Устройство для измерения электрической емкости жил радиочастотных кабелей Советский патент 1982 года по МПК G01R17/10 

() УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЕМКОСТИ ЖИЛ РАДИОЧАСТОТНЫХ КАБЕЛЕЙ

1

Изобретение относится к измеритель1ной технике и может найти применение в кабельной промышленности для контроля качества наложения изоляции на жилы кабелей в процессе их изготовления, а также в системах автоматического управления процессом изолирования.

Известны устройства для контро- ,Q ля электрической емкости жил кабельных изделий,в которых для обеспечения электрического контакта с поверхностью изоляции жилы примен тется хорошо проводящая среда, например вода ,5 ванны для охлаждения изоляции после ее наложения горячим способом .

Эти устройства обладают высокой чувствительностью контроля, однако имеют низкую разрешающую способность 20 вследствие значительной протяженности участка контроля (расстояния, на котором происходит усреднение распределенных вдоль длины контролируемой

жилы флуктуации электрической емкости) . Уменьшение длины участка контроля, приводящее к повышению разрешающей способности, сопровождается ростом основной погрешности измерения вследствие уменьшения среднего значения измеряемой величины. Это не позволяет применять указанные устройства в качестве точных датчиков электрической емкости н(ил высокочастотных кабелей.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для измерения электрической емкости кабельных жил и проводов, состоящее из моста переменного тока, в измерительную диагональ которого включен фазочувствительный индикатор, и преобразователя, содержащего измерительный, компенсационный и охранные электроды. В качестве контактирующей среды использована вода охлаждающей ванны, которая входит в состав технологической линии по наложению изоляции. С целью 39 исключения погрешности от собственн емкости преобразователя, зависящей от изменяющихся во времени свойств контактирующей реды, компенсационны электрод подключен к плечу мостовой измерительной схемы, противоположно плечу подключения измерительного Электрода. Все электроды имеют одинаковую форму и площадь поперечного сечения. Образцовая мера емкости включена в плечо моста, к которому подключен компенсационный электрод Недостатком устройства является низкая разрешающая способность из-з значительной протяженности участка контроля (разности длин измерительного и компенсационного электродов) вследствие чего искажается спектр флуктуации электрической емкости контролируемой жилы. Цель изобретения - повышение точности . Поставленная цепь достигается тем что в устройстве для измерения элект рической емкости жил радаочастотных кабелей, состоящем из измерительной схемы, которая содержит мост переменного тока с образцовым конденсатором переменной емкости, генератор переменного напряжения, фазо 1увствительный усилитель, фазосдвигающую цепь, интегратор, фильтр низких частот, указывающий прибор, и преобразователя, содержащего измерительный электрод, который обхватывает измеряемую жилу и включен в одно из плеч моста переменного тока, компенсационный электрод, который обхватывает измеряемую жилу и включен в плечо моста переменного Тока, противоположное плечу подключения измерительного электрода, охранные электроды, которые обхватывают измеряемую жилу и подключены к питающей диагонали моста переменного тока, измерительны электрод разделен на две части, одна из которых постоянно подключена к плечу моста переменного тока, противоположному плечу подключения образцового конденсатора переменной емкости , а вторая при помощи переключателя, управляемого генератором так тов, подключена к этому же или к про тивоположному плечам моста переменного тока, причем в последнем случае образцовый конденсатор переменной емкости отключен от моста переменного тока и введен сумматор, один 9 вход которого подключен к выходу фазочувствительного усилителя через инте,ратор, а второй вход подключен к выходу фазочувствительного усилителя через фильтр низких частот. Кроме того, часть измерительного электрода, которая постоянно подключена к плечу моста переменного тока, имеет длину, равную сумме длин компенсационного электрода и второй части измерительного электрода. На чертеже изображена функциональная электрическая схема устройства. Устройство содержит первую часть 1 и вторую часть 2 измерительного электрода, компенсационный электрод 3, резисторы k и S плеч отношения измерительного моста переменного тока, переключатель 6, образцовый конденсатор 7 переменной емкости, переключатель 8, охранные электроды 9 и 10, генератор 11 переменного напряжения, контролируемая жила 12, фазочувствительный усилитель 13, интегратор 1, фильтр 15 низких частот-, сумматор 16, указывающий прибор 17, фазосдвигающая цепь 18, генератор 19 тактов. Первая часть 1 измерительного электрода, длина которой равна сумме длин второй части 2 измерительного электрода и компенсационного электрода 3, подключена к плечевому резистору k измерительного моста переменного тока. Компенсационный электрод 3 подключен к плечевому резистору 5 измерительного моста переменного тока, к этому же резистору 5 через переключатель 6 подключен образцовый конденсатор 7 переменной емкости. Вторая часть 2 измерительного электрода через переключатель 8 может быть подключена либо к первой части 1 измерительного электрода, либо к компенсационому электроду 3. Во втором случае образцовый конденсатор 7 переменной емкости отключен от плеча мостовой измерительной схемы. Охранные электроды 9 и 10, а также генератор переменного напряжения 1 1 подключеНы к питающей диагонали измерительного моста переменного тока между плечевыwi резисторами и 5. Все электроды преобразователя имеют о наковую форму и площадь поперечного сечения, расположены на одной оси и„составляют единую конструкцию. Измеряемая жила 2 с заземленным токоведущим проводником расположена вдоль оси преобразователя. К измерительной диагонали моста переменного тока подключен информационный вход фазочувствительног усилителя 13, к выходу которого подключены интегратор k и фильтр 15 низких частот. Выходы интегратора Н и фильтра 15 низких частот подключены к входам сумматора 16, которые по ключены к указывающему прибору 17Генератор 11 переменного напряжения через фазосдвигающую цепь 18 подключен к коммутирующему входу фазочувст вительного усилителя 13. Переключатели 6 и 8 связаны с генератором 19 тактов. Устройство работает следующим образом. При подключений через переключатель 8 второй части 2 измерительного электрода к первой части 1 измерительного электрода и через переключатель 6 образцового конденсатора 7 переменной емкости к плечевому резис тору 5 измерительного моста переменного тока предлагаемое устройство ра ботает так же, как и известное, т.е. осуществляет измерение емкости жилы 12на длине - е-л-ч-ч, где EY - длина первой части 1 измерительного электрода; „ - длина второй части 2 измери тельного электрода; Slf - длина компенсационного элек рода 3При этом изменения выходного напр жения фазочувствительного усилителя 13запаздывают относительно изменений электрической емкости жилы 12 и тем больше, чем ближе длина.волны флуктуации емкости жилы 12 к эффективной длине преобразователя 6. При подключении посредством переключателя 8 второй части 2 измеритель ного электрода к компенсационному электроду 3 и отключении пocf)eдcтвoм переклочателя 6 образцового конденсатора 7 переменной емкости от плеча измерительного моста переменного тока (переключатели 6 и 8 работают син хронно) устройство измеряет скорость изменения электрической емкости жилы 12. Это происходит следующим образом. Если жила 12 перемещается вдо оси преобразователя, например, справа налево согласно чертежа и ее емКОСТЬ сохраняется неизменной, то мост находится в состоянии баланса и сигнал на выходе фазочувствительного усилителя 13 отсутствует. Если электрическаА емкость жилы 12 нарастает или убывает, то емкость участка жилы 12, находящегося внутри первой части 1 измерительного электрода, соответственно больше или меньше емкости участка жилы 12, находящегося внутри второй части 2 измерительного электрода и компенсационного электрода 3. Измерительный мост переменного тока раз алансируется и на выходе фазочувствительного усилителя 13 появляется напряжение, пропорциональное скорости изменения электрической емкости жилы 12. Знак этого напряжения соответствует направлению изменения емкости жилы 12. Нормальная работа фазочувствительного усилителя 13 обеспечивается опорным напряжением, поступающим на его коммутирующий вход с генератора 11 переменного напряжения через фазосдвигающую цепь 18. Если в соответствии с работой генератора 19 тактов переключатель 8 подключает вторую часть 2 измерительного электрода то к одному, то к другому плечам измерительного моста переменного тока, а переключатель 6 отключает от моста переменного тока образцовый конденсатор переменной емкости 7 на время подключения второй части 2 измерительного электрода к компенсационному электроду 3, то напряжение разбаланса моста оказывается промодулированным частотой переключения, задаваемой генератором 19 тактов, которая выбрана по крайней мере на порядок выше наивыс- шей частоты флуктуации емкости жилы 12 и по крайней мере на порядок ниже частоты напряжения питания моста, вырабатываемого генератором 11 переменного напряжения. Рассмотрим несколько характерных случаев работы устройства. Пусть электрическая емкость жилы 12 соответствует номинальному значению, заданному образцовым конденсатором 7 переменной емкости, и сохраняется неизменной. Тогда отклонение емкости от заданного значения и скорость ее изменения равны нулю. Мост находится в состоянии равновесия при любом положении переключателей 6 и 8, напряжения на выходах фа79зочувствительного усилителя 13, инте гратора 1 и фильтра 15 низких часто отсутствуют и указывающий прибор 17 фикси ует нуль, отклонения. Пусть электрическая емкость жилы 12 имеет постоянное по величине отклонение от номинального значения, заданного образцовым конденсатором 7 переменной емкости. При этом с выхода фазочувствительного усилителя снимаются импульсы, следующие с частотой переключения переключателей 6 и 8. Амплитуда этих импульсов пропорциональна величине отклонения емкости жилы 12 от номинального значения, а полярность соответствует направлению отклонения. Интегратор 14 преобразует импульсное напряжение в напряжение постоянного тока, равное по величине амплитуде импульсов, которое через сумматор 16 воздейству ет на указывающий прибор 17. Фильтр 15 низких частот имеет частоту среза меньшую частоты переключения и так как скорость изменения емкости жилы 12 равна нулю, то напряжение на выходе фильтра 15 низких частот отсутствует и указывающий прибор 17 фиксирует постоянное отклонение емкости жилы 12 от заданного номинального значения. Пусть электрическая емкость жилы 12 изменяется. При этом импульсное напряжение с выхода фазочувствительного усилителя 13 разделяется на две составляющие: интегратор I выделяет составляющую, пропорциональную отклонению емкости жилы 12 от номиналь ного значения, а фильтр 1 низких частот - составляющую, пропорциональ ную скорости изменения емкости жилы 12. Знаки этих составляющих опредепяются соответственно знаками отклонения емкости и скорости ее изменения. Выделенные составляющие далее алгебраически складываются с помощью сумматора 1б, а полученное суммарное напряжение воздействует на указывающий прибор 17. Напряжение с фильтра 15 низких частот, пропорциональное скорости изменения емкости жилы 12, представляет собой вольтдобавку, фор сирующую изменения напряжения с выхода интегратора It. Коэффициент передачи фильтра 15 низких частот выбран таким, что запаздывание изменени напряжения на входе сумматора 1б, подключенном к выходу интегратора 1 компенсируется алгебраическим сложен 9 ем с напряжением на входе сумматора 16, подключенном к выходу фильтра 15 низких частот. Форсирование изменений напряжения повышает разрешающую способность предлагаемого устройства с сохранением величины основной погрешности, т.е. позволяет осуществлять измерение отклонений емкости жилы 12, имеющих высокую пространственную частоту, посредством преобразователя с достаточно большой эффективной длиной. Контролируя и управляя величиной электрической емкости кабальных жил, можно изготовлять кабели более высокого качества. Формула изобретения 1 . Устройство для измерения электрической емкости жил радиочастотных кабелей, состоящее из измерительной схемы, которая содержит мост переменного тока с образцовым конденсатором переменной емкости, генератор переменного напряжения, фазочувствительньш усилитель, фазосдвигающую цепь, интегратор, фильтр низких частот, указывающий прибор, и преобразователя, содержащего измерительный электрод, который обхватывает измеряемую жилу и включен в одно из плеч моста переменного тока, компенсационный электрод, который обхватывает измеряемую жилу и включен в плечо моста переменного тока, противоположное плечу подключения измерительного электрода, охранные электроды, которые обхватывают измеряемую жилу и подключены к питающей диагонали моста переменного тока, отличающеес я тем, что, с целью повышения точности, измерительнь1Й электрод разделен на две части, одна из которых постоянно подключена к плечу моста переменного тока, противоположному плечу подключения образцового конденсатора переменной емкости, а вторая при помощи переключателя, управляемого генератором тактов, подключена к этому же или к противоположному плечам моста переменного тока, причем в последнем случае образцовый конденсатор переменной емкости отключен от моста переменного тока и введен сумматор, один вход котдрого подключен к выходу фазочувствительного усилителя через интегратор, а второй

вход подключен к выходу фазочувстви-, тельного усилителя через фильтр низких частот.

второй части измерительного электрода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР ff , кл. G 01 R 17/10, 1980 (прототип).