УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ДЕФЕКТНОСТИ ИЗОЛЯЦИИ ПРОВОДА
APPARATUS FOR MONITORING THE DEFECT RATE OF WIRE INSULATION

Изобретение относится к технике электрических испытаний и может быть использовано для контроля качества изоляции проводов в процессе изготовления из них обмоток электротехнических изделий.
Известно устройство контроля дефектности изоляции проводов, описанное в [1].
Устройство предназначено для контроля точечных повреждений высоким напряжением, для проводов с жилой номинальным диаметром свыше 0,050 до 1,600 мм включительно. При этом для контроля дефектов изоляции проводов на изоляции проводов от 0,050 до 0,25 мм используемый высоковольтный электрод (датчик) выполняют в виде двух. Ролики в устройстве должны быть из нержавеющей стали и обеспечивать, каждый, контакт с проводом на длине (25 ± 2,5) мм.
При контроле на точечные изоляции проводов с номинальным размером жилы провода 0,250 до 1,600 мм применяют один высоковольтный электрод в виде ролика. Ролик должен быть из нержавеющей стали и обеспечивать контакт с проводом на длине
25  30 мм.
Недостатком устройства является, во-первых, малая универсальность датчика, так как для проводов, с диаметром жилы, лежащей в диапазоне от 0,050 до 0,25 мм, используют электрод - датчик выполненный в виде двух роликов, и контролируемый провод протягивается через 4 ролика, два из которых являются направляющими, а два других - электродами датчика. Для проводов с диаметром, лежащим в диапазоне от 0,25 до 1,600 мм, этот датчик уже не применим, и взамен него используют один высоковольтный электрод большего диаметра.
Во-вторых, как при контроле проводов с диаметром жил, лежащей в диапазоне от 0,050 до 0,25 мм, так и при контроле проводов с диаметром, лежащим в диапазоне от 0,25 до 1,600 мм, провод многократно перегибается. Это приводит к высоким механическим нагрузкам на изоляцию провода со стороны роликов, что приводит не только к ослаблению механической и электрической прочности изоляции контролируемого провода, но и вызывает появление дополнительных дефектов в изоляции провода. Поэтому при помощи устройства - прототипа осуществляют только выборочный контроль, при постоянной и относительно малой скорости протягивания провода, равной (275 ± 25) мм/с.
Известно устройство для контроля дефектности изоляции проводов [2]. Устройство, содержит датчик-электрод, источник высокого напряжения, первый выход которого подключен к первому входу формирователя импульсов дефектов, выходом подключенного к входу счетчика количества дефектов, в него введен формирователь импульсов скорости и датчик скорости, причем второй выход источника высокого напряжения подсоединен к датчику-электроду, датчик скорости через формирователь скорости подключен к второму входу формирователя импульсов дефектов, при этом последний состоит из источника опорного напряжения, формирователя переднего и заднего фронтов и дифференциального усилителя, первый, второй входы и выход которого подключены соответственно к первому входу формирователя импульсов дефектов, к выходу источника опорного напряжения и к первому входу формирователя переднего и заднего фронтов, второй вход и выход которого являются соответственно вторым входом и выходом формирователя импульсов дефектов.
Недостатком устройства является высокое напряжение контроля, а также сложность конструкции, обусловленная тем, что электрод-датчик и датчик скорости выполнены в виде двух раздельных функциональных блока.
Наиболее близким к заявляемому является устройство для контроля дефектности изоляции обмоточных проводов, описанное в [3].
Устройство - прототип, содержит датчик - электрод, источник высокого напряжения, формирователь импульсов дефектов, состоящий из источника опорного напряжения формирователя переднего и заднего фронтов и дифференциального усилителя, счетчик дефектов, датчик скорости, формирователь импульсов скорости, при этом первый вход источника высокого напряжения подключен к первому входу формирователя импульсов дефектов, выход которого подключен к входу счетчика дефектов, второй выход источника напряжения подсоединен к датчику - электроду, датчик скорости через формирователь импульсов скорости подключен к второму входу формирователя импульсов дефектов, первый и второй входы дифференциального усилителя подключены соответственно к первому входу формирователя импульсов дефектов, к выходу источника формирователя переднего и заднего фронтов, второй вход и выход которого являются соответственно вторым входом и выходом формирователя импульсов дефектов, в устройство дополнительно введены счётчик импульсов скорости, ключевое устройство, счетчик протяженности дефектов с регулируемым коэффициентом пересчета, триггер, светодиод и фотодиод, при этом датчик-электрод и датчик скорости провода выполнены в виде единого функционального блока, изготовленного в виде двух роликов из нержавеющей стали, имеющие U-образную проточку по образующей, причем ролики помещают в корпус, который выполнен в виде швеллера, между параллельными стенками которого закреплена диэлектрическая основа для размещения элементов датчика, также выполненная в виде швеллера, параллельные стенки указанной основы закреплены крепежными деталями к параллельным стенкам корпуса датчика, а основание, упомянутой основы, расположено перпендикулярно к основанию корпуса датчика, в датчик дополнительно введены два металлических коромысла, две пружины, два скользящих контакта, два вывода для подсоединения источника питания, две направляющие втулки, диск с равномерно выполненными в нем сквозными радиальными прорезями, одна плоскость которого выполнена в виде цилиндрического стакана, причем коромысла выполнены в виде металлических пластин, на одном конце каждой из которых жестко закреплены перпендикулярно плоскости пластины цилиндрические оси под подшипники, на другом конце каждой пластины коромысла выполнены перпендикулярно плоскости коромысел отверстия под оси, которые жестко закреплены на диэлектрической основе для размещения элементов датчика, вращающихся роликов, прижатых с помощью пружин друг к другу образующими поверхностями в точке соприкосновения, лежащей на вертикальной оси симметрии указанных роликов, к боковой поверхности одного из вращающихся роликов соосно прикреплен стакан упомянутого диска с радиальными прорезями, по образующим поверхностям роликов выполнены проточки, лежащие при соприкосновении роликов друг против друга и служащие для фиксации и ограничения движения провода в поперечном направлении, в центральную часть роликов впрессованы подшипники, насаженные на упомянутые выше цилиндрические оси, жестко закрепленные на подвижном конце коромысел, неподвижные концы коромысел, имеющимися на них отверстиями одеты на оси, механически закрепленные на диэлектрической основе для размещения элементов датчика, ролики прижаты друг другу своими образующими поверхностями при помощи двух пружин, один конец которых закреплен механически к одному из коромысел, а два других конца пружин механически закреплены к диэлектрической основе для размещения элементов датчика, напряжение к рабочим поверхностям роликов подводится скользящими контактами, выполненных в виде упругих пластинчатых пружин, один конец которых прижат к осям роликов, другой конец электрически и механически соединен к концу с выводами для подсоединения источника питания, в стенках корпуса датчика закреплены направляющие втулки, продольные оси симметрии которых совпадают с осью провода, ультрафиолетовый светодиод расположен в зазоре между диском с равномерно выполненными в нем сквозными радиальными прорезями, со стороны плоскости, выполненной в виде цилиндрического стакана и поверхностью ролика, к которому механически прикреплен стакан, ультрафиолетовый фотодиод расположен с противоположной стороны упомянутого диска с радиальными прорезями, при этом выход фотодиода подключен к входу формирователя импульсов скорости, один из выходов которого подключен к ключевому устройству, выход ключевого устройства подключен ко входу счетчика протяженности дефектов с регулируемым коэффициентом пересчета.
Недостатком устройства является невозможность использования указанного устройства для селективного контроля входных дефектов и дефектов, вносимых намоточным оборудованием (элементами намоточного станка) в изоляцию провода изготавливаемых обмоток электротехнических изделий.
Техническая задача, поставленная в рамках данного изобретения, заключается в создании возможности селективного контроля входных дефектов и дефектов, вносимых намоточным оборудованием (элементами намоточного станка).
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в устройство контроля дефектности изоляции обмоточных проводов содержащее датчик - электрод, дифференциальный усилитель, ключевое устройство, счетчик количества дефектов, счетчик протяженности дефектов, датчик скорости, формирователь импульсов скорости, датчик скорости через формирователь импульсов скорости подключен к входу счетчика протяженности дефектов, дополнительно введены второе ключевое устройство, счетчик длины проконтролированного провода, счетчик общего количества дефектов, счетчик суммарной протяженности дефектов, счетчик количества дефектов вносимых оборудованием, источник постоянного стабилизированного тока, формирователь импульса запуска, пиковый детектор с цепью сброса, аналого-цифровой преобразователь, блок сравнения и запоминания, схема совпадения, ждущий мультивибратор и резистор, при этом датчик дефектов выполнен в виде контактного электрода - датчика, причем выход стабилизатора тока соединен с входом второго ключевого устройства, выход которого соединен с входом счетчика общего количества дефектов и с входом счетчика общей протяженности дефектов, выход датчика скорости соединен с входом генератора импульсов скорости, выход которого соединен с входом формирователя импульсов скорости, выход которого соединен с входом счетчика длины проконтролированного провода, с вторым входом счетчика протяженности входных дефектов, с вторым входом счётчика суммарной протяженности дефектов, вход ждущего мультивибратора соединен с другим входом счетчика входных дефектов и с другим входом счетчика протяженности входных дефектов, первый вход источника стабилизированного тока соединен с общей шиной устройства, а второй вывод с выводом объекта контроля и с входом формирователя импульса запуска, выход которого соединен с цепью сброса пикового детектора и с управляющим входом блока сравнения и запоминания, выход пикового детектора соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с информационными входами блока сравнения и запоминания, выход которого соединен с входом счетчика количества дефектов вносимых оборудованием, выход ждущего мультивибратора соединен с вторым входом схемы совпадения, первый вывод резистора соединен с корпусом намоточного станка и с общей шиной устройства, а второй вывод соединен с контактным электродом - датчиком, с входом первого ключевого устройства, выход которого соединен с входом счетчика количества входных дефектов, и с входом счетчика протяженности входных дефектов, а также с первым входом дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с выходом источника стабилизированного тока, выход дифференциального усилителя соединен с входом пикового детектора.
На фиг. 1 приведена структурная схема заявляемого устройства. На фиг. 2 приведен блок сравнения и запоминания состоит из следующих элементов (фиг. 2).
На фиг. 3 приведены эпюры сигналов, служащие для пояснения сущности изобретения. На фиг. 4 изображен совместный блок контактного электрода датчика и датчика скорости.
На фиг. 1 введены следующие обозначения: 1- контактный электрод - датчик; 2 - источник стабилизированного тока; 3-формирователь импульсов запуска, 4-пиковый детектор с цепью сброса; 5 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП); 6 - блок сравнения и запоминания; 7 - схема совпадения; 8 - счетчик количества входных дефектов; 9 - счетчик количества дефектов, вносимых оборудованием; 10 -ждущий мультивибратор; 11 - дифференциальный усилитель; 12 - резистор; 13 - элементы намоточного станка; 14 - датчик скорости; 15 - генератор импульсов скорости; 16 - формирователь импульсов скорости (умножитель частоты); 17 - счетчик протяженности входных дефектов; 18 - счетчик суммарной протяженности дефектов, 19 - счетчик длины проконтролированного провода, 21 - второе ключевое устройство, 22-счетчик суммарного количества дефектов.
Блок сравнения и запоминания состоит из следующих элементов (фиг. 2): буферного регистра 23, схемы сравнения 24, оперативно-запоминающего устройства (ОЗУ) 25, генератора 26 адреса, RS-триггера 27, первой 28 и второй 29 схем ИЛИ, первой 30 и второй 31 схем совпадения, формирователя 32 импульса.
На фиг. 4 введены следующие обозначения: 33 - дискообразный блок; 34 - шарикоподшипник; 35-ось блока; 36-жила контролируемого провода; 37- эмалевая изоляция провода; 38-контакт их проводящей резины.
При движении провода в процессе намотки обмоток датчик 14 скорости (фиг. 1) вырабатывает импульсы скорости, частота которых пропорциональна скорости V движения провода. Эти импульсы поступают на вход формирователя 16 импульсов скорости, где происходит формирование их по напряжению и крутизне фронтов. Сформированные импульсы скорости поступают на счётчик 19 длины проконтролированного провода и входы счетчиков 17 и 18, но в счетчики 17 и 18 эти импульсы не проходят, так как на разрешающем входе упомянутых счетчиков нет соответствующих командных импульсов.
На счетный вход счетчика 19 длины проконтролированного провода непрерывно поступают импульсы скорости с формирователя 16 импульсов скорости с периодом следования, равным прохождению под датчиком скорости, фиксированной определенной длины провода, например 0,5 мм (фиг. 3 эпюра а).
э
пр
э
Так как длительность одного импульса скорости соответствует прохождению через датчик дефектов строго фиксированной элементарной длины провода l, величина которой остается неизменной при изменении скорости, то проконтролированная длина провода, определяется величиной l = l×m, где m - количество импульсов скорости, прошедших в счетчик 19 (фиг. 3 эпюра а).
Рассмотрим как осуществляется контроль протяженности дефектов.
1
1
При протягивании контролируемого провода через датчик 14 скорости, последний выдает сигнал, частота которого пропорциональна скорости протягивания провода под датчиком. Этот сигнал поступает в формирователь 15 (фиг. 1) импульсов, который является умножителем частоты. Обозначим период следования импульсов с умножителя частоты через Т. Если при скорости движения провода V, пропускать в счетчик 19 импульсы, частотой f=, то за время одного периода сигнальных импульсов провод пройдет расстояние, принятое за протяженность эквивалентного точечного повреждения, равное по величине
э
1
1
l = V× T(1)
При измерении скоростей протягивания провода в g раз пропорционально ей в g раз изменяется и частота импульсов эквивалентных точечных повреждений, что приводит к неизменности величины, определяемой по выражению (1).
пр
Действительно, частота импульсов скорости изменяется пропорционально скорости провода V
1
пр
f= К × V(2),
1
где К - коэффициент пропорциональности, зависящий от конструкции датчика скорости.
э
За время одного периода индуцированного в датчике скорости напряжения, через датчик-электрод проходит участок провода длиной l, равный
э
пр
э
l = V × Т, (3)
э
где T=l/f - период импульсов в датчике скорости.
э
э
i
кон
Как следует из выражения (3), величина l, не зависит от скорости движения провода. Приняв l за единицу измерения, можно определить какая длина провода lпрошла через датчик повреждений, если посчитать количество импульсов скорости n, в счетчике 19 (рис. 1) за время контроля Т указанного отрезка провода.
i
э
l = n × l, (4)
i
i
где l - длина отрезка провода, прошедшего через датчик; n - количество импульсов скорости за время Т прохождения через датчик скорости 14 провода протяженностью l.
1.
При прохождении участков обмоточного провода с бездефектной изоляцией через датчик - электрод 1, если элементы намоточного станка 13 не повреждают изоляцию, никаких изменений, кроме подсчета количества импульсов скорости в счетчике 19 длины проконтролированного провода, в сигналах устройства не происходит. При этом источник 2 стабилизированного постоянного тока находится в режиме стабилизации напряжения и на его выходе постоянный потенциал U Это напряжение через дифференциальный усилитель 11 поступает на вход пикового детектора 4, где и запоминается, а с его выхода поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 5, который преобразует его в двоично-десятичный код, который подается на вход блоков сравнения и запоминания 6, но в него не проходит, так как отсутствует импульс запуска с формирователя 3 импульса запуска.
1
0
р
0
p
p
p
i1
i1
2
1
.
i1
2
1,
i1
i
i1
Пусть в некоторый момент времени t (фиг. 3 эпюра б) через контактный электрод-датчик 1 проходит дефектный участок эмалевой изоляции, имеющийся на проводе в состоянии поставки. В момент прохождения дефектного участка через электрод-датчик 1 происходит замыкание жилы провода через электрод-датчик 1 и резистор 12 на корпус станка. Источник 2 стабилизированного тока переходит в режим стабилизации тока и через катушку 14 провода, контактный электрод - датчик 1 и резистор 12 начинает протекать стабилизированный постоянный ток I, который вызывает падение напряжения на резисторе 12, равное U= I⋅R, где R-сопротивление резистора. Это напряжение будет находиться на резисторе R в течение времени t прохождения дефектным участком через контактный электрод-датчик, которое будет равно t = t-t (фиг. 3 эпюра б)По переднему фронту возникшего перепада напряжение срабатывает ключевое устройство 20, и ключевое устройство 21 и на их выходе вырабатывается импульс, длительностью t = t-tкоторый поступает на вход счетчика 8 количества входных дефектов, имеющихся на изоляции провода в состоянии поставки, и вход счетчика 22 суммарного количества дефектов. Каждый импульс, поступивший на счетный вход счетчиков 8 и 22, регистрируется как один дефект. Поэтому поступивший единичный сигнал от ключевых устройств 20 и 21 в счетчики 8 и 22 в обоих указанных счетчиках регистрируется, как один дефект. Одновременно этот же импульс поступает на вход счетчиков протяженности входных дефектов 17 и вход счетчика 18 суммарной протяженности дефектов и разрешает прохождение импульсов скорости с умножителя частоты 16 в указанные счетчики. Счетчики 17 и 18 подсчитывают количество импульсов скорости, прошедшее в них за время t с умножителя частоты 16 (фиг. 3 эпюра е). По количеству n этих импульсов определяется протяженность входного дефектного участка l одновременно в обоих счетчиках 17 и 18 (фиг 3 эпюра е). Дефектный участок эмалевой изоляции, имеющийся в состоянии поставки, зарегистрированный счетчиками 8, 17, 18 и 22, может вызвать замыкание жилы провода с любым элементом намоточного станка 13, и будет зарегистрирован счетчиками 18 и 22 столько раз, сколько раз жила провода в дефектном месте соприкасается с элементами намоточного станка, тогда как в счетчиках 8 и 17 один дефект будет зарегистрирован только один раз.
1
1
Рассмотрим, как эту информацию можно использовать для определения количества и протяженности дефектов, вносимых элементами намоточного станка. Для этой цели необходимо получить дополнительную информацию о том, какое количество дефектов (повреждений) изоляции провода вносят элементы намоточного оборудования 14. Эту дополнительную информацию получают следующим образом. При прохождении дефекта через контактный электрод - датчик 1 формируется сигнал, который поступает на счетчики 8 и 17, 18 и 22. Одновременно этот же сигнал поступает на вход ждущего мультивибратора 10, с выхода которого формируется сигнал длительностью Т (фиг. 3 эпюра в), поступающий на первый вход схемы совпадения 7, и запрещает прохождение сигнала с блока 6 сравнения и запоминания к счетчику 9 количества дефектов вносимых оборудованием на время Т.
Длительность импульса
1
2
3,
Т=Т+Т
2
T - время, необходимое для записи пиковым детектором напряжения соответствующего дефекту и преобразования его в двоичный код АЦП 5;
3
Т - время опроса и запоминания.
1
1
1
р
0
2
0
1
p
2
p
3
2
p
1
3
1
3
3
1
3
3
2
1
Замыкание жилы в дефектном участке на корпус станка через контактный электрод-датчик 1 не вызовет ложного срабатывания счетчика 9. Запоминание уровня напряжения, присущее данному дефекту происходит в следующей последовательности. В момент времени t жила провода в дефектном участке замыкает через контактный электрод-датчик 1 и резистор 12 на корпус станка. В результате часть провода откорочена через резистор 12 на корпус станка (общий провод) и сопротивление провода, заключенного между точкой подключения выхода источника 2 стабилизированного постоянного тока и дефектным участком изоляции, в месте которого происходит замыкание провода на корпус станка через резистор 12, принимает величину R. Протекающий через сопротивления R и R стабильный постоянный ток I, вызовет падение напряжения на выходе стабилизированного источника 2 постоянного тока до величины U= I(R+R) (фиг 3. эпюра б). Сигнал U с выхода источника 2 стабилизированного постоянного тока поступает на первый (не инвертирующий) вход дифференциального усилителя 11. На второй (инвертирующий) вход дифференциального усилителя 11 поступает напряжение U (фиг 3. эпюра б). На выходе дифференциального усилителя 11 вырабатывается разностный сигнал, равный U= U- U, который и является падением напряжения на сопротивлении R. С выхода источника 2 стабилизированного постоянного тока сигнал поступает на вход формирователя 3 импульса запуска. С выхода дифференциального усилителя 11 сигнал U поступает на вход пикового детектора 4. Конденсатор пикового детектора 4 разряжается и на выходе пикового детектора 4 происходит линейное изменение напряжения с U до U(фиг 3. эпюра г). При этом амплитуда Uна выходе пикового детектора 4 запоминается. Время изменения напряжения на выходе пикового детектора от U до U определяется постоянной времени заряда пикового детектора 4. С выхода пикового детектора 4 напряжение Uподается на вход АЦП 5, где преобразуется в двоичный код, подаваемый на блок 6 сравнения и запоминания. На выходе формирователя 3 импульса запуска формируется импульс, задержанный на время Т (фиг 3. эпюра д), который поступает на управляющий вход блока 6 сравнения и запоминания и на цепь сброса пикового детектора 4. Двоичный код с выхода АЦП 5 записывается буферными регистрами блока 6 сравнения и запоминания. После этого импульсом запуска осуществляется сброс пикового детектора 4 и на его выходе устанавливается напряжение U. Двоичный код дефекта, записанный буферными регистрами блока 6 сравнения и запоминания, сравнивается с кодами, записанными в оперативно-запоминающем устройстве (ОЗУ) блока сравнения и запоминания. Каждому коду соответствует определенное значение напряжения, соответствующее определенному дефекту. Если такого кода в ОЗУ нет (этот дефект ранее не зафиксирован), то он записывается в ОЗУ и на входе блока 6 сравнения и запоминания формируется сигнал дефекта, поступающий на вход схемы 7 совпадения, но на входы счетчика 9 он не проходит, так как по первому входу схемы 7 совпадения действует импульс запрета с выхода ждущего мультивибратора 10.
3
1
3
Задержка Т, входящая в Т, необходима для того, чтобы блок 6 сравнения и запоминания мог записать установившийся код, соответствующий значению напряжения U. Исходя из этого, определяется его длительность.
2i
1
3
0
1
2
0
1
р
3
3
1i
Соприкосновение рассматриваемого дефекта с любым из элементов намоточного станка 13 ложного счета счетчиком 9 не дает. Пусть указанный процесс происходит в момент времени t. (фиг 3. эпюра а). Замыкание рассматриваемого дефектного участка провода на элементы намоточного станка 13 вновь вызовет изменение напряжения на выходе источника 2 стабилизированного постоянного тока с U, но уже до напряжения U , так как замыкание происходит не через контактный электрод - датчик 1, а на элементы 13 намоточного оборудования (станка). Стабилизированный ток I, протекает только через сопротивление R и напряжение на выходе источника 2 постоянного стабилизированного тока равно U= I⋅R, а поскольку напряжение U равно 0 , то на второй (не инвертирующий) вход усилителя 11 напряжение компенсации не поступает, и на входе дифференциального усилителя 11 формируется сигнал U, который численно равен напряжению, действующему по первому (не инвертирующему) входу. Поскольку двоичный код, соответствующий напряжению U, запомнен ОЗУ блока сравнения и запоминания при прохождении дефекта через контактный электрод 1 в момент времени t , то сигнала на выходе блока 6 сравнения и запоминания нет. Сигнал на выходе блока 6 сравнения и запоминания появляется только в том случае, если сигнал на выходе дифференциального усилителя 11 отличен от сигнала, запомненного блоком 6 сравнения и запоминания.
Блок сравнения и запоминания состоит из следующих элементов (фиг. 2): буферного регистра 23, схемы сравнения 24, оперативно-запоминающего устройства (ОЗУ) 25, генератора 26 адреса, RS-триггера 27, первой 28 и второй 29 схем ИЛИ, первой 30 и второй 31 схем совпадения, формирователя 32 импульса.
Блок сравнения и запоминания работает следующим образом. Из аналого-цифрового преобразователя 5 двоичный код поступает на входы буферного регистра 23. С приходом импульса запуска буферный регистр 23 пропускает двоичный вход на первый вход схемы 24 сравнения. Этот же импульс запуска через первый вход схемы 28 ИЛИ переводит генератор 26 адреса в исходное состояние, а по входу триггера 27 разрешает генерацию адреса. Начинается просмотр ОЗУ 25. На шине данных ОЗУ 25 устанавливаются двоичные коды. Эти коды поступают на второй вход схемы 24 сравнения. В схеме 24 сравнения происходит сравнение пришедшего кода с двоичным кодом, извлеченным из ОЗУ 25. При совпадении кодов на выходе первой схемы 28 совпадения появиться сигнал, который через второй вход схемы 28 ИЛИ производит сброс генератора 26 адреса в исходное состояние, а через второй вход схемы 29 ИЛИ производит по входу R RS-триггера останов генератора 26 адреса. Если же в ОЗУ 25 не окажется двоичного кода, равного пришедшему, то, когда появятся свободные ячейки на выходе второй схемы 29 совпадения, появится сигнал, который запустит формирователь 30 импульса. На выходе формирователя 30 импульса появляется сигнал, по которому схема 24 сравнения пропускает двоичный код с первого входа на шину ОЗУ 25, переводится ОЗУ из режима «Считывание» в режим «Запись», через первый вход второй схемы ИЛИ 29 происходит по входу R RS-триггера останов генератора 26 адреса, и этот же сигнал появится на выходе сравнения и запоминания, который и является импульсом счета, поступающего на второй вход схемы и совпадения устройства. По количеству импульсов, пришедших в счетчик 9 определяют количество дефектов, вносимых оборудованием. Таким образом, на счетчик 9 поступают импульсы только тех дефектов, которые вносят элементы намоточного станка.
вх
ср
вх
Рассмотрим, как производится селекция входных и технологических (вносимых оборудованием) дефектов и их протяженностей. Пусть количество входных дефектов, зарегистрированных счетчиком 8 входных дефектов равно n, а их суммарная протяженность, зарегистрированная в счетчике 17 равна l. Средняя протяженность каждого входного дефекта будет равна l = l/n. Пусть счетчик 9, показал, что технологическое оборудование (элементы намоточного станка 13), создали в изоляции провода k дефектов. Пусть счетчик 22 суммарного количества дефектов зарегистрировал N дефектов, а счетчик 18 суммарной протяженности дефектов зарегистрировал величину L.
1
1.
лож
1
тех
тех
вх
1
ср.
Суммарное количество дефектов в изоляции провода должно быть равно величине N=n+k. Такое количество дефектов в счетчике 22 суммарного количества дефектов может быть получено в случае, если ни один из входных дефектов не соприкоснулся с элементами намоточного оборудования и не вызвал замыкания на корпус станка. В реальности же входные дефекты и их протяженности могут быть дополнительно зарегистрированы счетчиками 18 и 22 столько раз, сколько жила провода входного дефекта соприкоснется с элементами намоточного оборудования. По этой причине величина N может оказаться больше величины NТак как количество входных дефектов точно зарегистрировал счётчик 8 , а количество входных дефектов точно зарегистрировал счетчик 9, то количество замыканий жилы провода входных дефектных участков будет равно N=N-N. Суммарная протяженность L дефектов, вносимых оборудованием будет равна L= L- l- (N-N) l
Пример конкретного выполнения. Был изготовлен измеритель дефектности обмоточных проводов, блок-схема которого приведена на фиг. 1. Электрод - датчик дефектов и датчик скорости были объединены в единый блок (фиг. 3)
Контактный датчик - электрод дефектов представлял собой два соприкасающихся по образующей цилиндрических ролика-электрода 33 (фиг. 4). Электроды через подшипники 34 размещались на осях 35, которые закреплены на подвижных, поджатых друг к другу пластинчатыми пружинами рычагах (коромыслах) (на фиг. 4 не показаны), позволяющих электродам-роликам совершать вертикальные перемещения синхронно с колебаниями провода. На фиг. 4 стрелками показано, что электроды 33 поджимаются друг к другу при помощи пружин, размещенных на коромыслах. Напряжение от стабилизированного источника тока к электродам 33 подводилось через скользящие контакты поджатые к осям 35. По образующей роликов- электродов была выполнена полукруглая проточка в которую размещался эластичный контакт 38, выполненный из проводящей резины. При контроле эмаль 37 контролируемого провода 36 (на фиг. 4 закрашена темным цветом) плотно обжималась эластичными проводящими контактами 38. Под действием трения поверхности провода с поверхностями эластичных контактов 38 размещенных проточках в электродов 33, последние начинают вращаться на подшипниках 34 вокруг осей 35. При вращении ролика 33 приходит во вращение прикрепленный к нему соосно диск 39 (см. фиг. 4) с равномерно выполненными в нем сквозными радиальными прорезями 40. Светодиод 41 излучает свет, который через прорези 40 поступает к фотодиоду 42. Поскольку радиальные сквозные прорези 40 размещены равномерно по поверхности диска, то свет, проходя через упомянутые прорези, инициирует в фотодиоде, играющем роль приемника, импульсный ток. Количество импульсов тока в фотодиоде за один оборот ролика 33 будет равно количеству n - прорезей, а длина провода l, прошедшего через датчик за один оборот будет равна
l=2π× (D-d) (5)
где D -диаметр ролика 18, в мм; d - диаметр проточки под провод по образующей ролика 18, в мм.
За время, равное длительности одного импульса фототока на выходе фотодиода 42 через датчик пройдет элементарный отрезок провода, равный
э
l = (5).
э
При этом независимо от того, с какой скоростью будет протягиваться провод через датчик, величина элементарного отрезка провода l, определяемая формулой 5 всегда будет оставаться неизменной, так как все величины входящие в формулу 5 постоянны.
э
При этом, чем больше количество прорезей n тем меньше величина l, принятая за единицу измерения протяженности, и тем выше точность определения указанной протяженности. По количеству N импульсов фототока с выхода фотодиода 51, прошедших в электронную схему измерителя дефектности можно определить длину L проконтролированного провода по формуле
э
L= l × N (6)
Кроме длины проконтролированного провода L, (счетчик 19 фиг. 1) можно определить также и протяженность каждого дефектного участка провода счетчиками 17 и 18.
Заявляемым устройством осуществлялся контроль дефектности изоляции обмоточного провода марки ПЭТВ диаметром 0,8 мм. В качестве датчика скорости 14 (фиг. 1) и контактного электрода - датчика дефектов 1 (фиг. 1) , был использован функциональный блок схематически приведенный на фиг 4, включающий в себя эти элементы. Упомянутый блок приведен фиг. 4 включал в себя фотоэлектрический преобразователь перемещений.
Рабочим элементом блока служили ролики 33 с эластическим контактом 38. Диаметры роликов были равны 12 мм. По образующей поверхности роликов были проточены канавки радиусом равным 2 мм. В проточки укладывалась манжета из проводящей резины 38. Образующие поверхности роликов 33 прижимали друг к другу пружины, выполненные из стальной упругой пластины толщиной 1 мм. К боковой поверхности одного из роликов 33 были механически (сваркой) прикреплен стакан с диском 39 (фиг. 4) с равномерно выполненными в нем сквозными радиальными прорезями 40. При диаметре 19,1 мм диска 40 нам удалось выполнить фотолитографией растр с 240 прорезями.
2
В качестве светодиода 41 использовалась лампа vfhrb UV-Inspector 2000 [3]. Срок работы от одной зарядки - около 4-х часов. Интенсивность УФ-излучения при 400 мм: 2000 μW/см. Длина волны: 365 нм.
В качестве фотодиода 42 был взят ультрафиолетовый фотодиод компании SGLUX выполненный на основе карбида кремния (SiC).
В качестве формирователя импульсов скорости 4 (фиг. 1) был использован умножитель частоты с коэффициентом умножения равном 10. С использованием функционального блока, приведенного на фиг. 4 и введения в устройство умножителя частоты удалось обеспечить величину
i
i
i
i
i
i
э
i
э
В соответствии с заявляемым устройством, при прохождении каждого дефектного участка изоляции через датчик дефектов должен формироваться импульс дефекта длительностью t, равной времени прохождения дефектного участка эмалевой изоляции через контактирующий с жилой провода в месте дефекта элемент станка или электрод-датчик дефектов, и осуществлялся подсчёт количество n сгенерированных импульсов скорости за упомянутое время t. Время t , с другой стороны, равно времени падения напряжения на выходе стабилизатора тока, при закоротке жилы контролируемого провода с заземленным элементом намоточного станка или с поверхностью контактного датчика-электрода Протяженность lкаждого дефекта определялась по формуле l= l n, где l- протяженность элементарного отрезка провода прошедшего через датчик дефектов за время одного сгенерированного импульса скорости.
э
вх
ср
вх
Для проверки работоспособности и точности контроля дефектности изоляции провода станок останавливали и на бездефектном участке изоляции отрезка провода наносили 2 дефекта, протяженностью 1 мм и 2 мм перед электродом датчиком 1 (фиг. 1) и 2 таких же дефекта по протяженности дефекта после него. После этого запускали станок и проверяли показатели прибора. Счетчик 8 количества входных дефектов, зарегистрировал n =2 дефекта, Счетчик 17 зарегистрировал 120 импульсов скорости. Так как за длительность одного импульса проходит отрезок провода l=0,025 мм, то суммарная протяженность входных дефектов, зарегистрированная в счетчике 17 была равна l= 0,025×120=3 мм. Средняя протяженность каждого входного дефекта будет равна l = l/n=3/2=1,5 мм. Счетчик 9, показал, что технологическое оборудование (элементы намоточного станка 13), создали в изоляции провода k=2 дефекта. Счетчик 22 суммарного количества дефектов зарегистрировал N =6 дефектов, а счетчик 18 суммарной протяженности дефектов зарегистрировал величину 360 импульсов скорости и определенная этим счетчиком суммарная протяженность всех дефектов оказалась равной L=0,025×360=9 мм.
1
1.
лож
1
тех
Суммарное количество дефектов в изоляции провода должно быть равно измеренное счетчиком величине N=n+k=2+2=4. Такое количество дефектов в счетчике 22 суммарного количества дефектов может быть получено в случае, если ни один из входных дефектов не соприкоснулся с элементами намоточного оборудования и не вызвал замыкания на корпус станка. В реальности же входные дефекты и их протяженности могут быть дополнительно зарегистрированы счетчиками 18 и 22 столько раз, сколько жила провода входного дефекта соприкоснется с элементами намоточного оборудования. По этой причине величина N может оказаться больше величины NТак как количество входных дефектов точно зарегистрировал счётчик 8, а количество технологических дефектов, вносимых элементами намоточного оборудования 13 дефектов точно зарегистрировал счетчик 9, то количество замыканий жилы провода на элементы 13 намоточного оборудования в месте входных дефектных участков изоляции провода будет равно N=N-N=6-4=2. Суммарная протяженность L дефектов, вносимых оборудованием будет равна
тех
вх
1
ср.
L= L- l- (N-N) l=9-3-(6-4)×1,5=3 мм
Устройство-прототип смогло бы зарегистрировать только 2 входных дефекта с протяженностью 3 мм, а дефекты вносимые элементами оборудования указанное устройство не смогло бы зарегистрировать.
Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемое устройство позволяло регистрировать не только входные дефекты и их протяженность, но и дефекты, и их протяженность, вносимые в изоляцию обмоточного провода элементами намоточного оборудования. Иными словами заявляемое устройство позволяло осуществлять селективный контроль входных и технологических дефектов, чего невозможно было выполнить устройством - прототипом.
Используемые источники:
1. ГОСТ Р МЭК 60851-5-2008. Провода обмоточные. Методы испытаний. Часть 5. Электрические свойства.
2. Авторское свидетельство СССР № 1786414, кл. G01N 27/00, Опубл. 07.01.93. Бюл. №1.
3. Патент РФ №2726729 (по заявке № 2020107824 от 21.02.20). Устройство для контроля дефектности изоляции провода// Смирнов Г.В. Опубл. 15.07.2020. Бюл. №20. (Прототип)