Устройство для контроля сопротивления изоляции
Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники. Технический результат заключается в повышении достоверности контроля за счет увеличения частоты опроса шин. Сущность изобретения состоит в том, что чувствительные элементы выполнены в виде двух транзисторов, эмиттеры которых соединены с корпусом, базы с коммутатором и общей точкой соответствующей пары последовательно соединенных резисторов, подключенных другими выводами к шинам питания, а коллекторы через выходные резисторы соединены с соответствующими шинами питания. 3 ил. 
Предлагаемое изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к устройствам контроля сопротивления изоляции сложных объектов. Оно может быть использовано в составе контрольно-проверочной аппаратуры ракетно-космических комплексов и автоматических межпланетных станций при их испытаниях на заводе-изготовителе и на космодроме при подготовке к полету. Данное устройство предназначено для контроля сопротивления изоляции шин питания космического аппарата относительно корпуса под напряжением во время отработки программы, имитирующей его работу в реальных космических условиях. Высокие требования по надежности, предъявляемые к аппаратуре космической техники, требуют высокой достоверности контрольных операций при увеличении скорости их проведения путем повышения быстродействия устройств контроля и автоматизации.
Известна устройства для контроля сопротивления изоляции под напряжением. Примером таких устройств может служить схема измерения сопротивления относительно Земли сильноточной схемы, не соединенной с Землей (патент ФРГ №2542811, кл. G 01 R 27/28, опубл.11.11.1976). В данном устройстве измерительный контур включен между контролируемым объектом и корпусом и содержит генератор переменного напряжения, измерительный резистор и звено связи. Недостатком данной схемы является то, что генератор переменного напряжения является источником помех в цепях питания потребителей.
Задача, поставленная перед изобретением, может быть решена о помощью мостовой схемы. Примером такого устройства может служить устройство для измерения сопротивления изоляции сетей постоянного тока (авт. св. СССР №468193, кл. G 01 R 27/18, заявл. 21.02.73, опубл. 25.04.75).
В данном устройстве сопротивления изоляции каждого полюса сети и компенсационный резистор образуют мост постоянного тока. Измерение производится в два этапа. На первом этапе в диагональ моста между корпусом и средней точкой компенсационного резистора включают измерительное устройство. Так как измеритель напряжения имеет большое входное сопротивление, то перезаряд конденсаторов, подключенных между корпусом контролируемого устройства и шинами питания, практически отсутствует. Происходит выравнивание потенциалов между корпусом и средней точкой компенсационного сопротивления путем изменения его плеч. На втором этапе в диагональ моста подключают измерительную цепь, состоящую из источника оперативного постоянного тока, измерительного резистора и индикатора. Перезаряд конденсаторов происходит через измерительную цепь. Индикатор в цикле измерения снимает с измерительного резистора напряжение, пропорциональное эквивалентному сопротивлению изоляции.
Данное устройство имеет следующие недостатки:
- замер сопротивления изоляции нельзя производить до окончания перезаряда конденсаторов, вызванного подключением оперативного источника тока;
- подключение цепи компенсации можно производить только после окончания перезаряда конденсаторов при изменении сопротивления изоляции любого полюса сети относительно корпуса, вызванного, например, подключением нового потребителя;
- так как показания индикатора пропорциональны эквивалентному сопротивлению изоляции, то остаются неопределенными шина питания, сопротивление изоляции которой понижено, и величина этого сопротивления.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому устройству является схема, приведенная в описании изобретения по авт. св. СССР №317996, кл. G 01 R 31/02, заявл. 22.01.1970, опубл. 19.10.1971. Принципиальная схема этого устройства приведена на фиг.1.
В состав устройства входят следующие элементы:
элемент контроля (чувствительный элемент) 1,
эквивалент контроля 2,
переключатель 3,
коммутатор контролируемых шин 4.
На фиг.1 изображены также источник питания 5 и элементы, входящие в состав объекта контроля 6:
сопротивление нагрузки Rн,
конденсаторы С1, С2,
сопротивления изоляции шин питания относительно корпуса Rиз +, Rиз -.
В этой схеме коммутатор 4 производит коммутацию контролируемых шин, а переключателем 3 поочередно к шинам сначала подключают соединенный с корпусом эквивалент контроля 2, например резистор, для полного разряда или заряда конденсаторов, а затем элемент контроля изоляции 1. Если шина питания замкнута на корпус через сопротивление, достаточное для протекания тока срабатывания чувствительного элемента 1, то он срабатывает и включает сигнализацию.
При использовании данного технического решения может быть осуществлен контроль сопротивления изоляции между шинами источника постоянного тока и корпусом устройства с конденсаторами, установленными между шинами и корпусом, однако оно имеет ряд существенных недостатков. К этим недостаткам можно отнести следующие:
- для контроля сопротивления изоляции одной шины необходимо подключить устройство к соответствующей шине питания, а затем произвести еще две коммутации: сначала к выбранной шине подключают эквивалент контроля, а затем элемент контроля изоляции, что увеличивает трудоемкость и приводит к уменьшению частоты опроса каждой шины;
- время подключенного состояния эквивалента контроля к соответствующей шине в условиях переменной величины конденсаторов, включенных между шинами и корпусом, может изменяться в значительных пределах, что увеличивает время опроса каждой шины, так как необходимым условием контроля величины сопротивления изоляции является полный перезаряд упомянутых конденсаторов.
Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков и создание устройства контроля, обеспечивающего более высокую частоту опроса шин.
Указанная цель достигается тем, что чувствительные элементы выполнены в виде двух транзисторов, соединенных эмиттерами с корпусом, базами с коммутатором и с общей точкой соответствующей пары последовательно соединенных резисторов, подключенных другими выводами к шинам питания, а коллекторами с соответствующими шинами питания через выходные резисторы.
На фиг.2 изображена принципиальная схема устройства контроля сопротивления изоляции.
В состав устройства входят следующие элементы (см. фиг.2):
транзисторы 1, 2;
выходные резисторы 3, 4;
резисторы 5, 6, 7, 8;
коммутатор контролируемых шин 9;
регистрирующие устройства 12, 13.
На фиг.2 изображены также источник питания 10 и элементы, входящие в состав объекта 11:
сопротивление нагрузки Rн,
конденсаторы С1, С2;
сопротивления изоляции шин питания относительно корпуса Rиз +, Rиз -.
Конструктивно устройство состоит из двух транзисторов, соединенных эмиттерами с корпусом. Базы транзисторов связаны с коммутатором, выполненным, например, в виде триггера, и с общей точкой соответствующей пары последовательно соединенных резисторов, подключенных другими выводами к шинам питания, а коллекторы связаны с соответствующими шинами питания через выходные резисторы.
К выходным резисторам подключено регистрирующее устройство, выполненное, например, в виде триггера Шмидта.
Работу устройства можно проследить, пользуясь принципиальной схемой, изображенной на фиг.2.
Исходное состояние схемы перед контролем сопротивления изоляции шины "+":
шина "+" подключена коммутатором 9 к общей точке резисторов 7, 8, общая точка резисторов 5, 6 от шины "-" отключена, в результате чего резистор 7 делителя напряжения, состоящего из резисторов 7 и 8, оказывается зашунтированным, транзистор 2 закрыт, к базе транзистора 1 приложен потенциал делителя напряжения, состоящего из резисторов 5 и 6. Резисторы 5, 6 делят напряжение питания в отношении
Конденсаторы C1, C2, включенные между корпусом и шинами, заряжены до напряжений, которые находятся в соотношении
После переключения коммутатора 9 в положение, когда шина "-" подключена к общей точке резисторов 5 и 6, резистор 6 оказывается зашунтированным, "минус" источника питания подается на базу транзистора 1 и закрывает его, к базе транзистора 2 прикладывается потенциал делителя напряжения, состоящего из резисторов 7 и 8, которые делят напряжение питания в отношении
Транзистор 2 входит в режим насыщения. Через переход эмиттер-база транзистора 2, резистор 8 и частично через выходной резистор 4 происходит перезаряд конденсаторов C1 и C2 до напряжений, определяемых соотношением
Так как транзистор 2 насыщен в первый момент после коммутации коммутатора 9, напряжение UС2 приложено к выходному резистору 4 и вызывает срабатывание регистрирующего устройства 12, подключенного к выходному резистору 4. По мере перезаряда конденсаторов C1 и С2 это напряжение экспоненциально уменьшается (см. фиг.3). После окончания перезаряда конденсаторов транзистор 2 выходит из режима насыщения и сопротивление его перехода эмиттер-коллектор заменяется таким образом, что образуется делитель, одно плечо которого состоит из сопротивления выходного резистора 4 (Rвых) и сопротивления транзистора Т2 (RТ2), а другое - из сопротивления изоляции шины "+" относительно корпуса (Rиз +). Плечи этого делителя делят напряжение питания в отношении
Если сопротивление изоляции шины "+" меньше допустимой величины, то напряжение на выходном резисторе 4 не достигает напряжения отпускания регистрирующего устройства 12. Если регистрирующее устройство не отпускает через время, необходимое для перезаряда конденсаторов, то оно сигнализирует о пониженном сопротивлении изоляции. Если сопротивление изоляции шины "+" больше допустимого значения, то напряжение на выходном резисторе 4 достигает напряжения отпускания регистрирующего устройства 12 после окончания перезаряда емкостей, что свидетельствует о величине сопротивления изоляции выше допустимой.
Рассмотренное состояние схемы, когда шина "-" подключена коммутатором 9 к общей точке резисторов 5 и 6, является исходным для контроля сопротивления изоляции шины "-" относительно корпуса.
Контроль сопротивления изоляции шины "-" происходит аналогично при переключении коммутатора 9 в положение, когда шина "+" подключена к общей точке резисторов 7 и 8. Из вышеизложенного следует, что для контроля сопротивления изоляции каждой шины питания необходимо произвести только одну коммутацию.
Частота опроса шины зависит от времени перезаряда конденсаторов, включенных между шинами и корпусом. Уменьшение времени опроса шины достигается за счет включения транзисторов, к базам которых подключены общие точки соответствующих двух резисторов, образующих делители напряжения питания. Во время перезаряда конденсаторов транзистор находится в режиме насыщения, и время перезаряда конденсаторов обусловлено резисторами 5,6 или 7,8, величина которых может быть выбрана достаточно малой. После окончания перезаряда конденсаторов величина тока эмиттера зависит от величины контролируемого сопротивления изоляции, и происходит замер этого сопротивления. В данной схеме транзисторы автоматически определяют момент окончания процесса перезаряда конденсаторов и переходят в режим измерения, что позволяет в условиях переменной емкости конденсаторов также снизить время опроса шин.
Преимущество данного устройства контроля заключается в повышении достоверности проверки сопротивления изоляции за счет увеличения частоты опроса контролируемых шин, что повышает качество и надежность контроля космических объектов в процессе их комплексных испытаний на заводе-изготовителе и космодроме.
Предварительные расчеты показали, что применение данного устройства, благодаря повышению достоверности контроля, позволит значительно снизить вероятность отказов систем объекта и в несколько раз повысить надежность, а также снизить трудоемкость испытаний на ˜10%.
Формула изобретения
Устройство для контроля сопротивления изоляции преимущественно шин питания космических объектов, содержащее коммутатор и чувствительные элементы, подключенные к шинам питания, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности контроля за счет увеличения частоты опроса шин, чувствительные элементы выполнены в виде двух транзисторов, эмиттеры которых соединены с корпусом, базы с коммутатором и общей точкой соответствующей пары последовательно соединенных резисторов, подключенных другими выводами к шинам питания, а коллекторы через выходные резисторы соединены с соответствующими шинами питания.
РИСУНКИ
