Устройство испытаний на исправность электротехнических элементов и способ испытаний на исправность электротехнических элементов

Устройство испытаний на исправность электротехнических элементов и способ испытаний на исправность электротехнических элементов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к электроиспытательной технике и может быть использовано для испытаний на исправность таких электротехнических элементов, как электрические мостики электропирозапалов изделий ракетно-космической техники (РКТ), относящихся к особо опасным цепям, а также целостности иных электротехнических элементов, таких как цепи термопар, реле давлений, замкнутые электрические контуры и жилы кабелей.

Известно выбранное в качестве аналога устройство контроля электрических цепей, описанное в а.с. №390475, МПК: G 01 R 27/18, характеризуемое тем, что измерение сопротивления замкнутого контура электрической цепи осуществляется бесконтактно. Измерительные клещи выполнены в виде двух разъемных магнитопроводов: возбуждающего и измерительного с одним ярмом, а измеряемый контур включен в качестве вторичной обмотки обоих магнитопроводов и измерение сопротивления контура осуществляет гальванический прибор.

К недостаткам указанного аналога следует отнести: наличие ручных операций; отсутствие возможности измерения сопротивления на длинной линии; наличие измерительных приборов; сложность исполнения магнитопровода.

Известен выбранный в качестве аналога способ испытаний изоляции электровзрывных цепей, описанный в патенте №2022289, МПК: G 01 R 31/02, 27/18, который характеризуется тем, что на закороченные выводы электровзрывной цепи подают испытательное напряжение и измеряют контролируемый параметр, которым может быть либо ток через электровзрывную цепь, либо сдвиг фаз между током и напряжением в электровзрывной цепи. Затем полученный результат сравнивают с эталонным значением и по результатам сравнения судят о состоянии изоляции. Причем частота испытательного напряжения выбирается в 10 раз выше частоты блуждающего тока земли.

Недостатком указанного способа является то, что в нем необходимо проведение прямых измерений, а также проведение косвенных измерений, которые, как правило, не обладают достаточной точностью и требуют обеспечения метрологической аттестации.

При рассмотрении в качестве испытуемого электротехнического элемента мостика электропирозапалов (пиросредств) изделий РКТ для контроля его сопротивления и целостности применяются специальные слаботочные источники тока, которые не исключают отказов и не обеспечивают в полной мере безопасность проводимых операций. Кроме этого, в указанных аналогах испытания проводят, используя технологические цепи, а при штатных операциях используются другие цепи. При испытаниях электропирозапалов, для обеспечения пожаровзрывобезопасности, требуется принятие ряда мер как организационных, так и технических. Кроме этого, должна в максимальной степени решаться задача проведения испытаний, при которых формирование испытательных сигналов и их последующая коммутация на электропирозапалы должны проводиться по одним и тем же цепям.

В качестве прототипа предлагаются устройство и способ испытаний на исправность электротехнических элементов.

Известно выбранное в качестве прототипа устройство испытаний на исправность электротехнических элементов по патенту РФ C 01 R 31/02, 27/18 №2195001, которое содержит магнитопровод, на котором размещены первичная и вторичная обмотки, источник питания, который подсоединен к линии связи, подключенной к электротехническому элементу. Автогенератор с магнитопроводом, при этом, вывод обратной связи автогенератора соединен с началом первой обмотки магнитопровода, конец которой соединен с выводом тока возбуждения автогенератора и с концом второй обмотки магнитопровода, начало которой заземлено, другой вывод третьей обмотки магнитопровода соединен через первый проводник линии связи с одним выводом электротехнического элемента, другой вывод которого через второй проводник линии связи подключен к другому выводу короткозамыкателя, а вывод подключения источника питания и вывод тока подмагничивания автогенератора подключены к формирователю эталонного тока, причем сигнальный вывод автогенератора через фильтр нижних частот подключен к входу триггера Шмитта, вывод которого является выводом устройства.

К недостаткам устройства прототипа следует отнести то, что при проведении испытаний используется автогенератор, формирователь эталонного тока, фильтр низких частот, триггер Шмитта, короткозамыкатель и источник питания. В то же время при штатном управлении электропирозапалами используются второй источник питания, управляющие контакты, две линии связи. Таким образом, становится ясно, что в прототипе испытания электротехнического элемента проводится по одним цепям, а штатное управление проводится по другим цепям. Такое решение задачи не обеспечивает высокой надежности, которое, безусловно, требуется при разработке изделий РКТ. Линии связи в изделиях РКТ включают в себя наземную кабельную сеть, бортовую кабельную сеть, линии связи со смежными бортовыми приборами и периферийными устройствами, протяженность которых составляет 100 метров и более. Использование на таких длинных линиях слаботочных сигналов приводит к низкой помехоустойчивости и значительным сложностям при реализации схемы, что также является недостатком устройства прототипа.

Известен выбранный в качестве прототипа способ испытаний на исправность электротехнических элементов по патенту РФ C 01 R 31/02, 27/18 №2195001, включающий подачу напряжения питания и входного сигнала, наведения тестовой ЭДС на любом участке электрического контура, образованного короткозамыкателем, линией связи и электротехническим элементом, измеряют истинное значения тока, протекающего на участке наведения тестовой ЭДС, вычитая на участке наведения тестовой ЭДС из общего тока ток наводимой помехи, а сравнение эталонного значения производят с истинным значением тока, характеризующего истинное состояние и сопротивление электротехнического элемента.

Недостатком указанного способа является то, что если электротехнический элемент отнесен от источника наводимой тестовой ЭДС с помощью кабельной линии связи на расстояние свыше 50-100 метров, то в этом случае большую неприятность для работы прототипа будут представлять схемы с коммутируемой индуктивностью: автогенераторы, реле, электроклапаны, электронасосы, являющиеся источниками электрических и магнитных помех. При этом величина наведенной помехи соизмерима с величиной тестовой ЭДС.

Недостатком способа, приведенного в прототипе, является также то, что в нем, также как и в приведенных выше аналогичных устройствах, необходимо проводить операции измерений как прямых, так и косвенных. Известно, что любые измерения требуют наличие аттестованных измерительных приборов, а косвенные измерения, как правило, не обеспечивают необходимой точности.

Кроме этого, при использовании длинных линий, которые в изделиях РКТ могут достигать длинны 100 метров и более, особенно велика вероятность возникновения ложных помех, что в значительной мере может затруднить проведение измерений или внести значительную погрешность в результаты измерений, отнесенного от источника наводимой тестовой ЭДС с помощью линии связи, на расстояние, превышающее десятки метров.

Таким образом, недостатками способа и устройства прототипа являются необходимость проведения прямых и косвенных измерений как величины наводимого тока, так и помехи; т.к. испытания проводятся со слабыми сигналами, мощность которых не превышает 100 мВт, а измерительные средства находятся на удалении более 100 метров, в связи с этим достоверность результатов может быть значительно искажена за счет воздействия синфазных и дифференциальных помех.

Кроме этого, испытания на исправность электротехнических элементов и проведение штатного управления электротехническими элементами проводятся по разным каналам и цепям, что приводит к низкой надежности.

Задачей предлагаемых устройства и способа является обеспечение испытаний на исправность электротехнических элементов при расширении функциональных возможностей за счет проведения испытаний на исправность и возможности штатного управления электропирозапалами по одним и тем же линиям связи и цепям, а также возможность проведения испытаний с линиями связей, длина которых превышает 100 м и более за счет достаточно мощного сигнала управления.

Технический результат достигается за счет того, что в устройство испытаний на исправность электротехнических элементов, содержащее магнитопровод, на котором размещены первичная и вторичная обмотки, источник питания, который подсоединен к линии связи, подключенной к электротехническому элементу, в отличие от прототипа в него введены коммутирующий элемент и формирователь одиночного безопасного импульса тока, выход которого подключен к входу коммутатора, при этом первый вывод линии связи через коммутатор подключен к плюсу источника питания, первые выводы первичной и вторичной обмоток магнитопровода подключены к минусу источника питания, второй вывод линии связи подключен ко второму выводу первичной обмотки, а второй вывод вторичной обмотки является выходом устройства.

Технический результат достигается за счет того, что в предлагаемом способе испытаний на исправность электротехнических элементов, включающем подачу напряжения питания и входного сигнала, в отличие от прототипа, производят преобразование входного сигнала в безопасный одиночный импульс тока, длительность которого меньше значения длительности гарантированного срабатывания электротехнического элемента, а амплитуда которого должно быть равной или превышать значение тока срабатывания электротехнического элемента, затем подают одиночный безопасный импульс тока на электротехнический элемент, после чего на электротехнический элемент производят подачу напряжения питания и по протеканию тока через электротехнический элемент судят об исправности электротехнического элемента.

В связи с наличием длинных линий, при проведении испытаний, необходимо формирование достаточно мощных сигналов управления. Однако это утверждение входит в противоречие с требованием обеспечения пожаровзрывобезопасности. Решение этой задачи предлагается в выбранном способе испытаний.

В предлагаемом способе формируется достаточно мощный одиночный импульс тока величиной 2-3 А, но этот импульс тока не подрывает электропирозапалы, так как его длительность равна 20-200 мкс, что в десятки раз меньше гарантированной длительности подрыва электропирозапалов. Такая длительность импульса тока выбирается исходя из того, что это время вполне достаточно для срабатывания современных полупроводниковых приборов и в то же время электропирозапал не подрывается.

Следует отметить, что основными техническими параметрами электропирозапалов являются время срабатывания электропирозапалов, которое составляет 2-5 мс, и величина тока срабатывания, которая равна 2-3 А.

Сущность предлагаемого способа изобретения заключается в следующем. Электрические мостики пиросредств, как электротехнические элементы, относятся к особо опасным цепям. Поэтому обеспечение безопасности проводимых с ними работ и получение достоверной информации являются очень важным моментом при проектировании изделий РКТ. Как правило, электропирозапалы отнесены от бортовых средств контроля и управления с помощью кабельных связей на расстояние от 50 до 150 метров и более, в зависимости от типа изделия РКТ.

В связи с наличием длинных линий связи, при проведении испытаний, необходимо формирование достаточно мощных сигналов управления. Однако это утверждение входит в противоречие с требованием обеспечения пожаровзрывобезопасности. Решение этой задачи предлагается в выбранном способе испытаний.

В предлагаемом способе испытаний формируется достаточно мощный одиночный безопасный импульс тока величиной 2-3 А, но этот импульс не подрывает электропирозапалы, так как его длительность выбирается равной 20-200 мкс, что в десятки раз меньше гарантированной длительности подрыва электропирозапалов. Такая длительность импульса тока выбирается исходя из того, что это время вполне достаточно для срабатывания современных полупроводниковых приборов и интегральных микросхем и одновременно с этим электропирозапалы за время такого короткого импульса тока гарантированно не сработают, что и требуется во время проведения различных видов испытаний.

Техническим результатом предлагаемых способа и устройства является расширение функциональных возможностей за счет проведения испытаний на исправность и возможности штатного управления электропирозапалами по одним и тем же линиям связи и цепям; возможность проведения испытаний с линиями связи, длина которых превышает 100 метров и более за счет достаточно мощных сигналов управления.

Функциональная схема предлагаемого устройства приведена на чертеже и содержит источник питания 1, магнитопровод 2, на котором размещены первичная 3 и вторичная 4 обмотки, при этом первый вывод первичной обмотки подключен к минусу источника питания; первый вывод вторичной обмотки 4 подключен к минусу источника питания 1, а второй вывод является выходом устройства, а также электротехнический элемент 5, формирователь одиночного безопасного импульса тока 6, выход которого подключен к входу коммутатора 7, который включен между плюсом источника питания и первым выводом линии связи 8, подключенной к электротехническому элементу 5, второй вывод линии связи 8 подключен к второму выводу первичной обмотки 3 магнитопровода 2.

Функциональная схема, представленная на чертеже, работает следующим образом. В исходном состоянии схема обесточена и через обмотку 3 магнитопровода 2, и через электропирозапал (электротехнический элемент) 5 ток не протекает. На вторичной обмотке 4 выходной сигнал отсутствует. После подачи напряжения питания, который можно считать первой ступенью безопасности, подается входной сигнал, который можно считать второй ступенью безопасности. При этом входной сигнал поступает на вход формирователя одиночного безопасного импульса тока 6. Основное назначение указанного формирователя является преобразование входного сигнала таким образом, чтобы длительность импульса, поступающего на вход коммутатора 7, не превышала, а точнее была меньше значения длительности гарантированного срабатывания электропирозапала. Типовое значение длительности времени срабатывания электропирозапала составляет 2-5 мс. Теоретически импульс тока длительностью менее 2 мс не приведет к надежному срабатыванию электропирозапала. На практике длительность сформированного импульса выбирается равной 20-200 мкс, что значительно меньше времени, необходимого для подрыва. Минимальное время выбирается из расчета быстродействия современных полупроводниковых транзисторов, которое лежит в пределах 5-20 мкс. Сформированный безопасный импульс тока поступает на вход коммутатора 7 и переключает его в проводящее состояние. В результате чего источник питания 1 через коммутатор 7, линию связи 8 и первичную обмотку 3 магнитопровода 2 подключается к электропирозапалу 5, через нить которого протекает рабочий ток. Величина этого составляет 2-3 А, что обеспечивает проверку электропирозапала, линии связи и коммутатора, то есть штатные цепи управления, рабочим током. Однако этот ток не приводит к подрыву электропирозапала, так как его длительность выбрана значительно меньше необходимой длительности. На вторичной обмотке 4 магнитопровода 2 формируется выходной импульс, который регистрируется наземной аппаратурой, при проведении наземных испытаний или телеметрической системой в полете. Приведенная функциональная схема предлагаемого устройства может использоваться для штатного подрыва электропирозапала, когда изделие РКТ находится в полете. В этом случае на штатный вход формирователя 7 входной импульс поступает от бортовой системы управления и длительность его формируется, равной 2-5 мс, что обеспечивает подрыв электропирозапала. Таким образом, видно, что испытания на исправность и штатный подрыв электропирозапалов проводятся по одним и тем же боевым цепям, что обеспечивает высокую надежность бортовой аппаратуры.

В настоящее время предлагаемое устройство и способ испытаний на исправность электротехнических элементов прошли макетирование и лабораторную отработку.

1. Устройство испытаний на исправность электротехнических элементов, содержащее магнитопровод, на котором размещены первичная и вторичная обмотки, источник питания, который подсоединен к линии связи, подключенной к электротехническому элементу, отличающийся тем, что в него введены коммутирующий элемент и формирователь одиночного безопасного импульса тока, выход которого подключен к входу коммутатора, при этом первый вывод линии связи через коммутатор подключен к "плюсу" источника питания, первые выводы первичной и вторичной обмоток магнитопровода подключены к "минусу" источника питания, второй вывод линии связи подключен к второму выводу первичной обмотки, а второй вывод вторичной обмотки является выходом устройства.

2. Способ испытаний на исправность электротехнических элементов, включающий подачу напряжения питания и входного сигнала, отличающийся тем, что при нем производят преобразование входного сигнала в безопасный одиночный импульс тока, длительность которого меньше значения длительности гарантированного срабатывания электротехнического элемента, а амплитуда которого должна быть равной или превышать значение тока срабатывания электротехнического элемента, затем подают одиночный безопасный импульс тока на электротехнический элемент, после чего на электротехнический элемент производят подачу напряжения питания и по протеканию тока через электротехнический элемент судят об исправности электротехнического элемента.