В. Приборы для непрерывного контроля качества изоляции эмалированных проводов
5-17. НЕПРЕРЫВНЫЙ КОНТРОЛЬ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ ПРОВОДА
Рис. 5-29. Контактный ролик емкостного датчика с применением воды в качестве внешнего электрода.
1 — контролируемый провод; 2 — контактный ролик; 3 — вода; 4 — шарикоподшипник; 5 — поверхность желоба.
В ряде случаев может возникнуть необходимость в непрерывном измерении геометрических размеров эмалируемого провода, например его наружного диаметра или радиальной толщины изоляции. Такие измерения представляют интерес при обработке технологических режимов на новом оборудовании или при применении новых материалов, а также нужны для непрерывного контроля процесса производства, когда требуется получить провод стабильных размеров.
Одним из наиболее распространенных принципов, на которых основано непрерывное измерение средней толщины изоляции провода, является емкостный. В качестве второго электрода могут использоваться такие среды, как ртуть, вода, а также различные контактные устройства (например, ролики).
СПКБ ВНИИКП разработан прибор «ПРИЗ», позволяющий определять с точностью ±10% среднюю толщину изоляции эмалированных проводов диаметром 0,03—0,10 мм. Основным элементом прибора является измерительный мост, в диагональ которого включен емкостный датчик роликового типа. Для уменьшения влияния условий внешней среды на точность измерений используется балансная схема. Уравновешивание моста производится измерительным конденсатором переменной емкости. При изменении толщины эмалевой изоляции изменяется емкость датчика, что приводит к разбалансу мостовой схемы.
Лучшее соприкосновение с поверхностью контролируемого провода обеспечивают водный или ртутный контакт, однако ртуть ввиду ее токсичности в отечественной практике не применяется. Контактный ролик емкостного датчика с использованием воды в качестве внешнего электрода, разработанный Кишиневским научно-исследовательским электротехническим институтом (КНИЭИ), показан на рис. 5-29. Так как емкость провода С на длине l, см, подвергаемой испытанию,
(5-10)
где D — диаметр провода по изоляции, мм; d — диаметр проводника, мм, то, зная величину диэлектрической проницаемости эмалевой изоляции ε, можно определить и величину отношения D/d, а следовательно, при известном d и среднюю толщину изоляции. Величина ε в свою очередь определяется типом эмаль-лака и установленным технологическим режимом эмалирования.
Имеются также приборы, принцип действия которых основан на прямом измерении интенсивности потока бета-излучения, создаваемого радиоактивным изотопом в коллимационной щели датчика.
Рис. 5-30. Схематическое изображение датчика прибора.
1 — капсула; 2 — радиоактивное вещество; 3 — корпус датчика; 4 — контролируемый провод; 5 — коллимационная щель; 6 — детектор излучения; 7 — эмиттерный повторитель; 8 — изоляция.
Эти приборы разработаны КНИЭИ. На рис. 5-30 показан принцип действия такого датчика. Поглощающая способность материала проводника выше, чем электроизоляционных материалов; поэтому поток бета-частиц в коллимационной щели датчика слабо задерживается эмалевой изоляцией и почти полностью поглощается проводником. Таким образом, интенсивность потока бета-частиц находится в прямой зависимости от радиальной толщины изоляции δ.
Поток бета-частиц регистрируется детектором излучения, в результате чего на нагрузочном сопротивлении r возникают импульсы положительной полярности. Импульсы с нагрузочного сопротивления через малую емкость поступают на триод эмиттерного повторителя, смонтированного в датчике. С нагрузочного сопротивления эмиттерного повторителя импульсы положительной полярности подаются по кабелю через разъем в измерительную часть прибора. Точность контроля радиальной толщины изоляции таким прибором равна ±3 мкм.
Принципиально можно непрерывно контролировать толщину изоляции на ребрах эмалированных прямоугольных проводов с помощью описанного метода. В этом случае поток бета-излучения располагается под углом 45° к плоской поверхности провода.
5-18. НЕПРЕРЫВНЫЙ КОНТРОЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ИЗОЛЯЦИИ
Серия приборов такого типа разработана СПКБ ВНИИКП. Приборы могут использоваться как в лабораторной практике, так и для технологического контроля в процессе производства. Обычно при этом задается величина испытательного напряжения, характеризующая однородность изоляции эмалированных проводов.
Установка для контроля электрической прочности эмалированных проводов «Пробой-1А» (рис. 5-31) обеспечивает непрерывное испытание напряжением переменного тока до 2,5 кв. Установка может также работать в цикличном режиме, при котором напряжение подается на провод периодически через определенные промежутки времени. B режиме непрерывного контроля провод протягивается через ролики датчика, на которые подается испытательное напряжение. В этом режиме установка работает по принципу «выдержал — не выдержал», регистрируя отклонения пробивного напряжения от заданного.
Рис. 5-31. Установка типа «Пробой-1 А».
Установка состоит из трех основных блоков: приемо-раскладочного, испытательного и записывающего.
Установка состоит из трех основных блоков: приемо-раскладочного, испытательного и записывающего.
При пробое ток идет через вторичную обмотку высоковольтного трансформатора и сопротивление делителя. Часть напряжения подводится через выпрямитель к сетке тиратрона. Тиратрон заперт от отдельного источника питания. В момент пробоя тиратрон зажигается и включает реле, которое снимает напряжение с высоковольтного блока и включает реле времени. Реле времени на определенный период включает двигатель перемотки. Время перемотки можно регулировать в широких пределах. С помощью программного механизма по окончании цикла перемотки включается блок изменения напряжения. Напряжение плавно изменяется от нуля до максимума. Цикл изменения напряжения на датчике длится не более 30 сек. Блок изменения напряжения состоит из двух автотрансформаторов. Один автотрансформатор задает максимум испытательного напряжения, движок другого вращается электродвигателем, что обеспечивает плавное изменение высокого напряжения в заданных пределах.
Диаметр эмалированных проводов, контролируемых с помощью установки «Пробой-1А», составляет 0,02—0,1 мм. Интервал между контролируемыми точками по длине провода на катушке регулируется в пределах 500—3 000 мм. Погрешность измерений от верхнего предела шкалы составляет не более 3%.
Переносная установка типа «Пробой-3» предназначена для непрерывного контроля изоляции эмалированных проводов испытательным напряжением в процессе производства непосредственно на одном из ходов эмалировочного агрегата.
Фиксация каждого пробоя в изоляции эмалированного провода ведется автоматически самописцем типа Н-340.
Все узлы установки размещены внутри корпуса на специальной плите. На переднюю панель вынесены основные органы управления и контроля. Для удобства транспортирования установка снабжена ручками, расположенными на боковых стенках.
Датчик установки выполнен в виде отдельного выносного узла, состоящего из корпуса, крышки, контактных роликов, на которые в виде восьмерки наматывается контролируемый провод, и сигнальной лампы. Во время работы датчик располагается непосредственно на эмалировочном агрегате.
Испытательное напряжение устанавливается с помощью автотрансформатора, питающего первичную обмотку высоковольтного трансформатора. Один вывод вторичной обмотки высоковольтного трансформатора подключен к контактным роликам датчика; другой вывод, а также контролируемый эмалированный провод заземляются.
Установка "Пробой-3" должна эксплуатироваться при скорости движения провода не более 55 м/мин. Диаметр контролируемого провода 0,02—0,1 мм. Верхний предел испытательного напряжения 800 в.
Установка АПУ-66, разработанная CПKБ ВНИИКП, позволяет определять величину пробивного напряжения изоляции эмалированных проводов в соответствии с действующими стандартами и техническими условиями на скрученных образцах.
Установка автоматически производит следующие операции: 1) сматывает провод с испытываемой катушки; 2) производит скрутку провода под определенным, заранее заданным натяжением; 3) подключает скрученный образец к источнику испытательного напряжения; 4) записывает величину напряжения пробоя на ленте самописца; 5) сбрасывает испытанный образец провода в специальный желоб.
Установка снабжена устройством, позволяющим заранее устанавливать нужное число скруток провода в зависимости от его диаметра.
Наличие стрелочного измерительного прибора, световой сигнализации и системы блокировки обеспечивает безопасность и удобство эксплуатации установки.
Диаметр контролируемых проводов 0,1—0,74 мм; диапазон значений испытательного напряжения — до 10 кв. Напряжение пробоя контролируется с точностью не ниже 2%.
5-19. НЕПРЕРЫВНЫЙ КОНТРОЛЬ ЧИСЛА ТОЧЕЧНЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ ИЗОЛЯЦИИ ЭМАЛИРОВАННЫХ ПРОВОДОВ
Число точечных повреждений эмалевой изоляции может контролироваться как при перемотке провода (в ОТК, лаборатории), так и для технологического контроля в процессе эмалирования.
Установка типа УРТП-1, разработанная СПКБ ВНИИКП, предназначена для регистрации точечных повреждений по всей длине эмалированных проводов при контрольных выборочных испытаниях.
Установка состоит из приемно-отдающего устройства и электронного блока.
Приемно-отдающее устройство с датчиком смонтировано на специальном столе, внутри которого размещены электронный блок, электродвигатель, магнитный пускатель и панель с предохранителями.
Включение контролируемого провода в электрическую цепь датчика осуществляется через зажимное приспособление на шпинделе приемного устройства и щеточный механизм.
На поводке раскладчика установлен датчик точечных повреждений, на который подается напряжение 60 в. При проходе участка провода с точечными повреждениями через датчик в схему подается импульс, амплитуда которого зависит от величины сопротивления изоляции изоляционного слоя провода, а длительность — от длины поврежденного участка изоляции и скорости движения провода. Импульсы через разделительный конденсатор и потенциометр подаются на запоминающее устройство, а затем на записывающий прибор, шкала которого показывает число точечных повреждений.
Установка надежно работает при верхнем пределе сопротивлений контролируемой цепи (2-3)·105 ом.
Скорость движения провода диаметром 0,02—0,1 мм составляет на установке УРТП-1 30 м/мин. Датчик прибора имеет влажный контакт.
Другой прибор ОПКБ — «Корона» — предназначен для одновременного непрерывного контроля испытательным напряжением и определения числа точечных повреждений в изоляции эмалированных проводов диаметром 0,02—0,1 мм. Величина испытательного напряжения — до 10 кв.
В отличие от существующих приборов подобного типа в приборе типа «Корона» пробой изоляции провода и наличие микропор в изоляции регистрируются раздельно на двух дорожках телеграфной ленты.
Контролируемый провод проходит через датчик, состоящий из двух электродов. Один из электродов фиксирует наличие точечных повреждений эмаль-пленки, а другой — электрический пробой изоляции. Оба параметра контролируются по одному принципу.
На электроды датчика подается испытательное напряжение, в результате чего ионизируется воздушный промежуток между жилой контролируемого провода и электродами.
Установка и контроль величины испытательного напряжения производятся по приборам, расположенным на передней панели. При наличии точечных повреждений эмалированного провода или пробое изоляции в схеме возникают сигналы, которые подаются на блоки регистрации. Один из блоков регистрации отмечает наличие точечных повреждений, а второй фиксирует пробой изоляции провода.
К блокам регистрации подключены электромагниты механизма записи. Этот механизм производит регистрацию точечных повреждений и числа пробоев на телеграфной ленте, которая с постоянной скоростью проходит мимо бойков электромагнитов.
Если пробой происходит в месте точечного повреждения, то срабатывают оба электромагнита и, ударяя своими бойками, оставляют на телеграфной ленте следы (точки), расположенные один над другим.
Если происходит пробой изоляции провода, то срабатывает только один электромагнит и на ленте остается запись одного следа (точки) на дорожке, соответствующей записи числа пробоев изоляции провода.
Для удобства заправки провода датчик прибора «Корона» имеет электроды разъемной конструкции.
Разработанная в КНИЭИ малогабаритная установка ΑΚΤΙΠ-12 осуществляет непрерывный автоматический контроль изоляции по точечным повреждениям в процессе эмалирования по всей длине провода на 12 ходах станка. Диаметр контролируемых проводов находится в пределах 0,015—0,35 мм.
Принципиальная схема контроля точечных повреждений с помощью установки АКТП-12 показана на рис. 5-32. В установку входят 12 идентичных измерительных ячеек (каждая на один ход эмалировочного агрегата), собранных на лампах МТХ-90 (Л1—Л12).
Каждая измерительная ячейка представляет собой релаксационный RС-генератор. Принцип действия измерительной ячейки основан на зависимости напряжения зажигания тиратрона от потенциала на его управляющем электроде.
Работа измерительной ячейки, собранной на лампе протекает следующим образом. Конденсатор С7 заряжается через сопротивление R21 до напряжения источника питания, стабилизированного кремниевым стабилитроном Д14. На управляющий электрод лампы Л1 подаются подпорное напряжение со стабилитрона Д15 и управляющее напряжение от стабилитрона Д16. Управляющее напряжение приложено к сопротивлению R18 через переходное сопротивление изоляции эмалированного провода.
В качестве датчика используется ролик из нержавеющей стали, помещенный в ванночку с электропроводящей жидкостью.
При прохождении через датчик провода с поврежденной изоляцией напряжение на сопротивлении R18 возрастает, складывается с подпорным напряжением и вызывает зажигание тиратрона, сигнализируя о наличии точечных повреждений.
За время прохождения через датчик провода с поврежденной изоляцией в измерительной ячейке возникают релаксационные колебания. Количество импульсов релаксационного генератора в единицу времени соответствует эквивалентному числу точечных повреждений на контролируемом участке эмалированного провода. По окончании прохождения поврежденной изоляции эмалированного провода через датчик генерация импульсов прекращается. Таким образом, измерительная ячейка реагирует на каждое точечное повреждение, которое наблюдается по свечению тиратрона.
Напряжение с конденсатора С8, соответствующее среднему значению числа точечных повреждений на определенном участке эмалированного провода, через контакты реле 1Р4—1Р15 и 2Р4—2Р15 подается на вход асимметричного параллельно-балансного повторителя. С выхода параллельно-балансного повторителя напряжение поступает на измерительную схему автоматического самопишущего потенциометра ПОР1-49. При этом его каретка отклоняется и печатает на диаграммной ленте номер хода эмалировочного агрегата с поврежденным эмалированным проводом. Среднее число точечных повреждений на определенном участке эмалированного провода определяется по шкале прибора.
Рис. 5-32. Принципиальная схема контроля точечных повреждений с помощью установки АКТП-12.
Этим же институтом разработаны установки для контроля точечных повреждений, основанные на других электронных схемах (например, СТП-12), но в принципе выполняющие аналогичные задачи. Датчики точечных повреждений имеются также в комплексных станциях автоматического контроля качества эмалированных проводов и технологических параметров процессов эмалирования типа КРС-2, позволяющих осуществлять следующие операции: 1) контроль и запись на диаграммной Ленте числа точечных повреждений на любой заранее выбранной длине участка провода; 2) контроль и запись скорости эмалирования; 3) контроль, запись и регулирование температуры в двух зонах печи; 4) сигнализацию предельно допустимых значений числа точечных повреждений, скорости эмалирования и натяжения провода на эмалировочном агрегате.
