Устройство для измерения электрической емкости жил радиочастотных кабелей

Устройство для измерения электрической емкости жил радиочастотных кабелей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Сове тскии

Соцнапнстнческни

Респубпни

G 01 R 17/10

3ЪоуАаротееииь е комитет

СССР (23) Приоритет ио делам изооретеиий и открытий

Опубликовано 23. 06. 82. Бюллетень № 23

Дата опубликования описания 25.06. 82 (53) УДК 621..317 ° 733 (088.8) (72) Авторы изобретения

А.А. Абросимов, О.ф. Брюханов, К.Д. Колесников и А.M. Милованов

Куйбышевский политехнический институт им В.В. Куйбышева (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

ЕМКОСТИ ЖИЛ РАДИОЧАСТОТНЫХ КАБЕЛЕЙ

Изобретение относится к измеритель ной технике и может найти применение в кабельной промышленности для контроля качества наложения изоляции на жилы кабелей в процессе их изготов5 пения, а также в системах автоматического управления процессом изолирования.

Известны устройства для контроля электрической емкости жил кабельных изделий,в которых для обеспечения электрического контакта с поверхностью изоляции жилы применяется хорошо проводящая среда, например вода ванны для охлаждения изоляции после ее наложения горячим способом 11 j.

Эти устройства обладают высокой чувствительностью контроля, однако имеют низкую разрешающую способность 2î вследствие значительной протяженности участка контроля (расстояния, на котором происходит усреднение распределенных вдоль длины контролируемой жилы флуктуаций электрической емкости). Уменьшение длины участка контроля, приводящее к повышению разрешающей способности, сопровождается ростом основной погрешности измерения вследствие уменьшения среднего значения измеряемой величины. Это не позволяет применять указанные устройства в качестве точных датчиков электрической емкости жил высокочастотных кабелей.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для измерения электрической емкости кабельных жил и проводов, состоящее из мос" та переменного тока, в измерительную диагональ которого включен фаэочувствительный индикатор, и преобразователя, содержащего измерительный, компенсационный и охранные электроды. В качестве контактирующей среды использована вода охлаждающей ванны, которая входит в состав технологической линии по наложению изоляции. С целью

938169 исключения погрешности от собственной емкости преобразователя, зависящей от и зменяющи хся во времени с вой ст в контактирующей середы, компенсационный электрод подключен к плечу мостовой измеритель ной схемы, проти воположному плечу подключения и эмери тель ного электрода. Все электроды имеют одинаковую форму и площадь поперечного сечения. Образцовая мера емкости включена в плечо моста, к которому поаключен компенсационный электрод(2).

Недостатком устройства является низкая разрешающая способность из-за значительной протяженности участка 15 контроля (разности длин измерительного и компенсационного электродов), вследствие чего искажается спектр флуктуаций электрической емкости контролируемой жилы. 20

Цель изобретения — повышение точности °

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения элект- рической емкости жил радиочастотных кабелей, состоящем из измерительной схемы, которая содержит мост переменного тока с образцовым конденсатором переменной емкости, генератор переменного напряжения, фазо 1 увствительный усилитель, фазосдвигающую цепь, интегратор, фильтр низких частот, указывающий прибор, и преобразователя, содержащего измерительный электрод, который обхватывает измеряемую жилу и включен в одно из плеч моста переменного тока, компенсационный электрод, который обхватыва-! ет измеряемую жилу и включен в плечо моста переменного тока, проти вопо40 ложное плечу подключения измерительного электрода, охранные электроды, которые обхватывают измеряемую жилу и подключены к питающей диагонали моста переменного тока, измерительный 4 электрод разделен на две части, одна из которых постоянно подключена к плечу моста переменного тока, противоположному плечу подключения образцового конденсатора переменной емкости, а вторая при помощи переключателя, управляемого генератором тактов, подключена к этому же или к противоположному плечам моста переменного тока, причем е последнем случае H образцовый конденсатор переменной емкости отключен от моста переменного тока и введен сумматор, один вход которого подключен к выходу фазочувствительного усилителя через инте -ратор, а второй вход подключен к выходу фазочувствительного усилителя через фильтр низких частот.

Кроме того, часть измерительного электрода, которая постоянно подключена к плечу моста переменного тока, имеет длину, равную сумме длин компенсационного электрода и второй части измерительного электрода.

На чертеже изображена функциональная электрическая схема устройства.

Устройство содержит первую часть и вторую часть 2 измерительного электрода, компенсационный электрод 3, резисторы 4 и 5 плеч отношения измерительного моста переменного тока, переключатель б, образцовый конденсатор 7 переменной емкости, переключатель 8, охранные электроды 9 и 10, генератор ll переменного напряжения, контролируемая жила 12, фазочувствительный усилитель 13, интегратор

14, фильтр 15 низких частот; сумматор 16, указывающий прибор 17, фазо" сдвигающая цепь 18, генератор 19 тактов.

Первая часть 1 измерительного электрода, длина которой равна сумме длин второй части 2 измерительного электрода и компенсационного электрода 3, подключена к плечевому резистору 4 измерительного моста переменного тока. Компенсационный электрод

3 подключен к плечевому резистору 5 измерительного моста переменного тока, к этому же резистору 5 через переключатель 6 подключен образцовый конденсатор 7 переменной емкости. Вторая часть 2 измерительного электрода через переключатель 8 может быть подключена либо к первой части 1 измерительного электрода, либо к компенсационому электроду 3. Во втором случае образцовый конденсатор 7 переменной емкости отключен от плеча мостовой измерительной схемы. Охранные электроды 9 и 10, а также генератор переменного напряжения 11 подключены н питающей диагенали измерительного моста переменного тока между плечевыми резисторами 4 и 5. Все электроды преобразователя имеют одинаковую форму и площадь поперечного сечения, расположены на одной оси и „составляют единую конструкцию. Измеряемая жила

12 с заземленным токоведущим проводни5 9381 ком расположена вдоль оси преобразователя. К измерительной диагонали моста переменного тока подключен информационный вход фазочувствительного усилителя 13, к выходу которого подключены интегратор 14 и фильтр 15 низких частот. Выходы интегратора 14 и фильтра 15 низких частот подключены к входам сумматора 16, которые подключены к указывающему прибору 17. 1Î

Генератор 11 переменного напряжения через фазосдвигающую цепь 18 подключен к коммутирующему входу фазочувствительного усилителя 13. Переключатели 6 и 8 связаны с генератором 19 13 тактов.

Устройство работает следующим образом.

При подключении через переключатель 8 второй части 2 измерительного рв электрода к первой части 1 измерительного электрода и через переключатель 6 образцового конденсатора 7 переменной емкости к плечевому резистору 5 измерительного моста перемен- д3 ного тока предлагаемое устройство работает так же, как и известное, т.е. осуществляет измерение емкости жилы

12 на длине за

Q=Kq+6 -2 где 0 — длина первой части 1 изме4 рительного электрода;

8. — длина второй части 2 измери35 тельного электрода; длина компенсационного электрода 3При этом изменения выходного напряжения фазочувствительного усилителя

13 запаздывают относительно изменений электрической емкости жилы 12 и тем больше, чем ближе длина. волны флуктуаций емкости жилы 12 к эффективной длине преобразователя 8 ..

При подключении посредством пере" ключателя 8 второй части 2 измерительного электрода к компенсационному электроду 3 и отключении посредством переключателя 6 образцового конден50 сатора 7 переменной емкости от плеча измерительного моста переменного тока (переключатели 6 и 8 работают синхронно} устройство измеряет скорость изменения электрической емкости жилы 12. Это происходит следующим обS5 разом. Если жила. 12 перемещается вдоль оси преобразователя, например, справа налево согласно чертежа и ее ем69 кость сохраняется неизменной, то мост находится в состоянии баланса и сигнал на выходе фазочувствительного усилителя 13 отсутствует. Если электрическая емкость жилы 12 нарастает или убывает, то емкость участка жилы 12, находящегося внутри первой части 1 измерительного электрода, соответственно больше или меньше емкости участка жилы 12, находящегося внутри второй части 2 измерительного электрода и компенсационного электрода 3. Измерительный мост переменного тока разбалансируется и на выходе фазочувствительного усилителя

13 появляется напряжение, пропорциональное скорости изменения электрической емкости жилы 12. Знак этого напряжения соответствует направлению изменения емкости жилы 12. Нормальная работа фазочувствительного усилителя 13 обеспечивается опорным напряжением, поступающим íà его коммутирующий вход с генератора 11 переменного напряжения через фазосдвигающую цепь 18

Если s соответствии с работой генератора 19 тактов переключатель 8 подключает вторую часть 2 измерительного электрода то к одному, то к другому плечам измерительного моста переизнного тока, а переключатель 6 отключает от моста переменного тока образцовый конденсатор переменной емкости 7 на время подключения второй части 2 измерительного электрода к компенсационному электроду 3, то напряжение разбаланса моста оказывается промодулированным частотой переключения, задаваемой генератором 19 тактов, которая выбрана по крайней мере на порядок выше наивыс» шей частоты флуктуаций емкости жилы

12 и по крайней мере на порядок ниже частоты напряжения питания моста, вырабатываемого генератором 11 переменного напряжения.

Рассмотрим несколько характерных случаев работы устройства.

Пусть электрическая емкость жилы

12 соответствует номинальному значению, заданному образцовым конденсатором 7 переменной емкости, и сохраняется неизменной. Тогда отклонение емкости от заданного значения и скорость ее изменения равны нулю.

Мост находится в состоянии равновесия при любом положении переключате;лей 6 и 8, напряжения на выходах фа"

938169 зочувствительного усилителя 13, интегратора 14 и фильтра 15 низких частот ем с напряжением на входе сумматора

16, подключенном к выходу фильтра 15 ни зки х частот .

Ф

Форсирование изменений напряжения повыша ет р а зр еш а ющую си особ нос т ь и р едлагаемого устройства с сохранением величины основной погрешности, т.е. позволяет осуществлять измерение отклонений емкости жилы 12, имеющих высокую пространственную частоту, посредством преобразователя с достаточно большой эффективной длиной.

Контролируя и управляя вегичиной электрической емкости кабальных жил, можно изготовлять кабели более высокого качества. формула изобретения

1. Устройство для измерения электрической емкости жил радиочастотных кабелей, состоящее из измерительной схемы, которая содержит иост переменного тока с образцовым конденсатором переменной емкости, генератор переменного напряжения, фазочувствительный усилитель, фазосдвигающую цепь, интегратор, фильтр низких частот, указывающий прибор, и преобразователя, содержащего измерительный электрод, который обхватывает измеряемую жилу и включен в одно из плеч моста переменного тока, компенсационный электрод, который обхватывает и змеряемую жилу и включен в плечо моста переменного тока, противоположное плечу подключения измерительного электрода, охранные электроды, которые обхватывают измеряемую жилу и подключены к питающей диагонали моста переменного тока, о т л и ч а ю щ е е— с я тем, что, с целью повышения точности, измерительный электрод разделен на две части, одна из которых постоянно подключена к плечу моста переменного тока, противоположному плечу подключения образцового конденсатора переменной емкости, а вторая при помощи переключателя, управляемого генератором тактов, подключена к этому же или к противоположному плечам моста переменного тока, причем в последнем случае образцовый конденсатор переменной емкости отключен от моста переменного тока и введен сумматор, один вход которого подключен к выходу фазочувствительного усилителя через интегратор, а второй компенсируется алгебраическим сложениотсутствуют и указывающий прибор 17

Фиксирует нуль, отклонения.

Пусть электрическая емкость жилы

12 имеет постоянное по величине отклонение от номинального значения, заданного образцовым конденсатором 7 переменной емкости. При этом с выхода фаэочувствительного усилителя 10 снимаются импульсы, следующие с частотой переключения переключателей 6 и 8. Амплитуда этих импульсов пропорциональна величине отклонения емкости жилы 12 от номинального значе- 15 ния, а полярность соответствует направлению отклонения. Интегратор 14 преобразует и мпульсное напряжени е в напряжение постоянного тока, равное по величине амплитуде импульсов, которое через сумматор 16 воздействует на указывающий прибор 17. Фильтр

15 низких частот имеет частоту среза меньшую частоты переключения и так как скорость изменения емкости жилы

12 равна нулю, то напряжение на выходе фильтра 15 низких частот отсутствует и указывающий прибор 17 фиксирует постоянное отклонение емкости жилы 12 от заданного номинального значения. г

Пусть электрическая емкость жилы

12 изменяется. При этом импуль сное напряжение с выхода Фазочувствительного усилителя 13 разделяется на две составляющие: интегратор 14 выделяет составляющую, пропорциональную отклонению емкости жилы 12 от номинального значения, а фильтр 15 низких частот — составляющую, пропорциональ- 40 ную скорости изменения емкости жилы

12. Знаки этих составляющих,опредепяются соответственно знаками отклонения емкости и скорости ее изменения. Выделенные составляющие далее

45 алгебраи чески складываются с помощью сумматора 16, а полученное суммарное напряжение воздействует на указывающий прибор 17. Напряжение с фильтра

15 низких частот, пропорциональное скорости изменения емкости жилы 12, 50 представляет собой вольтдобавку, форсирующую изменения напряжения с выхода интегратора 14. Коэффициент передачи фильтра 15 низких частот выб ран таким, что запаздывание изменении

55 напряжения на входе сумматора 16, подключенном к выходу интегратора 14, Состави тель В. Семенчук

Редактор А. Козориз Техред А. Ач

Корректор В. Синицкая

Тираж 717 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., Заказ 4452/67 д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

9 938169 10 вход подключен к выходу фазочувстви-, второй части измерительного электротельного усилителя через фильтр низ- да. ких частот. ИсточНики информации

2. Устройство по и. 1, о т л и - принятые во внимание при экспертизе ч а ю щ е е с я тем, что часть изме- 1, Авторское свидетельство СССР рительного электрода, которая постоян- Ю 313176, кл. 6 01 R 27/02, 1971. но подключена к плечу моста перемен- 2. Авторское свидетельство СССР ного тока, имеет длину, равную сумме 737843, кл. G 01 R 17/10, 1980 длин компенсационного электрода и, (прототип).