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  
«___» ___________ 2023 р. 
 
 
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА 
ДО КВАЛІФІКАЦІЙНОЇ РОБОТИ БАКАЛАВРА 
 
на тему «Автоматизація цифрового вимірювача сили струму для тензорезисторів» 
 
 
Виконав здобувач освіти 4 курсу, групи РС93 
спеціальність: 151 – Автоматизація та комп’ютерно-
інтегровані технології 
освітня програма: Робототехнічні системи та 
автоматизація 
_____ Здорик Іван Павлович  
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 – 2023 
Зміст 
 
Стор. 
Технічне завдання…………………………………………………..…… 2 
Вступ.............................................................................................................. 5 
1 Обґрунтування необхідності проектування на основі критичного  
аналізу існуючих аналогів......................................................................................   7 
1.1 Основні параметри та характеристики тензорезисторів ………….. 7 
1.2 Конструкція тензорезисторів …………………………………….... 9 
1.3 Схеми включення тензорезисторів ………………………………… 13 
2 Обґрунтування технічного завдання...................................................... 17 
3 Розробка структурної та електричної принципової  схеми …….…….. 18 
3.1 Розробка структурної схеми ……………………………………….... 18 
3.2 Розробка  електричної принципової схеми …………………..……. 19 
4 Розрахунок основних елементів системи …………………………… 26 
4.1 Розрахунок параметрів і похибок тензорезисторів …………………. 26 
4.2 Розробка алгоритмів роботи………………………………………… 34 
5 Технологічний розділ …………………………………………….……. 39 
5.1 Використання друкованих плат ……………………………………… 39 
5.2 Класифікація методів конструювання та виготовлення друкованих  
плат………………………………………………………………………………… 39 
5.3 Норми й вимоги до конструювання друкованих плат …………….. 42 
5.4 Вибір матеріалу та розрахунок розмірів заготовки …………………. 45 
5.5 Розрахунок параметрів електричних з'єднань друкованих плат …… 47 
5.6 Виготовлення фотошаблонів та вимоги до них …………………….. 49 
  
  
  
       
      РС93.19018.001 ПЗ 
Зм. Лист № докум. Підп Дата  
Разроб. Здорик І.П.   Літ. Лист Листів 
Пров. Автоматизація цифрового 
Гальченко В.Я.    Т  3  
      вимірювача сили струму для 
 тензорезисторів 
Н.контр ЧДТУ 
Тичков В.В   
Затв.    Пояснювальна записка 
 
 
 
  
5.7 Технічне нормування………………………………………………… 53 
5.8 Контроль………………………………………………………………. 55 
6 Спеціальний розділ…………………………………………………….. 57 
6.1 Економічне обґрунтування розробки цифрового вимірювача сили  
струму для тензорезисторів …………………………………………………….. 57 
6.2  Охорона праці………………………………………………………. 58 
Висновок…………………………………………………………….……. 71 
Список використаної літератури………………………………………... 72 
Додаток А   Відомість технічного проекту…………….……………….. 75 
Додаток Б    Перелік нормативних документів………………………... 77 
Додаток В    Розрахунки на ЕОМ                                      ………….....  79 
Додаток Г    Карти технологічного процесу……………………………. 
 
 
 
 
 
 
  
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 4 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Вступ 
 
Одним із методів, який використовують для визначення механічної 
деформації елементів, є тензометрія. Вона використовується під час проєктування 
різного роду деталей, техніки, споруд (зокрема будівель, тунелів, мостів). 
Тензометрія також важлива під час розгляду різних силовимірювальних 
пристроїв, приладів. У таких пристроях тензодатчиком вимірюється механічна 
деформація пружних елементів, наприклад балок, мембран. 
Для отримання надійних результатів тензорезисторів і омічних датчиків на 
їх основі необхідна оцінка параметрів тензорезисторів. 
У процесі роботи резистивних тензодатчиків може виникнути проблема, 
пов'язана з нагріванням тензорезистора, на основі якого зроблено прилад. З 
нагріванням у тензорезистора змінюється його опір. Нагрівання залежить від низки 
чинників, пов'язаних із впливом зовнішнього середовища, деформацією об'єкта, 
силою струму в ланцюзі, а також тривалості пропускання цього струму. 
Температурна нестабільність полягає у зміні опору тензорезистора за рахунок його 
температурного коефіцієнта опору, а також за рахунок появи додаткових 
механічних напруг унаслідок відмінностей у температурних коефіцієнтах 
лінійного розширення матеріалу тензорезистора і деталі, що досліджується. 
Під час розгляду тензорезисторів важливим параметром є допустима 
потужність, яка може розсіюватися на тензорезисторі за умови, що його нагрівання 
не перевищить допустимого значення. Досить часто виробники не вказують 
допустимі або рекомендовані значення сили струму та напруги, за яких 
характеристики похибки та властивості тензорезисторів можуть бути тензодатчика 
(тензорезистора) зберігаються у встановлених для них межах. 
Існує величезна кількість видів і типів тензорезисторів з різними 
внутрішніми характеристиками, не всі з яких підлягають метрологічній атестації. 
Тому створення приладу для реєстрації допустимих значень сили струму, як для 
тензорезисторів, так і для датчиків на їхній основі, актуальне. 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
 5 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Мета роботи: 
Метою роботи є розробка приладу для вимірювання допустимої сили 
струму для тензорезисторів, за якої характеристики похибки та властивості 
тензодатчика (тензорезистора), що являє собою активний опір електричному 
струму, зберігаються у встановлених для них межах. Серійно виготовлених 
приладів у вільному доступі немає. Можлива їхня наявність в одиничних 
екземплярах. 
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити низку завдань, таких 
як: 
• Виконати аналіз існуючих видів сучасних тензорезисторів; 
• Виконати вибір найбільш підходящих елементів для власної 
інформаційно-вимірювальної системи; 
• Виконати необхідні розрахунки та метрологічний аналіз  
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
 6 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
1 Обґрунтування необхідності проектування на основі критичного 
аналізу існуючих аналогів 
 
Тензорезисторами називають перетворювачі, що здійснюють перетворення 
механічних деформацій на зміну електричного опору, тобто перетворювачі, що 
ґрунтуються на тензоефекті. 
Як випливає з визначення, вимірювання деформацій за допомогою 
тензорезисторів засноване на тензоефекті. Тензоефектом називається властивість 
провідникових і напівпровідникових матеріалів змінювати електропровідність 
(електричний опір) у разі зміни об'єму або напруженого стану. 
У напівпровідникових матеріалів тензоефект пов'язаний зі значною зміною 
питомого опору; знак тензоефекту залежить від типу провідності 
напівпровідникового матеріалу, а величина - від кристалографічного напрямку. 
Найсильніше тензорезистивний ефект виражений у напівпровідникових кристалах 
германію і кремнію. Для створення напівпровідникових тензорезистивних 
елементів застосовують переважно кремній, оскільки він, порівняно з германієм, 
має вищу тензочутливість, більшу механічну міцність і витримує вищі 
температури. Тензометричні властивості кремнію анізотропні й залежать від 
кристалографічних напрямків. Найбільшу тензочутливість мають тензорезистори, 
у яких напрямок деформації збігається з кристалографічним напрямком.  
 
1.1 Основні параметри та характеристики тензорезисторів. 
 Тензорезистори характеризуються низкою параметрів, основними з яких є: 
- тензочутливість Sт ; 
- номінальний опір R; 
- допустима деформація Едоп ; 
- похибка перетворення. 
Для обох видів тензочутливих матеріалів, провідникових і 
напівпровідникових, тензоефект характеризується величиною тензочутливості, що 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
З 
7 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
встановлює зв'язок між відносною зміною опору та відносною деформацією в 
напрямку вимірювань [1,2]. 
Тензочутливість матеріалу характеризується залежністю  
 
                     S =1+2 ∆R*
T = µ + m  ,                                     (1.1) 
R 
*∆
де  ; R; ΔR; Δ  - довжина й опір тензочутливого елемента та їхній приріст 
унаслідок деформації; 
m  - коефіцієнт еластоопору, що дорівнює m  =υΕм ; 
 
Εм   - модуль пружності зразка тензочутливого матеріалу; 
υ - поздовжній коефіцієнт п'єзоопору. 
У формулі члени 1+2µ  визначають залежність величини ST  від зміни 
геометрії, а останній член - від зміни властивостей матеріалу зразка. Для металів m
 становить невелику частку від величини 1+2µ  . Для напівпровідникових 

матеріалів, навпаки, m  > 1+2µ  , і для них без особливої помилки можна вважати, 

що ST  ≈ m  . Коефіцієнт Пуассона для металів і сплавів, з яких виготовляють 

тензорезистори, в області пружних деформацій лежить у межах 0,24 - 0,42. 
Враховуючи, що m  ≈ 0, отримуємо величину ST  =1,48 ÷ 1,84, тобто значення 

коефіцієнта тензочутливості дротяних і фольгових перетворювачів близьке до 
двох. У напівпровідникових матеріалів μ і m   досягають кількох десятків, а тому 

ST  =50÷100. Важливою властивістю напівпровідникових тензорезисторів є 
практично лінійна залежність опору від деформації та температури, тому відпадає 
необхідність застосування спеціальних засобів для компенсації нелінійності.  
Номінальний опір тензорезистора - опір між його виводами за заданої 
температури довкілля за відсутності механічних навантажень. 
Величини номінального опору дротяних і фольгових тензорезисторів 
перебувають у межах 10-800 Ом, напівпровідникових - 50-50000 Ом. 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 8 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Однією з важливих характеристик тензорезисторів є допустима деформація 
Едоп . Її перевищення призводить до появи залишкових деформацій і навіть обриву 
дротяних провідників та руйнування пластини напівпровідникових 
перетворювачів. Для тензорезисторів Едоп =3÷5∙10-3 . 
Максимально можлива зміна опору перетворювачів становить:  
у дротяних і фольгових при S =2т 
 
∆R   = Sт Е -3
доп = 2∙3∙10  =0,6%                                (1.2) 
R
 
у напівпровідникових при S =100т 
 
∆R =30%.                                                  (1.3) 
R
 
Через малість відносної зміни опору дротяних і фольгових перетворювачів 
виникає необхідність включення їх у спеціальні схеми, які передбачають 
посилення сигналу і компенсацію зміни опору R залежно від інших чинників. 
Напівпровідникові тензорезистори мають великий динамічний діапазон зміни 
опору і тому можуть виробляти значний сигнал, який не потребує посилення. 
 
 
1.2 Конструкція тензорезисторів.  
У техніці вимірювання неелектричних величин тензорезистори 
використовують за двома напрямами. 
Перший напрямок - використання тензоефекту провідника, що перебуває в 
стані об'ємного стиснення, коли природною вхідною величиною перетворювача є 
тиск навколишнього його газу або рідини. На цьому принципі будуються 
манометри для вимірювання високих і надвисоких тисків, перетворювачі яких 
являють собою котушку дроту (зазвичай манганінового) або напівпровідниковий 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
З 
9 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
елемент (найчастіше германієвий або кремнієвий), поміщені в область 
вимірюваного тиску (рідини або газу). Вихідною величиною перетворювача є зміна 
його активного опору. 
Другий напрямок - використання тензоефекту тензочутливого матеріалу, 
що розтягується або стискається. При цьому тензорезистори застосовуються у 
вигляді "вільних" перетворювачів і у вигляді наклеюваних.  
"Вільні" перетворювачі виконуються у вигляді одного або низки дротів, 
закріплених по кінцях між рухомою і нерухомою деталями і, як правило, 
виконують одночасно роль пружного елемента. Природною вхідною величиною 
таких перетворювачів є досить мале переміщення рухомої деталі. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 1.1 – Дротяний тип тензотранзистора 
Пристрій найпоширенішого типу дротяного тензорезистора, що 
наклеюється, зображено на рисунку 1. На смужку тонкого паперу або лакову плівку 
2 наклеюється так звана решітка із зигзагоподібно покладеного тонкого дроту 3 
діаметром 0,02 - 0,05 мм. До кінців дроту приєднуються (пайкою або зварюванням) 
вивідні мідні провідники 4. Зверху перетворювач покривається шаром лаку 1. 
Такий перетворювач, будучи приклеєним до випробуваної деталі, сприймає 
деформації її поверхневого шару. Таким чином, природною вхідною величиною 
тензоперетворювача, що наклеюється , є деформація поверхневого шару деталі, на 
яку він наклеєний, а вихідною - зміна опору перетворювача, пропорційна цій 
деформації. 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
З 
10 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Вимірювальною базою перетворювача є довжина деталі, яку займає дріт. 
Найчастіше використовують перетворювачі з базами 5 - 20 мм, що мають опір 30 - 
500 Ом. 
Крім найпоширенішої петлевої конструкції дротяних тензорезисторів, 
існують й інші. За необхідності зменшення вимірювальної бази перетворювача (до 
3 - 1 мм) його виготовляють двошаровим так званим витковим способом, який 
полягає в тому, що на оправці круглого перерізу на трубку з тонкого паперу 
намотується спіраль з тензочутливого дроту. Потім цю трубку проклеюють, 
знімають з оправки, розплющують і до кінців дроту прикріплюють виводи. 
Коли треба підучити від ланцюга з тензорезистором струм великої 
величини, часто використовують "потужні" дротяні тензорезистори. 
Вони складаються з великої кількості (до 30 - 50) паралельно з'єднаних 
дротів, вирізняються великими габаритами (довжина бази 150 - 200 мм) і 
розвивають потужність, достатню для вібратора осцилографа без використання 
підсилювачів.  
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 1.1 – Плівковий тип тензотранзистора 
 
Фольгові перетворювачі являють собою вельми тонку стрічку з фольги 
завтовшки 4 - 12 мкм, на якій частину металу вибрано травленням таким чином, що 
його частина, яка залишилася, утворює показану на рисунку 1.2 решітку з 
виводами. 
Останніми роками з'явився ще один спосіб масового виготовлення 
тензорезисторів, який полягає у вакуумній сублімації тензочутливого матеріалу і 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
З 
11 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
подальшій конденсації його на підкладку. Такі тензорезистори отримали назву 
плівкових. 
Для виготовлення плівкових тензорезисторів, крім металевих матеріалів 
(наприклад, титаноалюмінієвий сплав 48Т-2, що забезпечує вимір деформацій до 
12% за коефіцієнта тензочутливості близько 0,2), використовують також цілу низку 
напівпровідникових матеріалів, наприклад, германій, кремній (k=100÷120) тощо. 
Під час виготовлення фольгових і плівкових перетворювачів можна 
передбачити будь-який малюнок решітки, що є суттєвою їхньою перевагою. 
Напівпровідникові тензорезистори можуть бути виготовлені безпосередньо 
вирізанням із напівпровідникового матеріалу. Однак можливі й інші шляхи. Можна 
вирощувати монокристали у вигляді "вусів" шляхом конденсації парів, але 
тензорезистори, які виходять при цьому, мають великий розкид за розмірами і 
властивостями. Вирощування дендритних кристалів дає змогу отримати більш 
однорідні тензорезистори. Таким способом отримують тензорезистори, призначені 
для наклеювання на пружний елемент. Клей або цемент у цьому разі виконує роль 
ізолятора. Тензорезистори, що наклеюються, не набули широкого застосування, 
тому що склеювання не дає змоги отримати безгістерезисні з'єднання. 
Для отримання тензорезисторів, що наклеюються, використовують дифузну 
або епітаксіальну технологію. В обох випадках електрична ізоляція тензорезистора 
забезпечується великим опором p-n переходу.  
Тензорезистори утворюються за рахунок локальної дифузії домішок у 
підкладку. При цьому тип електричної провідності тензорезистивних плівок має 
бути протилежний типу електричної провідності підкладки. Зазвичай маскою є 
оксидна плівка, в якій методом фотолітографії витравлюються вікна відповідних 
розмірів. 
Температура і тривалість процесу дифузії визначають товщину і опір 
одержуваних тензорезисторів. 
Як підкладки застосовується сапфір або шпінель. Підкладка з 
монокристалічного сапфіра має виняткові пружні властивості. Сапфір дуже 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 12 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
міцний, має високу стійкість до агресивних середовищ. У вакуумі сапфір добре 
спаюється з металами твердими припоями.  
 
1.3  Схеми включення тензорезисторів. 
Під час вимірювання пружних деформацій тензорезистор, що наклеюється, 
розташовується на деталі в напрямку головної (вимірюваної) деформації.  
У межах пружних деформацій тензорезистори характеризує невелика 
відносна зміна опору. 
Невеликі прирости опорів тензорезисторів необхідно перетворити у великі 
відносні зміни вихідних електричних величин. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 1.3 – Мостовий ланцюг 
Найчастіше вимірювальним ланцюгом є дільник напруги або мостовий 
ланцюг. Дільник напруги з живленням постійним струмом (рисунок 1.3) 
застосовують лише в тому разі, коли цікавляться тільки змінною складовою 
вимірюваної величини, водночас постійна складова падіння напруги на опорі Rп 
тензоперетворювача, що в сотні разів перевищує змінну складову, фільтрується 
розподільним конденсатором С. У всіх інших випадках як вимірювальний ланцюг 
використовується ланцюг моста, що живиться постійним або змінним струмом. 
Високу точність вимірювання можуть забезпечити методи порівняння: 
нульовий і диференціальний. 
Обидва методи реалізуються в одній схемі включення - мостовій. 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
З 
13 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Нульовому методу відповідає рівноважний режим роботи моста, 
диференціальному - нерівноважний. 
Схема найпростішого моста містить R1, R2, R3, R4 - резистори окремих 
плечей моста; джерело живлення U, що характеризується внутрішнім опором Ri ; 
електронний вольтметр V. Джерело живлення підключено до так званої діагоналі 
живлення, вольтметр - до вимірювальної діагоналі. 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 1.4 – Рівноважний режим моста 
Тензорезистор, що сприймає деформації, включають в одне з плечей. 
Стан моста характеризує напруга на вимірювальній діагоналі. 
Напруга між точками а і б 
 
U U[ R
= 1` R
аб − 3 ]
R1 + R2 R3 + R4                                          (1.4) 
 
У вихідному стані міст урівноважений. Поклавши Uоб =0, отримаємо умову 
рівноваги моста   
 
R1R4 = R2R3                                                     (1.5) 
 
Під дією деформації опір тензометра змінюється, що можна уявити як 
прирощення резистора. 
Чутливість мостової схеми в нерівноважному режимі оцінюється 
відношенням           
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
 14 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
S Un
= R ,                                 (1.6) 
(n +1)(n ∆
+1+ )
R
 
 де R1=R і R2=nR. З цього виразу випливає, що чутливість нерівноважного 
моста не залежить від величин і співвідношення між опорами R3 і R4, а значить, і 
від того, виконано умову рівноваги [7] чи ні. 
Рівноважний режим моста у вихідному стані описується виразом [7].  
Під дією деформації опір активного тензометра R1 змінюється на величину 
∆R1, міст розбалансований і на вимірювальній діагоналі з'являється напруга 
розбаллансу.  
Для рівноважного режиму характерно те, що міст приводять у стан 
рівноваги зміною величини опору одного із сусідніх плечей, наприклад приростом 
резистора R2 на величину ∆R2. Для цього в сусіднє плече включають зразкову 
регульовану міру опору, що регулюється. Умова рівноваги з урахуванням зміни R1 
на ∆R1, і R2 на ∆R2 виражена співвідношенням [9]. 
 
R1 R1 R3
+ ∆ = (R2 + ∆R2)
R4                                        (1.7) 
 
Відношення R3/R4 називають відношенням плечей моста. За своєю суттю 
це масштабний коефіцієнт. Процес врівноваження може виконуватися оператором 
(ручне врівноваження) або автоматично в замкнутих структурах. 
Для рівноважного режиму використання мосту характерні: 
1) відсутність вимог до стабільності живлення моста; 
2) вимога високої чутливості приладу, що включається у вимірювальну 
діагональ; 
3) висока точність вимірювання, яка в основному визначається точністю 
зразкової регульованої міри; 
4) лінійність перетворення. 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
 15 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Усе це характеризує рівноважний режим із позитивного боку. 
До недоліків слід віднести: 
1) низька швидкодія, 
2) відносно високу складність автоматичних пристроїв урівноваження. 
На точність вимірювання деформацій і напруг тензорезисторами великий 
вплив має зміна температури. Однак мостовий ланцюг дає змогу досить легко 
виключити температурні похибки. З цією метою в сусіднє з датчиком плече моста 
включається другий тензорезистор, також розташований на деталі, але в такому 
напрямку, що вимірювана деформація не змінює його опору. У деяких випадках 
перетворювачі можна розмістити на деталі так, що вони перебуватимуть за 
однакової температури, але зазнаватимуть деформації різного знака. При цьому 
поряд з термокомпенсацією вдвічі підвищується чутливість перетворення. 
 
  
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 16 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
2 Обґрунтування технічного завдання 
 
Цифровий вимірювач допустимої сили струму для тензорезисторів та інших 
омічних датчиків на їх основі. 
Область застосування: 
Визначення допустимого значення сили струму ланцюга, за якого 
тензорезистор зберігає свої властивості та метрологічні характеристики. 
Підставою для розроблення є відсутність серійно виготовлюваних аналогів 
цього приладу. 
Технічні вимоги: 
Вимірювана величина: сила допустимого струму через тензорезистор. 
Уставка за допустимою зміною опору тензорезистора: 0,01% - 5% (з кроком 0,01) 
Дискретність відтворення струму: 1 мкА 
Номінальні значення опору резистивного датчика: 120, 350, 1000 Ом. 
Діапазон значень вимірюваної величини: 10 мкА - 20 мА. 
Межа допустимої наведеної похибки результату вимірювань сили струму: 
не більше 0.2%. 
Величина напруги живлення: 12В Вимоги до інтерфейсу: UART, SPI 
  
  
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
 17 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 3 Розробка структурної та електричної принципової схеми 
 
 
3.1 Розробка структурної схеми  
З технічного завдання видно, що для роботи системи потрібен 
мікроконтролер (МК), який здійснюватиме функції керування цифро- аналоговим 
перетворювачем (ЦАП), струмовим цифро-аналоговим перетворювачем у вигляді 
джерела струму, інструментальним підсилювачем (ІП), а також аналого-цифровим 
перетворювачем (АЦП). Для того, щоб задати потрібний діапазон напруги на АЦП, 
необхідне джерело опорної напруги (ДОН). Для функціонування системи потрібне 
джерело живлення і стабілізатор напруги. На рисунку 3.1 зображено структурну 
схему елементів системи. 
 
Рисунок 3.1 –  Структурна схема 
Робота цієї схеми здійснюється таким чином: МК подає кодовий сигнал на 
джерело струму, представленого у вигляді струмового ЦАПа. Струмовий ЦАП 
подає струм на тензорезистор. На тензорезисторі виникає падіння напруги, і з 
входів 1 і 4 надходять дві напруги: U+ і U- на вхід ІП. За допомогою ЦАП з виходом 
за напругою, задається напруга зміщення нуля на ІП. З виходу ІП подається 
однополярна напруга на вхід АЦП, пропорційна зміні опору тензорезистора. За 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
З 
18 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
допомогою ДОН на АЦП задається діапазон вхідної напруги, для перетворення 
його в цифровий код. Після цього АЦП, керований мікроконтролером, формує код, 
пропорційний отриманій напрузі, який надходить на МК. Результати вимірювання 
передаються через інтерфейси SPI і UART для передачі отриманих даних 
користувачеві. 
 
3.2 Розробка  електричної принципової схеми 
Розглянемо аналіз наявних аналогів компонентів системи відповідно до 
структурної схеми, наведеної на рисунку 3.1 
Вибір аналого-цифрового перетворювача 
АЦП потрібен для контролю падіння напруги на вимірюваному опорі. 
Пропускаючи через тензорезистор струм заданої величини, потрібно контролювати 
значення опору, що змінюється, шляхом вимірювання падіння напруги. У зв'язку з 
тим, що опір змінюється в дуже малих значеннях, то АЦП потрібен з досить 
великою кількістю розрядів. Слід враховувати той факт, що чим більша розрядність 
АЦП, тим менша його похибка дискретизації. 
 
(3.1)  
            
де n - кількість розрядів АЦП. 
Згідно з вимогами технічного завдання межа допустимої наведеної похибки 
вимірювань сили струму не повинна перевищувати 0,2%. Тоді допускаємо, що 
похибка, яку вносить АЦП, не повинна перевищувати десятої частки від межі 
похибки результату вимірювання, необхідної за технічним завданням. Тоді 
відносна похибка дискретизації має бути свідомо меншою за 0,0002. З чого можна 
зробити висновок, що кількість розрядів АЦП має бути більшою за 13, щоб 
задовольнити висунуту вимогу. 
Оскільки нагрівання тензорезистора відбувається порівняно повільно, то 
швидкість перетворення АЦП не дуже важлива. Розглянемо кілька варіантів АЦП 
фірми Analog Devices: 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 19 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
  
Таблиця 3.1 Наявні АЦП та їхні характеристики 
Число 
каналів Продуктив Мультиплікативна 
Роздільна INL, 
 перетворе ні сть, похибка, 
здатність, біт LSB 
ння MSPS % FSR 
вання 
AD7402 [5] 1 16 10 1 0,5 
AD7405 [6] 1 16 20 2 0,7 
AD7403 [7] 1 16 20 2 0,6 
AD7171 [8] 1 16 0,125 0,4 0,1 
 
Виходячи з представлених у таблиці АЦП фірми Analog Devices, можна 
сказати, що всі АЦП задовольняють допуску за кількістю розрядів, але беручи до 
уваги решту похибок у вигляді INL, мультиплікативної похибки, потрібно вибрати 
АЦП AD7171, у зв'язку з тим, що цей АЦП має менше значення інтегральної 
нелінійності, а також менше значення мультиплікативної похибки, як порівняти з 
представленими у таблиці АЦП, отже, цей АЦП має вищу точність. 
 
Вибір джерела опорної напруги 
Для роботи системи необхідно підібрати ІОН, який би задовольняв роботу 
раніше обраного АЦП, що працює з опорною напругою 5В. Отже, потрібно вибрати 
ІОН з вихідною напругою 5В. Розглянемо кілька джерел опорної напруги фірми 
Analog Devices: 
  
Таблиця 3.2  - Наявні ІОН та їхні характеристики 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
 20 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 Вихідна напруга, В Похибка, % 
ADR425 [9] 5 0,04 
ADR445 [10] 5 0,04 
ADR4550 [11] 5 0,02 
 
Аналізуючи таблицю, можна сказати, що всі джерела опорної напруги нам 
підходять, оскільки на виході в кожного з них напруга 5В, але, беручи до уваги 
значення похибок ДОНів, треба вибрати ДОН з найменшою похибкою. Для роботи 
вибираємо ADR 4550. 
 
Вибір стабілізатора напруги 
Розглянемо кілька стабілізаторів напруги, один з яких потрібен для 
стабілізації напруги розроблюваного приладу. Розроблювана система має 
працювати від джерела живлення 12В. Елементи системи потребують вхідної 
напруги 5В. У таблиці 4.3 представлено кілька стабілізаторів Analog Devices. 
Таблиця 3.3 - Наявні стабілізатори та їхні характеристики 
Діапазон вхідного Вихідна напруга 
 Похибка, % 
напруги, В стабілізації, В 
2.5, 2.75, 2.85 
ADP3334 [12] 2,6 - 11 0,8 
3.0, 3.2, 3.3, 5.0 
ADP3303 [13] 3,2 - 12 3.0, 3.2, 3.3, 5.0 0,9 
2.5, 2.75, 2.85 
ADP3339 [14] 2,6 - 6 0,9 
3.0, 3.2, 3.3, 5.0 
Із представлених у таблиці 3.3 стабілізаторів для роботи підходить лише 
один - ADP3303, оскільки два інші стабілізатори мають діапазон вхідної напруги, 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
 21 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
менший, ніж потрібно для роботи системи. Отже, необхідно вибрати стабілізатор 
ADP 3303. 
 
Вибір цифро-аналогового перетворювача 
ЦАП з виходом за напругою потрібен для подачі певного значення напруги 
на ІП, оскільки необхідно забезпечити нульовий код на АЦП у момент подачі 
струму зі струмового ЦАПа (поки ще немає нагрівання тензорезистора). Далі 
необхідно спостерігати зміну значення коду на АЦП, тим самим буде зафіксовано 
зміну опору тензорезистора у зв'язку з його нагріванням. Як і у випадку з АЦП, 
потрібно вибрати ЦАП з великою кількістю розрядів для зменшення похибки 
дискретизації. Для розгляду візьмемо ЦАПи фірм Analog Devices і Linear 
Technologies: 
 
Таблиця 3.4 - Наявні ЦАП за напругою та їхні характеристики 
Час 
Роздільна Мультипліка Вихідна 
 встановлен INL, LSB 
здатніст ь, біт тивна похибка напруга, В 
ня, мкс 
LTC1821 16 2 1 5 LSB -10 - +10 
LTC2704 16 4 2 5 LSB -10 - +10 
-Uref - 
LTC2642 16 6 1 5 LSB 
+Uref 
-Uref - 
AD5721 12 5 2 0,1 % FSR 
+Uref 
-Uref - 
AD5512 12 5 2 2 LSB 
+Uref 
  
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
 22 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Проаналізувавши таблицю, можемо зробити висновок, що для роботи 
підходять LTC1821 і LTC2704. Необхідно вибрати LTC1821, оскільки він має 
менший показник інтегральної нелінійності, а також менший час встановлення. 
 
Вибір джерела струму 
Як джерело струму використовуватимемо струмовий ЦАП, який 
необхідний для подачі певного значення сили струму, для того щоб перевірити 
тензорезистор або тензодатчик на допустиме значення сили струму, за якого він 
зберігає свої властивості. Як і у випадку з АЦП, потрібно вибрати ЦАП з великою 
кількістю розрядів для меншої похибки дискретизації. Розглянемо струмові ЦАПи 
фірми Analog Devices: 
 
Таблиця 3.5 - Наявні струмові ЦАП та їхні характеристики 
 Роздільна INL, Мультиплікативна Діапазон 
здатність, біт % FSR похибка, вихідного 
% FSR струму, мА 
    0 - 20, 
AD5735 12 0,032 0,08 0 - 24, 
 4 - 20 
    0 - 20, 
AD5755 `16 0,025 0,08 0 - 24, 
[ 4 - 20 
    0 - 20, 
AD5422 16 0,024 0,07 0 - 24, 
 4 - 20 
    0 - 20, 
AD5412 12 0,032 0,07 0 - 24, 
 4 - 20 
 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 23 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Виходячи з таблиці робимо висновок про те, що не всі розглянуті ЦАПи 
задовольняють вимогу за кількістю розрядів. Обираючи між 
шістнадцятирозрядними ЦАПами, необхідно вибрати AD5422, оскільки цей ЦАП 
має меншу похибку, зважаючи на дані, наведені в таблиці. 
  
Вибір мікроконтролера 
Як МК вибираємо Silicon Labs C8051F064. Переваги цього мікроконтролера 
в тому, що всі команди виконуються за один такт, і його архітектура дає змогу 
досягти низького споживання живлення. Також архітектура цього сімейства 
мікроконтролерів знайома, що зменшить час на вивчення архітектури 
мікроконтролера і розробку програмного забезпечення [24]. 
 
Вибір інструментального підсилювача 
Для того, щоб вибрати інструментальний підсилювач, потрібно визначити,   
який коефіцієнт посиленняпотрібен для  нашого  приладу. Діапазон опорів 
тензорезисторів, зазначений у ТЗ, від 120 Ом до 1000 Ом. З огляду на той факт, що 
мінімальний струм, що пропускається через тензорезистор при 120 Ом - 10 мкА, а 
максимальний струм - 20 мА, то розрахуємо бажані коефіцієнти  
інструментального підсилювача. 
У першому випадку на вхід ІП надходить різниця від - 1.2 мВ до + 1.2 мВ. З 
урахуванням вхідної напруги АЦП 5В, потрібно вибрати ІП з коефіцієнтом 
посилення 1000. 
У другому випадку на вхід ІП надходить різниця від - 3 В до + 3 В, потрібен 
ІП з коефіцієнтом посилення, що дорівнює 1. 
Розглянемо кілька інструментальних підсилювачів фірми Analog Devices з 
програмованим коефіцієнтом посилення: 
  
 
 
 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
З 
24 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Таблиця 3.7 - Наявні ВП та їхні характеристики 
Коефіцієнти Похибка зміщення 
Мультиплікативна 
 посилення нуля, 
похибка, % 
Kmin - Kmax мкВ/°С 
    
AD8250 [25] 1 - 128 0,04 1,7 
    
AD526 [26] 1 - 16 0,02 3 
    
AD8253 [27] 1 - 1000 0,04 1,2 
 
Виходячи з даних таблиці, можна зробити висновок, що для роботи приладу 
підходить тільки один інструментальний підсилювач AD8253, оскільки в інших 
двох інструментальних підсилювачів дуже низький максимальний коефіцієнт 
посилення. 
 
  
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
З 
25 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
4 Розрахунок основних елементів системи 
 
4.1 Розрахунок параметрів і похибок тензорезисторів  
 
Проведення експерименту 
На балку рівних деформацій наклеюються випробовувані зразки 
тензорезисторів. 
Перед початком вимірювань робиться один холостий прогін деформації. 
Далі проводяться кілька циклів деформації балки з вимірюванням опору 
тензорезисторів у контрольних точках. Один цикл складається з максимальної 
деформації і повернення балки у вихідне положення. 
Розрахунок відносної деформації поверхні пластини:  
 
ε h
= 2 ⋅ ∆f ,                                                    (4.1) 
H
 
ε = 6 ⋅10−3
2 ⋅30 ⋅10−3 = 0,000163  , 
1,050
 
де H = 1050±1мм - відстань від точки прикладання прогинаючого впливу до 
місця закріплення пластини, h = 6± 0.1 мм - товщина пластини, ціна поділки - 2мм. 
 
Результати виконання розрахунків 
Результати вимірювань опору кожного зразка представлені в таблицях: 
 
 
 
 
 
 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
 26 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Таблиця 4.1 - Тензорезистор № 1 
Переміщ. Прогин Відн. 
гвинта f Опір тензорезистора, 
f ∆ i , Ом деформація 
i  , мм εi 
0 0 ↓ 199.812 ↑ 199.809 ↓ 199.810 ↑ 199.809 ↓ 199.812 ↑ 199.810 ↓ 199.811 ↑ 199.81
0 0 
15 30 ↓ 199.746 ↑ 199.744 ↓ 199.747 ↑ 199.746 ↓ 199.745 ↑ 199.748 ↓ 199.747 ↑ 199.74
7 0,000163  
30 60 ↓ 199.686 ↑ 199.682 ↓ 199.686 ↑ 199.686 ↓ 199.687 ↑ 199.685 ↓ 199.685 ↑ 199.68
8 0,000326 
45 90 ↓ 199.624 ↑ 199.624 ↓ 199.625 ↑ 199.625 ↓ 199.624 ↑ 199.623 ↓ 199.622 ↑ 199.63
0 0,000490 
60 120 ↓ 199.560 ↑ 199.559 ↓ 199.562 ↑ 199.559 ↓ 199.563 ↑ 199.555 ↓ 199.563 ↑ 199.56
2 0,000653 
75 150 ↓ 199.500 ↑ 199.498 ↓ 199.502 ↑ 199.499 ↓ 199.502 ↑ 199.499 ↓ 199.503 ↑ 199.49
8 0,000816 
 
 
Тензорезистор №2         
Таблиця 4.2 - Тензорезистор № 2 
Переміщ. Прогин 
гвинта f Опір тензорезистора, Відн. 
f ∆ i , Ом деформація 
i  , мм εi 
0 0 ↓ 200.960 ↑ 200.958 ↓ 200.960 ↑ 200.959 ↓ 200.962 ↑ 200.959 ↓ 200.958 ↑ 200.958 0 
15 30 ↓ 201.023 ↑ 201.022 ↓ 201.026 ↑ 201.023 ↓ 201.026 ↑ 201.024 ↓ 201.024 ↑ 201.024 0,000163  
30 60 ↓ 201.087 ↑ 201.087 ↓ 201.087 ↑ 201.086 ↓ 201.088 ↑ 201.089 ↓ 201.085 ↑ 201.088 0,000326 
45 90 ↓ 201.151 ↑ 201.149 ↓ 201.150 ↑ 201.149 ↓ 201.148 ↑ 201.147 ↓ 201.148 ↑ 201.148 0,000490 
60 120 ↓ 201.216 ↑ 201.215 ↓ 201.214 ↑ 201.215 ↓ 201.212 ↑ 201.213 ↓ 201.214 ↑ 201.218 0,000653 
75 150 ↓ 201.277 ↑ 201.274 ↓ 201.273 ↑ 201.275 ↓ 201.275 ↑ 201.274 ↓ 201.274 ↑ 201.275 0,000816 
 
 
 
 
 
 
 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
З 
27 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Таблиця 4.3 - Тензорезистор № 3 
Переміщ. Прогин Відн. 
гвинта f Опір тензорезистора, 
f ∆ i , Ом деформація 
i  , мм εi 
0 0 ↓ 199.864 ↑ 199.860 ↓ 199.863 ↑ 199.861 ↓ 199.864 ↑ 199.865 ↓ 199.860 ↑ 199.861 0 
15 30 ↓ 199.797 ↑ 199.796 ↓ 199.800 ↑ 199.799 ↓ 199.799 ↑ 199.800 ↓ 199.798 ↑ 199.802 0,000163  
30 60 ↓ 199.735 ↑ 199.733 ↓ 199.737 ↑ 199.740 ↓ 199.736 ↑ 199.739 ↓ 199.735 ↑ 199.748 0,000326 
45 90 ↓ 199.677 ↑ 199.674 ↓ 199.675 ↑ 199.677 ↓ 199.675 ↑ 199.675 ↓ 199.675 ↑ 199.674 0,000490 
60 120 ↓ 199.614 ↑ 199.613 ↓ 199.615 ↑ 199.613 ↓ 199.614 ↑ 199.614 ↓ 199.614 ↑ 199.613 0,000653 
75 150 ↓ 199.552 ↑ 199.550 ↓ 199.552 ↑ 199.550 ↓ 199.555 ↑ 199.553 ↓ 199.552 ↑ 199.549 0,000816 
 
Було виконано 8 вимірювань за кожного значення прогину∆ f i  . 
Середнє значення опору тензорезисторів: 
n
1) R 1
0 = ∑R 0 j  = 199.810375 Ом. 
n j=1
n
2) R 1
0 = R  = 200.95925 Ом. 
n∑ 0 j
j=1
1 n
3) R 0 = R  = 199.86225 Ом. 
n∑ 0 j
j=1
Результати обчислень і значення відносних змін опорів 
Таблиця 4.4 Відносна зміна опору тензорезистора №1 
Серед
Про Відн. н. 
Відн. зміна опору тензорезистора СКО 
гин Деф. арифм
. 
- - -
0 0 0.0000081 0.0000068 0.0000018 0.0000068 0.0000081 0.0000018 0.0000031 0.0000018 0.0000000
82 77 82 77 77 00 0.0000059443 
33 33 28 
30 0,000163  0.0003221 0.0003321 0.0003171 0.0003221 0.0003271 0.0003121 0.0003171 0.0003171 0.0003209
80 90 76 80 85 71 76 76 29 0.0000064148 
60 0,000326 0.0006224 0.0006424 0.0006224 0.0006224 0.0006174 0.0006274 0.0006274 0.0006124 0.0006243
65 84 65 65 60 70 70 56 42 0.0000088472 
90 0,000490 0.0009327 0.0009327 0.0009277 0.0009277 0.0009327 0.0009377 0.0009427 0.0009027 0.0009296
59 59 55 55 59 64 69 31 31 0.0000119449 
120 0,000653 0.0012530 0.0012580 0.0012430 0.0012580 0.0012380 0.0012780 0.0012380 0.0012430 0.0012511
63 68 54 68 49 87 49 54 86 0.0000136242 
150 0,000,816 0.0015533 0.0015633 0.0015433 0.0015583 0.0015433 0.0015583 0.0015383 0.0015633 0.0015527
48 57 38 53 38 53 34 57 22 0.0000098063 
 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 28 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Таблиця 4.5 - Відносна зміна опору тензорезистора №2 
Прог Відн. Відн. зміна опору тензорезистора Серед СКО 
ин деф н. 
арифм
. 
0 - - -
0 0.0000037 0.0000062 0.0000037 0.0000012 0.0000136 0.0000012 0.0000062 0.0000062 0.0000000 0.00000691
32 20 32 44 84 44 20 20 00 05 
30 - - - - - - - - -
0,000163  0.0003172 0.0003122 0.0003321 0.0003172 0.0003321 0.0003222 0.0003222 0.0003222 0.0003222 0.00000703
28 52 57 28 57 05 05 05 05 73 
60 - - - - - - - - -
0,000326 0.0006357 0.0006357 0.0006357 0.0006307 0.0006406 0.0006456 0.0006257 0.0006406 0.0006363 0.00000620
01 01 01 25 77 53 49 77 23 24 
90 - - - - - - - - -
0,000490 0.0009541 0.0009442 0.0009491 0.0009442 0.0009392 0.0009342 0.0009392 0.0009392 0.0009429 0.00000637
74 21 97 21 45 69 45 45 77 81 
120 - - - - - - - - -
0,000653 0.0012776 0.0012726 0.0012676 0.0012726 0.0012577 0.0012626 0.0012676 0.0012875 0.0012707 0.00000919
22 46 70 46 18 94 70 74 80 00 
150 - - - - - - - - -
0,000,816 0.0015811 0.0015662 0.0015612 0.0015712 0.0015712 0.0015662 0.0015662 0.0015712 0.0015693 0.00000591
66 38 62 14 14 38 38 14 48 03 
 
Таблиця 4.6 Відносна зміна опору тензорезистора №3 
Проги Відн. Відн. зміна опору тензорезистора Серед СКО 
н деф н. 
арифм
. 
0 - - - - -
0 0.0000087 0.0000112 0.0000037 0.0000062 0.0000087 0.0000137 0.0000112 0.0000062 0.0000000 0.0000087
56 58 53 54 56 59 58 54 00 56 
30 0,000163  0.0003264 0.0003314 0.0003114 0.0003164 0.0003164 0.0003114 0.0003214 0.0003014 0.0003170 0.0003264
75 78 65 68 68 65 71 58 93 75 
60 0,000326 0.0006366 0.0006466 0.0006266 0.0006116 0.0006316 0.0006166 0.0006366 0.0005716 0.0006223 0.0006366
89 95 82 71 85 75 89 44 04 89 
90 0,000490 0.0009268 0.0009418 0.0009368 0.0009268 0.0009368 0.0009368 0.0009368 0.0009418 0.0009356 0.0009268
88 99 95 88 95 95 95 99 44 88 
120 0,000653 0.0012421 0.0012471 0.0012371 0.0012471 0.0012421 0.0012421 0.0012421 0.0012471 0.0012433 0.0012421
06 09 02 09 06 06 06 09 56 06 
150 0,000,816 0.0015523 0.0015623 0.0015523 0.0015623 0.0015373 0.0015473 0.0015523 0.0015673 0.0015541 0.0015523
19 26 19 26 09 16 19 29 95 19 
 
Формули, що використовуються для розрахунку: 
1) Відносна зміна опору тензорезистора: 
R i j − R
δR 0
i j =  
R 0
δRi j = (199,812- 199.810375)/ 199.810375=-0.000008133 
 
2) Середні арифметичні відносних величин опору тензорезистора 
обчислювалися за формулою: 
n
δR 1
i = ⋅∑δR  . 
n i j
j=1
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
 29 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
3) Середньоквадратичні відхилення були розраховані за формулою: 
1/2

s 1 n 2
i =  ⋅∑(δR − δR )   . 
 n − 1 i j i
j=1 
 
Значення критерію Кочрена становило: 
max s2
i
4)G = i
2 2  = 0.32046332;   0.285500747;  
s1 + s2 +. . .+s2
k
 0.626216078; 
Для першого, другого і третього тензорезистора відповідно. 
Критичне значення за рівня значущостіα = 0.05 становить 
g(α ,k,n) = g(0.05,6,8) = 0.3980 
Таким чином, g(α ,6,n) = 0.3980 Більше G=0.32 для першого і G=0.28 для 
другого тензорезистора, гепотезу підтверджено, зміни рівноточні. для третього 
G=0.62 гіпотезу відхилено, вимірювання не рівноточні. 
Оскільки гіпотезу про рівноточність для Тензорезистора №1 і №2 
вимірювань прийнято, то розрахунок коефіцієнта тензочутливості S і 
середньоквадратичного значення VS  випадкової складової похибки визначення 
останнього проведено за формулами 
k
∑δR i ⋅ ε i
~S = i=1
k =1.907857765 для №1 1.933120063 для №2  
∑ε 2
i
i=1
s2
V max
S = k =0.003979395 для №1 0.00268423 для №2  
n∑ε 2
i
i=1
 
 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 30 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Для Тензорезистора №3 Гіпотеза про рівноточність вимірювань відхилена, 
значить розрахунок коефіцієнта тензочутливості S і середньоквадратичного 
значення VS  випадкової складової похибки слід виконувати за формулами 
  
 
Таблиця 4.7 
S1 = 1.907857765 Vs1 =0.003979395 
S2 = 1.933120063 Vs2 =0.00268423 
S3 =1.905208937 Vs3 =0.001600114 
 
  
 
Рисунок 4.1-  Графік значень змін тензорезистора №1 
 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
З 
31 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Рисунок 4.2-  Графік значень змін тензорезистора №2 
 
Рисунок 4.3-  Графік значень змін тензорезистора №3 
5) Оцінка загальної похибки коефіцієнта тензочутливості тензорезисторів 
обчислюється за формулою: 
 
1=0.003979395*2,57= 0.010227046 
2=0.006898471 
3=0.004112294 
Обчислення гарантованого граничного значення відносної систематичної 
похибки відтворення деформацій: 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
 32 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
=((0,1/6)*10-3 
+2*0,001/1,050)*100*1.907857765/100=0.003665812 
2= 0.00371435 
3=0.003660723 
Характеристика похибки коефіцієнта тензочутливості кожного 
тензорезистора: 
 
1=0.013892858 
2=0.010612823 
3=0.007773017 
 
6) Обчислення похибки коефіцієнта тензочутливості для партії 
тензорезисторів на підставі проведених дослідів: 
 
S0 = 1.915395588 ср.знач. 
Характеристика похибки коефіцієнта тензочутливості партії однотипних 
тензорезисторів обчислюється за формулою: 
, 
де, 
 
=0.015406876 
 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
 33 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
=0.015406876* 2.7075*0.013892858=0.000579528 
 
Для кожного з тензорезисторів були розраховані коефіцієнти та їхні 
похибки, отримані результати були нанесені на графіки. За отриманими графіками 
можна зробити висновок, що ропір тензорезисторів лінійно залежить від відносної 
деформації. 
На підставі отриманих даних було розраховано коефіцієнт тензочутливості 
та його похибку для всієї партії тензорезисторів. 
 
 
4.2 Розробка алгоритмів роботи 
Розглянемо алгоритми роботи деяких елементів системи таких, як 
аналого-цифровий перетворювач, цифро- аналоговий перетворювач з виходом 
за струмом і цифро-аналоговий перетворювач з виходом за напругою. 
Алгоритм отримання даних з АЦП 
На рисунку 4.4 представлено алгоритм отримання даних з аналого- 
цифрового перетворювача. 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
З 
34 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Рисунок 4.4 - Алгоритм отримання даних з АЦП 
  
Мікроконтролер створює логічний перепад на вході DOUT\RDY. Цей 
перепад 1\0 переводить АЦП у режим передавання даних. Потрібна пауза на 
перемикання режиму АЦП, що дорівнює 20 нс. Далі байти даних надходять на 
мікроконтролер. 
Алгоритм передачі команди запуску перетворення на АЦП 
На рисунку 4.5 представлено алгоритм передавання команди з 
мікроконтролера на АЦП для запуску перетворення даних. 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
 35 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Рисунок 4.5 -  Алгоритм передачі команди на запуск перетворення АЦП 
Мікроконтролер створює логічний перепад на вході DOUT\RDY. 
Цей перепад 0\1 переводить АЦП у режим перетворення даних. 
  
Потрібна пауза на перемикання режиму АЦП, також пауза, необхідна для 
здійснення перетворення вхідних даних. Далі мікроконтролер створює логічний 
перепад на вході DOUT\RDY 1\0 для переведення АЦП з режиму перетворення в 
режим передачі перетворених байтів даних. 
Алгоритм для завдання певного значення сили струму на виході 
струмового цифро-аналогового перетворювача 
На рисунку 4.6 представлено алгоритм передавання команди з 
мікроконтролера на АЦП для запуску перетворення даних. 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 36 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Рисунок 4.6 -  Алгоритм завдання певного значення сили струму 
Мікроконтролер створює логічний перепад 1\0 на вході SCLK. Дані у 
вигляді 24-розрядного слова завантажуються в MSB. Це слово складається з 8 
адресних бітів і 16 бітів даних. Для доступу до регістра контролю потрібно задати 
адресним бітам 01010101. Далі мікроконтролер подає біти даних для завдання 
потрібного вихідного струму. 
Алгоритм для завдання певного коефіцієнта посилення 
інструментального підсилювача 
На рисунку 4.7 представлено алгоритм, на якому відображено процес 
завдання певного коефіцієнта посилення інструментального підсилювача. 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
 37 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Рисунок 4.7 - Алгоритм налаштування коефіцієнта підсилення ВП 
Мікроконтролер подає певні логічні сигнали на входи 
А1 і А0. Залежно від того, які сигнали прийшли на ці входи, відбувається 
завдання коефіцієнта посилення інструментального підсилювача. 
Далі мікроконтролер подає логічний сигнал 1\0 на вхід WR для оновлення 
заданих значень на входах А1 і А0. 
 
 
  
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
 38 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
5 Технологічний розділ 
 
5.1 Використання друкованих плат 
В значній мірі техніко-економічні показники і якість виготовленої продукції 
залежать від підготовки виробництва, найважливішою складовою якої є 
проектування технологічних процесів. 
Підвищення кількості механізованих і автоматизованих знарядь 
виробництва і їх безперервне вдосконалення підвищувало вимоги до 
технологічного проектування і стало основою створення правил і методик 
розробки технологічних процесів. На початку 80-х років була створена Єдина 
Система Технологічної Документації (ЄСТД) і Єдина Система Підготовки 
Виробництва (ЄСПВ). В теперішній час технологічне проектування – це 
комплексна система взаємодії систем і розмірів, що обумовлюють створення 
високоякісної технологічної документації на основі широкого використання 
стандартних технологічних рішень. 
Використання друкованих плат (ДП) у приладобудуванні, обчислювальній 
техніці і автоматиці забезпечує заміну значної частини ручних операцій 
машинними операціями, що допускають використання напівавтоматичних і 
автоматичних установок, автоматичних поточних ліній і автоматизованих засобів 
контролю. 
Друкований монтаж дозволяє скоротити матеріальні і трудові затрати, що 
пов’язані з використанням у великих кількостях конструктивних і з’єднувальних 
деталей, а також значно скоротити об’єм контрольно-випробувальних операцій. 
 
5.2 Класифікація методів конструювання та виготовлення друкованих 
плат 
При конструюванні приладів на ДП використовуються наступні методи: 
Моносхемний використається для нескладних пристроїв. У цьому випадку 
вся електрична схема розташовується на одній ДП. Моносхемний метод має 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 39 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
обмежене застосування, тому що дуже складні ДП незручні при налагодженні й 
ремонті даних приладів. 
Схемно-вузловий метод застосовують при використанні масової й серійної 
апаратури. При цьому методі частина електричної схеми, що має чіткі вхідні й 
вихідні ланцюги розташовується на окремій ДП. Ремонтна здатність таких виробів 
більша. Недолік− складність системи сполучних проводів, які з'єднують окремі ПП. 
Функціонально-вузловий метод застосовують в пристроях з використанням 
мікроелектронних елементів. При цьому використають багатошарові друковані 
плати (БДП), що поєднують у єдину конструкцію кілька шарів друкованих 
провідників, які розділені шарами діелектрика. 
Методи виготовлення одно- і двосторонніх  ДП, гнучких ДП і гнучких 
друкованих кабелів класифікують за принципом провідного малюнка й способу 
формування зображення малюнка ДП. 
Відомі наступні методи одержання провідного малюнка ДП: 
1. Хімічного травлення (хімічний), що полягає у вибірковому травленні 
ділянок провідної фольги або іншого провідного матеріалу нанесеного на 
поверхню заготовки ДП; 
2. Механічного видалення пробільних ділянок заготовки ДП, які мають 
рельєфну поверхню із провідним малюнком в основі плати; 
3. Гравірування (фрезерування) лакованої заготовки ДП; 
4. Адитивний, що ґрунтується в осадженні на спеціальну підготовлену 
поверхню основи ДП металевого провідного покриття за рахунок хімічного 
відновлення металу з розчину солі; 
5. Напівадитивний (електрохімічний), якщо провідний малюнок виходить за 
рахунок гальванічного нарощування нижнього шару металу на діелектричній 
основі, металізована хімічним методом; 
6. Переносу, якщо провідний малюнок одержують на тимчасовій основі, 
наприклад, з нержавіючої сталі будь-яким методом, при цьому друковані 
провідники спочатку формуються електрохімічним методом, потім основу із 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
 40 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
провідниками притискають до покритого клеєм діелектричної основи. Під тиском 
і підігріві друковані провідники переносять на діелектричну основу; 
7. Впалювання струмопровідних паст у термостійку основу, при цьому на 
поверхні, наприклад, керамічної плати, наносять пасти або фарби, які вміщають 
вуглекисле срібло, потім їх піддають термічному опаленню при температурі більше 
600 ºС. У результаті срібло відновлюється, що утворює друковані провідники, які 
мають велике зчеплення з основою; 
8. Вакуумної металізації або катодного розпилення, якщо провідна плівка 
осаджується на діелектричній основі в умовах вакууму шляхом впливу 
електричного поля; 
9. Шоопірування, це розпилення в повітрі інертних часточок розплавленого 
металу, які осаджуються на основу ПП; 
10. Штампування, струмопровідний малюнок наноситься на діелектричну 
основу механічним способом, тобто вирубка рельєфним штампом фольги з 
одночасним врізанням крайок металу в основу; 
11. Металізації за допомогою металевих порошків; 
12. Комбіновані, що представляють об'єднання вище перерахованих 
методів, наприклад, хімічного й електрохімічного методу. 
Провідний малюнок ДП можна одержати й іншими методами, зокрема, за 
допомогою електрохімічної й електрофізичної обробки лакованої основи, шляхом 
вибуху металевого дроту або нанесенням металевих порошків на поверхню 
вибуховою хвилею в спеціальних пристроях. 
У виробництві ДП широко застосовують наступні способи формування 
малюнка: 
1. Фотографічний, використання різних видів активних випромінювань для 
експонування світлочутливих матеріалів нанесених, на основу ПП; 
2. Офсетний (друкований) - виготовлення офсетних форм і друкування за 
їхньою допомогою позитивного й негативного зображення малюнка на заготовці ДП; 
3. Сіткографічний (трафаретного або сітчастого друку) - використання для 
друку позитивного або негативного зображення малюнка ДП сітчастого трафарету; 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
З 
41 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
4. Тиснення (пресування) - створення рельєфної поверхні основи ДП із 
утопленого у неї провідного малюнка. 
5. Штампування, вирубування малюнка друкованих провідників з листів 
фольги спеціальним штампом; 
6. Ксерографічний - проектування позитивного або негативного зображення 
малюнка ДП на пластину з напівпровідниковим шаром, зарядженим до певного 
потенціалу; сховане зображення при цьому електростатично проявляється за 
допомогою заряджених пігментних порошків, переносяться на основу ДП за 
допомогою проміжної підкладки й паяються; 
7. Гравірування (фрезерування) - одержання малюнка друкованих 
провідників фрезеруванням між ними канавок на поверхні фольгованих заготовок 
за допомогою пристрою, що стежить за координатами; 
8. Малювання - одержання позитивного або негативного зображення 
малюнка ДП у ручну за допомогою кисті, плакатного пера,  трафарету та інше. 
 
5.3 Норми й вимоги до конструювання друкованих плат 
Конструювання ДП складається з наступних основних етапів: 
1. Вивчення технічного завдання на розробку приладу; 
2. Визначення конфігурації й габаритних розмірів ДП;  
3. Визначення раціонального взаєморозташування електрорадіоелементів 
на ДП; 
4. Трасування з'єднань плати; 
5. Перевірка провідного малюнка ДП; 
6. Розробка конструкторської документації відповідно до вимог Єдиної 
системи конструкторської документації (ЄСКД) і зазначених вище нормативних 
документів. 
Провідний малюнок ПП, розроблений у результаті трасування з'єднань, 
повинен задовольняти наступним вимогам: відповідати принциповій електричній 
схемі; всім конструктивним, технологічним й електричним вимогам; забезпечувати 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
 42 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
нормальну роботу схеми при відповідних умовах експлуатації й зручність збірно-
монтажних і регулюючих робіт.  
Друковані плати по щільності провідного малюнка діляться на чотири 
класи: 
1. Перший характеризується найменшою щільністю провідного малюнка; 
2. Другий і третій - підвищеною щільністю; 
3. Четвертий - найбільшою щільністю. 
При наявності елементів провідного малюнка різних класів плат необхідно 
відносити до більш вищого класу. Для ОДП і ДДП, виготовлених хімічним 
методом, четвертий клас щільності не застосовують. Для будь-яких плат 
переважним є перший клас щільності провідного малюнка, третій клас не 
рекомендується використати на платах з розмірами більше 240Х240 мм, а 
четвертий клас - на платах з розмірами більше 170Х170мм. 
Вимоги до основних розмірів. Застосування плат більших розмірів і 
складної геометричної форми не рекомендується у зв'язку з маленькою механічною 
міцністю, складності обробки й головним чином у зв’язку  з виникненням значного 
жолоблення, які виникають у процесі технологічного циклу виготовлення. 
Основні розміри й крок координатної сітки повинні відповідати ГОСТ 
10317: крок координатної сітки 2,5; 1,25; 0,5 мм; розмір кожної сторони друкованої 
плати повинен бути кратної 2,5 при довжині до 100 мм, 5 при довжині до 350 мм, 
10 при довжині більше 350мм. Максимальний розмір кожної зі сторін повинен бути 
не більше 470 мм, а допуски на лінійні розміри сторін вибирають згідно СТ СЕВ 
144. Співвідношення лінійних розмірів кожної зі сторін не повинне бути 3:1. 
Відхилення від прямокутності ДП не повинне бути більше 0,2 мм на 100 мм 
довжини.  
Товщина ОДП визначається товщиною обраного матеріалу. Рекомендуємі 
товщини плат 0,8; 1; 1,5; 2; 2,5; 3 мм. Граничні відхилення від сумарної товщини 
ОДП визначається допуском на товщину матеріалу плати й допуском на товщину 
гальванічного покриття, а граничне відхилення на товщину ГПП визначається 
допуском на товщину матеріалу. 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
З 
43 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Вимоги до розташування розмірів отворів. Центри всіх отворів на 
друкованій платі, що враховують кріплення, повинні розташовуватися у вузлах 
координатної сітки. Центри отворів, призначені для багатовивідних елементів 
(мікросхеми, реле, і т.п. які з конструктивних особливостей не попадають у вузли 
координатної сітки) розташовуються відповідно до розмірів, які зазначені в 
нормативній документації на ці елементи (ГОСТ, ТУ, креслення та інше). Центр 
отвору, прийнятий за основний, повинен розташовуватися у вузлі сітки, інші 
отвори для цього елемента повинні по можливості розташовуватися на 
вертикальних або горизонтальних лініях координатної сітки. 
Розміри й конфігурацію кріпильних й інших конструктивних і 
технологічних отворів необхідно вибирати за ДСТ 11287 залежно від вимог до 
конструкції й технології виготовлення виробу. Центри цих отворів також по 
можливості необхідно розташовувати у вузлах координатної сітки. 
Шорсткість поверхонь монтажних не металізованих отворів і торців ПП 
повинна відповідати ГОСТ 2789 Rz ≤ 80, а для металізованих поверхонь Rz≤40. 
Металізовані отвори необхідно виготовляти без зенкерування. 
Розміри контактних площадок вибирають із урахуванням механічних 
навантажень і маси елементів, які встановлюються на ПП. Оскільки існують 
обмеження по масі елементів, які встановлюються на ПП, то в більшості випадків 
необхідна віброізоляція. 
При збільшенні контактної площадки збільшується якість паяних з'єднань, 
зменшується можливість їхнього відриву від основи плати як при виробництві, так 
і при експлуатації (сила зчеплення фольги з основою 25-30 кг/див2). 
Вимоги до розмірів і розташування провідників. Важливим параметром для 
друкованого провідника є його ширина, що залежить від припустимої щільності 
струму, припустимої температури нагрівання при максимально припустимому току 
навантаження, від товщини шару фольги, роздільну здатність технологічного 
оснащення. 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
З 
44 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Внаслідок того, що друковані провідники мають добрий тепловий контакт 
із середовищем і діелектричною основою, вони витримують значну більшу 
щільність струму в порівнянні із про’ємними провідниками. Наприклад, щільність 
струму миттєвого згоряння для друкованого провідника, отриманого травленням, 
становить 60 А/мм2, а для про’ємного мідного провідника -             15 А/мм2. Для 
найпоширеніших у промисловості фольгованих діелектриків товщина фольги 
становить 35 й 50 мкм. При розрахунку відстані між провідниками необхідно 
враховувати припустиму напруженість поля, що рівняється 1кВ/мм. 
Для застереження утворення залишків припою, рекомендується по 
можливості витримувати зазор 1-1,5 мм між провідниками, а також між 
провідником і контактною площадкою. 
При конструюванні ДП можливо використати навісні перемички у випадку 
неможливості реалізації зв'язку схеми друкованих провідників, але кількість цих 
перемичок не повинне перебільшувати 5% від числа зв'язків. Дозволяється 
застосування об'ємних екранованих провідників. 
 
5.4 Вибір матеріалу та розрахунок розмірів заготовки 
Матеріали, що використовуються в якості основи для друкованих плат, 
повинні мати сукупність певних якостей. До їх числа відносять високі 
електроізоляційні якості, достатня механічна міцність та ін. Всі ці якості повинні 
бути стабільними при дії агресивного середовища і змінних кліматичних умовах. 
Крім того, матеріал плати повинен забезпечувати її добре зчеплення з 
струмопровідним покриттям , мінімальне короблення в процесі виробництва та 
експлуатації. Якщо плати виготовляються з листових матеріалів, то останні 
повинні допускати можливість обробки різанням і штампуванням. 
В якості матеріалів основ друкованих плат використовують фенопласти, 
листові електротехнічні і листові фольговані матеріали, кераміку і гнучку 
фторопластову плівку. 
Згідно завдання і технічним вимогам, обираємо для заготовки матеріал 
фольгований склотекстоліт марки СФ2 – 35 – 1,5 (ГОСТ 10316 – 91). Його основні 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
 45 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
властивості: шаруватий пресований пластик, виготовлений з склотканини (ГОСТ 
8481-61), просочений модифікованою фенолальдегідною смолою, і облицьований 
з обох сторін красно-мідною фольгою у вигляді листів товщиною 0,8 – 3 мм і 
розміром не менше 400×600 мм. Робоча температура від − 60° до + 80°С. 
Матеріал штампується і піддається механічній обробці  розпилюванню, 
свердлінню, точінню, фрезуванню, а також паянню при монтажі. 
На основі всіх цих якостей обираємо саме цей матеріал для виготовлення 
друкованої приладу вторинного сигналізатора полум’я. 
Основні показники фольгованого склотекстоліту СФ2 – 35 – 1,5: 
– щільність 1,9 ÷ 2,9 г/см3; 
– межа міцності на розтягування 2000 кгс/см2; 
– водопоглинення (не більше) 3 %; 
– питомий поверхневий електричний опір 1012 Ом; 
– питомий об’ємний електричний опір 1013 Ом ∙ см; 
– тангенс кута діелектричних втрат при частоті 106 Гц не більше 0,045; 
– діелектрична проникливість при частоті 106 Гц не більше 6. 
Так як фольгований склотекстоліт СФ2 – 35 – 1,5 – це шаруватий матеріал, 
то він по самій своїй природі відносно чуттєвий до проникнення вологи. 
Волога проникає в матеріал головним чином через торцеві частини листа. 
Однак, якщо поверхня основи має механічне або хімічне пошкодження, абсорбція 
може відбуватися і через поверхню. Тому для зменшення впливу вологи на роботу 
друкованої схеми і надання друкованому вузлу більшої міцності рекомендується 
друковані вузли покривати захисними шарами лаку. 
Для нашої друкованої плати будемо використовувати лак марки УР 231 
(ОСТ 4.ГО.028.001). Він використовується для захисту друкованих плат з метою 
збільшення їх вологостійкості і при роботі при температурі навколишнього 
середовища до +50 °С. Добрі захисні якості забезпечує п’ятишарове покриття цим 
лаком при загальній товщині його в 140 мкм. 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
 46 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Заготовку варто одержувати вирубкою або відрізанням на роликових чи 
гельотинових ножицях. Стандарт нормує ширину технологічного поля для ОДП і 
ДДП до 10 мм, для БДП – 30 мм. 
Розміри заготовки Аз (Вз) визначаються за формулою: 
Аз = Аn+2∙Н,                                           (5.1) 
де An (Вn) - довжина (ширина) оброблюваної ДП згідно робочого                   
креслення, мм; 
Н - ширина технологічного поля, мм. 
Довжина та ширина оброблюваної ДП згідно робочого креслення             Аn 
= 120мм, Вn = 233 мм, а ширина технологічного поля Н = 10 мм: 
Аз = 107,5 + 2∙10 = 127,5 мм, 
Bз = 90 + 2∙10 = 110 мм. 
 
5.5 Розрахунок параметрів електричних з'єднань друкованих плат 
Розрахунок друкованого монтажу складається із трьох етапів: розрахунок 
по постійному й змінному струмі й конструктивно – технологічного. 
1. Вибираємо хімічний метод виготовлення і клас 3-й точності ДП, виходячи 
з технологічних можливостей виробництва  
2. Визначаємо мінімальну ширину друкованого провідника по постійному 
струму для ланцюгів живлення й заземлення: 
 b
Imax
min = j ⋅ t ,                                               (5.2) 
доп
де Imax − максимально постійний струм, що протікає в провідниках 
(визначається з аналізу електричної схеми й елементної бази ДП); 
jдоп − допустима щільність струму, вибирається залежно від методу 
виготовлення; 
t − товщина провідника, мм. 
b 0,05
min = = 0,07
20 ⋅ 0,035 . 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
 47 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
3. Визначення мінімальної ширини провідника, мм, виходячи із 
припустимого спадання напруги на ньому: 
b ρ ⋅ Imax ⋅ l    min = U ⋅ t ,                                           (5.3) 
доп
де ρ − питомий об'ємний опір; l − довжина провідника, м (виходячи з 
розмірів ДП і загальної кількості друкованих провідників); Uдоп − допустиме 
спадання напруги, визначається з аналізу електричної схеми. Допустиме спадання 
напруги на провідниках не повинне перевищувати 5% від напруги живлення 
мікросхем і не більше запасу поміхостійкості мікросхем. 
b 0,05 ⋅ 0,05 ⋅ 0,07
min = = 0,11
0,45 ⋅ 0,035 . 
4. Визначаємо мінімальне значення діаметрів монтажних отворів d: 
d = dЕ + ∆dН.В.  + r,                                                    (5.4) 
де dЕ − максимальний діаметр виводу електрорадіоелемента (ЕРЕ), що 
встановлюється; 
∆dН.В. − нижнє відхилення від номінального діаметра отвору;  
r - різниця між мінімальним діаметром отвору й максимальним діаметром 
виводу ЭРЭ (вибирається в границях 0,1..0,4 мм). Розрахункове значення d зводять 
до переважного ряду  отворів, мм: 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,9; 1,0; 1,1; 1,3; 1,5; 1,6; 1,7; 
1,8; 2,0; 2,1; 2,2; 2,4; 2,5; 2,6; 2,7; 2,8; 3,0.  
d = 0,6 + 0,01 + 0,3 ≈ 0,8. 
5. Розраховуємо діаметри контактних площадок.  
Мінімальний діаметр контактних площадок для ОПП і внутрішніх шарів 
БПП, виготовлених хімічним методом:  
Dmin = D1min + 1,5 hФ,                                                 (5.5) 
де hФ − товщина фольги, мм; 
D1min− мінімальний ефективний діаметр площадки, мм; 
D1min = 2 (b + dmax/2 + δd + δp),                                     (5.6) 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
З 
48 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
де b − відстань від краю просвердленого отвору до краю контактної            
площадки, мм; 
dmax − максимальний діаметр просвердленого отвору, мм; 
δd й δp −допуски на розташування отворів і контактних площадок. 
D1min = 2 (0,6 + 0,9/2 + 0,07) = 1,12; 
Dmin = 1,12 + 1,5 · 0,035 = 1,17. 
Максимальний діаметр контактної площадки 
Dmax = Dmin + (0,02...0,06)                                          (5.7) 
Dmax = 1,17 + (0,02...0,06) = 1,2 
 
 
5.6 Виготовлення фотошаблонів та вимоги до них 
Для виготовлення нашої друкованої плати використовуємо електрохімічний 
метод. 
Виготовлення друкованих плат при сучасних засобах їх виробництва 
починається з виготовлення чорно-білого оригіналу. Як правило, оригінал 
представляє собою креслення, на якому металізовані ділянки зачорнюються. 
Підготовлене креслення потім фотографують, отримуючи фотооригінал на скляній 
фотопластині чи плівці. Копії з такого оригінала можна отримати одним з 
наступних засобів: 
1) засіб виготовлення друкованої схеми безпосередньо з негативу; 
2) трафаретний друк; 
3) засіб виготовлення матриць для штампування і тиснення. 
Для виготовлення нашої друкованої плати використовуємо засіб 
виготовлення друкованої схеми безпосередньо з негатива. При використанні цього 
метода фотомеханічного травлення негатив можна використовувати таким, яким 
він отримується після процесу фіксажу. У випадку необхідності можуть бути 
виготовлені копії негативу. 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
З 
49 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Звичайний метод креслення друкованих схем – графічне втілення оригіналу 
чи фото оригіналу друкованої схеми за допомогою універсальних пристроїв 
креслення і матеріалів. 
Окрім звичайного метода креслення друкованих схем існують і інші: 
1) метод креслення друкованих схем з використанням спеціальних 
інструментів для креслення; 
2) метод креслення друкованих схем з використанням набору шаблонів чи 
трафаретів; 
3) метод креслення друкованих схем за допомогою координатографа; 
4) метод виконання креслень друкованих схем з використанням спеціальних 
штампів; 
5) метод виконання оригіналів друкованих схем за допомогою непрозорої 
липкої стрічки; 
6) метод виконання оригіналів друкованих плат за допомогою механічного 
скребка. 
Більш вірогідний у нашому випадку є метод креслення друкованих схем з 
використанням спеціальних інструментів, так як цей метод дає можливість 
скоротити час креслення контурів провідників і монтажних отворів, або зменшити 
час їх заливки тушшю. 
Використовуються такі інструменти, як: здвоєні олівцеві і тушеві циркулі і 
рейсфедери, металічні і металевоскляні трубочки спеціальних видів і плакатні пера. 
Для креслення і заливки криволінійних провідників, а також плавних 
переходів ці інструменти використовують разом з лекалами.  
Виготовлення первинного і робочого фотошаблонів. 
Первинний фотошаблон отримують хімічною обробкою експонованих 
фотопластинок, проконтролювавши наперед температуру робочих розчинів 
термометром. Відлік часу обробки проводять за секундоміром. 
Для виготовлення робочого фотошаблону використовують первинний 
фотошаблон. Робочий фотошаблон отримують копіюванням первинного 
фотошаблону на контактно-копіювальному верстаті та подальшій хімічній обробці 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 50 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
матеріалу. Перед копіюванням первинний фотошаблон необхідно протерти з боку 
підложки серветкою, змоченою в етиловому спирті для видалення пилу, бруду, 
жирових плям. Скло контактно-копіювального верстата необхідно протерти 
антистатичною серветкою. Копіювання, а також освітлення для копіювання та 
обробки пластин і фототехнічної плівки виконуються за допомогою фото ліхтаря з 
червоним світлофільтром. Діазографічні плівки копіюють і обробляють при 
звичайному освітленні, не допускаючи освітлення матеріалу сонячними 
променями або ультрафіолетовим випромінюванням. При копіюванні первинний 
фотошаблон і матеріал прикладають один до одного й переносять до контактно-
копіювального верстата, причому емульсійний шар первинного фотошаблону і 
світлочутливий шар матеріалу повинні безпосередньо стикуватись. 
Експонування проводять через первинний фотошаблон на світлочутливий 
матеріал. Виготовлення робочого фотошаблону на фототехнічній плівці ФТ-41П 
здійснюється шляхом експонування на контактно-копіювальному верстаті 
точковим джерелом білого світла та хімічної обробки експонованого матеріалу. 
Виготовлення робочого діапозитива на діазографічній плівці ТМ 
здійснюється так. Після експонування діазографічна плівка обробляється у 
проявному пристрої у парах аміаку до максимального насичення кольору фото 
зображення. 
Типовий технологічний процес виготовлення фотошаблонів 
1. Проявлення. 
2. Промивання у проточній воді. 
3. Зупинка проявлення. 
4. Відбілювання. 
5. Засвічування. 
6. Промивання у непроточній воді. 
7. Промивання у проточній воді. 
8. Освітлення. 
9. Промивання у проточній воді. 
10. Проявлення. 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
 51 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
11. Промивання у проточній воді. 
12. Фіксування. 
13. Промивання у непроточній воді. 
14. Ослаблення (при необхідності, для виведення загальної вуалі). 
15. Промивання у проточній воді. 
Загальні технічні вимоги до фотошаблонів. 
Фотографічне зображення у межах поля друкованої плати повинно бути 
різким, чітким, без розмитостей і ореолів. 
Фотошаблон повинен мати два або більше реперних знаки, які 
використовуються для пробивки отворів у робочих фотошаблонах. 
Несумісність двох робочих фотошаблонів однієї плати неповинна 
перебільшувати 0,24 мм для плат Ι класу і 0,14 мм для плат ΙΙ класу. 
Щілина між елементами провідникового рисунка фотошаблона повинна 
бути не менше 0,325 мм. 
Первинний фотошаблон отримують на розкреслювальному 
автоматизованому пристрої методом розкреслювання. 
Відхилення центрів контактних площинок від вузлів координатної сітки 
становлять: 
- для первинних фотошаблонів ± 0,10 мм плат класу Ι; ± 0,05 мм плат  класу ΙΙ; 
- для робочих фотошаблонів ± 0,12 мм плат класу Ι; ± 0,07 мм плат      класу ΙΙ. 
Фотошаблон виготовляється залежно від щільності провідникового рисунка 
одноразовим, подвійним або триразовим викреслюванням, тобто провідникові 
пробні рисунки плати викреслюються на фотопапері, а контрольний рисунок плати 
– на фотопластинці або фототехнічній плівці. 
Пробиття фіксуючих отворів здійснюється на спеціальному пристрої, який 
має два орієнтуючих знаки, рознесених на відстань, що дорівнює відстані між 
реперними знаками фотошаблону. Фотошаблон розміщують у пристрої для 
пробиття. Здійснюють вакуумний притиск фотошаблону і пробивають отвори, 
натискуючи пуансон пристрою. 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
 52 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Оскільки фотошаблон має лінійні деформації, зумовлені частковим 
роздубленням фотографічної емульсії під час фотохімічної обробки, зміною 
температури та вологості у приміщенні, то відстань між реперними знаками може 
не співпадати з відстанню між орієнтуючими знаками пристрою. У такому разі їх 
осереднюють. Для цього горизонтальні штрихи реперних і установлюючи знаків 
зміщують, а відстань між прямовисними штрихами вирівнюють між собою 
зрушенням фотошаблону. 
Для формування елементів друкованого монтажу використовуються 
магазин масок, що включає N масок – світлових плям. 
Геометричні розміри масок для розкреслювання провідникового рисунка 
повинні враховувати технологічні припуски й допуски, що забезпечують 
виготовлення друкованих плат на конкретному виробництві (ОСТ 16 0.868.052-83). 
 
 
5.7 Технічне нормування 
Норму Тшт на операцію визначають по формулі: 
Тшт = Топ (1+к/100),                                         (5.2) 
де Toп - оперативний час; 
       к - коефіцієнт часу на організаційно технічне обслуговування робочого 
місця, в %.  
Розрахунок Топ наведений у таблиці 5.1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
З 
53 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Таблиця 5.1 – Технічне нормування часу виконання операцій 
N, п/п 16. Найменування операції Час, хв. 
1 2 3 
1. 17. Обезжирення плати 0,11 
2. 18. Декатування в пристрої 0,066 
3. Нанесення світлочутливого шару 0,38 
4. Експонування 0,67 
5. Проявлення зображення 0,16 
6. Фарбування зображення 0,10 
7. Дублення хімічне 0,10 
8. Зняття залишків світлочутливого шару 0,19 
9. Ретушування зображення 2 
10. Витирання плати 0,14 
11. Травлення в пазах барабана 0,15 
12. Видалення ретуші 0,11 
13. Видалення копіювального шару 0,25 
14. Нанесення лаку зануренням 0,12 
15. Обезжирення плати 0,11 
16. Обробка у розчині двопористого сплаву 0,25 
17. Активування 0,25 
18. Хімічне міднення 0,62 
19. Нейтралізація 0,066 
20. Термічна шихтовка 0,08 
21. Маркування ракелем 0.24 
22. Обезжирення у віброустановці 0,09 
23. Нанесення флюсу 0,12 
24. Промивка (10 разів) 0,9 
25. Сушка (7 разів) 0,82 
26. Контроль (3 рази) 0,12 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
 54 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Тшт = 8,742 хв. 
Вибір і розрахунок коефіцієнта часу на організаційно-технічне 
обслуговування робочого місця наведений у таблиці 5.2. 
Таблиця 5.2 – Коефіцієнт часу на організаційно-технічне обслуговування 
робочого місця 
Найменування елементів витрат робочого часу - до % від 
Р озкладка, регулювання, промивання інструментів і  0,6 
пристосування на початку, протягом і наприкінці зміни.  
Підготовка матеріалу протягом зміни. 0,4 
Збирання робочого місця протягом робочого дня й 1 
після закінчення зміни  
 Відпочинок й особисті потреби 4,8 
 усього 6,8 
З  урахуванням фізичної зарядки (одна перерва на 10  2 ,5 
 На знаходження дефектів і ремонт 10 
 Усього  9,3 
   
5.8 Контроль 
Контроль друкованих плат до установки радіоелементів необхідний і 
визначається кількома факторами: достатньо більшим відсотком технологічного 
браку друкованих плат після завершення гальванічних операцій по травленню 
фольги і металізації отворів і механічних операцій по обрізці контуру; пресуванню 
(для багатошарових плат) і склеюванню шарів; збільшенням працемісткості 
виявлення дефектів друкованого монтажу у змонтованих функціональних вузлах; 
наявність відходу запаяних електрорадіоелементів при виправленні знайдених 
дефектів монтажу; наявністю виходів з ладу електрорадіоелементів при 
підключенні до електроживлення функціональних вузлів з прихованими 
дефектами друкованого монтажу. 
Незважаючи на різноманітність друкованих плат і функціональних вузлів 
можна виділити три основні групи задач контролю друкованих плат: 
1) контроль друкованих з’єднань; 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
З 
55 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
2) статистичний контроль змонтованих функціональних вузлів у робочому 
стані на відповідність технічним вимогам; 
3)  оцінка функціональної придатності вузла. 
Перелічені задачі контролю переслідують наступні цілі: виявлення явних і 
прихованих дефектів в друкованому монтажі до передачі плат під установку 
електрорадіоелементів, виявлення хибно встановлених ЕРЕ, явних і прихованих 
дефектів в запаяних ЕРЕ, перевірка карт режимів ЕРЕ. 
Технічні вимоги для контролю друкованих плат: 
1. Перевірку габаритних розмірів друкованих плат використовують 
вимірювальну лінійку, або штангенциркуль. Складний профіль плати перевіряють 
шаблоном; 
2. Розміри монтажних і отворів, що підлягають металізації, перевіряють 
за допомогою калібрів-пробок. При необхідності користуються мікроскопом; 
3. Перевірку кількості і розташування отворів на відповідність кресленню 
проводимо за допомогою трафарету-плати. В якості трафарету-плати 
використовують плату з просвердленими і перевіреними на відповідність 
кресленню отворами. Плату, що контролюється, суміщають з трафаретом-платою 
по фіксуючим отворам і проводять контроль візуально. 
4. Відсутність обривів ланцюгів і замикань між ланцюгами перевіряють 
на установці автоматичного контролю друкованих плат. 
Найпростішою задачею контролю якості друкованих плат є виявлення 
обривів друкованих провідників і замикань між друкованими провідниками. 
Критерії якості для оцінки плат, що контролюються. Опір ланцюга, що 
контролюється, Rц не більше R1 і опір ізоляції Rи між ланцюгами не менше R2. В 
залежності від призначення плати критерії R1 і R2 задаються для всіх ланцюгів 
конкретного типу плат. 
 
 
  
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 56 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
6 Спеціальний розділ 
 
 
6.1 Економічне обґрунтування розробки цифрового вимірювача сили 
струму для тензорезисторів  
Автоматизація цифрового вимірювача сили струму для тензорезисторів 
може мати декілька економічних обгрунтувань. Основні з них такі: 
1. Підвищення продуктивності: Автоматизація цифрового вимірювача сили 
струму дозволяє замінити ручні методи вимірювання на автоматичні. Це знижує 
час, необхідний для вимірювання сили струму, і забезпечує швидше отримання 
результатів. Підвищення продуктивності робочого процесу може призвести до 
збільшення обсягу виробництва і, відповідно, до збільшення доходів підприємства. 
2. Покращення якості вимірювання: Автоматичний вимірювач сили струму 
дозволяє уникнути людських помилок, пов'язаних з ручними вимірюваннями. Це 
забезпечує більш точні і надійні результати. Висока якість вимірювання може бути 
важливою для багатьох застосувань, наприклад, в наукових дослідженнях або 
виробництві точних приладів. 
3. Зниження витрат на працю: Автоматизація процесу вимірювання сили 
струму дозволяє знизити витрати на ручну працю. Людські ресурси, які раніше 
були залучені до вимірювання, можуть бути перерозподілені на інші завдання або 
зменшені в цілому. Це може привести до зниження загальних витрат підприємства 
і підвищення ефективності використання робочої сили. 
4. Зменшення відходів: Автоматизація може допомогти уникнути відходів 
матеріалів або продукції, пов'язаних з помилками вимірювання.  
Додаткові економічні обгрунтування розробки автоматизованого 
цифрового вимірювача сили струму для тензорезисторів можуть включати: 
5. Зменшення ризику: Автоматизований вимірювач сили струму дозволяє 
знизити ризик виникнення помилок і нещасних випадків, пов'язаних з людським 
фактором. Це може виключити витрати, пов'язані зі шкодою виробничого 
обладнання або втратою продукції. 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 57 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
6. Скорочення часу наладки: Автоматизований вимірювач сили струму 
може забезпечити швидку і просту наладку, що дозволяє зменшити час, необхідний 
для підготовки до вимірювання. Це може пришвидшити процес виробництва і 
забезпечити більшу продуктивність. 
7. Забезпечення відповідності стандартам: Автоматизовані вимірювальні 
пристрої можуть бути налаштовані для автоматичного виконання вимог стандартів 
і регуляторних вимог. Це забезпечує дотримання виробництвом встановлених норм 
і уникнення штрафних санкцій або зупинок виробництва, пов'язаних з 
невідповідністю вимогам. 
8. Потенційне розширення ринку: Розробка автоматизованого вимірювача 
сили струму може створити нові можливості на ринку. Покращена точність, 
продуктивність та надійність пристрою можуть привернути нових клієнтів та 
сприяти збільшенню частки ринку. 
Узагальнюючи, автоматизація цифрового вимірювача сили струму для 
тензорезисторів може привести до підвищення продуктивності, покращення якості, 
зниження витрат на працю, зменшення відходів, зменшення ризику, скорочення 
часу наладки, забезпечення відповідності стандартам та потенційного розширення 
ринку. Всі ці фактори можуть призвести до підвищення ефективності виробництва 
та прибутковості підприємства. 
 
6.2 Охорона праці 
Аналіз небезпек та шкідливостей, що впливають на співробітника 
радіотехнічної лабораторії 
Під час дослідження процесів автоматизації цифрового вимірювача сили 
струму для тензорезисторів на співробітника лабораторії можуть впливати 
різноманітні параметри виробничої обстановки. Від умов праці в значному ступені 
залежать здоров'я і працездатність людини, її відношення до праці і результати її 
діяльності. При поганих умовах різко знижується продуктивність праці і 
створюються передумови для виникнення травм і професійних захворювань. Для 
цілеспрямованої діяльності з поліпшення умов праці необхідно знати чинники, що 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
З 
58 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
впливають на їхнє формування. Тому, проаналізуємо фактори, що впливають на 
здоров'я і працездатність співробітника, який працює в радіотехнічній лабораторії. 
Робочі місця співробітників встановлені в просторовій кімнаті, яка 
мебльована столами та шафами, укомплектована комп’ютерною технікою та 
периферійним обладнанням. Всі предмети на робочому місці співробітників 
знаходяться в робочій зоні в межах прямої видимості та розміщені на відстані не 
більше 70 см від працівника. Розміри столу становлять: ширина – 1,4 м, глибина – 
0,8 м, висота – 0,72 м. Висота стільця становить 0,45 м. З врахуванням середнього 
росту людини, який складає 160–180 см, можна сказати, що положення, яке 
співробітник лабораторії займає при роботі відповідає нормативним інструкціям і 
рекомендаціям ДСТУ 8604:2015 «Дизайн і ергономіка. Робоче місце для виконання 
робіт у положенні сидячи. Загальні ергономічні вимоги». 
Монітори на столах розташовані таким чином, що відстань від екрану 
монітору до користувача складає не менше 70 cм, при цьому кут зору становить 
близько 30о. При цьому потрібно відмітити, що положення моніторів вибрано 
найкращим чином, так як світло, що потрапляє через вікно, падає з лівого чи 
правого боку від працюючого в залежності від розташування робочого місця і, 
таким чином, не засліплює йому очі. Задля кращого уникнення негативного ефекту, 
пов’язаного з надмірною освітленістю приміщення, вікна обладнано жалюзі. 
Розміри лабораторії становлять: довжина – 8 м, ширина – 4,5 м, висота – 
2,75 м. Відповідно її площа дорівнює 36 м2. Найбільша кількість одночасно 
працюючих становить 4 особи. Звідси площа, що припадає на одного робітника, 
дорівнює 9 м2, що відповідає ДБН В.2.2.28-2010. Об’єм  приміщення  становить 99 
м3. Звідси визначаємо, що об'єм який припадає на одну людину дорівнює 27 м3. 
Нормативне значення складає 20 м3. З наведених даних можна зробити висновок, 
що дане приміщення задовольняє вимогам ДБН В.2.2.28-2010. 
Раціонально виконане освітлення виробничих приміщень надає 
позитивного психофізіологічного впливу на працюючих, сприяє підвищенню 
якості продукції та продуктивності праці, забезпеченню її безпеки, знижує втому і 
травматизм на виробництві, зберігає високу працездатність в процесі праці. 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
 59 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Освітлення здійснюється через віконні отвори (природне однобічне 
освітлення), за допомогою світильників, які розташовані на стелі (штучне верхнє 
освітлення) або одночасно - світильники і вікна (сполучене освітлення). В 
приміщенні вздовж однієї зі стін розташовано 2 вікна, розміри кожного з яких 
становлять 2 м на 1,15 м. 
Величина необхідного освітлення на робочому місці приміщення 
нормується за ДБН В.2.5-28-2018. При штучному освітленні нормується величина 
освітленості в люксах (Лк), яка вибирається в залежності від характеристики 
зорової праці з урахуванням найменшого розміру об'єкта розрізнення, фона, 
контраста об'єкта розрізнення з фоном. 
За найменший об’єкт розрізнення приймаймо напис на радіоелементі, 
розмір якого визначимо на рівні 0,15–0,3 мм. Користуючись ДБН В.2.5-28-2018, 
визначаємо, що за розміром обраного найменшого об’єкта розрізнення, ступінь 
точності зорової праці відноситься до високого і становить ІІ розряд. Нормативне 
значення КПО для визначеного розряду зорової роботи відповідає – ен=1,8%. 
Фактичне значення КПО в радіоелектричній лабораторії становить 20-27%. Отже, 
рівень природного освітлення в даному приміщенні знаходиться в нормі. 
В якості джерела світла при штучному освітленні використовуються 
люмінесцентні лампи, в освітлювачах типу ЛСП, загальна кількість яких становить 3.  
Нормативне значення штучного загального освітлення становить  
400 лк. Фактичне значення в радіоелектричній лабораторії згаданого параметра 
відповідає 280-300 лк, що нижче зазначеної норми, відповідно ДБН В.2.5-28-2018. 
Таким чином, в даному приміщенні рекомендується модернізувати систему 
загального штучного освітлення. 
Приміщення лабораторії характеризується відсутністю сирості, 
неструмопровідною підлогою та нормативними параметрами мікроклімату. Тому 
приміщення лабораторії відноситься до приміщень без підвищеної небезпеки 
ураження працюючих електричним струмом, згідно ПУЕ. Комп’ютери, 
встановлені на робочих місцях живляться напругою 220 В і споживають 
потужність менше ніж 3 кВт, для забезпечення безпеки людини було обладнано 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
 60 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
додатковою ізоляцією та заземленням. Для виключення ураження працівників 
електричним струмом всі електронні прилади під’єднані до системи захисного 
занулення, згідно ДСТУ Б В.2.5-82:2016.  
Під час роботи з обладнанням при раптовому припиненні подачі 
електроструму потрібно негайно вимкнути електрообладнання. Категорично 
забороняється ремонтувати електрообладнання,  вмикати  та вимикати його, якщо 
це не передбачено в ході роботи, проводити будь-які перемикання на головному 
розподільному щиті. У випадку ураження електричним струмом слід терміново 
звільнити потерпілого від дії струму і прийняти міри по наданню першої допомоги, 
при необхідності викликати лікаря. 
Приміщення лабораторії, згідно ДСТУ Б В.1.1-36:2016, відноситься до 
приміщень за категорією вибухопожежонебезпеки типу В (горючі та важкогорючі 
рідини, тверді горючі та важкогорючі речовини і матеріали (в тому числі пил та 
волокна), речовини та матеріали, здатні при взаємодії з водою, киснем повітря або 
одне з одним горіти, за умови, що приміщення, в яких вони знаходяться 
(використовуються), не належать до категорії А та Б). Для попередження пожеж в 
лабораторії, відповідно ДБН В.2.5-56-2014, змонтована електрична пожежна 
сигналізація (Страж М-501) променевого типу та теплові датчики типу (Satel DRP-
100) у кількості 6 шт. Також дана лабораторія обладнана двома ручними 
вуглекислотними вогнегасниками ВВК-5, відповідно Правил експлуатації та 
типових норм належності вогнегасників. 
Шум супроводжується коливанням частинок навколишнього середовища, 
що сприймається органами слуху людини як небажані сигнали. Зазвичай шум 
обумовлюється неприємним або небажаним звуком чи сукупністю звуків, що 
заважають сприйняттю корисних звукових сигналів, порушують тишу, чинять 
шкідливу або подразливу дію на організм людини, знижують її працездатність.  
В лабораторії рівень шуму, який в основному зумовлений одночасною 
роботою системних блоків комп’ютерів не перевищує 45 дБА. Інколи, при роботі 
принтера це значення досягає 55 дБА. Але відповідно ДСН 3.3.6.037-99 нормативне 
значення допустимого рівню звукового тиску, рівню звуку та еквівалентного рівню 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
 61 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
звуку на робочому місці в лабораторії становить 60 дБА. Таким чином, фактичні 
рівні шуму в приміщенні лабораторії не перевищують нормативні значенні цього 
параметру. 
З появою нових технологічних рішень щодо здійснення бездротового 
електронного зв’язку лабораторія пронизана постійним електромагнітним 
випромінюванням згідно ДСН 3.3.6.096-2002.  
Документи встановлюють вимоги до суб’єктів господарювання щодо 
захисту працівників від небезпеки для їх здоров’я, що існує або виникає внаслідок 
впливу електромагнітних полів. 
Згідно з цими нормативними актами перед початком робіт у разі 
застосування джерел електромагнітного випромінювання необхідно: 
- провести вимірювання напруженості електричної та магнітної складових 
електромагнітних полів 
- облаштувати виробниче приміщення і розташувати технологічне 
обладнання згідно гігієнічних нормативів. 
Тривалість перебування працівників, які працюють з джерелами 
електромагнітного випромінювання в робочих зонах не повинна перевищувати 
граничнодопустимих рівнів електромагнітного випромінювання, зазначених у 
ДСН 3.3.6.096 -2002. 
Згідно ДСН 3.3.6.042-99 окремо для двох періодів року, визначаємо 
оптимальні і допустимі значення температури, відносної вологості та швидкості 
руху повітря для категорії важкості роботи Іа. При цьому враховуємо, що верхня і 
нижня межа діапазону допустимої температури визначаються у залежності від 
того, постійне робоче місце чи непостійне. В нашому випадку – постійне. 
Нормовані величини температури, відносної вологості і швидкості руху 
повітря в робочій зоні виробничого приміщення в холодний період року: 
- оптимальне значення температури 22-24°С; 
- допустиме значення температури 21-25°С; 
- оптимальне значення відносної вологості 40-60%; 
- оптимальне значення швидкості руху повітря 0,1м/с; 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
З 
62 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
- допустиме значення швидкості руху повітря ≤0,1 м/с. 
Нормовані величини температури, відносної вологості і швидкості руху 
повітря в робочій зоні виробничого приміщення в теплий період року: 
- оптимальне значення температури 23-25°С; 
- допустиме значення температури 22-28°С; 
- оптимальне значення відносної вологості 40-60%; 
- оптимальне значення швидкості руху повітря 0,1 м/с; 
- допустиме значення швидкості руху повітря 0,1-0,2 м/с. 
В лабораторії фактичне значення температури в холодний період року 
становить 20-22°С, що нижче від відповідної нижньої межі допустимого значення. 
Таким чином, дані умови праці відносяться до першого ступеня шкідливості. Це в 
свою чергу може призвести до легких форм застуди. Рекомендується в даному 
приміщенні в холодний період року користуватися автономним обігрівачем 
невеликої потужності. 
Фактичне значення температури в теплий період року становить 28-30°С, 
що в свою чергу перевищує оптимальне значення, але знаходиться в допустимих 
межах. Проте, як відомо, висока температура негативно впливає на самопочуття 
робітника і, як наслідок, веде за собою зниження працездатності. В такому випадку 
рекомендується в даному приміщенні встановити кондиціонер, що сприятиме 
більш комфортній роботі.  
Інструктажі з питань охорони праці проводяться з метою навчити 
працівника правильно і безпечно для себе і навколишнього середовища виконувати 
свої трудові обов'язки. Інструктажі за часом і характером проведення поділяють на: 
вступний, первинний, повторний, позаплановий та цільовий. 
Вступний інструктаж проводиться з усіма працівниками, які щойно 
прийняті на роботу (постійну або тимчасову), незалежно від їх освіти, стажу роботи 
за цією професією або посади; працівниками, які знаходяться у відрядженні на 
підприємстві й беруть безпосередню участь у виробничому процесі; в даному 
випадку трудового й професійного навчання в радіоелектричній лабораторії. 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
З 
63 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
З працівниками проводиться вступний інструктаж з трудового та 
професійного навчання. Запис про проведення вступного інструктажу робиться в 
спеціальному журналі. Первинний інструктаж проводиться кожному працівнику 
індивідуально в радіотехнічній лабораторії перед виконанням роботи НПАОП 0.00-
4.12-05. 
Медичний огляд обов’язковий для працівників радіотехнічної лабораторії 
відповідно наказу №246 від 21.05.2007, що пов’язано з: 
- зі шкідливими чи небезпечними умовами праці;  
- з обладнанням що знаходиться під напругою, вібрацією, шумом; 
- довго тривалими однотипними роботами; 
- хімічні речовини, їх сполуки та елементи (неорганічного та органічного 
походження); 
Висновок: в даному розділі було проаналізовано усі можливі небезпеки та 
шкідливі фактори, що можуть впливати на співробітників радіотехнічної 
лабораторії і можемо сказати, що технічний рівень не відповідає нормативним 
вимогам. Це проявляється в наслідок підвищення температури літом вище норми. 
Таким чином, в даному приміщенні рекомендується встановити кондиціонер. 
 
Розрахунок системи кондиціонування повітря лабораторії  
Кондиціонування - це комплекс систем, які призначені для створення в 
приміщеннях мікрокліматичних умов, оптимальних для життєдіяльності людей.  
Кондиціонер - пристрій для підтримання оптимальних кліматичних умов в 
квартирах, будинках, офісах, автомобілях, а також для очищення повітря в 
приміщенні від небажаних частинок. Призначений для зниження температури 
повітря в приміщенні. 
Типи кондиціонерів: 
- віконний кондиціонер; 
- спліт-система з внутрішнім блоком настінного типу; 
- спліт-система з внутрішнім блоком підлогово-стельового типу; 
- спліт-система з внутрішнім блоком касетного типу; 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 64 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
- спліт-система з внутрішнім блоком канального типу; 
- мульти спліт-системи; 
- мультізональні системи (VRF або VRV системи). 
Віконний кондиціонер. 
Віконний тип є моноблочним, врізається у віконний отвір або в стіну. Для 
встановлення ніякого особливого інструменту для нього не потрібно. Виробництво 
віконників добре відпрацьоване за багато років, звідки і береться їх довговічність.  
Віконний тип має істотні недоліки. У віконному типі, оскільки він 
моноблочний, компресор знаходитиметься у вашому приміщенні.  
Про другий мінус прохолодно буде не у вас в кімнаті, а між шторою і вікном 
тому що встановлюється він безпосередньо у вікно. 
Безумовним плюсом є низька ціна віконного типу і можливість невеликої 
подачі свіжого повітря в приміщення. При низькому бюджеті будівництва бізнес 
установи не високого класу можна обійтися віконними кондиціонерами і замовити 
вікна під розмір.  
Спліт-система. 
 Спліт-системи, як тип кондиціонера на відміну від віконних, діляться самі 
по собі ще на типи. Під типом спліт-системи в основному розуміють тип 
внутрішнього блоку, зовнішні блоки по принциповому пристрою фактично 
однакові для побутового діапазону. Спліт-система має два блоки - внутрішній і 
зовнішній. Найгаласливіший з них, де знаходиться компресор, виноситься на 
вулицю, а внутрішній, відповідно, усередині приміщення. 
Спліт-система з внутрішнім блоком настінного типу. 
Набули найбільшого поширення в квартирах, невеликих офісних 
приміщеннях. Якщо в приміщеннях давно вже виконаний ремонт, є одним з 
якнайкращих способів не псувати інтер'єр і добитися освіжаючої прохолоди. 
Мають масу переваг: достатньо малошумні, і за ціною значно дешевше спліт-
систем іншого типу. Також в своєму діапазоні холодильної потужності є 
монополістами - інші типи спліт-систем не мають холодильної потужності нижче 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
 65 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
3,5 кВт. І при кондиціонуванні невеликого кабінету настінний тип спліт-системи 
не має конкурентів. 
Спліт-система з внутрішнім блоком підлогово-стельового типу. 
У разі установки під стелею потік охолодженого повітря могутнім 
струменем поступає в обслуговуване приміщення. У разі установки в підлоговому 
варіанті, наприклад в перенаселеному працівниками офісі, приносить менше 
дискомфорту працівникам, ніж наприклад настінний кондиціонер. Будь-який 
кондиціонер створює біля себе «мертву зону», де рухливість повітря буде дуже 
високою. У настінних блоків це до 3 метрів, у підлогових - 1 метр. У підлоговому 
варіанті охолоджене повітря йде вгору і нікому особливо не заважає. Отже, 
підлогово-стельові кондиціонери в основному використовують в офісах, 
супермаркетах, витягнутих великих приміщеннях. 
Спліт-система з внутрішнім блоком канального типу. 
Канальний внутрішній блок має масу переваг в порівнянні зі своїми 
побратимами. Одному "канальнику" цілком під силу охопити до 10 дрібних 
приміщень, де необхідна холодопродуктивність по кожному приміщенню не 
перевищує 1,3 кВт. Якщо в кожній такій кімнаті встановити по окремій настінній 
спліт-системі, а мінімальна продуктивність будь-який настінною спліт-системи 
нижче 1,8 кВт не буває, перевага установки кондиціонування канального типу за 
ціною в порівнянні з установкою 10 окремих настінних спліт-систем. 
Ще однією незаперечною перевагою є те, що при використанні 
внутрішнього блоку цього типу можна підмішувати до 20 % свіжого повітря. Але є 
і зворотна сторона - не варто забувати, що свіжим повітрям Ви зможете бути 
забезпечені тільки тоді, коли на вулиці не нижче - 5 С. Інакше ви просто можете 
вивести з ладу пристрій. 
Спліт-системи з внутрішніми блоками канального типу мають і недоліки. 
Окрім необхідності наявності підвісної стелі, така система не дозволяє регулювати 
температуру в кожному приміщенні індивідуально. Датчик температури 
встановлюється в пульті управління кондиціонером, і розмістити ви його можете 
тільки в одній кімнаті. Іншою проблемою буде те, що кожне з приміщень може 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
 66 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
мати різний тепловий режим, одна кімната може виходити вікнами на південь, інша 
на північ. Може утворитися ситуація, коли в одній кімнаті буде максимальне 
теплове навантаження, а в іншій мінімальна. Установка індивідуального 
регулювання температури по кожній кімнаті у вартості наближатиметься до 
вартості всього устаткування. 
Останнім недоліком такої системи є те, що монтажу канального типу 
кондиціонування повинен передувати хороше проектне опрацьовування, 
розрахунок перетинів повітроводів. Інакше ви можете отримати ситуацію, коли в 
одній кімнаті надмірно холодно, а в іншій навпаки жарко. 
Мульті-спліт-системи. 
У цих системах до одного зовнішнього блоку можна під'єднати відразу 
декілька внутрішніх блоків. Основна перевага мульті-спліт-систем це наявність 
одного зовнішнього блоку. В умовах міста, особливо в центрі, велику кількість 
зовнішніх блоків кондиціонерів, що висять на стіні, не тільки псують фасад будівлі, 
але не залишають іншого вибору, як використання мульті спліт-системи. 
Мультізональні системи (VRF або VRV системи). 
VRV або VRF системи є найостаннішим і інноваційним досягненням в 
кондиціонуванні повітря. За принципом роботи це ті ж самі мульті-спліт-системи, 
але з можливістю підключення до 64 внутрішніх блоків. Важливою перевагою 
мультізональних систем є різноманітність внутрішніх блоків. 
Останнє покоління таких систем має одну з незаперечних переваг - 
максимально допустима довжина фреонових трас до 1000 метрів, що в умовах 
центральних вулиць міста дозволяє винести зовнішній блок в таке місце, де він не 
псуватиме фасад. Дані системи неймовірно економічні і довговічні. 
Середній термін їх експлуатації до 25 років, в порівнянні з побутовими 
спліт-системамі 6-10 років. Інтелектуальна система управління роботою дозволяє 
досягти максимальної економії при роботі деяких внутрішніх блоків в режимі 
охолоджування, а інших в режимі тепла. Система VRV (VRF) дозволяє перенести 
частину тепла з одного приміщення в інше. При цьому споживання системи 
знижується майже в 2 рази. 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 67 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Встановлюють такі системи найчастіше в бізнес-центрах, торгових центрах, 
урядових установах і на багатьох інших об'єктах, де необхідна центральна система 
кондиціонування великої кількості приміщень. 
 
Рисунок 6.1 - Будова та принцип дії кондиціонера типу спліт-системи 
 
Розрахуємо потужність кондиціонера для радіотехнічної лабораторії 
площею 26 м² з висотою стель 2,75 м, в якій здійснюється проектування та 
модернізація пристрою. В лабораторії працюють 4 людини, а також є 3 комп'ютери, 
і невеликий холодильник з максимальною споживаною потужністю 165 Вт. 
Кімната розташована на сонячній стороні. Комп'ютери всі одночасно працюють, 
оскільки ними користується 4 людини. 
Спочатку визначимо тепло припливи від вікна, стін, підлоги і стелі. 
Коефіцієнт Q виберемо рівним 40, так як кімната розташована на сонячній стороні: 
 
                                               Q1 = S * h * q / 1000                                   (6.1) 
де: 
S – площа радіотехнічної лабораторії; 
h – висота стелі; 
q - коефіцієнт припливу тепла. 
Q1 = 36 м² * 2,75 м * 40 / 1000 = 2,86 кВт 
Теплоприпливи від 4 робочих в спокійному стані складуть 0,4кВт. 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
З 
68 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Q2 = N *qод.л.= 4 * 0,1 = 0,4 кВт 
Далі, знайдемо теплоприпливи від техніки. Оскільки комп'ютери працюють 
одночасно, то в розрахунках необхідно враховувати суму з цих приладів, а саме 
сумарну кількість тепла. Це комп'ютери, тепловиділення від яких становлять 0,9 
кВт. Холодильник виділяє 0,793 кВт: 
                               Q3 = 0,165 кВт + 0,793 = 0,958 кВт                           (6.2) 
Q3 = 0,9 кВт + 0,793 кВт = 1,693 кВт 
Тепер ми можемо визначити: 
                                            Q = Q1 + Q2 + Q3                                          (6.3) 
Q = 2,86 кВт + 0,4 кВт + 1,693 кВт = 4,95 кВт 
Рекомендований діапазон потужності (від -5% до +15% розрахункової 
потужності Q): 4.70кВт < Qrange < 5,69 кВт. 
Нам залишилося вибрати модель підходящої потужності. Більшість 
виробників випускає спліт-системи з потужностями, близькими до стандартного 
ряду: 2,0 кВт; 2,6 кВт; 3,5 кВт; 5,2 кВт; 7,0 кВт. З цього ряду обираємо модель 
потужністю 5,2 кВт. 
 
Рисунок 6.2 – Кондиціонер Saturn ST-18TLHR/Bio 
 
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
 69 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Технічні характеристики кондиціонера Saturn ST-18TLHR/Bio 
- Рекомендована площа приміщення - 50 кв.м; 
- Тип компресора - звичайний; 
- Тип фреону - R410A; 
- Холодопродуктивність - 5,28 кВт; 
- Теплопродуктивність - 5,42 кВт; 
- Рівень шуму, внутрішній блок - 45 дБ; 
- Рівень шуму зовнішній блок - 52 дБ; 
- Режими - автоматичний, вентилятор, нічний, обігрів, осушення,  
  охолодження, турборежим. 
Додаткові характеристики кондиціонера 
- Таймер - на 24 години; 
- Дисплей на внутрішньому блоці; 
- Фільтри тонкого очищення, електростатичний фільтр; 
- Діапазон зовнішньої робочої температури - від +1 до +43 °С; 
- Захист від обдування холодним повітрям; 
- Захист від обмерзання зовнішнього блоку; 
- Плавний пуск; 
- Габарити внутрішнього блока - 28х90х20,2 см; 
- Габарити зовнішнього блока – 55,2х76х25,6 см; 
- Вага внутрішнього блоку - 11 кг; 
- Вага зовнішнього блоку - 35 кг. 
 
 
 
  
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
 70 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Висновок 
 
 
Метою роботи була автоматизація цифрового вимірювача допустимої сили 
струму для тензорезисторів, з урахуванням характеристик похибки та властивостей 
тензодатчика. З метою досягнення цієї мети були вирішені наступні завдання: 
проведено аналіз існуючих видів сучасних тензорезисторів, вибрані найбільш 
підходящі елементи для інформаційно-вимірювальної системи, виконані необхідні 
розрахунки та метрологічний аналіз. 
Результати роботи сприятимуть створенню серійно виготовлених приладів 
для вимірювання сили струму на основі тензорезисторів з точністю та надійністю, 
що знаходяться в межах заданих характеристик. Це дозволить користувачам 
здійснювати вимірювання з високою точністю і спростить процес контролю 
допустимих значень сили струму. 
Крім того, розробка приладу зможе сприяти покращенню продуктивності та 
зниженню витрат на працю, оскільки автоматизована система дозволить замінити 
ручні методи вимірювання на автоматичні. Це може мати позитивний вплив на 
ефективність виробництва та прибутковість підприємства. 
У підсумку, розробка автоматизованого цифрового вимірювача сили струму 
для тензорезисторів має важливе економічне значення, оскільки сприяє 
підвищенню продуктивності, поліпшенню якості вимірювання, зниженню витрат 
на працю та зменшенню ризиків, що може привести до підвищення ефективності 
виробництва та збільшення конкурентоспроможності підприємства 
 
. 
  
Арк  
 РС93.19018.001 ПЗ 
З 
71 
м. Лист № докум. Підпис Дата