Устройство для диагностики и контроля электрических цепей переменного тока
Полезная модель относится к техническим средствам диагностирования и контроля технического состояния электрических цепей переменного тока. Устройство для диагностики и контроля электрических цепей переменного тока содержит бесконтактный емкостный датчик (1), дифференциальный усилитель сигнала (2) и устройство обработки и отображения информации (4), вход которого подключен к выходу усилителя (2). При этом емкостный датчик (1) выполнен в виде многослойной пластины (6), содержащей два токопроводящих рабочих слоя (7) и (13), подключенных ко входам усилителя (2), расположенный между ними токопроводящий экранирующий слой (9), снабженный заземлением (10), и два слоя диэлектрика (11) и (12), отделяющие рабочие слои (7) и (13) от экранирующего слоя (9). Выполнение датчика устройства в виде дифференциального емкостного датчика (1) с двумя чувствительными элементами (18) и (22), разделенными заземленным экранирующим слоем (9), позволяет защитить устройство от воздействия внешних электромагнитных полей-помех и за счет этого исключить влияние последних на форму и уровень сигналов, формируемых на выходе усилителя (2). Полезная модель обеспечивает повышение достоверности оценки технического состояния диагностируемых объектов, расширение функциональных возможностей устройства для диагностики и контроля электрических цепей переменного тока, снижение трудоемкости и повышение оперативности процесса диагностирования объектов, а также снижение требований к квалификации оператора, выполняющего диагностику. 1 н.п. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.
Полезная модель относится к области диагностирования и контроля технического состояния электрических цепей переменного тока и может быть использована в технических средствах, предназначенных для выполнения указанного диагностирования и контроля с целью оперативного выявления и мониторинга неисправностей упомянутых цепей. В частности, полезная модель может быть использована в устройствах для диагностики и контроля технического состояния электрооборудования двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и автотранспортных средств (систем зажигания, топливоподачи, управления, контроля и электроснабжения). Помимо технических средств диагностики и контроля полезная модель может найти применение в технических средствах управления, регистрации, сигнализации и другого назначения.
Известно устройство для диагностики и контроля электрических цепей переменного тока, содержащее емкостный датчик напряжения, выполненный в виде токопроводящей пластины, закрепленной на пластине диэлектрика и подключенной к усилителю сигнала, выход которого подключен через преобразователь сигнала к осциллографу, выполняющему роль устройства для отображения информации (патент US 3959725, кл. G01К 13/42, опубл. 25.05.1976 г.).
Недостатком известного устройства является большое влияние, оказываемое на выходной сигнал емкостного датчика со стороны внешних электромагнитных полей, формируемых электрическими цепями различных машин и установок, окружающих диагностируемый объект, а также стационарными электрическими сетями переменного напряжения. В результате такого влияния существенно снижается достоверность оценки технического состояния диагностируемого объекта.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является принятое за прототип устройство для диагностики и контроля электрических цепей переменного тока, содержащее бесконтактный емкостный датчик напряжения, усилитель сигнала указанного датчика и устройство обработки и отображения информации, вход которого подключен к выходу указанного усилителя, при этом емкостный датчик выполнен в виде многослойной пластины, содержащей токопроводящий рабочий слой, выполняющий роль чувствительного элемента емкостного датчика и подключенный ко входу указанного усилителя, токопроводящий экранирующий слой, снабженный заземлением, и слой диэлектрика, разделяющий первые два слоя и прикрепленный к последним (патент US 6396277 В1, кл. F02P 17/00, G01R 27/26, опубл. 28.05.2002 г.).
В принятом за прототип устройстве емкостный датчик жестко крепится к корпусу диагностируемого объекта (в частности, к наружной части корпуса диагностируемой катушки зажигания ДВС). При этом чувствительный элемент указанного датчика защищен от воздействия внешних электромагнитных полей-помех с одной стороны экранирующим слоем датчика, а с другой - заземленным корпусом диагностируемого объекта.
Принятое за прототип устройство имеет ограниченные функциональные возможности, поскольку не может быть использовано для выполнения оперативного бесконтактного диагностирования и контроля объектов с использованием его емкостного датчика оператором в качестве ручного датчика (как это представлено, например, в патенте RU 99075, кл. F02P 17/00, опубл. 10.11.2010 г.) в тех случаях, когда диагностируемые и контролируемые элементы электрических цепей имеют низкий уровень напряженности электромагнитного поля. К указанным элементам относятся, в частности, такие компоненты электрооборудования ДВС, как индивидуальные катушки зажигания, провода первичной цепи зажигания, электрические цепи управления топливными форсунками и регуляторами холостого хода и др.
Данное ограничение связано с тем, что при диагностировании или контроле объекта без закрепления емкостного датчика устройства по прототипу на корпусе объекта на чувствительный элемент указанного датчика оказывают большое влияние внешние электромагнитные поля-помехи, снижающие чувствительность устройства по прототипу к изменениям напряженности электромагнитных полей диагностируемых и контролируемых электрических цепей, что понижает достоверность оценки технического состояния указанных цепей и не позволяет использовать устройство по прототипу для диагностики и контроля объектов с низкой напряженностью электрической составляющей их электромагнитного поля.
Увеличить в устройстве по прототипу соотношение полезного сигнала, создаваемого электромагнитными полями диагностируемых и контролируемых объектов, к сигналу, создаваемому внешними электромагнитными полями-помехами полезного сигнала, например, за счет использования электрических фильтров, подавляющих полосы частот сигнала, относящиеся к помехам, не представляется возможным, поскольку спектральный состав сигналов от помех совпадает со спектральным составом полезного сигнала. В связи с этим, для обеспечения возможности диагностирования и контроля элементов электрических цепей с низкой напряженностью их электромагнитных полей устройство по прототипу необходимо дополнительно оснащать набором индуктивных датчиков и контактных щупов, что усложняет конструкцию и повышает стоимость устройства по прототипу. При этом усложняется процедура диагностирования и контроля и вместе с этим возрастает трудоемкость и снижается оперативность данной процедуры, поскольку при каждом изменении уровня напряженности электромагнитных полей диагностируемых и контролируемых объектов необходимо менять тип датчика (емкостный, индуктивный; контактный щуп), используемого для съема сигналов с диагностируемого или контролируемого объекта. Кроме того, известно, что индуктивные датчики генерируют на своем выходе электрический сигнал, пропорциональный скорости изменения напряженности магнитного поля, что существенно усложняет визуальный анализ графиков, отражающих указанное изменение напряженности, и соответственно, снижает достоверность оценки технического состояния диагностируемого или контролируемого объекта.
Вместе с тем, при использовании устройства по прототипу существует необходимость применения специальных аппаратных или программных средств - в случае, когда для удобства визуального анализа графической информации о техническом состоянии диагностируемого объекта необходимо менять полярность графика. Указанная необходимость, также, как и указанная выше необходимость замены датчиков, усложняет процедуру диагностирования и одновременно с этим увеличивает трудоемкость и снижает оперативность указанной процедуры.
При этом усложнение процедуры диагностирования заставляет повышать требования к квалификации оператора, выполняющего диагностику.
Задачей полезной модели является создание устройства для диагностики и контроля электрических цепей переменного тока, защищенного от влияния внешних электромагнитных полей-помех на форму и уровень сигналов, формируемых на выходе усилителя сигналов, и обеспечивающего возможность диагностирования и контроля элементов электрических цепей при низких уровнях напряженности их электромагнитных полей, а также возможность изменения полярности графиков в устройстве обработки и отображения информации без применения каких-либо аппаратных или программных средств.
Решение указанной задачи достигается тем, что в устройстве для диагностики и контроля электрических цепей переменного тока, содержащем бесконтактный емкостный датчик, усилитель сигнала указанного датчика и устройство обработки и отображения информации, вход которого подключен к выходу указанного усилителя, при этом емкостный датчик выполнен в виде многослойной пластины, содержащей токопроводящий рабочий слой, подключенный ко входу указанного усилителя, токопроводящий экранирующий слой, снабженный заземлением, и слой диэлектрика, разделяющий первые два слоя и прикрепленный к последним, в отличие от прототипа, в многослойной пластине установлен второй слой диэлектрика, прикрепленный к наружной стороне экранирующего слоя, и второй токопроводящий рабочий слой, прикрепленный к наружной стороне второго слоя диэлектрика, а в качестве усилителя сигнала используется дифференциальный усилитель напряжения с двумя входами, к одному из которых подключен первый рабочий слой, а ко второму - второй рабочий слой многослойной пластины.
При этом вход устройства обработки и отображения информации подключен к выходу дифференциального усилителя напряжения через преобразователь сигнала, выполненный с возможностью формирования на своем выходе цифрового информационного сигнала, характеризующего контролируемые с помощью емкостного датчика параметры технического состояния электрических цепей диагностируемых объектов.
Кроме того, к наружной стороне каждого рабочего слоя многослойной пластины прикреплен защитный слой диэлектрика.
Вместе с тем, многослойная пластина выполнена продолговатой и предпочтительно прямоугольной формы в плане.
При этом в каждом рабочем слое многослойной пластины выполнены две разделяющие сквозные прорези с образованием чувствительного элемента упомянутого датчика, расположенного в концевой части рабочего слоя, проводника тока в виде узкой полоски рабочего слоя, соединенной одним концом с указанным чувствительным элементом и проходящей по середине и вдоль рабочего слоя, и двух дополнительных экранирующих слоев, расположенных по бокам указанного проводника тока и снабженных заземлением, при этом в каждом рабочем слое многослойной пластины ко входу дифференциального усилителя напряжения подключен только свободный конец упомянутого проводника тока.
Целесообразно, чтобы каждый чувствительный элемент датчика имел прямоугольную или круглую, или овальную форму в плане, при этом целесообразно также, чтобы чувствительные элементы датчика имели предпочтительно одинаковую форму и одинаковые размеры в плане и были расположены в многослойной пластине напротив друг друга.
Рабочие слои многослойной пластины выполнены из металлической, предпочтительно медной, фольги.
Многослойная пластина может быть выполнена из двух фольгированных пластин стеклотекстолита и при таком исполнении многослойной пластины слои фольги указанных пластин служат рабочими слоями и экранирующим слоем многослойной пластины, а слои стеклотекстолита - слоями диэлектрика последней.
В многослойной пластине каждый слой диэлектрика, примыкающий к экранирующему слою, и размещенные на нем чувствительный элемент датчика, проводник тока и два дополнительных экранирующих слоя могут быть выполнены в виде печатной платы.
При таком исполнении многослойной пластины дифференциальный усилитель напряжения и преобразователь сигнала могут быть выполнены в виде интегральных микросхем в одной из упомянутых печатных плат с расположением указанных микросхем в концевой части многослойной пластины, противоположной по отношению к другой ее концевой части, в которой размещены чувствительные элементы датчика.
При таком исполнении дифференциального усилителя напряжения и преобразователя сигнала они могут быть снабжены автономным источником питания аккумуляторного типа, закрепленным на одной из наружных сторон многослойной пластины вблизи указанного усилителя и преобразователя.
Многослойную пластину целесообразно выполнить с возможностью использования в качестве рукояти ее концевой части, противоположной другой концевой части многослойной пластины, в которой размещены чувствительные элементы датчика, при этом длина многослойной пластины должна быть выбрана с обеспечением возможности расположения ее концевой части, используемой в качестве рукояти, на безопасном расстоянии от находящихся под напряжением электрических цепей при размещении упомянутых чувствительных элементов датчика в непосредственной близости от диагностируемых объектов.
Техническим результатом, получаемым при практическом использовании полезной модели, является повышение достоверности оценки технического состояния диагностируемых и контролируемых объектов, расширение функциональных возможностей устройства для диагностики и контроля электрических цепей переменного тока, снижение трудоемкости и повышение оперативности процесса диагностирования объектов, а также снижение требований к квалификации оператора, выполняющего диагностику.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображены:
на фиг.1 - принципиальная схема устройства для диагностики и контроля электрических цепей переменного тока с изображением продольного сечения его емкостного датчика;
на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, представленное в увеличенном виде;
на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1, представленное в увеличенном виде;
на фиг.4 - коммутационная схема представленного на фиг.1 устройства, на которой верхний рабочий слой 7 с верхним слоем диэлектрика 11 показаны как вид на них по стрелке В на фиг.1, а нижний рабочий слой 13 с нижним слоем диэлектрика 12 и экранирующий слой 9 с верхним слоем диэлектрика 11 показаны как вид на них по стрелке Г на фиг.1;
на фиг.5 - фрагмент варианта представленного на фиг.1 устройства, выполненного с совмещением дифференциального усилителя 2 и преобразователя 3 с датчиком 1;
на фиг.6 - пример формы электрических сигналов на входах и выходе дифференциального усилителя 2 устройства, представленного на фиг.1.
Устройство для диагностики и контроля электрических цепей переменного тока содержит бесконтактный емкостный датчик напряжения 1 (фиг.1), дифференциальный усилитель напряжения 2 с двумя входами, выполняющий роль усилителя сигнала датчика 1, преобразователь сигнала 3, подключенный своим входом к выходу усилителя 2, устройство обработки и отображения информации 4, подключенное своим входом к выходу преобразователя 3, и источник питания 5, к которому подключены усилитель 2 и преобразователь 3.
При этом емкостный датчик 1 выполнен в виде многослойной пластины 6, содержащей первый токопроводящий рабочий слой 7 (фиг.1-3), подключенный посредством линии связи 8 к одному из входов дифференциального усилителя 2, токопроводящий экранирующий слой 9, снабженный заземлением 10, первый слой диэлектрика 11, разделяющий слои 7 и 9, второй слой диэлектрика 12, прикрепленный к наружной стороне экранирующего слоя 9, и второй токопроводящий рабочий слой 13, прикрепленный к наружной стороне второго слоя диэлектрика 12 и подключенный ко второму входу дифференциального усилителя 2 посредством линии связи 14. Экранирующий слой 9 служит для уменьшения влияния электромагнитного поля диагностируемого объекта на один из рабочих слоев 7 или 13, находящийся в рабочем положении датчика 1 в пассивном положении по отношению к диагностируемому объекту, при котором данный рабочий слой направлен в противоположную от указанного объекта сторону. Наличие в датчике 1 двух рабочих слоев 7 и 13, каждый из которых в процессе диагностирования может создавать на своем выходе (в линиях связи, соответственно, 8 и 14) самостоятельный рабочий сигнал, а также то, что рабочий слой 7 вместе с экранирующим слоем 9 образуют в датчике 1 одну электрическую емкость, а рабочий слой 13 вместе с экранирующим слоем 9 - вторую электрическую емкость, позволяет назвать такой датчик дифференциальным емкостным датчиком.
Дифференциальный усилитель 2 выполнен таким образом, что его выходной сигнал равен разности напряжений на двух входах усилителя 2, умноженной на константу, а преобразователь 3 выполнен с возможностью формирования на своем выходе в удобной для устройства 4 форме цифрового информационного сигнала, характеризующего контролируемые с помощью емкостного датчика 1 параметры технического состояния электрических цепей диагностируемых объектов.
С целью защиты от повреждений рабочих слоев 7 и 13 датчика 1 и с целью исключения их прямого контакта с находящимися под напряжением электрическими цепями диагностируемых объектов, наружные стороны многослойной пластины 6 закрыты защитными слоями диэлектрика 15 и 16. При этом все слои многослойной пластины 6 скреплены друг с другом, например, при помощи клея или резьбовых крепежных элементов (не показаны) с образованием единого многослойного пакета.
Для обеспечения возможности использования многослойной пластины 6 оператором в качестве ручного емкостного датчика многослойная пластина 6 выполнена продолговатой и предпочтительно прямоугольной формы в плане. При этом в рабочем слое 7 многослойной пластины 6 выполнены две разделяющие прорези 17 (фиг.3, 4) с образованием расположенного в концевой части рабочего слоя 7 чувствительного элемента 18 датчика 1, проводника тока 19 в виде узкой полоски рабочего слоя 7, соединенной одним концом с чувствительным элементом 18 и проходящей по середине и вдоль рабочего слоя 7, и двух дополнительных экранирующих слоев 20, расположенных по бокам проводника тока 19 и снабженных общим с экранирующим слоем 9 заземлением 10. При этом в рабочем слое 7 многослойной пластины 6 ко входу дифференциального усилителя 2 подключен только свободный конец проводника тока 19. Аналогичным образом, во втором рабочем слое 13 многослойной пластины 6 выполнены две разделяющие сквозные прорези 21 с образованием расположенного в концевой части рабочего слоя 13 чувствительного элемента 22 датчика 1, проводника тока 23 в виде узкой полоски рабочего слоя 13, соединенной одним концом с чувствительным элементом 22 и проходящей по середине и вдоль рабочего слоя 13, и двух дополнительных экранирующих слоев 24, расположенных по бокам проводника тока 23 и снабженных общим с экранирующим слоем 9 заземлением 10. При этом в рабочем слое 13 многослойной пластины 6 ко входу дифференциального усилителя 2 подключен только свободный конец проводника тока 23. Дополнительные экранирующие слои 20 и 24 обеспечивают дополнительную защиту, соответственно, проводников тока 19 и 23 от внешних электромагнитных полей-помех.
Чувствительные элементы 18 и 22 датчика 1 имеют прямоугольную или круглую, или овальную форму в плане и предпочтительно одинаковую форму и одинаковые размеры в плане и при этом расположены в многослойной пластине 6 напротив друг друга.
Рабочие слои 7 и 13 многослойной пластины 6 выполнены из металлической, предпочтительно медной, фольги. Для упрощения изготовления и снижения стоимости датчика 1 многослойная пластина 6 может быть выполнена из листового фольгированного материала, например из двух пластин покрытого медной фольгой стеклотекстолита, широко применяемого в печатных платах радиоэлектронных устройств. При этом слои фольги указанных пластин служат рабочими слоями 7 и 13 и экранирующим слоем 9 многослойной пластины 6, а слои стеклотекстолита - слоями диэлектрика 11 и 12 последней.
Для обеспечения компактности и снижения веса устройства в многослойной пластине 6 первый слой диэлектрика 11 и размещенные на нем чувствительный элемент 18 с проводником тока 19 и два дополнительных экранирующих слоя 20 могут быть выполнены в виде печатной платы. Аналогичным образом могут быть выполнены в виде печатной платы второй слой диэлектрика 12 и размещенные на нем чувствительный элемент 22 с проводником тока 23 и два дополнительных экранирующих слоя 24. Вместе с тем, для снижения веса и габаритов устройства дифференциальный усилитель 2 и преобразователь 3 могут быть выполнены в виде интегральных микросхем, соответственно, 25 и 26 (фиг.5) в одной из упомянутых печатных плат в концевой части многослойной пластины 6, противоположной по отношению к другой ее концевой части, в которой размещены чувствительные элементы 18 и 22 датчика 1.
Вместе с тем, дифференциальный усилитель 2 и преобразователь 3, выполненные в виде микросхем 25 и 26 (фиг.5), могут быть снабжены автономным источником питания в виде, по меньшей мере, одной аккумуляторной батарейки, закрепленной в своем корпусе на одной из наружных сторон многослойной пластины 6 вблизи микросхем 25 и 26 (не показано).
Многослойная пластина 6 выполнена с возможностью использования в качестве рукояти ее концевой части, противоположной другой концевой части многослойной пластины 6, в которой размещены чувствительные элементы 18 и 22 датчика 1. При этом длина многослойной пластины 6 выбрана с обеспечением возможности расположения ее концевой части, используемой в качестве рукояти, на безопасном расстоянии от находящихся под напряжением электрических цепей диагностируемых объектов при размещении чувствительных элементов 18 и 22 датчика 1 в непосредственной близости от диагностируемых объектов.
В устройстве обработки и отображения информации 4 имеются блоки анализа, сравнения, хранения, отображения и записи информации и, при необходимости, блок управления информацией (не показаны). При этом устройство 4 может быть выполнено на основе персонального компьютера, в качестве которого предпочтительно использовать переносный компьютер, например компьютер типа notebook или планшетный компьютер.
Заземление 10 экранирующих слоев 9, 20 и 24 может быть реализовано, например, путем их подключения с помощью общего токопроводящего соединения к заземленной массе диагностируемого объекта.
Устройство для диагностики и контроля электрических цепей переменного тока работает следующим образом.
Для определения технического состояния (например, состояния изоляции и контактов) электрической цепи диагностируемого объекта, относящегося, например, к электрооборудованию автотранспортных средств и ДВС (в частности, к системам зажигания, топливоподачи, электроснабжения, контроля и управления) концевая часть многослойной пластины 6, в которой расположены чувствительные элементы 18 и 22, устанавливается оператором вблизи диагностируемого объекта таким образом, чтобы один из указанных чувствительных элементов, например, элемент 18, располагался вблизи проверяемого на кондиционность элемента электрической цепи. В таком положении емкостного датчика 1 на его чувствительный элемент 18, обращенный к проверяемому элементу электрической цепи и выполняющий, в соответствии с этим, роль активного чувствительного элемента (АЧЭ) датчика 1, воздействует переменное электромагнитное поле проверяемого элемента. От этого воздействия на чувствительном элементе 18 создается электрическое напряжение, формирующее электрический сигнал, передаваемый по проводнику 19 и линии связи 8 на вход дифференциального усилителя 2. Этот сигнал на фиг.6 обозначен как «Сигнал от АЧЭ».
Переменное электромагнитное поле проверяемого элемента одновременно воздействует и на второй чувствительный элемент 22 датчика 1, повернутый в противоположную от проверяемого элемента электрической цепи сторону и выполняющий, в соответствии с этим, роль пассивного чувствительного элемента (ПЧЭ) датчика 1. От этого воздействия на чувствительном элементе 22 создается электрическое напряжение, формирующее электрический сигнал, передаваемый по проводнику 23 и линии связи 14 на второй вход дифференциального усилителя 2. Этот сигнал на фиг.6 обозначен как «Сигнал от ПЧЭ». Как следует из фиг.6, сигналы от АЧЭ и ПЧЭ имеют одинаковую форму, но при этом сигнал от ПЧЭ многократно ниже по уровню, чем сигнал от АЧЭ, т.е. уровень воздействия электромагнитного поля диагностируемого объекта на пассивный чувствительный элемент 22 многократно ниже, чем на активный чувствительный элемент 18. Такая большая разница в воздействии электромагнитного поля на чувствительные элементы 18 и 22 обусловлена эффектом экранирования, обеспечиваемого заземленным экранирующим слоем 9, отражающим исходящее от проверяемого элемента электромагнитное излучение от пассивного чувствительного элемента 22, вследствие чего электрическое напряжение в активном чувствительном элементе 18 значительно больше по величине, чем электрическое напряжение в пассивном чувствительном элементе 22.
В то же время, внешние электромагнитные поля от различных источников помех (например, от электрических цепей различных машин и установок, окружающих диагностируемый объект, а также от стационарных электрических сетей переменного напряжения), воздействуют на чувствительные элементы 18 и 22 датчика 1 с одинаковой напряженностью и, соответственно, наводят в этих элементах синфазное электрическое напряжение практически одинаковое по форме и уровню. В качестве примера на фиг.6 показаны синфазные помехи П1 и П2, действующие на чувствительные элементы 18 и 22 со стороны двух внешних источников электромагнитных полей.
В дифференциальном усилителе 2 синфазные напряжения, вызываемые электромагнитными полями помех и имеющие равную форму и величину, взаимно вычитаются и поэтому не влияют на выходной сигнал усилителя 2, как это видно из сопоставления представленных на фиг.6 сигналов на входе (кривые I и II) и выходе (кривая III). За счет этого устраняется влияние помех на выходной сигнал усилителя 2. Вместе с тем, разность напряжений, создаваемая в чувствительных элементах 18 и 22 электромагнитным полем проверяемого элемента диагностируемой электрической цепи и передаваемая с выхода линий 8 и 14 на два входа дифференциального усилителя 2, в последнем усиливается до величины, достаточной для нормального функционирования устройства 4, выполняющего обработку и отображение информации.
Таким образом, на выходе дифференциального усилителя 2 формируется сигнал, повторяющий форму изменения напряженности электромагнитного поля проверяемого на кондиционность элемента диагностируемой электрической цепи, что позволяет оценивать техническое состояние проверяемого элемента. В качестве примера на фиг.6 показан результирующий электрический сигнал на выходе дифференциального усилителя 2 (кривая III), служащий сигналом, характеризующим техническое состояние проверяемого объекта. По отклонениям формы данного сигнала от эталонного сигнала такого же исправного объекта выявляются сбои в работе и конкретные неисправности проверяемого объекта.
При этом сигналы, формируемые на выходе датчика 1 вследствие воздействия на его чувствительные элементы 18 и 22 электромагнитных полей помех, в дифференциальном усилителе 2 подавляются и не отражаются на результатах диагностирования электрических цепей, благодаря чему увеличивается разрешающая способность предлагаемого устройства, что выражается в обеспечении возможности обнаружения с его помощью неисправностей в диагностируемых объектах, имеющих низкую напряженность электромагнитного поля.
С выхода дифференциального усилителя 2 сигналы поступают на вход преобразователя 3, в котором сигналы преобразуются в форму цифрового информационного сигнала, удобную для работы устройства 4, после чего с двойного выхода преобразователя 3 поступают на два входа устройства 4.
С помощью устройства 4 сигналы проходят требуемую обработку и отображаются в визуальной или иной форме, необходимой и достаточной для определения технического состояния диагностируемого объекта. При необходимости, сигналы с помощью устройства 4 сравниваются с хранящимися в нем эталонными сигналами, характеризующими исправные электрические цепи диагностируемых объектов, и по степени отклонения графиков, воспроизводимых в устройстве 4 в процессе диагностирования, от эталонных графиков оценивается техническое состояние диагностируемого объекта. Кроме того, при необходимости сигналы с помощью устройства 4 записываются, хранятся для последующего использования и распечатываются на бумажный носитель. Вместе с тем, при необходимости с помощью устройства 4 осуществляется управление по заданной программе формой и уровнем получаемых в процессе диагностики информационных сигналов, а также отправка с выхода устройства 4 информации о техническом состоянии проверяемых электрических цепей к удаленным регистрирующим техническим средствам диагностики, контроля, управления, сигнализации и другого назначения.
В случае необходимости, например, для обеспечения более удобного визуального анализа получаемой в устройстве 4 графической информации о техническом состоянии диагностируемого объекта, с помощью предлагаемого устройства можно легко и быстро изменять полярность графика. Для этого оператору достаточно повернуть дифференциальный датчик 1 в руке таким образом, чтобы вблизи диагностируемого элемента электрической цепи оказался другой чувствительный элемент датчика. Например, если вначале вблизи проверяемого элемента цепи был чувствительный элемент 18, то для смены полярности графика, получаемого в устройстве 4, достаточно отвернуть чувствительный элемент 18 от проверяемого элемента цепи и повернуть к нему чувствительный элемент 22. При этом чувствительный элемент 18 из активного превращается в пассивный, а чувствительный элемент 22 - из пассивного в активный.
Выполнение в предлагаемом устройстве для диагностики и контроля электрических цепей переменного тока датчика напряжения в виде дифференциального емкостного датчика с двумя чувствительными элементами, разделенными заземленным экранирующим слоем, и подключенными к дифференциальному усилителю напряжения, позволяет защитить указанное устройство от вредного воздействия внешних электромагнитных полей-помех и за счет этого исключить влияние последних на форму и уровень сигналов, формируемых на выходе указанного усилителя. Благодаря этому значительно повышается чувствительность устройства к изменениям напряженности электромагнитных полей диагностируемых электрических цепей. Это, в свою очередь, повышает достоверность оценки технического состояния указанных цепей и обеспечивает возможность использования предлагаемого устройства для диагностирования и контроля элементов электрических цепей, имеющих низкую напряженность электромагнитного поля, например, таких компонентов электрооборудования ДВС, как первичная цепь системы зажигания, индивидуальные катушки зажигания, низковольтные цепи управления топливными форсунками и другими исполнительными механизмами систем ДВС. За счет этого расширяются функциональные возможности предлагаемого устройства для диагностики и контроля электрических цепей переменного тока.
При этом повышается оперативность и снижается трудоемкость процесса диагностирования объектов, поскольку исключается необходимость частого поочередного подключения ко входу устройства обработки и отображения информации различных устройств, обеспечивающих возможность диагностирования элементов электрических цепей при низких уровнях напряженности их электромагнитных полей. К указанным устройствам относятся индуктивные датчики и контактные щупы, с помощью которых производится диагностирование, в частности, элементов электрических цепей ДВС, генерирующих электромагнитные поля низкой напряженности. При этом использование предлагаемого устройства с дифференциальным емкостным датчиком вместо известных диагностических устройств с индуктивными датчиками, например, при контроле индивидуальных катушек зажигания ДВС, позволяет повысить достоверность результатов диагностирования. Это обусловлено тем, что индуктивные датчики формируют на своем выходе электрический сигнал, пропорциональный скорости изменения напряженности магнитного поля, по графику которого гораздо сложнее поставить правильный диагноз о состоянии индивидуальной катушки зажигания, чем при использовании представленного в настоящем описании дифференциального емкостного датчика, напряжение на выходе которого более точно повторяет изменение напряжения в электрической цепи контролируемого элемента.
Вместе с тем, при использовании предлагаемого устройства трудоемкость процесса диагностирования объектов снижается, а оперативность повышается также в связи с тем, что исключается необходимость применения каких-либо аппаратных или программных средств в тех случаях, когда для более удобного визуального анализа получаемой в устройстве 4 графической информации о техническом состоянии диагностируемого объекта необходимо менять полярность графика. В предлагаемом устройстве, как было показано выше, для смены полярности указанного графика оператору достаточно повернуть дифференциальный датчик 1 в руке и поменять при этом местами чувствительные элементы 18 и 22 датчика 1 с трансформацией активного чувствительного элемента в пассивный и наоборот - пассивного чувствительного элемента в активный.
Предлагаемое устройство отличается простотой его использования, что снижает требования к квалификации оператора.
Практическое применение полезной модели наиболее перспективно при диагностике и контроле электрических систем автотранспортных средств и ДВС. При этом использование предлагаемого устройства обеспечивает возможность получения достоверной информации о параметрах технического состояния электрооборудования автомобилей и ДВС, в частности систем зажигания, топливоподачи, электроснабжения, контроля и управления.
1. Устройство для диагностики и контроля электрических цепей переменного тока, содержащее бесконтактный емкостный датчик, усилитель сигнала указанного датчика и устройство обработки и отображения информации, вход которого подключен к выходу указанного усилителя, при этом емкостный датчик выполнен в виде многослойной пластины, содержащей токопроводящий рабочий слой, подключенный ко входу указанного усилителя, токопроводящий экранирующий слой, снабженный заземлением, и слой диэлектрика, разделяющий первые два слоя и прикрепленный к последним, отличающееся тем, что в многослойной пластине установлен второй слой диэлектрика, прикрепленный к наружной стороне экранирующего слоя, и второй токопроводящий рабочий слой, прикрепленный к наружной стороне второго слоя диэлектрика, а в качестве усилителя сигнала используется дифференциальный усилитель напряжения с двумя входами, к одному из которых подключен первый рабочий слой, а ко второму - второй рабочий слой многослойной пластины.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вход устройства обработки и отображения информации подключен к выходу дифференциального усилителя напряжения через преобразователь сигнала, выполненный с возможностью формирования на своем выходе цифрового информационного сигнала, характеризующего контролируемые с помощью емкостного датчика параметры технического состояния электрических цепей диагностируемых объектов.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что к наружной стороне каждого рабочего слоя многослойной пластины прикреплен защитный слой диэлектрика.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что многослойная пластина выполнена продолговатой и предпочтительно прямоугольной формы в плане.
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в каждом рабочем слое многослойной пластины выполнены две разделяющие сквозные прорези с образованием чувствительного элемента упомянутого датчика, расположенного в концевой части рабочего слоя, проводника тока в виде узкой полоски рабочего слоя, соединенной одним концом с указанным чувствительным элементом и проходящей по середине и вдоль рабочего слоя, и двух дополнительных экранирующих слоев, расположенных по бокам указанного проводника тока и снабженных заземлением, при этом в каждом рабочем слое многослойной пластины ко входу дифференциального усилителя напряжения подключен только свободный конец упомянутого проводника тока.
6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что каждый чувствительный элемент датчика имеет прямоугольную или круглую, или овальную форму в плане, при этом чувствительные элементы датчика имеют предпочтительно одинаковую форму и одинаковые размеры в плане и расположены в многослойной пластине напротив друг друга.
7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что рабочие слои многослойной пластины выполнены из металлической, предпочтительно медной, фольги.
8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что многослойная пластина выполнена из двух фольгированных пластин стеклотекстолита, при этом слои фольги указанных пластин служат рабочими слоями и экранирующим слоем многослойной пластины, а слои стеклотекстолита - слоями диэлектрика последней.
9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что в многослойной пластине каждый слой диэлектрика, примыкающий к экранирующему слою, и размещенные на нем чувствительный элемент датчика, проводник тока и два дополнительных экранирующих слоя выполнены в виде печатной платы.
10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что дифференциальный усилитель напряжения и преобразователь сигнала выполнены в виде интегральных микросхем в одной из упомянутых печатных плат и расположены в концевой части многослойной пластины, противоположной по отношению к другой ее концевой части, в которой размещены чувствительные элементы датчика.
11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что дифференциальный усилитель напряжения и преобразователь сигнала снабжены автономным источником питания аккумуляторного типа, закрепленным на одной из наружных сторон многослойной пластины вблизи указанного усилителя и преобразователя.
12. Устройство по любому из пп.5-11, отличающееся тем, что многослойная пластина выполнена с возможностью использования в качестве рукояти ее концевой части, противоположной другой концевой части многослойной пластины, в которой размещены чувствительные элементы датчика, при этом длина многослойной пластины выбрана с обеспечением возможности расположения ее концевой части, используемой в качестве рукояти, на безопасном расстоянии от находящихся под напряжением электрических цепей при размещении упомянутых чувствительных элементов датчика в непосредственной близости от диагностируемых объектов.
