Устройство для контроля сопротивления изоляции электрических цепей

 

Использование: в электроизмерительной технике для контроля сопротивления изоляции и целостности цепей кабеля. Сущность изобретения: в устройство, содержащее коммутатор 1, источник постоянного напряжения 2, блок фиксации окончания переходного процесса 3, диод 4, опорный резистор 5, элемент сравнения 6, блок контроля 7, конденсатор 9, введены аналоговый инвентор 15, второй элемент сравнения 11, формирователь 14, линия задержки 13, элемент 2И 12, второй диод 10. Это позволяет определить факт наличия пайки жил кабеля к разъему. 4 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может использоваться для контроля сопротивления изоляции и целостности цепей кабеля.

Известны устройства для контроля и измерения сопротивления изоляции [1] . Однако эти устройства не позволяют автоматизировать процесс контроля и измерения, требуют больших временных затрат и предполагают множество ручных операций.

Известно также устройство для контроля сопротивления изоляции электрических цепей [2] , содержащее коммутатор, источник постоянного напряжения, элемент сравнения, усилитель мощности, диод, опорный резистор, конденсатор, стабилизатор тока и блок фиксации окончания переходного процесса. Это устройство принято за прототип.

Принцип действия устройства основан на сравнении падения напряжения на опорном резисторе, обусловленного протеканием токов утечки по цепи испытуемая жила кабеля - экран с опорным напряжением, рассчитанным на номинальное значение сопротивления изоляции с последующей выдачей сигнала в блок контроля о состоянии сопротивления изоляции.

Недостатком устройства является возможность контроля лишь сопротивления изоляции кабеля без оценки других параметров.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, а именно определение целостности жил кабеля у близлежащего разъема.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее коммутатор, источник постоянного напряжения, блок фиксации окончания переходного процесса, первый диод, опорный резистор, первый элемент сравнения и блок контроля, первый вход которого подключен к выходу первого элемента сравнения, первый вход элемента сравнения соединен с одним из выводов опорного резистора, анодом первого диода, измерительной шиной коммутатора и входом блока фиксации окончания переходного процесса, выход которого подключен к второму входу первого элемента сравнения, третий вход которого соединен с источником опорного напряжения, катод первого диода и второй вывод опорного резистора подключены к минусовой шине источника постоянного напряжения, выходы коммутатора подключены к жилам испытуемого кабеля, дополнительно введены аналогичный инвертор, второй элемент сравнения, формирователь по переднему фронту, линия задержки, логический элемент 2И, второй диод, причем анод второго диода соединен с плюсовой шиной источника постоянного напряжения, катод второго диода подключен к входу коммутатора и первому входу второго элемента сравнения, выход которого подключен к первому входу логического элемента 2И, выход последнего соединен с вторым входом блока контроля. Второй вход логического элемента 2И через линию задержки подключен к выходу формирователя по переднему фронту, вход которого соединен с вторым входом второго элемента сравнения и выходом аналогового инвертора, вход которого подключен к минусовой шине источника постоянного напряжения.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое устройство отличается наличием новых элементов и функциональных связей, что соответствует критерию "новизна".

Сравнение предлагаемого устройства с другими устройствами показывает, что аналоговый инвертор, второй элемент сравнения, формирователь, линия задержки, логический элемент 2И, второй диод, формирователь по переднему фронту известны. Но при их объединении новыми функциональными связями в предлагаемом устройстве проявляются новые свойства, позволяющие одновременно с контролем сопротивления изоляции жил кабеля определить факт наличия пайки жил кабеля к контактам разъема, что соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 и 3 приведены зависимости, поясняющие работу устройства; на фиг. 4 - электрическая схема формирователя по переднему фронту.

Устройство содержит коммутатор 1, источник 2 постоянного напряжения, блок 3 фиксации окончания переходного процесса, первый диод 4, опорный резистор 5, первый элемент 6 сравнения, блок 7 контроля, сопротивление изоляции 8 жилы кабеля относительно оплетки (экрана или жилы корпуса), емкость 9 жила кабеля - оплетка, второй диод 10; второй элемент 11 сравнения, логический элемент 2И 12, линия задержки 13, формирователь 14 по переднему фронту 14; аналоговый инвертор 15.

Первый вход блока 7 подключен к выходу первого элемента 6, первый вход которого соединен с одним из выводов опорного резистора 5, анодом первого диода 4, измерительной шиной коммутатора 1 и входом блока 3, выход которого подключен к второму входу первого элемента 6, третий вход первого элемента 6 соединен с источником опорного напряжения, катод первого диода 4, второй вывод опорного резистора 5 и вход аналогового инвертора 15 подключены к минусовой шине источника 2, выходы коммутатора подключены к жилам испытуемого кабеля с сопротивлением изоляции 8 и емкостью 9, анод второго диода 10 соединен с плюсовой шиной источника 2, катод второго диода 10 подключен к входу коммутатора 1 и первому входу второго элемента 11, выход которого подключен к первому входу логического элемента 2И 12. Выход последнего соединен с вторым входом блока 7, второй вход логического элемента 2И 12 через линию 13 подключен к выходу формирователя 14, вход которого соединен с вторым входом второго элемента 11 и выходом аналогового инвертора 15.

Второй диод 10 необходим для развязки входов второго элемента 11, который в свою очередь предназначен для сравнения сигналов U_С и U_R и выдачи сигнала на логический элемент 2И 12. Второй элемент 11 может быть выполнен на базе компаратора с делителями напряжения на входе и с инверсным выходом, например, К544СА3.

Аналоговый инвертор 15 предназначен для инвертирования (смены полярности) сигнала U_R, что необходимо для обеспечения нормальной работы второго элемента 11, может быть выполнен на базе операционного усилителя. Коэффициент передачи аналогового инвертора 15 должен быть равен единице.

Формирователь 14 ограничивает по амплитуде, срезает отрицательную составительную сигнала (резистор R1 и стабилитрон VDI), чем обеспечивается нормальная работа логических элементов ОO1.1 OО1.2, и формирует короткие импульсы по переднему фронту входного сигнала. Формирование коротких импульсов длительностью τ осуществляется за счет введения в схему емкости С1, обеспечивающей совместно с резистором R2 запоминание сигнала на время τ ≈ RC.

Устройство работает следующим образом.

При контроле сопротивления изоляции 8 контролируемой жилы кабеля, подключенной между соответствующим входом коммутатора 1 и ее измерительной шиной, при этом замыкается соответствующий ключ коммутатора 1 и подключает сопротивление изоляции 8 и емкость 9 к источнику 2. Следовательно, прикладываемое к жиле кабеля напряжение носит ступенчатый характер (в момент замыкания ключа коммутатора 1). Через сопротивление изоляции 8 и опорный резистор 5 течет ток утечки I_ут, который создает на опорном резисторе 5 падение напряжения, одновременно заряжается емкость 9 контролируемой жилы. Измерение падения напряжения на опорном резисторе 5 из-за влияния емкости 9 будет иметь экспоненциальный характер (кривые I и II (фиг.2)), где ток утечки I_ут от своего максимального значения приближается к своему установившемуся значению, причем кривая I соответствует случаю, когда сопротивление изоляции в контролируемой жиле велико, и установившееся напряжение на опорном резисторе 5, пропорциональное установившемуся току утечки I_ут, в момент времени t₁ пересекает отметку опорного напряжения U_оп. Кривая II соответствует случаю, когда из-за малого сопротивления изоляции 8 контролируемой жилы напряжение на опорном резисторе 5 так и не достигает допустимого уровня U_оп из-за большого тока утечки I_ут.

В то же время непосредственно на емкости 9 контролируемой жилы кабеля характер изменения напряжения имеет обратимый характер. На фиг. 3 изменение напряжения на опорном резисторе 5 показано кривой I, а изменение напряжения на емкости 9 в цепи контролируемая жила-экран - кривой II. При этом положение точки пересечения кривых I и II относительно оси времени определяется емкостью 9, значение которой пропорционально длине кабеля. Совпадение точки пересечения с началом оси времени говорит о наличии обрыва вблизи разъема кабеля. Малое значение времени говорит о наличии обрыва по длине кабеля. В предлагаемом устройстве происходит сравнение двух значений напряжений на опорном резисторе 5 и на емкости 9 с помощью второго элемента сравнения 11, причем напряжение, снимаемое с опорного резистора 5, предварительно инвертируется аналоговым инвертором 15, с выхода которого при подаче испытуемого напряжения снимается сигнал противоположной полярности, который подается на второй вход второго элемента 11. Одновременно формирователем 14 формируется короткий импульс, который задерживается линией 13 на время, пропорциональное длине кабеля, и подается на второй вход логического элемента 2И. Если этот сигнал придет раньше, чем сработает второй элемент 11, то в блок 7 сигнал об неисправности не выдается. Если же второй элемент 11 сработает и "откроет" логический элемент 2И до прихода короткого импульса с линии 13, то формируется сигнал обрыва контролируемой жилы кабеля. Сравнение аналоговых сигналов U_C и U_R происходит относительно измерительной шины коммутатора.

Таким образом, использование предлагаемого устройства позволяет расширить функциональные возможности, выражающиеся в способности определения факта наличия пайки жил кабеля к контактам разъема вместе с контролем сопротивления изоляции жил кабеля при незначительном усложнении устройства.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ, содержащее коммутатор, источник постоянного напряжения, блок фиксации окончания переходного процесса, первый диод, опорный резистор, первый элемент сравнения и блок контроля, первый вход которого подключен к выходу первого элемента сравнения, первый вход элемента сравнения соединен с одним из выводов опорного резистора, анодом первого диода, измерительной шиной коммутатора и входом блока фиксации окончания переходного процесса, выход которого подключен к второму входу первого элемента сравнения, третий вход которого соединен с источником опорного напряжения, катод первого диода и второй вывод опорного резистора подключены к минусовой шине источника постоянного напряжения, выходы коммутатора подключены к жилам испытуемого кабеля, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, введены аналоговый инвертор, второй элемент сравнения, формирователь по переднему фронту, линия задержки, логический элемент 2И, второй диод, причем анод второго диода соединен с плюсовой шиной источника постоянного напряжения, катод второго диода подключен к входу коммутатора и первому входу второго элемента сравнения, выход которого подключен к первому входу логического элемента 2И, выход логического элемента 2И соединен с вторым входом блока контроля, второй вход логического элемента 2И через линию задержки подключен к выходу формирователя по переднему фронту, вход которого соединен с вторым входом второго элемента сравнения и выходом аналогового инвертора, вход которого подключен к минусовой шине источника постоянного напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4