В ряде исследований установлено, что на формирование кривой разряжения во впускном коллекторе напрямую оказывают влияние неисправности двигателя [2]. Следовательно, исследуя кривые разряжения можно провести функциональное диагностирование двигателя без разбора его систем и механизмов.

Для инструментальной регистрации пульсаций давления воздуха во впускном коллекторе двигателя разработано специальное устройство, функциональная схема которого показана на рисунке 1.

Рисунок 1 – Функциональная схема устройства

В качестве параметрического преобразователя давления воздуха в электрический сигнал применен ёмкостной датчик. Измерения емкости датчика производится с помощью моста переменного тока. В качестве генератора переменного тока используется мост Вина.

Принципиальная схема устройства представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Принципиальна схема устройства

Принцип действия устройства заключается в следующем.

На вход измерительного моста подаётся переменное синусоидальное напряжение, формируемое генератором Вина, выполненного на операционном усилителе DA 1.1.

Напряжение между диагоналями моста может быть рассчитано по формуле [3].

, (1)

где

, . (2)

Если мост сбалансирован, то z₁=z₂ и R₁₀=R₁₁ => U_BD=0. Тогда U_вых=0.

Предположим, что изменение давления во впускном коллекторе привело к изменению ёмкости C₅.

Учтём, что

; ,

тогда

. (3)

Следовательно, изменение ёмкости С₅ приведёт к изменению общего сопротивления на участке ABC, что вызовет разбаланс моста.

Напряжение U_BD станет отличным от нуля. Это напряжение усилится операционным усилителем DA 1.2 в соответствии с:

, (4)

Изменение напряжения зарегистрирует осциллограф. Сравнив полученные кривые осциллограмм с эталонными, диагност сможет принять решение о наличии и виде неисправностей без разбора двигателя.

Для получения графика пульсаций давления, датчик должен быть подсоединён к впускному коллектору двигателя диагностируемого автомобиля, а выход измерительного устройства подключён к USB осциллографу.

Проведенные стендовые испытаний доказали эффективность предложенного способа диагностирования и позволили сформировать базу эталонных осциллограмм, соответствующих той или иной неисправности.

В частности, на рисунке 3 представлена кривая разрежения во впускном коллекторе на режиме прокрутки стартером. Шумы при нарастании разряжения свидетельствуют о наличии нагара на тарелках впускных клапанов, препятствующего их нормальной работе при такте впуска.

Рисунок 3 – Кривая разряжения во впускном коллекторе

По полученному на рисунке 4 графику можно выявить нарушение фаз газораспределения, вызванное неправильной установкой взаимного расположения коленчатого и распределительных валов двигателя, например, при ремонтных работах или в случаи перескакивания звеньев приводной цепи в случаи ее растяжения.

Рисунок 4 – Кривая разрежения во впускном коллекторе двигателя при смещении распредвала в сторону опережения относительно коленвала.

Различия амплитуд, повторяющиеся в кривой разряжения (рисунок 5) с определенной периодичностью, свидетельствуют об износе цилиндропоршневой группы в отдельных цилиндрах двигателя. Данная неисправность приведет к всасыванию ими разного количества топливовоздушной смеси. Итог – потеря мощности двигателя и неустойчивая его работа на холостом ходу.

Рисунок 4- Кривая разрежения двигателя при износе цилиндро-поршневой группы

Так применение в системе питания дизелей форсунок для впрыскивания топлива со встроенной диагностикой, содержащих корпус, пружину, толкатель, проставку, распылитель форсунки с запорной иглой, клапан шарикового типа, установленный в проставке, а на поверхности проставки, прилегающей к распылителю, выполнена кольцевая канавка, соединяющая качал подвода топлива к распылителю с полостью корпуса форсунки через клапан шарикового типа, при этом в проставке дополнительно установлен герметизированный магнитоуправляемый контакт (геркон) и постоянный магнит, которым является шарик клапана, причем геркон входит в электрическую цепь вместе с постоянным источником тока и контрольной лампой, а в топливоподводящем канале форсунки установлена мембрана с наклеенным тензодатчиком, соединенным электрической цепью с постоянным источником тока, усилителем сигнала и осциллографом [1, с.2].

Применение герметизированного магнитоуправляемого контакта (геркона) обеспечивает возможность постоянного контроля за работоспособностью клапана шарикового типа с выводом контрольной лампы на панель приборов автомобиля.

Установка в топливоподводящем канале мембраны с тензодатчиком, изменяющим величину сопротивления при ее деформации, позволяет производить диагностику совместной работы топливного насоса высокого давления и форсунки, а также диагностику работы самой форсунки с выводом данных на экран регистрирующего прибора, например осциллографа, в виде кривой впрыска.

На рисунке 1 представлена схема конструкции форсунки для впрыскивания топлива при бессливном процессе топливоподачи со встроенной диагностикой.

 1 – корпус, 2 – гайка распылителя, 3 – распылитель, 4 – игла распылителя, 5 -проставка, 6 – штанга, 7 – пружина иглы, 8 – регулировочный винт, 9 – стопорный винт, 10 – штуцер, 11 – топливоподводящий канал, 12 – установочный штифт, 13 – полость, 14 – клапан шарикового типа, 15 – герметизированный магнитоуправляемый контакт (геркон), 16 – шарик клапана, 17 – пружина, 18 – тензодатчик, 19 – мембрана, 20- контрольная лампа, 21 – осциллограф, 22- усилитель сигнала,

Рисунок 1- Схема конструкции форсунки для впрыскивания топлива при бессливном процессе топливоподачи со встроенной диагностикой

Форсунка для впрыскивания топлива при бессливном процессе топливоподачи содержит: корпус 1, гайку распылителя 2, распылитель 3 с иглой 4, проставку 5, штангу 6, пружину иглы 7, регулировочный винт 8, стопорный винт 9, клапан шарикового типа 14 и колпак.

Гайка распылителя 2 предназначена для соединения распылителя 3 с корпусом форсунки, а проставка 5 – для фиксации распылителя 3 относительно корпуса 1 форсунки.

В корпусе 1 форсунки выполнен топливоподводящий канал 11, который соединен через кольцевую канавку с установленным в проставке клапаном шарикового типа 14, служащий для отвода топлива, просачивающегося по зазору между иглой 4 и распылителем 3 в полость 13 размещения пружины 7. В проставке 5 вместе с клапаном шарикового типа 14 устанавливается герметизированный магнитоуправляемый контакт (геркон) 15 и постоянный магнит, которым является шарик клапана 16, предназначенный для контроля работы клапана шарикового типа 14 и соединенный электрической цепью с постоянным источником тока и контрольной лампой на панели приборов автомобиля.

В топливоподводящем канале 11 на мембране 19 устанавливается тензодатчик 18, изменяющий величину сопротивления при ее деформации, вследствие давления топлива в канале 11, позволяющий регистрировать на экране осциллографа давление подъема нагнетательного клапане, начала подъема иглы форсунки, максимального подъема иглы, снижение давления, вплоть до отсечки подачи топлива, что будет соответствовать концу впрыска. Тензодатчик соединен электрической цепью с постоянным источником тока, усилителем сигнала и осциллографом. Такое конструктивное решение позволяет диагностировать работу форсунки на работающем двигателе без ее снятия.

Геркон, так же как и тензодатчик, питается от автомобильного аккумулятора 24 В с выводом показаний на панель приборов автомобиля по электрическим цепям: аккумуляторная батарея, геркон, контрольная лампа и аккумуляторная батарея, тензодатчик, усилитель сигнала и осциллограф.

Форсунка для впрыскивания топлива при бессливном процессе топливоподачи со встроенной диагностикой работают следующим образом. При подаче топлива секцией топливного насоса высокого давления в топливоподводящий канал 11 корпуса 1 форсунки топливо движется по этому каналу к распылителю 3. Происходит нарастание давления в топливоподводящем канале, что соответствует отклонению установленной в нем мембраны, а следовательно, изменению сопротивления тензодатчика 18 и начала регистрации давления на экране осциллографа 21, рисунок 2, где точка 1 (кривая I), (кривая II) соответствует подъему иглы форсунки. Когда давление в канале 11 достигает значения, при котором преодолевается усилие затяжки пружины иглы форсунки, игла отрывается от своего гнезда в распылителе и начинается впрыск, точка 2 [2, с. 176].

При максимальном давлении, соответствующем максимальному изменению сопротивления тензодатчика, точка 5 фиксируется максимальный подъем иглы, далее падение давления до посадки иглы, точка 6, и отсечки давления в надплунжерном пространстве в топливном насосе высокого давления. Вследствие чего на экране осциллографа высвечивается кривая давления впрыска, в зависимости от угла поворота кулачкового вала за период подачи топлива в цилиндр двигателя. Тем самым обеспечивается возможность диагностики работы форсунки на работающем двигателе.

Рисунок 2 – График зависимости давления топлива в форсунке и подъема ее иглы от поворота кулачкового вала

В момент прекращения подачи топлива давление в кармане распылителя резко падает и запорная игла форсунки 4 под действием силы предварительного сжатия пружины 7 и дополнительно давления топлива, воздействующего на торцевую поверхность запорной иглы форсунки 4, и толкателя садится в седло, обеспечивая более крутой задний фронт характеристики впрыскивания. Одновременно с этим через клапан шарикового типа 14 давление выше заданного остаточного, величина которого определяется жесткостью пружины 17 клапана 14, дросселирует из полости корпуса 13 форсунки в топливоподводящую магистраль 11. В момент преодоления сопротивления пружины 17 и прохождения намагниченного шарика 16 клапана 14 мимо герметизированного магнитоуправляемого контакта 15 (геркона) замыкается электрическая цепь, в которую включены: аккумуляторная батарея, генераторная установка геркон и контрольная лампа, выведенная на панель приборов автомобиля, свечение которой будет свидетельствовать о дросселировании топлива в топливоподводящий канал 11. С окончанием прохождения топлива через клапан 14 шарик 16 под действием пружины 17 садится в седло, размыкая контакты геркона 15 [3, с. 231].

Таким образом, тензодатчик, установленный на мембране в топливоподводящем канале  11, обеспечивает возможность получения кривой давления впрыска на экране осциллографа, в зависимости от угла поворота кулачкового вала за период подачи, а следовательно, диагностику совместной работы топливного насоса высокого давления и форсунки на работающем двигателе. Установка герметизированного магнитоуправляемого контакта (геркона) в проставку и замена шарика клапана шарикового типа на магнит дает возможность диагностики работы клапана шарикового типа, а следовательно, и работоспособности форсунки в целом [4, с. 12].

Предлагаемая конструкция обеспечивает диагностирование совместной работы топливного насоса высокого давления и самой форсунки на работающем двигателе, без ее снятия.

Самое широкое применение находят свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, ввиду своей низкой стоимости, простоты обслуживания, приемлемых сроков службы и высоких энергетических характеристик. Конструкции свинцово-кислотных батарей постоянно совершенствуются. В таблице 1 представлены основные характеристики аккумуляторов, наиболее часто используемых на объектах связи ВС РФ.

Т а б л и ц а 1 – Основные характеристики аккумуляторов, наиболее часто используемых на объектах связи ВС РФ.

Температуры, указанные в скобках, достигнуты только для продукции некоторых зарубежных компаний.

Из таблицы 1 следует, что по энергетическим характеристикам современные свинцово-кислотные аккумуляторные батареи вполне сопоставимы со щелочными. Исключение составляют литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы, стоимость которых в несколько раз, а иногда и на порядок, превышает стоимость щелочных. Современные подвижные комплексы связи комплектуются стартерными свинцово-кислотными аккумуляторными батареями той же номенклатуры, что и входящие в состав комплексов связи шасси. В случае аварийных ситуаций эти же батареи работают уже как резервные источники тока, однако основной режим их работы – буферный. В целях унификации, удешевления, простоты обслуживания и упрощения логистики замена щелочных батарей на стартерные свинцово-кислотные выглядит оправданной.

Свинцовые стартерные AGM батареи с регулирующими клапанами характеризуются высокой вибростойкостью, непроливаемостью электролита и малым газовыделением при заряде [1] и повышенной цикличностью.

Своевременное и достоверное определение технического состояния свинцовых стартерных аккумуляторных батарей производится в ходе их диагностирования, что позволяет повысить эффективность использования батарей и продлить их срок службы [2].

Возможность определить в любой момент величину остаточной емкости и спрогнозировать ресурс батареи является достаточно трудоемкой задачей. Полученные данные представляют большую ценность для обслуживающего персонала и позволяют принимать оперативные решения. В стандарте [3] указаны основные диагностические параметры, характеризующие техническое состояние стартерных батарей.

Основными задачами диагностирования являются [4]:

- контроль технического состояния;

- поиск места и определение причин отказа (неисправности);

- прогнозирование технического состояния.

Под контролем технического состояния понимается проверка соответствия значений параметров объекта требованиям технической документации и определение на этой основе одного из заданных видов технического состояния в данный момент времени.

На рисунке 1 представлены виды технического состояния свинцовой стартерной батареи.

Рисунок 1 – Виды технического состояния свинцовой стартерной батареи

Для решения задач диагностирования необходимо:

- определить параметры аккумуляторных батарей, позволяющие с требуемой точностью произвести оценку их состояния;

- минимизировать разброс значений параметров у однотипных батарей;

- выбрать методики проведения диагностирования;

- подобрать аппаратуру, позволяющую провести контроль технического состояния батарей требуемой достоверности.

Согласно работе [5] дефекты по механизму влияния на аккумулятор классифицируются следующим образом:

- дефекты, уменьшающие площадь истинной поверхности электродов;

- дефекты, увеличивающие ток утечки.

Для объективной оценки состояния аккумуляторных батарей необходимо определить степень заряженности аккумуляторов. Все диагностические параметры условно можно систематизировать по трем направлениям:

- определение степени заряженности;

- поиск дефектов, уменьшающих площадь истинной поверхности электродов;

- поиск дефектов, увеличивающих ток утечки.

Диагностирование свинцовых стартерных аккумуляторных батарей в настоящее время осуществляется согласно [3, 7]. Для выпускаемых промышленностью аккумуляторных батарей устанавливаются испытания:

- приемо-сдаточные;

- периодические;

- на надежность;

- типовые.

Методы этих испытаний достаточно трудоемки, требуют специального дорогостоящего оборудования, высококвалифицированного персонала, и для диагностирования батарей при их эксплуатации в войсках практически неприемлемы. Классификация стартерных аккумуляторных батарей, применяемых в ВС РФ представлена в источнике [6], однако она не учитывает герметизированных GEL или AGM аккумуляторных батарей. В Руководстве [7] не предусмотрены методы диагностирования батарей с регулирующими клапанами. Поэтому в настоящее время учеными и промышленностью активно ведутся работы по созданию и внедрению принципиально новых методов и способов диагностирования свинцовых стартерных аккумуляторных батарей. Связано это прежде всего с тем, что имеющиеся на сегодняшний момент способы и средства диагностирования герметизированных AGM аккумуляторных батарей не позволяют оперативно и с достаточной достоверностью оценить их состояние и спрогнозировать их ресурс.

Основные методы диагностирования свинцовых стартерных аккумуляторных батарей представлены на рисунке 2.

Рисунок 2 – Основные методы диагностирования свинцовых стартерных аккумуляторных батарей

Разрушающие методы диагностирования в основном применяются в исследовательских работах с целью определить процессы, протекающие в свинцовом аккумуляторе, приводящие к его отказу. Иными словами выявить природу дефектов, которые уменьшают площадь активной поверхности электродов, увеличивают ток утечки и повышают внутреннее сопротивление аккумулятора.

Масс-спектроскопия – один из методов исследования вещества аккумуляторных электродов путем определения масс атомов, входящих в его состав и их количества под воздействием электрических и магнитных полей. Некоторые результаты его применения указаны в работе [8]. Данный метод обладает очень высокой достоверностью определения атомного состава исследуемого образца, но применение спектрометров ограничено стационарными условиями из-за их массо-габаритных показателей и высоких требований к квалификации обслуживающего персонала. Самым неприемлемым при эксплуатации батарей является то, что применение масс-спектроскопии подразумевает полное разрушение аккумуляторной батареи.

Под неразрушающими методами следует понимать способы и средства не нарушающие целостность объекта диагностирования [9]. Очевидно, что при эксплуатации свинцовых аккумуляторных батарей именно эти методы целесообразно использовать для контроля их состояния. Работа неразрушающих методов основана на регистрации изменения параметрических характеристик батарей в различных условиях эксплуатации. ГОСТ [4] классифицирует диагностирование по типу и времени воздействия: рабочим, тестовым и экспресс. Рабочим и тестовым диагностированием называют диагностирование при котором на батарею подаются, соответственно, рабочие и тестовые воздействия, а экспресс – диагностирование по ограниченному числу параметров за заранее установленное время.

Рабочее воздействие зависит от режима работы аккумуляторной батареи, а следовательно работоспособность может быть оценена по внутренним приборам контроля объекта вооружения и военной техники (ВВТ), на котором установлена батарея, например: амперметру, вольтметру, либо сигнальным лампам. Используя эти методы можно достоверно определить лишь как батарея принимает заряд и, довольно грубо, заряжена она или разряжена.

Основными параметрами, характеризующими технического состояния свинцовых стартерных батарей, являются их номинальная и резервная емкости [3, 9, 10], то есть количество электричества, которое может отдать батарея в заданных условиях. Именно по этой величине производится оценка технического состояния батареи и степень деградации ее аккумуляторов.

Методы тестового диагностирования, по типу воздействия условно можно классифицировать как периодические и внеплановые, которые предусматривают заведомо известное внешнее воздействие, чаще всего, в течение определенного времени. Время тестового воздействия в зависимости от его типа и способа варьируется в широких пределах, может достигать нескольких десятков часов.

Все диагностические мероприятия начинаются с визуального осмотра, и только после его проведения принимается решение о целесообразности дальнейшего диагностирования батарей. Визуальные методы позволяют выявлять явные неисправности на первых этапах диагностирования. Оценивается состояние выводов (наличие коррозии и износ), моноблока и общей крышки (наличие на них трещин и загрязнений). По результатам осмотра дается оценка о внешнем состоянии аккумуляторной батареи и целесообразности ее дальнейшего диагностирования без учета прямых измерений параметров, определяющих техническое состояние батарей.

Методы периодического контроля регламентированы инструкциями, приказами, руководствами и стандартами, основаны на измерениях параметров аккумуляторных батарей непосредственно на выводах, таких как электродвижущая сила (ЭДС), рабочее напряжение, разрядный ток, плотность электролита и его температура.

ЭДС является одним из основных параметров, характеризующих состояние батареи. Она зависит от химических и физических свойств активных веществ и концентрации их ионов в электролите. Величина равновесной ЭДС батареи зависит от количества последовательно соединенных аккумуляторов, плотности их электролита и, в меньшей степени, от его температуры [11]. ЭДС не дает точную оценку о состоянии разряженности батареи, так как ЭДС ее аккумуляторов зависит только от физической природы элементов химической системы, но не от их количества Зависимость ЭДС батареи Е_б описывается эмпирической формулой 

E_б = n(0,84+ρ) 

где n – количество последовательно соединенных аккумуляторов;

ρ – плотность электролита, приведенная к 25 ^оС, используется при определении степени заряженности аккумуляторов в батарее.

Измерение ЭДС проводится вольтметром с большим входным сопротивлением, чтобы не разряжать батарею. На рисунке 3 представлено изменение равновесной ЭДС и электродных потенциалов аккумулятора в зависимости от плотности электролита.

1 – ЭДС; 2 – потенциал положительного электрода; 3 – потенциал отрицательного электрода

Рисунок 3 – Изменение равновесной ЭДС и электродных потенциалов свинцового аккумулятора в зависимости от плотности электролита

Из рисунка 3 по зависимости 1 видно, что зная плотность электролита в конце заряда или плотность заливаемого электролита при приведении сухозаряженных батарей, можно на приемлемом уровне оценивать их техническое состояние при дальнейшей эксплуатации. Явным недостатком данного метода является невозможность определить емкость батареи.

Напряжением аккумуляторной батареи является разность потенциалов на полюсных выводах при зарядных или разрядных процессах при наличии тока во внешней цепи. Напряжение аккумуляторной батареи естественно отличается от ее ЭДС. При разряде оно будет меньше ЭДС, а при заряде больше. На рисунке 4 изображены разрядная и зарядная характеристики. Из рисунка 4 видно, что плотность электролита уменьшается, а при заряде увеличивается. Плотность электролита изменяется по линейному закону до напряжения конца разряда U_кр (рисунок 4 а). При достижении этого значения сернокислым свинцом закрываются поры активного вещества, доступ электролита прекращается, сопротивление увеличивается. Напряжение начинает резко падать. В соответствии со стандартом [3] U_кр ограничено значением 1,75 В, а по стандарту [12], в зависимости от величины разрядного тока, может достигать 1,6 В на один аккумулятор. Дальнейший разряд ведет к разрушению аккумулятора.

Рисунок 4 – Характеристики свинцового аккумулятора: а – разрядная; б – зарядная

Метод диагностирования по рабочему напряжению заключается в подключении к батарее низкоомной нагрузки известной величины. Далее через определенный промежуток времени (как правило на пятой секунде) фиксируют величину рабочего напряжения и, используя табличные величины, производят оценку технического состояния батареи (в зависимости от производителя измерительного устройства рабочее напряжение должно составлять, как правило, не менее 8,5-9 В). Недостатком данного метода является то, что к батарее подключается большая нагрузка (в зависимости от номинальной емкости батареи составляет 100-200 А), что негативно сказывается на фактической емкости батареи и ее сроке службы, если после измерения батарею сразу не отправить на заряд. Температуры, отличные от 25 ± 2 ^оС ведут к искажению результатов измерений. Данный метод не дает оценки емкости и прогноза срока службы диагностируемой батареи.

Согласно Руководству [7] и приказу [13] установлена следующая емкость в конце гарантийного срока службы батарей (в процентах к номинальной): для танковых – 90-100 (в зависимости от модификации), для автомобильных – 70. В свою очередь емкость, отдаваемая стартерными батареями в конце минимального амортизационного срока службы, составляет (в процентах к номинальной): для танковых – 70, для автомобильных 50. Причем срок службы батарей должен быть не менее пяти лет. По истечении этих сроков предписывается оценить величину отдаваемой фактической емкости по отношению к номинальной и принять решение о списании или продлении срока службы батареи на год.

В ВС РФ емкость батарей определяется в ходе проведения контрольно-тренировочного цикла (КТЦ) током десятичасового разряда [7].

КТЦ включает в себя:

- предварительный полный заряд батареи;

- контрольный разряд током десятичасового разряда;

- окончательный полный заряд.

Согласно ГОСТ [3] емкость свинцовых стартерных батарей батарей определяется в режиме двадцатичасового режима разряда, причем должно быть соблюдено постоянство температуры (25 ± 2 ^оС) на протяжении 20-ти часов. На практике, в обычных условиях эксплуатации возникают трудности в поддержании температуры в заданных границах продолжительное время. Величина разрядного тока должна быть постоянной и составлять I_{ном 20} ± 2% (I_{ном 20} – номинальный ток 20-ти часового разряда) до падения напряжения на полюсных выводах батареи до величины 10,50 ± 0,05 В. Время разряда должно быть измерено и зафиксировано для дальнейших расчетов емкости батареи.

Очевидно, что при реализации данного метода возникает необходимость в стабилизированных источниках напряжения или тока, так как, согласно [7], предварительно нужно полностью зарядить батарею, подвергаемую контролю. Также необходим контроль температуры электролита аккумуляторов, причем измерять ее необходимо в одном из центральных аккумуляторов (температура должна находиться в пределах 25 ± 2 ^оС) в течение всего разряда. При конечной температуре отличной от 25 ± 2 ^оС следует воспользоваться температурной поправкой:

С_{20 25}^о_С = С_20Т [1 – 0,01(Т – 25)],

где С_{20 25}^о_С  - расчетная емкость в режиме 20-ти часового режима разряда с учетом температурной поправки;

С_20Т – фактическая емкость батареи в режиме 20-ти часового режима при конечной температуре, отличной от 25 ± 2 ^оС;

Т – фактическая температура электролита в центральном аккумуляторе в конце разряда.

Контроль резервной емкости осуществляется аналогично вышеописанному методу с отличием лишь в том, что величина разрядного тока составляет 25А ± 1%, а формула температурной поправки имеет следующий вид:

С_{р 25}^о_С = С_{р Т} [1 – 0,009(Т – 25)],

где С_{р 25}^о_С  – расчетная резервная емкость с учетом температурной поправки;

С_рТ – фактическая резервная емкость батареи при конечной температуре, отличной от 25 ± 2 ^оС;

Т – фактическая температура электролита в центральном аккумуляторе в конце разряда.

Кроме того, со стороны обслуживающего персонала необходим контроль напряжения на полюсных выводах и регулировки разрядных токов, так как при разрядных процессах снижается плотность электролита и, соответственно, увеличивается внутреннее сопротивление аккумуляторов батареи.

Данный метод дает самую точную оценку емкости и состоянию батареи в целом, но требует наличия специального оборудования, больших временных, энергетических и трудовых затрат. Большие трудности вызывает и то, что для применения данного метода батарею предварительно нужно отключить от нагрузки и заменить подменным фондом. В то же время измерение температуры электролита аккумуляторов герметизированных батарей вообще невозможно, что в свою очередь ведет к существенному снижению достоверности полученных результатов. Вместе с тем в источнике [14] говорится, что приемлемый критерий точности таких измерений должен составлять 3% и выше. В Руководстве [7] вообще не представлена информация по способам контроля технического состояния герметизированных батарей и определения их емкости, несмотря на то, что поставки таких батарей в войска уже начались.

В последнее время, в связи с массовым производством герметизированных свинцовых аккумуляторных батарей с иммобилизованным электролитом и их широким применением в телекоммуникационных системах, большую значимость получили исследования в области разработки и создания новых способов определения технического состояния именно этих батарей.

Из-за резко возросших требованиями к аккумуляторным батареям, возникла необходимость в контроле их состояния при минимизации времени его проведения, а в некоторых случаях и в масштабе реального времени. В свою очередь это обуславливает проведение контроля технического состояния вне предписанных руководящими документами временных рамках. Очевидно, что данный контроль должен проводится оперативно, с максимальной достоверностью и минимальным временем. Важным аспектом еще является и то, что такие методы должны исключать отключение батареи от потребителей и перерывы в работе средств связи.

Методы внепланового контроля должны проводиться за минимальное время, ведь его основное предназначение – оценка состояния батарей в межрегламентные сроки. Очевидно, что именно измерение функциональных зависимостей и расчет на их основе величины емкости необходимо применять при внеплановом контроле.

Внутреннее сопротивление батареи является важным диагностическим параметром [9]. Зная его величину в начальный момент и ее изменение в процессе эксплуатации можно с приемлемой достоверностью сделать прогноз остаточного ресурса. Однако остаточный ресурс зависит от множества характеристик, в числе основных: режим работы батареи, величины разрядных и зарядных токов, глубина циклирования, температурные условия эксплуатации, повышенная вибрация, воздействие других внешних факторов. Поэтому прогнозирование остаточного ресурса батареи является довольно сложной задачей.

Измерение внутреннего сопротивления представляет определенные трудности, ввиду его малой величины. Но при больших величинах разрядных токов имеет существенное значение. При расчете учитывают сопротивления пластин, сепараторов и электролита. Для ее регистрации применяют методы измерений постоянным и переменным током.

Методы измерения постоянным током основаны на применении закона Ома. На рисунке 5 представлено сопротивление свинцово-кислотной аккумуляторной батареи из 12 элементов емкостью 3 А×ч при разных режимах разряда.

Рисунок 5 – Сопротивление аккумуляторной батареи из 12 элементов емкостью
3 А×ч при разных режимах разряда.

Из рисунка 5 видно, что величина сопротивления источника тока не является истинным омическим и зависит от состояния заряда батареи и разрядного тока.

В ГОСТ [12, 15] описана методика измерения сопротивления применительно к свинцово-кислотным химическим источникам тока, которая заключается в регистрации изменения напряжения по двум разрядным величинам тока в заданных временных условиях по следующей формуле:

R_полное = R_Ω + R_пол = (U₁ – U₂)/(I₂ – I₁), где

R_Ω – активное сопротивление;

R_пол – сопротивление поляризации;

U₁, U₂ – регистрационные напряжения соответственно на 20 и 5 секундах разрядных токов I₁, I₂;

I₁, I₂ – соответственно величины разрядных токов 4С₁₀ и 20С₁₀.

На рисунке 6 изображен отклик химического источника тока на разрядный импульс постоянного тока.

Рисунок 6 – Отклик химического источника тока на разрядный импульс постоянного тока

К недостаткам данного метода можно отнести невозможность определения R_пол, а также то, что достоверность результатов достигается лишь на батареях со степенью разряженности не более 90% [9]. При большей разряженности батарей для определения нижней границы ΔU_Ω, возникает острая необходимость в применении приборов, способных регистрировать отклик с высокой скоростью.

На рисунке 7 представлен резонансный мост для измерения сопротивления аккумуляторов переменным током, где В – батарея, подвергаемая измерениям. Согласно [14] данная схема позволяет измерять величину внутреннего сопротивления 0,004 Ом с точностью 2%.

Рисунок 7 – Резонансный мост для измерения сопротивления аккумуляторов

Анализ работ [3, 12, 15, 16, 17, 18, 19] показал, что методы измерения сопротивления переменным током применяются только для щелочных аккумуляторов и батарей на частоте 1 ± 0,1 кГц. Согласно [20] измеренное переменным током сопротивление содержит как активную так и реактивную составляющую. Импеданс (полное сопротивление электрической цепи) для различных типов электрохимических систем и даже однотипных батарей будет различным. Хотя величина импеданса большинства зарубежных производителей оценивается на 1 ± 0,1 кГц и для довольно широкой номенклатуры импеданс будет равен R_Ω. Сопротивление, полученное методом переменного тока будет всегда меньше измеренного при постоянном токе, так как исключает величину R_пол. При частотной зависимости (кроме частот менее 3 Гц) переход к сопротивлению на постоянном токе крайне затруднителен из-за специфики электрохимических процессов.

Внутреннее сопротивление свинцово-кислотных батарей, полученное на переменном токе, нельзя использовать при расчете тока короткого замыкания и оценки чувствительности и селективности защитных аппаратов сети постоянного тока.

Величина тока короткого замыкания, рассчитанная по сопротивлению на постоянном токе, будет меньше, чем при переменном токе, что, в свою очередь, может привести к ошибочным результатам как при оценке технического состояния свинцово-кислотных батарей, так и при обеспечении требуемого уровня напряжения у потребителей постоянного тока при резком возрастании нагрузки.

В работе [21] автором была доказана справедливость данного метода применительно к свинцово-кислотным батареям. Для этого им была рассмотрена эквивалентная схема в виде последовательной RLC-цепочки. По мнению автора, можно считать, что такой метод вычисления параметров эквивалентной схемы аккумулятора позволяет оценить значения их емкости с относительной погрешностью вычисления не более 15 %.

Экспресс-диагностирование как уже отмечалось выше основано на определении состояния батарей по ограниченному числу параметров за установленное время. Из рисунка 2 видно, что методы тестового и экспресс-диагностирования могут не только взаимозаменять друг друга при условии минимизации времени измерений и регистрации диагностических параметров, но и дополнять.

Статистические методы находят применение большей частью в научно-исследовательской деятельности, а также при построении различных систем мониторинга и основываются на обработке и систематизации различных данных, полученных в ходе наблюдения за изменениями в работе исследуемых батарей. На основании полученных данных строятся определенные зависимости, производится моделирование процессов и прогнозирование состояния батарей в различных условиях эксплуатации.

Таким образом можно сделать вывод, что существующая система диагностирования аккумуляторных батарей в ВС РФ не в полной мере отвечает современным требованиям по эксплуатации поступающих в войска герметизированных аккумуляторных батарей.

Одним из самых важных параметров батарей является ее резервная или номинальная емкость. Наиболее точным и быстро измеримым параметром батареи, способным дать достаточно точную оценку ее состояния является внутреннее сопротивление. Данный параметр может быть использован для прогнозирования состояния и остаточного ресурса батареи в режиме эксплуатации. Можно считать, что на настоящий момент еще не найдено путей достоверного определения внутреннего сопротивления батарей.

Наиболее точными и оперативными являются методы измерения параметров батареи с применением воздействия переменным и (или) постоянным током.

- надежность электроснабжения;

- качество электроэнергии;

- ремонтопригодность;

- безопасность;

- энергоэффективность;

- экологичность;

- эргономичность.

Категории электроприемников по надежности энергоснабжения определяются на этапе проектирования на основании нормативной документации и технологических процессов, в которых они применяются. Согласно [1] предприятия связи относятся к электроприемникам первой категории, а самые высокие требования у таких предприятий предъявляются к надежности энергоснабжения. Поэтому энергообеспечение таких электроприемников энергии должно осуществляться от двух взаимно резервирующих источников электропитания.

Из состава электроприемников первой категории может быть выделена особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых должна предотвращать от катастроф (происшествий) техногенного характера. Энергообеспечение этой группы должно предусматривать наличие третьего взаимно резервирующего источника питания.

В качестве третьего источника энергоснабжения для особой группы электроприемников первой категории и второго для остальных электроприемников первой категории могут выступать электростанции различной мощности, генераторы, аккумуляторные батареи.

Отметим, что значимость надежности энергообеспечения передвижных объектов связи специального назначения многократно возрастает на удалении от стационарных электрических сетей.

Особое внимание в таких условиях необходимо уделить системам резервирования подвижных объектов связи, как правило, аккумуляторным батареям. Поддержание последних в исправном состоянии является довольно трудоемкой задачей [2]. В современных условиях аккумуляторное хозяйство требует довольно продолжительного времени для его обслуживания и поддержания в работоспособном состоянии.

Попытки минимизировать время, затрачиваемое на определение технического состояния аккумуляторных батарей, и упростить данный процесс предпринимались неоднократно представителями промышленности как зарубежных, так и отечественных производителей. В настоящее время промышленностью выпускаются технические средства для оценки технического состояния аккумуляторных батарей различного уровня от элементарных пробников до высокоточных приборов, включенных в Государственный реестр средств измерений.

Наибольшее распространение получили пробники (нагрузочные вилки) аккумуляторов и батарей ввиду простоты использования, конструкции, низкой цены и неприхотливости. Выпускаются они для всех типов батарей (стационарных, тяговых и стартерных) с незначительными внешними конструктивными отличиями, предельными измеряемыми значениями напряжения и тока нагрузки.

На рисунке 1 представлены нагрузочные вилки, выпускаемые в настоящее время отечественными производителями [3, 4].

                                                         а

б

а) нагрузочная вилка Н-2001 производства ЗАО «Автоэлектрика» г. Москва; б) нагрузочная вилка НВ-04 производства ООО «НПП Орион» г. Санкт-Петербург.

Рисунок 1 – Отечественные нагрузочные вилки

Нагрузочные вилки Н-2001 и НВ-04 наиболее универсальны, конструктивно схожи с выпускаемыми ранее пробниками типа Э-107, однако при этом более функциональны. В конструкцию включены дополнительные нагрузки, что позволяет использовать их при техническом диагностировании отдельных аккумуляторов (НВ-4) и батарей различной емкости. Номенклатурный ряд вышеуказанных производителей гораздо шире и позволяет потребителю подобрать прибор для различных типоразмеров свинцово-кислотных аккумуляторов и батарей. Нагрузочная вилка НВ-04 снабжена собственным источником питания, что позволяет ей сохранять в памяти и хранить измеренные значения напряжений. Функциональные возможности рассматриваемых приборов с незначительными отличиями примерно одинаков. В таблице 1 представлены сравнительные характеристики нагрузочных вилок Н-2001 и НВ-04.

Таблица 1 – Сравнительные характеристики нагрузочных вилок Н-2001 и НВ-04

К существенным недостаткам данных приборов можно отнести то, что они существенно нагружают аккумуляторные батареи большими разрядными токами хоть и в кратковременном режиме (обычно не более 5 секунд). Для полностью заряженной и исправной батареи кратковременные нагрузки не критичны, чего нельзя сказать о разряженной. Большие разрядные токи ведут и к существенному нагреву спирали, включенной в конструкцию нагрузочных вилок, и выполняющую роль нагрузки приборов, поэтому производители рекомендуют делать паузу между измерениями под нагрузкой, как правило, не менее 15 секунд. Для полной и достоверной оценки технического состояния аккумуляторной батареи производители все же рекомендуют проводить контрольный цикл.

Внутреннее сопротивление источника электроэнергии зависит от множества параметров, например, количества активной массы, пористости электродов и сепараторов, плотности электролита, температуры, режима разряда и др. Очевидно, с ростом емкости аккумулятора (батареи) его внутреннее сопротивление уменьшается и увеличивается в процессе износа. Конструкция стартерных батарей предусматривает разряд большими токами в течение короткого времени, следовательно, такие батареи должны обладать минимально возможным активным сопротивлением. Поэтому в последнее время большое внимание уделяется определению такого параметра аккумуляторной батареи как внутреннее сопротивление. С ростом внутреннего сопротивления источника тока ее техническое состояние ухудшается. Определив внутреннее сопротивление батареи можно дать достаточно точную оценку состоянию батареи и на ее основе рассчитать такие параметры как емкость и ресурс. Определение внутреннего сопротивления вызывает определенные трудности, а именно для его определения требуется применение высокоточных приборов – миллиомметров, что в свою очередь существенно увеличивает стоимость измерительной системы в целом. Тем не менее, все большую популярность завоевывают разнообразные тестеры и анализаторы технического состояния аккумуляторных батарей. Несмотря на то, что это довольно сложные устройства, они все же не требуют от пользователя специальных знаний и навыков, достаточно выбрать соответствующие пункты в меню прибора и приступить к измерениям. Время затрачиваемое на измерение, как правило, не превышает 20 секунд. На основе полученных измерений, производится анализ, результатом которого являются либо конкретные рекомендации, либо отображаются рассчитываемые параметры. Некоторые модели снабжены термопринтерами и портами с различными интерфейсами для связи и вывода информации на персональный компьютер. Также к достоинствам можно отнести то, что использование некоторых моделей тестеров и анализаторов не требует отключения аккумуляторных батарей от нагрузки. Производители предлагают измерительные приборы различного назначения, как для стационарных батарей, так и автомобильных.

На рисунке 2 представлен тестер аккумуляторных батарей AA1000-RP компании Argus Analyzers.

Рисунок 2 – Тестер аккумуляторных батарей AA1000-RP

AA1000-RP предназначен для оценки состояния аккумуляторных батарей свинцово-кислотных (стартерных, тяговых, стационарных) и щелочных (никель-кадмиевых и литиевых) с номинальным напряжение 6 и 12 вольт. Диапазон измерения внутреннего сопротивления составляет 1-150 мОм, что соответствует батареям в диапазоне 1-300 А ч. В основу положен принцип работы нагрузочной вилки, с тем отличием, что нагрузка величиной 100 А подключается на очень короткое время, менее 1 мс [5]. Измеряется лишь напряжение и внутреннее сопротивление батареи, остальные параметры рассчитываются. Функция температурной поправки увеличивает достоверность результатов измерений. Предварительно в прибор нужно ввести исходные данные, которыми являются напряжение аккумуляторной батареи и ток холодной прокрутки в одном из поддерживаемых стандартов (для стартерных батарей) или внутреннее сопротивление (для стационарных и щелочных батарей). Обычно эта информация доступна пользователю из поставляемой с батареями документацией или непосредственно с маркировки на моноблоке батареи. В случае отсутствия такой информации у пользователя, результаты будут некорректными. Информации о AA1000-RP в Государственном реестре средств измерений на момент написания статьи нет [6]. Основные характеристики AA1000-RP представлены на рисунке 3.

Рисунок 3 – Основные характеристики тестера аккумуляторных батарей AA1000-RP

Индикатор емкости свинцовых аккумуляторов Кулон-12/6p производства ООО
«А и Т системы» позволяет проводить оперативную оценку емкости аккумуляторных батарей, в том чисел без их отключения от нагрузки, от 0,9 А×ч до 350 А×ч в двадцатичасовом режиме разряда [7]. Включение прибора производится нажатием на любую кнопку или при подключении к аккумуляторной батарее. Включение прибора не произойдет, если клеммы будут подключены ошибочно. При напряжении выше 400 В возможен выход прибора из строя. Для оценки емкости прибор делает посылку тестового сигнала. По отклику аккумуляторной батареи на посылаемый сигнал производится расчет ее емкости.

На рисунке 4 изображен индикатор емкости свинцовых аккумуляторов Кулон-12/6p производства ООО «А и Т системы» г. Москва.

Рисунок 4 – Индикатор емкости свинцовых аккумуляторов Кулон-12/6p

В приборе предусмотрена возможность измерения температуры при помощи встроенного бесконтактного датчика температуры (пирометра). Для корректного измерения температуры производитель рекомендует проводить измерения на расстоянии нескольких сантиметров от корпуса батареи. Необходимо направить окно датчика температуры (расположенное с тыльной стороны) на середину одной из сторон батареи, при этом угол зрения пирометра составляет 90 градусов. Оценка емкости может быть произведена при фактической (измеренной) температуре или приведенной к +20 ^оС, что очень удобно для сравнения полученного значения с номинальной емкостью. Данный параметр задается через соответствующий пункт в меню. Выключение прибора происходит автоматически, через 30 секунд бездействия [8].

В таблице 2 представлены основные характеристики индикатора Кулон-12/6p.

В приборе имеется возможность сохранения значений оценки емкости на 500 измерений и формирования их в 26 групп. Результаты оценки могут быть получены уже через 3 секунды после подключения прибора к клемам аккумуляторной батареи.

Таблица 2 – Основные характеристики индикатора емкости Кулон-12/6p

Достоверная оценка емкости прибора возможна только полностью заряженных батарей в диапазоне напряжений от 6,3 до 7,1 В и от 12,6 до 14,2 В. В противном случае определить емкость невозможно, а на дисплей выводятся соответствующие сообщения. На рисунке 5 представлены возможные сообщения, выводимые на дисплей прибора, неисправности и рекомендации по их устранению.

Рисунок 5 – Возможные сообщения, выводимые на дисплей прибора, неисправности и рекомендации по их устранению.

В некоторых случаях, несмотря на усиленную фильтрацию на входе, прибор показывает недостоверные результаты, а на дисплее появляется сообщение «шум», например, если аккумуляторная батарея подключена к нагрузке, работает в режиме заряда или разряда. В таких случаях рекомендуется повторить измерения, предварительно снова подключив прибор к батарее.

Погрешность показаний прибора при оценке емкости аккумуляторных батарей под нагрузкой или в режиме интенсивного заряда (если все же удалость получить значения емкости) составляет от 5% до 10%. Прибор требует калибровки, участия пользователя в этом процессе и определенных навыков. Поправочный коэффициент на некоторые эксплуатируемые типы батарей также можно найти на сайте производителя. По умолчанию прибор откалиброван с использованием усредненных характеристик герметизированных батарей.

Использование прибора Кулон-12/6p накладывает некоторые неудобства, в частности это невозможность оценки емкости разряженных (частично или полностью) батарей. Так же для достижения достоверных результатов при измерении температуры и дальнейшей оценки емкости, производитель рекомендует выдержать батарею для выравнивания температуры между корпусом и внутренними частями. В свою очередь это приводит к значительным временным затратам и невозможности использования в полевых условиях.

Информации о Кулон-12/6p в Государственном реестре средств измерений на момент написания статьи нет [6].

Анализатор свинцово-кислотных химических источников тока Мега-003 производства ООО «Мегарон» г. Санкт-Петербург (рисунок 6) предназначен для оценки свинцово-кислотных аккумуляторов, батарей и прогнозирования их технического состояния. Для этих целей определяется время отклика на специальный тестовый сигнал. Основными измеряемыми параметрами являются: НРЦ, напряжение под нагрузкой, внутреннее сопротивление и температура.

Рисунок 6 – Анализатор свинцово-кислотных химических источников тока Мега-003

Анализатор является сложным электротехническим устройством, однако довольно прост в использовании [9]. В приборе предусмотрена возможность установки исходных данных, а именно тип исполнения батарей (аккумуляторов) и величину тока холодной прокрутки. В предустановках также можно выбрать открытые (вентилируемые) или герметизированные батареи (аккумуляторы).

Имеется возможность установки параметров эталонной батареи, относительно значений параметров которой можно оценивать требующие анализу батареи (аккумуляторы) и фиксировать величину отклонений в процентах, что очень удобно при массовом выходном или входном контроле.

Основные характеристики анализатора свинцово-кислотных химических источников тока Мега-003 представлены на рисунке 7. 

Рисунок 7 – Основные характеристики анализатора свинцово-кислотных химических источников тока Мега-003

На основе измеренных параметров анализатор моделирует дальнейшие процессы в батарее (аккумуляторе) и рассчитывает величину емкости, заряженности и тока холодной прокрутки при фактической температуре. Для расчета тока холодной прокрутки в один из зажимов встроен термодатчик.

Минимальная температура эксплуатации прибора составляет минус 30 ^оС кратковременно, не более 5 минут.

Прибору необходимо техническое обслуживание, которое делится на еженедельное, ежеквартальное и годовое. Годовое техническое обслуживание требует наличия довольно широкой номенклатуры измерительных приборов, прошедших поверку, и квалифицированных специалистов. Это значительно усложняет условия эксплуатации прибора Мега-003, тем более, что он не входит в Государственный реестр средств измерений [6].

Отличительной особенностью анализатора электрохимических источников питания АЕA30V, производства ООО «Группа предприятий Алекто» г. Омск, является возможность измерения внутреннего сопротивления электрохимических источников тока на четырех различных частотах в диапазоне 20 Гц – 1000 Гц, причем пользователю предоставлена возможность выбора установки номинала частот с шагом один Гц [10] По умолчанию прибор производит измерения на четырех предустановленных частотах 20 Гц, 100 Гц, 500 Гц и 1000 Гц. При необходимости, пользователю предоставлена возможность отключения одной или нескольких частот для измерения внутреннего сопротивления.

На рисунке 8 представлен анализатор электрохимических источников питания АЕA30V.

Рисунок 8 – Анализатор электрохимических источников питания АЕA30V

Еще одной особенностью АЕA30V является измерение активной и реактивной составляющих сопротивления источника тока, а также измерение угла между направлениями векторов комплексного и активного сопротивления. Основные характеристики анализатора электрохимических источников питания АЕA30V представлены на рисунке 9.

Рисунок 9 – Основные характеристики анализатора АЕA30V.

Данный прибор в техническом плане сложнее рассмотренных ранее, хотя довольно прост в использовании. Измеряемые с его помощью параметры позволяют более детально оценить состояние источника тока. Прибор ориентирован большей частью для профессионального использования и подходит для анализа источников питания различных электрохимических систем.

Также в приборе АЕA30V предусмотрена функция определения тока холодной прокрутки в стандарте DIN или EN, что в свою очередь позволяет оценить состояние стартерных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей.

Результаты измерений можно сохранить на внутренней памяти, а затем передать на персональный компьютер через USB порт.

Информации о АЕA30V в Государственном реестре средств измерений на мо-мент написания статьи нет [6].

Тенденции к переходу от унифицированных приборов к узкоспециализированным более ясно прослеживается у зарубежных производителей. Большинство иностранных производителе выпускают тестеры и анализаторы аккумуляторов (батарей) отдельно не только для различных электрохимических систем, но и для различных типов аккумуляторов (батарей) одной электрохимической системы.

Например, Midtronics, в своей производственной линейке имеют приборы, предназначенные для оценки и анализа технического состояния свинцово-кислотных аккумуляторов (батарей) отдельно для стартерных и для стационарных (тяговых).

Для стационарных батарей внутреннее сопротивление является наиболее важным параметром свинцово-кислотных батарей. Его величину производители батарей указывают в эксплуатационной документации. В процессе износа сопротивление батареи может увеличиться от 1,5 до 2 раз, чем в начале эксплуатации. На рисунке 10 представлена зависимость величины внутреннего сопротивления стационарных свинцово-кислотных батарей различной конструкции от емкости.

Рисунок 10 – Зависимость величины внутреннего сопротивления стационарных свинцово-кислотных батарей различной конструкции от емкости

Тестер аккумуляторных батарей Hioki 3554 японской фирмы «HIOKI E.E. CORPORATION» (рисунок 11) предназначен для оценки степени износа стационарных свинцово-кислотных батарей на основе зависимости, указанной на рисунке 8, а также батарей других электрохимических систем. Оценка состояния батарей производится без отключения от нагрузки, однако во избежание наводок на измерительных щупах и получения некорректных значений, производитель рекомендует проводить измерения на достаточном расстоянии от источников переменного тока [11].

Рисунок 11 – Тестер аккумуляторных батарей Hioki 3554

Данный прибор имеет функцию измерения температуры, которая может быть измерена как на зажимах батареи, так и при помощи встроенного пирометра.

Перед применением прибор рекомендуется откорректировать. Длительность корректировки составляет не более четырех секунд.

Основные характеристики Hioki 3554 представлены на рисунке 12.

Рисунок 12 – Основные характеристики тестера аккумуляторных батарей Hioki 3554

Измерения сохраняются на внутреннюю память (до 4800 измерений), а затем отправлены на персональный компьютер через USB – порт. Прибор является сложным электротехническим устройством, воздействие постоянного напряжения более 60 В может нарушить его работоспособность. Категорически запрещается подключать прибор к источнику переменного тока.

Информации о Hioki 3554 в Государственном реестре средств измерений на мо-мент написания статьи нет [6].

Тестер аккумуляторных батарей PITE 3915 (рисунок 13), производства «PITE TECH. INC.» (КНР) предназначен для измерения внутреннего сопротивления батарей [12].

Рисунок 13 – Тестер аккумуляторных  батарей PITE 3915

Принцип действия основан на преобразовании входного аналогового сигнала в цифровой сигнал в аналогово-цифровом преобразователе, дальнейшей его обработке и отображении результатов измерений на дисплее. Тестер представляет собой портативное переносное устройство с жидкокристаллическим сенсорным экраном и дополнительной клавиатурой. Измерение осуществляется при помощи тестового кабеля с двумя зажимами, которые подсоединяются к клеммам аккумуляторной батареи. Внутренняя память прибора позволяет сохранить данные тестирования более 3000 элементов аккумуляторов. Реализована функция выгрузки измеренных данных на персональный компьютер для дальнейшей обработки. Основные технические характеристики представлены на рисунке 14.

Рисунок 14 – Основные характеристики тестера аккумуляторных  батарей PITE 3915

Питание тестера осуществляется от встроенного литиевого аккумулятора.

Встроенное программное реализовано аппаратно и является метрологически значимым, представляет собой микропрограмму, предназначенную для обеспечения нормального функционирования прибора и управления интерфейсом.

Внешнее программное обеспечение, устанавливается на персональный компьютер, позволяет  сохранять и обрабатывать результаты измерений и не является метрологически значимым.

PITE 3915 включен в Государственный реестр средств измерений [6].

Тестеры батарей Fluke BT510/BT520/BT521 производства фирмы «Fluke Corporation» (США) предназначены для контроля состояния стационарных батарей. Применяются для измерения напряжения и силы постоянного тока, напряжения и силы переменного тока, импульсного напряжения, внутреннего сопротивления, частоты переменного тока, а так же температуры.

Конструктивно тестеры схожи, выполнены в ударопрочном пылезащитном корпусе и представляют собой портативные цифровые приборы. Fluke BT521 является более функциональным прибором и отличается от Fluke BT510/BT520 тем, что в нем диапазон измерения постоянного тока увеличен до 1000 В, реализована возможность измерения и компенсации температуры батареи, а связь с персональным компьютером может быть осуществлена по беспроводному каналу. Температура измеряется по минусовому выводу батареи при помощи инфракрасного датчика температуры, встроенного в отрицательный измерительный щуп. Внешний вид тестера Fluke BT521 представлен на рисунке 15.

Рисунок 15 – Тестер батарей Fluke BT521

Принцип действия тестеров Fluke серии 500 основан на  преобразовании аналоговых входных сигналов в цифровую форму быстродействующим аналого-цифровым преобразователем с последующей индикацией сигналов на цифровом дисплее. На передней панели тестеров расположены: жидкокристаллический дисплей, клавиши управления, а также переключатель режимов работы.

Питание тестеров осуществляется от одного литий-ионного аккумулятора типа.

Программное обеспечение тестеров встроено в защищённую от записи память микроконтроллера, что исключает возможность  его  несанкционированных настройки и вмешательства,  приводящих  к  искажению  результатов  измерений.

Основные сравнительные технические характеристики Fluke BT510/BT520/BT521 представлены на рисунке 16.

Рисунок 16 – Основные сравнительные характеристики

Fluke BT510/BT520/BT521

Тестеры батарей Fluke BT510/BT520/BT521 включены в Государственный реестре средств измерений [6].

Североамериканская компания «Midtronics, Inc.» (США) специализируется на выпуске измерительных приборов для контроля технического состояния аккумуляторных батарей [14]. Особенностью данных приборов является то, что в них проводится оценка величины обратной внутреннему сопротивлению батарей – проводимости. Результаты измерений отображаются не в привычных омах, а в сименсах. Номенклатурный ряд выпускаемых приборов достаточно широк, охватывает автомобильные и стационарные батареи. Принцип действия приборов основан на преобразовании входных сигналов в цифровую форму с помощью быстродействующего аналогово-цифрового преобразователя. На лицевой части приборов расположена клавиатура для выбора специальных функций и жидкокристаллического дисплея.

Для измерения параметров, тестеры непосредственно подключаются к анализируемым батареям. Результаты, а также режим и единицы измерений, предупреждающие индикаторы отображаются на жидкокристаллическом дисплее.

На рисунке 17 представлен тестер автомобильных аккумуляторных батарей Midtronics Celltron Start Plus.

Рисунок 17 – Тестер автомобильных батарей Midtronics Celltron Start Plus (CTS-700).

В зависимости от модели, в приборах реализована возможность сохранения результатов на съемной карте памяти или внутренней. Передача результатов на персональный компьютер может быть осуществлена через USB или инфракрасный порт. Также через инфракрасный порт результаты могут быть переданы на портативный принтер.

Тестер автомобильных батарей Midtronics Celltron Start Plus включен в Государственный реестр средств измерений [6].

Основные технические характеристики Midtronics Celltron Start Plus (CTS-700) представлены на рисунке 18.

Рисунок 18 – Основные  характеристики тестера Midtronics

Celltron Start Plus (CTS-700)

В процессе изготовления во встроенную память загружается внутреннее программное обеспечение, являющееся метрологически значимым. Программное обеспечение защищается аппаратными средствами и исключает вмешательство и несанкционированные настройки, приводящие к искажению полученных результатов.

Многократно отмечалось, что для бесперебойного питания и надежного энергообеспечения информационных и телекоммуникационных сетей, а также различных энергосистем решающее значение имеет полная, достоверная и своевременная информация о техническом состоянии батарей. Как правило, такие системы имеют в своем составе батареи с большей емкостью, нежели автомобильные.

Для стационарных систем компанией «Midtronics, Inc.» выпускается тестер Celltron Advantage 5000 (рисунок 19), предназначенный для измерения внутреннего сопротивления батарей различных электрохимических систем и дальнейшего их анализа емкостью до 6000 А×ч с напряжением до 16 В.

Рисунок 19 – Тестер батарей Midtronics Celltron Advantage 5000

Прибор обладает довольно широкими функциональными возможностями, позволяет отслеживать и прогнозировать техническое состояние батарей. Основные технические характеристики представлены на рисунке 20.

Рисунок 20 – Основные характеристики тестера батарей Celltron Advantage 5000

К особенностям можно отнести возможность тестирования стартерных батарей. Данный режим активируется нажатием специальной клавиши. К тому реализована возможность до 250 предустановок для различных тестируемых батарей. Калибровка проводится автоматически перед каждым проверкой и дальнейшей калибровки не требуется. По заявлению производителя время, отводимое на процесс тестирования, сократилось на 50% по сравнению с другими анализаторами батарей.

Прибор обладает встроенным бесконтактным датчиком измерения температуры и инфракрасным портом для отправки результатов измерений и отчетов на портативный принтер. Результаты измерений также могут быть переданы на персональный компьютер при помощи USB порта.

Тестер батарей Midtronics Celltron Advantage 5000 включен в Государственный реестр средств измерений [6].

Проведенный анализ позволяет сделать следующие выводы:

Прогнозирование технического состояния является очень трудной и одновременно важной задачей. Очень важно понимать, что все современные тестеры и анализаторы свинцово-кислотных аккумуляторов и батарей моделируют процессы, протекающие внутри по некоторым измеряемым параметрам. Чаще всего это НРЦ, внутреннее сопротивление и температура. От выбора способов измерения этих параметров зависит достоверность полученных результатов и прогноза технического состояния батарей или аккумуляторов.

На российском рынке представлено довольно широкое разнообразие приборов для оперативного контроля и анализа состояния батарей различного назначения и электрохимических систем. Большинство приборов не позволяют проводить оценку и анализ батарей при температурах ниже минус 15^оС. Зарубежные производители представлены более широко. Неоспоримым превосходством некоторых приборов является то, что они включены в Государственный реестр средств измерений. Немаловажным аспектом является и экономическая составляющая, поэтому в современных экономических условиях отечественные производители, даже при условии включения их приборов в реестр средств измерений, могут предложить пользователю более выгодные условия, в отличие от зарубежных конкурентов.

Приборы для оперативного контроля и анализа состояния батарей в настоящее время все еще требуют совершенствования по следующим направлениям:

- уменьшение стоимости прибора;

- получение свидетельства средства измерения;

- увеличение рабочего диапазона температур;

- увеличение функциональности прибора;

- повышение точности прогнозирования технического состояния батарей.