КОММУТАТОР ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРИБОРА ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ЦЕПЕЙ ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ИЗДЕЛИЯ ПРИ ИХ СБОРКЕ
SWITCHING UNIT OF MEASURING INSTRUMENT FOR QUALITY CONTROL OF FEED CIRCUITS OF ELECTROTECHNICAL SYSTEMS OF ITEM AT THEIR ASSEMBLY

Коммутатор измерительного прибора для контроля качества цепей питания электротехнических систем изделия при их сборке (далее - коммутатор измерительного прибора) относится к технологическому оборудованию и может быть использован в процессе сборке и технологической подготовки электротехнических систем различных изделий перед их первым включением для настройки или электрических испытаний.
Любая электротехническая система изделия (и изделие в целом) в процессе сборки подвергается обязательным контрольным операциям, предусматривающим измерение сопротивления между ее шинами питания и между каждой шиной питания и корпусом изделия при обеих полярностях подключения измерительного прибора, и по совокупности результатов измерений - последующей оценке пригодности к продолжению сборки электротехнической системы изделия или к ее первому включению для проверки работоспособности (функционирования). Предусматривается шесть измерений с учетом измерений при смене полярности измерительного напряжения. Такие проверки повторяются каждый раз после подключения к электротехнической системе изделия очередного кабеля питания или прибора. За время сборки любой электротехнической системы изделия проводятся десятки таких измерений. Это затягивает процесс сборки электротехнической системы изделия и изделия в целом.
Близкий аналог предлагаемому коммутатору измерительного прибора может быть выполнен по аналогии с коммутатором из [1]. Подключение измерительного прибора с помощью такого коммутатора может производиться поочередно к обесточенным шинам питания и к корпусу изделия по мере сборки электротехнической системы изделия, при этом обеспечивается контроль сопротивления нагрузки между шинами питания, отсутствие обрыва шин питания или короткого замыкания между ними, а также сопротивление гальванических связей между каждой из шин питания и корпусом изделия при обеих полярностях измерительного напряжения.
При использовании измерительного прибора в режиме омметра в процессе контроля качества цепей питания электротехнических систем изделия при их сборке конденсаторы электротехнической системы этого изделия, связанные с шинами питания и корпусом изделия, перезаряжаются с изменением полярности напряжения на них, что для электролитических конденсаторов недопустимо, в частности - для конденсаторов, установленных между шинами питания. Кроме того, процесс измерения высокоомных сопротивлений между шинами питания и корпусом изделия за счет медленного перезаряда упомянутых конденсаторов при малых измерительных токах занимает относительно много времени.
Перечисленные обстоятельства составляют комплекс недостатков такого устройства при его использовании.
В качестве прототипа по исполнению применительно к предложенному устройству можно принять схему коммутатора по [2], содержащую три входные цепи, две выходные цепи и многопозиционный переключатель.
Однако коммутатор измерительного прибора, выполненный на основе схемы прототипа, обладает всеми перечисленными недостатками. Кроме того, в электротехнической системе, имеющей протяженные цепи питания и длинные измерительные цепи, в процессе сборки всегда возникают помехи за счет электростатических эффектов или за счет паразитных связей цепей питания измерительных приборов с промышленными сетями, способные повлиять на результаты измерений, на качество электролитических конденсаторов, включенных между шинами питания приборов собираемой электротехнической системы, и на иную, особенно - низковольтную, элементную базу, что снижает надежность аппаратуры, может повлиять на ресурс работы изделия в целом и даже привести к отказу.
Задачей изобретения является уменьшение количества контрольных измерений и, как следствие, увеличение производительности контроля, исключение влияния помех по цепям подключения измерительного прибора на надежность собираемой электротехнической системы изделия, а также увеличение объективности и достоверности контроля, выявление ошибок и дефектов в собираемой электротехнической системе изделия.
Эта задача решается тем, что в коммутатор измерительного прибора для контроля качества цепей питания электротехнических систем изделия при их сборке, содержащий три входные цепи, две выходные цепи, переключатель, введенные два низкоомных резистора R1 и R2 и диод, при этом переключатель применен на четыре направления с контактными группами на три положения, при этом первая входная цепь предназначена для подключения к шине питания «плюс» электротехнической системы изделия и соединена с подвижным контактом первой контактной группы переключателя, вторая входная цепь предназначена для подключения к шине питания «минус» электротехнической системы изделия и соединена с подвижным контактом второй контактной группы переключателя, третья входная цепь предназначена для подключения к корпусу изделия и соединена с подвижным контактом третьей контактной группы переключателя, первая выходная цепь предназначена для подключения первого вывода измерительного прибора и соединена со вторым неподвижным контактом первой контактной группы переключателя, вторая выходная цепь предназначена для подключения второго вывода измерительного прибора и соединена со вторым неподвижным контактом второй контактной группы переключателя, первый и третий неподвижные контакты первой контактной группы переключателя соединены с одним выводом первого низкоомного резистора R1, первый и третий неподвижные контакты второй контактной группы соединены с одним выводом второго низкоомного резистора R2, другие выводы упомянутых низкоомных резисторов соединены с подвижным контактом четвертой контактной группы, первый неподвижный контакт четвертой контактной группы соединен с третьим неподвижным контактом третьей контактной группы и с первой выходной цепью, первый неподвижный контакт третьей контактной группы соединен с третьим неподвижным контактом четвертой контактной группы и со второй выходной цепью, катод диода соединен с первой выходной цепью, анод диода соединен со второй выходной цепью.
Кроме того, низкоомные резисторы R1 и R2 применены с разными номиналами по сопротивлению и при этом каждое из них меньше эквивалентного сопротивления нагрузки Rн на шины питания электротехнической системы изделия (R1≠R2)<Rн. При этом сопротивление одного из резисторов может быть уменьшено до нуля.
Технический результат предложенного изобретения при его использовании достигается за счет того, что, во-первых, для объективного контроля состояния цепей питания собираемой электротехнической системы изделия требуются всего три операции вместо шести, что обеспечивает повышение производительности. Во-вторых, в исходном состоянии переключателя измерительный прибор (омметр) подключен к шинам питания собираемой электротехнической системы изделия и непрерывно контролирует сопротивление между ними в процессе подключения кабелей и приборов, что позволяет обнаружить дефект в момент его проявления и не позволяет накапливаться статическому электричеству на выводах измерительного прибора. В-третьих, проверка гальванических связей шин питания с корпусом изделия на соответствие конструкторской документации производится при замкнутых между собой через низкоомные сопротивления шинах питания при одной и при другой полярности подключения измерительного напряжения к шинам питания относительно корпуса изделия, что исключает появление напряжения любой полярности между шинами питания при этой проверке. Кроме того, сохранение надежности собираемой электротехнической системы обеспечивает диод, защищающий шины питания от попадания на них постоянного, переменного или импульсного напряжения, содержащего составляющую обратной полярности. Этот диод не влияет на результаты остальных измерений и при этом позволяет проверить правильность распайки цепей кабелей питания электротехнической системы до подключения к ним приборов.
Кроме того, измерительный прибор (омметр), будучи подключенным к цепям питания собираемой электротехнической системы изделия через данный коммутатор, при измерениях многократно и безошибочно переключается между этим же цепям питания и корпусом изделия с помощью этого же коммутатора. Это исключает любую ошибку его подключения, способную оказать вредное воздействие на элементы собираемой электротехнической системы изделия, в то же время сами измерения достоверны, носят объективный характер и позволяют определить любой дефект в цепях питания в процессе сборки электротехнической системы изделия - короткое замыкание, обрыв, недопустимую связь с корпусом изделия, отклонение от требований технической документации. Анализ результата измерения сопротивления короткого замыкании любой шины питания на корпус изделия однозначно подскажет, которая из шин питания замкнута на корпус изделия.
На фиг.1 приведена схема предложенного коммутатора измерительного прибора для контроля качества цепей питания электротехнических систем изделия при их сборке.
На фиг.1 приняты следующие обозначения.
ХР1, ХР2 и ХР3 - входные цепи устройства, обеспеченные, при необходимости, соединителями для подключения к цепям питания и к корпусу собираемой электротехнической системы;
XS1, XS2 - выходные цепи устройства или условные соединители (гнезда) для подключения измерительного прибора, например омметра;
SA - переключатель на четыре направления SA.1, SA.2, SA.3 и SA.4 и три положения, у которого:
1, 2, 3 - неподвижные контакты каждого направления SA.1, SA.2, SA.3 и SA.4 переключателя SA,
2' - подвижные контакты переключателя SA каждого направления;
R1, R2 - низкоомные резисторы;
VD - диод.
Выполнено устройство следующим образом.
Первая входная цепь ХР1 предназначена для подключения к шине питания «плюс» изделия и соединена с подвижным контактом 2' первой контактной группы SA.1, вторая входная цепь ХР2 предназначена для подключения к шине питания «минус» изделия и соединена с подвижным контактом 2' второй контактной группы SA.2, третья входная цепь ХР3 предназначена для подключения к корпусу изделия и соединена с подвижным контактом 2' третьей контактной группы SA.3, первая выходная цепь XS1 предназначена для подключения первого вывода измерительного прибора и соединена с неподвижным контактом 2 первой контактной группы SA.1, вторая выходная цепь XS2 предназначена для подключения второго вывода измерительного прибора и соединена с неподвижным контактом 2 второй контактной группы, первый 1 и третий 3 неподвижные контакты первой контактной группы SA.1 соединены с одним выводом первого низкоомного резистора R1, первый 1 и третий 3 неподвижные контакты второй контактной группы SA.2 соединены с одним выводом второго низкоомного резистора R2, другие выводы низкоомных резисторов R1 и R2 соединены с подвижным контактом 2' четвертой контактной группы SA.4, первый неподвижный контакт 1 четвертой контактной группы SA.4 и третий неподвижный контакт 3 третьей контактной группы SA.3 соединены с первой выходной цепью XS1, третий неподвижный контакт 3 четвертой контактной группы SA.4 и первый неподвижный контакт 1 третьей контактной группы SA.3 соединены со второй выходной цепью XS2, катод диода VD соединен с первой выходной цепью, анод диода соединен со второй выходной цепью.
Кроме того, низкоомные резисторы R1 и R2 могут быть применены с разными номиналами по сопротивлению и при этом каждое из них меньше эквивалентного сопротивления нагрузки Rн на шины питания электротехнической системы изделия (R1≠R2)<Rн. При этом сопротивление одного из резисторов R1 или R2 может быть уменьшено до нуля.
При подготовке устройства к контролю электротехнической системы изделия в процессе ее сборки первая входная цепь ХР1 устройства подключается к шине питания «плюс» собираемой электротехнической системы изделия, вторая входная цепь ХР2 подключается к шине питания «минус», третья входная цепь ХР3 - к корпусу изделия (на схеме фиг.1 не показаны). К первой выходной цепи XS1 устройства подключается вход измерительного прибора, например омметра, имеющий положительный потенциал в режиме измерения сопротивления, ко второй выходной цепи XS2 подключается второй вход этого прибора, имеющий отрицательный потенциал. Это - исходное состояние оборудования, готового к проведению контрольных измерений в процессе сборки электротехнической системы и подготовки ее к первому включению.
В зависимости от особенностей собираемой электротехнической системы изделия в качестве измерительного прибора (при необходимости) может использоваться универсальный измерительный прибор, способный в процессе сборки электротехнической системы изделия измерять емкости конденсаторов, подключенных к шинам питания, либо комплексное сопротивление между цепями питания и т.п.
Работает предложенное устройство, будучи подключенным к собираемой, но не подключенной к источнику питания электротехнической системе изделия совместно с омметром следующим образом.
В исходном (среднем) состоянии переключателя SA согласно фиг.1 измерительный прибор, подключенный к «чистым» шинам питания собираемой электротехнической системы изделия (целесообразно - до подключения к ним первого прибора) через замкнутые контакты 2'-2 контактных групп SA.1 и SA.2, будет показывать текущее значение сопротивления нагрузки Rн между шинами питания, например обрыв. Если значение этого сопротивления в процессе сборки электротехнической системы изделия находится в допустимых пределах для данного изделия на данном этапе сборки, можно проверять сопротивление гальванических связей шин питания с корпусом изделия. Если - нет, то сначала нужно найти и устранить причину несоответствия.
Для проверки гальванических связей между шинами питания электротехнической системы изделия (вместе с элементами и блоками, включенными между этими шинами питания, например, с вторичными источниками питания, исполнительными органами и др.) и корпусом изделия на соответствие требованиям конструкторской документации, достаточно переключатель SA поочередно установить в крайние положения. При этом в одном положении переключателя SA (например, в верхнем на фиг.1) через замыкающиеся контакты 2'-1 групп контактов SA.1 и SA.2 шины питания соединяются между собой через два последовательно соединенных низкоомных резистора R1 и R2, общая точка этих резисторов через замыкающиеся контакты 2'-1 группы SA.4 соединяется с положительным выводом измерительного прибора, подключенного к выходной цепи XS1 устройства, а отрицательный вывод измерительного прибора через выходную цепь XS2 и замыкающиеся контакты 2'-1 группы SA.3 соединяется с корпусом изделия. В этом положении переключателя SA проверяются гальванические связи между объединенными шинами питания и корпусом изделия при положительном потенциале измерительного напряжения на шинах питания электротехнической системы изделия.
При установке переключателя SA в другое крайнее положение (нижнее на фиг.1) по аналогии проверяются гальванические связи между объединенными шинами питания и корпусом изделия при отрицательном потенциале измерительного напряжения на шинах питания.
Если электрическая связь между корпусом и шинами питания в норме, можно приступать к подключению к собираемой системе следующего кабеля либо прибора, после подключения которых измерения повторяются. И так далее, до окончания сборки электротехнической системы изделия.
Если электрическая связь между шинами питания и корпусом изделия не в норме, требуется разбор замечания и устранение его причины. После устранения причины замечания сборка электротехнической системы изделия может быть продолжена.
Короткое замыкание любой шины питания собираемой электротехнической системы изделия на корпус изделия может быть идентифицировано по значению измеренного сопротивления между корпусом изделия и общей точкой сопротивлений R1 и R2. Для примера примем R1=10 Ом и R2=20 Ом, хотя номиналы этих сопротивлений могут быть иными, но должны быть в несколько раз меньше, чем эквивалентное сопротивление нагрузки Rн приборов, подключенных к шинам питания собираемой электротехнической системы изделия. В этом случае при коротком замыкании на корпус изделия шины «минус» измерительный прибор покажет сопротивление не более 20 Ом, а при коротком замыкании на корпус шины «плюс» - не более 10 Ом. Анализ результата измерения однозначно подскажет, которая из шин питания замкнулась на корпус изделия. При проектировании предложенного устройства соотношение (R1≠R2)<Rн должно быть учтено, чтобы сопротивление нагрузки Rн (фактически - «третье сопротивление», дополняющее сопротивления R1 и R2 до замкнутого треугольника R1-R2-Rн-R1) не осложняло анализ результатов измерений.
После устранения причины замечания сборка электротехнической системы может быть продолжена.
Кроме того, данное устройство, будучи подключенным к собираемой, но не подключенной к источнику питания электротехнической системе изделия, обеспечивает проверку схем уже проложенных на изделии кабелей питания электротехнической системы еще до подключения к ним приборов (если предусмотрена именно такая технологическая последовательность сборки конкретной электротехнической системы изделия). Для этого достаточно оставить переключатель SA в исходном положении и проверить омметром сопротивление между цепями питания непосредственно на контактах всех удаленных соединителей кабелей питания с учетом односторонней проводимости диода VD, подключенного к шинам питания изделия. При этом обнаруживаются любые ошибки распайки цепей кабелей питания, в том числе обрывы, замыкания и неправильные соединения.
После окончания сборки электротехнической системы изделия и при положительных результатах проверки состояния шин питания и электрических связей этих шин с корпусом изделия переключатель SA устанавливается в исходное состояние, измерительный прибор, либо устройство в целом, отключается от собранной электротехнической системы изделия. После этого на шины питания электротехнической системы изделия может быть подано штатное напряжение питания и начата проверка ее работоспособности.
Предлагаемая совокупность признаков в рассмотренном автором устройстве при выполнении таких измерений не встречалась для решения поставленной задачи и не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критериям "новизна" и "изобретательский уровень".
Примечание. Порядок следования функционального назначения положений переключателя может быть иным, например исходное положение может быть первым. Для этого связи входных и выходных цепей устройства с контактами переключателя на фиг.1 должны быть также соответствующим образом изменены. От этого новизна и работоспособность предложенного устройства при его использовании не изменятся.
Для практической реализации предложенного коммутатора измерительного прибора могут быть использованы переключатели типа 3П4Н [3], а резисторы и диод - любого типа.
Данный коммутатор измерительного прибора может быть выполнен в виде самостоятельного приспособления, либо введен в состав измерительного стенда, либо введен в состав электротехнической системы изделия как ее составная часть. В последнем случае он может быть использован как в процессе сборки, так и в процессе эксплуатации изделия во время проведения модернизации, регламентных и ремонтных работ.
В настоящее время предложенное устройство находится на стадии отработки.
ЛИТЕРАТУРА
1. Дубинский Г.Н., Левин Л.Г. Наладка устройств электронаблюдения напряжения свыше 1000 В. М.: «СОЛОН-пресс», 2005 г.; с.298, рис.13.
2. Куликов Г.В., Хабаров Б.П. Ремонт измерительных приборов. М.; «СОЛОН-Р», 2000 г.; с.58, рис.3.3.
3. Томас Р.К. Коммутационные устройства. Справочное пособие. Радиобиблиотека, вып.1045. 1982 г. (Переключатели ПГ2 или ПГЗ типа 6П2Н, 3П4Н и др.).