ДАТЧИК ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО КОНТРОЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ПРОВОДОВ
SENSOR FOR CONTINUOUS MONITORING OF WIRE INSULATION

Изобретение относится к технике электрических испытаний и может быть использовано для контроля качества изоляции проводов.
Известен способ контроля дефектности изоляции проводов, описанный в [1].
2
4
В упомянутом способе в качестве датчика для непрерывного контроля изоляции проводов используют две фетровые пластины погруженными в электролитический раствор сернокислого натрия NaSO в воде (концентрация 30 г/л).
При этом между жилой провода и раствором, соединенными в электрическую цепь, прикладывают испытательное напряжение постоянного тока (50±3) В при разомкнутой цепи. В соответствии с этим способом при помощи упомянутого датчика определяют целостность изоляции, которая выражается числом точечных повреждений изоляции провода, зафиксированных с помощью электрического испытательного устройства.
Точечные повреждения фиксируют соответствующим реле со счетчиком. Счетчик должен срабатывать при сопротивлении изоляции провода менее 10 кОм в течение не менее 0,04 с. Счетчик не должен срабатывать при сопротивлении 15 кОм и более. Цепь для определения повреждений должна работать со скоростью срабатывания (5±1) мс, обеспечивая регистрацию с частотой (500±25) повреждений в минуту при протягивании провода без изоляции.
Недостаток указанного датчика заключается в том, что, во-первых, электролитический состав в течение работы может изменять свою концентрацию, а его электропроводимость зависит от температуры контроля, что влечет за собой изменение сопротивления в контакте между датчиком точечных повреждений, и влияет на точность и информативность контроля. Кроме того, чувствительность датчика низка, поэтому его используют только для контроля изоляции тонких проводов, диаметр которых не превышает 0,5 мм.
Наиболее близким к заявляемому является датчик для непрерывного контроля изоляции проводов, описанный в [2]
Датчик-прототип содержит расширительный элемент, формирующую обойму, нагреватель, проводящий эластичный обжим, источник света, фотоэлектрический преобразователь, контролируемый провод, преобразователь ток - напряжение, управляемый источник тока, причем расширительный элемент расположен внутри расточки обоймы, обжим находится внутри отверстия в расширительном элементе, источник и преобразователь расположены внутри обоймы по разные стороны от обжима, при этом выход преобразователя соединен с входом преобразователя, выход которого соединен с входом источника, выход которого соединен с входом нагревателя.
Недостатком датчика является сложность его конструкции, связанная с входящими в него разнообразными электронными элементами схем.
Техническая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение состоит в упрощении конструкции и в повышении его надежности.
Задача решается тем, что в датчике для непрерывного контроля изоляции проводов, содержащем корпус, внутри которого расположен рабочий элемент из эластичного электропроводящего материала, корпус 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, 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, рабочий элемент датчика выполнен в виде двух одинаковых, свободно вращающихся роликов прижатых пружинами друг к другу образующими поверхностями в точке соприкосновения, лежащей на вертикальной оси симметрии указанных роликов, рабочая часть которых выполнена из проводящей резины, по образующим поверхностям роликов выполнены проточки, лежащие при соприкосновении роликов против друг 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 надеты на оси, механически закрепленные на диэлектрической основе для размещения элементов датчика, ролики прижаты друг другу своими образующими поверхностями при помощи сжимающих пружин, один конец которых закреплен к коромыслу, а их другой конец закреплен к диэлектрической основе для размещения элементов датчика, питающее напряжение к рабочим поверхностям роликов подводится скользящими контактами, выполненными в виде упругих пластинчатых пружин, один конец которых прижат к осям роликов, другой конец электрически и механически соединен к концу с размещенными на упомянутой диэлектрической основе выводами для подсоединения источника питания, в стенках корпуса датчика закреплены направляющие втулки, продольные оси симметрии которых совпадают с осью провода.
На фиг. 1 приведена конструкция заявляемого датчика. На фиг 1 введены следующие обозначения: 1 - корпус датчика; 2 - диэлектрическая основа для крепления рабочих элементов датчика; 3 и 4 - два свободно вращающихся ролика, выполненных из проводящей резины; 5 и 6 - оси подшипников; 7 и 8 - подшипники, 9 и 10 - коромысла; 11 и 12 - оси коромысел; 13 и 14 - скользящие контакты; 15 и 16 - элементы крепления к выводам источника питания датчика; 17 и 18 - выводы для подсоединения источника питания; 19 и 20 - направляющие втулки; 21 и 22 - пружины; 23 и 24 - штыри для крепления пружин; 25 - контролируемый провод; 26, 27, 28 и 29 - крепежные детали, 30 и 31 - отверстия в коромыслах для крепления концов пружин.
Датчик работает следующим образом. Перед контролем включают источник питания датчика, который через выводы 17 и 18 подает напряжение через скользящие контакты 13 и 14 к осям подшипников 5 и 6. Напряжение питания от осей 5 и 6 через шарикоподшипники 7 и 8, напрессованные на указанные оси, передается к рабочему элементу датчика, выполненному в виде двух роликов 3 и 4, насаженных на шарикоподшипники 7 и 8. Ролики 3 и 4 выполнены из электропроводящей резины. По образующей поверхности каждого ролика выполнена проточка. Проточки при соприкосновении роликов в точке А образуют охватывающий контролируемый провод 25 канал. Контролируемый провод при контроле проходит через направляющие втулки 19 и 20, которые служат для ограничения продольных колебаний провода и придания проводу прямолинейного, без изгибов, направления движения. Ролики 3 и 4 закреплены на подвижных коромыслах 9 и 10 и прижаты образующими поверхностями друг к другу при помощи пружин 21 и 22. При протягивании между роликами контролируемого провода, за счет трения его поверхности с поверхностью образованных каналом проточек роликов, ролики 3 и 4 приходят во вращение. Пружины 21 и 22 демпфируют любые поперечные колебания провода, сохраняя непрерывный контакт с рабочими поверхностями роликов. При прохождении любого дефектного участка в канале между роликами 3 и 4, через датчики и заземленную жилу контролируемого провода от источника напряжения начинает протекать ток, импульс которого регистрируется как дефект.
Пример конкретного выполнения. Был изготовлен датчик для непрерывного контроля изоляции проводов, представленный на фиг. 1. Корпус 1 был выполнен фрезерованием в виде швеллера из нержавеющей стали. Расстояние между параллельными стенками корпуса 1, толщина которых составляла 8 мм, было равно 100 мм. К стенкам корпуса 1 была закреплена, выполненная из капролактама основа 2 для размещения элементов датчика. Основа 2 была также выполнена в виде швеллера. Параллельные стенки указанной основы 2 толщиной 10 мм, были закреплены крепежными деталями 26, 27, 28 и 29 к параллельным стенкам корпуса 1 датчика, а основание, упомянутой основы 2, было расположено перпендикулярно к основанию корпуса 1 датчика. В датчик дополнительно были введены два металлических коромысла 9 и 10, выполненные из пластин нержавеющей стали, толщиной 3 мм. Рабочим элементом датчика служили ролики 3 и 4, выполненные из проводящей резины. Диаметры роликов были равны 16 мм. По образующей поверхности роликов были проточены канавки шириной и раной 1 мм и глубиной 0,5 мм. Образующие поверхности роликов 3 и 4 прижимали друг две стальные пружины 21 и 22. Два скользящих контакта 13 и 14 были выполнены из пластин нержавеющей стали, толщиной 2 мм. Два вывода 17 и 18 для подсоединения к источнику питания датчика были изготовлены в виде шпилек из прутков меди диаметром 20 мм. Выводы (шпильки) 17 и 18 были вкручены по резьбе, нарезанной в сквозных отверстиях диэлектрической основы 2. Помимо наружной резьбы на выводах 17 и 18, в них, с обоих торцов по осям, были выполнены внутренние отверстия, нарезана резьба М5, с помощью которой винтами 15 и 16 присоединяли источник питания датчика через выводы 17 и 18 к скользящим контактам 13 и 14. Источник питания подключался к выводам 17 и 18 с наружной стороны диэлектрической основы (на фиг. 1 не показано). Две направляющие втулки 19 и 20 были выточены из нержавеющей стали. Внутренний диаметр втулок бы равен 2 мм, что позволяло проходить через них любому контролируемому проводу, имеющему диаметр по изоляции меньше 2 мм. Втулки 19 и 20 служили для придания проводу прямолинейного без изгибов движения, и ограничивали поперечные колебания провода во время его движения.
Заявляемый датчик по сравнению с датчиком - прототипом имеет более упрощенную конструкцию, так как в нем нет сложных электронных систем, служащих для отслеживания и регулирования зазора между датчиком и поверхностью контролируемого провода. Это обеспечивает более высокую надежность и долговечность заявляемого датчика по сравнению с прототипом.
Кроме того, заявляемый датчик более универсален, чем датчик-прототип, так как его можно использовать не только для обнаружения дефектов в изоляции проводов, но и для проведения испытаний изоляции проводов на электрическую прочность, путем подачи на ролики испытательного высокого напряжения соответствующей величины. Конструкция же датчика-прототипа этого сделать не позволяет.
Используемые источники:
1. ГОСТ Р МЭК 60851-5-2008. Провода обмоточные. Методы испытаний. Часть 5. Электрические свойства.
2. Авторское свидетельство СССР №1449949. Датчик для непрерывного контроля электрической прочности изоляции проводов. // Г.В. Смирнов, Н.А. Косенчук и С.А. Щерб. Опубл. 07.01.87. Бюл. №1 (прототип)