Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ БЕСКОММУТАЦИОННОГО ИСПЫТАНИЯ НА ЦЕНТРИФУГЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ РЕЛЕ С САМОВОЗВРАТОМ

Область применения. Изобретение относится к испытательной технике, в частности к способам испытания электромагнитных изделий, а именно электромагнитных реле с самовозвратом линейными ускорениями на центрифуге, и может быть использовано для испытания одновременно более двух реле на центрифуге.

Анализ аналогов и прототипа. Известен [1] способ попарно-поочередного испытания на центрифуге одновременно двух электромагнитных реле с самовозвратом по трем взаимно перпендикулярным осям X, Y и Z с коммутацией проводов, включающий установку первой пары реле на центрифугу в положение, при котором линейное ускорение создается вдоль оси X, раскручивание центрифуги до заданного числа оборотов, путем коммутации проводов подключение двух источников постоянного тока, контрольной лампочки и измерительных цепей к первому реле, включение обоих источников тока и поочередное измерение и поочередный контроль параметров первого реле путем изменения (увеличения и уменьшения) напряжения обоих источников тока, выключение обоих источников тока, путем коммутации проводов подключение этих же, что и для первого реле, двух источников тока, контрольной лампочки и измерительных цепей ко второму реле, включение обоих источников тока и аналогичное, как и для первого реле, поочередное измерение и поочередный контроль его параметров путем аналогичного изменения напряжения обоих источников тока, остановку центрифуги, выключение обоих источников тока, поворот первой пары реле в положение, при котором линейное ускорение создается вдоль оси Y, раскручивание центрифуги до заданного числа оборотов, путем коммутации проводов аналогичное, как и вдоль оси X, подключение, включение обоих источников тока и аналогичное поочередное измерение и поочередный контроль параметров поочередно у первого и второго реле, остановку центрифуги, выключение обоих источников тока, поворот первой пары реле в положение, при котором линейное ускорение создается вдоль оси Z, раскручивание центрифуги до заданного числа оборотов, включение обоих источников тока и аналогичное поочередное измерение и поочередный контроль параметров поочередно у первого и второго реле, остановку центрифуги, выключение обоих источников тока, снятие с центрифуги первой пары и установку на центрифугу второй пары реле и ее аналогичные испытания, затем аналогичные испытания остальных пар реле. При этом измерение и контроль параметров у каждого реле проводят по очереди: сначала измерение, затем контроль. В качестве оценки параметра берут результат одного единственного его измерения. Момент срабатывания (возврата) реле определяют по загоранию (погасанию) сигнальной лампочки, а напряжение срабатывания и возврата реле измеряют вольтметром на источнике тока подачи напряжения на катушку реле. Изменение положения реле на центрифуге производят путем изменения положения приспособления для крепления реле на поворотном столе и поворота испытательного стола центрифуги (длительная и трудоемкая операция - нужно откручивать и вновь прикручивать болты).

По техническим условиям (ТУ) [2] всего необходимо испытать десять реле. При этом необходимо у каждого реле измерять два параметра: напряжение срабатывания и напряжение возврата, а также контролировать два параметра: способность реле удерживать контакты сначала в замкнутом, а потом в разомкнутом состоянии при действии на реле центростремительного ускорения. Поэтому, приходится устанавливать на центрифугу 5 раз по 2 реле (делать 5 закладок) и каждую пару необходимо испытать по трем взаимно перпендикулярным осям X, Y и Z, т.е. всего для 10 реле приходится проводить 15 аналогичных испытаний, на что затрачивают два рабочих дня, причем на испытание каждой пары реле по одной оси по ТУ отводится только три минуты (интервал испытания).

Этот способ является единственным аналогом и одновременно прототипом заявленного способа.

Недостатками данного способа являются малое число (только два) одновременно испытываемых реле, большое число коммутируемых электрических проводов за все время испытания, сложная технология (рутинная, обременительная) и большое время испытаний, большое время на измерение каждого параметра при низкой точности его оценки, малое время и низкая достоверность контроля параметров, большие ресурсо-, энерго- и трудозатраты на испытание (центрифуга вращается мощным электродвигателем).

Проведены патентные исследования изобретений и полезных моделей Российской Федерации, стран СНГ и зарубежных стран по классам G01M 7/00; G01M 7/02; G01M 7/06; Н01Н 51/00; H01H 51/02; G01P 21/00 с 1994 г.по настоящее время. При проведении анализа уровня техники по патентным источникам информации не обнаружено аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. При проведении анализа уровня техники по научно-техническим источникам обнаружен один аналог [1], который и был принят за прототип.

Цель изобретения - увеличение числа одновременно испытываемых реле, исключение коммутации проводов во время испытания, упрощение технологии и сокращение времени испытания, повышение точности оценки и достоверности контроля параметров реле, уменьшение ресурсо-, энерго- и трудозатрат.

Поставленная цель достигается тем, что на центрифугу устанавливают одновременно все испытываемых реле, измерение и контроль параметров реле совмещают и проводят одновременно у всех реле без коммутации проводов за одно увеличение напряжения только одного источника тока Е₁ (см. фиг.) питания катушек одновременно всех реле до напряжения срабатывания всех реле и за одно уменьшение источника тока Е₁ до напряжения возврата всех реле, напряжение источника тока Е₁ изменяют с переменной скоростью: быстро вне интервалов напряжения как вероятного срабатывания, так и вероятного возврата реле, и медленно внутри этих интервалов, а путем переключения только одного тумблера T₁ подачи плюса напряжения источника E₁ одновременно на катушки всех реле можно мгновенно перейти от измерения и контроля одной совокупности параметров одновременно у всех реле к измерению и контролю другой совокупности параметров одновременно у всех реле, и путем включения определенной совокупности тумблеров Т₂, …, T_n+1 можно измерять и контролировать параметры на выбор любой совокупности реле, при этом измерения и контроль параметров проводят несколько раз на интервале испытания с последующим исключением явно ошибочных результатов, а за оценку величины параметра принимают среднее значение оставшихся результатов, причем первоначально производят два измерения, сравнивают полученные результаты с требованиями ТУ и с результатами более ранних испытаний и устанавливают безошибочность результатов измерения, при ошибочности результата производят дополнительные измерения до получения безошибочного результата, при этом за оценку параметра берут среднее значение ранее полученных и дополнительных измерений. Момент срабатывания (возврата) реле определяют по загоранию (погасанию) сигнальных лампочек, а напряжение срабатывания и возврата реле измеряют вольтметром на источнике тока E₁ подачи напряжения на катушки реле.

На чертеже приведено устройство для осуществления заявленного способа испытания реле на центрифуге.

Устройство содержит два источника постоянного тока Е₁ и Е₂, сигнально-коммутационное приспособление (СКП) 1, клемную плату в комнате оператора 2, клемную плату центрифуги 3, приспособление для крепления реле 4, четыре группы пространственно-рассредоточенных электрических перемычек П₁, П₂, П₃, П₄ между выводами элементов схемы, четыре группы тумблеров T₁, …, Ti, …, T_n+1, при этом СКП содержит сигнальный блок (СБ) 5, содержащий, в свою очередь, сигнальные лампочки Л₁, …, Лi, …, Лn, число которых равно числу испытываемых реле, а приспособление для крепления реле содержит испытываемые реле 7 P₁, …, Pi, …, Pn, блок штепсельных разъемов (ШР) 6, содержащий, в свою очередь, штепсельные разъемы 8 Ш₁, …, Шi, …, Шn, число которых равно числу испытываемых реле, причем одна группа перемычек П₁ находится непосредственно в СКП, одна П₂ - в СБ и две группы перемычек П₃ и П₄ - в блоке ШР, две группы тумблеров Т₁, Т₂, …, Ti, …, Tn находятся непосредственно в СКП и две группы Т₃, T₄, …, T_i+1, …, T_n+1 - в СБ. В первую группу тумблеров входит один тумблер - Т₁, во вторую - тумблеры T₂, …, Ti, …, Tn, в третью - один тумблер Т₃, в четвертую - тумблеры T₄, …, Ti+1, …, Tn+1. Группы перемычек и тумблеров различаются по их функциям, а именно, через перемычки П₁ подают минус напряжения от источника E₁ на катушки соответствующих реле, через перемычки П₂ подают минус напряжения от источника Е₂ на сигнальные лампочки и контакты K₁, …, Ki, …, Kn всех реле (на фиг. контакты показаны отдельным элементом для наглядного понимания сущности заявленного способа испытания реле; физически контакты являются неотъемлемым конструктивным элементом реле), через перемычки П₃ подают плюс напряжения от источника E₁ на катушки одновременно всех реле, через перемычки П₄ подают плюс напряжения от источника Е₂ на контакты одновременно всех реле; через тумблер T₁ подают плюс напряжения от источника E₁ на катушки одновременно всех реле, через тумблеры T₂, …, Ti, …, Tn подают минус напряжения от источника Е₁ на катушки соответствующих реле, т.е. включают соответствующее реле, через тумблер Т₃ подают плюс напряжения от источника Е₂ на контакты одновременно всех реле, через тумблеры T₄, …, Ti+1, …, Tn+1 подают минус напряжения от источника Е₂ на контакты соответствующих реле, т.е. включают сигнальные лампочки соответствующих реле при замыкании их контактов. Приспособление для крепления реле содержит число посадочных мест для реле, равное числу испытываемых реле.

К защите патентом Российской Федерации предлагается бескоммутационный способ испытания на центрифуге одновременно более двух электромагнитных реле с самовозвратом, относящийся к испытательной технике, в частности к испытаниям электромагнитных изделий, а именно к способам испытания электромагнитных реле с самовозвратом линейными ускорениями на центрифуге, и может быть использован для испытания одновременно более двух реле на центрифуге.

Сущность изобретения. На центрифугу устанавливают сразу все испытываемые реле в положение, при котором линейное ускорение создается вдоль оси X, раскручивают центрифугу до заданного числа оборотов, включают оба источника тока и все тумблеры на СКП, на источнике Е, устанавливают напряжение меньше напряжения вероятного срабатывания реле (указано в ТУ), а на Е₂ - номинальное напряжение, достаточное для зажигания сигнальных лампочек при замыкании контактов реле (указано в ТУ). Увеличивая напряжение источника Е, до напряжения срабатывания всех реле, а затем уменьшая это напряжение до напряжения возврата всех реле, измеряют по вольтметру, имеющемуся на источнике Е₁, напряжение срабатывания и возврата у всех реле за одно изменение (увеличение и уменьшение) напряжения по включению и выключению сигнальных лампочек. При этом совмещают измерение и контроль параметров у всех реле одновременно, т.е. при измерении, как напряжения срабатывания, так и напряжения возврата, контролируют оба параметра, а именно, при измерении напряжения срабатывания реле для уже сработавших реле (горят их сигнальные лампочки) контролируют самопроизвольное размыкание контактов реле (по погасанию лампочек) под действием центростремительного ускорения и в это же время для еще несработавших реле (их сигнальные лампочки не горят) контролируют самопроизвольное замыкание контактов реле (по загоранию лампочек) под действием центростремительного ускорения и наоборот, а именно, при измерении напряжения возврата реле для уже отпустивших реле (их сигнальные лампочки погасли) контролируют самопроизвольное замыкание контактов реле (по загоранию лампочек) под действием центростремительного ускорения, а для тех реле, которые остались еще в сработанном состоянии (горят их сигнальные лампочки) контролируют самопроизвольное размыкание контактов реле (по погасанию лампочек) под действием центростремительного ускорения.

Следовательно, только за одно изменение (увеличение и уменьшение) только одного источника тока E₁ удается не только измерить оба напряжения (срабатывания и возврата) всех реле, но и проконтролировать дважды оба параметра у всех реле. Именно эта совокупность операций и полное исключение коммутации проводов измерительных цепей и позволяют перераспределить время на ограниченном интервале испытаний (по ТУ три минуты) для повышения точности оценки и достоверности контроля параметров реле путем многократного измерения и контроля параметров у всех реле на интервале испытания. В качестве оценки параметра берут среднее значение результатов его измерений. Аналогичные испытания проводят по осям Y и Z.

Тумблеры позволяют измерять и контролировать параметры всех или на выбор любой совокупности реле, при этом путем переключения только одного тумблера подачи плюса напряжения источника Е₁ одновременно на катушки всех реле, можно мгновенно перейти от измерения и контроля одной совокупности параметров одновременно у всех реле к измерению и контролю другой совокупности параметров одновременно у всех реле.

С целью ускорения процесса получения оценки величины параметра, производят два измерения, сравнивают полученные результаты с требованиями ТУ и с результатами более ранних испытаний. Если полученные эти два результата измерения близки между собой, удовлетворяют требованиям ТУ и находятся в пределах статистического разброса результатов измерения в предыдущие годы, то процесс измерения заканчивают, а в качестве оценки берут среднее значение этих двух измерений. При ошибочности одного измерения производят дополнительные измерения до получения безошибочного результата, оценивают среднее значение двух измерений: одного ранее полученного и безошибочного дополнительного.

При большом числе испытываемых реле их испытание проводят одновременно два испытателя, при этом один изменяет напряжение на катушках реле и снимает показание вольтметра, а второй регистрирует это показание и контролирует состояние сигнальных лампочек.

В случае двух раз установки реле на центрифугу, последовательность испытаний реле по осям при второй установке меняют на обратную, т.е. при первой установке - X→Y→Z, при второй установке - Z→Y→Х.

Техническая осуществимость способа. Сначала устанавливают все реле на центрифугу в положение X, собирают электрическую схему, как показано на фиг., на СКП включают все тумблеры, включают оба источника тока, на источнике Е₂ устанавливают номинальное напряжение (указано в ТУ), а на источнике E₁ минимальное напряжение (меньшее, чем напряжение срабатывания реле). При этом плюс от источника Е₁ подается через включенный тумблер Т₁, перемычки П₃ и первые контакты всех штепсельных разъемов Ш₁, …, Шi, …, Шn на первые выводы катушек всех реле, а минус от источника E₁ через перемычки П1, включенные тумблеры T₂, …, Ti, …, Tn, вторые клеммы штепсельных разъемов Ш₁, …, Шi, …, Шn подается на вторые выводы катушек всех реле. Однако ни одно реле не сработает, поскольку напряжение источника E₁ установлено минимальное. Плюс от источника Е₂ через включенный тумблер Т₃, перемычки П₄ и третьи клеммы штепсельных разъемов Ш₁, …, Шi, …, Шn подается на первые выводы контактов всех реле, а минус от источника Е₂ через перемычки П₂, включенные тумблеры T₄, …, Ti+1, …, Tn+1 лампочки Л1, …, Лi, …, Лn, четвертые клеммы штепсельных разъемов Ш1, …, Шi, …, Шn подается на вторые выводы контактов всех реле. Но лампочки Л1, …, Лi, …, Лn не загорятся, поскольку реле не сработали и их контакты K1, …, Ki, …, Кn разомкнуты.

Измерение и контроль параметров реле производят следующим образом. Вначале измеряют напряжение срабатывания реле. Для этого, после раскручивания центрифуги до заданного числа. оборотов, быстро увеличивают напряжение источника тока Е₁ до величины, заведомо меньшей напряжения срабатывания реле (это напряжение известно из ТУ и определено эмпирически), а затем плавно и медленно в интервале напряжения вероятного срабатывания реле до срабатывания всех реле. При этом замкнутся контакты всех реле K1, …, Kn и зажигаются лампочки Л1, …, Лn. В момент загорания лампочек по вольтметру, имеющемуся на источнике Е₁, регистрируют напряжение срабатывания соответствующих реле. При этом, за время увеличения напряжения источника тока Е₁ до срабатывания всех реле, контролируют оба параметра у всех реле: у сработавших уже реле (у них горят сигнальные лампочки) контролируют самопроизвольное размыкание контактов (по погасанию лампочек) под действием центростремительного ускорения, у несработавших еще реле (у них не горят сигнальные лампочки) контролируют самопроизвольное замыкание контактов (по загоранию лампочек) под действием центростремительного ускорения. Для этого нужно только наблюдать за сигнальными лампочками. Здесь следует учесть тот факт, что при измерении напряжения срабатывания реле, после загорания лампочки какого-то реле, уже началась проверка самопроизвольного размыкания контактов этого реле под действием центростремительного ускорения, поскольку контакты этого реле остаются замкнутыми, пока измеряют напряжение остальных реле. И так для всех реле. Получилось, что за время измерения напряжения срабатывания очередного реле уже проконтролирован факт самопроизвольного размыкания контактов всех ранее сработавших реле, т.к. они оставались включенными. Более того, учтем еще один факт. Чем большее напряжение подано на кадушку реле, тем больше сила прижимания контактов и удержания их в замкнутом состоянии. Следовательно, если при действии линейного ускорения, контакты остаются замкнутыми при меньшем напряжении, то, тем более, они будут удерживаться в замкнутом состоянии и при большем напряжении, поскольку величина ускорения в интервале испытания остается постоянной. Таким образом, за время измерения напряжения срабатывания всех реле проведен и контроль обоих параметров всех реле - самопроизвольного размыкания и замыкания их контактов под действием центростремительного ускорения, т.е. измерение напряжения срабатывания и контроль обоих параметров совмещены и проводятся одновременно у всех реле.

После этого измеряют напряжение возврата реле. Для этого быстро уменьшают напряжение источника Е₁ до величины, заведомо большей напряжения возврата реле, (это напряжение известно из ТУ и определено эмпирически), затем плавно и медленно в интервале напряжения вероятного возврата (отпускания) реле до отпускания всех реле. В момент погасания лампочек, по вольтметру, имеющемуся на источнике Е₁ регистрируют напряжение возврата соответствующих реле. При этом, за время уменьшения напряжения источника тока Е₁ до ртпускания всех реле, контролируют оба параметра у всех реле: у отпустивших уже реле (у них погасли сигнальные лампочки) контролируют самопроизвольное замыкание контактов (по загоранию лампочек) под действием центростремительного ускорения, у еще неотпустивших реле (у них еще горят сигнальные лампочки) контролируют самопроизвольное размыкание контактов (по погасанию лампочек) под действием центростремительного ускорения. Для этого нужно только наблюдать за сигнальными лампочками. Здесь следует учесть тот факт, что при измерении напряжения возврата реле, после погасании лампочки какого-то реле уже началась проверка самопроизвольного замыкания контактов этого реле под действием центростремительного ускорения, поскольку контакты этого реле остаются разомкнутыми, пока измеряют напряжение возврата остальных реле. Таким образом, за время измерения напряжения возврата всех реле проведен и контроль обоих параметров всех реле - самопроизвольного замыкания и размыкания их контактов под действием центростремительного ускорения, т.е. измерение напряжения возврата и контроль обоих параметров совмевцены и проводятся одновременно у всех реле.

Таким образом, только за одно изменение напряжения (увеличение до напряжения срабатывания всех реле и уменьшение до напряжения возврата всех реле) только одного источника тока Е₁ подачи плюс напряжения на катушки одновременно всех реле удается измерить и дважды проконтролировать все параметры одновременно у всех реле, совместив операции измерения и контроля. Этот прием, а также полное отсутствие коммутации проводов, позволяют существенно сократить время одного измерения и контроля всех параметров у всех реле и обеспечивают возможность провести измерения и контроль параметров несколько раз на интервале испытания и, тем самым, существенно повышают точность оценки и достоверность контроля параметров реле.

Тумблеры полностью исключают коммутацию проводов и, тем самым, существенно упрощают технологию и трудоемкость испытаний и увеличивают время для измерения и контроля параметров. Напомним, что на испытание реле по одной оси отводится по ТУ только три минуты. Из схемы видно, что через тумблер T₁ подается напряжение на один вывод катушек одновременно всех реле. Если включить тумблер Т₁, то все реле одновременно сработают и, соответственно, все сигнальные лампочки зажгутся, при условии, что все остальные тумблеры включены. Наблюдая за горящими лампочками, контролируют надежность удержания контактов в замкнутом состоянии одновременно всех реле. Если погаснет какая-либо лампочка, следовательно, произошло самопроизвольное размыкание контактов этого реле под действием центростремительного ускорения. Если выключить тумблер Т₁, все реле одновременно отпустят и, соответственно, все лампочки погаснут. Наблюдая за погасшими лампочками, контролируют надежность удержания контактов в разомкнутом состоянии одновременно всех реле. Если загорится какая-либо лампочка, следовательно, произошло самопроизвольное замыкание контактов этого реле под действием центростремительного ускорения. Тумблеры T₂, …, Ti, …, Tn+1 позволяют выбирать для испытания любую совокупность реле путем выключения нужных номеров тумблеров.

Следовательно, за счет переключения только одного тумблера T₁ можно измерять и контролировать все параметры одновременно всех реле, а за счет тумблеров T₂, …, Ti, …, Tn+1 - на выбор любой совокупности реле, при этом никаких коммутаций проводов не производится. Более того, только переключением только одного тумблера Т1 практически мгновенно можно перейти от измерения и контроля одних параметров одновременно всех реле к измерению и контролю других параметров одновременно всех реле.

Следует отметить, что быстрое увеличение (уменьшение) напряжения источника E₁ в начале процесса увеличения (уменьшения) его напряжения позволяет «экономить» время и использовать его на дополнительное измерение и контроль параметров реле. Многократное Измерение и контроль параметров реле позволяет использовать в качестве оценки параметра среднестатистическое значение выборки результатов измерений.

С целью ускорения процесса получения оценки величины параметра, предлагается первоначально произвести два измерения, сравнить полученные результаты с требованиями ТУ и с результатами более ранних испытаний. Если полученные эти два результата измерения близки между собой, удовлетворяют требованиям ТУ и находятся в пределах статистического разброса результатов измерения в предыдущие годы, то процесс измерения заканчивают, а в качестве оценки берут среднее значение этих двух измерений. При ошибочности одного измерения производят дополнительные измерения до получения безошибочного результата, оценивают среднее значение двух измерений: одного ранее полученного и безошибочного дополнительного.

С целью сокращения времени измерения и контроля параметров реле предлагается испытание реле проводить двум испытателям, при этом один испытатель изменяет напряжение на катушках реле и снимает показание вольтметра, а второй испытатель регистрирует это показание и следит за состоянием сигнальных лампочек.

Если на центрифугу устанавливают реле два раза (делают две закладки), то для «экономии» времени и уменьшения трудоемкости испытаний, последовательность испытаний реле по осям при второй установке меняют на обратную, т.е. при первой установке - X→Y→Z, при второй установке - Z→Y→Х.

Технический результат: увеличено число одновременно испытываемых реле, исключена коммутация проводов схемы во время испытания, упрощена технология испытаний реле, совмещены измерение и контроль параметров и проводят одновременно у всех реле, повышена точность оценки и достоверность контроля параметров реле, уменьшено общее число испытаний, сокращена общая продолжительность испытаний, уменьшены ресурсо-, энерго- и трудозатраты, обеспечена возможность практически мгновенно перейти от измерения и контроля одной совокупности параметров одновременно у всех реле к измерению и контролю другой совокупности параметров одновременно у всех реле, обеспечена возможность испытывать на выбор любую совокупность реле.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Черкасов Ю.Н. Периодические испытания реле 8Э123М. Издание второе, переработанное и дополненное. Под ред. П.В. Малышева. - М.: ФГУП «НПП ВНИИЭМ», 2010, 112 с, с.92-98.

2. ТУ 16-647.037-86 «Реле электромагнитное 8Э123М». Технические условия ЕЖИА.647115.001 ТУ.