Измеритель параметров локомотивных приёмных катушек цифровой

Измеритель параметров локомотивных приемных катушек цифровой предназначен для измерения параметров (индуктивности, добротности, сопротивления постоянному току) приемных катушек автоматической локомотивной сигнализации (далее АЛСН) всех типов, а также для измерения наводимой ЭДС.
Измеритель параметров локомотивных приемных катушек применяется при обслуживании и ремонте приемных катушек АЛСН, установленных на тяговом подвижном составе, в производственных участках, цеховых и полевых условиях, вне сферы распространения государственного метрологического контроля и надзора.
Данное предложение является промышленно применимым, так как при конструировании измерителя параметров локомотивных приемных катушек использовались известные в мировой технике конструктивные элементы, способы и приемы. Заложенная в устройство возможность проведения метрологического контроля используется в различных областях промышленности.
В настоящее время для оценки параметров приемных локомотивных катушек (далее по тексту - ПЛК) существуют различные типы измерительных приборов, способных определить следующие параметры ПЛК:
- индуктивность;
- добротность;
- сопротивление постоянному току;
- наводимую ЭДС.
По уровню техники выявлены аналогичные технические решения:
- измеритель параметров катушек АЛСН ИПК-М (паспорт ЦВНТ.043.000 ПС);
- цифровой измеритель параметров иммитанса «ИММЕТР» (сертификат соответствия №07.00.12.015).
Общим, между предложенным техническим решением и прототипами, является возможность измерения параметров ПЛК.
Недостатком ИПК-М является:
- отсутствие возможности измерения наводимой ЭДС;
- для определения метрологических характеристик необходимо иметь образцовую меру индуктивности, которая не всегда имеется в метрологических службах.
Недостатком измерителя «ИММЕТР» является:
- избыточная функциональность;
- сравнительно сложное управление;
- как следствие увеличение габаритов;
- результаты измерений выводятся на ЖК-дисплей, не обеспечивающий достаточной яркости (даже с подсветкой);
- маленький размер шрифта (в условиях недостаточной освещенности при работе на локомотиве и в ночное время суток является существенным недостатком);
- необходимость применения различных измерительных кабелей при смене измеряемого параметра.
В предложенном измерителе параметров локомотивных приемных катушек отсутствуют недостатки, присущие прототипам.
Обычно при проверке параметров ПЛК необходим дополнительный измерительный прибор (например, для измерения наводимой ЭДС в случае применения ИПК-М) или носить сумку с дополнительными принадлежностями (в случае применения измерителя «ИММЕТР»).
В предложенном измерителе параметров локомотивных приемных катушек решены следующие задачи:
- обеспечение функциональности измерителя параметров локомотивных приемных катушек цифровом только в рамках требуемых измеряемых параметров ПЛК;
- предельно простое управление и использование в условиях эксплуатации;
- один измерительный кабель для измерения характеристик ПЛК;
- яркая индикация с большим размером, выводимых на цифровой дисплей, результатов измерений;
- возможность проведения метрологического контроля без использования образцовой меры индуктивности.
Техническим результатом заявленного измерителя параметров локомотивных приемных катушек информационного коммутирующего устройства является оптимизация процесса облуживания ПЛК. Кроме того, появляется возможность пользования устройством до уровня отсутствия специальной подготовки обслуживающего персонала.
Как следствие достижения технического результата, общественно-полезным эффектом является снижение стоимости устройства и повышение эффективности достижения результата и качества обслуживания ПЛК.
Функциональная блок-схема измерителя параметров локомотивных приемных катушек цифрового приведена на фиг.1.
Обозначения:
МПУ - микропроцессорное устройство;
ФНЧ - фильтр низкой частоты;
УНЧ - усилитель низкой частоты;
ФД - фазовый детектор;
U/I(R) - преобразователь ток-напряжение (является функцией от сопротивления R);
Д(U1) - детектор напряжения;
Д(U2) - детектор напряжения.
Векторная диаграмма сопротивлений изображена на фиг. 2.
Для измерения индуктивности и добротности МПУ (Фиг. 5 А1.1 DDI) формирует прямоугольный сигнал, который проходит через ФНЧ1 Чебышева четвертого порядка с неравномерностью частотной характеристики 0,5Дб (Фиг. 5 А1.3 DA1.2 DA1.3) и усиливается УНЧ1 (Фиг. 5 А1.3 DA1.1 DA1.4). В результате на катушку подается синусоидальный сигнал U1 частотой 100 Гц с действующим значением напряжения 1 В.
Преобразователь ток-напряжение (Фиг. 5 A1.8.1 DA1.1) формирует напряжение U2 пропорциональное току через катушку и совпадающему с ним по фазе. Фазовый детектор (Фиг. 5 А1.7 DA1.1 DA1.2; Фиг. 3 DDI) формирует импульс пропорциональный фазовому углу α между напряжениями U1 и U2.
Действующие значения напряжения U1 и U2 проходя соответственно через детекторы Д(U1) (Фиг. 5 А1.4 VD1…VD4) и Д(U2) (Фиг.5 А1.5 VD1...VD4), фильтры ФНЧ2 (Фиг.5 А1.4 DA1.3 DA1.4) и ФНЧ3 (Фиг.5 А1.5 DA1.3 DA1.4), усилители УНЧ2 (Фиг.5 А1.4 DA1.1), УНЧ3 (Фиг.5 А1.5 DA1.1), преобразовываются в постоянные напряжения U11 и U21, связанные с действующими значениями через коэффициенты пропорциональности К1 и К2.
Сопротивление по постоянному току катушки измеряется путем подачи на катушку калиброванного тока 5 мА. По падению напряжения на катушке при протекании калиброванного тока определяется сопротивление.
Для измерения ЭДС применен усилитель с высоким входным сопротивлением (Фиг. 5 A1.8.2 DA1.3 DA1.4). Напряжение ЭДС усиливается, детектируется, фильтруется, в результате чего получается постоянное напряжение пропорциональное ЭДС, которое вычисляется МПУ.
Получим соотношения для расчета индуктивности L и добротности Q. Из фиг. 2 видно, что:
где угловая частота
a f - частота напряжения, подаваемого на катушку.
Комплексное сопротивление Z определяется:
где I - комплексный ток
Подставляя (2) (3) (4) в (1) получим:
Из (5) следует:
где R - сопротивление обратной связи преобразователя ток-напряжение.
Тангенс угла α пропорционален добротности катушки:
Таким образом, МПУ вычисляет значения индуктивности L (6) и добротности Q (7) по значениям измеренных напряжений U1, U2 и углу α. Затем преобразовывает полученный результат в форму для вывода на цифровой индикатор.
Конструкция устройства.
Измеритель параметров локомотивных приемных катушек цифровой выполнен единым блоком в прямоугольном пластмассовом корпусе и имеет носимое исполнение.
Для удобства использования на задней стороне имеется откидывающаяся подставка.
На передней панели находятся выключатель питания, кнопка выбора режима измерения и кнопка запуска измерения (фиг. 6.).
Выбранный режим подсвечивается светодиодным индикатором зеленого цвета (Фиг. 3 VD1…VD5). На Фиг. 5 обозначены как «АКБ», «ИНДУКТИВНОСТЬ», «ДОБРОТНОСТЬ», «СОПРОТИВЛЕНИЕ», «ЭДС».
Результат измерения отображается на цифровом табло (Фиг. 3 HG1…HG3).
В верхней части имеется разъем для подключения измерительного кабеля (Фиг. 4 А1.9 «ЭДС, L, Q, R, GND»).
В нижней части имеется разъем для подключения зарядного устройства (Фиг. 2 А4 «ЗУ»).
Порядок работы.
1. Подключить к измерителю параметров локомотивных приемных катушек измерительный кабель.
2. Включить питание.
3. Подключить зажимы измерительного кабеля к проверяемой катушке.
4. Кнопкой «РЕЖИМ» выбрать измеряемый параметр.
5. Нажать кнопку «ИЗМЕРИТЬ».
6. Дождаться результата измерения на цифровом табло.