Устройство для измерения проводимости изоляции в рельсовых цепях

(23) Приоритет -1. Кл. 60 осударственныи коми Совета Министров СС но делам изобретенийи открытий Бюллетень оЗ) УДК 621,317.3(088,8) ликовано Дата опубликования описания 01,03.7 72) Авторы изобретени отляренко, В. П. Жох и Р. А. Промышлянский) Заявит рьковский институт инженеров железнодорожного транспорта им, С. М. Кирова(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОВОДИМОС ИЗОЛЯЦИИ В РЕЛЪСОВЪХ ЦЕПЯХоводимост Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано для измерения проводимости изоляции отдельных деревяннных и железобетонных шпал, заземлений сооружений на рельс, в том числе опор контактной сети, изолированных стяжек в кривых, коротких участках рельсовой цепи.Известен прибор,для измерения проводимости изоляции в рельсовых цепях, содержащий,генератор измерительной частоты, две контактные щетки для подключения генератора к рельсам, индикатор и разнесенные вдоль рельса индуктивные датчики, включенные в дифференциальную схему, разбаланс которой регистрируется индикатором, Прибор измеряет проводимость изоляции между рельсом и землей,Однако при движении тележки, на которой смонтирован прибор, происходит нежелательный, случайно изменяющийся разбаланс дифференциальной схемы вследствие неодинакового смещения индуктивных датчиков относительно рельса, а также от магнитной неоднородности рельса в местах установки накладок, противоугонов и т. п. Это приводит к увеличению погрешности измерений и ограничению чувствительности прибора.Цель изобретения - уменьшение погрешности измерений и повышение чувствительности устроиства для измерения пр и изоляции в рельсовых цепях.Это достигаетоя путем автоматическогорегулирования баланса со статической харак теристикой. Для этого устройство снабженогенератором контрольной частоты, дополнительной третьей контактной щеткой, двумя компенсирующими конденсаторами, переменным резистором начальной балансировки 10 прибора, регулируемым элементом в видегерманиевого диода, резистором термостабилизации, двумя полосовыми фильтрами, усилителем некомпенсации, фазочувствительным выпрямителем, усилителем опорного напря жения, фазовыравнивающим контуром, стабилитроном с делителем напряжения и фильтровым резисторами.Выход генератора контрольной частотычерез вторую и третью контактные щетки 20 подсоединен к отрезку рельса под индуктивными датчиками, в цепь первого из которых последовательно включены компенсирующий конденсатор и переменный резистор начальной балансировки прибора, а в цепь второго последовательно включены компенсирующий конденсатор, регулируемый диод и резистор термостабилизации.Цепи обоих индуктивных датчиков подключены встречно-параллельно к вход.сп- ЗО лителя приемника, к выходу которого через3полосовой фильтр контрольной частоты и усилитель некомпепсации подсоединен первый вход фазочувствительного выпрямителя, второй вход которого через усилитель опорного напряжения, полосовой фильтр контрольной частоты и фазовыравнивающий контур,подсоединен параллельно к первому индуктивному датчику. Выход фазочувствительного выпрямителя через плечо делителя напряжепия стабилитрона и фильтровые резисторы подсоединен к аноду и катоду регулируемото диода.Таким образом, автоматическое регулирование баланса осуществляется на контрольной частоте и по достижении баланса на ней дифференциальная система устройства оказывается сбалансированной и для измерительной частоты, Благодаря этому уменьшается разбаланс устройства при движении тележки, а следовательно повышаются точность и чувствительность измерений.На фиг. 1 показано устройство в двух видах; на фиг. 2 - то же, вид сбоку; на фиг. 3 изображена принципиальная схема устройства.Устройство ионгируют на четырехколесной тележке тина рельсового дефектоскопа. Тележка содержит раму 1, к которой прикреплены две каретки 2, имеющие по два пластмассовых колеса 3, В каретках и в раме пет замкнутых контуров для индуктированпых токов. На раме установлен аппаратный ящик 4. К кареткам прикреплены индуктивные датчики 5 и 6 для связи с рельсами, Расстояние между датчиками одного рельса нормально равно расстоянию между осями соседних шпал, но может быть изменено.Сзади и спереди к кареткам шарнирно прикреплены четыре стержня 7 с проволочными контактными штоками 8 (задними) и 9 (передними), через которые генератор 10 (10 кгц) измерительной частоты и генератор 11 (11,5 кгц) контрольной частоты овязаны с рельсами. Генератор 10 подключен к обоим рельсам через щетки 8, а генератор 11 - к одному рельсу через щетки 8 и 9,Внутри ящика 4, кроме генераторов 10 и 11, расположены приемники 12 левого и правого рельсов и источник 13 питания. Каждый приемник имеет три канала - измерительный разомкнутый, контрольный, по замкнутому контуру которого осуществляется автоматическое регулирование баланса, и канал опорного напряжения. Приемник содержит усилитель 14, общий для измерительного и контрольного каналов.1 Лзмерительный канал приемника состоит из полосового фильтра 15 на измерительную частоту и индикатора 16, проградуированного в сименсах. В контрольный капал входят полосовой фильтр 17 на контрольную частоту, индикатор 18 контрольного капала, усилитель 19 пекомпенсации, фазочувствительный выпрямитель 20, сглаживающий конденсатор 21, ключ 22, нагрузочный резистор 23,51 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6 О 65 4фазочувствительного выпрямителя и фильтровые резисторы 24. Канал опорного напряжения состоит из усилителя 25 опорного напряжения, полосового фильтра 26 на контрольную частоту и фазовыравнивающего контура 27. В приемнике также находится стабилитрон 28 с делителем 29 напряжения, на выходе которого установлено напряжение УВ цепь первого индуктивного датчикавключены компенсирующий конденсатор 30,который компенсирует индуктивную составляющую комплексного сопротивления индуктивного датчика, и перемененный резистор 31начальной балансировки устройства. В цепьвторого индуктивного датчика включены компенсирующий конденсатор 32, регулируемыйгерманиевый диод ЗЗ и резистор 34 термостабилизации, сопротивление которого в противоположность диоду с увеличением температуры увеличивается.Цепи первого и второго индуктивных датчиков встречно-параллельно подсоединены квходу усилителя 14. К выходу генератора 10через полосовый фильтр в виде резонансногоконтура подключен вольтметр 35, Конденсатор 36 препятствует шунтированию сигнального тока рельсовой цепи через обмотку выходного трансформатора генератора 10, В выходную цепь генератора 11 последовательновключены резонансный контур, настроенныйна контрольную частоту, и амперметр 37,Устройство работает следующим образом.Ток измерительной частоты от генератора 10 через щетки 8 поступает в рельсовуюцепь. При равенстве токов 1, =1 протеИ Икающих в рельсе под обоими датчиками(утечки нет), и равенстве коэффициентовсвязи К, = К 2 обоих датчиков с рельсом,э.д,с. Е, и Е, , индуктировапные в датчиИках, также равны, Если при этом сопротивление резистора 31 в цепи первого датчикаравно сумме сопротивлений диода 33 и резистора 34 в цепи второго датчика, то токи 1,И.Ли 1, в цепях датчиков также равны, и разИ.Ипостный ток Л 1 ид= 1, - 1., = О. СтрелкаИ.Д И.Диндикатора 16 не отклоняется, значит проводимость би рельс в зем в месте измерения равна нулю,Таким же образом осуществляется баланси по контрольному току, разностный контрольный ток Л 1 и,= 1, - 1 =- О, и стрелК.И И.Дка индикатора 18 находится на нуле. В этомслучае напряжение смещения, подаваемое впроводящем направлении на регулируемыйдиод 33, равно только напряжению Уснимаемому с делителя 29; это напряжение рекомендуется держать равным 0,4 - 0,5 в, Если в этом случае (утечки нет) наступает разбаласс дифсистемы устройства из-за появления неравенства коэффициентов связи, например К, ) К то на входе усилителя 14 появляются разностные токи + Х 1 и,д и +Л 1 и,дизмерительной и контрольной частот.5Ток + Л 1 к, усиливается усилителем 14, поступает. па первый вход фазочувствительного выпрямителя 20. На второй его вход от индуктивного датчика 5 через усилитель 25, полосовой фильтр 2 б и фазовыравнивающий контур 27 поступает опорное напряжение контрольной частоты,Фазочу)вствительный выпрямитель 20 представляет собой шестиполюсник и выпрямляет ток контрольной частоты с учетом полярности. При одинаковых фазах напря)кений на обоих входах выпрямленное напряже нпе на выходе имеет определенную полярность, при разных фазах (полярность изменяется на обратную). При отсутствии сигнала на первом входе напряжение на выходе отсутствует.Для данного примера (К ) К полюс выпрямленного напряжения оказывается на верхнем конце резистора 23, это напряжение складывается со стабилизированным напряжением У положительное смещение на диоде 33 увеличивается и его сопротивление уменьшается. Вследствие этого ток 1 во втором датчике увеличивается, а разностный ток Л 1 к. уменьшается; процесс продолжается до наступления почти полного баланса дифсистемы по контрольной и измерительной частотам.При К, ( К, фаза разностного тока Л 7 изменяется на 180, в результате чегоК.Лна верхнем конце резистора 23 оказывается минус выпрямленного напряжения. Оно вычитается из стабилизированного напряжения У положительное напряжение смещения на диоде 33 уменьшается и его сопротивление увеличивается. Вследствие этого токи 1,ки Л 1 к уменьшаются до наступления баланса. Поскольку канал для контрольного и измерительного токов от рельса до выхода уоилителя 14 один и тот же, то прибор оказывается сбалансированным и для измерительного тока,При наличии утечки (б ф О) часть измерительного тока ответвляется в утечку Ы = 1, - 1 ф О, а контрольный2 иток 1 проходящий по короткому отрезку рельса между щетками 8 и 9, в утечку не ответвляется, поэтому происходит автоматическая балансировка прибора и показания индикатора зависят только от величины проводимости изоляции б и пе зависят от асимметрии ЛК = К, - К 2. В канале опорного напряжения усилитель 25 имеет высокоомный вход для того, чтобы он не шунтировал индуктивный датчик 5. При помощи фазовыравнивающего контура 27 устанавливается сдвиг фаз между напряжениями на обоих входах выпрямителя 20, равный примерно 0. Точного совпадения фаз не требуется,В данном устройстве используются известные индуктивные датчики, в которых коэффициент связи К мало изменяется при смещении датчика относительно рельса. Это суще 479053 5 1 О 15 20 25 зо 55 60 65 35 40 45 50 бственно облегчает задачу автоматического 1)егули 1)овация оа;1 апса, та. как пе требуется глубокой регулировки, В качестве регулируемого элемента применен диод, у которого область изменения сопротивления меньше, чем у триода, а надежность и экономичность выше. Последовательно с диодом включен резистор 34 для температурной компенсации.Для достижения чувствительности прибора 6= 0,5 мсим (й = 2 ком) можно допустить относительный разбаланс дифсистемы прибора от магнитной асимметрии и неточности автоматического регулирования до 0,37 о, Таким образом, от автоматического регулирования баланса требуется обеспечить снижение разбаланса устройства всего в 7 раз. Для этого не обязательно применение точных астатических систем автоматического регулирования с интегрирующими звеньями, а возможно использование более простой статической системы.Статическая система автоматического регулирования по принципу своего действия обладает статической ошибкой (некомпенсацией), которая усиливается усилителем 19 некомпенсации, преобразуется в постоянное напряжение в выпрямителе 20 и подается в виде регулирующей величины на регулируемый элемент (диод 33),Вследствие изменения активного сопротивления в цепи второго датчика в процессе регулирования аргумент комплексного сопротивления этой цепи изменяется, При разных аргументах комплексных сопротивлений обоих датчиков достигнуть полного баланса дифсистемы невозможно, так как сдвиг фаз между токами датчиков не равен 180. Для устранения этого недостатка в цепи обоих датчиков включены компенсирующие конденсаторы 30 и 32, которые компенсируют индуктивное сопротивление датчиков па резонансной частоте, лежащей посередине между контрольной и измерительной, Таким образом, сопротивления цепей обоих датчиков оказываются чисто активными,Для получения достаточного эффекта емкостной компепсацш 1 па 1 ф,онт)олНО и измерительной 1 астотах они должны отличаться пе более чем на 15%, Емостпая омпепсацп повышает также уровспь сиг 11 ала па входе ус ил ит ел 51. Устройством пользуются следующим образом: устанавливают тележку на рельсы и включают питание; смещая тележку, располагают оба индуктивных датчика одинакового относительно рельса п шпалы; размыкают ключ 22, при помощи резистора 31 симметрпруют устройство, добиваясь исчезновения сигнала на индикаторе 18 контрольного канала, замыкают ключ 22 и доспмметрируют устройство при помощи резистора 31, Во время измерений периодически контролируют оаланс устройства по индикатору 18,Устройство для измерения проводимости изоляции в рельсовых цепях, содержащий генератор измерительной частоты, подключенный двумя контактными щетками к рельсам, два индуктивных датчика, соединенных встречно-параллельно с входом усилителя, к выходу которого через полосовой фильтр подключвн индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен генератором контрольной частоты, дополнительной третьей контактной щеткой, двумя компенсирующими конденсаторами, перемененным резистором начальной балансировки прибора, регулируемым элементом, резистором термостабилизации, двумя полосовыми фильтрами, усилителем некомпенсации, фазочувствительным выпрямителем, усилителем опорного напряжения, фазовыравнивающим контуром, стабилитроном с делителем напряжения и фильтровыми рези 4790538сторами, при этом выход генератора контрольной частоты чврез вторую и третью контактные щетки подсоединен к отрезку рельса под двумя упомянутыми индуктивными датчиками, один из которых через первый компенсирующий конденсатор и переменный резистор начальной балансировки прибора, а другой - через второй компенсирующий конденсатор, регулируемый элемент и резистор1 о термостабилизации одновременно подключены к входу усилителяк выходу которого через второй полосовой фильтр и усилитель некомпенсации подсоединен один вход фазочувствительного выпрямителя, а другой вход его через фазовыравнивающий контур, третий полосовой фильтр и усилитель опорного напряжения подсоединен параллельно первому индуктивному датчику; выход фазочувствительного выпрямителя через плечо делителя напряжения стабилитрона и фильтровые резисторы подключен к регулирувмому элементу.