Устройство для контроля сопротив-ления изоляции электрических цепей

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советск инСоциалистическиеРеспублик849309(23) Приоритет Государственный комитет Опубликовано 23,07.81.Бюллетень рв 27.Дата опубликования описания 23,07,81 но денем изобретений н открытий( 7 1 ) Зая вител ь 2Использование быстрого динамическогозроцесса периодической самонастройки моСтовой измерительной схемыобеспечивает этому устройству высокую,точность контроля 11 .Однако быстродействие известногоустройства ограничено при проверке цепей с большими величинами междупроводными емкостями.Наиболее близкж по техническойсущности 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 контрольно-испытательной технике и можетбыть использовано в системахфавтоматического контроля качества изоляции между разобщенными цепями какпри эксплуатации испытательных и5управляющих комплексов, так и приизготовлении сложномонтажных приборов и кабельных стволов.Известно устройство для контролясопротивления изоляции, котороесодержит мостовую измерительнуюсхему, в измерительное плечо измерительной ветви которой включен коммутатор цепей объекта контроля,шунтируемый образцовым резистором спомощью контактов пускового реле, ив смежном плече сравнительной ветвимостовой измерительной схемы токорегулирующий элемент с запоминающжконденсатором на входе, в измерительную диагональ мостовой измерительнойсхемы включен нуль-орган, пусковоереле, блок фиксации результатов.,М(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОПРОТИВЛЕНИЯИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ25 45 3 849 О помощью контактных элементов проверяемый резистор, а выходы компараторов подключены через инверторы соответственно к элементам сигнализации "выше и негоден" -а5 также к входам элемента И, выход которого подключен ко входу элемента сигнализации "ггден" . 2.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 конт 15 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 подключены соответственно первые и вторые 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 ключа50 и первыми входами блоков сравнения импульсных, последовательностей и временных уставок, вторые входы которых соединены с управляющим входом второго ключа и выходом второго компара тора, а первые и вторые выходы блоков сравнения импульсных последовательностей и временных уставок соединены соответственно с первым и вто= 9 фрым входами блока управления, первый выход которого подключен к. управ 9ляющему 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 вход 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 которого 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 - с выходом второго ключа.На чертеже приведена структурная схема устройства для контроля сопро тивления изоляЦии электрических цепей.Оно состоит из мостовой изиерительной схемы 1, резисторов 2-5 двух сравнительных ветвей, образцового резистора 6 измерительной ветви, конденсатора 7, дополнительного резистора 8; компараторов 9 и О, коммутатора 11, сопротивления объекта контроля 12,ключей 13 и 14, источРр (Ъ )9и фиксируется компаратором 9, срабатывание ко .рого обеспечивает замыкание ключа 13.При разбалансе по условию 2) замыкание ключа 14 образуетконтурразряда конденсатора 7 через резис-тор 8, ключ 14 и минус источника пи.тания.ФПри разбалансе по условию (3) замыкание ключа 13 образует цепь фор 1 ированного заряда конденсатора 7:плюс источника - ключ 1 3 - резистор 8.Каждый из этих процессов обеспе,чивает изменение контролируемогопотенциала Рх в сторону межпороговойзоны.При восстановлении соотношенийусловия 1) форсированный перезаряд конденсатора 7 прекращается автоматически за счет разомкнутого состояния обоих ключей 13 и 4,Состояния компараторов, 9 и 1 Оопределяют .логические уровни в шинах 19 сложения и 20 вычитания. Прибалансе по условию 1) они одинаковы, например 0. Разбаланс по усло-вию (2) с последующим форсированнымвозвратом в режим 1,) вызывает перепады логических уровней "01.0"только в шине 20 вычитания формируется импульс на вычитание), Разбаланс по условию 1,3) с последующимвосстановлением исходного режимаК 1) вызывает аналогичные перепады,ЗО 55 584910ника 15 питания, блока 1 6 сравнения .импульсных последовательностей,блока 17 временных уставок, блока 18управления, шины 19 сложения, шины20 вычитания.Блок 16 сравнения импульсных после 5довательностей состоит из триггеров21-23, ключей 24 и 25. Блок временных уставок состоит из цифровогокомпаратора 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 измерительной схемы 1 Р, и Р, определяютсоответственно нижний и верхнийпределы отбраковки проверяемыхцепей по величине сопротивленияизоляции, величины резисторов в плечах сравнительных и измерительныхветвей должны быть выбраны из условияЬ хЪ х эь д25при этом потенциалы средних ветвеймостовой схемы связаны следующимсоотношениемР (р (Р (1)Пороги срабатывания компараторов9 и 1 О определяются следующими условиямии фпн ) фх для компаратора 9. 2)Ф;,рп для компаратора О (3)35Выполнение условий (2) и (3)исключает одновременное срабатываниекомпараторов.Величина образцового резистора6 равна средней величине допустимого сопротивления изоляции В , Величина дополнительного резистора 8 выбирается из. условия обеспечения быстрого заряда - разряда конденсатора 7 сучетом инерционных характеристик компараторов 9 и 10 и ключей 3 и 14,а также ширины межпороговой зоны,которая не должна превышать допускапо точности контроля сопротивленияизоляции50Устройсто .работает следующимобразом.До подключения контролируемойцепи в плечо измерительной диагонали конденсатор 7.периодически заряжается через образцовый. резистор 6,а при достижении на нем величинызаряда)Р , разряжается черезключ 14 и резистор 8, таким образом 9 6на конденсаторе 8 постоянно имеется напряжение Фп О ь ФПодключение коммутатором 11 цепи с сопротивлением Й 7 Йь вызывает возрастание контролируемого потенциала 4 за счет подзаряда конденсатоХоа 7 от источника через образцовый резистор 6, Возникающий при этом разбаланс моста на уровне 41 верхнего порога характеризуется соотношением потенциаловф, фХ и фиксируется компаратором. О, срабатывание которого .обеспечивает замыкание ключа 14.При подключении коммутатором 11 цепи с сопротивления КХ ( Й переходной процесс понижает потенциалза счет разряда конденсатора 7 хчерез сопротивление Рх. Возникающий при .этом разбаланс моста на уровне ф нижнего порога характеризуется соотношением потенциалов7 8но только в шине 20 сложения (формируется импульс на сложение)Перепады каждой шины поступаютна входы блока 16 сравнения импульсных последовательностей, условием номальной работы которой является временной сдвиг между сравниваемымипоследовательностями, что обеспечивается автоматигески из-за невозможности одновременного срабатывания компараторов 9 и 10,Триггеры 21-23 блока сравненияимпульсных последовательностей реагируют на входные импульсы в моментвосстановления (захвата) режима баланса моста, что в данном случаесоответствует перепадам логическихуровней "1" - "0" в одной из шин,19 или 20.При равенстве сравниваемых последовательностей их импульсы должныпоступать по одйому попеременно покаждой шине 19 и 20, чем вызываютнепрерывный пульсирующий процесс1 1записив триггер 21 от очередного импульса на сложение и списы-вание ее от очередногоимпульса навычитание, При этом, ключи 24 и 25попеременно блокируются сигналамис выходов триг гера 21 синхронно вте моменты, когда на входы этих ключей поступают очередные импульсы сшин 20 или 19, благодаря чему триггеры 22 и 23 остаются в исходном положении.Для гарантированного срабатываниятриггера 23 необходимо наличие двух(и) последовательных импульсовтолько по шине 19 сложения. Первыйиз них записывает "1" в триггер 21и подготавливает ключ 25 к приемувторого импульса на сложение, который перебрасывает триггер 23, чемобеспечивает подачу сигнала на шину33 "Брак" и в блок 18 управления.Аналогично появление двух (п)импульсов только п 6 шине 20 вычитаниявызовет гарантированное срабатывание триггера 22 через ключ 24 и выдачусигнала на шину 32 "Норма" и вблок 8 управления. Выдачу сигналана шину 32 можно обеспечить и от одного (и-) импульса на вычитаниетолько по шине 20; если предварительно записать "0" в триггере 21в качестве его исходного состояния,что и предусмотрено в устройствепри формировании команды "Сброс" с выхода блока 18 управления. По этой же 49109 8.команде устанавливаются в исходноесостояние триггеры 22 и 23,о Работа блока 16 сравнения. импульсных последовательностей, во все триггеры 21-23 которого исходно запи 11 11саны 0 совместно с предварительно" сбалансированной" по условию ( 1 )мостовой схемой 1, происходит следующим образом .а ) Подключение Й ) ЙприС= 0 , ( в а риант, характерный длямало емко с тных объектов) вызывает(выше уже описанный ) цикл пер е заряда конденсатора 7 на уровне 9пЬверхнего порога и Формирование в шине 20 импульса (О -- 0) на вычитание.Последний (только в моментвосстановления баланса моста) подтверждает состояние "0" триггера 21 ичерез подготовленный ключ 25 перебрасывает триггер 23 в "1", фиксируяэтим нормальное состояние контролируемого параметра Йх на шине 3211 11Норма блока 18 управления,) Подключение Йх(С Йб приСпа .= 0 потребует последовательногоосуществления двух циклов перезаряда конденсатора 7 на уровне Р нижпннего порога и формирс" зния соответственно двух последовательных импульсов на сложение в шине 19. Первый из этих импульсов записывает1 111 в триггере 21 и подготавливаетключ 25, а второй (в момент вторичного восстановления баланса моста)подтверждает "1" в триггере 21 ичерез подготовленный ключ 25 перебрасывает триггер 23 в "1", фиксируя этим факт заниженного значенияконтролируемого параметра Й на1 ф 1хшине 33 Брак и на входе блока 18управления.При контроле цепей, характеризуемых наличием значительной по ве 45 личине паразитной емкости С ) О,парпервый цикл переходных процессовмоста происходи независимо от конкретного значения сопротивленияЙ изоляции всегда одинаково. Засчет шунтирующего действия незаряженной емкости С , подключаемой чеарфрез контакты коммутатора 11, в плечо моста параллельно заряженномуконденсатору 7 с емкостью С .- Спарпроисходит резкая подсадка контролируемого потенциала Р и разбалансхмоста по условию (3). Восстановление баланса моста происходит, как ипрежде, за счет форсированного заряда8491 20 9теперь уже суммарной емкостиС + С цо межпорогового уровня,В результате этого цикла, обеспечивающего по сути заряд емкости Си перезаряд конденсатора 7, формируется импульс на сложение в шине 19, записывающий "1" в триггер 21. Контрольсобственно сопротивления Й изоляции начинается только с этого моментаIи на его результат ложно-шунтирующее 10влияние паразитной емкости Спо, ужеис ключено.При подключении цепи с ЙЙьиСр 1) 0 происходит повторный цикл иерезаряда суммарнойемкости С + С на уровне Рнижнего порога и формированиевторого импульса на сложение,который подтверждает "1" в триггере .21 и через ключ 24 записывает "1"в триггере 22, фиксируя этим на шине32 "Брак" и входе блока 18 управле -ния факт заниженного значения контролируемого параметра.В ином варианте работы при значении Й 7 Й заряженная в первом цик -ле суммарная емкость С + Сподвергается двум последовательным циклам перезарядэ, но, уже на уровне Р,верхнего порога. В результате в шине 20 появляются два последовательных импульса на вычитание, Первыйиз них записывает "0" в триггер 21,чем заблокирует ключ 24 и подготовитключ 25, а второй - через ключ 25записывает "1" в триггер 23, фиксируяэтим на шине "Норма" и входе блока18 управления сигнал о нормальномсостоянии контролируемой цепи.,Во всех перечисленных режимах рабо 40ты устройства формирование результирующих сигналов контроля, достоверно независящих от влияния паразиткой емкостиС , происходит в момент восстановП 00.ления захвата) режима баланса моста. 45В процессе удерживания этого .состоя-ния блок 18 управления сравнивает сигнал результата контроля на шинах "Норма" и "Брак" определяет программудальнейшей работы "повторение",50"поиск неисправности", продолжениеиспытания. и т.п. формируя при этомкоманду на переключение коммутатора1 и команду "Сброс" для записи "0"в триггеры 21-23. С этого момента 55начинается контроль очередной цепи.Если значениесопротивления изоляции,контролируемой цели Й равновеличине образцового резистора с 09 о(Й-Й ) с учетом допуска контроля,определяемого шириной межпороговой зоны, то разбаланс моста непроисходит., импульсы на шинах 19 и20 не формируются.Переходные процессы будут отсутствовать и в случае подключения сопротивления,Й = 0 (К.З. перемычка),При этом, восстановление баланса высокоомйого моста практически невозможно,что не позволяет формировать импульсы на сложение для фиксациирезультата на входе "Брак" блока8 управления.Распознавание указанных состоянийпроверяемой цепи производится блоком17 временных уставок, используемого для поочередного формирования двухконтрольных интервалов ожиданияс помощью цифрового компаратора 26 исчетчиков 29 (при разбалансе моста)и 30 при балансе моста).Цифровой компаратор 26 отслеживает состояние логических уровней шин 19 сложения и 20 вычиттаиия.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 (Йх =Й 6), 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 его появления мала.В случае Й = 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 длительном40 45 Формула изобретения1 1. Устройство для контроля сопротивления изоляции электрических цепей, содержащее источник питания, подклю р 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 11 849 Осохранении разбаланса моста (Йх -"О)наступает переполнение счетчика 29 собнулением показаний и новый циклзаполнения его. В момент переполнениясчетчика 29 на шину 33 "Брак" у входблока 18 управления поступает сигнал,свидетельствующий о недопустимо низком значении контролируемого сопротивления.Этот режим работы устройства можноиспользовать для поиска взаимосвязанных цепей неисправностей .Частота импульсов генератора 26и объемы счетчиков 29 и 30 подобранытак, что .частая смена логических 15уровней на шинах 19 и 20, свойственная выше описанной нормальной работемостовой схемы, не допускает переполнения этих счетчиков. Формируемыепоследними временные уставки должныдля достоверности превышать возможную длительность переходных процессовмоста при выходе из допусковой зоныФп ) Ф (счечтик 30) и при формихрованном восстановлении баланса 25ФгРх (счетчик 29),Предлагаемое устройство позволяетисключить влияние емкости проверяемыхцепей на результат контроля, гибкорегулировать длительность процессаконтроля в зависимости от конкретныхпараметров испытуемы цепей, увеличить быстродействие устройства в тембольшей степени, чем меньше допускконтроля, кроме того, обеспечить с. заданной точностью одинаковые условия испытаний изоляции всех разобщенных цепей за счет поддержанияиспытательного напряжения на объектенезависимо от конкретного значенияконтролируемого сопротивления, качественьо дифференцировать статическиустойнвые, режимы,9 12резистор, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью уменьшения времении йовышения достоверности контроля,в него введены первый и второй ключи, конденсатор, дополнительныйрезистор, блок сравнения импульсныхпоследовательностей, блок временныхуставок, блок управления и коммутатор,причем с одним из полюсов источника питания через первый и второй ключи соединен второй полюсисточника, питания, один вывод дополнительного резистора соединен ссоответствующими выводами ключей,аего второй вывод соедйнен с соответствующимивходами компараторов,средняя точка измерительной ветвисоединена с первым выходом коммутатора и первым выводом конденсатора, второй вывод которого и второйвыход коммутатора соединены со вторым полюсом источника питания, авыход первого компаратора соединенс управляющим входом первого ключаи первыми входами блоков сравненияимпульсных последовательностей и временных уставок, вторые входы которых соединены с управляющим входомвторого ключа и выходом второго компаратора, а первые и вторые выходыблоков сравнения импульсных последовательностей и временных уставоксоединены соответственно с первыми вторым входами блока управления,первый выход которого подключен куправляющему входу блока сравненияимпульсных последовательностей, авторой - к управляющему, входу коммутатора,2. Устройство по п.1, о т л и ч а-ю щ е е с я тем, что блок сравненияимпульсных последовательностей состоит из трех триггеров и двух ключей,причем первый вход этого блока соединен с единичным входом первоготриггера и первым входом первогоключа, второй вход которого соединенс первым выходом первого триггера,авыход первого ключа соединен с еди,ничным входом второго триггера, выходкоторого соединен с первым выходом блока сравнения импульсных последовательностей, второй вход которогосоединен с нулевьм входом первоготриггера и первьи входом второгоключа, второй вход которогосоединенсо вторым выходом первого триггера,а выход - с единичным входом третьего1триггера, выход которого соединенЗаказ 6085/732 Подписное ВНИИП Тираж ПНП "Патент",род, ул. Проектнафилиалг. Уж 13 849109 , 14 .со вторым выходом блока, управляющий вход которого соединен .с первьм вхо-вход которого - с нулевыми входами дом этого блока, а нулевой - со вторымтриг геров . входом блока, а выход первого ключа3. Устройство по п,1, о т л и ч а- ,соединен со вторым входом первогою Щ е е с я тем, что блок временныхсчетчика, выход которого - с первымуставок состоит из двух ключей, цифро- выходом блока, второй выход которогового компаратора, двух счетчиков и ге- соединен с выходом второго счетчика,нератора импульсов, причем выход ге- второй вход которого - с выходомнератора импульсов соединен с входами второго ключа.первого и второго ключей, входы каж О Источники информации,дого из которых, соединенные соответ- принятые во внимание при экспертизественно с первьми входами первого и 1. Авторское, свидетельство СССРвторого счетчиков, подключены соответ-. 9 221824, кл. С О 1 К 27/02, 1968,ственно к инверсному и единичному вы, Патент США В 3784906,ходам цифрового,компаратора, единичный 1 кл. 324-62, 1974 (прототип)