Мікроконтролерний люмінесцентно-фотометричний прилад для дослідження характеристик природної води

Тітаренко, Олександр Сергійович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/10305

Full metadata record

DC Field	Value	Language
dc.contributor.advisor	Тичков, Володимир Володимирович	-
dc.contributor.author	Тітаренко, Олександр Сергійович	-
dc.date.accessioned	2026-10-31T09:14:28Z	-
dc.date.available	2026-10-31T09:14:28Z	-
dc.date.issued	2026-06-08	-
dc.identifier.uri	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/10305	-
dc.description.abstract	Кваліфікаційна робота присвячена розробленню мікроконтролерного люмінесцентно-фотометричного приладу, призначеного для дослідження якісних і кількісних характеристик природної води. Основна ідея роботи полягає у створенні приладу, який дозволяє автоматизовано оцінювати вміст домішок у водних зразках за допомогою оптичних методів — люмінесценції, фотометрії, фосфоресценції та хемілюмінесценції. Актуальність роботи зумовлена необхідністю забезпечення екологічної безпеки, контролю стану природних водних об’єктів, санітарного моніторингу та своєчасного виявлення забруднювальних речовин. У вступі підкреслено, що екологічна політика спрямована на забезпечення права громадян на безпечне довкілля, а контроль якості води є важливою складовою сталого розвитку, збереження природних ресурсів і підвищення рівня інформованості населення про стан довкілля. У першому розділі роботи проведено аналіз існуючих технічних рішень для дослідження рідин. Зокрема, розглянуто фільтрові флуориметри ФЛЮОРАТ-02-2М та ФЛЮОРАТ-02-3М, які можуть працювати в режимах флуориметра, фотометра або хемілюмінометра. Ці прилади використовують імпульсну ксенонову лампу, світлофільтри, кюветне відділення, меню методик, калібрувальні коефіцієнти, дисплей і можливість передавання результатів на зовнішній комп’ютер. Аналіз аналогів показав доцільність створення мікроконтролерного приладу з поєднанням кількох оптичних методів та автоматизованої обробки результатів. У другому розділі обґрунтовано технічне завдання. Розроблюваний прилад призначений для дослідження властивостей природної води та визначення кількості різних речовин у рідких середовищах. Його також можна використовувати для аналізу повітря, ґрунтів, технічних матеріалів і продуктів харчування після переведення зразка в розчин. Основні експлуатаційні вимоги передбачають живлення від мережі змінного струму 220 В, 50 Гц, споживану потужність не більше 36 В·А, час прогріву не більше 30 хвилин, безперервну роботу не менше 8 годин, середнє напрацювання на відмову не менше 2500 годин і середній термін служби не менше 5 років. У третьому розділі розроблено оптичну та структурну схеми приладу. Оптична схема містить три основні канали: опорний канал збудження, канал реєстрації люмінесценції та канал пропускання, тобто фотометричний канал. У каналі збудження випромінювання імпульсної ксенонової лампи проходить через фокусну лінзу та світлофільтр, після чого частина світлового потоку спрямовується на фотоприймач опорного каналу. Це дозволяє компенсувати нестабільність світлового потоку лампи між імпульсами. Канал пропускання забезпечує фотометричне вимірювання: світловий потік проходить крізь кювету зі зразком, відбивається від оптичних елементів і потрапляє на фотоприймач каналу пропускання. Отриманий електричний сигнал пов’язаний з оптичною щільністю досліджуваного зразка. Канал люмінесценції працює за іншим принципом: світло збуджує люмінесценцію речовин у кюветі, а випромінювання, що виникає у зразку, через лінзу та світлофільтр надходить на фотоприймач каналу реєстрації. Таким чином, прилад дозволяє визначати характеристики зразка як за поглинанням світла, так і за власним люмінесцентним випромінюванням. Структурна схема приладу включає низьковольтний блок живлення, імпульсне джерело світла, оптичну схему, вимірювальний блок, мікропроцесорний контролер і панель керування. Блок живлення перетворює мережеву напругу в постійні стабілізовані напруги +5 В, +15 В і -15 В, необхідні для роботи електронних вузлів. Імпульсне джерело світла формує світлові імпульси тривалістю близько 100 мкс з частотою 5 Гц, а мікропроцесорний контролер керує запуском джерела, обробляє сигнали фотоприймачів, зберігає параметри, забезпечує інтерфейс RS-232 і виводить результати та повідомлення на рідкокристалічний дисплей. У розрахунковій частині виконано розрахунок оптичних елементів і фотометричного каналу. Для лінз обрано оптичну кераміку марки КО1 на основі MgF₂ з густиною 3,171 г/см³, показником заломлення 1,372, областю прозорості 1–7 мкм і розрахунковою довжиною хвилі 4 мкм. Розраховано лінзу зі світловим діаметром 12 мм і фокусною відстанню 30 мм, а також об’єктивну лінзу зі світловим діаметром 12 мм і фокусною відстанню 15 мм. Розрахунки виконано з використанням MathCad 16. Окремо розглянуто фотометричний канал і перетворювач струм–напруга. За умов опромінення фотодіода світловим потоком потужністю 3,7 мВт фотодіод формує струм 2,32 мА на навантаженні 2 кОм, що відповідає напрузі 4,64 В. Оскільки для узгодження з подальшими електронними вузлами потрібне навантаження більше 2 кОм, між фотодіодом і компаратором передбачено емітерний повторювач. Це забезпечує узгодження фотоприймального вузла з електронною системою оброблення сигналу. У спеціальній частині роботи вдосконалено методику визначення масової концентрації нафтопродуктів у пробах природних, питних і стічних вод флуориметричним методом. У висновках зазначено діапазон вимірюваних концентрацій 0,005–50 мг/дм³. Також вказано, що визначенню нафтопродуктів не заважають жири, гумінові речовини та насичені вуглеводи природного походження, однак для неочищених стічних вод окремих виробництв може бути потрібне додаткове очищення екстракту на хроматографічній колонці з оксидом алюмінію. У технологічному розділі розглянуто питання виготовлення та забезпечення працездатності електронної й оптичної частин приладу. Практична реалізація передбачає використання оптичної системи зі змінними світлофільтрами, кюветним відділенням, фотоприймачами та мікропроцесорним керуванням. Передбачено роботу користувача через меню, введення назв речовин, вибір методів дослідження, введення номерів світлофільтрів, заповнення градуювальних таблиць і збереження даних у незалежній пам’яті. В економічному плані практична цінність приладу полягає у можливості застосування для екологічного моніторингу, санітарного контролю, контролю технологічних процесів, а також аналізу природних, питних і стічних вод. У соціо-екологічному аспекті розроблений прилад спрямований на підвищення якості контролю водних ресурсів, своєчасне виявлення забруднювальних речовин і підтримку безпечного стану довкілля. У розділі охорони праці проаналізовано умови роботи під час експлуатації приладу та виконання лабораторних досліджень. Практичні результати роботи відрізняються від найближчих аналогів тим, що запропонований прилад поєднує в одному рішенні люмінесцентний і фотометричний контроль, опорний канал для компенсації нестабільності джерела світла, мікропроцесорне керування, меню методик, незалежне збереження параметрів, градуювальні таблиці та можливість оброблення результатів у цифровому вигляді. У конструктивному плані це забезпечує інтеграцію джерела світла, оптики, фотоприймачів, контролера й інтерфейсу оператора; у технологічному плані — можливість налаштування під різні речовини та методики; у соціо-екологічному плані — підвищення достовірності контролю води; в економічному плані — зменшення потреби в окремих приладах для різних оптичних методів і підвищення ефективності лабораторного аналізу.	uk_UA
dc.language.iso	uk	uk_UA
dc.subject	люмінесцентно-фотометричний прилад	uk_UA
dc.subject	екологічна безпека	uk_UA
dc.subject	флуориметричний метод	uk_UA
dc.subject	перетворювач струм–напруга	uk_UA
dc.title	Мікроконтролерний люмінесцентно-фотометричний прилад для дослідження характеристик природної води	uk_UA
dc.type	Bachelor Thesis	uk_UA
Appears in Collections:	174 Автоматизація, комп'ютерно-інтегровані технології та робототехніка (Робототехнічні системи та автоматизація)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
Тітаренко.pdf Restricted Access	КРБ Тітаренко О.С. 2026	2.55 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show simple item record

Extracted text

yEPKACbKMÝI EPKABHHM TEXHOJIOri4HMMY HIBEPCHTET
OAKYJIbTET EJIEKTPOHHMX TEXHOJIOrIM, ABTOTPAHCIIOPTY TA
MAIIIMHOBYIyBAHHA
KAOEIPA IIPMJIAIOEYIVBAHHA, MEXATPOHIKH TA
KOMIIIOTEPH3OBAHMX TEXHOJIOTIÄ
lonyuueHO 10 3axHCTy
Be saBiny Bana kadenpu IIMKT
MaKcHM BOHIAPEHKO
< 2026 p.
IIOACHIOBAJIbHA3 AIIMCKA
A0 KBAJIlOIKALIIŽHOỈP OBOTHB AKAJIABPA
Ha TeMy «MikpokOHTPONePHHÝI HOMİHecueHTHo-¢oTOMerpHYHHÄ npunan JIA
n0cIiMKeHHA XapakTepHcTHK IIpHpoHOŤ BOIH»
BukoHaB 3n00yBay oCBiTH 4 Kypcy, rpynu PCA-23H
cneuiaIbHİCTb: 174 «ABTOMaTH3aL[iA, KOMII'OTePHO
iHTerpoBaHi TeXHONoriï Ta po60TOTeXHİKa)
OCBİTHA IīporpaMa: Po6oToTeXHİYHỈ CHCTeMH Ta
aBTOMaTH3auiA
TiTapeHKO OneKcaHAp CepriňoBHy
KepiBHHK BonoguMHP THYKOB
PeueH3eHT BiKTop AHTOHHOK
KBanioikauišHa poóora akanaBpa MicTHTb pezynbTaTH BJlacHHX 310oyTKİB aBTOpa.
BHKopHCTaHHA ineň, pesybTaTİB i TeKeTİB İHIHX aBTOpİB MaroTb nocHJaHHA Ha
BinOBİNHe KepeJio.
nHC 3/106y Bava
YepkacH – 2026
YEPKACbKMÄA EPKABHMÄ TEXHOJIori4HMÝ YHIBEPCHTET
(L0BIe natiMenynais BMULOtO uB4ULHOro 3aknaULy )
PakyıbTeT CJIeKTPOHHHX TeXHOJ1Oriú, aBTOTpaHcnopTY Ta MaHHO6YIYBaHHA
Kapenpa npuaano6yIyBanui, MexaTpoIİKH Ta KOMII'OTePH30BaHHX TexHOJIOriň
OcBiTHbo-KBaJnipikauišHHŇp iBCHb 6akaıaBp
CneuianbHİCTL 174 «ABTOMaTH3anin, KoMII' 1OTepIIO-İWTerpOBani TeXHOJJOriï Ta poóoToTeXHİKa»
OcBİTHA nporpaMa «Po6oTOTeXHiYHi CHCTeMH Ta aBTOMaTH3auia»
3ATBEPIKYKO
B.o. 3aBigBava Kağeap [IMKT
MakcHM BOHỊapeHKO
2026 poKy
3 A B I A H H A
HA KBAJIIOIKAIIĂHY POBOTY BAKAJIABPA
TirapeHKa OneKcaHIpa CepriňoBH4a
(npi3BHuIe, in'a, no õaTbKOBi)
1. Tema poốoTH MikpoKOHTpoNepHHŇ NHOMİHECIEHTHO- )OTOMeTPHYHHÄ npATąN AMA
AOCIİIKeHHA XapakTepHCTHK NpHpoNi BOIH
KepiBHMK poőoTH IOeHT KahexpH npHIanoốyIYBAHHA, MexaTpOHİKH Ta
KOMII'KOTepH3OBaHHX TexHONOriž, K.T.H., JOleHT THYKOB BononHMHp Bon0NUMHPOBHY
( npiseHIe, iM'A, no 6aTBKOi, HaykoBHÄ CTyniHb, B4CHe 3BaHHA)
3aTBepIKeHİ HakasoM BHIIOro HaB4aTbHOro 3aknaIy BİI “13* KBİTHA 2026 poky No 94/03-03
2. CrpOK nONaHHA 3106yBaYeM poőoTH 5 yepBHA 2026 p.
3. BuxiJHİ naHi1 0 po60TH CneKTpanbHHỶ IianasOH OITHYHOTO BHnpOMİHKOBAHHA, HM: B KaHaIi
36y1KeHHA - BiI 250 10 900; B_ KaHaii_ IiponycKaHHA - BIĮ 250 10 900; B KaHai peecTpauii
JIIOMİHİcueHuiï - Bin 250 1o 900; Mexa BHABJICHHA KOHTPoJTbHOÏ pe4OBHHH ()eHOIy) B BoNi, Mr/IM3 -
He 6iIbIJe 0,005: Iliana3OH BHMipkOBaHb MacoBOi KOHIEHTPpauiï kOHTPOJBHOÏ peyOBHHH (heHoIy) y
BoHi, Mr/IM3 - BiJ 0,01 10 25; Meki JOI1YCTHMOÏ aốcoJIKOTHOÏ IOXHŐKH IpHlaIy ipH BHMiDIOBaHHİ
MacoBoi KOHLEHIPaniï KOHTPoTBHOÏ peyOBMHH ()eHOIY) B B01i, Mr/AM3 + (0.004 + 0.10 x C), Je C -
noTOHHe niäcHe 3HaneHHA MacoBoÏ KOHIeHTPauiï QcHOJIy y BOIi: JianasoH BHMİpIOBaH5 KOe)iuienra
cnpaMOBaHoro uponyckaHHA - Bin 5 10 100 %. Meki NOTyCTHMOi aốcoOTHOŤ NOXHŐKH BHMİpioBaHb
KOediuieHTa cHpMOBaHOrO ponyckaHHA, + 2 %.: KHBIeHHA: Mepexa 3MİHHOTO CTpyMy 220 B. 50 Tu:
IIoTyKHİCTb, BxA, He 6iIbIIe 36.
4. 3MicT pospaxyHKOBO-nOACHIOBaJbHOÏ 3ariucKH (I1eperiK nHTaHb, AKİ noTpi6HO
pospoőHTH 1 O6rpyHTyBaHHA HeO0xiHocTİ npocKTY BaHHA npMIAniB AIA AocniKeHHA AKİCHHX Ta
KiJbKİCHHX xapaKTePHCTHK npuponHOi BOJM. 2 OorpyHTỴBaHHA TeXHİYHOro 3aBlaHHA. 3 Po3poőka
CTPYKTypHOi Ta npHHIHIIOBOÏ CXeM. 4 Po3paxyHKOBa YaCTHHa. 5 CneujanbHHÄ po3nin. 5.1
BJoCKOHaneHHA MeTOJHKH BHKOHaHHS BHMİPIOBaHH MacoBoï KOHIICHTpauiï HaɖTonponyKTİB B IIpOõax
npupojHHX, IHTHHX i CTiYHHX BOJ nyopHMeTPHYHHM MeTONOM. 5.2, TeXHOIOriYHHĂ PO3IiI. 5.3
EKOHOMiyHHŽ po3AiI. 5.4 Po3nin oxopOHH Ipaui
5. Ilepenik rpapiuHoro MaTepiaıy (3 TOYHHM 3a3Ha4eHHAM 000B'A3KOBHX KpecneHL)
MikpoKOHTPOJIepHHÝ JIOMİHecueHTH0-hoTOMeTPHYHHH IIpHJIan AJIA A0cJIİTCKeHHA
xapakTepHCTHK npHpoAHoï BOAH. CxeMa KOM6iHOBaHa cTpyKTYpHa (Al). CxeMa KOMŐİHOBAHa
yHKLİOHaJbHa( A). JeMOHCTpauiÄHHÄ MaTepian (A l+A). KpecneHHA 3aralbHOro BHIy (A).
2
6. KoncyMbTaNTH Po3niniB KBanipikauiűnoi poóoTH
Poyin Ipisuunc, iniiauH Ta nocaa Tlinnuc, naTa
KOHcyBTaNTa 3aBIlaiHHA 3aBAaiHHA
BHJlaB npuüuaB
Oxopon npai Koxem'aKİH O.C., crapunň BHKJNaNay
Kapexpu r3EKEXJ
ExonOMinnii TuYKOB B.B., noueHT Ka)enpu IIMKT,
poyiu, K.T.H., IOUeHT
rexHOJorinni
porin
HopMoisaniünnii THYKOB B.B., noLĻeHT Kadenpu IIMKT,
KOWTpo.Ib K.T.H., NOUeHT
7. lara BHNaYi 3aBlaHHA
KAJIEHIAPHMÄ IIJJAH
No Hassa erarniB KBaniþikaıuišHoÏ CpoK BHKOHaHHA IipuMia
3/n poốoTH eTaniB po60TH
1 O6rpyTYBaHHA Heo6xiNHOCTİ Npo€KTYBaHHA Ha OCHOBI 02.2026 BHK
KpHTHYHOrO aHaii3y icHYIOYHX aHanoriB
2 O6rpyHTYBaHHA TeXHİYHOro 3aBlaHHA 02.2026 BHK
3 Po3poőka cTpyKTypHoi CxeMH 02.2026 BHK
4 Po3poőka npHHUHnOBOÏ eNeKTpHYHOi CxeMH 03.2026 BHK
Po3paxyHOK eNEMeHTİB CXxeMH 03-04.2026 BHK
noa OuiHKa TOYHOCTỈ Ta HaniHOCTİ 03-04.2026
TexHONOriyHuă po31in 03-04.2026 BHK
Po3nin oxopoHH Ipaui 03-04.2026 BHK
EKOHOMiYHHĂ po311J1 03-04.2026 BHK
10 OpopMIEHHA KPecneHb 03-04.2026 BHK
11 OpopMJIeHHA AonaTKİB 05.2026 BHK
12 OopMJIEHHA CynpoBi]HOÏ 1OKyMeHTauiï 05.2026 BHK
3106yBaY BHILOÏ oCBİTH OneKcaHIP TITAPEHKO
KepisuuK po6orH BononuMHP THYKOB
(niAnnc
Зміст

Стор.
Вступ...................................................................................................................4
1 Обгрунтування необхідності проектування приладів для дослідження
якісних та кількісних характеристик природної води……………………………...5
2 Обґрунтування технічного завдання……………………………..………..8
3 Розробка структурної та принципової схем…………………………..…10
4 Розрахункова частина…………………………………..…………………21
5 Спеціальна частина……………………………………………………..…27
5.1 Вдосконалення методики досліджень ………………….……………..27
5.2 Технологічний розділ……………………………………………………35
5.3 Економічний розділ……………………………………………...………45
5.4 Розділ охорони праці………………………………………………….…48
Висновки..........................................................................................................58
Список використовуваної літератури...........................................................59
Додаток А Відомість технічного проєкту....................................................61
Додаток Б Специфікація та перелік елементів…………………………….62
Додаток В Результати розрахунку на ЕОМ……………………………….64
Додаток Г Презентація доповіді……………………………………………73
Додаток Д Тези доповіді студентської науково-практичної конференції
«ДНІ СТУДЕНТСЬКОЇ НАУКИ – 2026»………………………………………….82

РСА23н.23303.026.001ПЗ
Зм. Літ. № докум. Підп. Дата
Розроб. Тітаренко О.С. Мікроконтролерний люмінесцентно- Літ. Аркуш Аркушів
Перев. Тичков В.В. фотометричний прилад для 3 85
дослідження характеристик
Н. Контр. Тичков В.В. природної води ЧДТУ
Затв. Пояснювальна записка
Вступ

Головна мета екологічної політики країни – забезпечити конституційне
право громадян на безпечне довкілля. Тому впровадження екологічних
принципів у всі сфери діяльності є необхідною умовою для досягнення сталого
розвитку України. Такий розвиток означає, що соціально-економічне зростання
не шкодить природним екосистемам, а навпаки, сприяє їх збереженню, захисту
та відновленню.
Атестована лабораторія “Водоканалу” зосередила свої зусилля на
зменшенні забруднення та покращенні стану водних об'єктів.
Екологічні проблеми впливають на кожного жителя Черкащини. Проте
лише спільними діями державних органів, місцевої влади та громадськості
можна вирішити питання раціонального використання, захисту та відновлення
природних багатств регіону.
При впровадженні державної екологічної політики на Черкащині
особлива увага приділяється інформуванню людей про стан довкілля, екологічні
виклики регіону та можливі шляхи їх подолання.
За даними Черкаського регіонального управління водних ресурсів,
результати досліджень поверхневих вод, проведених у 2026 році, показали, що
гідрохімічний стан води в Кременчуцькому водосховищі був задовільним.
Ар куш
РСА23н.23303.026.001ПЗ 4
Зм. Арк. № докум. Підп. Дата
1 Обгрунтування необхідності проектування приладів для
дослідження якісних та кількісних характеристик природної води

1.1 Аналізатор рідини ФЛЮОРАТ-02-2М
Фільтровий флуориметр ФЛЮОРАТ®-02-2М (рисунок 1.1)
використовується для проведення звичайних вимірювань об'єктів, для яких вже
визначено спектральні особливості світлової люмінесценції. Для вибору
потрібного світлового потоку використовуються спеціальні світлофільтри. Як
джерело світла виступає імпульсна ксенонова лампа з високим тиском, яка
забезпечує достатній світловий потік у всьому діапазоні спектрів, що
використовуються в оптичних методах – від жорсткого ультрафіолетового світла
до червоної межі видимого спектру. Основною функцією приладу є
флуориметрія. Прилад може також працювати як фотометр або хемілюмінометр.
У відділення для кювет можна встановити кювети розміром 10×10 мм для
флуориметрії та 10×20, 10×40 мм для фотометрії. Прилад працює від мережі
змінного струму або від батареї на 12 В, що дозволяє використовувати його в
рухлих лабораторіях. На приладі реалізований метод абсорбційної фотометрії.
Такий прилад може застосовуватися як зовнішній флуориметрічний детектор
систем ВЕРХ, капілярного електрофорезу та інших.

Рисунок 1.1 – Зовнішній вид флуориметр ФЛЮОРАТ®-02-2М

5
Принципи методу - Люмінесцентний, фотометричний.

Процедура роботи
У пристрої використовуються методи фотометрії, флуориметрії та
хемілюмінесценції для дослідження концентрації речовин у діапазоні спектра від
200 до 650 нм.
У користувача є меню аналізатора, де вводяться назви використовуваних
методик, спосіб обробки результатів та калібрувальні коефіцієнти. Вміст меню
та введені калібрування зберігаються в окремій пам’яті приладу. Під час роботи
оператор обирає з меню потрібну методику, після дослідження фонового сигналу
кювету з пробою встановлює параметри та запускає процес дослідження.
Концентрація визначається, і цей компонент відображається на вбудованому
дисплеї. Оператор може роздрукувати результат аналізу на принтері, вивести
його на зовнішній комп’ютер і керувати приладом з зовнішнього комп’ютера.

1.2 Аналізатор рідини ФЛЮОРАТ-02-3М
Модель флуориметра призначена для проведення звичайних вимірювань
об'єктів. Для вибору потрібних світлових потоків використовуються обрані
світлофільтри. В якості джерела світла використовується імпульсна ксенонова
лампа високого тиску Вона забезпечує достатні світлові потоки у всьому спектрі,
що використовується оптичними методами — від твердого ультрафіолету до
червоної межі видимого світла. Основною функцією приладу є робота
флуориметра, та може працювати як фотометр або хемілюмінометр. У відділенні
для кювет можна встановити кювети розміром 10х10 мм для флуориметрії, а
також 10х20 мм або 10х40 мм для фотометрії. Прилад може працювати від
мережі змінного струму або від батареї на 12 В. Це дозволяє застосовувати його
в складі рухомих лабораторій.

6

Рисунок 1.2 – Зовнішній вид флуориметр ФЛЮОРАТ-02-3М

Принцип методу
Флуориметр, фотометрія. Спектральна селекція здійснюєтьсяфільтрами.
Процедура роботи
В роботі приладу використовуються методи фотометрії, флуориметрії та
хемілюмінесценції для дослідження концентрації органічних і неорганічних
речовин у діапазоні спектра від 200 до 650 нм.
У меню аналізатора користувач вводить назви методик, які
використовуються, спосіб обробки отриманих результатів та калібрувальні
коефіцієнти. Всі налаштування та коефіцієнти зберігаються у самостійній
пам’яті приладу. Коли прилад працює, оператор обирає з меню потрібну
методику, після цього, коли вимірюється фоновий сигнал кювети з пробою,
запускає процес аналізу. Концентрація визначеної речовини відображається на
екрані приладу. Оператор може вивести результат на принтер, передати його на
зовнішній комп’ютер або керувати приладом через зовнішній комп’ютер.

7
2 Обґрунтування технічного завдання

Мікроконтролерний прилад, який використовує люмінесцентні та
фотометричні методи, призначений для дослідження властивостей природної
води. Він дозволяє вимірювати кількість різних речовин у рідких середовищах.
Прилад застосовують для аналізу повітря, ґрунтів, технічних матеріалів та
продуктів харчування, після того як аналізований зразок перетворено в розчин.
Застосовувати прилад можна для аналізу навколишнього середовища,
санітарного контролю та перевірки технологічних процесів.
Технічні характеристики:
Спектральний діапазон оптичного випромінювання, нм:
в каналі збудження — від 250 до 900
в каналі пропускання — від 250 до 900
в каналі реєстрації люмінісценції значення варіюється від 250 до 900.
Межа виявлення контрольної речовини (фенолу) у воді, мг на дециметр
квадратний – не більше 0,005.
Діапазон дослідження масової концентрації контрольної речовини
(фенолу) у воді, виражений у мг на дециметр кубічний, становить від 0,01 до 25.
Допустима абсолютно точність приладу при вимірюванні масової
концентрації контрольної речовини (фенолу) в воді становить ± (0,004 + 0,10 ×
С), де С — це концентрація, мг/дм³.
де С - поточне дійсне значення масової концентрації фенолу у воді.
Діапазон дослідження коефіцієнта пропускання становить від 5 до 100
відсотків.
Дозволена абсолютно допустима похибка дослідження коефіцієнта
пропускання становить ± 2 %.
Потужність: мережа змінного струму 220 В, 50 Гц.
Потужність, В×А, не більше 36.
Час прогріву приладу, не більше 30 хв.
Час безперервної роботи приладу не менше 8 годин.

8
Показники надійності приладу:
середнє тривалість безвідмовної роботи, не менше 2500 годин
середній термін служби, не менше 5 років
Умови експлуатації приладу:
температура оточуючого середовища становить від 10 до 35 градусів
Цельсія.
атмосферний тиск складає від 84 до 106,7 кілопаскалей.
відносна вологість повітря при температурі 25 градусів Цельсія не
перевищує 80 %.
живлення від електричної мережі змінного струму (напруга (220 ± 22) В,
частота 50 Гц)

9
3 Розробка структурної та принципової схем

Мікроконтролерний люмінесцентно-фотометричний прилад для
дослідження характеристик природної води призначений для дослідження
масової концентрації домішок у воді.
Принцип роботи приладу представлений на оптичній (рисунок 3.1) і
структурній (рисунок 3.2) схемах.

1
2
канали
3 збудження та
опорний
5
4
канал реєстрації
6 9 люмінесценції
8
7
11 12 канал пропускания
(фотометричний)
10

Рисунок 3.1 - Оптична схема приладу: 1 - джерело світла; 2 - фокусна
лінза каналу збудження; 3 - світлофільтр каналу збудження; 4 –
світлорозподільна пластина опорного каналу; 5 - фотоприймач опорного каналу;
6 - кювета; 7 - фокусна лінза каналу реєстрації; 8 - світлофільтр каналу
реєстрації; 9 - фотоприймач каналу реєстрації; 10 - світлорозподільна пластина
каналу пропускання; 11 - фокусне дзеркало каналу пропускання; 12 -
фотоприймач каналу пропускання

10
Оптична система пристрою включає три основні канали: еталонний (для
збудження), канал дослідження люмінесценції та канал пропускання
(фотометричний).
В еталонному каналі випромінювання від імпульсної ксенонової лампи
проходить крізь фокусуючу лінзу та світлофільтр, який виділяє необхідну
спектральну ділянку для збудження. Після цього воно відбивається від
світлорозподільного елемента та надходить на приймач випромінювання
еталонного каналу. Електричний сигнал, отриманий з цього приймача,
називається сигналом порівняння. Він використовується для компенсації
нестабільності світлового потоку лампи між імпульсами, а також для запуску
електронної системи реєстрації та обробки даних.
У каналі пропускання випромінювання ксенонової лампи, пройшовши
через фокусуючу лінзу, світлофільтр для збудження та світлорозподільний
елемент, спрямовується крізь кювету із зразком. Далі, відбившись від
поворотного елемента та дзеркала, воно потрапляє на приймач випромінювання
каналу пропускання. Електричний сигнал від цього приймача, відомий як сигнал
пропускання, корелює з оптичною щільністю досліджуваного зразка.
У каналі дослідження люмінесценції випромінювання ксенонової лампи
викликає збудження люмінесценції розчинених речовин у кюветі зі зразком.
Люмінесцентне випромінювання від компонентів проби з кювети проходить
через фокусуючу лінзу та світлофільтр, який виділяє відповідний спектральний
діапазон, а потім надходить на приймач випромінювання каналу люмінесценції.
Отриманий електричний сигнал, що зветься сигналом люмінесценції, залежить
від концентрації та хімічного складу аналізованих речовин у розчині.
Результати вимірювань по всіх трьох каналах пов'язані між собою
наступними співвідношеннями.
Для методів «люмінісценція» і «фосфоресценція»

1 J
J =  л юм , (3.1)
n Jоп  Jфт /(Jоп  k)

11

а для метода «фотометрія»

1 J
J = фт
 , (3.2)
n Jоп
де J - підсумковий результат вимірювань в умовних (приладних)
одиницях;
Jлюм - результат вимірювань по каналу реєстрації люмінесценції;
Jоп - результат вимірювань по опорному каналу;
Jфт - результат вимірювань по фотометричному каналу;
n - число усереднених вимірювань;
k - приладова константа.

Рисунок 3.2 – Схема структурна

Пристрій (рисунок 3.2) включає низьковольтний блок живлення,
імпульсне джерело світла, вимірювальний модуль, який містить фотоприймачі
для всіх трьох каналів, мікропроцесорний контролер та панель керування з
рідкокристалічним графічним дисплеєм (РК-дисплей) і клавіатурою.

12
Низьковольтний блок живлення перетворює змінну напругу з
електромережі в нестабілізовану постійну напругу 12 В, а потім – у стабілізовану
постійну напругу (+ 5 В, + 15 В, - 15 В), необхідну для живлення
вимірювального модуля та контролера.
Імпульсне джерело світла генерує світлові імпульси тривалістю 100
мікросекунд з частотою 5 Гц, яка визначається мікропроцесорним контролером.
Вимірювальний модуль оснащений датчиками випромінювання, які
призначені для перетворення світлових сигналів в електричні сигнали (що
відображають пропускання, порівняння та люмінесценцію), а також реєструє
дані, що надходять від цих датчиків.
Панель керування служить для вибору режимів роботи пристрою,
введення параметрів та відображення вихідних значень і результатів вимірювань
на РК-дисплеї.
Мікропроцесорний контролер забезпечує виконання команд, отриманих з
клавіатури, зберігання встановлених параметрів в оперативній пам'яті, контроль
за роботою всіх систем, управління запуском імпульсного джерела світла, обмін
даними через інтерфейс RS-232, а також виведення інформації та повідомлень
про помилки на дисплей.
Органи управління приладом
У кюветном відділенні (рисунок 3.3) розташовані гнізда для установки
світлофільтрів збудження і реєстрації та стандартної кварцової кювети К10.
На панелі управління розташовані букви і цифри і функціональні клавіші
та графічний дисплей.
Клавіші «F1», «F2» служать для регулювання контрасту зображення на
екрані дисплея.
Кнопка «F3» дозволяє переходити в режим введення і редагування тексту,
перемикати російський і латинський регістр, а також включати і вимикати друк.
Кнопка «Ent» (англ. Еnter - введення) служить для введення даних в
пам'ять, запуску режиму «Дослідження» і переходу в меню нижнього рівня.

13
Кнопка «Esc» (англ. Еscape - скасування) дає можливість скасовувати
операції і переходити в меню верхнього рівня.
Клавіші «», «», «» і «» переміщують курсор по меню.

Рисунок 3.3 - Загальний вигляд приладу: 1 - клавіатура; 2 -
рідкокристалічний дисплей; 3 - прапорець, який замикає датчик кришки; 4 -
кришка кюветного відділення; 5 - кюветне відділення

Ent
1 2 3 F1

F22 4 5 6 F3

7 8 9  Esc

* 0   

Рисунок 3.4. - Панель управління приладу

Для установки контрасту зображення на екрані дисплея натисніть і
утримуйте «F1» або «F2» до досягнення бажаної чіткості.

14
Режим введення та редагування параметрів
З клавіатури приладу можна ввести наступні параметри:
а) назва визначається речовини;
б) мітку проби;
в) прізвище оператора (лаборанта);
г) номера використовуваних світлофільтрів;
д) значення концентрацій і градуювальних коефіцієнтів в градуювальній
таблиці;
е) спеціальні параметри в методах дослідження «Хемі-люмінесценція» і
«фосфоресценція»;
ж) дату.
Редагування параметрів г, д, е і ж розглядається у відповідних розділах.
Редагування параметрів а, б і в проводиться за допомогою клавіші «F3»
наступним чином.
Перейдіть до відповідного меню (див. Система меню приладу).
Натисніть кнопку «F3». На дисплеї з'явиться діалогове вікно:

змінити?
видалити?

Виберіть пункт «змінити», натисніть «Ent». (При необхідності видалення
раніше введеного слова виберіть пункт «видалити» і натисніть «Ent»). З'явиться
наступне діалогове вікно:

Змінити?

видалити?

Курсор

15
За допомогою буквено-цифрових клавіш наберіть потрібне слово. Кожній
клавіші відповідають три букви і цифра, що змінюють один одного при
послідовному натисканні клавіші.
Переміщення на наступну позицію здійснюється за допомогою клавіш
«» і «», заміна великої літери на малу - за допомогою клавіші «» (заміна
малої на прописну - клавішею «»), перехід з російського алфавіту на латинську
і назад - натисканням клавіші «F3».
Завершіть введення натисканням клавіші «Ent».

Змінні оптичні фільтри
Селекція релевантних спектральних діапазонів у каналах
випромінювання та детектування здійснюється за допомогою змінних оптичних
фільтрів.
Оптичні фільтри (за винятком № 1 і № 3) є компонентами комплектів,
призначених для аналізу певних сполук. Незважаючи на можливість
використання ідентичного оптичного фільтра для детектування кількох різних
сполук, кожен фільтр з певним ідентифікаційним номером постачається до
одного приладу лише один раз. Це обґрунтовується тим, що оптичні фільтри з
ідентичними маркуваннями, що походять з різних виробничих партій, можуть
мати розбіжності у певних експлуатаційних параметрах (наприклад, у
коефіцієнті пропускання). Відповідно, несанкціонована заміна фільтра в процесі
експлуатації може спричинити некоректні результати дослідження.
Процедури калібрування та дослідження, що виконуються для однієї
речовини, мають здійснюватися з використанням ідентичних екземплярів
оптичних фільтрів.

Система меню приладу
Меню «Список речовин»
Також можуть бути доступними список назв речовин, введенних
користувачем. Максимально можна ввести 16 назв, в кожному - не більше п'яти

16
знаків. Назви розташовують в два стовпці. Зразок заповнення меню наведено
нижче.

ПАР Мідь
Назва
речовин НП Хром
Фенол
АПАВ

Кожна назва речовини відкриває систему підменю («меню даної
речовини»), куди можна ввести відповідний цій речовині метод дослідження і
заповнити градуювальну таблицю. Видалення речовини зі списку призводить до
обнулення градуювальної таблиці і встановлення методу дослідження
«люмінесценція» (установка за замовчуванням).
Встановивши курсор на назву і натиснувши «Ent», можна перейти в меню
«Вибір методу дослідження».
Меню «Вибір методу дослідження»

Назва речовини Номера
світлофільтрів
НП воз.01 рег.03

Люмінесценція
Вхід в меню Метод
«Градуювальна Градуювання вимірювання
таблиця»

У цьому меню здійснюються такі операції:
- введення номерів світлофільтрів;
- вибір методу дослідження;
- перехід в меню «Градуювальна таблиця». Для цього встановіть курсор
на пункт «Градуювання» і натисніть «Ent»;
- перехід в «Основне меню» натисканням «Esc».
Меню «Методи вимірювань»

НП воз.01 рег.03 Люмінесценція
ent
Люмінесценція Фосфоресценція
Градуювання Хемілюмінесценція

Фотометрія

17

Меню являє собою список з 4-х методів дослідження, реалізованих на
приладі:
- люмінесценція;
- фотометрія;
- хемілюмінесценція;
- фосфоресценція.
У методах «хемілюмінесценція» і «фосфоресценція» потрібно вказати
додаткові параметри.
Після вибору методу натисканням «Ent» або «Esc» поверніться в меню
«Вибір методу дослідження».

Меню «Градуювальна таблиця»

ВЕЛИЧИНА СИГНАЛІВ
ФОНОВОГО РОЗЧИНУ
КОНЦЕНТРАЦІЯ С0 = ,0000 J0 = ,0000 *

ГРАДУЮВАЛЬНИХ ВЕЛИЧИНИ
С1 = ,0000 J1 = ,0000
СИГНАЛІВ
РОЗЧИНІВ
С2 = ,0000 J2 = ,0000 ГРАДУЮВАЛЬНИХ
С3 = ,0000 J3 = ,0000 РОЗЧИНІВ

У цьому меню здійснюється градуювання приладу для кожної конкретної
речовини. Максимальне число градуювальних точок - 7, включаючи фон.
Незалежна пам'ять приладу дозволяє зберегти значення сигналів градуювальних
розчинів при виключенні приладу. Збереження відбувається в момент переходу в
«Основне меню».
Натисканням клавіші «Esc» можна вийти з «градуювальних таблиць» в
меню «Вибір методу дослідження» і ще одним натисканням «Esc» - в «Основне
меню».
Меню «Основне меню»

18

НАЗВА ДАТА
НП 05.03
РЕЧОВИНИ ПРІЗВИЩЕ
БОНДАР ОПЕРАТОРА
ХІМ. ЦЕХ
ПЕРЕХІД В МЕНЮ МІТКА ПРОБИ
«ВИМІРЮВАННЯ» ВИМІР АРХІВ
ПЕРЕХІД В АРХІВ

Саме це меню з’являється на дисплеї після включення приладу і скидання
заставки.
У «Основному меню» можна ввести і відредагувати параметри «прізвище
оператора», «мітка проби» і «дата». Максимально можливе число операторів і
міток проб - по 16, число знаків в кожному слові - до 14. Вибір потрібного
прізвища або мітки зі списку здійснюється натисканням клавіш «» і «».
Прізвище оператора або мітку проби зі списку можна, встановивши на
нього курсор, натиснувши клавішу «F3» і вибравши пункт «видалити».
З «Основного меню» можна перейти:
- в меню «Список речовин», встановивши курсор на назву речовини і
натиснувши «Ent»;
- в меню «Дослідження», встановивши курсор на пункт меню
«Дослідження» і натиснувши клавішу «Ent».

Меню «Дослідження» (Режим «Дослідження»)

НАЗВА РЕЧОВИНИ НП ЗНАЧЕННЯ
* ФОНУ
РЕЗУЛЬТАТ 1,03 (ЗАКРУГЛЕНЕ)
ВИМІРЮВАННЯ
F =,001
ЗНАЧЕНННЯ
ЗАПУСК ВИМІРЮВАННЯ ВИМІРЮВАННЯ Т = 95,3 ПРОПУСКАННЯ

В меню «Дослідження» можна провести наступні операції.
- Виміряти величину сигналу фонового розчину (операція, аналогічна
виміру J0), встановивши курсор на пункт «F» і натиснувши «Ent»;
- Виміряти величину концентрації розчину і його пропускання (параметр
«Т», у відсотках), встановивши курсор на пункт «Дослідження» і натиснувши
«Ent»;

19
- Виміряти величину оптичної щільності розчину.
- Включити або вимкнути виведення результатів на друк або в архів.

20
4 Розрахункова частина

4.1 Розрахунок лінзи
Обираємо в якості матеріалу для лінзи оптичну кераміру марки КО1 з
хімічним складом MgF2, густиною ρ = 3,171 г/см3, показником заломлення (для
λ=2мкм) n = 1,372, областю прозорості 1…7 мкм та лінійним коефіцієнтом
теплового розширення, αt = 11,3106 °С–1. Розрахункова довжина хвилі 4 мкм.
Світловий діаметр Dсв = 12 мм. Фокусна відстань від лінзи f = 30мм.
Вихідні дані та результати розрахунку лінзи предсталені в додатку Д та
виконані в середовищі MathCad 16.

4.2 Розрахунок обєктивної лінзи
В яукості матеріалу лінзи обираємо оптичну кераміку марки КО1 зі
світловим діаметром Dсв = 12 мм, фокусною відстанню лінзи f = 15 мм та
розрахунковою довжиною хвилі λ = 4 мкм.
Вихідні дані та результати розрахунку лінзи предсталені в додатку Д та
виконані в середовищі MathCad 16.

4.3 Розрахунок фотометричного каналу
Вихідні дані та результати розрахунку фотометричного каналу з
урахуванням джерела випромінення та приймача з узгодженням в робочому та
опорному каналах предсталені в додатку Д та виконані в середовищі MathCad 16.

4.4 Розробка та розрахунок перетворювача струм-напруга
При опроміненні фотодіода світловим потоком потужністю 3,7 мВт
фотодіод видає струм 2,32 мА на навантаження 2 кОм.
Напруга, що виділяється на навантажувальному резисторі:
U = 2  2,32 = 4,64 В.
Вихідний опір фотодіода становить 2 кОм.

21
Навантаження має становити понад 2 кОм. Тому між фотодіодом і
компаратором має бути встановлений емітерний повторювач або підсилювач з
коефіцієнтом підсилення, рівним одиниці, та великим вхідним опором.
Цій умові відповідає операційний підсилювач Texas Instruments LM118-N.
Застосуємо класичну схему підсилювача з опором у ланцюзі зворотного
зв’язку.
Приймемо опір зворотного зв’язку Rзз = R2 = 2 кОм.
Тоді:
Umax = 2  2,32 = 4,64 В.
U -9 -8
min = 2  5  10 = 10 В.

4.5 Розробка та розрахунок компаратора
На вході компаратора присутні імпульси трикутної форми, тому
визначимо рівень його спрацьовування за рівнем половинної напруги; тоді на
виході будуть імпульси прямокутної форми, що є необхідним для роботи
логічних мікросхем.
4.64
Uспр   0.1 2.42В.
2
де 0.1 В завада,
Uвідн = 4.64 / 2 - 0.1 = 2,32 В;
Uзавади = 50 мВ, Rн = 4 кОм, Rндоп = 2 кОм; Еж = ± 5 В.
Визначимо опір R2. Для опорів має виконуватися така
нерівність: R2 / Rн ≥ Rндоп + Rн  Rндоп, звідки отримаємо:
Rн Rндоп
R2   4 кОм.
Rн Rндоп
Обираємо R2 = 6 кОм.
Запишемо рівняння для напруг:

ед = Uвх+ - Uвх- = 0; Uспрац = Uвх++; Uвих = Uвх+-;

22
 Eж R1 Езм R2
Uвх  
R1R2 R1R2

 Eж R1 Езм R2
Uвх  
R1R2 R1R2

Тоді, Uспр – Uвідн = Uвх++ - Uвх+- = (2ЕжR1) / (R1+R2) =>
Uспр – Uвідн = 0,1В.
Отримаємо 20R1 = 0,1R1 + 0,6 => 19,9R1 = 0,6 => R1 = 0,03 кОм.
Визначимо Езм.
Eж R1 Езм R2
Uспр = Uвх++ =  => Eзм = 2,3821В.
R1R2 R1R2
Визначимо R3 із рівняння провідності для інвертуючого та
неінвертуючого входів:
1/R3 = 1/R1 + 1/(R2 + Rн), чи 1/R3 = 1/0,03 + 1/(6 + 4). R3 = 0.0299 кОм.

4.4 ПЗП та індикація результату
В якості ПЗП обрано мікросхему HM76161-5 Harris Semiconductor, 2k x 8
TTL PROM Memory, Scan та світлодіодний сегментний індикатор SA04-11
(Kingbright). Використання цієї ПЗП та індикатора дозволяє підключити
індикатори безпосередньо до ПЗП через резистори.
Мікросхема HM76161 є одноразово програмованим ПЗП і має
організацію 2Кх8. Тип виходів мікросхеми — 3С. Є три керуючі входи: один
інверсний –CS1, два інших — прямі CS2 і CS3, об'єднані за функцією І. Виходи
даних переходять в активний стан при нульовому рівні на –CS1 і при одиничних
рівнях на CS2 і CS3. Початковий стан мікросхеми (до програмування) — всі біти
всіх комірок в одиниці.

23

Рисунок 4.1 - Позначення сегментів індикатора

4.4.1 Підключення індикатора до ПЗП
Підключення індикатора до ПЗП здійснюється через резистор, що
обмежує максимальний струм. Визначимо його номінальне значення.

1. Характеристики ПЗП
Вихідна напруга, В 4.75
Вихідний струм, мА 0.25

2. Характеристики індикатора
Максимальна пряма напруга, В 3.6
Мінімальний вхідний струм, мА 20
Максимальний вхідний струм, мА 25

Напруга, що падає на індикаторі, дорівнює 3,6 = Uінд.
Вихідна напруга ПЗП дорівнює 4,75 = Uпзп. Приймемо струм у ланцюзі I
= 20 мА.
Напруга, що падає на опір, дорівнюватиме Uпзп-Uінд=1,15 В.
Отже, опір R=1,15/0,02=57,5 Ом. Найближчий номінал резистора за
шкалою опорів дорівнює 61 Ом.
На індикаторі Seg 4 сегмент «крапка» підключений до постійної напруги
5 В. Якщо використовувати опір 61 Ом, то струм у ланцюзі дорівнюватиме I=(5-
3,6)/61=22 мА, що не перевищує максимально допустимого струму для
індикатора.

24
Для підключення сегментів b і c індикатора Seg2 до ПЗП через вихід D7,
що вказують на одиницю, використовується опір, номіналом рівним 61/2=31,5
Ом. Найближчий номінал резистора за шкалою опорів дорівнює 31 Ом.
Для індикатора Seg1 використовується резистор на 61 Ом.

4.4.2 Карта прошивки ПЗП
У ПЗП за допомогою програматора заноситься таблиця зі значеннями
кута в коді Грея, яка перетворюється на 7-розрядний код, кожному розряду якого
відповідатиме один сегмент індикатора.
У розроблюваному енкодері використовується 4 ПЗП (по ПЗП для
кожного індикатора). Знак мінус загоряється, коли по дев'ятій доріжці
отримуємо сигнал: дев'ята доріжка зі значенням 1 належить половині диска в
кутовому діапазоні від 0 до -180 градусів. Коли значення кута досягає ±100
градусів, то одиницю цього числа можна отримати, використовуючи ПЗП №1,
що відповідає за десятки, задіявши восьмий вихід ПЗП.
Кожен вихід ПЗП відповідає своєму сегменту індикатора: вихід 1
відповідає сегменту «А», вихід 2 — «В» тощо. Вихід 8 використовується тільки в
ПЗП №1 для індикації сотень. При спрацьовуванні виходу 8 на індикаторі будуть
активовані сегменти «В» і «С».
У таблиці 4.1 наведено приклад коду прошивки ПЗП.

Таблиця 4.1 - ПЗП №1 (десятки).
Вих. Вих. Вих. Вих. Вих. Вих. Вих. Вих. Вих
Код 0(A) 1(B) 2(С) 3(D) 4(E) 5(F) 6(H) 7(G) 8(bc) Кут
0000000000 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0.00
0000000001 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0.25
0000000011 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0.50
0000000010 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0.75
0000000110 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1.00
0000000111 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1.25
…

25
0001010010 1 1 1 1 1 1 1 0 0 24.75
0001010110 1 1 1 1 1 1 1 0 0 25.00
0001010111 1 1 1 1 1 1 1 0 0 25.25
0001010101 1 1 1 1 1 1 1 0 0 25.50
0001010100 1 1 1 1 1 1 1 0 0 25.75
0001011100 1 1 1 1 1 1 1 0 0 26.00
…
0110100100 1 1 1 1 1 1 1 0 1 - 49.75
0110101100 0 1 1 0 0 0 0 0 1 -50.00
0110101101 0 1 1 0 0 0 0 0 1 -50.25
0110101111 0 1 1 0 0 0 0 0 1 -50.50
0110101110 0 1 1 0 0 0 0 0 1 -50.75
0110101010 0 1 1 0 0 0 0 0 1 -51.00

26
5 Спеціальна частина

5.1 Вдосконалення методики дослідження
Удосконалення методики визначення масової концентрації
нафтопродуктів у пробах природних, питних та стічних вод здійснюється на
основі даних обстеження водних ресурсів села Тубільці, Черкаського району,
Черкаської області. Діапазон дослідження концентрацій становить від 0,005 до
50 мг/дм³. Визначенню нафтопродуктів не перешкоджають жири, гумінові
речовини та насичені вуглеводи природного походження. Проте, ця методика не
забезпечує оцінки похибки при визначенні легких нафтопродуктів (наприклад,
бензину) у водних зразках, а також індивідуальних сполук, що є їхніми
компонентами.
У випадку аналізу неочищених стічних вод (зокрема, з целюлозно-
паперової та хімічної промисловості), а також коли коефіцієнт пропускання
гексанового екстракту проби є незадовільним, необхідне додаткове очищення
екстракту на хроматографічній колонці, заповненій оксидом алюмінію.

Характеристика похибки вимірювань
Методика забезпечує виконання вимірювань з похибкою, що не
перевищує значень, зазначених в таблиці 4.1.
Таблиця 4.1 - Характеристика похибки МВВ для довірчої ймовірності Р =
0,95
Діапазон вимірів, мг/дм3 Характеристика похибки
вимірювань ± δ, %
від 0,005 до 0,02 включно 65
понад 0,02 до 0,5 включно 40
понад 0,5 до 50,0 включно 25

Приготування розчинів
Приготування 5% розчину гідроксиду натрію

27
Даний розчин готують шляхом розчинення 5 г гідроксиду натрію у 95 г
дистильованої води. Термін зберігання розчину в поліетиленовій тарі становить
2 місяці.
Приготування 3% розчину соляної кислоти
Для приготування розчину у конічну колбу з термостійкого скла
наливають 970 см³ води, після чого повільно, при постійному та ретельному
перемішуванні, додають 30 см³ соляної кислоти. Термін зберігання цього
розчину необмежений.
Приготування розчину нафтопродуктів (НП) у гексані з масовою
концентрацією 100 мг/дм³
У мірну колбу об'ємом 50 см³ відбирають 5 см³ вихідного стандартного
розчину нафтопродуктів у гексані, після чого доводять об'єм гексаном до
калібрувальної мітки та ретельно перемішують. Цей розчин зберігається
стабільним не менше 3 місяців за умови зберігання у холодильнику, в колбі з
притертою пробкою, що унеможливлює випаровування розчинника.
Приготування градуювального розчину для аналізатора, масова
концентрація НП 10 мг/дм³
У мірну колбу об'ємом 50 см³ відбирають 5 см³ розчину нафтопродуктів з
концентрацією 100 мг/дм³ (приготованого згідно з попереднім пунктом),
розбавляють гексаном до калібрувальної мітки та ретельно перемішують. Розчин
залишається стабільним не менше 3 місяців за умови зберігання у холодильнику,
в колбі з притертою пробкою, що запобігає випаровуванню розчинника.
Загальні вимоги до гексану для градуювальних розчинів
Для приготування градуювальних розчинів рекомендується
використовувати гексан тієї ж партії, що й для екстракції нафтопродуктів з
аналізованих проб. При зміні партії гексану необхідно перевірити його чистоту.
Якщо концентрація домішок нафтопродуктів у новій партії відрізняється від
попередніх значень більш ніж на 10%, градуювальні розчини слід приготувати
повторно.

28
Метод дослідження
Флуориметричний метод дослідження масової концентрації
нафтопродуктів заснований на екстракції їх гексаном і вимірі інтенсивності
флуоресценції екстракту на аналізаторі рідини.

Умови виконання вимірювань
При виконанні вимірювань в лабораторії повинні бути дотримані
наступні умови:
 температура повітря 20 ± 5 ͦ С;
 атмосферний тиск 84,0-106,7 кПа (630-800 мм рт.ст.);
 вологість повітря не більше 80% при температурі 25 ͦ С;
 напруга в мережі 220 ± 22 В;
 частота змінного струму 50 ± 1 Гц.

Підготовка до виконання вимірювань
Перед виконанням вимірювань проводимо наступні роботи: відбираємо
проби, проводимо градуювання аналізатора рідини і контроль чистоти гексана.

Відбір проб
Відбір проб води здійснюється у скляну тару. Наявність плівки
нафтопродуктів на поверхні проби або її потрапляння до проби є
неприпустимим. Аналіз проб слід провести протягом трьох годин після їх
відбору, або ж необхідно виконати екстракцію нафтопродуктів. Отриманий
гексановий екстракт проб дозволяється зберігати не довше одного тижня.
Зберігання здійснюється у колбі зі шліфованою пробкою за умов, що
запобігають випаровуванню розчинника.
Рекомендований об'єм відібраної проби становить 100 см³. Підготовлений
та висушений посуд для відбору проб підлягає перевірці на чистоту. Для цього
його промивають гексаном (об'ємом не менше 5 см³), після чого отриманий
розчин переливають у кювету аналізатора та проводять дослідження в режимі

29
«Фон» (або «JO»). Зафіксоване значення не має відхилятися від показників,
отриманих при перевірці чистоти гексану, більш ніж на 10%.

Перевірка чистоти гексана
Встановлюємо в кюветне відділення кювету з гексаном і натискаємо
клавішу "Ф". Записуємо у журнал отримане значення (Фгекс). Поміщаємо в
кюветне відділення кювету з розчином НП з концентрацією СНП = 10 мг/дм3 в
гексані і натискаємо клавішу "Ф". Записуємо отримане значення (ФНП) в журнал.
За формулою (5.1) розраховуємо мінімально визначену концентрацію НП в
гексані (Смін, мг/дм3), яка обмежує нижню межу діапазону визначення НП.

Фгек
Сmin  0.1 Снп (5.1)
Фнп Фгек

Якщо значення множника "А" відомо, то мінімально визначену
концентрацію НП в гексані можна обчислити за допомогою співвідношення:
Мінімально визначена концентрація НП у воді з урахуванням
концентрування в 10 разів нижче, ніж Смін.
Гексан придатний для виконання визначення, якщо отримане значення
мінімально обумовленої концентрації НП у воді не перевищує раніше заданого
значення (наприклад 0,2 ГДК). В іншому випадку розчинник необхідно замінити
або провести його очищення.

Градуювання аналізатора
Калібрування приладу здійснюється шляхом дослідження сигналів
флуоресценції розчину нафтопродуктів та чистого розчинника – гексану. Під час
калібрування приладу та всіх наступних вимірювань у каналі збудження
застосовується світлофільтр № 1, а у каналі реєстрації – світлофільтр № 3.
Налаштування режиму "Фон" виконується за допомогою розчинника. Для
цього в кюветне відділення поміщається кювета з гексаном, після чого

30
натискається клавіша "Ф". Для калібрування аналізатора використовується
розчин нафтопродуктів (НП) з концентрацією 10 мг/дм³. Встановлюються такі
значення параметрів: С = 10,00. До кюветного відділення поміщається кювета з
калібрувальним розчином (концентрація НП становить 10 мг/дм³), після чого
натискається клавіша "Г".

Контроль побудови градуювальної характеристики
Для контролю побудови градуювальної характеристики одночасно з
приготуванням градуювальних розчинів готуємо 1-2 контрольні суміші з
концентрацією НП 1-10 мг/дм3, для чого відбираємо V 3
к, см (0,5 <Vк <5) розчину
нафтопродуктів з концентрацією 100 мг/дм3 в суху чисту мірну колбу місткістю
50 см3, розбавляємо до мітки гексаном і ретельно перемішуємо. Концентрація
НП в отриманої суміші (Ск, мг/дм3) складає:

100Vk
Ck  (5.2)
50

Вимірюємо концентрацію НП в отриманих розчинах в режимі
"Дослідження". Градуювання визнається задовільним, якщо виміряне значення
концентрації НП в сумішах відрізняється від Ск не більше ніж на 10%. В іншому
випадку градуювання аналізатора необхідно повторити.
При очікуваній концентрації НП в екстракті менше 1 мг/дм3 (аналіз
чистих проб) проводимо додатковий контроль побудови градуювальної
характеристики. З цією метою готуємо 1-2 контрольні суміші з концентрацією
НП 0,1-1 мг/дм3, для чого відбираємо Vк, см3 (0,5 <Vк <5) розчину
нафтопродуктів з концентрацією 10 мг/дм3 в суху чисту мірну колбу місткістю
50 см3, розбавляємо до мітки гексаном і ретельно перемішуємо. Концентрація
НП в отриманої суміші (Ск, мг/дм3) складає:

31
10Vk
Ck  (5.3)
50

Вимірюємо концентрацію НП в отриманих розчинах в режимі
"Дослідження". Градуювання визнається стабільним, якщо виміряне значення
концентрації НП в сумішах відрізняється від Ск не більше ніж на 40% в діапазоні
0,05-0,1 мг/дг3, 20% в діапазоні 0,1-0,5 мг/дм3 і 10% при більш високій
концентрації. В іншому випадку градуювання аналізатора необхідно повторити.
У разі відмови при градуюванні (Е13) необхідно замінити гексан на чистіший.

Контроль стабільності градуювальної характеристики
При використанні аналізатора рідини контроль стабільності
градуювальної характеристики не проводять, оскільки градуювання аналізатора
проводиться заново після кожного включення приладу в мережу.
Вимірюємо масову концентрацію нафтопродуктів у зразках для контролю
стабільності градуювальної характеристики в режимі "Дослідження" з
використанням градуювальної характеристики, закладеної в пам'ять аналізатора.
Градуювальна характеристика визнається стабільною, якщо розбіжність між
заданим і виміряним значеннями масової концентрації НП не перевищує 10% в
діапазоні 0,5-10 мг/дм3, 20% в діапазоні 0,1-0,5 мг/дм3, 40% в діапазоні 0,05-0,1
мг/дм3.
Якщо розбіжності перевищує вказані значення, градуювання аналізатора
необхідно повторити.

Виконання вимірювань
Зразок води переносять до ділильної лійки об'ємом 250 см³. За допомогою
піпетки відбирають 10 см³ гексану, яким ополіскують посудину, де знаходився
зразок. Отриманий гексан додають до ділильної лійки. Суміш перемішують
протягом 1 хвилини, потім відстоюють до утворення прозорого верхнього шару.
Цей шар відокремлюють, переносять до кювети та вимірюють концентрацію

32
нафтопродуктів (НП) в екстракті в режимі "Дослідження". Одночасно фіксують
пропускання розчину. Водну фазу збирають у мірний циліндр об'ємом 100-200
см³ і точно фіксують її обсяг.
1) У випадку, якщо пропускання екстракту становить менше 0,5 (50%), у
суху мірну колбу об'ємом 25 см³ відбирають 2-5 см³ екстракту та доводять об'єм
до мітки гексаном. Вимірюють концентрацію нафтопродуктів в отриманому
розчині в режимі "Дослідження". Якщо показання приладу в режимі
"Дослідження" виявляється меншим за 10 мг/дм³, то контролюють пропускання
розчину, як зазначено вище.
2) Якщо розведення не дозволяє досягти підвищення пропускання
розчину до значень понад 0,5 (50%), екстракт слід піддати додатковому
очищенню шляхом обробки розчинами соляної кислоти та гідроксиду натрію
згідно з подальшим описом.
У випадку аналізу зразків складного складу можливе незадовільне
розшарування після екстракції. Тоді очікують відділення 3-4 см³ верхнього шару,
переносять його до кювети та вимірюють концентрацію нафтопродуктів, як
зазначено раніше.
У цьому випадку обов'язково готують холостий зразок. Для цього до
ділильної лійки поміщають 20 см³ розчину гідроксиду натрію та проводять
екстракцію 10 см³ гексану, як описано вище. Нижній водний шар видаляють, до
екстракту додають 10 см³ розчину соляної кислоти, перемішують протягом 1
хвилини, і після поділу фаз проводять дослідження концентрації нафтопродуктів
у верхньому гексановому шарі. Якщо екстракт робочого зразка розбавляли
гексаном, то екстракт холостого зразка також розбавляють гексаном у тих самих
пропорціях.
При аналізі стічних вод підприємств целюлозно-паперової промисловості,
а також зразків, екстракти яких після обробки розчинами кислоти та гідроксиду
натрію мають пропускання менше 0,5 (50%), гексановий екстракт піддають
додатковому очищенню на хроматографічній колонці, заповненій оксидом
алюмінію.

33
Обробка результатів вимірювань
Концентрацію нафтопродуктів у пробі води обчислюємо за формулою:

Хвим Vr K1
Хпр  (5.4)
Vпр

де Хпр - концентрація НП в пробі води, мг/дм3;
Хвим - концентрація НП в гексаново екстракті проби, мг/дм3;
Vг - обсяг гексана, взятий для екстракції, см3;
V 3
пр - обсяг проби, см ;
К1 - розведення екстракту, тобто співвідношення обсягів мірної колби і
аліквантну порцію екстракту. Якщо екстракт розбавляти, то К1 = 1.
При необхідності приготування холостої проби концентрацію НП в ній
обчислюємо аналогічно. Результат аналізу (Х, мг/дм3) знаходимо за формулою:

Хвим Ххол Vr K1
Хпр  (5.5)
Vпр

де Ххол - концентрація НП в екстракті холостої проби, мг/дм3.

21.04. Назва Став S =3,3256 га Місце с. Тубільці, Тальнівський район, Черкаська
26 р створу відбору область
Дослідження Значенн Формула Сер Похиб Одиниц Підпи
я по розрахунку едн ка я с
калібрув є дослід дослідж викон
альному зна ження ення авця
графіку чен
ня
Показн Мет Об’є Дх Д Д2 Ді - С1 С Сс.р.
ик о- м 1 Дх 2
дик проб
а и,
см3
НП МВ 100,0 0,072 0,21 0,21 0,21×10/100=0 0,02 ± 40 % мг/дм3
В 3 ,021 1
НП МВ 5 мл 0,079 0,63 0,06 0,632×10/10×2 0,32 ± 40 % мг/дм3
В в 25 2 3 5/5=0,321
мл

34
5.2 Технологічний розділ
Деталь-лінза є досить технологічною. Конфігурація деталі являє собою
поєднання простих геометричних форм. Робочі поверхні деталі мають правильну
геометричну форму. Можливе складання блоку у вигляді правильного кола. Вид
властивостей і якість матеріалу відповідають заданим параметрам деталі.
Вимоги до якості поверхні деталі обґрунтовані її службовим призначенням.
Точність форми і чистота поверхні легко можуть бути забезпечені.
Нетехнологічним параметром лінзи є товщина по центру tц = 5,6 ± 0,04
мм.
Відносна твердість щодо шліфування для скла ТБФ8 дорівнює Нс = 1,09.
Скло ТБФ8 хімічно нестійке (група кислотостійкості дорівнює 4) і
небезпечне при нальоті.
Категорія складності IV.

Вибір та розрахунок заготовки
Пресування — це примусове формування в’язкої скломаси або шматків
скла, розігрітих до розм’якшення. Цей процес дозволяє отримувати заготовки
різної форми: плитки, лінзи та призми різних розмірів і радіусів кривизни з
невеликими припусками на подальшу механічну обробку.
Застосування пресованих заготовок, що мають форму, близьку до форми
деталі, істотно прискорює та спрощує виготовлення оптичних деталей і
здешевлює їхню вартість порівняно з виробництвом деталей, виготовлених зі
шматків, отриманих механічною обробкою прокатаних листів або відлитих
блоків.
При виготовленні деталей з пресованих заготовок скорочується механічна
обробка, зменшуються марні втрати скла та витрата цінних абразивних
матеріалів.
Заготовки для виробництва даної в завданні деталі виготовляються
пресуванням.

35
Мінімально допустимі розміри по товщині, діаметру або стороні
заготовок і радіусу сферичних пресованих деталей визначаються розрахунковим
способом. Розрахункові значення наводяться на кресленнях.
Обираємо Р = 1,3 мм – припуск на обробку по діаметру, Δt = 1,8 мм –
припуск на обробку товщини по осі.
Тоді:

tз = tдет + Δt= 5,64 + 1,8= 7,44 мм,

де tз - заготовки по осі;
tдет - номінальна товщина заготовки по осі.
Обираємо t =7,44 1,0
з 0,5 мм.
Діаметр заготовки:

dз= dд+р=25,99+1,3=27,29 мм.

Правильність обраного припуску перевіряється за допомогою розрахунку
косини або різниці в товщині краю (Δtкр), яка повинна становити не менше 0,4.

Pd(R1 R2 - t) 1.3 27.29(117.15 45.3165.6)
t    0.52 мм,
2R1R2 2 117.15 45.316

де P - величина припуску на обробку діаметра;
d - діаметр заготовки;
t - товщина лінзи по центру.
Проведемо розрахунок радіусів для опуклих сферичних поверхонь:

b
R з Rд   k ,
2

36
де b - припуск на товщину по осі (Δt);
2
 R 
k - коригувальний коефіцієнт, k    0.4 д
  .
 dд 

2
b 1.8 117.15 
Rз1 R1    117.15  0.4  126,17 мм.
1
2 2  26 

2
b 1.8  45,316 
Rз2 R2   2  45,316  0.4   47,416 мм.
2 2  26 

2
117,15 
  0.4  8,12 мм.
1
 26 

Так як:  3 8 мм та
1 Rз1 126,05 мм.

2
 45.316 
2  0.4  1,21 мм.
 26 

Тая як:  1,5 1,2 мм та
2 Rз1  47,415 мм.

37
Розрахунок блоку для радіуса R2
Розрахуємо еластичний блок для радіуса R2 (рисунок 5.1)

Рисунок 5.1 - Блок еластичний

1. Попередня висота блоку

D2
П 1102
Hб    33.37 мм,
8R 8 45.316

де DП — діаметр плоского блоку.
2. Попередній кут розчину блоку

 Hб   33.37 
б  arccos1   arccos1   74 42 .
 R   45.316 

3. Кути розчину заготовки

38
 d   27.29 
0  arcsin   arcsin  17 31
 2R   2 45.316 

 d  b   27.29 1.5 
  arcsin   arcsin  18 31,
 2R   2 45.316 

де b - відстань між заготовками (при розрахунку сферичних блоків b слід
обирати згідно з таблицею 5.1).

Таблиця 5.1 - Відстань між заготовками на сферичному блоці
d b (для увігнутих блоків) b (для опуклих блоків)
до 10 включно 0.7 – 1.0 0.3 –0.8
10..20 0.7 – 1.5 0.6 – 1.0
20..40 1.1 – 1.7 1.3 – 1.6
40..60 1.6 –2.0
св. 60 2.0 – 2.5 2.5 –3.0

4. Кількість рядів на блоці та кількість заготовок у першому ряді:

б 1 74 42
 m    0.5 2.52.
2 2 2 18 31

На блоці буде два ряди, у першому ряді — три заготовки.
5. Кут φ1:

180 180
 1   60 .
n1 3

6. Кут θ1:

39
sin 0.317
sin1    0.366 ; 1  21 28 .
sin1 0.866

7. Кут θ2 знаходимо за формулою:

m  1  2(m1) ;

2  1  2(2 1)  21 28  2 18 31  57 59.

8. Синуси кутів обчислюємо за формулою

sin
sinm 
sinm
0.317
sin2   0.371
0.852
Отже кут 2  21 49 .
9. Количество заготовок по рядам:

n1  3
180 180 .
n2    8,24
2 21 49

Приймаємо n =8.
2

10. Загальна кількість заготовок на блоці

N = 3 + 8 = 11.

11. Кінцевий кут розчину блоку

40

б  2  0  57 59 17 31  75 30 .

11. Кінцева висота блоку

Hб  R 1 cosб   45.3161 cos75 30  33,97 мм.

12. Діаметр блока

Dб  2Rsin б  2 45,316 sin75 30  87,74 мм.

Розрахунок блоку для радіуса R1
Розрахуємо жорсткий блок для радіуса R1 (рисунок 5.2)

Рисунок 5.2 - Блок жорсткий

1. Попередня висота блоку

D2 2
H  П 200
б   42.68 мм,
8R 8 117.15

41
де DП - максимальний діаметр плаского блоку.

2. 2. Попередній кут розчину блоку

 Hб   42.68 
б  arccos1   arccos1   50 31 .
 R   117.15 

3. Углы раствора заготовки

 d   27.29 
0  arcsin   arcsin   6 41
 2R   2 117.15 

 d  b   27.29 1.5 
  arcsin   arcsin   7 3,
 2R   2 117.15 

де b - відстань між заготовками.
4. Кількість рядів на блоці та кількість заготовок у першому ряді:

 
б 1 50 31
 m    0.5 4.08.
2 2 2 7 3

У блоці буде чотири ряди, у першому ряді — одна заготовка. Отже, 
1 0
та 1  0 .
5. Кути θ2, θ3, θ4 обчислюємо за формулою:

 ;
m  2(m1)

42
2  2(2 1)  2 7 3 14 6;
3  2(31)  4 7 3  2812;
4  2(4 1)  6 7 3  42 18.

6. Синуси кутів обчислюємо за формулою

sin
sinm  ;
sinm
0.123
sin2   0.5042  30 15;
0.243
0.123
sin3   0.260 
3 15 4 ;
0.473
0.123
sin   0.182 10 294 4 .
0.673

7. Кількість заготовок за рядами:

n1 1
180 180
n2    5.94 n2  5;
2 30 15
180 180
n3   11.94 n2 11;
3 15 4
180 180
n4   17.16 n2 17.
4 10 29

7. Загальна кількість заготовок на блоці:

N = 1 + 5+11 + 17 = 34.

9. Кінцевий кут розчину блоку:

43
б  4  0  42 18  6 41  48 59.

10. Кінцева висота блоку:

Hб  R 1 cos б  117.151 cos48 59  40.32мм.

11. Діаметр блока

Dб  2Rsin б  2 117.15 sin48 59 176.92мм.

При виготовленні лінз із заготовок, що мають форму, наближену до
форми майбутньої деталі, послідовно розглядають такі операції.
1. Попереднє шліфування заломлюючих поверхонь заготовок. На стадії
розробки цієї операції розраховують:
а) характеристики алмазного інструменту (зернистість і концентрацію
алмазу, діаметр круга);
б) товщину заготовки після шліфування 1-ї та 2-ї поверхонь; для лінз, що
погано центруються, додатково розраховують допустиму різницю товщини по
краю;
в) виходячи з параметрів, що характеризують заготовку (D, h/D, R, tкр),
встановлюють наявність відповідного обладнання, вибирають його модель і
типорозмір.
2. Тонке шліфування заломлюючих поверхонь заготовок. При
проектуванні операції розраховують:
а) блок заготовок (плоский, сферичний) і спосіб його складання залежно
від категорії складності деталі та типу виробництва;
б) кількість переходів і зернистість абразиву на кожному переході
операції;

44
в) конструктивні параметри інструменту (діаметр, висоту, радіуси робочої
поверхні).
Відповідно до призначеного способу виконання операції (алмазним
інструментом, вільним абразивом) та з урахуванням розміру блоку обирають
модель і типорозмір верстата; залежно від категорії складності деталі
призначають режим роботи верстата.
3. Полірування заломлюючих поверхонь. При проектуванні цієї операції
визначають:
а) розміри полірувального верстата (діаметр плоского корпусу, діаметр,
висоту та радіус поверхні сферичного корпусу);
б) модель і типорозмір верстата, режим його роботи.
4. Центрування лінз. При розробці цієї операції визначають:
а) спосіб установки деталі (механічний, ручний);
б) модель і типорозмір верстата залежно від розміру лінзи та вимог до
точності центрування.
5. Фасетування. Якщо фасетування є самостійною операцією, при її
проектуванні розраховують радіус фасетувальної чашки та за ОСТ 3-6007-85
обирають її нормалізований розмір.

5.3 Економічний розділ
Економічні прозрахунки проводилися після метрологічного
забезпечення шляхом побудови градуйованого графіку і
внутрішньолабораторного контролю за допомогою середовища Ecxel.
Розрахунки представимо в табличному виді.

Розрахунок загальногосподарських витрат станом на 21.04.2026
1 Затверджений кошторис спеціального фонду (у частині власних надходжень), грн. 1 843 300,00
2 Загальна сума видатків передбачена кошторисом на рік, грн. 11 561 020,00
3 Загальногосподарські витрати, % 15,94

45
Розрахунок вартості людтно-години працівників лабораторії моніторингу вод
Середньо-
місячна
Надбав Доплата норма
ка за за Місячний робочого Середня
Вартість
№ Оклад високі шкідливі Премі фонд часу у 2026 вартість
Посада люд.-
з/п , грн. досягне умови я, грн. оплати році на люд.-
год., грн.
ння, праці, праці, грн. одного год., грн.
грн. грн. працівника
(1807,2/12),
люд./год.
Завідувач
1 5087 2543 610 5087 13327 150,6 88,49
лабораторії
Провідний
2 4141 2070 497 4141 10849 150,6 72,04
хімік
72,59
Хімік І
3 3826 1913 459 3826 10024 150,6 66,56
категорії
Хімік ІІ
4 3636 1818 436 3636 9526 150,6 63,25
категорії
Разом 16690 8344 2002 16690 43726 602,4 290,34 -

Розрахунок вартості електроенергії для виконання комплексу
гідрохімічних вимірювань якості поверхневої води
Найменування
Потужність Вартість Вартість
№ показника Час роботи
приладів, 1 кВт, електричної
з/п дослідження приладу
кВт грн. енергії, грн.
якості води
1 Амоній-іони 55 хвилин 0,055 0,11
2 БСК 123 години 0,250 69,60
3 Залізо загальне 50 хвилин 2,700 5,07
4 Нафтопродукти 2 години 0,036 11,96 0,16
5 Нітрат-іони 55 хвилин 0,055 0,11
6 Нітрит-іони 55 хвилин 0,055 0,11
7 Сульфат-іони 55 хвилин 0,055 0,11

46
9 годин 1,000 20,37
5 годин
8 Сухий залишок 1,500 18,10
20 хвилин
9 Фосфат-іони 55 хвилин 0,055 0,11
Всього 113,87

Розрахунок сум заробітної плати за виконання гідрохімічних вимірювань
якості поверхневої води
Найменування Норми витрат Середня Заробітна плата
№ показника праці на виконання вартість за виконання
з/п дослідження якості дослідження, люд.- люд.- вимірювань,
води год. год., грн. грн.
1 Амоній-іони 0,43 72,59 31,21
2 БСК 0,82 72,59 59,52
3 Залізо загальне 0,7 72,59 50,81
4 Нафтопродукти 0,92 72,59 66,78
5 Нітрат-іони 0,98 72,59 71,14
6 Нітрит-іони 1,07 72,59 77,67
7 Сульфат-іони 0,68 72,59 49,36
8 Сухий залишок 0,64 72,59 46,46
9 Фосфат-іони 0,82 72,59 59,52
10 Хлорид-іони 0,35 72,59 25,41
11 Гідрокарбонати 0,33 72,59 23,95
12 Кальцій 0,38 72,59 27,58
13 Магній 0,37 72,59 26,86
Всього 8,49 60,06 616,29

Розрахунок вартості хімічних реактивів для виконання комплексу
гідрохімічних вимірювань якості поверхневої води

47
№ Найменування показника Вартість хімічних
з/п дослідження якості води реактивів, грн.
1 Амоній-іони 7,95
2 БСК 13,75
3 Залізо загальне 6,22
4 Нафтопродукти 124,18
5 Нітрат-іони 37,18
6 Нітрит-іони 8,16
7 Сульфат-іони 42,4
8 Сухий залишок 3,28
9 Фосфат-іони 8,36
10 Хлорид-іони 14,53
11 Гідрокарбонати 5,54
12 Кальцій 5
13 Магній 3,36
Всього 279,91

5.4 Розділ охорони праці

5.4.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, які впливають на працівників
інформаційно-технічного відділу
Роботи з дослідження проблем за темою бакалаврської роботи
проводяться в приміщенні інформаційно-технічного відділу. Проведемо аналіз
умов праці робітників в приміщенні відділу.
Приміщення відділу розташовано в п’ятиповерховій будівлі, на другому
поверсі, в кімнаті, розміри якої: довжина – 5 м, ширина – 3 м, висота – 2,75 м.
Загальна площа приміщення становить 15 м2, а об'єм 41,25 м3. В кабінеті
працюють два працівники, за кожним з яких закріплено робочий стіл, кожен
площею 1,2 м2, стілець, а також персональній комп’ютер та принтер. Згідно з
ДБН В.2.2.28-2010, площа на одного працюючого, для робочих місць, які

48
обладнані персональним комп’ютером, повинна становити не менше 6м2, а об'єм
не менше 20 м3 . В даному випадку, порівнюючи нормативні значення показників
та фактичні, бачимо що нормативи дотримано, оскільки площа кабінету, яка
відведена на одного працівника становить 7,5 м2, а об'єм - 20,625 м3.
Мікроклімат робочих приміщень регулюється відповідно до ДСН
3.3.6.042-99 та характеризується такими показниками як: температура повітря,
швидкість руху повітря, відносна вологість повітря.
Робітники відділу згідно умов праці відносяться до 1а категорії за
важкістю виконуваних робіт. Відповідно даній категорії існують відповідні
нормативні значення температури повітря, вологості повітря та швидкості руху
повітря для робочої зони. Отже, порівняємо нормативні та фактичні параметри
мікроклімату.
В холодний період року згідно нормативу передбачаються такі
показники: температура повітря: опт. 22-24 °С, доп. 21-25 °С; відносна вологість:
опт. 40-60%, доп. 75%; швидкість руху повітря: опт. 0,1 м/c, доп. 0,1 м/сек.
Фактичні показники такі: температура повітря 21-23 0С; відносна вологість
повітря 58-60%; швидкість руху повітря 0,1-0,2 м/с.
В теплий період року, згідно з ДСН 3.3.6.042-99, передбачаються такі
показники: температура повітря: опт. 23-25 °С, доп. 22-28 °С; відносна вологість:
опт. 40-60 %, доп. 52-55 %; швидкість руху повітря: опт. 0,3 м/c, доп. 0,2 м/с.
Фактичні показники такі: температура повітря 24-25 0С; відносна вологість
повітря 55-60%; швидкість руху повітря 0,15-0,2 м/с.
Отже, відповідно до наведених нормативних і фактичних значень
параметрів, можна зробити висновок, що фактичні величини параметрів
мікроклімату відповідають ДСН 3.3.6.042-99.
Процес використання електроприладів, які підключаються до мережі
змінного струму напругою 230 В впливає на стан електробезпеки в кабінеті
відділу. В установі застосовуються заходи щодо дотримання правил
електробезпеки, зокрема, захисне заземлення персональних комп’ютерів, згідно
з ДСТУ Б В.2.5-82-2016 та впроваджена система допусків при виконанні

49
ремонтних робіт. Відповідно до категорій приміщень за електробезпекою,
приміщення відділу відноситься до приміщень без підвищеної небезпеки
ураження електричним струмом, згідно ПУЕ-17.
Рівень шуму регулюється відповідно до ДСН 3.3.6.037-99 «Державні
санітарні норми виробничого шуму, ультразвуку та інфразвуку». Згідно даного
документу допустимий рівень шуму для даної сфери діяльності становить 50
дБА.
Основним джерелом шуму в даному кабінеті є обладнання, яке
застосовується співробітниками: комп’ютери, принтер тощо. Оскільки дані
пристрої працюють постійно, то в приміщенні відділу фактичний рівень шуму
становить 47-50 дБА. Порівнюючи нормативні та фактичні показники можна
зробити висновок, що рівень шуму на робочих місцях відділу є допустимим.
Персональні комп’ютери, з якими працюють робітники даного відділу
також є джерелами електромагнітного випромінювання. Відповідно до ДСН
3.3.6.096-2002 «Державні санітарні норми і правила при роботі з джерелами
електромагнітних полів» фактичний рівень електромагнітного випромінювання в
робочій зоні знаходиться в оптимальних значеннях.
На робочому місці персонал може знаходиться під впливом
електростатичного поля (ЕП). Відповідно до НАОП 0.03-3.05-77, визначається
ступінь впливу ЕП на працівника, в залежності від напруженості ЕП і часу
перебування працівника в ньому. Згідно з нормативом гранично допустимою
вважається напруженість електростатичного поля даної категорії працюючих,
при 9 годинному робочому дні не повинна перевищувати 20 кВ/м. Фактичній
показник електростатичного впливу на робочому місці працівника відділу кадрів
становить менше 0,1 кВ/м. Отже, вплив електростатичного поля на працівника є
допустимим.
Природне освітлення в кабінеті відділу забезпечується крізь вікно,
розміром 210 х 140 см. Джерелом штучного освітлення є світильник, який має
три лампи розжарювання (лампи по 75 Вт, з прозорою колбою і стандартним
цоколем Е27). Нормованим параметром природного освітлення є коефіцієнт

50
природного освітлення (КПО). КПО встановлюється в залежності від розряду
виконуваних зорових робіт, згідно з ДБН В.2.5-28-2018 «Природне і штучне
освітлення». Робота працівника відділу відноситься до робіт високої точності (ІІ
розряд зорової праці, мінімальний розмір об'єкту розрізнення – 0,15-0,3мм), для
яких при використанні бокового освітлення нормативним КПО=1,5%. Для
штучного освітлення нормованим параметром виступає Емін – мінімальний
рівень освітленості, та Кп - коефіцієнт пульсації світлового потоку, який не
повинний бути більшим ніж 20%. Мінімальна освітленість встановлюється в
залежності від розряду виконуваних зорових робіт. Для ІІ розряду зорової праці
нормована освітленість становить 300-500 лк. Фактичний рівень штучного
освітлення на робочих місцях працівників відділу – 260-280 лк.
Для створення оптимальних умов зорової праці слід враховувати не лише
кількість та якість освітлення, а й кольорове оточення. При світлому
пофарбуванні інтер'єру завдяки збільшенню кількості відбитого світла рівень
освітленості підвищується на 20-40% (при тій же потужності джерел світла),
різкість тіней зменшується, покращується рівномірність освітлення.
Стіни приміщення відділу оздоблені шпалерами світло бежевого кольору
та мають матову поверхню, стеля пофарбована в білий колір, таким чином за
рахунок даного интер`єру створюється сприятлива робоча атмосфера.
Отже, можна зробити висновок, що фактичний рівень освітлення не
відповідає нормативному значенню. Тому необхідною є модернізація системи
загального штучного освітлення відділу.
За своєю конструкцією будівля, в якій знаходиться відділ, побудована із
збірних залізобетонних конструкцій каркасного типу. Саме тому ці конструкції
відносяться до II ступеню вогнестійкості за ДБН В.1.1-7-2016.
В приміщенні знаходяться один переносний вуглекислотний вогнегасник
ВВК-5 (використовуються для гасіння легкозаймистих та горючих рідин,
твердих горючих речовин та матеріалів, електропроводок, що знаходяться під
напругою до 1000 В), що відповідає Правилам експлуатації вогнегасників, згідно
якого на кожні 20 м2 площі приміщення повинен припадати 1 вогнегасник.

51
Для попередження пожежі в приміщенні відділу використовується
система пожежно-охоронної сигналізації «Лунь-9Р» та 4 димових пожежних
оповісника ИП-212-54Р, відповідно до ДБН В.2.5.56-2014.
З працівниками установи проведені інструктажі з техніки електробезпеки
працівників (вступний, первинний, повторний, позаплановий, цільовий), з
врахуванням ДНАОП 0.00-1.21-98 «Правила безпечної експлуатації
електроустановок споживачів», відповідно до НПАОП 0.00-4.12-05. Біля даного
кабінету в коридорі розміщено «План евакуації при пожежі». Наявні шляхи
евакуації забезпечують безпечну евакуацію людей і відповідають вимогам ДБН
В.1.1-7-2016.
Відповідно до Наказу МОЗ України № 246 від 21.05.07 працівники
відділу проходять медогляд раз в два роки.
Отже, детальний аналіз умов праці працівників відділу та безпосередньо
робочих місць показав, що всі фактори робочого середовища, крім рівня
штучного освітлення відповідають своїм нормативним значенням. Тому
необхідною є модернізація загального штучного освітлення відділу для
забезпечення нормативного рівня освітлення, тобто величина штучного
загального освітлення повинна складати не менше 400 лк.

5.4.2 Модернізація системи комбінованого штучного освітлення
Для нормальної зорової роботи необхідно створювати такі умови, щоб не
виникали професійні захворювання або виробничий травматизм. Освітлення має
відповідати встановленим нормативам та характеру зорової виробничої
діяльності:
1) забезпечувати достатню рівнозмінність та постійність освітлення;
2) не створювати сліпучої дії від джерела світла і предметів, що
знаходяться в полі зору;
3) не створювати на робочих поверхнях різких та глибоких тіней, бути
рівномірним на площині, що освітлюється.

52
Раціонально виконане освітлення виробничих приміщень надає
позитивного психофізіологічного впливу на працюючих, сприяє підвищенню
якості продукції та продуктивності праці, забезпеченню її безпеки, знижує втому
і травматизм на виробництві, зберігає високу працездатність в процесі праці.
Розрахунок штучного освітлення виконується за методом коефіцієнту
використання світлового потоку. Основною задачею розрахунку штучного
освітлення є визначення необхідної кількості світильників для забезпечення
нормативного рівня штучного освітлення.
Вибір величини штучного освітлення залежить від найменшого об’єкту
розрізнення. Оскільки робота пов’язана з використанням ПК, то найменшим
об’єктом розрізнення є крапка на екрані монітора, розмір якої приблизно
знаходиться в межах 0,15-0,3 мм. Контраст об’єкта з фоном – великий, оскільки
він переважно буде між білим та чорним кольором. Фон – поверхня, на якій
розглядається найменший об’єкт розрізнення буде світлим (ρ > 0,4).
Згідно з ДБН В.2.5-28-2018 «Природне і штучне освітлення» робота
працівника відповідає ІІ розряду зорової праці, саме тому нормативний рівень
загального штучного освітлення має бути не менший ніж 400 лк.
Відповідно до приміщення для загального штучного освітлення обираємо
стельовий LED світильник SLIMFRAME LED/58W/230V. Призначений для
установки в офісних і інших громадських приміщеннях (підприємства, установи,
торговельні центри, торговельні точки тощо). Світильник підходить для
застосування в приміщеннях з підвищеними вимогами до освітленості.

Рисунок 7.1 - Стельовий LED світильник SLIMFRAME LED/58W/230V

53
Стельовий LED світильник SLIMFRAME LED/58W/230V - сучасне
рішення для освітлення офісних приміщень. У світильнику використовується
вбудований світлодіодний модуль, що забезпечує ефективне та економне
освітлення. Дизайн і висока якість виготовлення світильника гарантують довгий
термін служби і задоволення від освітлення.

Таблиця 7.1 - Технічні параметри стельового LED світильника
SLIMFRAME LED/58W/230V
Виробник BRILAGI
Матеріал Метал, пластик
Колір Чорний
Цоколь Вбудований
Кількість лампочок с1в ітлодіодний модуль
Лампочки в комплекті ТАК (світлодіод)
Колір світла Нейтрально-біла
Колiрна температура 4000 K
Споживана потужність 58 Вт
Еквівалент потужності лампи розжарювання 340 Вт
Макс. потужність джерела 58 Вт
Максимальна споживана потужність світильника 58 Вт
Світловий потік 4930 Лм
Функція Світлодіодна технологія
Індекс передачі кольору (CRI) 80 Ra
Висота 36 мм
Ширина 595 мм
Довжина 595 мм
Вага 4,77 кг
Ступінь захисту (IP) IP20
Напруга 230 В
Клас захисту від ураження електричним струмом 1

54
Енергетичний клас F
Гарантійний термін 36 місяців
Код товару BG1543
Визначимо індекс приміщення і:
A B 5 3
i    0,96,
(H 0,8)  (A B) (2,75 0,8)  (5 3) (5.1)
де А, В і Н – довжина, ширина та висота приміщення, м.
Коефіцієнт використання світлового потоку  в залежності від групи
світильника та індексу приміщення буде дорівнювати η=0,77.
Розрахунок кількості світильників для загального штучного освітлення
NЗ:
EH S  z KN  3 , (5.2)
3
FЛ 
де ЕН – нормоване загальне штучне освітлення, лк (ДБН В.2.5-28-2018);
КЗ – коефіцієнт запасу, який враховує зниження освітлення в процесі
експлуатації (для заданих приміщень КЗ = 1,5);
S=AB – площа приміщення, що освітлюється;
z – коефіцієнт мінімального освітлення;
FЛ – світловий потік лампи;
 – коефіцієнт використання світлового потоку, відн. од.
400 15 1,0 1,5
N3   2,37 .
4930 0,77
Отриману кількість N округлюємо до цілого значення в більшу сторону,
тобто:
NЗ = 2,37 ≈ 3 світильника.
Розрахуємо штучне місцеве освітлення на робочих місцях.
Визначимо параметри для розрахунку мінімального необхідного
світлового потоку світильників для місцевого штучного освітлення FЛ.
За площу освітлюваної ділянки приймемо площу робочого столу,
габаритні розміри якого дорівнюють: ширина – 1,2 м та глибина – 1,0 м, отже

55
S  АВ 1,2 1,0 1,2 м2 , (5.3)
ЕН = 250 лк;
z – коефіцієнт мінімального освітлення, який для люмінесцентних ламп
дорівнює z=1,1);
КЗ – коефіцієнт запасу, який враховує зниження освітлення в процесі
експлуатації (для заданих приміщень КЗ = 1,5);
 – коефіцієнт використання світлового потоку, який для даного
приміщення становить η=0,55.
Визначимо мінімальний необхідний світловий потік для одного робочого
місця:
E S  z K
F  H 3 . (5.4)
Л
N3 
250 1,2 1,11,5
F   900лм.
Л
10,55
Приймаємо світлодіодну гнучку настільну лампу з регулюванням
яскравості VARIO LED/15W/230V. Це сучасна настільна лампа з
енергоефективним світлодіодним джерелом світла. Лампа призначена для
кріплення до столу за допомогою кріплення, що додається. Корпус лампи можна
повертати на 180 °. Регульована колірна температура (3000-6000K) за допомогою
кнопки на кабелі живлення. Довге натискання кнопки дозволяє плавно
регулювати яскравість.
Технічні параметри світлодіодної лампи VARIO LED/15W/230V
Виробник – BRILAGI
Матеріал – метал
Колір – чорна
Цоколь – вбудований світлодіодний модуль
Кількість лампочок – 1
Колір світла – тепло-білий, нейтрально-білий, холодно-білий
Колірна температура – 3000-6000 K
Потужність – 15 Вт

56
Еквівалент потужності лампи розжарювання – 100 Вт
Максимальна споживана потужність освітлювального приладу – 15 Вт
Світловий потік – 1400 Лм
Функція – світлодіодна технологія, вимикач на кабелі, димований, з
диммером
Середній термін служби ресурсу – 25000 год
Кут випромінювання – 120°
Кількість циклів перемикання – 50000 ON/OFF
Індекс кольору (CRI) – 80 Ra
Висота – 740 мм
Довжина – 660 мм
Вага – 0,95 кг
Тип вилки – C
Ступінь захисту (IP) – IP20
Напруга – 230 В
Клас захисту від ураження електричним струмом – 2
Гарантійний термін – 36 місяців

Рисунок 5.2 - Загальний вигляд світлодіодної гнучкої настільної лампи з
регулюванням яскравості VARIO LED/15W/230V

57
Висновки

В даній кваліфікаційній роботі бакалавра був роброблений
мікроконтролерний люмінесцентно-фотометричний прилад для дослідження
характеристик природної води.
Розроблені структурна та принципова оптична схема приладу. Проведені
розрахунки оптичних елементів та фотометричного каналу за допомогою
комп’ютерного розрахунку в середовищі MathCad 16.
Вдосконалення методики виконання вимірювань масової концентрації
нафтопродуктів в пробах природних, питних і стічних вод флуориметричним
методом проводили на основі результатів обстеження водних ресурсів. Тубільці,
Черкаського району, Черкаської області.
Діапазон вимірюваних концентрацій 0,005 - 50 мг/дм3.
Визначенню нафтопродуктів не заважають жири, гумінові речовини,
насичені вуглеводи природного походження. Методика не забезпечує
характеристик похибки, при визначенні в водах легких нафтопродуктів (бензин),
а також індивідуальних сполук, що входять до складу нафтопродуктів.
При аналізі проб неочищених стічних вод целюлозно-паперової, хімічної
промисловості, а також за результатами контролю коефіцієнта пропускання
гексаново екстракту проби потрібно додаткове очищення екстракту на
хроматографічної колонці, заповненій оксидом алюмінію.

58
Список використаної літератури

1. Галян, В. В., Третяк, А. П., & Кевшин, А. Г. (2023). Оптична
спектроскопія та фотометричні дослідження.
2. Поп, М. М., & Біланич, В. С. (2024). Наукові аналітичні та оптичні
прилади.
3. Топоров, С. В., Хома, Р. Є., & Чеботарьов, О. М. (2021). Фізико-
хімічні методи дослідження речовин та матеріалів.
4. Цигика, В. В., & Жигуц, Ю. Ю. (2021). Методи, прилади та
автоматизовані системи дослідження параметрів навколишнього середовища.
5. Малявін, Б. В. Розробка системи автоматичного контролю
електричних параметрів ламп освітлювальних установок.
6. Сенюк, І. В., & Кравченко, В. М. (2022). Об’ємно-аналітичні,
електрохімічні та спектрофотометричні методи біохімічних досліджень.
7. Нагорний, А. І. (2021). Аналіз фотометричних зображень методами
глибинного навчання.
8. Присташ, С. Ф. (2025). Аналітична хімія. Кількісний аналіз.
9. Мустецов, О. К. (2025). Методи оцінки похибок результатів
фотометричних досліджень.
10. Москаленко, О. В., Циганков, С. А., Янченко, В. О., & Циганков, А.
С. (2022). Спектральні методи аналізу.
11. Дурас, М. В., Лавріщев, О. О., Логвінов, Г. С., & Мельничук, В. В.
(2024). Порівняння продуктивності ламп за показником світлового потоку.
12. Баллиєв, К. Г., Мошенченко, М. С., & Жураковський, Б. Ю. (2021).
Принцип роботи та будова сучасного давача якості води. Зв’язок, (1), 49-54.
13. Шара, О. І. (2025). Моніторинг якості питної води та її вплив на
здоров'я населення.
14. Горбатюк, Л. О., Пасічна, О. О., Платонов, М. О., Незбрицька, І. М.,
& Родіна, О. В. Нафтопродукти та синтетичні поверхнево-активні речовини у
водоймах дендропарку «олександрія»(м. Біла церква, україна). Рекомендовано до

59
друку вченою радою Житомирського державного університету імені Івана
Франка (протокол № 19 від 27 жовтня 2023 року), 153.
15. Бицюра, Л. О. (2021). Моніторинг та екологічна оцінка якості
поверхневих водних ресурсів тернопільської області (Doctoral dissertation,
Тернопіль).
16. Товстопят, В. О. (2022). Розроблення та дослідження
автоматизованої вимірювальної системи екологічного моніторингу (Master's
thesis).
17. Камінський, О. М. (2025). Дослідження фізико-хімічних показників
якості природних та питних водойм. Наука і техніка сьогодні, (54), 2153-2162.
18. Ткаченко, Т. М., Волошкіна, О. С., Кордуба, І. Б., Жукова, О. Г., &
Ковальова, А. В. (2024). Технології захисту навколишнього середовища:
навчальний підручник.
19. Козій, І. С., Козий, И. С., Пляцук, Л. Д., & Пляцук, Л. Д. (2023).
Методи дослідження параметрів навколишнього середовища.
20. Собченко, А. Л. (2023). Технології захисту навколишнього
середовища при експлуатації промислового об'єкта (Doctoral dissertation).

60

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets