Устройство для контроля диэлектрической проницаемости изоляции кабельных жил
1. УСТРОЙСТВО /гПЯ КОНТРОЛЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ИЗОЛЯЦИИ КАБЕЛЬНЫХ ЖИЛ, содержащее измеритель диаметра жилы по изоляции, измеритель электрической емкости кабельной жилы, первое и второе пропорциональные звенья, первый сумматор, измеритель взаимокорреляционного момента и звено с автоматически перестраиваемым коэффициентом передачи, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и разрешающей способности измерения, выход измерителя электрической емкости подключен к последовательно соединенньм аналого-цифровому преобразователю, регистру сдвига и цифроаналоговому преобразователю, выход последнего к одному из входов сумматора, выход измерителя диаметра - к входу перестраиваемого низкочастотного фильтра, выход которого соединен с входами первого пропорционального звена, звена с автоматически перестраиваемым коэффициентом передачи и с одним из входов измерителя взаимокорреляционного момента, а вход управления низкочастотного фильтра соединен с выходом измерителя линейной скорости кабельной заготовки, к которому подключен также вход генера тора импульсов регулируемой частоты, первьп и второй выходы которого соединены i соответственно с входом запуска анаСП С лого-цифрового преобразователя и входом тактовых импульсов регистра сдвига. 2. Устройство по п. 1, о т л чающееся тем, что в измеритель взаимокорреляционного момента введены задатчик. взаимокорреляционного момента и второй сумматор, выход которого соединен с входом управления Э звена с автоматически перестраиваемым :АЭ коэффициентом передачи, а два его входа - соответственно с выходом измерителя взаимокорреляционного момента и выходом задатчика взаимокорреля-. ционного момента. .
СОЮЗ COBETCHHX
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (1!) З(51) С» К 27/18
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ г) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
К ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3529090/18-21 (22) 18.06.82 (46) 07.09.84. Бюл. )) 33 (72) Б.К. Чостковский, В.Н. Митрошин, Ц.А. Уклейн и А.А. Павлов (71) Куйбышевский ордена Трудового
Красного Знамени политехнический институт им. В.В. Куйбышева (53) 621.317.738(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР по заявке )« - 3213210,кл. G 01 R 27/18, 1981.
2. Авторское свидетельство СССР
)) 690410, кл..С 01 R 27/18, 1979. (54)(57) 1. УСТРО«1СТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ
ЦИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕ« "«ОСТИ ИЗОЛЯЦИИ КАБЕЛЬНЫХ ЖИЛ, содержащее измеритель диаметра жилы по изоляции, измеритель электрической емкости кабельной жилы, первое и второе пропорциональные звенья, первый сумматор, измеритель взаимокорреляционного момента и звено с автоматически перестраиваемым коэффициентом передачи, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и разрешающей способности измерения, выход измерителя электрической емкости подключен к последовательно соединенным аналого-цифровому преобразователю, регистру сдвига и цифроаналоговому преобразователю, выход последнего— к одному из входов сумматора, выход измерителя диаметра — к входу перестраиваемого низкочастотного фйльтра, выход которого соединен с входами первого пропорционального звена, звена с автоматически перестраиваемым коэффициентом передачи и с одним иэ входов измерителя взаимокорреляционного момента, а вход управления низкочастотного фильтра соединен с выходом измерителя линейной скорости кабельной заготовки, к которому под ключен также вход генератора импульсов регулируемой частоты, первый и второй выходы которого соединены соответственно с входом запуска аналого-цифрового преобразователя и входом тактовых импульсов регистра сдвига.
2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с.я тем, что в измеритель взаимокорреляционного момента введены задатчик вэяимокорреляционного момента и второй сумматор, выход которого соединен с входом управления звена с автоматически перестраиваемым коэффициентом передачи, а два его входа — соответственно с выходом измерителя вэаимокорреляционного моменФ та и выходом эадатчика взаимокорреля-.
«ционного момента., ! 11123
Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено в кабельной промышленности при создании систем автоматического контроля и ре-, гулирования диэлектрической проницаемости изоляции кабельных жил, а также
5 в системах автоматизированного контроля и управления качеством кабельных изделий.
Известно устройство для контроля параметров изолированной кабельной жилы, позволяющее с помощью одного измерителя электрической-емкости контролировать несколько параметров изолированной кабельной жилы, в том числе и диэлектрическую проницаемость изоляции. Измеритель электрической емкости включает трансформаторный измерительный мост переменного тока с фазочувствительным индикатором и два емкостных преобразователя. Первый емкостной преобразователь помещен в . ванну с водой, являющуюся одновременно ванной водяного охлаждения и входящую в технологическую линию по наложению изоляции на токопроводящую жилу, а второй емкостной преобразователь находится вне ванны охлаждения на возможно меньшем расстоянии от первого преобразователя. Измерительные электроды
30 обоих преобразователей охватывают контролируемую жилу и в режиме измерения диэлектрической проницаемости изоляции подключены к имеющим согласную намотку плечевым обмоткам трансформаторного измерительного моста пе- 5 ременного тока, благодаря чему происходит сложение токов, пропорциональных емкостям, измеренным обоими преобразователями. Автотрансформаторное включение плечевых обмоток позволяет
40 путем коммутации их витков осуществлять выбор весовых коэффициентов, с которыми суммируютСя сигналы с обоих преобразователей Г 13.
В процессе измерения может возникать погрешность за счет радиальных смещений контролируемой жилы в преобразователе, расположенном в воздухе. Появляется погрешность измерения, обусловленная изменением эквивалент- 50 ной диэлектрической проницаемости среды воздух — изоляция между измерительным электродом емкостного преобразователя, находящегося в воздухе, и центральным проводником контролируемой кабельной жилы, которая вызывается значительной иониэацией воздуха в проиэводствейном помещении.
f4 3
Так как емкогтной преобразователь, находящийся в воде, и емкостной преобразователь, находящийся в воздухе, разнесены один от другого на некоторое расстояние (или базу)/, которое конструктивно не может быть сведено к нулю, то фактически измерение емкости кабельной жилы происходит на разных ее участках (в разных сечениях заготовки) .
Если Ч вЂ” скорость протягивания кабельной жилы, то одно и то же сечение заготовки проходит через второй по ходу движения заготовки емкостной преобразователь позже, чем через первый преобразователь на время стъ =-" (1) Имеет место транспортное запаздывание между соответствующими одному и тому же сечению контролируемой жилы сигналами с обоих преобразователей.
Здесь 1 — время транспортного запаздывания. Как видно иэ (1) время транспортного запаздывания зависит от скорости движения кабельной жилы, которая не постоянная.
Разрешающая способность описанного измерителя мала, так как определяется суммарной длиной двух измерительных преобразователей и расстоянием между ними.
Кроме того, наличие запаздывания между суммируемыми сигналами обоих преобразователей обусловливает появление в результатах измерения случайной ошибки, которая зависит от величины запаздывания, статистических свойств измеряемой величины и от колебаний скорости протягивания кабельной жилы.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является автоматическое устройство для измерения диэлектрической проницаемости изоляции при ее наложении на кабельную жилу. В известном устройстве имеются два датчика (датчик диаметра и датчик электрической емкости кабельной заготовки), два пропорциональных звена, сумматор, звено с автоматически перестраиваемым коэффициентом передачи и измеритель взаимокорреляционного момента. Величина диэлектрической проницаемости оценивается по разности сигналов с датчика электрической емкости и с датчика диаметра, взятого 3 11123 с определенным весом. Нестабильность частной производной может .несколько изменить масштаб оценки АЯ(1), не меняя характера зависимости и ее знака, а потому в известном устройстве данная производная справедливо считается практически постоянной и выбирается равной своему значению при номинальных параметрах жилы f.21.
Недостатком известного устройства 10 является наличие транспортного запаздывания между сигналами с датчика электрической емкости и датчика ди-! аметра, вызванного тем, что датчики разнесены на некоторое расстояние, которое не мо"<ет быть равным нулю.
Наличие транспортного запаздывания между обрабатываемыми сигналами вносит ошибку измерения, которая зависит от статистических свойств измеряемого .20 сигнала и от скорости протяжки кабельной заготовки, так как с изменением скорости меняется величина транспортного запаздывания.
Недостатком известного устройства 25 также является наличие в оценке диэлектрической проницаемости изоляции высокочастотной ошибки измерения иэза различной частотной структуры сигналов с первичных измерителей, обус- 30 ловленной разной разрешающей способностью датчиков диаметра и электрической емкости.
Датчик емкости производит усреднение измеряемой емкости кабельной
35 жилы на длине, равной длине измерительного электрода емкостного преобразователя. Длина измерительного электрода составляет около 50 см.
Большинство же используемых в ка- 40 бельной промышленности датчиков диаметра (контактные, оптические фотоимпульсные, лазерные и т.д.) измеряют диаметр по изоляции непосредственно в каком-то узком сечении заготовки, а потому сигнал с датчика диаметра обычно более широкополосный, чем с датчика электрической емкости.
Таким образом, различная частотная 0 структура обрабатываемых сигналов приводит в известном устройстве к появлению высокочастотной ошибки из" мерения, определяемой высокочастотными колебаниями диаметра изоляции.
Цель изобретения — повышение точности и разрешающей способности измерения.
1а 4
Указанная цель достигается тем, что в устройстве для контроля диэлектрической проницаемости изоляции кабельных жил, содержащем измеритель диаметра жилы по изоляции, измеритель электрической емкости кабельной жилы, первое и второе пропорциональные звенья, первый сумматор, измеритель взаимокорреляционного момента и звено с автоматически перестраиваемым коэффициентом передачи, выход измерителя электрической емкости подключен к последовательно соединенным аналогоцифровому преобразователю, регистру сдвига и цифроаналоговому преобразо" вателю, выход последнего — к одному из входов сумматора, выход измерителя диаметра — к входу перестраиваемого низкочастотного фильтра, выход которого соединен с входами первого пропорционального звена, звена с автоматически перестраиваемым коэффициентом передачи и с одним из входов измерителя взаимокорреляционного мо1 мента, а вход управления низкочастотного фильтра соединен с выходом измерителя линейной скорости кабельной заготовки, к которому подключен также, вход генератора импульсов регулируемой частоты, первый и второй выходы которого соединены соответственно с входом .запуска аналого-цифрового преобразователя и входом тактовых импульсов регистра сдвига.
Кроме того, в измеритель взаимокорреляционного момента введены задатчик взаимокорреляционного момента и второй сумматор, выход которого соединен с входом управления звена с автоматически перестраиваемым коэффициентом передачи, а два его входа— соответственно с выходом измерителя взаимокорреляционного момента и выходом задатчика взаимокорреляционного момента.
На чертеже изображена структурная схема предлагаемого устройства.
Устройство содержит измеритель 1 электрической емкости кабельной жилы, измеритель 2 диаметра изоляции, измеритель 3 взаимокорреляционного момента, первое и второе пропорциональные звенья 4 и 5, звено 6 с автоматически перестраиваемым коэффициентом передачи, низкочастотный фильтр 7, первый сумматор 8, аналого-цифровой преобразователь 9, регистр 10 сдвига, цифроаналоговый преобразователь 11, 111231
5 генератор 12 импульсов .регулируемой частоты, второй сумматор 13, эадатчик
14 взаимокорреляционного момента, причем сигнал с.выхода измерителя 1 электрической емкости кабельной жилы через последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь 9, регистр 10 сдвига и цифроаналоговый преобразователь 11 поступает на вход сумматора 8, выхода которого через последовательно соединенные пропорциональное звено 5, измеритель 3 взаимокорреляционного момента, второй сумматор 13 и звено 6 соединен с входом сумматора 8. 15
Измеритель 1 электрической емкости кабельной жилы служит для преобразования отклонения электрической емкости кабельной заготовки аС измеренного на длине измерительного электрода емкост- 20 ного преобразователя от своего номинала С в напряжение ьЦ, пропорциональное отклонению аС.
Измеритель 2 диаметра изоляции служит для преобразования отклонения 25 диаметра изоляции а0 от своего номинального значения 2„ в напряжение aU> пропорциональное отклонению ь9.
Измеритель 3 взаимокорреляционного момента служит для нахождения вза- 30 имокорреляционного момента К между величинами ьЕ Я+y) и a3( Первое пропорциональное звено 4 служит для введения соответствующего начального весового коэффициента, с которым сигнал, пропорциональный отклонению диаметра изоляции h, >, вычитается из сигнала, пропорционального отклонению электрической емкости жилы Ь.С. Второе пропорциональное звено 5 служит для выставления определенного масштаба оценки величины диэлектрической проницаемости изоляции, соответствующего значению частной производной — при номинальных значениях OE параметров жилы. ! Звено 6 с автоматически переетраиваемым коэффициентом передачи служит для изменения весового коэффи50 циента, с которым учитывается вклад в электрическую емкость диаметра изоляции, с учетом вариаций параметров жилы из-за нестабильности технологических режимов, т.е. с уче5S том ошибки значения весового коэффициента * . Низкочастотный фильтр 7 служит для сглаживания высокочастотных колебаний сигнала с датчика диаметра g Ов (++2, ) Первый сумматор,8 служит для алгебраического сложения сигналов а0, (+ ), л Оэ„(++1) " Ъд (++ ) поступающих на его входы. Аналогоцифровой преобразователь 9 служит для преобразования аналогового сигнала ьОС(1) в цифровой ы0 (t). -Регистр 10 сдвига служит для задержки цифрового сигнала л0" (4) на время Т . б Цифроаналоговый преобразователь 11 служит для преобразования цифрового сигнала ь0 (Ф) в аналоговый gVc(++ ) . Генератор 12 импульсов регулируемой частоты 12 служит для формирования импульсов, з пускающих аналого-цифровым преобразователем 9, и тактовых импульсов для регистра сдвига, частота которых пропорциональна скорости движения кабельной жилы. Второй сумматор 13 служит для алгебраического суммирования сигналов с измерителя взаимокорреляционного момента К и задатчика 14 взаимокорреляционного момента К и выработки сигнала а О, пропорционального ошибке значения весового коэффициента, для автоматической подстройки весового коэффициента. Устройство работает следующим образом. С помощью первичных датчиков (датчика электрической емкости и датчика диаметра) осуществляется измерение на проход электрической емкости ка-. бельной жилы на длине измерительного электрода датчика емкости и измерение диаметра жилы по изоляции. Выходами датчиков являются сигналы: ь0с, пропорциональный отклонению электрической емкости аС от своего номиналь ного значения, и ь1.1, прспорциональ" ный отклонению диаметра жилы по изоляции д от своего номинала. Сигнал auс(1) с помощью аналого-цифрового преобразователя преобразуется в цифровую форму д0 (t) и подается на вход и -разрядного регистра сдвига. С приходом N-ro тактового импульса данный сигнал поступает на выход регистра сдвига, но уже с временной задержкой f: 6 0»(1+ ). С регистра сдвига сигнал д 0 (+ ) подается на вход цифроаналогового преобразователя, с помощью которого происходит обратное преобразование данного сигнала в аналоговую форму dU (+ i). Затем 1112314 данный сигнал подается на первый сумматор, в котором из данного сигнала ьО,(+1) .вычитается взятый с весовым коэффициентом К сигнал д0 (+ ) в(у соответствующий тому же сечению кабельной жилы. Если скорость протягивания кабельной заготовки изменяется, например, увеличивается, то реальное запаздывание между сигналами с первичных датчиков уменьшается. С другой стороны увеличивается частота импульсов запуска аналого-цифрового преобразователя 9 и тактовых импульсов с генератора 12 импульсов регулируемой 15 . частоты. Раз частота тактовых импульсов увеличивается, то уменьшается период их следования, а, следовательно, и вносимая с помощью регистра сдвига задержка в сигнал д U (t) - 20 И тогда опять на первый сумматор поступают сигналы, соответствующие одному и тому же сечению кабельной жилы. Неточность выставления весового 25 коэффициента К или нестабильность технологических режимов, вызывающая вариации параметров кабеля, приводит к тому, что сигнал л U (+И вычитается из сигнала л0, И+ ) с ве- зо совым коэффициентом, не соответствующим вкладу диаметра в электрическую емкость. Если К ) — (больше исЬР Ь )> тинного значения производной), то. 8 ошибка оценки « (t) имеет тот же хаРактер, ту же форму, что и лЪ(y) и находится в противофазе с D(%) . М 4 При К z — ошибка оценки ьE (4) Р синфазна аЪ ). При этом изменяется взаимокорреля,ионный момент К"> и в соответствии с разницей К -К ю Ь пропорциональной ошибке 6 значения весового коэффициента, будет выработан сигнал A U для подстройки весового коэффициента в соответствии с текущим его значением. Изменение весового коэффициента приводит к вычитанию сигнала ЬU>(4) из сигнала дЦ () уже с другим весом и ошибка в оценке величины ьЕ (Ф) ликвидируется. В установившемся режиме, когда К = К », оценка величины отклонения диэлектрической проницаемости изоляции соответствует реальному ее значению, т.е. ьЕ.® =ьг.® Таким образом, применение предлагаемого устройства для контроля диэлектрической проницаемости изоляции кабельных жил позволяет повысить точность и разрешающую способность измерения, что дает возможность организовать более качественное управление процессом наложения пористой изоляции с целью получения кабельной жилы с высокой однородностью пористой изоляции. 1112314 Составитель Л., Сорокина Редактор А. Мотыль Техред Л.Коцюбняк Корректор И.Муска Заказ á453/31. Тираж 710 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4
