RU2631020C1

RU2631020C1 - Датчик для непрерывного контроля изоляции проводов

Info

Publication number: RU2631020C1
Application number: RU2016109671A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Васильевич Смирнов; Дмитрий Геннадьевич Смирнов
Priority date: 2016-03-17
Filing date: 2016-03-17
Publication date: 2017-09-15

Abstract

Изобретение относится к технике электрических испытаний и может быть использовано для контроля качества изоляции проводов. Заявленный датчик для непрерывного контроля изоляции проводов выполнен в виде двух роликов из нержавеющей стали, имеющих 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, ультрафиолетовый светодиод и ультрафиолетовый фотодиод, 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 против друг друга и служащие для фиксации и ограничения движения провода в поперечном направлении. Технический результат заключается в обеспечении большей универсальности за счет расширения функциональных возможностей, большей разрешающей способности, информативности и точности контроля. 6 ил., 1 пр.

Description

Изобретение относится к технике электрических испытаний и может быть использовано для контроля качества изоляции проводов.

Известен способ контроля дефектности изоляции проводов, описанный в [1].

В упомянутом способе в качестве датчика для непрерывного контроля изоляции проводов используют две фетровые пластины погруженными в электролитический раствор сернокислого натрия Na₂SO₄ в воде (концентрация 30 г/л). При этом между жилой провода и раствором, соединенными в единую 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 датчику является датчик для непрерывного контроля изоляции проводов, описанный в той же работе [1].

Датчик предназначен для контроля точечных повреждений высоким напряжением, для проводов с жилой номинальным диаметром свыше 0,050 до 1,600 мм включительно.

При этом для контроля точечных проводов на изоляции проводов от 0,050 до 0,25 мм используемый высоковольтный электрод (датчик) выполняют в виде двух роликов в соответствии с фиг. 1 приложения 1. Ролики в прототипе 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 в соответствии с фиг. 2 приложения 2. Ролик должен быть из нержавеющей стали и обеспечивать контакт с проводом на длине 25÷30 мм.

Недостатком прототипа 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 (см. фиг. 1 приложение 1), 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 (см. фиг. 2, приложение 2).

Во-вторых, как при контроле проводов с диаметром жил, лежащим 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 датчика-прототипа осуществляют только выборочный контроль при постоянной и относительно малой скорости протягивания провода, равной (275±25) мм/с.

В-третьих, ролики в обоих указанных случаях имеют достаточно большой диаметр, равный в первом случае (30±0,25) мм и (50±0,25) мм - во втором случае, и при контроле необходимо обеспечить контакт провода с роликами, в первом случае, на длине (25±2,5). Это приводит к тому, что дефект на проводе продолжительное время находится в зоне действия датчика. При этом, если в изоляции провода имеются несколько дефектов и указанные дефекты находятся на расстоянии друг от друга, меньшем чем (28÷30) мм, то сколько бы ни было дефектов на указанном отрезке провода, все они будут посчитаны как 1 дефект, что снижает не только разрешающую способность датчика, но и точность контроля количества дефектов на контролируемом отрезке провода.

В-четвертых, датчик-прототип не позволяет определять длину проконтролированного провода и протяженность дефектов, что снижает информативность и универсальность датчика.

В-пятых, сигнал, получаемый с выхода датчика-прототипа, имеет сложную форму, связанную с нестабильными условиям зажигания газового разряда, зажигающегося между датчиком и жилой провода в месте дефекта, которые изменяются от одного дефекта к другому, что может приводить к большим погрешностям как при контроле количества дефектов на изоляции контролируемого провода, так и при контроле их протяженностей.

Техническая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в придании датчику большей универсальности за счет расширения функциональных возможностей, большей разрешающей способности, информативности и точности контроля.

Задача решается тем, что в датчике для непрерывного контроля изоляции, выполненном в виде двух роликов из нержавеющей стали, имеющих U-образную проточку по образующей, диаметр роликов лежит в диапазоне 10÷14 мм, 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, ультрафиолетовый светодиод и ультрафиолетовый фотодиод, 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, выполненными в виде упругих пластинчатых пружин, один конец которых прижат к осям роликов, другой конец электрически и механически присоединен 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.

На фиг. 1 приведена конструкция датчика, а на фиг. 2 - отдельные элементы этой конструкции. На фиг. 3 приведена осциллограмма сигнала датчика при отсутствии в нем ультрафиолетовой подсветки, а на фиг. 4 - с ультрафиолетовой подсветкой.

На фиг. 1 введены следующие обозначения: 1 - корпус датчика; 2 - диэлектрическая основа для крепления рабочих элементов датчика; 3 и 4 - два свободно вращающихся ролика; 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, 22 - пружины; 23, 24 - элементы крепления пружин к диэлектрической основе; 25 - контролируемый провод; 26, 27, 28 и 29 - крепежные детали; 30, 31 - отверстия для крепления пружин к коромыслам; 32 - диск с равномерно выполненными в нем сквозными радиальными прорезями 33, одна плоскость которого выполнена в виде цилиндрического стакана 34, ультрафиолетовый светодиод 35 (фиг. 4) и ультрафиолетовый фотодиод 36 (фиг. 4).

Сущность заявляемого изобретения заключается в следующем. Так как объект контроля представляет собой круглое протяженное тело, покрытое изоляционной пленкой, движущееся относительно первичного преобразователя (датчика дефектов), а дефект в изоляции может находиться в любой точке поверхности этого тела, то для обеспечения одинаковости условий для обнаружения любого из дефектов нужно, чтобы все точки объекта контроля были равноудалены от поверхности первичного преобразователя. Этому условию мог бы удовлетворять любой датчик, симметрично охватывающий провод. Однако при выборе конструкции датчика следует учитывать тот факт, что провод в реальных технологических процессах, где он используется, движется с высокими скоростями, совершая при этом поперечные вибрационные колебания. Если датчик выполнить в виде неподвижного тела, внутри которого пропускать контролируемый провод, то при соприкосновении изоляции с поверхностью датчика может происходить ее разрушение. Поэтому во избежание разрушений изоляции провода необходимо уменьшить трение изоляции об датчик. Перечисленным требованиям удовлетворяет датчик, конструкция которого приведена на фиг. 1.

Датчик представляет собой два соприкасающихся по образующей цилиндрических ролика-электрода 3 и 4. Электроды через подшипники 7 и 8 размещаются на осях 5 и 6, которые закреплены на подвижных рычагах (коромыслах) 9 и 10, позволяющих электродам-роликам 3 и 4 совершать вертикальные перемещения синхронно с колебаниями провода. Электроды 3 и 4 поджимаются друг к другу при помощи пружин 21 и 22, два конца которых 23 и 24 прикреплены к выступающим штырям диэлектрической основы 2 для крепления рабочих элементов датчика, а два других конца - к отверстиям 30 и 31 просверленных в коромыслах 9 и 10 соответственно. Напряжение к электродам 3 и 4 подводится через скользящие контакты 13 и 14. При этом один конец каждого из скользящих контактов 13 и 14 соединен механически и электрически с выводами 17 и 18 для подсоединения источника питания. Источник питания подключается к выводам 17 и 18. При контроле провод протягивается через втулки 19 и 20, закрепленные соосно в корпусе 1, и в проточках, прижатых пружинами 21 и 22 друг к другу образующими поверхностями роликов-электродов 3 и 4. Под действием трения поверхности провода с поверхностями проточек в электродах 3 и 4 последние начинают вращаться на подшипниках 7 и 8 вокруг осей 5 и 6, механически закрепленных к рычагам-коромыслам 9 и 10. При вращении роликов (на фиг. 1 ролика 3) приходит во вращение прикрепленный к нему стаканом 34 соосно диск 32 с равномерно выполненными в нем сквозными радиальными прорезями 33. Ультрафиолетовый светодиод 35 излучает ультрафиолетовый свет, который через прорези 33 поступает к ультрафиолетовому фотодиоду 36. Поскольку радиальные сквозные прорези 33 размещены равномерно по поверхности диска, то ультрафиолетовый свет, проходя через упомянутые прорези, инициирует в фотодиоде, играющем роль приемника, импульсный ток. Количество импульсов наведенного в фотодиоде тока за один оборот ролика 3 будет равно количеству n прорезей, а длина провода 1, прошедшего через датчик за один оборот, будет равна

где D - диаметр ролика, мм; d - диаметр проточки под провод по образующей ролика 3, мм.

За время, равное длительности одного импульса фототока на выходе фотодиода 36 через датчик пройдет элементарный отрезок провода, равный

При этом независимо от того, с какой скоростью будет протягиваться провод через датчик, величина элементарного отрезка провода l_э, определяемая формулой 2, всегда будет оставаться неизменной, так как все величины, входящие в формулу 2, постоянны.

При этом, чем больше количество прорезей n, тем меньше величина l_э, принятая за единицу измерения протяженности, и тем выше точность определения указанной протяженности. По количеству N импульсов фототока с выхода фотодиода 36, прошедших в электронную схему измерителя дефектности, можно определить длину L проконтролированного провода по формуле

Кроме длины проконтролированного провода L, можно определить также разрешающую способность датчика и протяженность каждого дефектного участка провода, что покажем ниже.

Кроме того, введение в датчик ультрафиолетового светодиода 35 приводит к снижению напряжения контроля на датчике и к значительному повышению стабильности сигнала с выхода датчика дефектов при прохождении через него дефектного участка изоляции. Это происходит за счет того, что ультрафиолет ионизирует газ возле электродов (роликов) датчика, что снижает время запаздывания разряда и облегчает переход несамостоятельного разряда в самостоятельный. Сказанное наглядно подтверждают осциллограммы с датчика дефектов, приведенные на фиг. 3 и фиг. 4.

На фиг. 3 приведена осциллограмма с выхода датчика дефектов, снятая без ультрафиолетовой подсветки, при прохождении через него поврежденного участка изоляции провода. Из фиг. 3 видно, что сигнал имеет сложную структуру и нечетко выраженные фронты. При подходе и выходе дефекта из зоны действия датчика разряд может многократно загораться и погасать. Сигнал с датчика дефектов имеет длительность t_p. В сигнале можно выделить относительно стабильную зону горения сигнала (время t_c) и три нестабильные зоны 1, 2, 3, во время которых разряд погасает, зажигается вновь. Сигнал, приведенный на фиг. 3, аналогичен сигналу с датчика дефектов в датчике-прототипе, так как в нем отсутствует ультрафиолетовая подсветка. Так как количество дефектов в изоляции контролируемого провода подсчитывают по количеству импульсов, приходящих в счетчик количества дефектов с выхода датчика дефектов, то использование сигнала, приведенного на фиг. 3, приведет к значительным ошибкам. Например, по сигналу, приведенному на фиг. 3, счетчик количества дефектов посчитает не один дефект, а как минимум 4. Кроме того, из-за высокой нестабильности времени t_p, изменяющейся от дефекта к дефекту, с таким датчиком весьма проблематично проконтролировать протяженности дефектов.

Ультрафиолетовая подсветка существенно меняет структуру сигнала дефекта (см. фиг. 4).

С введением ультрафиолетовой подсветки из сигнала с датчика дефектов исчезают зоны нестабильности, связанные с возможными многократными загораниями и погасаниями разряда между датчиком и дефектом при прохождении последнего через датчик. Время горения разряда t_p становится стабильным и равным времени t_c. Напряжения зажигания разряда в датчике при прохождении через него дефекта при облучении ультрафиолетом снижается на 15-20% по сравнению с напряжением зажигания разряда в датчике без ультрафиолетовой подсветки.

Диаметр электродов-роликов был выбран из следующих соображений:

- расстояние между двумя дефектами, при котором их можно зарегистрировать раздельно, должно быть как можно меньше;

- датчик должен быть простым в изготовлении и обладать достаточно малым механическим сопротивлением вращению, которое возникает при соприкосновении с ним провода.

Первое условие вытекает из стремления обеспечить более высокую разрешающую способность датчику, которая характеризуется максимально возможным количеством дефектов на единице длины провода, регистрируемых раздельно с заданной доверительной вероятностью.

Представляется достаточно очевидным, что разрешающая способность датчика должна возрастать с уменьшением диаметра роликов-электродов датчика. Однако с уменьшением диаметра роликов-электродов возрастает его сопротивление вращению и увеличивается сложность его технического воплощения.

Исходя из этих соображений и проведенных нами экспериментов, оптимальный размер диаметров роликов D должен лежать в диапазоне (10÷14) мм.

При диаметре D<10 мм труднее реализуется практически и при уменьшении диаметра резко возрастает сопротивление движению провода. При D>14 мм снижается разрешающая способность датчика.

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 нержавеющей стали. По образующей поверхности каждого ролика выполнена проточка, радиус которой был равен 1 мм. Проточки в точке соприкосновения роликов образуют охватывающий контролируемый провод 25 круговой 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. Для ограничения поперечных колебаний провода при его движении в процессе контроля внутренний диаметр направляющих втулок Dв был выбран из условия 2 мм≥Dв≥1,9 мм. Это условие обусловлено соображениями придания датчику большей универсальности и возможно контроля проводов с номинальным диаметром жилы от 0,05 до 1,8 мм. Нижний диапазон, равный 1,9 мм, выбран из того условия, чтобы через отверстия в направляющей втулке свободно проходили все контролируемые провода вплоть до проводов диаметром 1,8 мм. Верхний диапазон, равный 2 мм, был выбран из условия ограничения поперечных колебаний провода до минимальных значений. 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, 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. Подсчитывая количество упомянутых импульсов тока, определяют количество дефектов на контролируемом проводе. Длину проконтролированного провода определяют, как это отмечалось выше, по количеству импульсов фототока, зарегистрированных за время контроля на выходе фотодиода 36.

Помимо количества дефектов, важнейшей характеристикой поврежденности изоляции провода является также размер (протяженность) каждого из дефектов.

Заявляемый датчик позволяет определить и эту величину. Это происходит следующим образом.

При подходе дефектного участка провода к точке соприкосновения образующих поверхностей роликов 3 и 4 между жилой провода в месте дефекта и роликами электродами 3 и 4 зажигается коронный разряд, который погасает в тот момент, когда дефект выходит из зоны действия датчика. Длительность образованного от одного дефекта импульса тока зависит от протяженности дефекта l_д и зоны разрешения датчика l_з, которая определяется габаритами электродов роликов 3 и 4 датчика и уровнем высокого напряжения, подведенного к датчикам. Для того чтобы определить истинную протяженность того или иного дефекта l_д, используя длительность импульса тока с этого дефекта, необходимо знать зону разрешения датчика l_з, которая образует систематическую погрешность, вносимую в измерение протяженности дефектного участка изоляции провода конечными размерами датчика точечных повреждений. Для определения упомянутой систематической погрешности искусственно наносят один дефект на эмальизоляцию провода с четко фиксированной протяженностью l_д и протягивают упомянутый участок провода с нанесенными на него дефектами через датчик точечных повреждений. Если бы датчик не имел систематической погрешности, то в таком идеальном датчике за время горения разряда было бы подсчитано количество n_ист импульсов фототока на выходе фотодиода, а произведение l_э×n_ист равнялось бы l_д. Однако из-за того, что датчик не идеален, а имеет вполне конкретную зону разрешения, то количество импульсов фототока с выхода фотодиода 36 при прохождении через датчик упомянутого дефектного участка за время горения коронного разряда между жилой провода будет равно некоторой величине n₁, которая не равняется величине n_ист. Абсолютную систематическую погрешность, вносимую в определение протяженности каждого дефекта, равную разрешающей способности датчика, можно определить по формуле:

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 нержавеющей стали. Диаметры роликов были равны 12 мм. По образующей поверхности роликов были проточены канавки радиусом, равным 1 мм. Образующие поверхности роликов 3 и 4 прижимали друг к другу пружины, выполненные из стальной упругой проволоки диаметром 1 мм. К боковой поверхности ролика 3 был механически (сваркой) прикреплен стакан 34 диска с равномерно выполненными в нем сквозными радиальными прорезями 33. При диаметре 19,1 мм диска 32 нам удалось выполнить фотолитографией растр с 240 прорезями.

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) через контакты концевого выключателя. Две направляющие втулки 19 и 20 были выточены из нержавеющей стали. Внутренний диаметр втулок был 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. В качестве ультрафиолетовой лампы 35 использовалась лампа vfhrb UV-Inspector 2000 [2]. Срок работы от одной зарядки - около 4-х часов. Интенсивность УФ-излучения при 400 мм: 2000 μW/см². Длина волны: 365 нм.

В качестве фотодиода 36 был взят ультрафиолетовый фотодиод компании SGLUX, выполненный на основе карбида кремния (SiC).

С использованием датчика осуществляли опытный контроль 2 метрового отрезка провода марки ПЭТВ диаметром 1 мм.

По формуле (2) определяли величину l_э

Для определения зоны разрешения датчика на изоляцию контролируемого провода марки ПЭТВ наносился дефект протяженностью l_д=9,8 мм.

За время прохождения дефектного участка через датчик, на который относительно жилы провода было подано напряжение 2 кВ, возник импульс тока, за время которого было подсчитано n₁ импульсов с ультрафиолетового фотодиода 36 n₁=25.

Если бы датчик был идеален, то за время указанного импульса было бы подсчитано только n_ист=10. Определенная по формуле (4) зона разрешения датчика была равна l_д=l_э×(n₁-n_ист)=0,13×15=1,95 мм.

За время прохождения контролируемого провода было подсчитано N=15384 импульсов тока с фотодиода 36. Таким образом, длина проконтролированного провода соответствовало реальной и была равна L=l_э×N=0,13×15384=1999,92 мм≅2 м.

Заявляемый датчик по сравнению с датчиком-прототипом имеет следующие преимущества:

- заявляемый датчик и по сравнению с датчиком-прототипом имеет большую универсальность, так как позволяет контролировать изоляцию проводов с диаметром жилы, лежащей в диапазоне от 0,050 до 1,8 мм, тогда как датчик-прототип этого сделать не позволяет;

- заявляемый датчик обеспечивает при контроле прямолинейное, без изгибов провода, движение, тогда как провод в датчике-прототипе многократно перегибается, что создает высокие механические нагрузки на изоляцию провода со стороны роликов и приводит не только к ослаблению механической и электрической прочности изоляции контролируемого провода, но и вызывает появление дополнительных дефектов в изоляции провода;

- заявляемый датчик позволяет осуществлять контроль в широком диапазоне скоростей движения провода, лежащих в диапазоне от нуля вплоть до десятков метров в секунду, тогда как при помощи датчика-прототипа осуществляют только выборочный контроль при постоянной и относительно малой скорости протягивания провода, равной (275±25) мм/с;

- заявляемый датчик имеет в отличие от датчика-прототипа стабильный сигнал дефекта, что позволяет повысить точность контроля количества дефектов;

- заявляемый датчик позволяет контролировать не только количество дефектов, как это позволяет делать датчик-прототип, но и протяженность каждого дефекта;

- заявляемый датчик позволяет измерить длину провода, подвергнутого контролю, чего невозможно сделать при помощи датчика-прототипа.

Используемые источники

1. ГОСТ Р МЭК 60851-5-2008. Провода обмоточные. Методы испытаний. Часть 5. Электрические свойства (Прототип).

2. http://www.geo-ndt.ru/catalog-506-yltrafioletovie-lampi.htm.

Claims

Датчик для непрерывного контроля изоляции проводов, выполненный в виде двух роликов из нержавеющей стали, имеющих U-образную проточку по образующей, отличающийся тем, что диаметр роликов лежит в диапазоне 10÷14 мм, 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, ультрафиолетовый светодиод и ультрафиолетовый фотодиод, 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 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 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, выполненными в виде упругих пластинчатых пружин, один конец которых прижат к осям роликов, другой конец электрически и механически присоединен 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.