Содержание к диссертации
ОГЛАВЛЕНИЕ 2
ВВЕДЕН И Е 4
ГЛАВА 1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ РАЗРАБОТКИ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ
* МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ 8
Обзор существующих методов измерения сопротивления изоляции 8
Исследование обобщенного алгоритма измерения сопротивления утечки 17
Постановка задачи 20
Выводы по главе 23
ГЛАВА 2 АНАЛИЗ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ
СОПРОТИВЛЕНИЯ УТЕЧКИ ЦЕПЕЙ, НАХОДЯЩИХСЯ ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ 25
Обоснование и расчет основных параметров емкостного метода измерения сопротивления утечки изоляции 25
Анализ особенностей метода «накачки» для измерения сопротивлений утечки изоляции 35
Оценка возможностей повышения быстродействия резистивного метода 43
2.4 Выводы по главе 48
ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ВАРИАНТОВ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ В
УСТРОЙСТВАХ ИЗМЕРЕНИЯ НА ОСНОВЕ ЕМКОСТНОГО МЕТОДА 49
Расчет суммарной погрешности тракта измерения сопротивления утечки изоляции и оценка вклада ее составляющих 49
Методы минимизации погрешности вычисления т переходного процесса 53
Выбор моментов времени для проведения измерения потенциалов Ui и U2 53
Разбиение диапазона шунтирующих сопротивление утечки емкостей на поддиапазоны и привязка к каждому поддиапазону измерительной емкости 55
Вариант разбиения шкалы измерения на основе двоичного закона 59
Исследование алгоритма анализа переходного процесса при измерении сопротивлений утечки на корпус 61
Анализ применения метода наименьших квадратов для минимизации
t погрешности вычисления при анализе переходного процесса 69
Исследование возможности уменьшения погрешности измерения Uck путем восстановления потенциала корпуса перед следующим циклом измерения 74
Исследование возможности уменьшения погрешности измерения сопротивления
утечки, вызванной погрешностью Сизм 85
3.5 Выводы по главе 88
ГЛАВА 4 ПОВЫШЕНИЕ ДОСТОВЕРНОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ В
УСЛОВИЯХ РЕАЛЬНОЙ ПОМЕХОВОЙ ОБСТАНОВКИ 89
Анализ условий функционирования измерителя и оценка влияния помехи на достоверность результата измерения 89
Исследование алгоритмов цифровой фильтрации для создания оптимального фильтра 91
Исследование возможности применения нескольких каскадно-соединенных цифровых фильтров 101
' 4.4 Исследование варианта фильтрации сигнала в условиях воздействия периодических
помех 108
Оценка воздействия периодических помех 108
Применение амплитудных распределений (окон) 111
ГЛАВА 5 АППАРАТНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА
СПОСОБОВ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ УТЕЧКИ 122
5.1 Сравнение вариантов реализации измерителей сопротивления утечки путем оценки
интегрального показателя эффективности 122
!
Выбор показателя качества 122
Оценка весовых коэффициентов частных показателей качества 127
Оценка частных показателей качества для разных вариантов реализации измерителя 129
Выбор структурной схемы МКК для аппаратной реализации 134
Алгоритм емкостного метода измерения 138
Алгоритм резистивного метода измерения 143
Алгоритм резистивного метода контроля 149
Оценка погрешностей практических результатов измерения 155
5.8 Выводы по главе 160
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 161
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 163
Приложение 1
Акт об использовании результатов диссертационной работы 173
Приложение 2
Факторы воздействующие на изоляцию 176
Приложение 3
Экспертные оценки эффективности емкостного метода измерения сопротивления утечки
изоляции 179
Приложение 4
Подпрограмма выбора измерительной емкости в режиме контроля и измерения
сопротивления утечки 190
Введение к работе
В крупных системах и производственно-измерительных комплексах возникают большие проблемы, связанные с таким явлением, как токи утечки цепей питания на корпус. Они могут вызвать ухудшение метрологических характеристик, помехи (уменьшение соотношения сигнал \ шум), увеличение уровня пульсаций, понижение или превышение заданных напряжений питания, или привести к выходу системы из строя. В системе часто используются сотни, а то и тысячи измерительных приборов и комплексов. Каждый из них имеет свою величину утечки на корпус. Но эти приборы функционируют не постоянно, а включаются согласно заранее заданной циклограмме. Поэтому величина сопротивления утечки меняется в соответствии с тем, сколько и какие приборы подключены в данный момент
[1,2].
Важным аспектом является и то, что сопротивление утечки на корпус одного из блоков или приборов может уменьшиться в процессе работы, а это в свою очередь может существенно повлиять на качество работы системы в целом. Поэтому проверки системы до начала работы и по окончанию не всегда оказываются достаточными. В связи с этим, существует насущная необходимость в непрерывном контроле параметров гальванической развязки в цепях под напряжением, так как количество узлов и блоков, среди которых могут находиться поврежденные, в процессе функционирования объекта меняется.
Сама проблема измерения сопротивления утечки изоляции на корпус известна давно, однако не потеряла своей актуальности, так как необходимо разрабатывать новые методы измерения электрических параметров цепей питания, которые позволят минимизировать влияние процесса измерения на исследуемые цепи. Современная схемотехника практикует установку конденсаторов между шинами питания и корпусом. Это позволяет фильтровать, как внешние электромагнитные помехи, так и помехи, которые прибор выдает в сеть. Степень развязки шины фидера характеризуется не
только активным сопротивлением утечки, но и величиной емкостей установленных для фильтрации между шинами питания и корпусом.
Широко применяемые в промышленности методы оценки сопротивления
, утечки изоляции на корпус [3,4,5,6], основанные на поочередном
подключении шин фидера к корпусу через обмотку реле или известное сопротивление приводят к скачкам напряжения на корпусе и соответственно на фильтрующих конденсаторах на величину близкую к напряжению питания. Это вызывает помехи по питанию, которые могут приводить к ложным срабатываниям реле, сбрасыванию регистров и микроконтроллеров, к большим погрешностям измерений вплоть до признания измерений метрологически некорректными. Поэтому, стремятся ограничить величины
я скачков напряжений на корпусе, вызванных процессом измерения. Одним из
важных факторов влияющих на уровень ограничения является максимальный
уровень сигнала использующегося в данной системе (в том числе
учитывается напряжение питания, потенциал уровня логической единицы)
[7]. Воздействие измерительного прибора недолжно превышать этот уровень.
Например, если в системе используются микросхемы, изготовленные по ТТЛ
технологии, воздействие ограничивается на уровне 5В. t
С учетом сказанного, исследование методов измерения, влияющих на цепи питания и корпус минимальное время и на минимально возможном уровне, как нельзя лучше отвечает тенденциям развития систем автоматического контроля, измерений и управления [8,9]
Очень важным и актуальным для исследования представляется вопрос уменьшения времени измерения. И, прежде всего потому, что уменьшение времени измерения позволяет различать более быстрые изменения потенциала на корпусе и более достоверно определять тот прибор из множества, сопротивление изоляции которого меньше допустимого уровня. Притом, что этот прибор был включен на короткое время, согласно сложному алгоритму измерительного комплекса, а затем отключен.
Не менее важным является оценка влияния высокого уровня помех,
обычно присутствующих на корпусе крупных объектов, таких, например, как
космический корабль, и разработка методов ослабления их влияния на
t результаты измерения [10,11].
Эта тематика актуальна и в прикладном смысле, так как в промышленности есть большая потребность в создании на базе разработанных методов, как автономных устройств измерения сопротивления утечки изоляции на корпус, так и входящих в состав измерительных систем и испытательных комплексов.
На данный момент существуют несколько методов измерения
сопротивления изоляции. Но все они либо позволяют измерить
щ сопротивление утечки цепей находящихся не под напряжением, либо
существенно влияют на исследуемые цепи. И при использовании в автоматизированных измерительных комплексах не удовлетворяют требований потребителя по быстродействию измерений.
Объект исследования.
В настоящей работе объектом исследования являются методы измерения сопротивления утечки изоляции в электрических цепях под напряжением, обеспечивающие высокое быстродействие и позволяющие проводить контроль в процессе функционирования системы.
Цель исследования.
Разработка и исследование алгоритмов, методов и структур измерения сопротивления утечки изоляции в электрических цепях под напряжением в многоканальных системах с целью сокращения времени непрерывного контроля в процессе работы системы.
В соответствии с поставленной целью решаются следующие задачи:
разработка, обоснование и исследование емкостного метода и различных его модификаций для измерения сопротивления утечки изоляции в электрических цепях под напряжением;
оценка погрешностей разработанных методов и исследование возможности оптимизации этих методов по величине погрешности;
исследование возможностей повышения точности результатов в условиях действия помех при измерении сопротивления утечки емкостным методом;
экспериментальные исследования макетов и опытных образцов измерителей сопротивления утечки изоляции;
обоснование и подготовка методики испытаний для мелкосерийного производства модулей контроля сопротивления шин фидеров на корпус.
