Устройство для контроля сопротив-ления изоляции электрических цепей

 

Союз Советскин

Социалистических

Республик

4r

J г

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (51)М. Кл.

G O l R 31/02

G Ol R 27/02 (22) Заявлено 04. 04. 78(21) 2599974/24-21 с при соеди нен не и за я в ки .% (23) Приоритет

Государственный комитет

Опубликовано 23.07.81.Бюллетень ¹ 27 ..Дата опубликования описания 23.07,8 1 но денем изобретений н открытий (53) УДК 021.317. . 333 (088. 8) (72) Автор изобретения

I0.В,Рираховский (7I) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ

ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

Использование быстрого динамического процесса периодической самонастройки мостовой измерительной схемы обеспечивает этому устройству высокую,точность контроля $15.

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

Наиболее близкж по технической сущности является устройство для допускового контроля сопротивлений, содержащее источник питания, подключенный к диагонали питания мос товой 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

Изобретение относится к контроль но-испытательной технике и может быть использовано в системах автоматического контроля качества изоляции между разобщенными цепями как при эксплуатации испытательных и

5 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

I в смежном плече сравнительной ветви мостовой измерительной схемы токорегулирующий элемент с запоминающи конденсатором на входе, в измерительную диагональ мостовой измерительной схемы включен нуль-орган, пусковое реле, блок фиксации результатов., О П И С А Н И Е < 349309

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

45

3 84910 помощью контактных элементов проверяемый резистор, а выходы компараторов подключены через инверторы соответственно к элементам сигнализации "выше и негоден" -а

Э 5 также к входам элемента И, выход которого подключен ко входу элемента сигнализации "irден" P2).

Однако это, устройство обладает низкой достоверностью контроля при проверках резисторов, имеющих большуюпаразитную емкость и большое время проверки.

Цель изобретения — уменьшение вре.мени и повышение достоверности конт15 роля.

Эта цель достигается тем, что в устройство для контроля сопротивления изоляции электрических цепей, содержащее источник питания, подключенный к диагонали питания мостовой измерительной схемы, состоящей из первой и второй сравнительных ветвей, к средним точкам которых под-! ключены соответственно первые и вто° рые входы первого и второго компараторов, вторые входы которых подключены к, средней точке измерительной ветви, в одно плечо которой включен образцовый резистор, 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 вывод дополнительного резистора соединен с соответствующими выводами 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 управляющими входом первого ключа

50 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 вто=

9 4 рым входами блока управления, первый выход которого подключен к. управ9 ляющему входу блока сравнения импульсных 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 <о4 которого соединен с первым выхо-. дом первого триггера, а выход первого ключа соединен- с единичным входом второго триггера, выход которого соединен с первым выходом блока сравнения импульсных последовательностей, второй вхоц -:оторого соединен с нулевым входом первого триггера и первым 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, управляющий вход которого — с нулевымн входами триггеров.

Причем блок временных уставок состоит из двух ключей, цифрового компаратора,, двух счетчиков и гене-. ратора импульсов, причем выход генератора импульсов соединен с входами первого и второго кличей, входы каждого из 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 - c выходом второго ключа.

На чертеже приведена структурная схема устройства для контроля сопро тивления изоляЦии электрических цепей.

Оно 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 IO, коммутатора ll, сопротивления объекта контроля 12,ключей 13 и 14, источР„с Р„„(Ъ)

О и фиксируется компаратором 9, срабатывание ко .yoro обеспечивает замыкание ключа 13.

При разбалансе по условию (2) замыкание ключа 14 образует контур разряда конденсатора 7 через резис- тор 8, ключ 14 и минус источника пи.тания.

Ф

При разбалансе по условию (3) замыкание ключа 13 образует цепь форЕированного заряда конденсатора 7: плюс источника — ключ I 3 — резистор 8.

Каждый из этих процессов обеспе,чивает изменение контролируемого потенциала Рх в сторону межпороговой

1 зоны.При восстановлении соотношений условия (I) форсированный перезаряд конденсатора 7 прекращается автома тически за счет разомкнутого состояния обоих ключей 13 и 14, CocToBHHR компараторов. 9 и 10 определяют .логические уровни в шинах 19 сложения и 20 вычитания. При балансе по условию (I) они одинаковы, например 0". Разбаланс по усло- вию (2) с последующим форсированным возвратом в режим 11,) вызывает перепады логических. ур<щней "0" "1.- ЪО " только в шине 20 вычитания (формируется импульс на вычитание). Разбаланс по условию (3) с последующим восстановлением исходного режима ((I) вызывает аналогичные перепады, 30

5

84910 ника 15 питания, блока 16 сравнения . импульсных последовательностей,блока 17 временных уставок, блока 18 управления, шины 19 сложения, шины

20 вычитания.

Блок 16 сравнения импульсных после5 довательностей состоит из триггеров

21-23, ключей 24 и 25. Блок временных уставок состоит из цифрового компаратора 26, ключей 27 и 28, счет-, чиков 29 и 30, генератора 31 импульсов, шины 32 "Норма" и шины 33

Брак"

Потенциалы средних точек сравнительных ветвей мостовой измеритель-. ной схемы 1 Р„„, и Р„, определяют соответственно нижний и верхний пределы отбраковки проверяемых цепей по величине сопротивления изоляции, величины резисторов в плечах сравнительных и измерительных ветвей должны быть выбраны из условия

Ь х Ъ х э

2 2

2 Ь 4

25 при этом потенциалы средних ветвей мостовой схемы связаны следующим соотношением Р (ч7 (Р (q)

Пороги срабатывания компараторов

9 и 10 определяются следующими условиями

) +x для компарато1

Ф;, Рп для компаратора 1О (3) 35

Выполнение условий (2) и (3) исключает одновременное срабатывание компараторов.

Величина образцового резистора

6 равна средней величине допустимо- 40 го сопротивления изоляции R . Величина дополнительного резистора 8 выбирается из. условия обеспечения быстрого заряда - разряда конденсатора 7 с учетом инерционных характеристик ком- 45 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 следующим образом. !

До подключения контролируемой цепи в плечо измерительной диагонали конденсатор 7.периодически заряжается через образцовый. резистор 6, а при достижении на нем величины заряда 0 )Ф, разряжается через ключ 14 и резистор 8, таким образом

9 6 на конденсаторе 8 постоянно имеетнапрнжение Рпн L 0< ь Рпь

Подключение коммутатором 11 цепи с сопротивлением К„ т Rb вызывает возрастание контролируемого потенциала 4 за счет подзаряда конденсатоХ

va 7 от источника через образцовый резистор 6, Возникающий при этом разбаланс моста на уровне 41„ верхнего порога характеризуется соотношением потенциалов Рпь - Р и фиксируется компаратором 10, срабатывание которого .обеспечивает замыкание ключа 14.

При подключении коммутатором 11 цепи с сопротивления Rx (R6 переходной процесс понижает потенциал ) за счет разряда конденсатора 7 х через сопротивление Rx. Возникающий при -этом разбаланс моста на уровне ф„„ нижнего порога характеризуется соотношением потенциалов

Г

7 8 но только в шине 20 сложения (формируется импульс на сложение) °

Перепады каждой шины поступают на входы блока 16 сравнения импульсных последовательностей, условием но мальной работы которой является временной сдвиг между сравниваемыми последовательностями, что обеспечивается автоматигески из-за невозможности одновременного срабатывания компараторов 9 и 10, Триггеры 21-23 блока сравнения импульсных последовательностей реаги 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 последовательностей их импульсы должны

I поступать по одйому попеременно по каждой шине 19 и 20, чем вызывают непрерывный пульсирующий процесс

II записи в триггер 21 от очередного импульса на сложение и списы- вание ее от очередного импульса на вычитание. При этом, ключи 24 и 25 попеременно блокируются сигналами с выходов триггера 21 синхронно в те моменты, когда на входы этих ключей поступают очередные импульсы с шин 20 или 19, благодаря чему триггеры 22 и 23 остаются в исходном положении.

Для гарантированного срабатывания триггера 23 необходимо наличие двух (n-2) последовательных импульсов только по шине 19 сложения. Первый из них записывает "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 (n-2) импульсов только п6 шине 20 вычитания вызовет гарантированное срабатывание триггера 22 через ключ 24 и выдачу сигнала на шину 32 "Норма" и в блок !8 управления. Выдачу сигнала на шину 32 можно обеспечить и от одного (и-!) импульса на вычитание только по шине 20; если пг!едварительно записать "0" в триггере 2! в качестве его исходного состояния, что и предусмотрено в устройстве при формировании команды "Сброс" с выхода блока 18 управления. По этой же

49109 8. команде устанавливаются в исходное состояние триггеры 22 и 23.

° Работа блока 16 сравнения, импульсных последовательностей, во все триггеры 21-23 которого исходно запи11 I I саны О совместно с предварительно

"сбалансированной" по условию (1) мостовой схемой 1, происходит следующим образом. а) Подключение Й,, ) Rg при

С „ = О, (вариант, характерный для малоемкостных объектов) вызывает (выше уже описанный) цикл перезаряда конденсатора 7 на уровне ф

ПЬ верхнего порога и формирование в шине 20 импульса (О - - О) на вычитание.Последний (только в момент восстановления баланса моста) подтвер» ждает состояние "0" триггера 21 и через подготовленный ключ 25 перебрасывает триггер 23 в "1", фиксируя этим нормальное состояние контролируемого параметра R на шине 32

tt 1l

Норма блока 18 управления.

) Подключение Кх(< Rb npu

С а =- О потребует последовательного осуществления двух циклов перезаряда конденсатора 7 на уровне Р нижпн него порога и формирс" ания соответственно двух последовательных импульсов на сложение в шине 19. Первый из этих импульсов записывает

ll 11

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 перебрасывает триггер 23 в "!", фиксируя этим факт заниженного значения

4О контролируемого параметра R ua

11 t1

Х шине 33 Брак и на входе блока 18 управления.

При контроле цепей, характеризуемых наличием значительной по ве4> личине паразитной емкости С ) О, пар первый цикл переходных процессов моста происходи1 независимо от конкретного значения сопротивления

R> изоляции всегда одинаково. За счет шунтирующего действия незаряженной емкости С, подключаемой че 1ар рез контакты коммутатора 11, в плечо моста параллельно заряженному конденсатору 7 с емкостью С - С пар происходит резкая подсадка контролируемого потенциала Р и разбаланс х моста по условию (3). Восстановление баланса моста происходит, как и прежде, за счет форсированного заряда

8491

9 теперь уже суммарной емкости

С + C„»po межпорогового уровня.

В результате этого цикла, обеспечивающего по сути заряд емкости С и перезаряд конденсатора 7, формирует- 5 ся импульс на сложение в шине 19, записывающий "1" в триггер 21. Контроль собственно сопротивления R èçîëÿции начинается только с этого момента

I и на его результат ложно-шунтирующее 1в влияние паразитной емкости С,о уже ис ключено.

При подключении цепи с R„ (c R и Сpzp Q) 0 происхОдит повтОрный цикл иерезаряда суммарной емкости С + С на уровне Р нижнего порога и формирование второго импульса на сложение, который подтверждает "1" в триггере .

21 и через ключ 24 записывает "1" в триггере 22, фиксируя этим на шине

32 "Брак" и входе блока 18 управления факт заниженного значения контролируемого параметра.

В ином варианте работы при значении Ry 7 R заряженная в первом цик— ле суммарная емкость С + С „ подвергается двум последовательным циклам перезаряда, но, уже на уровне р верхнего порога. В результате в шине 20 появляются два последовательных импульса на вычитание. Первый из них записывает "0" 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» 4в ты устройства формирование результирующих сигналов контроля, достоверно независящих От влияния паразиткой емкости

С, происходит в момент восстановПОр. ления (захвата) режима баланса моста. 45

В процессе удерживания этого .состоя-.. ния блок 18 управления сравнивает сигнал результата контроля на шинах "Норма" и "Брак" определяет программу дальнейшей работы "повторение", 50

"поиск неисправности", продолжение

II испытания. и т.п. формируя при этом команду на переключение коммутатора

II и команду "Сброс" для записи "0" в триггеры 21-23 ° С этого момента 55 начинается контроль очередной цепи.

Если значение сопротивления изоляции,контролируемой цели R равно величине образцового резистора с

09 10 (R„-R<) 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 .Rz — — 0 (К.З. перемычка).

При этом, восстановление баланса высокоомйого моста практически невозможно,что не позволяет формировать импульсы на сложение для фиксации результата на входе "Брак" блока

IS 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 (при балансе моста).

Цифровой компаратор 26 отслеживает состояние логических уровней шин 19 сложения и 20 вычиттания.

При их совпадении, что соответствует балансу моста (в обеих шинах 0 ), .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„ =R6), то наступает переполнение счетчика

30 с обнулением показаний и новый цикл заполнения его.В момент переполнения счетчика 30 иа 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 испытаниях цепей объекта контроля вероят" ность era появления мала.

В случае Р„ = О, логический уровень на шине 19 изменяется, чем изменяет состояние цифрового компаратора 26. Выходы последнего блокируют ключ 28 с одновременным сбросом показаний счетчика ЗО и открывают .ключ 27, через который импульсы генератора 30 начинают заполнять счетчик 29. При достаточно длительном

45

Формула изобретения

1. Устройство для контроля сопротивления изоляции электрических цепей, содержащее источник питания, подклю- 5р ченный к диагонали питания мостовой измерительной схемы, состоящей из первой и второй сравнительных ветвей, к средним точкам которых подключены соответственно первые и вторые входы 55 первого и второго компараторов, вторые входы которых подключены к средней точке измерительной ветви, в одно плечо которой включен образцовый

ll 849! 0 сохранении разбаланса моста (Йх -"О) наступает переполнение счетчика 29 с обнулением показаний и новый цикл заполнения его. В момент переполнения счетчика 29 на шину 33 "Боак" у вход блока 18 управления поступает сигнал, свидетельствующий о недопустимо низком значении контролируемого сопротивления.

Этот режим работы устройства можно использовать для поиска взаимосвязанных цепей неисправностей .

Частота импульсов генератора 26 и объемы счетчиков 29 и 30 подобраны так, что .частая смена логических 15

-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 превьппать возможную длительность переходных процессов моста при выходе из допусковой зоны

Фп ) ф (счечтик 30) и при формих рованном восстановлении баланса

Фг, Р„ (счетчик 29)

Предлагаемое устройство 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 35 . заданной точностью одинаковые условия испытаний изоляции всех разобщенных цепей за счет поддержания испытательного напряжения на объекте независимо от конкретного значения 4р

1 контролируемого сопротивления, качественно дифференцировать статически устой:: sbie, режимы.

9 12 резистор, отличающееся тем, что, с целью уменьшения времени и йовьппения 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 вывод дополнительного резистора соединен с соответствующими выводами ключей,а

его второй. вывод соедйнен с соотI ветствующимивходами 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.l, о т л и ч а- ю щ е е с я тем, что блок сравнения импульсных последовательностей состоит из трех триггеров и двух ключей, причем первый вход этого блока соединен с единичным входом первого триггера и первым входом первого ключа, второй вход которого соединен и

1 с первым выходом первого триггера,а вьход первого ключа соединен с еди,ничным входом вч орого триггера, выход которого соединен с первым выходом блока сравнения импульсных последовательностей, второй вход которого соединен с нулевьм входом первого триггера и первьи входом второго ключа, второй вход которого соединен со вторым выходом первого триггера, а выход — с единичным входом третьего

I 1триггера, выход которого соединен

l3 849109 . 14, со вторым выходом блока, управляющий вход которого соединен .с первым вхо- вход которого — с нулевыми входами дом этого блока, а нулевой — со вторым триггеров. входом блока, а выход первого ключа

3, Устройство по п.l, о т л и ч а-,соединен со вторым входом первого ю Щ е е с я тем, что блок временных счетчика, выход которого — с первым уставок состоит из двух ключей, цифро- выходом блока, второй выход которого вого компаратора, двух счетчиков и ге- соединен с выходом второго счетчика, нератора импульсов, причем выход re- второй вход которого — с выходом нератора импульсов соединен с входами второго ключа. первого и второго ключей, входы каж- 1О Источники информации, дого из которых, соединенные соответ- принятые во внимание при экспертизе ственно с первьми входами первого и 1. Авторское, свидетельство СССР второго счетчиков, подключены соответ-. В 221824, кл. G Ol R 27/02, 1968. ственно к инверсному и единичному вы- 2. Патент США 9 3784906, ходам цифрового,компаратора, единичный 1 кл. 324-62, 1974 (прототип)..

ВНИИПИ Заказ 6085/58

Тираж 732 Подписное

Филиал ПНП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4