого момента и на его результат ложно-и1унтиру ю1цее влияние паразитной емкости С,о,р. уже ис. ключено. При подключении цепи с RX ь и Cnoip. О происходит повторный цикл перезаряда суммарной емкости С + пар уровне нижнего порога и формирование второго импульса на сложение, который подтверждает 1 в триггере. 21 и через ключ 24 записывает I в триггере 22,- фиксируя этим на шине 32 Брак и входе блока 18 управления факт заниженного значения контро лируемого параметра. В ином варианте работы при значеНИИ R 7 RQзapяжeннaя в первом цикле с ммарная С + °Д вергается двум последовательным циклам перезаряда, но, уже на уровне Рр.„ верхнего порога. В результате в шине 20 появляются два последовательных импульса на вычитание. Первый из них записывает О в триггер 21, чем заблокирует ключ 24 и подготовит ключ 25, а второй - через ключ 25 записывает 1 в триггер 23, фиксируя этим на шине Норма и входе блока 18 управления сигнал о нормальном состоянии контролируемой цепи.. Во всех перечисленных режимах рабо ты устройства-формирование результиру ющих сигналов контроля,достоверно независящих от влияния паразитной емкос С , происходит в момент восстанов- ления (захвата) режима баланса моста. В процессе удерживания этого .состоя ния блок 18 управления сравнивает сиг нал результата контроля на шинах Нор

ма и Брак определяет программу дальнейшей работы повторение, поиск неисправности, продолжение испытания и т.п. формируя при это команду на переключение коммутатора 11 и команду Сброс для записи О в триггеры 21-23. С этого момента начинается контроль очередной цепи. Если значениесопротивления изоляции .контролируемой цепи R равно величине образцового резистора с 8

таниях цепей объекта контроля вероятность его появления мала.

В случае RX О, логический уровень на шине 19 изменяется, чем изменяет состояние цифрового компаратора 26. Выходы последнего блокируют ключ 28 с одновременным сбросом показаний счетчика 30 и открывают ключ 27, через который импульсы генератора 30 начинают заполнять счетч(ик 29. При достаточно длительном 9 10 () с учетом допуска контроля, определяемого шириной межпороговой зоны, то разбаланс моста не происходит., импульсы на шинах 19 и 20 не формируются. Переходные процессы будут отсутствовать и в случае подключения сопротивления .Rj О (К.З. перемьмка). При этом, восстановление баланса высокоомного моста практически невозможно,что не позволяет формировать импульсы на сложение для фиксации результата на входе Брак блока 18 управления. Распознавание указанных состояний проверяемой цепи производится блоком 17 временных уставок, используемого для поочередного формирования двух контрольных интервалов ожидания с помощью цифрового компаратора 26-и счетчиков 29 (при разбалансе моста) и 30 Спри балансе моста). Цифровой компаратор 26 отслеживает состояние логических уровней шин 19 сложения и 20 вычитания. При их совпадении, что соответствует балансу моста ( в обеих шинах О ) , парафазно связанные выходы цифрового компаратора блокируют ключ 27 с одновременным сбросом счетчика 29 и открывают ключ 28, через который импульсы генератора 31 начинают заполнять счетчик 30. Если состояние баланса моста сохраняется достаточно долго (R -R) то наступает переполнение счетчика 30 с обнулением показаний и новый цикл заполнения его.В момент-переполнения счетчика 30 па шину 32 Норма блока 18 управления поступает сигнал, свидетельствующий о допустимом значении контролируемого сопротивления. Этот вариант работы устройства можно использовать для самопроверок, когда в качестве контролируемого подключается эталонное сопротивление, Он используется выборочно. При испы8сохранении разбаланса моста (R, -О) наступает переполнение счетчика 29 с обнулением показаний и новый цикл . заполнения его. В момент переполнени счетчика 29 на шину 33 Боак yi вход блока 18 управления поступает сигнал свидетельствующий о недопустимо низком значении контролируемого сопроти ления. Этот режим раЬоты устройства можн использовать для поиска взаимосвязанных цепей неисправностей . Частота импульсов генератора 26 и объемы счетчиков 29 и 30 подобраны так, что частая смена логических уровней на шинах 19 и 20, свойственная выше описанной нормальной работе мостовой схемы, не допускает переполнения этих счетчиков. Формируемые последними временные уставки должны для достоверности превьшать возможную длительность переходных процессо моста пp выходе из допусковой зоны пй (счечтик 30) и при формированном восстановлении баланса Y jj (счетчик 29). Предлагаемое устройЬтво позволяет исключить влияние емкости проверяемых цепей на результат контроля, гибко регулировать длительность, процесса контроля в зависимости от Конкретных параметров испытуемы:: цепей, увеличить быстродействие устройства в тем большей степени, чем меньше допуск контроля, кроме того, обеспечить с. . заданной точностью одинаковые условия испытаний изоляции всех разобщенньпс цепей за счет поддержания испытательного напряжения на обьекте независимо от конкретного значения контролируемого сопротивления, качественно дифференцировать статически устойчивые, режимы. Формула изобретения 1 .Устройство для контроля сопротив ления изоляции электрических цепей, содержащее источник питания, подключенный к диагонали питания мостовой измерительной схемы, состоящей из первой и второй сравнительных ветвей к средним точкам которьй: подключены соответственно первые и вторые входы первого и второго компараторов, вто-рые входы которых подключены к средней точке измерительной ветви, в одн длечо которой включен образцовый 12 резистор, отличающееся тем, что, с целью уменьшения времени и йовьпиения достоверности контроля, в него введены первый и второй ключи, конденсатор, дополнительный резистор, блок сравнения импульсных последовательностей, блок временных уставок, блок управления и коммутатор, причем с одним из полюсов источника питания через первый и второй ключи соединен второй полюс источника,питания, один вьшод дополнительного резистора соединен с соответствующими вьшодами ключей,а его второй- вывод соединен с соответствующими входами компараторов, средняя точка измерительной ветви соединена с первым выходом коммутатора и первым выводом конденсатора, второй вывод которого и второй выход коммутатора соединены со вторым полюсом источника питания, а выход первого компаратора соединен с управляющим входом первого ключа и первыми входами блоков сравнения импульсных последовательностей и временных уставок, вторые входы которых соединены с управляющим входом второго ключа и выходом второго компаратора, а первые и вторые выходы блоков сравнения импульсных последовательностей и временных уставок соединены соответственно с первым и вторым входами блока управления, первый выход которого подключен к управляющему входу блока сравнения импульсных последовательностей, а второй - к управляющему, входу коммутатора. 2. Устройство по п. 1, о т л и ч а-1 ю щ е е с я тем, что блок сравнения импульсных последовательностей состоит из трех триггеров и двух ключей, причем первый вход зтого блока сое- динен с единичным входом первого триггера и первым входом первого ключа, второй вход которого соединен С первым выходом первого триггера,а выход первого ключа соединен с едиНичным входом второго триггера,выход кЪторого соединен с первым выходом блока сравнения импульсных последовательностей, второй вход которого соединен с нулевьм входом первого триггера и первьм входом второго ключа, второй вход которого соединен со вторым выходом первого триггера, а выход - с единичным входом третьего триггера, выход которого соединен со вторым выходом блока, управлякщий вход которого - с нулевыми входами триггеров. 3. Устройство по П.1, о т л и ч аю Ще е с я тем, что блок временных уставок состоит из двух ключей, цифрового компаратора, двух, счетчиков и генератора импульсов, причем выход генератора импульсов соединен с входами первого и второго ключей, входы каждого из которых, соединенные соответственно -с первьми входами первого и второго счетчиков, подключены соответственно к инверсному и единичному вы„„ „ , - ходам цифрового,комцаратора, единичныЙ 84 9 вход которого соединен с первым вхо-дом этого блока, а нулевой со вторым входом блока, а выход первого ключ .соединен со вторьм входом первого счетчика, выход которого - с первым выходом блока, второй выход которого соединен с выходом второго счетчика, второй вход которого - с выходом второго ключа. Источники информахцш, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 221824, кл. Q 01 R 27/02, 1968. 2.Патент США № 3784906, . . патент ишд № /вчУОЬ. кл. 324-62, 1974 (прототип)..

/

Ч. Mt