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 измерительных приборов для контроля качества цепей питания электротехнических систем изделия при их сборке (далее - коммутатор измерительных приборов) относится к технологическому оборудованию с автоматизированным управлением и может быть использован в процессе ее сборки и технологической подготовке электротехнических систем изделий перед 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 шинами питания и сопротивление изоляции каждой шины питания относительно корпуса изделия при обеих полярностях подключения измерительных приборов (омметра и мегомметра) и по совокупности результатов измерений - последующей оценке пригодности к продолжению сборки 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 или прибора. За время сборки любой электротехнической системы изделия требуется проводить десятки таких измерений. Это затягивает процесс сборки электротехнической системы изделия и изделия в целом.
Близкий аналог предлагаемому коммутатору измерительного прибора по функциональному назначению и исполнению - не что иное, как мультиплексор, например, пирамидальный [1], выполненный на электромагнитных реле и имеющий два направления для шести измерений (в [1] приведена схема одного  направления, обозначенного БС, второе направление - аналогичное, к ним и подключаются входы измерительного прибора). 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 контроль сопротивления изоляции между каждой из шин питания и корпусом изделия при обеих полярностях измерительного напряжения. При переходе от контроля одной цепи к другой приходится переключать (одни включать, другие выключать) до трех электромагнитных реле сразу, и для этого требуются три входа управления. Более того, при этом сопротивление между цепями питания проверяется омметром, а сопротивление изоляции проверяется мегомметром, для чего один из этих измерительных приборов необходимо своевременно отключить, а другой - подключить.
При использовании измерительных приборов в режиме омметра и мегомметра в процессе контроля качества цепей питания электротехнических систем изделия при их сборке конденсаторы электротехнической системы изделия 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 сопротивления изоляции между шинами питания и корпусом изделия за счет медленного перезаряда упомянутых конденсаторов при малых измерительных токах занимает относительно много времени.
Более того, при проверке сопротивления между шинами питания с помощью низковольтного (1 - 5) В омметра и проверке сопротивления изоляции цепей питания относительно корпуса изделия с помощью высоковольтного до 100 В и более мегомметра в случае ошибки при их подключении вероятность повреждения низковольтной элементной базы изделия существенно возрастает.
Перечисленные обстоятельства составляют комплекс недостатков известного устройства при его использовании.
В качестве прототипа по функциональному назначению и исполнению может быть принята упомянутая схема коммутатора, выполненного на основе [1], содержащего три входные цепи, две выходные цепи, электромагнитные реле, содержащие контакты и обмотки управления, и входы управления, связанные с обмотками управления.
Однако этот коммутатор измерительного прибора обладает комплексом перечисленных недостатков. Кроме того, в электротехнической системе изделия, 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 и помехи от ЭДС самоиндукции обмоток управления электромагнитных реле, способные повлиять как на результаты измерений, так и на качество электролитических конденсаторов, включенных между шинами питания приборов собираемой электротехнической системы изделия, 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, электромагнитные реле, содержащие контакты и обмотки управления, и входы управления, связанные с обмотками управления, введены два низкоомных резистора R1 и R2 и диод, электромагнитные реле объединены в две независимые группы, имеющие по четыре группы контактов и две дополнительные выходные цепи (третью и четвертую) для подключения второго измерительного прибора, при этом первая входная цепь предназначена для подключения к шине питания «плюс» изделия и соединена с первым перекидным контактом первой контактной группы, вторая входная цепь предназначена для подключения к шине питания «минус» изделия и соединена со вторым перекидным контактом первой контактной группы, третья входная цепь предназначена для подключения к корпусу изделия и соединена с третьими перекидными контактами первой и второй контактной группы, первая выходная цепь предназначена для подключения первого вывода измерительного прибора и соединена с первым нормально замкнутым контактом второй контактной группы, вторая выходная цепь предназначена для подключения второго вывода измерительного прибора и соединена со вторым нормально замкнутым контактом второй контактной группы, первый нормально замкнутый контакт первой контактной группы соединен с первым перекидным контактом второй контактной группы, второй нормально замкнутый контакт первой контактной группы соединен со вторым перекидным контактом второй контактной группы, первые нормально разомкнутые контакты первой и второй контактных групп соединены с одним выводом первого резистора, вторые нормально разомкнутые контакты первой и второй контактных групп соединены с одним выводом второго резистора, другие выводы упомянутых резисторов соединены с четвертыми перекидными контактами первой и второй контактных групп, третий нормально разомкнутый контакт второй контактной группы и четвертый нормально разомкнутый контакт первой контактной группы соединены с третьей выходной цепью, третий нормально разомкнутый контакт первой контактной группы и четвертый нормально разомкнутый контакт второй контактной группы соединены с четвертой выходной цепью, катод диода соединен с первой выходной цепью, анод диода соединен со второй выходной цепью.
Кроме того, низкоомные резисторы R1 и R2 выполнены с разными номиналами по сопротивлению и при этом каждое из них существенно 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 достигается при его использовании за счет того, что, во-первых, для объективного контроля состояния цепей питания собираемой электротехнической системы изделия требуются всего три операции измерения вместо шести, что обеспечивает повышение производительности. Во-вторых, в исходном состоянии электромагнитных реле измерительный прибор (омметр) подключен к шинам питания собираемой электротехнической системы изделия и контролирует сопротивление между ними в процессе подключения кабелей и приборов к собираемой электротехнической системе изделия, что позволяет обнаружить дефект в момент его проявления, и не позволяет накапливаться статическому электричеству на выводах измерительного прибора. В-третьих, проверка сопротивления изоляции шин питания относительно корпуса 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, измерительные приборы (омметр и мегомметр), будучи подключенными 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 путем подачи поочередно всего двух импульсов напряжения (двух команд) на две группы обмоток электромагнитных реле. 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 измерительных приборов для контроля качества цепей питания электротехнических систем изделия при их сборке.
На фиг.1 приняты следующие обозначения.
ХР1, ХР2, ХР3 - входные цепи устройства, обеспеченные, при необходимости, соединителями для подключения к цепям питания и к корпусу собираемой электротехнической системы изделия;
XS1, XS2, XS3 и XS4 - выходные цепи устройства для подключения измерительных приборов, например омметра и мегомметра,
К1, К2 - первая и вторая группы электромагнитных реле, которые переключаются независимо (или два электромагнитных реле с четырьмя группами контактов каждое), при этом:
К1.1 - К1.4 и К2.1 - К2.4 - контакты первой и второй групп контактов (или контакты двух электромагнитных реле с четырьмя группами контактов каждое), у которых контакт 1 нормально замкнут с перекидным контактом 2, а контакт 3 - нормально разомкнут с перекидным контактом 2,
K1.О, К2.О - обмотки управления первой и второй группами электромагнитных реле (или двумя электромагнитными реле с четырьмя группами контактов каждое), предназначенные для подключения к автоматизированной испытательной станции (АИС);
R1, R2 - низкоомные резисторы,
VD - диод.
Выполнено устройство на фиг.1 следующим образом.
Первая входная цепь ХР1 предназначена для подключения к шине питания «плюс» изделия и соединена с первым перекидным контактом 2 первой контактной группы К1:1, вторая входная цепь ХР2 предназначена для подключения к шине питания «минус» изделия и соединена со вторым перекидным контактом 2 первой контактной группы К 1:2, третья входная цепь ХРЗ предназначена для подключения к корпусу изделия и соединена с третьими перекидными контактами 2 первой и второй контактной группы К1:3 и К2:3, первая выходная цепь XS1 предназначена для подключения первого вывода измерительного прибора и соединена с первым нормально замкнутым контактом 1 второй контактной группы К2:1, вторая выходная цепь XS2 предназначена для подключения второго вывода измерительного прибора и соединена со вторым нормально замкнутым контактом 1 второй контактной группы К2:2, первый нормально замкнутый контакт 1 первой контактной группы К1:1 соединен с первым перекидным контактом 2 второй контактной группы К2:1, второй нормально замкнутый контакт 1 первой контактной группы К1:2 соединен со вторым подвижным контактом 2 второй контактной группы К2:2, первые нормально разомкнутые контакты 3 первой К1:1 и второй К2:1 контактных групп соединены с одним выводом первого резистора R1, вторые нормально разомкнутые контакты 3 первой К 1:2 и второй К2:2 контактных групп соединены с одним выводом второго резистора R2, другие выводы упомянутых резисторов R1 и R2 соединены с четвертыми перекидными контактами 2 первой и второй контактных групп К 1:4 и К2:4, третий нормально разомкнутый контакт 3 второй контактной группы К2:3 и четвертый нормально разомкнутый контакт 3 первой контактной группы К1:4 соединены с третьей выходной цепью, третий нормально разомкнутый контакт 3 первой контактной группы К 1:3 и четвертый нормально разомкнутый контакт 3 второй контактной группы К2:4 соединены с четвертой выходной цепью, катод диода VD соединен с первой выходной цепью, анод диода соединен со второй выходной цепью.
Кроме того, низкоомные резисторы R1 и R2 выполнены 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 работе с электротехнической системой изделия 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 не показаны). К первой выходной цепи XS1 устройства подключается вход измерительного прибора (омметра), имеющий положительный потенциал в режиме измерения сопротивления, ко второй выходной цепи XS2 подключается второй вход этого прибора, имеющий отрицательный потенциал. К третьей выходной цепи XS3 устройства подключается первый вход второго измерительного прибора (мегомметра), имеющий положительный потенциал в режиме измерения сопротивления, к четвертой выходной цепи XS4 подключается второй вход этого прибора, имеющий отрицательный потенциал. Это - исходное состояние оборудования, готового к проведению контрольных измерений в процессе сборки электротехнической системы изделия и подготовки ее к первому включению.
При использовании устройства совместно или в составе АИС могут применяться измерительные приборы самой АИС. Более того, в зависимости от особенностей собираемой электротехнической системы изделия вместо омметра (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, следующим образом.
Все измерения производятся в три приема (за три «шага»):
1. В исходном состоянии электромагнитных реле К1 и К2 (фиг.1) омметр, подключенный к «чистым» шинам питания собираемой электротехнической системы изделия (целесообразно - до подключения к ним первого прибора) через нормально замкнутые в исходном состоянии контакты (выводы 2-1) К1:1 и К2:1 (к шине «плюс») и К1:2 и К2:2 (к шине «минус»), должен показывать обрыв цепи на любой шкале. Если между шинами питания этой системы уже подключено какое-нибудь технологическое устройство, например индикатор, то омметр должен показать его сопротивление на выбранной омметром (или вручную) шкале. Если измеренное значение этого сопротивления не соответствует расчетному, требуется разбор замечания и устранение причины несоответствия.
2. При одновременном переключении контактов К1.1-К1.4 первой группы электромагнитных реле (при подаче соответствующей команды на обмотки К 1.0 со стороны АИС) нормально замкнутые контакты К 1.1 и К 1.2 (выводы 1, 2) размыкаются и отключают первый измерительный прибор (омметр) от шин питания собираемой системы, а нормально разомкнутые контакты К 1.1 и К 1.2 (выводы 2, 3) замыкаются и подключают к этим шинам последовательно соединенные резисторы R1 и R2. Средняя точка этих резисторов через контакт К1.4 (выводы 2-3) подключается к третьей выходной цепи XS3 и далее - к первому выводу второго измерительного прибора (мегомметра), а второй вывод второго измерительного прибора через четвертую выходную цепь XS4 и контакт К1.3 (выводы 2-3) подключается к третьей входной цепи ХР.3 и далее - к корпусу изделия. В этом режиме мегомметр производит измерение сопротивления изоляции между корпусом изделия и шинами питания, замкнутыми между собой через два последовательно соединенных низкоомных резистора. При этом «минус» измерительного напряжения подключается к корпусу изделия, а «плюс» измерительного напряжения подключается через низкоомные резисторы R1 и R2 к обеим шинам питания электротехнической системы изделия одновременно.
3. При одновременном переключении всех контактов К2.1-К2.4 второй группы (при подаче соответствующей команды на обмотки К2.0 со стороны АИС) нормально замкнутые контакты К2.1 и К2.2 (выводы 1, 2) размыкаются и отключают первый измерительный прибор (омметр) от шин питания собираемой системы, а нормально разомкнутые контакты К2.1 и К2.2 (выводы 2, 3) замыкаются и подключают к этим шинам последовательно соединенные резисторы R1 и R2. Средняя точка этих резисторов через контакт К2.4 (выводы 2, 3) подключается к третьей выходной цепи XS3 и далее - к первому выводу второго измерительного прибора (мегомметру), а второй вывод этого измерительного прибора через четвертую выходную цепь XS4 и контакт К2.3 (выводы 2, 3) подключается к третьей входной цепи ХР3 и далее - к корпусу изделия. В этом режиме мегомметр также производит измерение сопротивления изоляции между корпусом и шинами питания, замкнутыми между собой через два последовательно соединенных резистора R1 и R2, но при другой полярности измерительного напряжения.
Если сопротивление изоляции между корпусом и шинами питания, измеренное в шагах 2 и 3, в норме, можно приступать к подключению к собираемой системе следующего кабеля либо прибора, после подключения которых повторяются измерения по шагам 1 - 3. При этом измерение по шагу 1 осуществляется непрерывно, как только группы контактов электромагнитных реле вернутся в исходное состояние. И так далее, до окончания сборки системы управления изделия.
Если сопротивление изоляции между шинами питания и корпусом изделия, измеренное в шагах 2 и/или 3, 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 легко 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 - приборов, подключенных к шинам питания собираемой электротехнической системы изделия.
В данном случае при коротком замыкании на корпус изделия шины «минус» омметр покажет сопротивление не более 20 Ом, а при коротком замыкании на корпус шины «плюс» - не более 10 Ом. При проектировании предложенного устройства в целом соотношение (R1≠R2)<Rн должно быть учтено, чтобы сопротивление нагрузки Rh (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 установить группы электромагнитных реле К1 и К2 в исходное состояние (не подавать напряжение на управляющие обмотки К1:0 и К2:0) и проверить омметром сопротивление между цепями питания непосредственно на контактах 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.
Дополнительно устройство позволяет производить проверку работоспособности измерительного прибора: если одновременно включить обе группы контактов электромагнитных реле (подать напряжение на управляющие обмотки К1:О и К2:О), то цепи XS1 и XS2 для подключения измерительного прибора окажутся замкнутыми через две пары последовательно соединенных контактов К1:3 - К2:3 и К1:4 - К2:4 и омметр покажет наличие короткого замыкания. Такая проверка ни на что не влияет, никаких измерений на изделии не производит, но обеспечивает технологическую проверку работоспособности самого измерительного прибора: запускает в измерительном приборе режим автоматического выбора шкалы измерений и безопасна для аппаратуры электротехнической системы изделия.
После окончания сборки электротехнической системы изделия и при положительных результатах проверки состояния шин питания и электрических связей этих шин с корпусом изделия обе группы контактов электромагнитных реле устанавливаются в исходное состояние (снимается напряжение с обмоток К1.О и К2. О электромагнитных реле К1 и К2), измерительные приборы, либо устройство в целом, отключаются от собранной электротехнической системы изделия. После этого на собранную электротехническую систему изделия может быть подано напряжение питания и начата проверка ее работоспособности.
Предлагаемая совокупность признаков в рассмотренных автором устройстве для выполнения 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″.
Для практической реализации предложенного коммутатора могут быть использованы две группы электромагнитных реле по четыре электромагнитных реле в каждой группе с одним перекидным контактом каждое или по одному электромагнитному реле с четырьмя перекидными контактами в каждом и т.п.
Данный коммутатор измерительных приборов может быть выполнен в виде самостоятельного приспособления, либо введен в состав измерительного стенда, либо в состав электротехнической системы изделия как ее составная часть. В последнем случае устройство может быть использовано как в процессе сборки, так и в процессе эксплуатации изделия во время проведения модернизации, регламентных и ремонтных работ.
В настоящее время предложенное устройство находятся на стадии отработки.
ЛИТЕРАТУРА
1. В.М. Шляндин и К.Н. Чернецов. Автоматизация контроля электрических цепей. Изд. «Энергия», Москва, Ленинград, 1966 г. С.39, рис.13.