Устройство для измерения проводимости изоляции рельсовой линии

,ЯО 16 Я 3,М 1 1) В 61 1. 23/1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГННТ ССОф ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВ ЬСТВУейй Ф(71) Харьковский институт инженеровжелезнодорожного транспортанм. С.М. Киров а(56) Авторское свидетельство СССРИ 667440, кл, В 61 Ь 23/16, 1978,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОВОДИМОСТИ ИЗОЛЯЦИИ РЕЛЬСОВОЙ ЛИНИИ(57) Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может бытьиспользовано для измеренчя с транспортного средства проводимости изоляции .отдельных шпал, заземлений сооружений на рельс, изолированных стяжек,а также для обнаружения постороннихметаллических предметов или предметовс металлическими деталями, находящихся под рельсом или возле него и представляющих опасность для движения поездов или приводящих к нарушению работы автоматической локомотивной сигнализации. Цель изобретения - повышение точности путем снижения влияниятоков в рельсовой подкладке. С рельсами 2 и 3 связан генератор 1 измерительной частоты, а над рельсцм установлены приемники 4,5, каждый из которых выполнен в виде двух индуктивных катушек, расположенных наклоннопо обе стороны от вертикальной плоскости, проходящей через продольнуюось рельса 2, 5 ил, 1645184Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано для измерения с транспортного средства проводимости изоляции отдельных шпал, заземлений сооружений на рельс, изолированных стяжек, а также для обнаружения посторонних металлических прецчетов или предметов с металлическими деталями, находящихся под рельсом или возле него и могущих представить опасность для движения поездов или привести.к нарУшению работы автоматической локомотивной сигнализации (АЛС). 10 Цель изобретения - повышение точности путем снижения влияния токов врельсовой подкладке,На Фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на Фиг. 2. -векторная диаграмма токов и напряжений при наличии под датчиком ме"таллического предмета и отсутствииутечки тока с рельса; на фиг. 3 - 25векторная диаграмма напряжения рельсземля, токов в рельсе и точка утечкис рельса; на фиг. 4 -- расположениекатушек датчика относительно рельсарельсовой подкладки и постороннегометалличеСкого предмета под рельсом,вид сбоку; на Фиг, 5 - разрез А-Ана Фиг. 4.Устройство содержит генератор 1измерительной частоты, подключенный к 35рельсам 2 и 3, приемники 4 и 5, подключенные к селективным усилителям 6и 7, которые через умножители частоты8 и 9 связаны с Фазометром 10, подключенным к двухполярному регистратору 011, например стрелочному прибору снулем по середине шкалы,На Фиг. 1 также показаны металлический предмет 12 и шпалы 13-15 сметаллическими подкладками 16,17 и 18,45Каждый индуктивный датчик состоитиз двух индуктивных катушек 19 и 20,соединенных согласно относительно тока 1(1) в рельсе.В качестве Фазометра 10 примененцифровой фазометр с прямым преобразованием фазовый сдвиг- интервал11времени - постоянное напряжение сучетом знака напряжения. Такой Фазометр содержит на входе формирующиеблоки, поэтому сигнал на выходе фазометра зависит только от сдвига Фазсравниваемых напряжений и не зависитот их амплитуд. Устройство работает следующим образом..От генератора 1 в рельсе 2 протекает ток, который наводит ЭДС. в рельсе 2, приемниках 4 и 5, подкладках 16-18 и в искомом металлическом предмете 12Все наведенные ЭДС отстоят по Фазе от тока в рельсе на 90Напряжения от ЭДС в приемниках 4 и 5 после усиления и фильтрации в селективных усилителях 6 и 7 поступают на умножители 8 и 9 частоты. При умножении в и раз частоты Г двух напряжений сдвинутых между собой на угол(, на выходах умножителей частоты появляются напряжения, сдвинутые между собой на угол пфТаким образом, благодаря применению умножителей частоты получается достаточно большая разность фаз напряжений сигнала на обоих входах фазометра при малой разности фаз ЭДС сигнала, наведенных в приемниках,На выходе фазометра 10 появляется напряжение постоянного тока, пропорциональное по величине сдвигу фаз п( между напряжениями на его входах.Если с отрезка рельса между приемниками 4 и 5 утечки тока нет, то 1=1 и сдвиг фаз между токами 11 и 12 в рельсе под приемником равен нулю.Если в отсутствие тока утечки (о 1=1 -1=0), приемники 4 и 5 расположены между шпалами так, что на приемники не влияют контурные токи в подкладках, а в зоне чувствительности устройства посторонних металлических предметов нет, то в приемниках наводятся ЭДС Е, и Е только от токов 1 и 1 в рельсе, совпадающих по фазе между собой (Фиг. 2), таким образом в этом случае сдвиг Фаз между Е 1 и Е равен нулю, напряжение. на выходе фазометра 10 равно нулю и регистратор 1 по казыв ае т "нуль".Если при 01 = 0 приемники 4 и 5 расположены между шпалами, а под при" емником 4 оказался металлический предмет 12, то на приемник 4 будут действовать токи 11 в рельсе и 1 в металлическом препмете, а на приемник 5 только ток 1 в рельсе, причемТок 1наводит в металлическом предмете ЭДС Ем, отстающую от 1 на 90, а от Е,ц в предмете 12 возникаето1 контурный ток 14, отстающий от ЕА, на1645184 6При наличии утечки тока с отрезкарельса, заключенного между приемни 1 т ками, равенство токов 1 и 1 в рельсе под приемниками нарушается, То к 11от генератора 1 разветвляется на ток а 1 в рельсе и ток утечки 61 (фиг, 3),который определяется по закону Ома.,Ф ФЛ 1= Ц(1) з- где У- напряжение рельса-земляв месте утечки;У . - измеряемая сосредоточена ная проводимость изоляции рельс-зем 15 ля, практически активная. Следовательно, ток утечки 61 практически совпадает по фазе с напряжением Ор(фиге 3)еАналогично определяется ток утечки 1 с рельса на рельс.= 160-170 (фиг. 2),В приемнике 4 наводятся ЭДС Е отока 1 в рельсе и Еот тока 1, вметаллическом предмете, а в приемнике 5 наводится только ЭДС Е,2 от ток1 в рельсе, причем Е и Е совпадают по фазе, но по амплитуде могутбыть не равны (иг. 2), НеравенствоЕ и Е при 1,1=1 возможно из-за рано го смещения датчиков о тно сительнорельса при движении устройства.Суммарная ЭДС в приемнике 4 равиЕ=Е,+Емч Как видно из фиг. 2, наведенная ЭДС Е в приемнике 5 опережает по фазе Ена угол ф4 . Врезультате воздействия на фазометр10 ЭДС Е 2 и Ена его выходе появляется постоянйое напряжение, например, положительной полярности, пропорциональное углу 0( 4, и стрелкирегистратора 11 отклоняется от нуляпо середине вправо,По мере продвижения устроис тв а 25(на фиг. 1 влево) металлический предмет 12 окажется под приемником 5, те -перь уже на приемник 5. будут воздействовать ток 1 в рельсе и контурныйток 1 м в искомом предмете, а на при- Иемник 4 - только ток в рельсе 1равный току 1.Ток в рель се нав еде т в приемнике5 ЭДС Е, а контурный ток 1,в металличе с ком пре дме те наведе т в датчике5 ЭДС Е м, при этом наведенная в приемнике 4 ЭДС Е 1 опережает суммарнуюЗДС Е =Е+Е в приемнике 5 на уголс г мб , равный по величине и противоположный по знаку углу4. 40В результате воздействий на фазометр 10 ЭДС Е и Ес на его выходе.появляется постоянное напряжение,равное по величине и противоположнойполярности напряжению в случае нахождения над искомым предметом приемника 4, Стрелка ре гистрато ра 11 о тклоняется от нуля по середине влево.1 Таким образом, признаком наличия металлического предмета в отсутствие тока утечки является то, что при продвижении устройства вдоль рельса на протяжении отрезка, равного расстоянию между приемниками, регистратор в начале отрезка дает показание положительной полярности, а в конце, отрезка такое же по величине, но отрицательной полярности,Комплексное входное сопротивлениерельсовой цепи имеет индуктивный характер, поэтому ток 1 отстает по фазе от напряжения 0 и следовательно, от тока Ь 1,Таким образом, при наличии утечкитока на отрезке рельса между приемниками 4 и 5 ток 1 отстает по фазеот тока 1, =-1 +Ы, при этом наведенная током 1 ЭДС Е в приемнике 5 отстает по фазе от Е, наведенной вРприемнике 4. В результате воздействия ЭДС Е 1 и Е на фазометр 10 в отс утств ие ме талличе с ко го предме та навыходе фазометра появляется постоянное напряжение отрицательной полярности, что отображается на двухполярном регистраторе 11 отклонением,стрелки влево от нуля.Если место утечки тока находитсявне отрезка рельса, заключенного между приемниками, то устройство на этотток утечки не реагирует, так как вэтом случае под обоими приемникамиток в рельсе один и тот же,Таким образом, признаком наличиятока утечки в отсутствие металлического предмета является то, что припродвижении устройства вдоль рельсана протяжении расстояния, равногорасстоянию между приемниками, регистратор 11 дает только одно показание,причем отрицательной полярности.Чем выше измеряемая сосредоточенная проводимость изоляции Уртембольше ток 1, тем сильнее отклонение стрелки регистратора 11, следова -тельно левую часть шкалы регистрато 1645184ра можно проградуировать в единицахизмерения проводимости - сименсах,Возможен случай, хотя и редкий,когда при наличии металлического.предмета имеется и утечка тока срельса в землю. При этом в моментнахождения над металлическим предметом приемника 4 и при наличии утечки тока с отрезка рельса, заключенного между приемниками, через шпалу 14в землю на устройство будут воздействовать контурный ток Т в металлическом предмете и ток утечки бТ ср.ель са, 15В зависимости от соотношения этихвоздействий регистратор 11 дает показание либо положительной, либо отрицательной полярности,В момент нахождения над металлическим предметом 12 приемника 5 наустройство будет воздействовать только контурный ток 1,ц и регистратор 11даст показание отрицательной полярности, по величине отличающееся от 25показания в момент нахождения надметаллическим предметом приемника 4,Следовательно, признаком наличия металлического предмета в присутст 6вии. тока утечки Т с рельса является то, что регистратор 11 на длине пути движения устройства, равной расстоянию между приемниками, дает два показания, разные по величине.Таким образом, в трех рассмотренных случаях реакция регистратора 11 разная, что позволяет обнаруживать металлический предмет как при наличии тока утечки, так и в отсутствие его, а также измерять проводимость изоляции в рельсовой цепи в отсутствие металлического предмета.Если расстояние между шпалами равно расстоянию между приемниками, контурные токи в подкладках наводят одинаковые ЭДС в обоих приемниках и регистратор 11 не реагирует на под кладки.Однако возможен некоторый сдвиг шпал, что мажет вызвать разбаланс воздействия контурных токов в подкладках на устройство, Для уменьшения этого воздействия катушки 19 и 20 каждого приемника установлены под углом, при котором продолжение оси катушки проходит через центр поперечного вертикального сечения подкладки (фиг. 4). При этом продол 30405055 жение оси катушки 19(20) проходит через центр контурного тока Тд в подкладке, что и снижает величину ЭДС, наводимой током Т в катушке.В процессе движения устройства по рельсам возможно неодинаковое горизонтальное смещение индуктивных при" емников 4 и 5, особенно в кривых участках пути, что.может вызвать разбаланс воздействия контурных токов в подкладках на устройство даже при равенстве расстояний между шпалами и между приемниками.Для уменьшения этого воздействия каждый индуктивный приемник выполнен из двух катушек 19(20), установленных сщметрично относительно верти- . кальной оси рельса (фиг. 4).Если произойдет сдвиг индуктивного приемника относительно вертикальной оси рельса, например, вправо, то продолжение.оси катушки 19 пересеВ чет плоскость контурного тока Тп подкладки выше центра контура тока Тиэ а катушки 20 - ниже центра. В результате в обеих катушках 19 и 20 приемника контурным током наведутся ЭДС, одинаковые по величине и противоположные по фазе. Поскольку обе катушки приемника соединены согласно, то наведенные токи Т ЭДС в катушках взаимно уничтожаются.Формула изобре тенияУстройство для измерения проводимости изоляции рельсовой линии, содержащее связанный с рельсами генератор измерительной частоты и установленные над рельсом вдоль него на расстоянии, равном расстоянию между осями со,седних шпал, два приемника измерительной частоты, имеющих каждый индуктивную катушку, обмотка которой связана через селективньЯ усилитель и умножитель частоты с сооч ветствующим входом фазометра, и регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности путем снюкения влияния токов вУрельсовой подкладке, каждый приемник снабжеАдополнительной индуктивной катушкой, обмотка которой включена последовательно и согласно с первой обмоткой между нею и селективным усилителем, причем катушки каждого приемника установлены симметрично относительно вертикальной плоскости, проходящей через продольнуюось рельса с наклоном от нее и с образованием продольными осями кату 1645184 ошек острого угла с вершиной на пере,сечении вертикальной и поперечнойосей накладки.1 Ь 45184 Я ктор Л. Бескид Долин едактор 13 17 Тираж 315 Подпи сноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент" жгород, ул. Гагарина, 1 Со став ител Техред С.И Кондратенкова