Полная версия

Главная arrow Строительство arrow Диагностирование, ремонт и техническое обслуживание систем управления бытовых машин и приборов

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ И ЭЛЕМЕНТОВ В СОСТАВЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Контроль двухполюсных электрических цепей в составе печатного узла

В печатном узле двухполюсные цепи соединены между собой в многополюсные. Проведение контроля и диагностирования МЭЦ возможно как по обобщенным параметрам, так и по параметрам образующих МЭЦ элементов. В первом случае для описания объекта диагностирования пользуются макромоделью, а во втором используется микромодель. Наиболее разработаны методы контроля обобщенных параметров. Они могут быть определены различными способами:

  • 1) на основе совокупных оценок — путем измерения входных сопротивлений, проводимостей или коэффициентов передачи между парами полюсов при различных режимах (холостого хода и короткого замыкания) остальных полюсов и последующего решения системы уравнений;
  • 2) на основе косвенных оценок — путем измерения токов и напряжений на зажимах МЭЦ и последующих расчетов;
  • 3) на основе прямых оценок — путем сравнения параметров контролируемой МЭЦ с параметрами образцовой.

Внутрисхемное диагностирование по обобщенным параметрам возможно, если параметры элементов, образующих ДЭЦ, могут быть рассчитаны по результатам измерения, т. е. выполняются условия измеряемости. Если МЭЦ содержит I внешних и n - I внутренних полюсов (замкнутых контуров), недоступных для подключения измерительной аппаратуры, то связь между параметрами описывают матричным уравнением:

где с = 1,2,I и d, = 1, 2, ..., п-1 — соответственно внешние и внутренние полюсы (контуры), с ф d.

Обобщенные параметры могут быть однозначно определены на основе информации о структуре МЭЦ и параметрах ее элементов согласно уравнению (7.1). Обратная задача, т. е. определение параметров элементов МЭЦ по обобщенным параметрам в общем случае не имеет однозначного решения, так как количество обобщенных параметров МЭЦ меньше числа параметров образующих ее элементов при наличии внутренних полюсов или контуров.

Необходимым и достаточным условием измеряемости является доступность всех полюсов МЭЦ для подключения измерительной аппаратуры или наличие в цепи только внешних контуров. В этих случаях обобщенные параметры [п^] совпадают с параметрами собственно ветвей. Однако при числе полюсов свыше четырех-пяти сложность измерительной аппаратуры и самого процесса диагностирования резко возрастают. Кроме того, при диагностировании систем управления после ремонта, когда возможны топологические ошибки, контроль обобщенных параметров может быть использован только для нахождения отдельных неисправных фрагментов схемы.

Таким образом, измерение обобщенных параметров не эквивалентно контролю собственно элементов МЭЦ и не может быть единственно используемым для внутрисхемного диагностирования. Универсальный способ поэлементного диагностирования основан на раздельном преобразовании параметров элементов МЭЦ в электрические сигналы, т. е. в вычленении на каждой измерительной операции контролируемой цепи из МЭЦ.

Измеряемость параметров ветви Zx между полюсами а и Ъ МЭЦ обеспечивается тогда и только тогда, когда каждый из путей протекания тока от полюса а к полюсу Ъ (исключая путь через ZJ содержат хотя бы один доступный полюс с. При доступности для подключения измерительной аппаратуры всех полюсов схема МЭЦ за счет внешних коммутаций может быть приведена к трехполюсной цепи типа “треугольник” (рисунок 7.1). Для этого определяют подмножество Z' e Z ветвей, имеющих общий полюс а с Zx, и подмножество Р' е Р вторых полюсов Р' =

— МЭЦ

Рисунок 7.1 — МЭЦ

типа “треугольник”

= {р } , „ , этих ветвей. Элементами

Р' могут быть И ПОЛЮСЫ МНОГОПОЛЮСНЫХ компонент. За счет замыкания между собой полюсов подмножества Р' образуют цепь, в которой по отношению к исследуемой ветви Zx остальная часть МЭЦ объединена в две шунтирующие ветви Z и Zm2. Анализ топологии МЭЦ и выбор полюсов легко доступен для автоматизации.

Проиллюстрируем сказанное на примере схемы (рисунок 7.2), имеющей 11 узлов и состоящей из ДЭЦ Z— Zn и многополюсных элементов Mv М2. Рассмотрим измерение Zv Выберем полюс 1 в качестве общего, тогда в подмножество Р' входит только полюс 10. Одной из шунтирующих ветвей является Z3, а второй — сложное соединение остальных элементов схемы. Если в качестве общего выбран полюс 2, то в подмножество Р' входят полюсы 3 и 11. После их объединения между собой с помощью внешнего соединения одна из шунтирующих ветвей будет представлять собой параллельное соединение Z2 и Z4, а вторая — сложное соединение остальных ЭРЭ. Аналогично и для других цепей.

Наличие в МЭЦ внутренних полюсов, недоступных для подключения, не всегда является препятствием для поэлементного диагностирования. Если недоступный полюс соединен не менее чем с тремя внешними полюсами, электрическая связь между которыми существует только через этот полюс, то поэлементный контроль возможен. Наличие не менее трех ветвей, соединяющих общий внутренний полюс с внешними, позволяет через внешние полюсы зафиксировать потенциал недоступного полюса.

— Пример схемы МЭЦ

Рисунок 7.2 — Пример схемы МЭЦ

Рассмотрим в качестве примера МЭЦ, представленную графом на рисунке 7.3, где внутренние полюсы обведены кружками, а внешние обозначены точками.

Полюсы 2, 3, 8, 9 препятствуют проведению поэлементного диагностирования, так как с каждым из них непосредственно соединено не более двух внешних полюсов, не связанных между собой иначе, чем через данный полюс. А именно: с полюсом 2 соединены внешние полюсы 1, 4 и 10, но полюсы 4 и 10 дополнительно связаны между собой через внутренние полюсы 3 и 8; с полюсом 3 соединены те же внешние полюсы и полюсы 1 и 10 соединены между собой через внутренние полюсы 2 и 8; для полюса 8 внешние полюсы 1 и 4 связаны между собой через внутренние полюсы 2 и 3; с полюсом 9 соединены внешние полюсы 4, 7, 11, 12, 13, но только полюс 12 не связан с остальными, у которых имеется общий полюс 6. Полюсы 5 и 6 не препятствуют поэлементному диагностированию: полюс 5 соединен с внешними полюсами 4, 7, 11, 12 и 13, причем полюсы 4 и 11 не соединены с другими. Полюс 6 находится в аналогичных условиях, так как полюсы 12 и 4 или 11 не связаны с остальными.

— Пример граф-схемы МЭЦ

Рисунок 7.3 — Пример граф-схемы МЭЦ

При включении МЭЦ типа “треугольник” в обычную ИС к калиброванному резистору R0 оказываются подключенными ряд ветвей, имеющих общий полюс. Токи реакции на энергетическое воздействие как измеряемой, так и шунтирующих ветвей протекают через R0 и влияют на результат преобразования. Единственной возможностью исключения этого эффекта является эквипотенциальное разделение контролируемой и шунтирующих ветвей за счет установки на вторых полюсах шунтирующих ветвей электрического потенциала, равного потенциалу общего с R0 полюса. С этой целью можно использовать с необходимыми дополнениями ИС, представленные на рисунке 6.4. Основные ИС для контроля ветвей МЭЦ типа “треугольник” приведены на рисунке 7.4.

В пассивной ИС (см. рисунок 6.3) необходимо применение повторителя напряжения ПН (рисунок 7.4, а). ПН задает потенциал полюса с равным потенциалу полюса а. Ток между эквипотенциальными точками через ветвь Zml не протекает. Ток от источника напряжения U0 через ветвь Zm2 замыкается на общую шину через выходное сопротивление ПН, минуя R0. В результате падение напряжения на калиброванном резисторе Rq зависит только от иммитанса Zx контролируемой ветви МЭЦ.

Активные ИС не требуют введения дополнительных узлов для обеспечения возможности контроля МЭЦ. В схеме с положительной обратной связью (рисунок 7.4, б) достаточно выход повторителя напряжения подключить к полюсу с МЭЦ.

— И С для МЭЦ с шунтирующими ветвями

Рисунок 7.4 — И С для МЭЦ с шунтирующими ветвями

В схемах на основе операционных усилителей с включением МЭЦ в цепь отрицательной обратной связи (рисунки 7.4, в, г) полюс с подключается к неинвертирующему входу, который, в свою очередь, может быть соединен с общей шиной или (и) выходом источника напряжения U0. В силу свойств операционного усилителя разность потенциалов на полюсах ветви Z и ток через нее стремятся к нулю, а ветвь Zm2 включена параллельно выходу источника напряжения UQ или ОУ и не влияет на результат измерения.

При необходимости одновременной оценки параметров двух ветвей могут быть использованы измерительные схемы на двух ОУ (рисунки 7.4, д, е). В преобразователях сопротивления цепи в напряжение ветвь Zml включена между инвертирующими входами ОУ: и ОУ2, потенциал которых в силу свойств ОУ близок к нулю. Выходное напряжение Oyj прямо пропорционально адмиттансу ветви Zx в схеме на рисунке 7.4, д или ее импедансу в схеме на рисунке 7.4, е. Выходное напряжение ОУ2в схеме на рисунке 7.4, д зависит только от Zm2 а в схеме на рисунке 7.4, е — от отношения сопротивлений двух ветвей.

Дополнительная погрешность 5Zm, вызванная влиянием шунтирующих цепей МЭЦ, возникает из-за остаточной разности потенциалов Uac на полюсах ветви Zml. Значение этой погрешности зависит от соотношения токов, протекающих через Z и ветвь Z .:

х ml

Причиной возникновения Uac может быть как несовершенство узлов, ответственных за потенциал точки с, так и контактные сопротивления зондов, через которые объект диагностирования подключен к ИС. Первый фактор при использовании современных аналоговых интегральных схем можно исключить из рассмотрения. На вторую причину следует обратить особое внимание при выборе точек подключения к объекту. Покажем это на простейшем примере измерения сопротивления резистора Rx с помощью схемы на ОУ (рисунок 7.5).

Пусть номиналы резисторов в объекте диагностирования составляют: Rx = 1 кОм, Rml = Яш2 =100 Ом, UQ = 1 В, а сопротивление контактирования гк = 5 Ом (среднее значение для

— Учет влияние контактных сопротивлений зондов

Рисунок 7.5 — Учет влияние контактных сопротивлений зондов

многозондового контактирующего устройства). Тогда напряжение между точками аи с, вызванное током, протекающим через Кш2 и г , В. Под действием этого напряжения через R0 протекает вызывающий погрешность ток в то время как ток, обусловленный измеряемым сопротивлением равен Таким образом, погрешность составляет 50%. Такой же результат получается и при расчете по формуле (7.2).

Для минимизации рассмотренной погрешности необходимо использовать двухпроводное подключение к каждой точке МЭЦ, т. е. шестипроводное подключение к МЭЦ объекта диагностирования. Обычно это не вызывает затруднений, так как каждый из элементов, входящих в многополюсную цепь, имеет два вывода и монтируется на печатном узле двумя пайками. То есть каждый полюс МЭЦ, образованный электрическим соединением двух элементов, в объекте имеет не менее чем две точки (пайки) для подключения внешних контактов. Коммутатор АСКД выбирает контакты, подключенные к пайкам соединенных между собой элементов.

Организация шестипроводного подключения к МЭЦ проиллюстрирована на рисунке 7.6, а для случая контроля импеданса и на рисунке 7.6, б — для адмиттанса. Цифрами 1-6 обозначены точки контактирования, т. е. точки припайки элементов к плате. Собственно измерительная схема выполнена на операционном усилителе ОУг

— Шестипроводное подключение контролируемой МЭЦ

Рисунок 7.6 — Шестипроводное подключение контролируемой МЭЦ

Влияние контактного сопротивления гк2, соединяющего полюс с шунтирующей цепи Z - Zm2 (точки 3 и 6 МЭЦ) с общей шиной, в схемах исключается за счет соединения точки 6 с неинвертирующим входом ОУ1 через контактное сопротивление гк4. Вследствие этого потенциал инвертирующего входа усилителя оказываются равными потенциалу точек 3 и 6, и ток через ветвь Z стремится к нулю.

В схеме на рисунке 7.6, а влияние контактных сопротивлений г v гк3, гк5, гк6, обеспечивающих подключение контролируемого импеданса Zx устраняется за счет разделения токовых и потенциальных цепей (классическое 4-зажимное подключение).

В схеме на рисунке 7.6, б влияние гк1 и гк3 устраняется включением их в цепь отрицательной обратной связи ОУ15 работающего в режиме повторителя напряжения. За счет свойств ОУ (малый входной ток и большой коэффициент усиления) при таком включении напряжение на инвертирующем входе усилителя и в точках соединения сопротивлений г и гк3 устанавливается равным напряжению на его неинвертирующем входе. В точках 1 и 2 напряжение воздействия на контролируемую цепь Zx равно U0 и нет потерь на контактных сопротивлениях. Влияние сопротивления гк5 устраняется путем измерения падения напряжения непосредственно на калиброванном резисторе R{). Сопротивление гк6 не влияет на результат контроля, так как ток, протекающий через него, равен входному току ОУ2 и пренебрежимо мал.

Недостатком рассмотренных измерительных схем является погрешность, вызванная уменьшением приложенного к Zx сигнала из-за падения напряжения на контактном сопротивлении гк2. Погрешность становится ощутимой при контроле малых сопротивлений, соизмеримых с сопротивлением контактов.

Схемы, изображенные на рисунке 7.7 лишены этого недостатка. В них к потенциал точек 3 и 6 МЭЦ равен нулю благодаря использованию повторителя напряжения на ОУ2.

Метод измерения параметров ветвей МЭЦ с недоступной точкой соединения (МЭЦ типа “звезда”) дуален рассмотренному, как и сама схема МЭЦ. Для раздельного диагностирования необходимо обеспечить равенство токов, протекающих через две ветви МЭЦ. Для этого в пассивных ИС энергетическое воздействие осуществляется от источника тока I, включенного между ветвями Zxm Zv а напряжение снимают с помощью схемы с высоким входным сопротивлением через оставшуюся ветвь Z2 (рисунок 7.8, а). Выходной сигнал схемы прямо пропорционален контролируемому импедансу Ux = I0ZX.

В активных ИС на основе операционных усилителей при использовании токового воздействия I (рисунок 6.4, б) влияние сопротивления ветвей Zx и Z2 на результат преобразования устраняется за счет включения их последовательно с большими сопротивлениями — внутренним сопротивлением источни-

— Улучшенное шестипроводное подключение МЭЦ

Рисунок 7.7 — Улучшенное шестипроводное подключение МЭЦ

ка тока и входным сопротивлением операционного усилителя. Выходное напряжение схемы при этом прямо пропорционально Ъх. При использовании в этой схеме вместо источника тока с высоким внутренним сопротивлением источника напряжения UQ выходной сигнал пропорционален отношению сопротивлений:

В схеме на рисунке 7.8, в выходное напряжение снимают через ветвь Z2. При этом необходимо, чтобы последующий узел имел высокое входное сопротивление.

— ИС для МЭЦ с недоступной точкой соединения плеч

Рисунок 7.8 — ИС для МЭЦ с недоступной точкой соединения плеч

В схеме на рисунке 7.8, г за счет положительной обратной связи устанавливается значение тока, протекающего через ветви г При этом выходное напряжение узла

вычитания УВ

В схеме на рисунке 7.8, д также используют ИС с положительной обратной связью. Выходные напряжения ИС равны

Дополнительная погрешность, вызванная влиянием неконтролируемых ветвей МЭЦ, возникает из-за тока, протекающего через ветвь Zm2 (остаточной разности потенциалов на полюсах ветви). Значение этой погрешности зависит от соотношения токов, протекающих через Zx и ветвь Z2, и может быть рассчитано по аналогии с выражением (7.2).

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>