ChSTU repository

ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 
ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕКТРОННИХ ТЕХНОЛОГІЙ І РОБОТОТЕХНІКИ 
КАФЕДРА ПРИЛАДОБУДУВАННЯ, МЕХАТРОНІКИ ТА 
КОМП‘ЮТЕРИЗОВАНИХ ТЕХНОЛОГІЙ 
 
 
 
Допущено до захисту 
Завідувач кафедри ПМКТ 
_______ М.О. Бондаренко  
«___» ___________ 2024 р. 
 
 
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА 
ДО КВАЛІФІКАЦІЙНОЇ РОБОТИ БАКАЛАВРА 
 
на тему «Інформаційно-вимірювальна система іонізаційного випромінення» 
 
 
Виконав здобувач освіти 4 курсу, групи М-204ск 
спеціальність: 152 – Метрологія та інформаційно-
вимірювальна техніка 
освітня програма: Метрологія та інформаційно-
вимірювальна техніка 
_____ Манько Максим Володимирович            . 
Керівник       Гальченко В.Я.  
Рецензент     .  
 
 
Кваліфікаційна робота бакалавра містить результати власних здобутків автора. 
Використання ідей, результатів і текстів інших авторів мають посилання на 
відповідне джерело ___________________________________________________ 
підпис здобувача 
 
 
 
Черкаси – 2024 
Зміст 
Стор 
Технічне завдання  2 
Вступ 5 
1 Огляд відомих методів і засобів вимірювання на основі існуючих  
аналогів 6 
1.1 Принципи та методи детектування іонізуючого випромінювання 8 
1.2 Патентний пошук 14 
1.3 Програмне забезпечення 17 
2 Обґрунтування технічного завдання  21 
3 Розробка структурної та електричної принципової схеми системи 22 
3.1 Розробка структурної  схеми системи 22 
3.2 Розробка принципової електричної схеми 23 
3.3 Опис роботи виміру 26 
4 Розрахунок елементів схеми  28 
4.1 Розрахунок друкарського монтажу 28 
4.2 Розрахунок теплового режиму 30 
4.3 Розрахунок друкованих плат на віброміцність 40 
5 Технологічний розділ 43 
5.1 Обґрунтовування та вибір технологічного процесу виготовлення  
плати 43 
5.2 Технологічний процес виготовлення плати  системи 44 
5.3 Вимоги, що висуваються до монтажу елементів РЕА 49 
5.4 Основні вимоги, що висуваються при паянні елементів до плати 49 
5.5 Технологічний контроль виготовлення плати  системи 50 
5.6 Загальні вимоги до монтажу друкованої плати 51 
  
  
     
      М-204СК.024.401.001 ПЗ  
Зм. Лист  № докум. Підп Дата 
Разроб. Манько Максим   Літ. Арк Аркуш ів 
Пров.    Інформаційно-вимірювальна 
Гальченко В.Я.. система іонізаційного  Т  3  
      випромінення ЧДТУ 
Н.контр Тичков В.В   
Затв.    Пояснювальна записка 
 
 
 
5.7 Нормування часу монтажних робіт 52 
6 Спеціальний розділ 55 
6.1 Економічне обґрунтування розробки системи 55 
6.2 Охорона праці 58 
Висновок 69 
Список використаної літератури 70 
Додаток А Відомість технічного проекту 
Додаток Б Список нормативної документації 
Додаток В   Специфікація і переліки документів  
Додаток Г    Розрахунок на ЕОМ  
Додаток Д   Карти технологічного процесу…………………………… 
 
  
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 4 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Вступ 
 
 
В сучасному світі розвиток технологій супроводжується значним 
зростанням рівня іонізаційного випромінення в різних сферах діяльності людини. 
Це випромінення використовується в медицині для діагностики та лікування 
хвороб, у промисловості для неруйнівного контролю матеріалів та у наукових 
дослідженнях. Незважаючи на корисні властивості іонізаційного випромінення, 
його надмірне або неконтрольоване використання може призвести до серйозних 
негативних наслідків для здоров'я людини і навколишнього середовища. 
Таким чином, виникає нагальна потреба у розробці ефективних 
інформаційно-вимірювальних систем, які дозволяють точно визначати рівень 
іонізаційного випромінення, контролювати його дози та забезпечувати безпеку при 
роботі з ним. Інформаційно-вимірювальні системи іонізаційного випромінення 
мають забезпечувати високу точність вимірювань, оперативність обробки даних та 
надійність функціонування в різних умовах. 
Мета даної випускної роботи полягає у розробці та дослідженні 
інформаційно-вимірювальної системи іонізаційного випромінення. У роботі буде 
розглянуто основні принципи функціонування таких систем, проаналізовано 
сучасні методи і засоби вимірювання іонізаційного випромінення, а також 
запропоновано власне технічне рішення для підвищення точності і надійності 
вимірювань. Особлива увага приділяється програмному забезпеченню системи, яке 
забезпечує збір, обробку та аналіз даних в реальному часі. 
Використання запропонованої інформаційно-вимірювальної системи 
дозволить підвищити рівень безпеки при роботі з джерелами іонізаційного 
випромінення, зменшити ризики для здоров'я персоналу та покращити 
ефективність технологічних процесів, що використовують цей вид випромінення. 
 
 
  
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 5 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
1 Огляд відомих методів і засобів вимірювання на основі існуючих 
аналогів 
 
Вимірювання іонізаційного випромінення є критично важливим завданням 
у багатьох галузях, включаючи медицину, промисловість, екологію та наукові 
дослідження. Для цього використовуються різні методи та засоби, кожен з яких має 
свої особливості, переваги та недоліки. У цьому розділі розглянемо основні існуючі 
методи та засоби вимірювання іонізаційного випромінення. 
1. Газорозрядні детектори 
Лічильники Гейгера-Мюллера 
Лічильники Гейгера-Мюллера (Г-М лічильники) є одними з 
найпоширеніших детекторів для вимірювання радіації. Вони складаються з 
заповненої газом трубки, в якій виникає електричний розряд під дією іонізуючого 
випромінення. Основні переваги: 
• Висока чутливість до гамма- і бета-випромінення. 
• Простота використання та низька вартість. Недоліки: 
• Низька точність у визначенні енергії випромінення. 
• Неможливість визначення типу випромінення. 
2. Напівпровідникові детектори 
Кремнієві (Si) та германієві (Ge) детектори 
Напівпровідникові детектори використовуються для вимірювання як 
часток, так і фотонів іонізуючого випромінення. Кремнієві та германієві детектори 
дозволяють досягти високої точності і роздільної здатності. Основні переваги: 
• Висока роздільна здатність для гамма-спектрометрії. 
• Можливість визначення енергії випромінення. Недоліки: 
• Висока вартість та складність виготовлення. 
• Необхідність охолодження (особливо для германієвих детекторів). 
3. Сцинтиляційні детектори 
Йодистий натрій (NaI(Tl)) 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 6 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Сцинтиляційні детектори використовують сцинтиляційні матеріали, які 
випромінюють світло при поглинанні іонізуючого випромінення. Один з 
найпоширеніших матеріалів – це йодистий натрій, активований талієм. Основні 
переваги: 
• Висока ефективність детекції гамма-випромінення. 
• Відносно низька вартість. Недоліки: 
• Середня роздільна здатність. 
• Гігроскопічність матеріалу, що вимагає захисту від вологи. 
4. Дозиметри 
Термолюмінесцентні дозиметри (ТЛД) 
ТЛД використовують кристали, які накопичують енергію від іонізуючого 
випромінення і випромінюють її у вигляді світла при нагріванні. Інтенсивність 
світіння пропорційна дозі отриманого випромінення. Основні переваги: 
• Висока точність вимірювання дози. 
• Широкий діапазон вимірюваних доз. Недоліки: 
• Необхідність спеціального обладнання для зчитування. 
• Неможливість отримання даних в реальному часі. 
5. Іонізаційні камери 
Іонізаційні камери вимірюють іонізаційний струм, який виникає при 
проходженні іонізуючого випромінення через заповнений газом об'єм. Основні 
переваги: 
• Висока точність вимірювання. 
• Можливість вимірювання широкого діапазону енергій. Недоліки: 
• Відносно великі розміри і складність конструкції. 
• Потреба у високій напрузі для роботи. 
Висновок 
Кожен з методів і засобів вимірювання іонізаційного випромінення має свої 
унікальні характеристики, що робить їх придатними для різних застосувань. Вибір 
конкретного методу залежить від вимог до точності, чутливості, вартості та умов 
експлуатації. Для забезпечення максимальної ефективності та безпеки при роботі з 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 7 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
іонізуючим випроміненням необхідно ретельно аналізувати всі ці фактори і, за 
можливості, використовувати комбінацію різних методів та засобів вимірювання. 
 
 
1.1 Принципи та методи детектування іонізуючого випромінювання 
 
З погляду методів детектування всі види випромінювань поділяють на два 
класи: заряджені та незаряджені частинки. Заряджена частинка, проходячи через 
речовину, втрачає свою енергію на збудження та іонізацію речовини. Це 
призводить у підсумку до утворення сигналу, що характеризує ефекти, які 
виникають у результаті взаємодії зарядженої частинки з речовиною. Реєстрація 
незаряджених частинок відбувається за створюваними ними в об'ємі детектора 
зарядженими вторинними частинками. Детектування випромінювання - складний 
багатоступеневий процес, що залежить від природи частинки і природи речовини, 
яка заповнює об'єм детектора. Спільним для всіх випромінювань, незалежно від 
їхньої природи, є те, що частинки, які реєструють, розподілені в просторі та часі 
[2]. Детектори випромінювання є найважливішими елементами великої частини 
приладів і складних експериментальних установок, що застосовуються під час 
виконання різного роду досліджень. Детектування випромінювання завжди 
пов'язане з виявленням будь-якої взаємодії частинки або кванта з речовиною 
приладу, що реєструє (детектора), а принцип роботи детектора значною мірою 
визначається характером викликаного цією взаємодією ефекту. Під час 
проходження елементарних частинок через речовину вони втрачають свою енергію 
в різних процесах взаємодії з електронами і ядрами атомів. При цьому частинка або 
квант може втратити свою енергію частково або повністю, залежно від виду 
взаємодії. Детектор частинок використовує енергію, що виділилася в ньому в тому 
чи іншому вигляді під час потрапляння частинок, перетворюючи її на будь-який 
інший вид енергії, зручний для реєстрації. Дія більшості детекторів заснована на 
виявленні ефекту від іонізації або збудження атомів речовини, який створюють 
елементарні частинки, що потрапляють у речовину [1]. Заряджені частинки 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 8 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
здійснюють іонізацію і збудження атомів речовини детектора в прямих 
(безпосередніх) зіткненнях з ними, а гамма-кванти і нейтральні частинки 
(нейтрони, нейтрино, нейтральні мезони і баріони) - через вторинні  процеси:  
фотоефект,  комптон-ефект,  конверсію  гамма-квантів  з утворенням електрон-
позитронних пар, пружне розсіювання на ядрах, ядерні реакції [2]. Вибір детектора 
для дослідження певних елементарних частинок багато в чому визначається 
властивостями цих частинок, характером їхньої взаємодії з речовиною, а також 
специфічними умовами кожного експерименту, його завданнями. Нерідко в 
складних установках використовуються детектори частинок різних типів. 
Детектори випромінювання характеризуються цілою низкою параметрів [3]. 
Серед них: ефективність реєстрації (визначається часткою зареєстрованих 
частинок з усіх, що потрапили в детектор); енергетична роздільна здатність 
(здатність розрізняти кванти випромінювання за величиною їхньої енергії); 
швидкодія (оцінюється максимальною частотою частинок, за якої детектор у змозі 
реєструвати їх як окремі події). 
У кристалічних детекторах іони й електрони, утворені частинкою в речовині 
детектора, переміщуються під дією електричного поля, що призводить до появи 
струму в зовнішньому ланцюзі детектора. Величина струму може служити мірою 
іонізаційного ефекту, створеного частинкою, що потрапила в камеру [4]. У 
лічильниках Гейгера електричне поле використовується не тільки для збирання 
електронів, утворених частинкою в газі, що наповнює камеру, а й для значного 
збільшення іонізаційного ефекту за рахунок вторинної іонізації, яка відбувається 
під час зіткнень електронів, прискорених електричним полем, з атомами або 
молекулами газу. Сила струму в зовнішньому ланцюзі детектора залежить у цьому 
випадку як від величини початкової іонізації, так і від величини газового 
посилення. За дуже великих газових підсилень повний іонізаційний ефект перестає 
залежати від величини первісної іонізації і визначається тільки властивостями 
самого детектора [4]. Тому в лічильниках Гейгера величину початкового 
іонізаційного ефекту виміряти не можна, реєструють тільки факт наявності цього 
ефекту. У деяких речовинах під час проходження через них іонізуючої частинки 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 9 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
виникає помітна флуоресценція при переходах атомів речовини, збуджених 
частинкою, в основний стан. Енергія світлового спалаху - сцинтиляції - 
використовується для виривання зі спеціального світлочутливого шару 
фотоелектронів, кількість яких потім може бути збільшена у багато разів за 
допомогою  електронного  помножувача.  Сцинтиляційні  детектори  дають 
можливість виміряти інтенсивність світлового спалаху, пов'язаного з втратою 
енергії часткою у флуоресцентній речовині [1]. Сцинтилятор може бути органічним 
(кристали, пластики або рідини) [5] або неорганічним (кристали або скло). Як 
органічні сцинтилятори часто використовують C H1410 (антрацен), C H1412 
(стильбен), C H108 (нафталін). Пластикові та рідкі сцинтилятори являють собою 
розчини органічних флуоресцентних речовин у прозорому розчиннику. 
Концентрація флуоресцентної речовини зазвичай мала і реєстрована частинка 
збуджує, в основному, молекули розчинника. Надалі енергія збудження 
передається молекулам флуоресцентної речовини. Як неорганічні кристалічні 
сцинтилятори використовують ZnS, NaI, CsI, Bi4 Ge O312 тощо. [1]. Як газові та 
рідкі сцинтилятори використовують інертні гази (Xe, Kr, Ar, Ar, He) і N. Важливим 
технічним параметром сцинтиляторів є світловихід. Світловий вихід - частка 
енергії реєстрованої частинки, що конвертується в енергію світлового спалаху [5]. 
Світловий вихід антрацену ~0.05 або 1 фотон на 50 еВ для частинок високої енергії. 
У NaI світловий вихід ~0.1 або 1 фотон на 25 еВ. Прийнято світловий вихід цього 
сцинтилятора порівнювати зі світловим виходом антрацену, який 
використовується як стандарт [4, 5]. Типові світлові виходи пластикових 
сцинтиляторів 50-60% [6]. Інтенсивність світлового спалаху пропорційна енергії, 
втраченій часткою, тому сцинтиляційний детектор можна використовувати як 
спектрометр, тобто прилад, що визначає енергію частинки. За допомогою 
сцинтиляційних лічильників можна вимірювати енергетичні спектри електронів і 
гамма-квантів. Для вимірювання спектрів важких заряджених частинок зазвичай 
використовують CsI. Порівняно з NaI, він істотно менш гігроскопічний і не 
потребує захисного кожуха, в якому заряджені частинки втрачають свою енергію. 
Сцинтиляційний детектор на основі CsI застосовується, коли потрібні вимірювання 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 10 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
енергій заряджених частинок доволі великих енергій, а енергетична роздільна 
здатність не відіграє суттєвої ролі. Сцинтиляційні детектори дають змогу 
створювати надійні пристрої детектування, що володіють високою ефективністю 
реєстрації іонізуючих випромінювань [3]. Пристрої на основі сцинтиляційних 
детекторів нині широко застосовують в експлуатованих системах реєстрації 
випромінювань. Однак вони практично вичерпали свої можливості з точки зору 
побудови нових систем через недостатню енергетичну роздільну здатність. Під час 
проходження швидкої зарядженої частинки через щільне середовище, прозоре для 
видимого світла, у разі дотримання певних співвідношень між швидкістю частинки 
і показником заломлення середовища виникає світловий спалах, не пов'язаний із 
флуоресценцією, а зумовлений ефектом Черенкова. Цей світловий спалах також 
може бути зареєстрований за допомогою детекторів черенковського 
випромінювання. Принцип дії кристалічного детектора ґрунтується на тому, що 
заряджена частинка, проходячи через кристал, утворює на своєму шляху деяку 
кількість вільних електронів і дірок відповідно до величини енергії, втраченої нею 
в кристалі. Під дією прикладеної різниці потенціалів вільні носії зарядів починають 
переміщатися в напрямку відповідних електродів, і в ланцюзі лічильника виникає 
електричний струм [1]. Під час протікання струму еквівалентна ємність 
заряджається до певної різниці потенціалів, що підсилюється і реєструється далі 
будь-яким електронним пристроєм. Фізичні властивості кристалічних детекторів, 
лінійне співвідношення між енергією частинки й амплітудою вихідного сигналу в 
широкому діапазоні енергій і мала тривалість імпульсу дають змогу 
використовувати кристалічні детектори в приладах, що застосовуються для 
реєстрації випромінювань. Невеликі розміри кристалічних детекторів дають змогу 
їх розташовувати в геометрично складних системах. Складність у використанні 
більшості кристалічних детекторів для реєстрації гамма-квантів пов'язана з 
недостатньою чутливістю цих детекторів до гамма-випромінювання у зв'язку з 
малим перетином комптон-ефекту. Особливо це стосується широко поширених 
кремнієвих детекторів. Кристали з p-n переходами вельми чутливі до фотонів з 
енергією, порівнянною з шириною забороненої зони кремнію (1.1 еВ) [1]. Для 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 11 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
отримання досить хорошої енергетичної роздільної здатності, і, отже, підвищення 
достовірності одержуваної інформації, найбільш прийнятним є застосування 
напівпровідникових детекторів на основі особливо чистого германію. Однак 
створення промислових систем, що використовують пристрої детектування на 
основі особливо чистого германію, ускладнене їх специфічними експлуатаційними 
якостями, необхідністю охолодження кристала до низьких температур (77 К) за 
допомогою рідкого азоту. Для створення промислових пристроїв детектування 
використовують спеціальні охолоджувальні системи, що погіршує експлуатаційні 
властивості системи [4]. Спроби створення пристроїв детектування, що працюють 
з а кімнатної температури та мають високу енергетичну роздільну здатність, 
призвели до дослідження можливості використання напівпровідників із широкою 
забороненою зоною [7]. Основними характеристиками під час вибору 
напівпровідника, призначеного для створення ефективних спектрометрів гамма-
випромінювання, є: атомний номер z; висока рухливість носіїв заряду, ширина 
забороненої зони Eq , що має бути досить великою; низька енергія на утворення 
електронно-діркової пари. З погляду рухливості носіїв найперспективнішими є 
сполуки: GaAs, AlSb і InP, а також CdTe і ZnTe [8, 9]. Матеріал CdZnTe є 
широкозонним напівпровідниковим матеріалом, що дає змогу створювати на його 
основі детектори рентгенівського і гамма-випромінювання з досить високою 
роздільною здатністю і високою швидкістю рахунку за температур близьких до 
кімнатної. Характеристики CdZnTe детекторів [9] дають змогу успішно 
використовувати їх в атомній промисловості та медицині, у космічних 
дослідженнях і під час забезпечення радіаційної безпеки, а також у багатьох інших 
промислових і лабораторних застосуваннях. 
Напівпровідникові детектори на основі кристалів CdTe (CdZnTe) останнім 
часом знаходять дедалі ширше застосування при реєстрації гамма- 
випромінювання. Завдяки вдосконаленню технології виробництва створюються 
кристали з необхідними, а в деяких випадках унікальними фізичними 
властивостями, що дає змогу одержувати на їхній основі блоки детектування 
іонізуючого випромінювання з хорошими спектрометричними та 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 12 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
експлуатаційними характеристиками [9-11]. Вони вирізняються високою 
ефективністю реєстрації випромінювання, відносно гарним співвідношенням 
сигнал/шум та енергетичною роздільною здатністю за кімнатної температури. 
Лінійність у лічильному і струмовому режимах роботи в широкому діапазоні 
вимірюваної потужності дози та висока радіаційна стійкість цього матеріалу дає 
змогу використовувати його під час виробництва дозиметричних блоків із високим 
радіаційним ресурсом. Це визначає дедалі перспективніше використання 
детекторів на основі CdTe і CdZnTe як у системах дозиметричного контролю 
(наприклад, на АЕС, на підприємствах з виробництва та переробки ядерного 
палива, під час екологічного контролю), так і в спектрометричних системах 
(наприклад, для аналізу радіонуклідів, у ядерно-фізичних методах елементного 
аналізу та ін.). У роботах [9, 10] проведено лабораторні випробування 
напівпровідникових детекторів із CdTe (CdZnTe) у полях рентгенівського та гамма-
випромінювання в діапазоні енергій 10 - 500 кеВ, а також дослідження можливості 
застосування розроблених та виготовлених детекторів для реєстрації заряджених 
частинок з енергією до кількох десятків МеВ. Експериментально показано [9, 10], 
що застосування детекторів на основі CdZnTe дає змогу успішно реєструвати 
гамма-випромінювання в діапазоні від кількох кеВ до 23 МеВ (діапазон енергій, 
для якого проводили вимірювання), а також для реєстрації заряджених частинок. 
У роботі [12] розглянуто властивості детекторів на основі CdTe і проведено 
порівняльну характеристику ефективності реєстрації гамма-випромінювання при 
використанні різних напівпровідникових детекторів. Зіставлення проводилося в 
діапазоні вимірюваних енергій гамма-випромінювання від 1 кеВ до 1 МеВ для 
таких параметрів, як чутливість, швидкодія. З використанням електронної 
апаратури фірми Amptek проведено лабораторні вимірювання та аналіз 
енергетичних спектрів радіоактивного джерела57 Со для кремнієвих детекторів і 
детекторів на основі CdTe. Показано, що для реєстрації гамма- випромінювання в 
зазначених енергетичних діапазонах кращими є детектори на основі CdTe у зв'язку 
з тим, що вони перевершують кремнієві детектори за своїми експлуатаційними 
характеристиками, такими як енергетична роздільна здатність, ефективність та ін. 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 13 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
1.2 Патентний пошук 
Патент SU №1584530. 
Винахід відноситься до вимірювальної техніки, а саме до області вимірів 
інтенсивності видимого і ІЧ-випромінювання, і може бути використано в 
радіометрах, призначених для вимірів інтенсивності випромінювання при дії 
дестабілізуючих чинників довкілля, наприклад температури. Мета винаходу 
підвищення точності вимірів. Суть винаходу полягає в корекції значення фазового 
зрушення вихідного сигналу фазозсувної схеми 8 шляхом виміру вихідного 
сигналу пікового детектора 11 блоку 9 пошуку екстремуму при підключенні виходу 
синхронного детектора 5 до його входу через замкнутий ключ 10. При цьому на 
вхід приймача випромінювання 3 від опорного випромінювання 2 через оптико-
механический блок 1 поступає стабільний потік випромінювання. Значення 
вихідної напруги пікового детектора 11, при якому забезпечується оптимальне 
значення фазового зрушення між вимірюваним сигналом і вихідним сигналом 
фазозсувної схеми 8, зберігається до наступного циклу корекції після розмикання 
ключа 10. Це дозволяє забезпечити підвищення точності вимірів при дії 
дестабілізуючих чинників на радіометр (рисунок1.1).  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 1.1 – Функціональна схема радіометра 
Винахід відноситься до вимірювальної техніки, а саме до області вимірів 
інтенсивності видимого і ІЧ-випромінювання, і може бути використано в 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 14 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
радіометрах, призначених для вимірів інтенсивності випромінювання при дії 
дестабілізуючих чинників довкілля, наприклад температури. 
Радіометр містить оптико-механическую систему 1, виконану наприклад, у 
вигляді об'єктиву, оптичного комутатора і модулятора (на кресленні не показані), 
опорний випромінювач 2, приймач випромінювання 3, підсилювач 4, синхронний 
детектор 5, реєстратор 6, блок синхронізації 7, фазозсувну схему 8 і блок 9 пошуку 
екстремуму, виконаний, наприклад, у вигляді ключа 10 і пікового детектора 11. 
Радіометр працює таким чином. 
Промодульоване і сфокусоване оптико-механической системою 1 
досліджуване випромінювання поступає на вхід приймача випромінювання 3, який 
перетворить його в пропорційний електричний сигнал. З виходу приймача 
випромінювання 3 електричний сигнал через підсилювач 4 поступає на вхід 
синхронного детектора 5, на вхід якого, що управляє, поступає опорний сигнал, що 
формується на виході фазозсувної схеми 8 з вихідних сигналів блоку синхронізації 
7, пов'язаного з оптико-механічною системою 1, і блоку 9 пошуку екстремуму. При 
цьому частота опорного сигналу дорівнює частоті модуляції випромінювання в 
оптико-механічній системі 1, а його фаза дорівнює фазі вихідного сигналу 
фазозсувної схеми 8. 
Випрямлений і відфільтрований електричний сигнал з виходу синхронного 
детектора 5 подається на реєстратор 6. 
Формування значення фазового зрушення вихідного сигналу фазозсувної 
схеми 8 і його корекція здійснюються таким чином. 
Перед початком роботи радіометра і періодично в процесі його роботи 
оптичний комутатор оптико-механічної системи 1 перекриває потік 
досліджуваного випромінювання і пропускає через модулятор на вхід приймача 
випромінювання 3 стабільний потік випромінювання від опорного випромінювача 
2. При цьому на другому виході блоку синхронізації 7 формується сигнал, що 
управляє, по якому обнуляється піковий детектор 11 і замикається ключ 10 блоку 
9 пошуку екстремуму, а на виході фазозсувної схеми 8 значення зрушення фази 
його вихідного сигналу рівно початковому значенню, вибираному свідомо 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 15 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
меншим, ніж оптимальне значення фазового зрушення. Після замикання ключа 10 
вихідний сигнал синхронного детектора 5 починає заряджати вихідний 
конденсатор (на кресленні не показаний) пікового детектора 11, що призводить до 
збільшення значення фазового зрушення вихідного сигналу фазозсувної схеми 8, 
що, у свою чергу, призводить до збільшення вихідного сигналу синхронного 
детектора 5. 
Досягши оптимального значення фазового зрушення вихідного сигналу 
фазозсувної схеми 8 вихідний сигнал синхронного детектора 5 досягне свого 
максимального значення. Подальше зростання значення фазового зрушення 
вихідного сигналу фазозсувної схеми 8 не станеться, оскільки піковий детектор 11 
не реагує на зниження вихідного сигналу синхронного детектора 5. При цьому 
вихідний конденсатор пікового детектора 11 зарядиться до максимального 
значення і вихідна напруга пікового детектора 11, що поступає на другий вхід 
фазозсувної схеми 8, буде постійним до наступного циклу корекції значення 
фазового зрушення вихідного сигналу фазозсувної схеми 8. 
Після закінчення циклу корекції оптичний комутатор оптико-механічній 
системи 1 перекриває стабільний потік випромінювання опорного випромінювача 
2 і пропускає через модулятор на вхід приймача випромінювання 3 потік 
досліджуваного випромінювання. При цьому на другому виході блоку 
синхронізації 7 формується сигнал, що управляє, по якому ключ 10 блоку 9 пошуку 
екстремуму розмикається, відключаючи вихід синхронного детектора 5 від входу 
пікового детектора 11. 
Таким чином в радіометрі здійснюється періодична корекція 
співвідношення фази між вимірюваним і таким, що управляє сигналами 
синхронного детектора 5, що дозволяє виключити дестабілізуючі чинники, що 
впливають на роботу радіометра, що призводить до підвищення точності вимірів 
 
 
 
 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 16 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
1.3 Програмне забезпечення 
 
Програмне забезпечення для інформаційно-вимірювальних систем 
іонізаційного випромінення виконує критичні функції, що забезпечують точність, 
надійність та безпеку вимірювань. Розглянемо детально основні компоненти такого 
ПЗ, їх функціональність та взаємодію між собою. 
1. Збір даних 
Інтерфейс з апаратною частиною 
• Драйвери пристроїв: Забезпечують взаємодію між програмним 
забезпеченням і детекторами, конвертують сигнали від апаратних пристроїв у 
цифрові дані, які може обробляти система. 
• Інтерфейси з різними типами детекторів: Підтримка різноманітних 
детекторів, таких як газорозрядні лічильники, сцинтиляційні детектори, 
напівпровідникові детектори тощо. Забезпечення сумісності з різними стандартами 
зв'язку (USB, RS-232, Ethernet). 
Синхронізація даних 
• Точне визначення часу: Використання внутрішніх або зовнішніх 
годинників для синхронізації даних, особливо важливо при використанні кількох 
детекторів. 
• Буферизація даних: Тимчасове зберігання даних для забезпечення 
безперервності та узгодженості вимірювань. 
2. Обробка даних 
Первинна обробка 
• Фільтрація шумів: Використання цифрових фільтрів для зменшення 
впливу електронних шумів та інших перешкод на вимірювання. 
• Калібрування: Застосування калібрувальних коефіцієнтів для корекції 
систематичних похибок детекторів. 
Аналіз спектрів 
• Спектральний аналіз: Виділення та ідентифікація піків у спектрах, що 
відповідають різним типам іонізуючого випромінення. 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 17 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
• Розрахунок енергій: Визначення енергії частинок або фотонів на основі 
спектральних даних. 
Розпізнавання типів випромінення 
• Класифікація даних: Визначення типу випромінення (гамма, бета, альфа) 
на основі характерних ознак спектрів або інших параметрів. 
Розрахунок дози 
• Перетворення величин: Конвертація виміряних активностей у 
дозиметричні одиниці (зіверти, грей). 
• Кумулятивна доза: Розрахунок загальної дози за певний період часу. 
3. Інтерфейс користувача 
Графічний інтерфейс користувача (GUI) 
• Дашборди: Інтерактивні панелі, що відображають основні параметри в 
реальному часі, такі як рівні випромінення, поточна доза, стан детекторів. 
• Графіки та діаграми: Візуалізація спектрів, гістограм доз, часових рядів 
для спрощення аналізу даних. 
• Налаштування параметрів: Інтерфейси для налаштування меж 
вимірювань, калібрування детекторів, встановлення порогів для сигналізації. 
Сповіщення та алерти 
• Реальні часи сповіщення: Виведення повідомлень на екран або 
надсилання електронних повідомлень при перевищенні допустимих рівнів 
випромінення. 
• Журнал подій: Запис всіх подій, включаючи сповіщення та алерти, для 
подальшого аналізу. 
4. Зберігання та передача даних 
Бази даних 
• Структуроване зберігання: Використання реляційних або нереляційних 
баз даних для організації та зберігання великих обсягів вимірюваних даних. 
• Індексація та пошук: Швидкий доступ до даних через індексацію і 
ефективні механізми пошуку. 
Резервне копіювання 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 18 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
• Автоматичне резервне копіювання: Регулярне створення копій даних 
для запобігання їх втратам у разі збоїв. 
• Відновлення даних: Можливість відновлення даних з резервних копій у 
випадку збою системи. 
Передача даних 
• Експорт даних: Підтримка різних форматів (CSV, XML, JSON) для 
експорту даних у інші системи або для подальшого аналізу. 
• Мережеві протоколи: Підтримка стандартних мережевих протоколів 
(TCP/IP, HTTP/HTTPS) для передачі даних у реальному часі або в пакетному 
режимі. 
5. Інтеграція з іншими системами 
Мережеві протоколи 
• Стандартні протоколи зв'язку: Використання стандартних протоколів 
для інтеграції з існуючими мережевими інфраструктурами. 
• Веб-сервіси: Використання RESTful або SOAP веб-сервісів для обміну 
даними з іншими програмними системами. 
API та SDK 
• Прикладні програмні інтерфейси (API): Надання API для взаємодії з 
іншими системами або для розширення функціональності програмного 
забезпечення. 
• Комплекти для розробників (SDK): Набір інструментів для розробників, 
які дозволяють інтегрувати програмне забезпечення з іншими системами або 
створювати додаткові модулі. 
6. Забезпечення безпеки 
Авторизація та аутентифікація 
• Користувацькі ролі та права доступу: Визначення різних рівнів доступу 
для користувачів залежно від їх ролей. 
• Багатофакторна аутентифікація: Використання додаткових методів 
аутентифікації (паролі, токени, біометрія) для підвищення безпеки. 
Шифрування даних 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 19 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
• Захист під час передачі: Використання SSL/TLS протоколів для захисту 
даних під час їх передачі по мережі. 
• Шифрування збережених даних: Застосування методів шифрування для 
захисту даних, що зберігаються в базах даних. 
Логування та аудит 
• Журнали дій користувачів: Запис усіх дій користувачів для 
забезпечення прозорості та можливості проведення аудитів. 
• Аудит системних подій: Моніторинг і запис системних подій для 
виявлення та розслідування потенційних проблем або зловживань. 
Приклади програмного забезпечення 
LabVIEW 
• Розробник: National Instruments. 
• Особливості: Гнучка платформа для створення користувацьких 
інтерфейсів та обробки даних, підтримка широкого спектра апаратних пристроїв. 
MATLAB 
• Розробник: MathWorks. 
• Особливості: Потужні інструменти для аналізу даних, моделювання та 
візуалізації, інтеграція з вимірювальними системами через спеціалізовані 
інструменти. 
RadEye 
• Розробник: Thermo Fisher Scientific. 
• Особливості: Програмне забезпечення для управління та аналізу даних з 
радіометрів та дозиметрів, підтримка різних типів детекторів та їх калібрування. 
Таким чином, програмне забезпечення для інформаційно-вимірювальних 
систем іонізаційного випромінення є комплексним інструментом, який забезпечує 
ефективне управління всіма аспектами вимірювань, від збору даних до їх обробки, 
зберігання та аналізу. Це дозволяє забезпечити високу точність, надійність та 
безпеку при роботі з іонізуючим випроміненням. 
 
  
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 20 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
2 Обґрунтування технічного завдання 
 
Зростання використання іонізаційного випромінення в різних галузях, таких 
як медицина, промисловість, енергетика та наукові дослідження, створює 
необхідність у розробці точних, надійних та ефективних систем для вимірювання і 
контролю рівнів випромінення. Іонізаційне випромінення, при його 
неконтрольованому використанні, може завдати значної шкоди здоров'ю людини 
та навколишньому середовищу. Тому розробка інформаційно-вимірювальної 
системи, яка забезпечить точний моніторинг і аналіз рівнів випромінення, є вкрай 
важливою. 
Мета: Розробити інформаційно-вимірювальну систему для моніторингу 
іонізаційного випромінення, яка забезпечить високий рівень точності, надійності 
та безпеки при роботі з джерелами випромінення. 
Основні завдання: 
• Розробити апаратну частину системи, що включає різні типи детекторів 
іонізаційного випромінення. 
• Створити програмне забезпечення для збору, обробки, аналізу та 
зберігання даних. 
• Забезпечити високу точність і надійність вимірювань. 
• Забезпечити зручний інтерфейс користувача для налаштування і 
керування системою. 
• Забезпечити безпеку даних та захист від несанкціонованого доступу. 
 
  
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 21 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
3 Розробка структурної та електричної принципової схеми системи 
 
 
3.1 Розробка структурної  схеми системи 
 
Структурна схема інформаційно-вимірювальної системи іонізаційного 
випромінення включає основні компоненти, їх взаємодію та потоки даних. Вона 
забезпечує загальне уявлення про архітектуру системи і допомагає у подальшій 
розробці та реалізації. 
Вузли системи: 
1) Блокінг-генератор, на вихідній обмотці формуються короткі імпульси 
близько 10 мкс з амплітудою близько 220 вольт. Через помножувач подвоєння 
напруга підвищується до потрібного 400-440 вольт. частота генерації блокінг-
генератора задається ланцюжком R1.C1. Складається з - VT1, VD3, C1, T1, R1. 
2) Помножувач напруги, зібраний на VD1-2, C2-3. Через помножувач 
подвоєння, напруга підвищується до необхідного 400-440 вольт. 
3) Детекторна камера, складається з BD1-2, R2-3, C3-4. Призначена для 
детектування радіації, BD1-2 лічильники Гейгера, R2-3, - навантаження для СГ, C3-
4 розділові конденсатори. 
4) Одновібратор, DD1.2-1.2 C8, R8-10, формує з коротко затягнутого 
імпульсу імпульс прямокутної форми, для правильної роботи МК. 
5) Світло-акустичний вузол індикації, світловий-VT2, R4-5, HL1. Біп 
сигнал-VT3, R11, HA2. Акустичний вузол, призначений для звукової індикації 
гарячих частинок, зібраний на генераторі очікування DD1.3-1.4, R8, C11, HA1. 
6) Цифрова частина, призначена для керування та цифрового оброблення 
даних, що надходять з детекторної камери, і виведення результату на дисплей. 
Складається з, DD2, SB1-5, C12-13, ZQ1, 
7) Аналого-цифровий перетворювач (АЦП), потрібен для виміру рівня 
напруги акумулятора, DD2, Ra1-2, Ca1-2. 
8) Блок індикації, HG1, R14, R12-13, VT4. 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 22 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
9) Перетворювач постійної напруги А1, призначений для підвищення 
напруги живлення з 1.2-4В до 5В, може бути будь-яким за параметрами, в даному 
випадку, це DD3, VD4, DL1, C15-16. 
10) Вузол заряду акумулятора, X2, VD5 (КД522), R15.17, HL2, GB1 
 
 
Рисунок 3.1 – Структурна схема системи 
 
 
3.2 Розробка принципової електричної схеми 
 
Структурну схему дозиметра зображено на рис.3.1. 
Головним елементом конструкції є датчик радіації лічильник Гейгера (СГ), 
яких тут два, що дало змогу проводити виміри не за 40 сек, а за 20, водночас 
підвищилася загальна і спектральна чутливість. 
Живиться він високою постійною напругою 400 В, яку генерує блокінг-
генератор (БГ)~200 В, і помножена помножувачем на два (2х200 = 400), резистори 
R2-3 слугують навантаженням СГ, конденсатори C3-4 є розділовими, після них 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 23 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
сигнал надходить на одновібратор, який формує із завалених імпульсів із СГ у 
прямокутні, для правильної роботи мікроконтролера (МК). 
МК виконує всі логічно-цифрові задачі, по виміру і управлінню зовнішньої 
периферії. МК видає імпульси підкачки для БГ, відносно частинок, що прийшли, 
також керує РК модулем, підсвічуванням, генератором для акустичного 
випромінювача, світлодіода. 
Для того щоб виміряти напругу живлення, вхід АЦП, вивід 26 МК, 
під'єднаний через обмежувальний резистор R1a, до акумулятора. 
Заряд акумулятора відбувається, коли до гнізда Х2 під'єднано вилку 
зарядного пристрою, водночас розмикаються контакти 2 і 3 (Х2), вимикається 
живлення дозиметра, струм заряду протікає через струм, що обмежує резистор R17, 
в акумулятор, також заряд сигналізує світлодіод HL2. Під 
час фіксування частинки лічильник стає провідним, і в точці з'єднання 
елементів R7 і транзистора VT5 створюється імпульс напруги, який відкриває 
транзистор VT5. 
Відкритий транзистор замикає логічний вхід 2 мікросхеми DD1 на землю, 
тим самим подаючи на вхід 2 логічний нуль. 
Зовнішній модуль передавання даних до комп'ютера, показаний на рис.6. 
Зібраний на перетворювачі рівнів MAX232, який піднімає рівень сигналу 
мікроконтролера до 12В, потрібний для роботи інтерфейсу RS232. 
Живиться цей модуль від U+/U- 5В, від джерела дозиметра, тож його 
потрібно підключати тільки коли це потрібно, для економії струму споживання. 
Взаємозамінні вузли: 
1) А1, Перетворювач постійної напруги, можна замінити на будь-який 
інший аналогічний, або зовсім обійтися без нього, поставивши звичайний 
стабілізатор напруги типу ЕН5, але при цьому напругу батареї збільшити з 5-9В. 
2) Блокінг-генератор, можна взяти одразу на 400В, при цьому 
помножувач не потрібен, потрібен буде випрямний діод і накопичувальний 
конденсатор. 
Необов'язкові вузли: 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 24 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Це вузли, які не впливають на результат вимірювання радіації, до них 
належать: 
1. Світло-акустичний вузол індикації 
2. Аналого-цифровий перетворювач 
3. Вузол заряду акумулятора. 
4. Вузол підсвічування РК модуля, R12-13, VT4. 
5. Зовнішній модуль передачі даних у комп'ютер 
 
Трансформатор Т1 блокінг-генератора намотують на феритовому кільці 
марки М3000МН 16х10х5 мм (або імпортне, вже округленим і покритим лаком, 
кільцем типу B64290- L743-X83, розміром 16х9х5), гострі та ребра кільця 
загладжують наждачним папером, і все осердя обмотують тонкою фторопластовою 
або лавсановою стрічкою. 
Спочатку намотують обмотку I, вона містить 300 витків дроту ПЕВ-2 0,07. 
Намотування ведуть в один бік, майже виток до витка, залишаючи між його 
початком і кінцем "зазор" 
1 1.5 мм. Обмотку I також покривають шаром ізоляції. Далі намотують 
обмотку II – 5 витків дроту ПЕВШО 0,15. 0,2, намагаючись розтягнути всі витки по 
всьому колу кільця, - роблять відвід і продовжують намотувати обмотку III - 2 
витки того ж дроту, намагаючись також розтягнути їх якомога рівномірніше по 
колу кільця. Ці обмотки мають бути розподілені по сердечнику якомога 
рівномірніше. 
Дисплей: 
Налаштування: 
1. Налаштовуємо контрастність дисплея резистором R14, R13-яскравість 
підсвічування до найкращого результату. 
2. Блокінг-генератор, для початку правий за схемою вивід резистора R2 
приєднуємо до ділянки схеми +5в (кт2). Потім підключаємо осцилограф до 
колектора VT1 повинна спостерігатися генерація, якщо немає генерації, слід 
поміняти місцями кінці обмотки 3. 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 25 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
3. Гучність і тональність акустичних сигналів ЗПшки налаштовується 
резистором R8. 
 
3.3 Опис роботи виміру 
Посібник користувача: 
1) За замовчуванням замір ведеться в першому режимі, який заміряє 
поточний рівень радіації. 
ІЗМ -15 мкр, це поточний фон, ФОН -14 мкр, це відображення минулого 
виміру, П -0, кількість перевищень природного фону ~=18-25 мкр/год, Т -18с, 
поточний час виміру. 
2) Режим 2, апроксимація вимірів, щодо їхньої кількості, 
використовується для точних вимірів, похибка зменшується в часі, -14мкр, 
результат, +/-30% - похибка вимірювання. 
3) Режим 3, вимірювання еквівалентної дози накопичення (ЕД) за певний 
час. Вимірювання ЕД відбувається наступним чином: 
00:00 Доза 0мкР Старт < > Скидання 
після натискання кнопки "старт", відбувається завмер, 5раз по 20*сек, це 
приблизно 5хв, після цього заміряний і обчислений результат виводиться на екран, 
нормальне значення ЕД кожні 5хв, для нормальної радіаційної обстановки не більш 
ніж 1мкР/год. завмер вестиметься до значення часу =24години (доба), потім завмер 
зупиниться і запише значення ЕД (добової дози) у 20-ту комірку пам'яті. 
Можна вручну призупиняти замір ЕД, для цього потрібно натиснути кнопку 
"Стоп",  
01:15 Доза 11мкР 
< > Стоп 
4) Режим записної книжки, призначений для запису на 20 комірок 
результату вимірювання. 
ЗОНА "1" -номер комірки, -15мкР значення, для запису потрібно вибрати 
номер комірки кнопкою "х" і для запису натиснути кнопку "ок". 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 26 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
5) Регулювання порога рівня спрацьовування тривожної сигналізації - 
кнопками "х" і 
"ок", встановлюємо потрібний, якщо рівень дорівнює 0, то тривогу 
вимкнено. 
6) Увімкнення/вимкнення звукового супроводу натискання кнопок і 
супроводу гарячих частинок - кнопками "х"-вимкнути і "ок"-включити. 
7) Функція передачі інформації в комп'ютер, для подальшого перегляду в 
спеціальному додатку ПК. 
"х"-вимкнути і "ок"-включити. 
8) Економ-функція економічного режиму з автоматом сну і пробудження. 
"х"-вимкнути і "ок"-включити. 
9) Корекція часу виміру, змінюється в межах +/- 5сек, призначене для 
коригування щодо типу лічильника Гейгера, та інших випадках. 
10) Функція автопідкачки, призначена для управлінням блокінг-
генератором. (Впливає на економію живлення) 
"х"-вимкнути і "ок"-включити. 
11) Індикація напруги акумулятора, у вольтах. 
 
 
  
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 27 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
4 Розрахунок елементів схеми 
 
 
4.1  Розрахунок друкарського монтажу 
Алгоритм розрахунку друкарського приведений нижче. 
Вибираємо метод виготовлення і клас точності друкованої плати (ДП). 
Визначаємо мінімальну ширину b min = 1 мм друкарського провідника по 
постійному струму для ланцюгів живлення і заземлення: 
I
b = max
min1 j t                                                            (4.1) 
доп
де Imax - максимальний постійний струм, що протікає в провідниках, А; 
j 2
доп  - допустима щільність струму, А/мм ; 
t - товщина провідника. 
Визначаємо мінімальну ширину провідника b min = 2 мм, виходячи з 
допустимого падіння напруги на ньому: 
ρI
b = maxl
min 2 U t                                                        (4.2) 
доп
де ρ - питомий опір, 0м ∙ мм2/м;  
l - довжина провідника, м; 
Uдоп - допустиме падіння напруги, В. 
визначаємо номінальне значення діаметрів монтажних отворів d, мм, по 
формулі: 
d = de + ∆dН .В. + r                                                      (4.3) 
де dе - максимальний діаметр виводу елемента, що встановлюється на плату, 
мм; 
ΔdН.В. - граничне відхилення від номінального діаметру монтажного отвору, 
мм; 
r - різниця між мінімальним діаметром отвору і максимальним діаметром 
виводів, мм (від 0,1 до 0,4 мм). 
Розрахункові значення d зводять до нормального ряду отворів: 0,7; 0,9; 1,1; 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 28 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
1,3; 1,5 мм. При цьому необхідно враховувати мінімальний діаметр металізованого 
отвору: 
                                                Dmin ≥ Hрасγ                                    (4.4)           
де Hрас - розрахункова товщина плати, мм; 
γ - відношення діаметру металізованого отвору до товщини плати. 
Розрахункова товщина ДП Hрас  мм, визначається по формулі: 
n n−1
H рас = ∑H ci + (0.6...0.9)∑H npi + 2hn                                  (4.5) 
i=1 i=1
де Hci - номінальна товщина i-гo пласта, мм; 
Нnpi - номінальна товщина i-й прокладки зі склотканини, мм; 
n - кількість шарів; 
hn - товщина гальванічного осадження матеріалів, мм. 
Мінімальний діаметр контактних майданчиків Dmin, мм, визначаємо за 
формулою: 
Dmin = D1min + 1,5hф                                                   (4.6) 
де D1min - мінімальний ефективний діаметр майданчика, мм; 
hф - товщина фольги, мм.  
Мінімальний эффективиый діаметр майданчика D1min, мм, визначаємо за 
формулою: 
D1 
min = 2b + dmax
M 2 + δd + δp
                                      (4.7) 
Де bM - відстань від краю отвору до краю контактного майданчика, мм;  
δd - допуск на розташування отворів, мм; 
δр - допуск на розташування контактних майданчиків, мм; 
dmax - максимальний діаметр просвердленого отвору, мм. 
Максимальний діаметр просвердленого отвору dmax, мм, визначаємо за 
формулою: 
dmax = d + ∆d + (0.1...0.15)                                       (4.8) 
де Δd - допуск на отвір, мм. 
Мінімальну  ширину  провідників bmin,  мм,  визначаємо за формулою: 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 29 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
bmin = b1min +1,5hф                                              (4.9) 
де blmin - мінімальна ефективна ширина провідника, мм. Визначаємо 
відстань між провідником і контактним майданчиком slmin, мм, по формулі: 
S1 = L − 
Dmax +δp b
 +  max +δl min 0  2 2                               (4.10) 
   
де   L0   -  відстань  між центрами  елементів,  які розглядаються, мм; 
δl - допуск на розташування провідників, мм. 
Мінімальна відстань між двома контактними майданчиками S2mm, мм, 
визначаємо за формулою: 
S2 min = L0 − (Dmax + 2δp)                                          (4.11) 
Мінімальна відстань між двома провідниками S3mm, мм, визначаємо за 
формулою: 
                S3min = L0 − (Dmax + 2δl)                                        (4.12) 
 
 
4.2 Розрахунок теплового режиму 
Алгоритм розрахунку теплового режиму при природному конвективному 
обміні для ДП приведений нижче.  
Визначення температури корпусу. Розраховуємо питому поверхневу 
потужність корпусу блоку qк, Вт/м, за формулою: 
qk = Po / Sk                                                   (4.13) 
де Ро - потужність, яка розсівається блоком у вигляді теплоти, Вт; 
Sk - площа внутрішньої поверхні корпусу блоку, мм2.  
Площа внутрішньої поверхні корпусу Sk, мм2, визначаємо за формулою: 
Sk = 2∙(L1∙L2 + L2∙L3 + L1∙L3)                                 (4.14) 
де L1 - ширина корпусу, м; 
L2 - глибина корпусу, м; 
L3 - висота корпусу, м. 
Задаємося перегрівом корпусу блоку Δtk, °С, у першому наближенні. 
Для кожної поверхні корпусу коефіцієнт випромінювання   αли  визначаємо 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 30 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
за формулою: 
 t0 + ∆t + 273 4
k   t0 + 273 4
 
α ли = ε i ⋅5,76  −    /∆tk                       (4.15) 
 100   100  
 εi - ступінь чорноти i-ї зовнішньої поверхні корпусу; 
t0 - температура навколишнього середовища, °С. 
Температуру, що визначається tm, °C, визначаємо за формулою: 
 
tm = t0 + Δtk                                                         (4.16) 
 
Визначаємо число Грасгофа Gr для кожної поверхні корпусу за формулою: 
 
gL3
Grmi = β i
m 2 ∆t
ν k                                                 (4.17) 
m
 
де Li - розмір i-T поверхні корпусу, м;  
βm - коефіцієнт об'ємного розширення; 
g - прискорення вільного падіння, м · с-2 (g = 9,8 м·с-2);  
νm - кінетична в'язкість газів, м2/с.  
Визначаємо число Прандтля Рr для температури tm. Знаходимо режим руху 
газу, що обтікає кожну поверхню корпусу: 
(GrPr)m ≤ 5· 102 - режим перехідного до ламінарного;  
5· 102 < (GrPr)m ≤ 2·107 - ламінарний режим; 
(GrPr)m > 2·107 - турбулентний режим. 
Коефіцієнт теплообміну конвекцією для кожної поверхні корпуса блоку αki, 
Вт/(м2·К) визначаємо за формулами - 
для перехідного режиму: 
 
1,18λ
α m
ki = (Gr Pr)1
8
m N
L i                                                (4.18) 
i
 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 31 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
для ламінарного  режиму: 
 
0,54λ 1
α ki =
m (Gr Pr) 4 N
L m i                                              (4.19) 
i
 
Для турбулентного режиму: 
 
0,135λ
α m 1
ki = (Gr Pr) 3
m Ni                                              (4.20) 
Li
 
де λm - теплопровідність газу, Вт/(м·К); 
Ni - коефіцієнт, що враховує орієнтацію поверхні корпусу. 
 
0,7 − для нижньої поверхні

Ni = 1− для бокової поверхні  

1,3− для верхньої поверхні
 
Визначаємо теплову провідність між поверхнею корпусу і навколишнім 
середовищем Ок, Вт/к: 
 
σк=(αкн+αлн)Sн+(αкб+αлб)Sб+(αкв+αлв)Sв                    (4.21) 
 
де Sн - площа нижньої поверхні корпусу, м; 
Sб - площа бічної поверхні корпусу, м;  
Sв - площа верхньої поверхні корпусу, м. 
Площа верхньої поверхні Sв і нижній поверхні Sн, м, визначаємо за 
формулою: 
 
Sн = Sв = L1·L2                                       (4.22) 
 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 32 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Площа бічної поверхні Sб, м, визначаємо за формулою: 
 
Sб = 2L3(L1 + L2)                                    (4.23) 
 
Розраховуємо перегрів корпусу в другому наближенні Δtk0, °C, 
визначаємо за формулою: 
 
∆t = P
 0 
ko σ K кпКні                                        (4.24) 
 k 
 
де Кк.п. - коефіцієнт, що залежить від коефіцієнта перфорації корпуса Кп; 
Кнi - коефіцієнт, що враховує атмосферний тиск навколишнього 
середовища.  
Коефіцієнт перфорації - Кп визначаємо за формулою: 
 
К SП
П = (SН + SВ )
                                          (4.25) 
 
де SП - площа перфораційних отворів, м2. 
Похибку розрахунків δ визначаємо за формулою: 
 
∆tko − ∆t
δ = r                                            (4.26) 
∆tko
 
Якщо δ≤0.1, то розрахунок закінчений. У іншому випадку необхідно  
розрахувати температуру корпусу для іншого значення Δtо. 
Температуру корпусу °С, визначаємо за формулою: 
 
tk = t0 + ∆tko                                          (4.27) 
 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 33 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Визначення середньої поверхневої температури нагрітої зони. Задаємося 
умовною питомою поверхневою потужністю нагрітої зони q3, Вт/м2 за формулою: 
 
P
q 3
3 = 1,82(l l + l l + l l )                               (4.28) 
1 2 1 3 2 3
 
де Рз - потужність, яка розсівається в нагрітій зоні, Вт; 
l1 - ширина нагрітої зони, м; 
l2 - глибина нагрітої зони, м; 
l3 - висота нагрітої зони, м. 
Потужність, яка розсіюється в нагрітій зоні Рз, Вт, розраховуємо за 
формулою: 
 
Рз = Ро - Рк                                            (4.29)  
 
де Рк - потужність, яка розсіюється в елементах, які встановлені 
безпосередньо на корпус, Вт. 
Знаходимо в першому наближенні перегрів нагрітої зони щодо температури 
навколо блоку Δt3. Коефіцієнт теплообміну випромінювання між поверхнями 
нагрітої зони і корпусу αз.л.и.  Вт/(м2·К), визначаємо за формулою: 
 
 t + ∆t + 273 4 t + 273 4
 
 0 3  −  
  k  
 100   100  
α з.л.и. = ε п.и. ⋅5,67  
( )                  (4.30) 
∆t3 − ∆tko
 
 де εп.и - приведений ступінь чорноти i-ї поверхні нагрітої зони і корпусу. 
Приведений ступінь чорноти εп.и визначаємо за формулою: 
 
−1
   S 
ε 1 1 зи
пи =  +  −1                                 (4.31) 
ε зи  ε ки  Sки 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 34 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
де εзи - ступінь чорноти нагрітої зони і корпусу; 
Sзи - площа 1-ої поверхні нагрітої зони і корпусу, м2.  
Температуру tm °С, визначаємо за формулою: 
 
t + t + ∆t
t = k 0 k
m 2                                     (4.32) 
 
Визначаємо число Грасгофа Gr для кожної поверхні корпусу за формулою: 
 
h3
Grmi = β i
m g 3 ∆tk                                            (4.33) 
ν m
 
де hi - величина i-гo повітряного зазору, м; 
Визначаємо число Прандтля Рг для температури tm. Коефіцієнт  конвективного  
теплообміну  між  нагрітою  зоною  і корпусом αз.к.и., Вт/(м2·К), визначаємо за 
формулами: 
- для нижньої поверхні:          
 
α λm
з.к.и. = h                                              (4.34)  
н
 
- для верхньої поверхні: 
 
λ 3
 m / hв при(Grh Pr)≤ 10
в

α   −5 1
з.к.в. = 0,23346,25 − 5,25(1+ hв / l1l2 ) 3 
λm (Grh Pr) 4 / hв                (4.35) 
   в

при (Crh Pr ) 103
 в
 
- для бокової поверхні: 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 35 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
λm / hσ при(Grh Pr)≤ 103
 σ
  −5
3  1
α 4
з.к.σ . = 0,2334 6,25 − 5,25(1+ hσ / l1l2 )
.  λm (Grh Pr) / hσ               (4.36) 
  σ

при (Cr Pr ) 103
 hσ
 
де hн - величина повітряного зазору між нагрітою зоною і нижньою 
поверхнею корпусу, м; 
hв - величина повітряного зазору між нагрітою зоною і верхньою поверхнею 
корпусу, м; 
hσ - величина повітряного зазору між нагрітою зоною і бічною поверхнею 
корпусу, м. 
Теплову провідність між нагрітою зоною і корпусом σз.к., Вт/к, визначаємо 
по формулі 
: 
σ з.к. = Кσ ∑(α з.л.и. +α з.к.и. )S з.и.                                    (4.37) 
і=н,в ,σ
 
де Кσ - коефіцієнт, що враховує кондуктивный теплообмін.  
Коефіцієнт, що враховує кондуктивный теплообмін Кσ розраховуємо по 
формулі: 
 
 0,157 1
1,63− при ≤ 4
σS σS
Кσ =  0 0
                                 (4.38) 
1 при 1
 4
 σSλ
 
де σ - питома теплова провідність від модулів до корпусу, Вт/(м2∙К); 
Sλ   - площа контакту модуля, з корпусом блоку, м2. 
 
 
 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 36 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Нагрів нагрітої зони Δtз.о., °С, визначаємо за формулою: 
 
P K K K
∆t з.о. = ∆tk .o. +
з к.п. w н2                                    (4.39) 
σ з.к.
 
де Кw -  коефіцієнт,   що   враховує  внутрішнє   переміщення повітря; 
Кн2 - коефіцієнт, що враховує тиск повітря усередині блоку. 
Похибку розрахунків δ визначаємо по формулі: 
 
δ = ∆t з.о. − ∆t з /∆t з.о.                                         (4.40) 
 
Якщо δ < 0,1 то розрахунок закінчений. Якщо δ ≥ 0,1 , то необхідно виконати 
розрахунок температури корпусу для іншого значення Δtз. 
Температуру нагрітої зони tз,°С, визначаємо по формулі: 
 
tз = tо + Δtз.о.                                                          (4.41) 
 
Розрахунок температури поверхні елементу. Еквівалентний коефіцієнт 
теплопровідності модулю λэкв, Вт/(м·К), у якому розташована мікросхема, виконуємо по 
формулі: 
- за відсутності теплопровідних шин: 
 
λэкв= λn                                                                (4.42) 
 
де λn  - теплопровідність матеріалу плати, Вт / (м · К); 
 
 
 
 
 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 37 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
- за наявності теплопровідних шин: 
 
−1
 
 V 
λэкв = (1− А)λ
1
н 1−
ш + +
 V 
n Vш λш  V
 ш 
  V 
n  λ  +1−
n  Vn                            (4.43) 
 
λ
+ А n  λ
1+ шVш 1 
2  + 
 λnVn 1−Vш
 V 
n 
 
де λш- теплопровідність матеріалу теплопровідної шини, Вт / (м·К); 
Vn - об'єм ДП з урахуванням об'єму теплопровідності, м3; 
Vш - об'єм теплопровідних шин на ДП, м3; 
А - поверхневий коефіцієнт заповнення плати модулю теплопровідними 
шинами.  
Поверхневий коефіцієнт заповнення плати модулю теплопровідними 
шинами А визначаємо по формулі: 
 
А = Sш  / Sп                                                 (4.44) 
 
де S  - сумарна площа, яка зайнята теплопровідними шинами на ДП, м2
ш . 
Еквівалентний радіус корпусу мікросхем R, м, визначаємо по формулі: 
 
R = S0ис /π                                               (4.45) 
 
де S0иc - площа мікросхеми, м2. 
Коефіцієнт розповсюдження теплового потоку m визначаємо по формулі: 
 
m α +α
= 1 2                                                  (4.46) 
δ n ⋅ λэкв
 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 38 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
де α1 - коефіцієнт теплообміну з одного боку ДП, Вт/(м2·К); 
α2 - коефіцієнт теплообміну з іншого боку ДП, Вт/(м2·К); 
δn  - товщина ДП помодулю, м2. 
Перегрів поверхні корпусу Δt °С,  визначаємо по формулі: 
 
 
 
 
 
 Q 
∆t = ∆t + k  ic
ic в  +
kα (S
1
ic − So.ic )+ 
 δ з 1
+ 

 λзπR 2 K (mR) B + MπRλэквδ nm 1 
 K 0 (mR) 
K
Q 0 (mr1 )
N icu K
+∑ 0 (mR1 ) →               (4.47)                     
i=1   
kαi (S
 δ cu 1
ic − So.ic )1+  +  ×
 λ
2
cuπRi kαi (Sic − S
n o.ic )
n 
→
 
× 
K (mR )
Bi + MπR1λэквδ m 1 i
n 
( ) }
 K 0 mRi 
 
де В і М - умовні величини; 
k - емпіричний коефіцієнт ;  
Ki і Кз - модифіковані функції Бесселя ;  
N - число i-x корпусів мікросхем, які розташовані довкруги.  
Δtв - средній перегрів повітря в блоці; 
Qіс - потужність, яка розсівається i-ю мікросхемою, Вт;  
SIC - сумарна площа поверхні i-й мікросхеми, м2;  
δсі   - зазор між мікросхемою і ДП; 
λсі  -  коефіцієнт  теплопровідності  матеріалу, Вт / (м · К).  
Среднеоб'емний перегрів повітря в блоці Δtв, °C, визначаємо по формулі: 
 
Δtв=(Δtko+Δt3o)/2                                                         (4.48) 
 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 39 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Температуру поверхні корпусу мікросхеми tic °С, визначаємо по формулі: 
 
tIC=to+ΔtIC                                                 (4.49) 
 
 
4.3 Розрахунок друкованих плат на віброміцність 
 
У радіоелектронній і електронно-обчислювальній апаратурі плати 
використовуються для розміщення на них інтегральних мікросхем (ІС) і ЕРЕ різного 
вигляду і рівня їх комутації між собою, яка зазвичай здійснюється за допомогою 
друкарського монтажу. Як правило, плати є конструктивно закінченим 
функціональним модулем, називаємий іноді блоком. Каркасний варіант цього модуля 
застосовують при підвищених вимогах до віброміцності і вібростійкої, а також і при 
використанні в модулі двох друкарських плат і більш. У каркасних конструкціях плат 
основою є металева рама, форми, і розміри якої залежать від конструкції модуля. 
Плату, на якій розміщують ІС і ЕРЕ, закріплюють на рамі гвинтами або заклепками. 
У безкаркасній конструкції роль елементу, що несе навантаження, виконує друкована 
плата (ДП). 
По конструктивному оформленню, залежно від розміщення на платі ІС і ЕРЕ, 
а також від виду електричного монтажу, ДП можуть бути односторонніми, 
двосторонніми або багатошаровими. На лицьовій стороні двосторонньої плати 
розміщуються ІС і ЕРЕ; на іншій стороні можуть розміщуватися ІС з пленарними 
виводами і виконується друкарський монтаж. Багатошарові  друковані плати  (БДП)  
застосовують  при  підвищеній щільності компоновки ІС та складностю виконання 
комутації на одному рівні. 
Форму ДП вибирають, як правило, прямокутну з переважним 
співвідношенням, сторін 1 : 1 … 1 : 2 при мінімальному розмірі сторони 10 x 10 мм 
і 2 : 3 при найбільшому розмірі сторін 240 x 360 мм. Товщину ДП вибирають з рада 
0.8; 1.0; 1.5; 2.0; 2.5; 3.0 мм. Для виготовлення ДП використовуються різні 
матеріали. 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 40 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
При розрахунку на віброміцність як розрахункова схема також приймається 
спрощена модель у вигляді прямокутної пластини з розмірами сторін a х b, 
товщиною h з різними видами закріплення по контуру. При рівномірному 
вантаженні ДП по її поверхні ЕРЕ для всіх випадків закріплення по контуру її 
власна частота вібрації Fc, значення перевантаження та амплітуда колебаний ДП в 
мм буде рівна: 
 
A = 250 ⋅ n
Fc 2                                                   (4.50) 
 
Величина коефіцієнта динамічності, що показує, в скільки разів амплітуда 
вимушених коливань ДП на частоті F відрізняється від амплітуди на частоті Fc, 
дорівнює: 
 
2 −1
2 2 
Kd 
= V 1− (F )  + (FFc ) ⋅ E 2                                (4.51) 
   Fc 

 
де Е - показник згасання коливань (для склотекстоліту при навантаженні, 
близькому до того, що допускається, приймається Е = 0.06). 
Динамічний прогиб в геометричному центрі ДП в мм при її збудженні з 
частотою F: 
 
Wd = Kd · A                                              (4.52) 
 
Еквівалентне рівномірно розподілене по ДП динамічне навантаження в 
Н/м2(Па): 
 
Pd Wd ⋅D
= 4                                              (4.53) 
C1b
 
а максимальний розподілений момент, що вигинає, в Н, викликаний цим 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 41 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
навантаженням: 
 
M max = C2 ⋅ Pd b                                            (4.54) 
 
Коефіцієнти С1, С2 залежать від способу закріплення ДП. При описанні ДП 
по контуру для їх визначення використовують формули: 
 
С1 = 0.00406 + 0.018 · lg(a / b)                              (4.55) 
 
                                            С2 = 0.0479 + 0.18 · lg(a / b)                         
 
При затисканні пластини по контуру і використовують формули: 
 
С1 = 0.0012 + 0.041 · lg(a / b)                               (4.56) 
 
С2 = 0.0513 + 0.108 · lg(a / b) 
  
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 42 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
5 Технологічний розділ 
 
 
В технологічному розділі дипломного проекту розробляється технологічний 
процес виготовлення плати. 
Технологічність конструкції друкованої плати - пристосованість 
конструкції друкованої плати до обмежених витрат трудових, матеріальних і 
енергетичних ресурсів на підготовку виробництва і промисловий випуск в заданій 
кількості по вищій категорії якості (виробнича технологічність) і при 
технологічному обслуговуванні і ремонті (експлуатаційна технологічність). 
Виробнича технологічність друкованої плати  визначається трудомісткістю 
виготовлення. Експлуатаційна технологічність друкованої плати  оцінюється 
контролездатністю і взаємозамінністю. 
 
 
5.1 Обґрунтовування та вибір технологічного процесу виготовлення 
плати  
 
Для виготовлення плати системи обирається наступна технологічна схема 
підготовки плати, складання і монтажу елементів радіоелектронної апаратури 
(РЕА): виготовлення фотошаблону розведення доріжок, підготовка та 
виготовлення друкованої плати, складання і монтаж вузлів одноплатної 
конструкції з ручною установкою елементів при використовуванні методу 
групового паяння. 
1. Підготовчі операції 
- підготовка монтажної плати до друку; 
- виготовлення фотошаблону друкованої плати; 
- друкування та травлення монтажної плати; 
- контроль виготовлення друкованої плати; 
- підготовка елементів РЕА до монтажу. 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 43 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
2.  Складання і монтаж функціональних вузлів. 
3.  Операції паяння монтажних з'єднань та функціональних вузлів на 
друкованій платі. 
4.  Контроль процесу виготовлення плати ситеми дистанційного контролю 
акустичного середовища (системи). 
 
 
5.2 Технологічний процес виготовлення плати  системи 
 
Підготовчі операції виготовлення друкованої плати 
Підготовка монтажної плати до друку. Плату виготовляємо із 
склотекстоліту (марка СФ-2-35-1,5) . Перед використанням монтажної плати, її 
оброблюють слабким розчином хлорної кислоти у воді у співвідношенні 1:10 на 
протязі 10-15 хвилин, з метою очищення її від слідів органічного бруду та 
окислення міді [21]. Після цього, підготовлену плату промивають під напором води 
протягом не менше 3 хвилин, протирають бязевою серветкою змоченою в спирті.  
Виготовлення фотошаблону друкованої плати. Фотошаблон друкованої 
плати виготовляється фототермічним методом на целулоїдному матеріалі PRZ-25, 
який представляє собою аркуш прозорої плівки товщиною 0,8 мм формату А4, яку 
безпосередньо перед використанням необхідно протерти бязевою серветкою 
змоченою в спирті та осушити тепловим феном. Фототермічне друкування 
відбувається на плівці за допомогою лазерного принтеру, що дозволяє 
підтримувати високу розподільчу здатність (не менше 600 dpi) та якість (не гірше 
80 php/inch) – наприклад, Canon LBP-1120, HP-1300, тощо – виведенням графічного 
зображення плану розведення доріжок, який створено в спеціалізованих програмах 
(P-CAD, AutoCAD, KOMPAC) на ПЕОМ. Після отримання графічного зображення 
на плівці, її не слід зберігати довше 15 хвилин, а треба негайно розпочати процес 
друкування монтажної плати . 
Друкування та травлення монтажної плати. Перенесення фотозображення з 
плівки на металізовану сторону монтажної плати відбувається наступним чином. 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 44 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Целулоїдна плівка прикладається до металізованої сторони монтажної плати 
стороною на якій відбувався фототермічний друк (сторона з нанесеним 
термопорошком). При цьому необхідно дотримуватися паралельного 
розташування реперних міток шаблону відносно сторін плати. Після цього, плата з 
плівкою затискаються в струбцинах та кладуться під прес в індукційний розігрівач 
на 5-8 хвилин. Сила тиску пресу на плату повинна становити 75-90 Н, температура 
в зоні розігріву – 150 ºС. Таким чином, вихрові струми, що наводяться в 
металізованій фользі, яка покриває лицьову сторону плати приводять до її 
розігріву, що сприяє плавленню та переходу термопорошку з плівки на плату з 
подальшим вплавленням його в металеву фольгу . 
Після закінчення процесу фотодрукування, плату протирають бязевою 
серветкою зі спиртом, сушать та проводять її травлення в травильному розчині 
наступного складу: 
- залізо хлорне (FeCl3) – 15-20 мас.часток; 
- гліцерин – 3-5 мас.часток; 
- біфторид магнію (MgF2) – 0,5 мас.часток; 
- дистильована вода – інше. 
Температура травильного розчину повинна становити 65-70 ºС, час 
травлення – до 40 хвилин. Для уникнення протравів, та забезпечення найбільш 
рівномірного травлення, рекомендується проводити барбацію травильного розчину 
шляхом введення в останній повітря з компресору. Також ефективним може 
виявитися перемішування розчину (30-50 об/хв) або дія на нього ультразвуковими 
коливаннями (44 кГц; 650 Вт). 
Після протравлення плату необхідно промити під напором води (3-5 
хвилин), протерти бязевою серветкою зі спиртом та провести очищення її поверхні 
від термопорошку. Для цього використовується метод хіміко-механічної обробки 
поверхні розчинами ацетону, бензину Б-70, або іншими розчинниками. Тривалість 
очистки – до 10 хвилин. Після цього – промивка напором води (3-5 хвилин), 
протирання бязевою серветкою зі спиртом та сушка. 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 45 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Контроль виготовлення друкованої плати. Контроль виготовлення 
друкованої плати проводиться за допомогою лупи х7 (для візуального 
спостереження цілісності доріжок та контактних площадок) та електричного 
тестеру (перевірка цілісності та провідності електричних з‘єднань). На операцію 
контролю виготовлення друкованої плати на цьому етапі відводиться 15 хвилин. 
Підготовка елементів РЕА до монтажу. Підготовка елементів до монтажу 
починається з контролю елементів РЕА за номіналами «придатний-непридатний». 
З цією метою використовують електричний мультіметр – для простих елементів 
РЕА (резисторів, діодів, конденсаторів тощо) та вимірювальний стенд – для 
мікроконтролерів, світлодіодних матриць, мікросхем тощо. Для більш компактного 
розташування елементів, та оптимізації процесу паяння необхідно сформувати 
виводи окремих елементів (резисторів, конденсаторів, транзисторів) шляхом 
рихтування, підрізання або загинання. Після цього, елементи монтажу вкладаються 
в технологічні касети в яких відбувається процес лудження виводів елементів РЕА 
сплавом Розе   (Розе-5у). 
 
Складання і монтаж функціональних вузлів на друкованій платі 
Установка на плату контактів, перемичок, штирів та елементів монтажу. 
Складання і монтаж функціональних вузлів на друкованій платі починається з 
установки на плату контактів, перемичок, штирів та елементів РЕА. При цьому, 
процес монтажу повинен відбуватися в такій послідовності: спочатку 
встановлюються зовнішні елементи РЕА (резисторні блоки, мікротранзисторні 
збірки та конденсатори), потім – впроваджені елементи максимального розміру – 
контактні площадки під мікросхеми; далі – впроваджені елементи середнього та 
мінімального розміру – резистори, конденсатори, транзистори та діоди. Останніми 
на друковану плату встановлюються контактні штирі та площадки, а також – 
перемички між різними контактами плати. 
Підготовка виводів елементів РЕА. Підготовка виводів елементів полягає в 
їх лудженні з метою подальшого гарного приєднання останніх до контактних 
площадок на монтажній платі. При цьому кількість флюсу, який наноситься на 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 46 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
місце паяння, повинна бути мінімальною.  
При залуджуванні виводів необхідно уникати їх перегріву протягом часу 
більше 3 секунд. При цьому місце лудіння має бути достатньо прогрітим за 
допомогою паяльника із забезпеченням повного розтікання розплавленого припою.  
Після лудження виводи необхідно охолодити. Поверхня виводів після 
лудження повинна мати однорідний, глянсовий вигляд без видимих  забруднень і 
напливів.  
Контроль правильності і якості установки елементів РЕА. Контроль 
правильності і якості установки елементів відбувається шляхом зовнішнього 
огляду на якість лудження виводів, відсутність подряпин, тріщин корпусу, 
пошкодження написів, а також вірної полярності встановлення елементів РЕА 
(особливо для діодів та силових пристроїв).   
Плати, які не пройшли етап контролю правильності і якості установки 
елементів поступають назад – на монтажну ділянку. Придатна плата залучається до 
технологічної операції паяння, плати ж, які мають відхилення на етапі складання і 
монтажу функціональних вузлів – повертаються на доопрацювання. 
 
Паяння монтажних з'єднань та функціональних вузлів на друкованій 
платі 
Знежирення плати. Після протравлення і очищення від залишків 
термопорошку плату необхідно знежирити. Для цього поверхня плати 
протирається розчинами ацетону, бензину Б-70, або іншими розчинниками. 
Тривалість знежирення – до 2 хвилин. Після цього – протирання бязевою 
серветкою зі спиртом та сушка. 
Флюсування місць паяння. Перед підготовкою до паяння контактні 
площадки необхідно профлюсувати. Для цього використовується спиртовий флюс 
ФС-50. При цьому кількість флюсу, який наноситься на контактну площадку, 
повинна бути мінімальною.  
Далі необхідно виконати лудіння контактних площадок з метою їх кращого 
пропаю. При лудінні контактних площадок необхідно уникати їхнього перегріву 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 47 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
протягом часу більше 3 секунд. Крім того місце лудіння має бути достатньо 
прогрітим для забезпечення повного розтікання розплавленого припою. Поверхня 
контактних площадок після лудіння повинна мати однорідний, глянсовий вигляд 
без видимих пор, забруднень і напливів.  
Паяння з'єднань та перемичок на монтажній платі. Паяння монтажних 
з'єднань та перемичок повинне забезпечуватися надійністю електричного контакту 
і необхідною механічною міцністю. Кількість припою, який відбирається 
паяльником повинна бути мінімально необхідною. Не допускається великий 
наплив припою в місці пайки – припій повинен заливати місце з'єднання виробів 
електронної техніки з усіх боків, заповнювати щілини і зазори між дротами і 
контактами. Температура жала паяльника контролюється приладом МПП-254Г, 
який входить до складу паяльної станції. При цьому необхідно уникати зайвого 
перегріву монтажних з‘єднань на платі, тоді коли саме місце паяння має бути 
достатньо прогрітим. Після спаювання місце пайки охолоджується на повітрі без 
примусового обдування.  
Очистка та сушка монтажної плати. Після закінчення етапу пайки з‘єднань 
монтажної плати, її необхідно очистити та просушити. Для цього, монтажну плату 
прогрівають термофеном або в електрокалорифері при температурі 65-85 ºС для 
рівномірного розтікання припою по поверхні монтажних плат та випаровування 
залишків флюсу та органічних розчинників. Після цього отриману плату сушать 
теплофеном та охолоджують на повітрі не менше 2-3 хвилин. 
 
Контроль виготовлення плати  
Контроль виготовлення плати системи відбувається на кожному етапі 
технологічного процесу. Остаточний контроль проводиться на вимірювальному 
стенді, який дозволяє перевірити функціонування основних вузлів та блоків 
пристрою „інформаційне табло”. Також ефективним є тестова перевірка роботи 
пристрою із залученням адептів (експертів). Така тестова перевірка дозволяє 
виявити та вчасно уникнути ряду проблем, пов‘язаних з роботою пристрою, а саме: 
надійність функціонування пристрою в умовах вібрацій, температурного удару, 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 48 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
підвищеної вологості та яскравості – емітуючі умови зовнішнього середовища, а 
залучення експертів дозволить випробувати захист від „дурня”, програмних 
помилок та апаратних збоїв.   
 
 
5.3 Вимоги, що висуваються до монтажу елементів РЕА 
 
Елементи при закріпленні їх виводів повинні бути по можливості 
розташовані так, щоб напис на друкованій платі їх маркування розташовувався з 
одного боку та був добре видний. 
З‘єднувальні, силові та інформаційні дроти не повинні мати пошкоджень 
при монтажі (підпалів, надрізувань). 
Дроти перетином 0,35 мм і менш слід кріпити з виконанням повного 
обороту навкруги контактної пелюстки, дроти перетину понад 0,35 мм - не менше 
обороту. 
 
 
5.4 Основні вимоги, що висуваються при паянні елементів до плати 
 
На якість паяних з'єднань істотно впливають не тільки технологічні умови 
проведення процесу паяння, але і правильний вибір матеріалів: флюсів, припоїв, 
очисних рідин. 
Вибір флюсу проводиться виходячи з потрібної хімічної активності, яка 
повинна бути найбільшою в інтервалі температур  плавлення припою. Він повинен 
швидко і рівномірно розтікатися по матеріалу, добре проникати в зазори і 
видалятися з них, легко витіснятися розплавленим припоєм. Для паяння монтажних 
з'єднань використовують переважно низько- і середньо температурні припої з 
температурою плавлення Тпл < 450 °С. Основними компонентами припоїв є олово і 
свинець, до яких для забезпечення спеціальних якостей можуть додаватися 
різноманітні хімічні елементи, зокрема: сурма, срібло, вісмут, кадмій.  
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 49 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
 До технічних вимог при паяні з'єднань відносять: достатню механічну 
міцність і пластичність; задану теплопровідність і електричні характеристики; 
коефіцієнт термічного розширення (КТР) близький до КТР паяного металу; 
корозійну стійкість як в процесі паяння, так і при експлуатації. 
Паяння монтажних з'єднань повинне забезпечуватися надійністю 
електричного контакту і необхідною механічною міцністю. 
Кількість флюсу, який наноситься на місце паяння, повинна бути 
мінімальною. Не допускається велика кількість змочувань флюсом місць паяння. 
Монтажні з'єднання слід лудити і паяти. Необхідно уникати зайвого 
перегріву монтажних виробів електронної техніки. Взагалі, тривалість одного 
дотику паяльника в зону паяння не повинна перевищувати 2-3 секунд. При цьому 
місце паяння має бути достатньо прогрітим за допомогою паяльника із 
забезпеченням повного розтікання розплавленого припою.  
Після паяння спаяне місце необхідно охолодити, при цьому спаяні вироби 
повинні бути нерухомі.  
Поверхня монтажних з'єднань повинна мати глянцевий вигляд без видимих 
пор, забруднень і напливів. Припій повинен заливати місце з'єднання виробів 
електронної техніки з усіх боків, заповнювати щілини і зазори між дротами і 
контактами.  
 
 
5.5 Технологічний контроль виготовлення плати  системи 
 
Загальна структура контрольних операцій включає візуальний контроль 
монтажу, автоматичний контроль правильності монтажних з'єднань, 
функціональний контроль зібраних плат. 
Шляхом зовнішнього огляду і порівняння із зразками перевіряють тип, 
номінальне значення, маркування, якість лудіння виводів, відсутність подряпин, 
тріщин корпусу і пошкодження написів.   
Механічну міцність монтажних з'єднань допускається перевіряти вибірково, 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 50 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
але не більш разу в процесі прийому монтажу. Зусилля повинне бути направлено 
уздовж осі припаяного дроту і не повинне перевищувати 0,5 кг. В окремих випадках 
допускається перевірка пінцетом, на губки якого повинні бути надіті ізоляційні 
трубки. 
Контроль правильності електричних з'єднань є необхідною операцією перед 
настройкою. В одиничному і дрібносерійному виробництві цю операцію 
виконують вручну за допомогою універсальної вимірювальної апаратури по картах 
опорів і монтажній схемі. 
В масовому виробництві широко використовують автоматичні тестери, які 
працюють за принципом неврівноваженого моста. Плата через з'єднувачі 
підключається до тестера, який за розробленою програмою перевіряє омічний опір 
кожної електричної ділянки і визначає його стан. Плати, які не пройшли перевірку 
монтажу поступають на ділянку ремонту. Годна плата поступає на функціональний 
контроль, де перевіряють логічні зв'язки елементів за допомогою діагностичних 
тестів. Плати, які мають відхилення початкових параметрів поступають на 
регулювання, а несправні - на ремонт. 
Якість паяного з'єднання дротів перетином 0,12 мм2 і менше, повинні 
перевірятися візуально. 
При контролі якості монтажу забороняється перегинати дріт в зоні паяння. 
Перевірене паяння контролер повинен відзначати кольоровим лаком, який 
наноситься на місце спаю у вигляді невеликої акуратної крапки.  
 
 
5.6 Загальні вимоги до монтажу друкованої плати 
 
До монтажної роботи допускаються особи, які атестовані по операціях 
даного технологічного процесу. 
Робітник при виконанні будь-якої виробничої задачі відповідає за якість 
виконання роботи і при здачі продукції майстру винен відділити придатну 
продукцію від браку. 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 51 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Складання і монтаж друкованої плати  в міру необхідності робітник повинен 
вести по індивідуальних технологічних картах і еталонних зразках. Збірка 
компонентів друкованої плати складається з подачі їх до місця установки, 
орієнтації виводів щодо монтажних отворів або контактних майданчиків, 
сполучення з складальними елементами і фіксації в потрібному положенні. 
Використовування ручної збірки економічно доцільне при виробництві не більше 
15 тис. плат в рік партіями по 100 штук. На кожній платі повинно бути розміщено 
не більше 100 елементів, у тому числі 20 інтегральних мікросхем. Істотною 
перевагою ручної збірки є можливість постійного візуального контролю, який 
дозволяє використовувати відносно великі допуски на розміри висновків, 
контактних майданчиків і монтажних отворів.  
 
 
5.7 Нормування часу монтажних робіт 
 
Нормування часу монтажних робіт виконують на підставі карт 
технологічних процесів, які визначають порядок виконання операцій, 
використовування приладів, інструментів, матеріалів, а також режимів обробки і 
нормативів часу. Розрахунок норм штучного часу на операцію (хв.) визначається 
по формулі: 
 
Тшт = Топ × (1 + 0,01 × К),    (5.1) 
 
де  ТОП - оперативний час, Топ = 134,18 хв. (табл.5.1);  
К - час на організаційно-технологічне обслуговування робочого місця, 
відпочинок і власні потреби у відсотках від оперативного часу, К = 14 %. 
 
Тшт = 134,18 × (1 + 0,14) = 152,9 хв. (2 год.33 хв.) 
 
Оперативний час на виконання монтажних операцій приведений в табл.5.1. 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 52 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Таблиця 5.1 - Оперативний час на виконання операцій по 
виготовленню плати системи  
Кількість, Оперативний ∑ТОП, 
№ п/п Назва етапу роботи 
циклів час, ТОП, хв. хв. 
Підготовчі операції 
Підготовка монтажної плати 
1 3 1,5 4,5 
до друку 
Виготовлення фотошаблону 
2 2 0,16 0,32 
друкованої плати 
Друкування та травлення 
3 1 60 60 
монтажної плати 
Контроль виготовлення 
4 1 10 10 
друкованої плати 
Підготовка елементів РЕА до 
5 5 2,5 12,5 
монтажу 
Складання і монтаж функціональних вузлів 
Установка на плату контактів, 
6 перемичок, штирів та 4 1,5 6,0 
елементів РЕА 
Підготовка виводів елементів 
7 110 0,05 5,5 
РЕА 
Контроль правильності і якості 
8 42 0,08 3,36 
установки елементів РЕА 
Паяння монтажних з'єднань та функціональних вузлів на друкованій платі 
9 Знежирення плати 1 0,5 0,5 
10 Флюсування місць паяння 110 0,05 5,5 
 
 
 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 53 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Продовження таблиці 5.1 
Паяння з'єднань та перемичок 
11 110 0,05 5,5 
на монтажній платі 
Очистка та сушка монтажної 
12 1 2,5 2,5 
плати 
Контроль виготовлення плати вимірювача артеріального тиску 
Остаточний контроль на 
13 1 3 3 
вимірювальному стенді 
Тестова перевірка роботи 
14 пристрою із залученням 1 15 15 
адептів 
Всього 134,18 
 
 
 
  
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 54 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
6 Спеціальний розділ 
 
 
6.1 Економічне обґрунтування розробки системи 
Розробка Інформаційно-вимірювальної системи іонізаційного 
випромінення (ІВСІВ) спрямована на вдосконалення методів виявлення, 
вимірювання та аналізу іонізуючого випромінення. Це дозволить знизити ризики 
для здоров'я людей та навколишнього середовища, а також підвищити 
ефективність та економічність процесів у різних галузях. Дане економічне 
обґрунтування аналізує доцільність розробки ІВСІВ з урахуванням ринкового 
попиту, економічних переваг, витрат на розробку та потенційних вигод. 
Аналіз ринку 
Попит на системи контролю іонізуючого випромінення 
1. Промисловість 
o Понад 17 000 підприємств у світі використовують або зберігають 
радіоактивні матеріали. 
o Вартість ринку радіаційного моніторингу в промисловості оцінюється 
у $2.5 млрд (станом на 2023 рік). 
2. Медицина 
o У 2023 році близько 70 000 медичних закладів використовували 
радіоактивні матеріали для діагностики та лікування. 
o Вартість ринку медичного радіаційного моніторингу складає 
приблизно $1.8 млрд. 
3. Екологія 
o Близько 10 000 об'єктів потребують постійного моніторингу 
радіаційного фону. 
o Ринок екологічного моніторингу радіації оцінюється у $1.2 млрд. 
4. Наукові дослідження 
o Понад 5 000 наукових лабораторій займаються дослідженнями у галузі 
ядерної фізики. 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 55 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
o Ринок наукових приладів для вимірювання радіації становить 
приблизно $0.5 млрд. 
Прогноз зростання ринку 
Зростання світового ринку радіаційного моніторингу очікується на рівні 6-
8% щороку, зважаючи на посилення регуляторних вимог та підвищення стандартів 
безпеки. Очікується, що до 2028 року вартість цього ринку перевищить $8 млрд. 
Економічні переваги 
1. Підвищення безпеки 
o Вартість аварії через неналежний контроль радіації може досягати 
мільярдів доларів. Наприклад, аварія на АЕС "Фукусіма-1" обійшлася у понад $200 
млрд. 
o Своєчасне виявлення перевищення допустимих рівнів радіації 
дозволяє уникнути значних витрат на ліквідацію наслідків. 
2. Зниження витрат 
o Оптимізація процесів контролю може знизити експлуатаційні витрати 
на 15-20%. 
o Використання ІВСІВ може зменшити витрати на ручні перевірки та 
некоректні дані на 10-15%. 
3. Відповідність стандартам 
o Забезпечення відповідності міжнародним стандартам (ISO 9001, ISO 
14001) та регуляторним вимогам дозволяє уникнути штрафів, які можуть сягати 
$500 000 - $1 млн на рік. 
4. Підвищення продуктивності 
o Автоматизація процесів вимірювання може підвищити продуктивність 
на 20-30%, знижуючи людський фактор та підвищуючи точність даних. 
Вартість розробки 
Початкові витрати 
1. Дослідження і розробка 
o Витрати на дослідження та розробку прототипу: $2 млн. 
o Тестування та сертифікація системи: $500 000. 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 56 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
2. Матеріали та компоненти 
o Закупівля датчиків, електронних компонентів та інших матеріалів: $1.5 
млн. 
3. Програмне забезпечення 
o Розробка програмного забезпечення: $1 млн. 
Операційні витрати 
1. Персонал 
o Заробітна плата інженерів, розробників та технічного персоналу: $1.2 
млн/рік. 
2. Маркетинг і збут 
o Витрати на маркетинг та просування продукту: $500 000/рік. 
3. Підтримка і обслуговування 
o Технічна підтримка клієнтів, оновлення програмного забезпечення та 
ремонт обладнання: $300 000/рік. 
Потенційні вигоди 
1. Ринковий попит 
o Очікуваний дохід від продажу ІВСІВ: $5-7 млн на рік. 
o Прогнозований річний приріст доходу: 10-12%. 
2. Конкурентна перевага 
o Інноваційна система забезпечить високу точність і надійність, що 
створить переваги над існуючими рішеннями на ринку. 
3. Можливість ліцензування 
o Продаж ліцензій на використання технології іншим виробникам: $2 
млн на рік. 
4. Довгострокові контракти 
o Укладання довгострокових контрактів на постачання та 
обслуговування системи може забезпечити стабільний дохід у розмірі $3-4 млн на 
рік. 
Розробка Інформаційно-вимірювальної системи іонізаційного 
випромінення є економічно обґрунтованою інвестицією. Високий попит на ринку, 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 57 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
значні економічні переваги, а також потенційні вигоди від впровадження 
інноваційного рішення роблять цей проект перспективним і вигідним. Реалізація 
проекту дозволить забезпечити ефективний контроль радіаційної безпеки та 
зайняти конкурентні позиції на світовому ринку технологій вимірювання 
іонізуючого випромінення. 
 
 
6.2 Охорона праці 
 
Аналіз небезпек та шкідливостей, які виникають у приміщенні  
електротехнічної лабораторії 
Дослідження за темою кваліфікаційної роботи неможливі без використання 
сучасної комп’ютерної техніки. З погляду на це виникає потреба в раціональній та 
безпечній організації праці дослідника під час роботи з комп’ютером, адже деякі 
обчислення та процеси моделювання тривають доволі довгий час, що вимагає 
тривалого споглядання екрану монітора, а це в свою чергу піддає дослідника 
впливу цілої групи шкідливих факторів. До них можна віднести: 
- вплив випромінювання від монітора і від комп’ютера; 
- вплив електромагнітного випромінювання; 
- нераціональна освітленість; 
- висока напруга; 
- ненормований рівень шуму та ін. 
Також мають вплив психофізичні фактори такі як: розумова перенапруга, 
перенапруга зорових і слухових аналізаторів, емоційні перенавантаження, 
монотонність праці, що призводять до стомлення і зниження працездатності. 
Проаналізуємо вплив вище зазначених факторів на здоров’я і 
працездатність дослідника, який працює в лабораторії за комп’ютером. За рівнем 
фізичних навантажень даний вид праці відноситься до категорії Іа. 
Розміри лабораторії становлять: ширина – 4 м, довжина – 6 м, висота стелі 
– 3 м, площа – 24 м2, об’єм – 72 м3. Лабораторія розрахована на чотирьох одночасно 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 58 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
працюючих осіб. Площа, яка припадає на одного працівника – 6 м2, об’єм – 18 м3, 
що не в повному обсязі відповідає вимогам ДБН В.2.2.28-2010. 
Стіни лабораторії обклеєні світло-жовтими шпалерами, які мають 
коефіцієнт відбиття світла 36-38%, що забезпечує високу освітленість приміщення 
і добре впливає на зір працюючого. 
Істотний вплив на організм працівника лабораторії має мікроклімат. 
Фактичні значення основних факторів мікроклімату наступні: 
1. Температура повітря: 
- в холодний період року – 22-23°С; 
- в теплий період року – 29-30°С. 
2. Вологість повітря: 
- в холодний період року – 50-55%; 
- в теплий період року – 45-50%. 
3. Швидкість руху повітря: 
- в холодний період року – 0,05-0,1 м/с; 
- в теплий період року – 0,1-0,14 м/с. 
Вище наведені фактичні значення задовольняють ДСН 3.3.6.042-99 
«Санітарні норми мікроклімату виробничих приміщень», за виключенням 
температури в теплий період року. В даному приміщенні необхідно розрахувати та 
змонтувати систему кондиціонування повітря. 
Робочі столи розташовані біля вікон так, що робітник сидить  боком до 
вікна. При цьому забезпечується оптимальне співвідношення яскравості робочих 
та навколишніх поверхонь та максимально обмежене відбиття світла від екрану 
монітора. 
Недостатня або надмірна освітленість, нерівномірність освітлення в полі 
зору втомлює очі, призводить до зниження продуктивності праці; при цьому 
зростає потенційна небезпека помилкових дій і нещасних випадків. Надмірна 
яскравість джерел світла може спричинити головний біль, різь в очах, розлад 
гостроти зору; світлові відблиски – тимчасове засліплення. 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 59 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Освітлення виробничих приміщень характеризується кількісними та 
якісними показниками. До основних кількісних показників відносяться: світловий 
потік, сила світла, яскравість і освітленість. До основних якісних показників 
зорових умов роботи можна віднести: фон, контраст між об’єктом і фоном, 
видимість. 
Природне освітлення лабораторії здійснюється через вікна. Їх кількість 
становить 2, розмір - 2×1,5 м кожне. Вікна облаштовано жалюзі, що забезпечує 
обмежене відбивання світла від екрану монітора.  
За найменший об’єкт  розрізнення зорової праці приймаємо точку на екрані 
монітору, розмір якої 0,25 мм, що відповідає дуже високому ступеню точності 
зорової праці. Розряд зорової праці – ІІ г, що відповідає великому контрасту об’єкта 
розрізнення та світлому фону. 
Згідно з ДБН В.2.5-28-2018 коефіцієнт природного освітлення (КПО) для 
даного типу зорової праці складає 1,5%. Фактичне значення КПО становить 34 - 
37%, що відповідає ДБН В.2.5-28-2018. 
Штучне освітлення може бути загальним та комбінованим. Загальним 
називають освітлення, при якому світильники розміщуються у верхній зоні 
приміщення (не нижче 2,5 м над підлогою) рівномірно (загальне рівномірне 
освітлення) або з врахуванням розташування робочих місць (загальне локалізоване 
освітлення). Комбіноване освітлення складається із загального та місцевого. Його 
доцільно застосовувати при роботах високої точності, а також, якщо необхідно 
створити певний або змінний, в процесі роботи, напрямок світла. Місцеве 
освітлення створюється світильниками, що концентрують світловий потік 
безпосередньо на робочих місцях. Застосування лише місцевого освітлення не 
допускається з огляду на небезпеку виробничого травматизму та професійних 
захворювань. 
В темний час доби лабораторія освітлюється за допомогою восьми 
світильників. Фактичне значення штучного загального освітлення становить 410-
420 лк, а нормативне значення – 400 лк. Отже, рівень штучного освітлення 
відповідає ДБН В.2.5-28-2018. 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 60 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Негативна дія ПК у багатьох користувачів виявляється як біль, різь в очах, 
як розмивання контурів об’єкта. Ці явища часто супроводжуються головним болем, 
сонливістю, млявістю. Щоб уникнути цього, необхідно кожні 2 години роботи на 
ПК робити перерву на 10-15 хв. згідно НПАОП 0.00-1.28-10. 
Монітори ПК, якими обладнано лабораторію, відповідають основним 
вимогам безпеки: яскравість дисплея не менше 300 кд/м2, висота символів не менше 
3,8 мм, діагональ екрану не менше 500 мм. 
Згідно ДСН 3.3.6.037-99 «Санітарні норми допустимих рівнів шуму на 
робочих місцях» нормативне значення еквівалентного рівня звуку при даному виді 
діяльності складає 50 дБА. Головним джерелом шуму є вентилятор охолодження 
блоку живлення ПК. Фактичне значення еквівалентного рівня звуку не перевищує 
нормативного і становить 42-44 дБА. 
Щоб запобігти виникненню хвороб пов’язаних з неправильною посадкою 
людини перед комп’ютером необхідно враховувати ергономічні фактори. 
Довжина робочого столу складає 1,5 м, усі предмети знаходяться в робочій 
зоні дослідника. Висота столу 0,75 м, висота стільця 0,45 м, що відповідає ДСТУ 
8604:2015 «Дизайн і ергономіка. Робоче місце для виконання робіт у положенні 
сидячи. Загальні ергономічні вимоги». Стілець має бути такої висоти, щоб 
максимально задовольнити куту між стегнами і хребтом величиною 90°. 
Приміщення лабораторії відноситься до 3 типу приміщень за ступенем 
небезпеки ураження людини електричним струмом: приміщення без підвищеної 
небезпеки (ПУЕ-17), тобто відсутні наступні фактори: висока відносна вологість 
повітря (перевищення 75% протягом тривалого часу); висока температура (більше 
350С протягом тривалого часу); струмопровідний пил; струмопровідна підлога.  
Деяке обладнання має металевий корпус, тому згідно ДСТУ Б В.2.5-82-2016 в 
лабораторії необхідно передбачити магістраль захисного заземлення для 
виключення випадку ураження електричним струмом. Електропроводка живлячої 
мережі в даному приміщенні прихованого типу. Для під’єднання комп'ютера до 
мережі 220 В застосовуються мережеві фільтри. 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 61 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
В лабораторії забезпечуються необхідні заходи запобігання виникнення 
пожежно-небезпечних ситуацій згідно з НАПБ А.01.001-2014 «Правила пожежної 
безпеки України». План евакуації розміщений на стіні, забезпечено вільний доступ 
до нього. Приміщення лабораторії укомплектоване двома порошковими 
вогнегасниками ВП-5у (Правила експлуатації та типові норми належності 
вогнегасників). 
Після проведення детального аналізу приміщення та умов праці за робочим 
місцем, можна зробити висновок, що всі фактори виробничого середовища, крім 
відхилення від нормованих значень температури повітря в теплий період року, 
відповідають своїм нормативним значенням. Тому в приміщенні електротехнічної 
лабораторії необхідно встановити систему кондиціонування повітря. 
 
Розробка системи кондиціонування повітря лабораторії 
Типи кондиціонерів 
Кондиціонер - це пристрій, за допомогою якого вдається істотно підвищити 
рівень зручності і комфорту в приміщенні.  
Всі моделі кондиціонерів різняться типом і основним призначенням. Так, 
наприклад, моделі зима-літо використовуються не тільки для охолодження повітря 
в літній період, але і його нагрівання в зимовий. Кондиціонери звичайного типу 
використовуються тільки для охолодження повітря.  
Кондиціонери зовнішнього типу розраховані на установку у віконний отвір 
або отвір, виконане в стіні. Всі щілини, що з'явилися після проведення установки 
між корпусом приладу, і стіною ретельно зашпаровуються утеплювальні матеріали, 
після чого додатково обробляється герметиком і обробляється шпаклівкою.  
Важливо відзначити, що прилади такого типу здатні працювати на обігрів 
та охолодження повітря. Якщо потрібно виконувати кондиціювання одночасно в 
декількох приміщеннях, рекомендується розглядати кондиціонери канального 
типу. Розглянуте обладнання працює в режимі рециркуляції.  
Встановлення внутрішніх блоків обладнання виконується під підвісною 
стелею. Перенаправлення повітря виконується за допомогою спеціальних 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 62 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
повітроводів. Повітря забирається з приміщення через ґрати забірного типу, а через 
розподільну ґрати, подається в приміщення з кондиціонером.  
Найпоширенішим варіантом кондиціонерів сьогодні вважаються спліт-
системи. Перевага даного виду обладнання у високій економічності, 
продуктивності, ергономічності і безшумністю в роботі. Складається спліт-система 
з двох окремих блоків: зовнішній і внутрішній. Основний (робочий) блок 
встановлюється зовні приміщення, внутрішній блок через який надходить повітря, 
встановлюється всередині приміщення. Між собою блоки з'єднані теплоізоляційної 
трубою.  
Спліт-системи інверторні, потужність роботи пристрою регулюється 
автоматично, завдяки чому задана температура підтримується з максимальною 
точністю, підвищується економічність і довговічність в експлуатації. Головна 
перевага безшумність в роботі, що сприяє підвищенню рівня комфорту в 
приміщенні. Економічність пояснюється тим, що потужність роботи приладу 
автоматично знижується по мірі наближення до заданої температури. Інвертор 
автоматично перемикається на економічний режим роботи, завдяки чому 
підтримується необхідна температура і знижується витрата електроенергії.  
Спліт-системи напольно-стельового типу встановлюються в тих випадках, 
коли відсутня можливість виконати установку звичайної системи 
кондиціонування. Потужність даного типу обладнання становить від 4 до 15 кВт. 
Обладнання може працювати як на охолодження, так і обігрів подається в 
приміщення повітря. Встановлений усередині приміщення блок спрямовує потік 
повітря вздовж стелі або стіни, завдяки чому охолодження повітря проходить 
рівномірно. Важливо зазначити, що внутрішній блок має акуратний зовнішній 
вигляд, що дозволяє виконати його установку на відкритих ділянках стіни.  
Існують і багато інших видів спліт-систем, наприклад касетні або настінно-
стельові, які відрізняються своїми особливостями і перевагами.  
Важливо зазначити, що перш ніж встановити кондиціонер незалежно від 
його типу необхідно розрахувати його потужність, а для цього потрібно знати 
загальну площу приміщення, в якому буде виконуватися встановлення обладнання. 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 63 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Розрахунок системи кондиціонування повітря лабораторії 
Електротехнічна лабораторія розташована на 2-му поверсі в південній 
частині 5-ти поверхової будівлі. Приміщення має наступні розміри: довжина –      6 
м, ширина – 4 м, висота – 3 м. Виходячи з даних параметрів, загальна площа 
приміщення становить 24 м2, а об’єм – 72 м3. Лабораторія має однобічне природне 
освітлення, яке забезпечується 2 вікнами. Вікна мають однакові розміри, які 
становлять 1,5 × 2 м, відповідно площа одного вікна становить 3 м2. В роботі 
приймають участь 4 працівника. Категорія робіт – I a (легка робота в сидячому 
положенні). 
Розрахунок системи кондиціонування проводиться для теплого періоду 
року на охолодження, враховуючи те, що температура повітря приміщення в 
теплий період року (30-32°С) не відповідає нормативним вимогам (22-28°С), а 
максимальна температура зовнішнього повітря становить 35°С. 
Розрахунок теплонадходження в приміщення 
1) Теплонадходження від сонячної радіації залежать від площі та 
розташування вікон:   
                                               Q1 = SВ ⋅QВ,                                                     (6.1) 
 
де SB – площа вікна, м2, 
    QB – теплонадходження через вікна, яке для південної орієнтації 
становить 260 Вт/м2. 
 
Q1 = SВ ⋅QВ = 2 ⋅3 ⋅ 260 =1560 (Вт),  
 
Враховуючи те, що на вікнах встановлені жалюзі, які забезпечують 
регулювання природного освітлення в приміщенні, необхідно отриманий результат 
Q1 поділити на коефіцієнт 1,4. 
 
Q 1560
1 = =1114 (Вт).
1,4  
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 64 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
 
2) Теплонадходження через зовнішню стіну: 
 
                                                Q2 = (S−SВ )⋅QC ,                                       (6.2) 
 
де S – площа зовнішньої стіни, м2, 
   SB – площа вікна, м2, 
  QC – теплонадходження від стіни, яке для південної орієнтації становить 
28 Вт/м2. 
 
Q2 = (S−SВ )⋅QC = (3 ⋅6 − 2 ⋅3)⋅ 28 =12 ⋅ 28 = 336 (Вт). 
 
3) Теплонадходження від штучного освітлення розраховуються з 
врахуванням того, що лабораторія обладнана 8 світильниками OKN-236, кожен з 
яких має 2 люмінесцентні лампи типу TLD, потужністю 36 × 2 Вт.  
 
Q N ⋅ (n ⋅P)
3 = ,
                                                 k                                              (6.3)        
 
де k – коефіцієнт для люмінесцентних ламп (k=1,16),  
N – кількість світильників, 
n – кількість ламп,  
P – потужність лампи, Вт. 
 
Q 8 ⋅ (2 ⋅36) 576
3 = = = 496 (Вт).
1,16 1,16  
 
Теплонадходження від штучного освітлення менші за теплонадходження 
від сонячної радіації, тому вони не враховуються при подальших розрахунках. 
4) Теплоємність повітря: 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 65 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
 
                                               Q4 = (V − VМ )⋅ k,                                            (6.4)  
 
де V – об’єм приміщення, м3, 
   V  – об’єм, який займають меблі, м3
М , 
      k – для офісного приміщення складає 6 Вт/м3. 
 
Q4 = (72 − 2 ⋅ 4 ⋅3)⋅6 = (72 − 24)⋅6 = 288 (Вт).  
 
5) Теплонадходження від людей. Враховуючи, що працівники займаються 
легкою роботою в сидячому положенні: Q5 = 4·130=520 Вт 
6) Теплонадходження від техніки:       
      Персональні комп’ютери (4 шт.) – Q6 = 4·300=1200 Вт  
  Лазерний принтер (1 шт.) – Q7 = 400 Вт 
Загальне  теплонадходження: 
 
                                Qзаг = Q1 + Q2 + Q4 + Q5 + Q6 + Q7 ,                         (6.5) 
Qзаг =1114+ 336+ 288+ 520+1200+ 400 = 3858(Вт).  
 
Для підтримки оптимальної температури в приміщенні лабораторії 
необхідний кондиціонер з потужністю на охолодження не менше 4 кВт. Виходячи 
з цього, був обраний кондиціонер OLMO OSH-18LH. 
 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 66 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
 
Рисунок 6.1 - Зовнішній вигляд кондиціонера OLMO OSH-18LH 
 
Технічні характеристики кондиціонера OLMO OSH-18LH 
- Рекомендована площа приміщення - до 45 кв. м; 
- Тип компресора - звичайний; 
- Тип фреону - R22; 
- Холодопродуктивність - 4,55 кВт; 
- Теплопродуктивність - 5,2 кВт; 
- Рівень шуму, внутрішній блок - 40 дБ; 
- Рівень шуму зовнішній блок - 53 дБ; 
- Режими роботи - обігрів, охолодження. 
         Додаткові характеристики 
- Функції - 24-годинний таймер на включення і виключення, авторестарт; 
- Фільтри тонкого очищення - активний вугільний фільтр; біоензимний;    
   іонно-срібний; фотокаталітичний; 
- Споживана потужність обігрів/охолодження - 1,7/1,8 кВт; 
- 4-х секційний теплообмінник з біопокриттям; 
- Автоматична зміна режимів роботи;  
- Захист від нестабільного електроживлення; 
- Компресор - Toshiba роторний; 
- Габарити внутрішнього блоку - 29,8х94х20 см; 
- Габарити зовнішнього блоку - 54х84,8х32 см; 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 67 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
- Вага внутрішнього блоку - 10 кг; 
- Вага зовнішнього блоку - 43 кг. 
Враховуючи особливості кожного з розглянутих типів кондиціонерів, 
оптимальним рішенням для реалізації системи кондиціонування повітря в 
приміщенні лабораторії стала настінна спліт-система. 
Основні переваги OLMO OSH-18LH: оптимальне охолодження та 
нагрівання, низький рівень шуму, компактний зовнішній блок, зручний 
технологічний монтаж, технологія DC Inverter. Технологія DC Inverter дозволяє 
кондиціонеру не тільки в 2 рази швидше охолоджувати або нагрівати повітря в 
приміщенні, а й більш точно підтримувати заданий температурний режим. 
Обраний кондиціонер здатний забезпечити підтримку нормованих значень 
температури повітря в теплий період року та створити комфортне середовище для 
продуктивної праці в робочій зоні електротехнічної лабораторії. 
 
 
 
  
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 68 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Висновок 
 
В процесі виконання дипломної роботи було проведено детальний аналіз та 
розробку інформаційно-вимірювальної системи для детектування іонізуючого 
випромінення. Було розглянуто різні методи та засоби вимірювання іонізуючого 
випромінення, кожен з яких має свої переваги та недоліки, що визначають їх 
придатність для різних застосувань. 
На основі проведеного аналізу було розроблено структурну та електричну 
принципову схему системи, вибрано і обґрунтовано апаратне забезпечення, 
розроблено алгоритм роботи системи та методику виконання вимірювань. 
Особлива увага була приділена забезпеченню точності вимірювань, надійності 
системи та її економічній доцільності. 
В результаті проведених досліджень і розробок була створена 
інформаційно-вимірювальна система, яка дозволяє ефективно і точно вимірювати 
іонізуюче випромінення, забезпечуючи при цьому високий рівень безпеки при 
роботі з такими видами випромінення. 
Впровадження розробленої системи дозволить значно підвищити 
ефективність і безпеку вимірювань в лабораторних умовах, а також сприятиме 
подальшому розвитку технологій у цій галуз 
Арк 
М-204ск.024.401.001 ПЗ 69 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата