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 «Автомат для вимірювання електричної ємності» 
 
 
 
Виконав здобувач освіти 4 курсу, групи РС93 
спеціальність: 151 – Автоматизація та  
комп’ютерно-інтегровані технології 
освітня програма: Робототехнічні системи та 
автоматизація 
_____Сотник Андрій Вікторович  
Керівник       Базіло К.В.  
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............................................................................................................ 4 
1 Обґрунтування необхідності проектування на основі критичного  
аналізу існуючих аналогів..................................................................................   6 
1.1 Вимірювання параметрів конденсаторів……... 6 
1.2 Огляд методів вимірювання параметрів конденсатора 9 
1.3 Мостовий метод вимірювання великих ємностей 11 
1.4 Метод заміщення 14 
1.5 Метод заряду-розряду конденсаторів 15 
2 Обґрунтування технічного завдання...................................................... 19 
3 Розробка структурної та електричної принципової  схеми …….…….. 20 
3.1 Розробка структурної схеми ……………………………..………….. 20 
3.2 Розробка  електричної принципової схеми …………………..……. 22 
4 Розрахунок похибок …………………………… 37 
5 Технологічний розділ ………… 42 
6 Спеціальний розділ…………………………………………………….. 47 
6.1 Економічне обґрунтування розробки автомату для вимірювання  
електричної ємності …………………………………………………….. 47 
6.2  Охорона праці………………………………………………………. 49 
Висновок…………………………………………………………….……. 63 
Список використаної літератури………………………………………... 65 
Додаток А   Відомість технічного проекту…………….……………….. 68 
Додаток Б    Перелік нормативних документів………………………... 69 
Додаток В   Перелік елементів ………….....  71 
Додаток Г Розрахунки на ЕОМ                                      ………………………. 73 
      
      РС93.21051.001 ПЗ 
Зм. Лист № докум. Підп  Дата 
Разроб. Сотник.   Літ. Лист Листів 
Пров. БазілоК.В.   Автомат для вимірювання  Т  3  
      електричної ємності 
Н.контр Тичков В.В   Пояснювальна записка ЧДТУ 
Затв.     
 
 
Вступ 
 
 
Вимірювання параметрів конденсаторів з великою ємністю - це складне і 
важливе завдання під час контролю якості технічних характеристик і точності 
конденсаторів, що випускаються. Нині високоємнісні конденсатори знаходять 
важливе і відповідальне застосування в різних сферах виробництва військової та 
аерокосмічної, електронної та електротехнічної промисловості. 
Під час виробництва конденсаторів необхідно вимірювати та контролювати 
їхні характеристики. Тому актуальність створення нових і сучасних засобів, що 
дають змогу автоматизовано виконувати відповідні вимірювання на 
спеціалізованих виробництвах, досить велика. 
Стандартні засоби загального призначення для вимірювання ємності, що 
серійно випускаються, як правило, мають діапазон вимірювань, який не дає змоги 
використовувати їх для вимірювання характеристик високоємнісних 
конденсаторів. Процес заряду і розряду конденсаторів з великою ємністю 
відбувається досить повільно, тому під час використання засобів вимірювань для 
контролю конденсаторів з великою ємністю на потокових виробництвах постає 
питання про швидкодію і збільшення швидкості вимірювання. 
Розробленням і випуском спеціальних вимірювальних пристроїв, що дають 
змогу вимірювати велику ємність, займаються великі виробники, зокрема серед 
них - такі найвідоміші зарубіжні фірми, як GOOD WILL INSTRUMENTS CO, ВАТ 
МНІПІ, ROHDE & SCHWARZ . 
На сьогодні ринок засобів вимірювання ємності представлений здебільшого 
LCR-вимірювачами, що серійно випускаються великими компаніями. Виробники 
намагаються зробити такі засоби вимірювання якомога універсальнішими, щоб 
охопити ширшу нішу можливих застосувань. Вимірювання високоємнісних 
конденсаторів - цеспеціалізоване завдання, що має низку особливостей, які 
ускладнюють використання стандартних засобів. Тому актуальним є завдання 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 4 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
розроблення спеціальних засобів вимірювань для потреб військових та 
аерокосмічних виробництв. 
Метою роботи є розробка простого і швидкодіючого засобу вимірювань, що 
дає змогу вимірювати великі ємності та задовольняє вимогам, викладеним у 
технічному завданні. 
 
  
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 5 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
1 Обґрунтування необхідності проектування на основі критичного 
аналізу існуючих аналогів 
 
1.1 Вимірювання параметрів конденсаторів 
Вимірювання параметрів конденсаторів є досить поширеним і частим 
завданням для багатьох виробництв. Розробленням і випуском серійних 
стандартних засобів вимірювання займається досить велика кількість 
приладобудівних фірм. Найчастіше прилади, що виготовляються, орієнтовані на 
вимірювання ємностей у діапазоні від 1 пФ до 10 мФ і не повною мірою підходять 
для розв'язання поставленого завдання про вимірювання великої електричної 
ємності. Безумовно, на ринку присутні прилади, що дають змогу вимірювати 
параметри конденсаторів винятково великої ємності, але через специфіку завдання 
їх не так багато. У цьому огляді будуть розглянуті сучасні LCR - вимірювачі, 
призначені для вимірювання характеристик високоємнісних конденсаторів. 
Вимірювальні засоби, представлені в таблиці 1.1, призначені для 
вимірювання основних характеристик конденсаторів, резисторів, котушок 
індуктивності. У таблиці 1.1 зазначено основні технічні характеристики 
розглянутих серійних засобів вимірювання ємності, що розглядаються. 
Для об'єктивного розгляду LCR-вимірювачів спеціально для порівняння 
було взято вимірювальні засоби як зарубіжних, так і російських виробників. 
Таблиця 1.1 - Таблиця порівняльних характеристик вимірювальних засобів 
LCR-7826 LCR Hameg 
Модель приладу МНІПІ Е7-20 [5] LCR-829 [46] 
[4] HM8118 [7] 
Діапазон 0,01 фФ 
0,01 пФ ÷ 20 пФ ÷ 2, 
вимірюва ÷99999 1 фФ ÷1 Ф 
100мФ 083 мФ 
ння ємності мкФ 
Межа відносної 
сильної 0,1 % ± 0,1 % 0,05 % 0,1 % 
похибки 
 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 6 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Продовження таблиці 1.1 
100 Гц÷2 
кГц 12 Гц÷100 кГц 
Частота тест- 20 Гц÷200 
16 фікс. 25 Гц÷1МГц 503 точки за 
сигналу кГц 
точок за частотою 
частотою 
У всіх представлених вимірювачів передбачена можливість 
Схема заміщення використання паралельної та паралельної 
послідовної схем заміщень 
повільно: 700 
повільно: 400 
Швидкіст ь мс; помірно: 
34 мс мс; швидко: 40 34 мс 
вимірюва ння 125 мс; 
мс 
швидко: 70 мс 
USB/RS-232, 
опціонально LCR-07, LCR-08, 
Інтерфейс LCR- 06A RS-232С 
IEEE-488 LCR-09, RS-232 
(GPIB) 
Температура, 
від 10 до 50 від 5 до 40 від 5 до 40 від 10 до 50 
0С 
Вологість, не більше не більше 
не більше 80 не більше 85 
% 85 90 
100 В ÷ 240 
В, (220±22)В, 50 110 ÷ 230 В, 100В÷240В, 
Живлення  
50 Гц ÷ 60 Гц 50 ÷ 60 Гц, 50Гц÷60Гц 
Гц 
Габаритні 330×149×4 127×298×300 365×285×75 330×149×437 
розміри 37мм мм мм мм 
Вага 5,5 кг 4 кг 4 кг 5,5 кг 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 7 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Дані таблиці 1.1 дають змогу зазначити, що у МНІПІ Е7-20, LCR Hameg 
HM8118 і LCR-829 є можливість вимірювання ємності на частоті 50 Гц і це є 
перевагою порівняно з іншими вимірювальними засобами для конденсаторів. 
Стандартом для всіх розглянутих вимірювальних засобів є здійснення 
живлення через електричну мережу з частотою 50 Гц. Також ще одним стандартом 
де-факто для даних засобів вимірювання є обов'язкова можливість виконання 
вимірювань як за паралельною, так і за послідовною схемами заміщення. Це дає 
змогу розширити діапазон значень вимірюваних параметрів конденсатора і 
забезпечити відносну універсальність вимірювального засобу (як видно з таблиці 
1.1, представлені прилади забезпечують широкий діапазон вимірювання). Серед 
розглянутих вимірювачів найвужчим діапазоном вимірюваних значень ємності 
володіє LCR-829 (до 2 мФ), що істотно менше від необхідних за технічним 
завданням 100 мФ (до того ж цей вимірювальний прилад фірми GW Instek уже 
знято з виробництва). Межа можливої відносної інструментальної похибки 
вимірювачів ємностей варіюється між значеннями 0,05 % і 0,1 %. За даними таблиці 
1.1 видно, що чим дорожчий прилад, тим менші його межі можливої похибки. LCR-
метр АММ-3038 є найбільш швидкодіючим вимірювальним засобом серед 
представлених засобів, швидкість вимірювання в режимі "повільно" становить 187 
мс, а в режимі "швидко" всього лише 13 мс. У LCR- 7826 фірми GW Instek 
представлений свій інтерфейс, під'єднання до контролера якого здійснюється через 
спеціальний вимірювальний 4х- провідний кабель LCR-06A. Для розглянутих 
вимірювальних засобів характерне використання інтерфейсу RS-232. Інтерфейс 
GRIB поставляється до вимірювального засобу в основному опціонально. За 
технічним завданням потрібно, щоб було забезпечено можливість передавання 
даних через інтерфейсу USB. Цю умову без використання додаткових 
перетворювачів інтерфейсів забезпечено тільки у LCR-метра. 
LCR-метр має низку переваг перед іншими представленими 
вимірювальними засобами, серед яких: 
- підвищена швидкодія (13 мс); 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 8 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
- кращі метрологічні характеристики (відносна похибка не перевищує 
±0,05 %); 
- можливість підключення більшої кількості різних інтерфейсів (зокрема 
і USB). 
Водночас LCR-метр має два явні недоліки: високу ціну і те, що цей 
вимірювальний прилад не внесено до реєстру засобів вимірювань. 
Хоча представлені засоби вимірювань вирізняються хорошими технічними 
характеристиками і здебільшого задовольняють технічному завданню (за 
виключенням низки вимог), їхня ціна є суттєво високою, що робить актуальним 
розроблення дешевшого аналога, забезпеченого більшими можливостями з 
передавання та зберігання результатів вимірювань, інтеграції в інформаційно-
вимірювальні системи контролю продукції на технологічних виробництвах. 
 
 
1.2 Огляд методів вимірювання параметрів конденсатора 
Існують різні методи вимірювання ємності конденсаторів. Вимірювання 
високоємнісних конденсаторів займає більш тривалий час, ніж вимірювання 
конденсаторів з маленькою ємністю. Тому не всі методи можуть підійти для 
реалізації вимог технічного завдання - вимірювання параметрів конденсаторів з 
великою ємністю. У цьому розділі розглянуто такі основні методи вимірювання 
параметрів конденсатора: метод амперметра - вольтметра, мостовий метод, метод 
заміщення (порівняння ємностей), метод заряду-розряду конденсаторів 
Метод амперметра - вольтметра 
Під час використання методу амперметра - вольтметра здійснюються 
вимірювання сили струму і напруги в ланцюзі з вимірюваним двополюсником. 
Елементи ланцюга розраховують за отриманими результатами за законом Ома. 
Метод може бути використаний для вимірювання активного і повного опору та 
ємності [1]. 
Принцип вимірювання ємності методом амперметра - вольтметра 
прояснено рисунком 1.1. Представлена на ньому структурна схема застосовується 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 9 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
для вимірювання параметрів високоємкісних конденсаторів [1]. 
 
 
Рисунок 1.1 - Структурна схема вимірювання ємності методом 
амперметра - вольтметра 
 
Ємнісний опір конденсатора становить: 
 
(1.1) 
 
Звідси : 
 
(1.2) 
 
де ���� = 2π����, ���� - частота струму в ланцюзі, �������� - напруга, вимірювана 
вольтметром [1]. 
Вимірювання великої ємності накладає свою специфіку: метод 
амперметра-вольтметра в такому разі зводиться до вимірювання дуже слабких 
сигналів, оскільки: 
 
(1.3) 
 
де j - уявна одиниця. Отже, якщо заряджаємо конденсатор слабким струмом, 
то за великого C отримуємо ���� ~ 0. Скомпенсувати цю обставину частково можливо, 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 10 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
якщо взяти ω ≪ 1. Тоді отримуємо, що по суті має місце робота з постійним 
струмом. За великої ємності метод амперметра-вольтметра і вимірювання часу 
заряду - за великим рахунком один і той самий метод вимірювання. 
Методична похибка результатів вимірювань методом амперметра- 
вольтметра залежатиме від того, який внутрішній опір мають вимірювальні 
прилади, що використовуються. Зі схеми видно, що методична похибка буде тим 
меншою, чим більшим є опір вольтметра Rv , за �������� → ∞ методична похибка 
убуватиме до нуля. 
Варто зазначити, що межі похибки вимірювання параметрів елементів кіл 
даним методом зростають зі збільшенням частоти, а на низьких частотах 
становлять 0,5÷10 % [1]. За даними іншого джерела гранична похибка може 
становити до 1,5÷2 % [1]. 
Цей метод вимірювання параметрів частково підходить за технічним 
завданням і буде використаний під час розроблення. Важлива особливість методу 
- це структурна простота. З іншого боку, цей метод має порівняно невисоку 
точність вимірювання (для цього методу характерна систематична методична 
похибка, що зумовлена класом точності вимірювальних приладів, які 
використовуються). Про це свідчать дані джерел [1,2]. При цьому, втім, слід мати 
на увазі, що наведені оцінки можливої похибки зумовлені застосуванням окремих 
конкретних вимірювальних приладів (стрілочних амперметра і вольтметра). Якщо 
під час розроблення вимірювача ємності використовуватимуть не готові серійні 
амперметр і вольтметр, а їхню функціональність буде реалізовано на мікросхемах, 
спеціально підібраних під вимоги технічного завдання, то, можливо, вдасться 
забезпечити меншу похибку. 
 
 
1.3 Мостовий метод вимірювання великих ємностей 
Мостові схеми використовують для вимірювання характеристик елементів 
електричних ланцюгів, таких, як опір і ємність, шляхом порівняння зі зразковими 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 11 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
величинами, значення яких відомі. 
Під час вимірювання ємності конденсатора необхідно враховувати, що він 
зазвичай має втрати. Реальний конденсатор представляється еквівалентною 
схемою у вигляді ідеальної ємності, послідовно або паралельно з'єднаної з 
активним опором втрат [2]. 
На рисунку 1.2 зображено паралельну та послідовну схеми заміщення 
конденсатора. 
 
 
 
 
 
Рисунок 1.2 - Паралельна та послідовна схеми заміщень 
На рисунку 1.3 зображено типові схеми мостів для вимірювання ємності 
методом порівняння з мірою [2]. 
 
Рисунок 1.3 - Схеми мостів для вимірювання ємності 
Міст, зображений на рисунку 1.3а, призначений для вимірювання ємності 
конденсатора з малими втратами. Вимірювання проводять шляхом урівноваження 
моста за показаннями нуль-індикатора (НІ на рисунку). Тоді шукані 
характеристики конденсатора можуть бути обчислені непрямим чином. 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 12 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
Умови рівноваги моста, представленого на рисунку 1.3а, мають вигляд [2] 
 
 
(1.4) 
 
Як зразкову ємність з високою точністю, яка не регулюється, 
використовують ємність ����3 . Для того, щоб урівноважити мости, використовують 
регульовані опори ���� 3 і ����4 . 
Для вимірювання ємності з великим значенням tg ���� використовується схема 
з паралельним увімкненням (рисунок 1.3б), тому що в разі послідовного 
увімкнення опір ����3 має бути більшим [2]. 
Рівновага моста, представленого на рисунку 1.3б, визначається виразами [2]. 
 
(1.5) 
 
Під час вимірювання ємності та точного визначення тангенса кута 
діелектричних втрат використовується міст, зображений на рисунку 1.3в. Умови 
його рівноваги описуються виразами [2]. 
 
(1.6) 
 
У представленій схемі ємність ����3 - це зразкова ємність із малим тангенсом кута 
діелектричних втрат, зазвичай "����4 і ����4 регулюються до досягнення рівноваги" [2]. 
Мостовий метод, безумовно, має таку перевагу, як можливість досягнення 
великої точності вимірювання великих ємностей без використання складних і 
дорогих приладів (похибка вимірювання не перевищує 1% [1]; за даними іншого 
джерела для аналогових мостів похибка досягає 3%, тоді як для цифрових мостів 
похибка становить 0,2% [1]). До недоліків методу можна віднести складність і 
тривалість процесу врівноваження моста (що пов'язано з вимірюванням 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 13 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
конденсаторів з великою ємністю). Більш детальних даних щодо швидкості 
вимірювання ємності в літературі немає. На думку автора, цей метод цілком може 
бути використаний під час проектування вимірювального приладу завдяки своїй 
точності вимірювання 
 
 
1.4 Метод заміщення 
Метод заміщення або порівняння ґрунтується на порівнянні дії, яку чинить 
вимірювана ємність �������� і ємність ����0 , яка відома. На схемі, зображеній на рисунку 
1.4, ємності ���� ���� і ���� ���� і ���� 0 "порівнюються за значенням їхнього опору змінному 
струму" . 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 1.4 - Схема вимірювання ємностей методом заміщення  
Принцип роботи цієї схеми полягає в тому, що під час увімкнення 
конденсатора �������� у ланцюг у ньому встановлюють струм, силу якого вимірюють і 
порівнюють із силою струму під час використання зразкової ємності. Далі замість 
конденсатора �������� до схеми приєднується магазин ємностей або зразковий 
конденсатор змінної ємності і зміною його ємності ����0 домагаються того, щоб 
����0=�������� [1]. Досягнення рівності контролюється за величиною сили струму в 
ланцюзі. 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 14 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
Цю схему вимірювання можна живити від мережі змінного струму частотою 
50 Гц, якщо потрібно виміряти параметри конденсатора ємністю понад 5 мкФ [1]. 
Метод заміщення є порівняно точним методом вимірювання ємності 
(систематична похибка мінімальна, але не менша за похибку зразкового 
конденсатора), тому що під час заміни вимірюваної ємності на відому не 
призводить до зміни стану ланцюга. Цей метод найчастіше застосовують під час 
вимірювання малих ємностей (від 1 до 10 пФ) [1]. Також цей метод характерний 
порівняно невисокою швидкодією, оскільки взаємодіє одразу з двома великими 
ємностями (до того ж можливе необхідне використання багатозначних мір [1]). Цей 
метод не задовольняє вимогам технічного завдання, тому що метод вимірювання 
повинен мати високу швидкодію через велику величину вимірюваної ємності, чого 
цей метод забезпечити повною мірою не може. 
 
 
1.5 Метод заряду-розряду конденсаторів 
Суть цього методу полягає в тому, щоб виміряти силу струму заряду 
конденсатора з такою частотою, на якій відбувається вимірювання. Іншою 
варіацією методу є вимірювання часу заряду-розряду конденсатора із заданої 
напруги до певного установчого значення. 
На рисунку 1.5 зображено схему заряду конденсатора, що складається з 
незарядженого конденсатора ємністю ����, резистора ���� і джерела живлення з 
постійною напругою [1]. 
  
 
  
 
 
 
 
Рисунок 1.5 - Схема заряду конденсатора на резисторі 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 15 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
Оскільки конденсатор ще не заряджений, то в момент увімкнення джерела 
живлення в ланцюг його напруга становить: 
 
�������� = 0,                                                            (1.7) 
 
де �������� - напруга в початковий момент часу [1]. Сила струму в початковий 
момент часу становить 
 
(1.8) 
 
Напруга конденсатора під час заряду становитиме 
 
(1.9) 
 
тобто збільшується за показовою функцією [1]. 
Зарядний струм конденсатора відповідно матиме силу: 
 
(1.10) 
 
тобто він також як і напруга змінюється за показовою функцією [11]. Час 
заряду до заданого значення U0 складе: 
 
(1.11) 
 
Уся енергія, запасена під час заряду конденсатора в його електричному полі, 
під час розряду виділяється у вигляді тепла в опір ���� [1]. 
Цей метод вимірювання має низку переваг перед іншими методами. Метод 
розряду конденсатора має високу швидкодію. Похибка приладів, розроблених за 
цим методом, становить близько 2 % [1]. 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 16 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
Завдяки цим перевагам останній розглянутий метод - метод заряду/розряду 
конденсаторів - найбільш підходящий за умовами технічного завдання. Цей метод 
буде взято за основу під час проектування вимірювального приладу. Також буде 
застосовано ще другий метод вимірювання - метод вольтметра - амперметра. Як 
було сказано раніше, цей метод простий у реалізації, що зручно під час 
проектування. Усі розглянуті серійні прилади в попередньому розділі засновані на 
цьому методі вимірювання. Тому доцільно використовувати цей метод під час 
проектування вимірювального приладу великої ємності. Ці два методи цілком 
сумісні. 
У таблиці 1.1 подано відомості щодо порівняння відносних похибок і 
швидкодії розглянутих раніше методів. 
 
Таблиця 1.1 - Порівняльна таблиця швидкодії та похибок методів 
вимірювання великих ємностей 
Межі можливої Швидкість 
Назва методу 
похибки вимірювання 
на низьких частотах 
Метод амперметра- 0,5÷1%; 
середня 
вольтметра за даними іншого джерела - 
1,5÷ 2 % 
до 1 %; за даними іншого 
Мостовий метод 
джерела - до 3 % для 
вимірювання великих середня 
аналогових мостів і до 0,2 
ємностей 
% для цифрових мостів 
Систематична похибка 
Метод заміщення повільна 
мінімальна 
Метод заряду/розряду 
близько 2 % швидка 
конденсатора 
 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 17 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
У наведеній таблиці 1.1 зазначено основні параметри, за якими можна 
обґрунтувати вибір найбільш підходящого методу для проєктування 
вимірювального приладу за вимогами технічного завдання (забезпечення 
мінімальної похибки та високої швидкості вимірювання). Видно, що найбільш 
підходящими методами є методи амперметра-вольтметра і заряду/розряду 
конденсатора, тому було обрано ці два методи вимірювання. 
 
 
 
  
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 18 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
2 Обґрунтування технічного завдання 
 
Швидкодіючий вимірювач ємностей у діапазоні до 0,1 Ф. 
Область застосування: 
Вимірювання основних характеристик конденсаторів з великими ємностями 
під час вхідного і вихідного контролю на спеціалізованих виробництвах. 
Метрологічні характеристики: 
• Вимірювана величина - електрична ємність. 
• Діапазон значення вимірюваної електричної ємності - від 1 мкФ до 0,1 Ф. 
• Межа допустимої відносної похибки в каналі вимірювання ємності - не 
більше 0,1%. 
Технічні вимоги: 
• Час, що витрачається на виконання вимірювання, не повинен становити 
більше 1 с. 
• Вимірювач повинен живитися від мережі змінної напруги 220 В. 
• Вимірювач повинен передбачати можливість передачі результатів 
вимірювань у цифровому вигляді на персональний комп'ютер через інтерфейс USB. 
• Вимірювач повинен здійснювати індикацію результатів вимірювання на 
дисплей. 
  
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 19 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
3 Розробка структурної та електричної принципової схеми 
 
 
3.1 Розробка структурної схеми 
У цьому розділі міститься опис структурної схеми вимірювача великої 
ємності конденсатора, основних вузлів, з яких необхідно скласти вимірювальний 
прилад, а також зв'язки та взаємодії між ними. Розроблена структурна схема 
передбачає використання двох методів вимірювання ємності (метод амперметра-
вольтметра і метод заряду-розряду конденсатора - розглянуті й описані в 
попередньому розділі). Схема зображена на рисунку 3.1. 
 
Рисунок 3.1 - Структурна схема вимірювача ємності 
 
Представлена структурна схема містить низку вузлів і компонентів. 
Нижче наведено їхній опис та опис зв'язків між ними. 
Живлення розроблюваного пристрою здійснюється від джерела змінної 
напруги 220 В, 50 Гц. Змінна напруга через розподільний трансформатор 
знижується до 15 В, випрямляється в постійну напругу і стабілізується до рівнів, 
необхідних для живлення елементів схеми (за допомогою стабілізаторів № 1 і № 2). 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 20 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
Стабілізатор №1 видає напругу 3,3 В, необхідну для живлення 
мікроконтролера, джерела опорної напруги №1 і ∑Δ АЦП (сигма дельта аналого-
цифровий перетворювач). Стабілізатор №2 видає напругу 5 В, необхідну для 
живлення джерела струму. Стабілізатор № 2 повинен видавати струм необхідної 
сили для забезпечення ним джерела струму (що дорівнює або перевищує 120 мА). 
У схемі використано два джерела опорної напруги. ДОН №1 (джерело 
опорної напруги) призначене для точного завдання опорної напруги для ∑Δ АЦП 
(з цією напругою відбувається порівняння напруги на вході АЦП). ДОН №2 
призначений для завдання сили струму, що видається джерелом. 
∑Δ АЦП перетворює аналоговий сигнал, що надходить, взаємодіє з МК 
(мікроконтролер). 
МК - це основний компонент розроблюваного вимірювального пристрою. 
Призначений для опрацювання отриманої інформації, взаємодії з персональним 
комп'ютером (ПК), передавання даних для відображення інформації на РК-
дисплей. Також МК здійснює керування периферійними пристроями та ключами. 
У схемі використовується рідкокристалічний дисплей, що відображає 
результати виконаних вимірювань. 
Використовуваний МК відповідно до вимог технічного завдання повинен 
підтримувати можливість під'єднання по шині USB, по якій здійснюється передача 
на ПК результатів вимірювань. 
Джерело струму дає змогу здійснювати заряд конденсатора постійним або 
змінним струмом. Цифрові ключі служать для комутації елементів схеми в різні 
фази процесу вимірювання (перевірка значення сили видаваного струму, заряд 
конденсатора, вимірювання напруги на конденсаторі, розряд конденсатора). 
Щойно конденсатор починає заряджатися, запускається процес 
вимірювання інтервалу часу на мікроконтролері за допомогою таймера- 
лічильника. Після того, як конденсатор зарядився до заданого рівня напруги, 
відбувається припинення видачі струму джерелом і комутація схеми в положення 
"розряд". Комутації в схемі здійснюються з використанням цифрових ключів. 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 21 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
Схема комутації дає змогу здійснити під'єднання виходу джерела струму до 
перетворювача сили струму в напругу. Перетворювач сили струму в напругу 
необхідний для того, щоб у разі використання неточного джерела струму можна 
було б точно виміряти силу струму, який воно видає. Це дасть змогу забезпечити 
вимоги технічного завдання до метрологічних характеристик розроблюваного 
пристрою. Оскільки точність вимірювання ємності конденсатора залежить від 
точності відтворюваної сили струму його заряду, то ця величина має бути відома 
точно. 
 
3.2 Розробка схеми електричної принципової  
У цьому розділі здійснено вибір компонентів і вузлів проєктованого 
вимірювального пристрою та його обґрунтування відповідно до структурної схеми, 
представленої в розділі 3. Згідно зі структурною схемою було розроблено 
електричну принципову схему пристрою, представлену на кресленні. 
Вибір мікроконтролера 
Мікроконтролер здійснює керування різними вузлами проєктованого 
пристрою. Цей елемент має відповідати таким вимогам: має забезпечуватися 
висока продуктивність, швидке опрацювання команд; наявність підтримки USB (за 
вимогами технічного завдання, для з'єднання вимірювального приладу і 
персонального комп'ютера); наявність достатньої кількості цифрових інтерфейсів 
для під'єднання зовнішніх пристроїв (АЦП і ЦАП). Вимог щодо споживання не 
пред'являється. 
МК часто мають вбудований АЦП, але, як правило, використання його в 
додатках, що вимагають підвищеної точності результатів вимірювань, недоцільно, 
тому що він є недостатньо високорозрядним для розв'язуваних у роботі завдань і 
не дасть змоги досягти потрібної межі похибки для результатів вимірювань. 
Найкращими для вибору є мікроконтролери, які випускає фірма Silicon 
Laboratories, оскільки в навчальному плані підготовки було передбачено 
знайомство з архітектурою і системою команд МК цієї фірми серії C8051x. Автору 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 22 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
роботи не потрібен час для вивчення особливостей МК даної архітектури, що 
прискорює розробку проектованого пристрою. 
Під перелічені вище вимоги підходять такі мікроконтролери фірми Silicon 
Laboratories, що задовольняють перерахованим вище попереднім вимогам: серії 
C8051T626 [19], C8051F34B- GQ [20], C8051F383-GQ [3]. 
У таблиці 3.1 представлено основні характеристики МК з перерахованих 
серій, за якими здійснювалося порівняння і вибір найбільш підходящого 
мікроконтролера. 
Таблиця 3.1 - Порівняльна таблиця МК фірми Silicon Laboratories 
 Модель 
Характеристики C8051F383-GQ[3] C8051F34B-GQ[20] C8051T626 [19] 
Число розрядів 10 біт 
Швидкодія 
до 500 ksps до 200 ksps до 500 ksps 
вбудованого АЦП 
Вбудований 
так 
температурний датчик 
Вхідна напруга 2,7 В ÷ 5,25 В 2,7 В ÷ 5,25 В 1,8 В ÷ 5,25 В 
Вбудований 
так так ні 
джерело опорної напруги 
Підтримка USB 2.0 так 
Повна помилка 
вбудованого АЦП на -2 -1 
0 
всьому діапазоні максимум -5 максимум +15 
max +2 min-2 
(похибка повного min 0 min -15 
масштабу) 
Інтегральна/ 
диференціальна  
нелінійність ±0,5 LSB (±1 max) 
вбудованого АЦП 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 23 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
Усі розглянуті в таблиці 3.1 мікроконтролери мають вбудовані АЦП, але для 
вирішення завдання, поставленого в технічному завданні необхідний порівняно 
високорозрядний АЦП, а дані МК ним не володіють, тому буде використана окрема 
мікросхема АЦП. 
Представлені МК мають вбудовані компаратори. Компаратор дає змогу 
порівняти вхідну напругу з опорною напругою, тим самим здійснювати контроль 
значення вхідної напруги. За необхідності його також можна задіяти з метою 
підвищення точності. 
За представленими в Таблиці 3.1 даними краще за інших під вимоги 
технічного завдання підходять мікроконтролери серій C8051F383-GQ [3] і 
C8051T626 [19]. Ці МК мають хороші технічні характеристики. За перевагою 
автора було обрано C8051F383-GQ [3], як більш знайомий. 
 
Вибір аналого-цифрового перетворювача 
Значущим компонентом розроблюваного пристрою є аналого-цифровий 
перетворювач (АЦП). За умовами технічного завдання необхідно було вибрати 
високорозрядний АЦП, по можливості з вбудованим підсилювачем. Також 
необхідно, щоб диференціальна та лінійна похибки були мінімальними для 
зниження помилки результату вимірювань. 
Були розглянуті різні модифікації АЦП фірми Analog Devices, що 
задовольняють перераховані вище попередні вимоги, зокрема такі моделі як 
AD7792 [5], AD7797 [4] і AD778 [24]. 
У таблиці 3.2 наведено порівняльні характеристики ∑ Δ  АЦП фірми Analog 
Devices. 
Варто зазначити, що в розглянутих раніше в попередньому пункті МК, є 
вбудований АЦП. Вбудований АЦП є менш точним (розрядність становить 10 біт) 
порівняно з окремими мікросхемами АЦП, а на вимогу технічного завдання, 
вимірювальний прилад повинен мати досить високу точність. 
 
 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 24 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
Таблиця 3.2 - Порівняльна характеристика ∑Δ АЦП фірми Analog Devices 
Модель 
 
   
Характеристики 
AD7792 [5] AD7797 [4] AD7788 [24] 
Розрядність 16 біт 24 біти 16 біт 
Диференціально- 
- 0,5 LSB - 
ная нелінійність 
Інструменталь- 
так так ні 
ний підсилювач 
Режим зниженого  
енергоспоживання 1 мкА 
Напруга 
2,7 В ÷ 5,25 В 2,7 В ÷ 5 В 2,5 В ÷ 5,25 В 
харчування 
Швидкодія 4,17 Гц ÷ 470 Гц 4,17 Гц ÷123 Гц 50 Гц і 60 Гц 
Інтегральна ± 15 ppm на всьому ± 10 ppm на всьому ± 15 ppm на всьому 
нелінійність діапазоні діапазоні діапазоні 
Повна помилка на 
всьому діапазоні  
(похибка повного ± 10 мкВ 
масштабу) 
Похибка коефіцієнта 
посилення (gain ± 3 ppm/ C ± 3 ppm/ C ± 0,5 ppm/ C 
помилка) 
Середньоквадрати ч- 
0,81 мкВ ÷ 12,46 0,065 мкВ ÷ 0,43 1,5 мкВ на 
ное відхилення 
мкВ мкВ всьому діапазон 
шуму 
 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 25 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
За порівняльними характеристиками, зазначеними в таблиці 3.2, найбільш 
підходящим компонентом за умовами технічного завдання є АЦП AD7797 [4]. 
Розглянутий АЦП є найбільш багаторозрядним (24 бітний) і має достатню 
швидкодію, хоча AD7792 [5] і реалізує більший діапазон частот (4,17 Гц ÷ 470 Гц). 
Але розрядність у AD7792 [5] значно нижча (16 біт). Ця обставина важлива під час 
вибору АЦП за вимогами технічного завдання. Варто зазначити, що AD7797 [4] має 
найменше відхилення середньоквадратичного шуму на всьому діапазоні. Тому як 
готовий компонент було обрано AD7797 [4]. 
 
Вибір РК-дисплея 
Для відображення результатів вимірювань на проектованому 
вимірювальному пристрої необхідний РК-дисплей. Особливих вимог за умовами 
технічного завдання до нього не висувається, тому достатньо вибрати простий 
некольоровий дисплей із двома рядками відображення тексту. Було обрано 
недорогий (вартість виробу становить у середньому 220 рублів) РК-дисплей фірми 
Winstar модель WH0802A1 [6] із синім дисплеєм, дворядний. 
 
Вибір стабілізатора №1 
Даний компонент використовується для стабілізації напруги живлення 
мікроконтролера C8051F383-GQ [3], ІОН №1 ADR4540 [10], ∑Δ АЦП AD7797 [4] і 
на ключах ADG839 [14] і ADG841 [7]. Стабілізатор має перетворювати напругу з 5 
В у 3,3 В для живлення перерахованих компонентів. Стабілізатор має бути здатний 
видати струм достатньої сили. Під ці вимоги підходить понижувальний 
стабілізатор напруги фірми Analog Devices, модель AD3333ARM-3.3RL [8], з 
малим падінням напруги. Діапазон напруги живлення становить 2,6 В ÷ 12 В. 
AD3333ARM-3.3RL [8] характерний високою точністю в усьому діапазоні вхідних 
напруг (±0,8 % при 25 С) [8]. Оскільки особливих вимог до стабілізатору не 
пред'являється, обмежимося в обґрунтуванні зробленим вибором. 
 
 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 26 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
Вибір стабілізатора №2 
Цей компонент використовується для стабілізації напруги на джерелі 
струму AD5821A [27], РК-дисплеї WH0802A1 [6] та операційному підсилювачі 
AD8655 [31]. Стабілізатор має підтримувати вихідну напругу, що дорівнює 5 В. Під 
ці вимоги підходить понижувальний стабілізатор фірми Analog Devices, 
аналогічний представленому в попередньому пункті роботи: модель AD3333ARM-
5RL [8] з малим падінням напруги. Діапазон напруги живлення становить 2,6 В ÷ 
12 В. AD3333ARM-3.3RL [8] характеризується високою точністю в усьому 
діапазоні вхідних напруг (±0,8 % при 25 С) [8]. Оскільки особливих вимог до 
стабілізатора не висувається, обмежимося зробленим вибором. 
 
Вибір джерела опорної напруги №1 
Цей компонент використовується для відтворення заданої постійної 
напруги, що слугує опорною для ∑Δ АЦП AD7797 [4]. Крім точності та 
температурної стабільності особливих вимог до цього компонента не висувається. 
Були розглянуті різні мікросхеми джерел опорної напруги фірми Analog 
Devices, що задовольняють перераховані вище попередні вимоги, зокрема такі 
моделі, як ADR4533 [10], ADR3533 [11] і ADR366 [9]. 
У таблиці 3.3 наведено порівняльні характеристики перелічених джерел 
опорної напруги. 
За даними таблиці 3.3 було обрано ІОН фірми Analog Devices, модель 
ADR4533 [10]. ADR4533 має найменший температурний коефіцієнт вихідної 
напруги, що забезпечує температурну стабільність. Межа похибки вихідної 
напруги у цього джерела найменша порівняно з іншими розглянутими моделями 
ІОН. Вимог до сили споживаного струму немає, тому, хоча ADR4533 [10] і має 
найбільше споживання струму, виберемо його. 
 
 
 
 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 27 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
Таблиця 3.3 - Порівняльні характеристики джерел опорної напруги 
Модель 
 
   
Характеристики 
ADR4533 [10] ADR3533 [11] ADR366 [9] 
Діапазон вхідної 
3,4 В ÷ 15 В 3,5 В ÷ 5,25 В 3,6 В ÷ 15 В 
напруги 
Вихідне 
3,3 В 
напруга 
Максимальна 
помилка вихідного ±0,02 % ±0,1 % ±0,125 % 
напруги 
Максимальний 
температурний 
коефіцієнт 2 ppm/ C 5 ppm/ C 9 ppm/ C 
вихідного 
напруги 
Сила споживаного 
струму 950 мкА 100 мкА 190 мкА 
(максимальна) 
 
Вибір ключів 
У структурній схемі для комутації були використані цифрові ключі. У схемі 
передбачено підключення чотирьох однопозиційних ключів і одного 
двопозиційного ключа для забезпечення різних режимів роботи пристрою. 
Двопозиційний ключ необхідний для того, щоб струм від джерела зарядив 
конденсатор (в одному положенні ключа) і (в іншому положенні ключа) щоб 
виміряти силу струму з використанням перетворювача сили струму в напругу. 
Особливих вимог до вибору цих компонентів немає, окрім вимог 
найменшого опору в закритому стані та найменшої паразитної ЕРС. Вимоги щодо 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 28 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
живлення в технічному завданні не передбачаються. 
Було розглянуто такі однопозиційні ключі провідного виробника цифрових 
ключів - фірми Analog Devices, що задовольняють перелічені вище попередні 
вимоги: ADG417 [12] і ADG841 [7]. 
В таблиці 3.4 представлені порівняльні характеристики однопозиційних 
ключів. 
 
Таблиця 3.4 - Порівняльні характеристики однопозиційних ключів 
 Модель 
Характеристики ADG417T [12] ADG841 [7] 
Опір у 
закритому стані 70 Ом 0,048 Ом 
стані (RON ) 
Струм витоку (IS) ±0,4 нА ±0,2 нА 
Діапазон вхідного 
5 В ÷ 12 В 2,7 В ÷ 3,6 В 
напруги 
 
Виходячи з представлених у таблиці 3.4 відомостей, можна зробити 
висновок про малу величину значення паразитної ЕРС, що виникає під час 
комутації ключа. Сама величина електрорушійної сили виробником не нормована, 
але судячи з величини струмів витоку, величина сили вкрай незначна. За 
величиною опору в закритому стані був обраний ключ ADG841 [7]. 
Також було розглянуто два двопозиційні ключі фірми Analog Devices, що 
задовольняють аналогічні перерахованим вище попереднім вимогам: ADG849 [13] 
і ADG839 [14]. 
У таблиці 3.5 подано порівняльні характеристики двопозиційних ключів. 
 
 
 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 29 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
Таблиця 3.5 - Порівняльні характеристики двопозиційних ключів 
 
 Модель 
Характеристики ADG849 [13] ADG839 [14] 
Опір у 
закритому стані 1,2 Ом 0, 061Ом 
стані (RON ) 
Струм витоку (IS) ±0,1 нА ±0,2 нА 
Діапазон вхідної 
2,7 В ÷ 3,6 В 
напруги 
 
Двопозиційні ключі оцінюються за такими ж критеріями, що й 
однопозиційні. Тому було обрано ключ ADG839 [14]. 
 
Вибір джерела струму 
Джерело струму можна організувати за допомогою цифроаналогового 
перетворювача зі струмовим виходом, оскільки потрібно передбачити можливість 
підстроювання сили струму, що видається. МК налаштує комутаційну схему, а потім 
подасть керуючий сигнал на ЦАП. Особливих вимог до джерела струму в 
технічному завданні не висувається, але необхідно, щоб вихідний струм міг 
забезпечити заряд конденсатора за заданий час. 
Було розглянуто різні модифікації струмових ЦАП фірми Analog Devices, 
що задовольняють перелічені вище попередні вимоги: AD5821A [12], AD5398A [4] 
і ADN8810 [14]. 
У таблиці 3.6 наведено порівняльні характеристики струмових ЦАПів 
 
 
 
 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 30 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
Таблиця 3.6 - Порівняльні характеристики струмових ЦАПів 
 Модель 
Характеристики AD5821A [7] AD5398A [4] ADN8810 [14] 
Розрядність 10 біт 12 біт 
Швидкодія до 400 кГц - 
Робоче 
2,7 В ÷ 5,5 В 5 В 
напруга 
Диференціальна 
±1 LSB ±0,75 LSB 
нелінійність 
Вихідний струм до 120 мА до 300 мА 
Максимальна 
похибка коефіцієнта 
±0,6 % ±1 % 
посилення (gain 
помилка) 
Вбудований ІОН так ні 
 
За даними таблиці 3.6 найбільш підходящими струмовими ЦАП є AD5821A 
[27] і AD5398A [4], за технічними характеристиками вони ідентичні. У цих моделей 
є вбудований ІОН, що було б бажано під час вибору. Дані ЦАП є досить 
швидкодіючими, а також межа їхньої похибки коефіцієнта посилення менша, ніж 
у ADN8810 [14]. З приводу числа розрядів вимог у технічному завданні не 
висувалося. Від числа розрядів залежить дискретність (крок) відтворення сили 
струму, від якої точність результату вимірювання не залежить. Було обрано 
AD5821A [7]. 
 
Вибір джерела живлення 
За умовами технічного завдання необхідно передбачити, щоб джерело 
живлення було перетворювачем напруги з 220 В змінної напруги на 12 В 
постійного струму. Як такий перетворювач було використано класичну схему на 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 31 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
основі мостового діодного випрямляча [30]. 
Схема джерела живлення зображена на рисунку 3.2. 
 
 
Рисунок 3.2 - Схема джерела живлення з 220 В на 12 В 
За схемою, зображеною на рисунку 3.2, видно, що струм спочатку протікає 
через запобіжник номіналом 0,5 А, далі протікає через понижувальний 
трансформатор із напругою з 230 В на 15 В ТП115-К6 [14]. Трансформатор 
необхідний для забезпечення гальванічної розв'язки. Для індикації наявності 
напруги передбачено підключення світлодіода та резистора. Робота діодного моста 
полягає в перетворенні змінного струму в однополярний. Підключення 
конденсатора на виході діодного моста необхідне для згладжування пульсацій 
випрямленої синусоїдальної напруги. Для захисту від надлишкової сили струму у 
вихідному ланцюзі трансформатора використано термістор (під час збільшення 
струму через термістор відбувається його нагрівання і відповідно сильно 
збільшиться опір). 
стабілітроном (підтримує в точці ввімкнення стабільну напругу). Після чого 
однополярний струм надходить на DC-DC перетворювач з 12 В на 5 В. Таким 
чином, здійснюється робота джерела живлення. 
 
Вибір перетворювача сили струму в напругу 
Перетворювач сили струму в напругу необхідний для того, щоб точно 
виміряти силу того струму, який видає джерело. 
Для перетворення сили струму в межах до 120 мА в напругу необхідно 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 32 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
використовувати потужний операційний підсилювач з високим вихідним струмом 
(більшим, ніж вихідний струм на ЦАП). В іншому разі відбудеться відмова роботи 
пристрою. Також бажано, щоб ЕРС зміщення ОУ було б малим. Інші вимоги під 
час вибору ОУ, що випливали б із технічного завдання, відсутні. 
На рисунку 3.3 представлено схему перетворювача сили струму в напругу. 
 
Рисунок 3.3 - Схема перетворювача сили струму в напругу. 
На рисунку 3.3 було використано такі позначення: I - сила струму, R - опір, 
E - напруга. 
Були розглянуті різні моделі ОУ фірми Analog Devices, що задовольняють 
перераховані вище попередні вимоги: зокрема, такі моделі, як AD8655 [1], AD8010 
[42] і AD8615 [3]. 
У таблиці 3.7 наведено порівняльні характеристики ОУ. 
Таблиця 3.7 - Порівняльні характеристики ОУ 
 Модель 
Характеристики AD8655 [31] AD8010 [42] AD8615[43] 
Вихідний струм 220 мА 200 мА 150 мА 
50 мВ 250 мВ 23 мВ 100 мВ 
ЕРС зміщення 5 мВ 12 мВ (max) 
(max) (max) 
ЕРС зміщення при 0,4 мВ/ C 3 мВ/ C 
10 мВ/ C 
температурі 2,3 мВ/ C (max) 10 мВ/ C (max) 
Напруга живлення 2,7 В ÷ 5,5 В 4,5 В ÷ 12,6 В 2,7 В ÷ 5,0 В 
Коефіцієнт 100 дБ (min) 105 В/мВ (min) 
- 
посилення 110 дБ 1500 В/мВ 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 33 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
Виходячи з наведених у таблиці 3.7 даних, було обрано потужний ОУ фірми 
Analog Devices, модель AD8655 [31]. AD8655 [1] має відповідні технічні 
характеристики, зокрема здатний забезпечити вихідний струм силою до 220 мА. 
Збільшення ЕРС зсуву при зміні температури у даного ОУ найменше і становить 
0,4 мВ/ C. Вимог щодо живлення не пред'являється. 
Після вибору ОУ необхідно провести розрахунок резистора (R), 
представленого на рисунку 3.3, для зворотного зв'язку. Для розрахунку необхідно 
значення напруги опорної напруги і сила струму, що видається. Отримані значення 
підставляємо у формулу й отримуємо, що опір на резисторі для зворотного зв'язку 
становить: 
  
(3.3) 
 
Номінальне значення розрахованого резистора підбирається за таблицею 
"Стандартні ряди номінальних значень опорів" [48]. Резистор із розрахованим 
номіналом відсутній, тому використовуватиметься найближчий до розрахованого 
значення. Для цього взято номінал R = 27,4 Ом із ряду E192. 
 
Вибір DC-DC перетворювача 
Цей компонент необхідний для перетворення напруги з 12 В на 5 В. Інших 
вимог до DC-DC перетворювача не пред'являється за умовами технічного завдання. 
Тому достатньо було вибрати простий перетворювач з 12 В на 5 В. 
Як DC-DC перетворювач було обрано модель Recom RV-0505D/R6.4 фірми 
Elcodis [5] з гальванічною розв'язкою. Вихідний струм становить 200 мА. Точність 
вихідної напруги становить ±5%. Діапазон вхідної напруги становить ±10%. 
Мінімальний опір ізоляції становить 15 ГОм. Дана модель володіє достатніми 
технічними характеристиками, і оскільки вимоги в технічному завданні до цього 
елемента не пред'являлися, то в якості готового компонента була обрана модель 
Recom RV-0505D/R6.4 [5]. 
 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 34 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
Вибір трансформатора 
Для розв'язання поставленого завдання (забезпечення гальванічної 
розв'язки) необхідно було передбачити підключення понижувального 
трансформатора з 230 В на 15 В відповідно до класичної схеми джерела живлення, 
описаної раніше. Особливих вимог до трансформатора не передбачається. Вимоги 
щодо типорозмірів відсутні. 
Вхідна напруга трансформатора ТП115-К6 [4] становить 220 В ±10 % із 
частотою 50 Гц ±0,5 Гц. Вихідний струм становить 1,3 А. Тому обмежимося 
вибором простого понижувального трансформатора ТП115-К6[4]. 
 
Вибір кварцового резонатора 
Для підвищення стабільності роботи МК необхідне під'єднання зовнішнього 
кварцового резонатора для завдання необхідної тактової частоти (для високої 
стабільності тактового генератора). Кварцовий резонатор повинен забезпечувати 
можливість здійснити всі дії з потрібною частотою. Що вища частота кварцу, то 
вище споживання, але вимоги щодо споживання згідно з технічним завданням 
відсутні. Особливих вимог згідно з технічним завданням для цього компонента не 
передбачається. Вимоги щодо типорозміру відсутні. 
HC-49U [7] має такі технічні характеристики: 
– температурний коефіцієнт становить 30 ppm/ C; 
– резонансна частота - 25 МГц; 
– точність настоювання - 30-10-6 F/F; 
– навантажувальна ємність - 32 пФ. 
Зупинимося на виборі простого надійного кварцового резонатора HC- 49U [7]. 
 
 
 
  
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 35 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
4 Розрахунок похибок  
 
 
Для визначення похибки розроблюваного вимірювального приладу 
необхідно провести оціночний розрахунок. Під час розрахунку похибок необхідно 
врахувати температурні коефіцієнти використаних компонентів. 
У таблиці 4.1. зазначено значення адитивної та мультиплікативної 
складових похибки використовуваних компонентів з урахуванням температурного 
коефіцієнта і без. Дані взято з технічної документації обраних компонентів, 
розглянутих у розділі 3. 
 
Таблиця 4.1 - Значення похибок використовуваних компонентів 
 Найменування компонента 
Вид похибки АЦП (AD7797) Резистор (R) ДОН (ADR4540) 
Адитивна похибка 
10 мкВ 0 Повна похибка 
(Похибка повного масштабу) 
0,02 
Мультиплікативна 
0 0,05 % % 
похибка (Gain error) 
Адитивна похибка з 
   
урахуванням температурного 
- - 2 ppm/°C 
коефіцієнта 
Мультиплікативна похибка з 
   
урахуванням температурного 
3 ppm/°C 55 ppm/°C - 
коефіцієнта 
 
Дані, зазначені в таблиці 4.1, використовуються для розрахунку похибок. 
АЦП (AD7797) має розрядність 24 біти, але в розрахунках, щоб не 
враховувати шуми, буде використане значення ефективної кількості біт, яке 
становить 16,5 біт. Максимальна сила струму для заряду конденсатора 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 36 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
становить 90 мА, напруга ІОН (ADR4540) становить 3,3 В. 
Для компенсації похибки застосовується калібрування. На АЦП 
проводиться калібрування нуля за допомогою комутаційної схеми. Спочатку на 
вхід АЦП подається сигнал, що дорівнює 0. Після чого АЦП здійснює вимірювання 
значення нуля. У пам'яті МК запам'ятовується виміряне значення (це значення і є 
похибка встановлення нуля). Після проведених дій, коли на АЦП подається 
напруга на обкладках конденсатора, з одержуваних результатів віднімається 
значення, що відповідає нулю. Тим самим під час калібрування нуля адитивна 
похибка компенсується. Калібрування можна проводити перед кожним 
вимірюванням. 
Програми розрахунку похибки представлені в додатку. 
Спочатку необхідно провести розрахунок похибки каналу вимірювання на 
початку і в кінці діапазону вимірювання напруги (адитивна похибка) без 
урахування температурних коефіцієнтів. Отримуємо значення: 
 
(4.1) 
 
де ������������1 - значення напруги на початку діапазону, ����МК1 - коди МК, �������������������� - 
мультиплікативна похибка ІОН, ���� ���� ���� ���� - значення напруги ІОН, 
�������������������� - адитивна похибка ІОН, ���� - ефективне число біт АЦП, 
����АЦП - мультиплікативна похибка АЦП. 
 
(4.2) 
 
де ������������2 - значення напруги в кінці діапазону, ���� М К 2 - коди МК. 
Отримані значення визначають абсолютні похибки каналу вимірювання 
напруги. Тепер можливо оцінити наведену похибку каналу вимірювання на 
початку і в кінці діапазону вимірювання без урахування температурної похибки: 
 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 37 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
(4.3) 
 
де ��������1 - приведена похибка каналу вимірювання напруги на початку 
діапазону. 
 
(4.4) 
 
де ��������2 - приведена похибка каналу вимірювання напруги в кінці діапазону. 
Для порівняння з вимогами ТЗ слід розглянути максимальну наведену 
похибку каналу, що досягається в кінці діапазону вимірювання. Це значення за 
розрахунком не перевищує 0,0213% < 0,025%. 
Сила струму I визначається тим самим каналом напруги U (вимірюється за 
одним і тим самим каналом), але під час вимірювання враховується похибка опору 
резистора зворотного зв'язку. Величина �������� [49] становить (у відносних одиницях) 
 
�������� = 0,05 % × 100 % = 0,0005,                                       (4.5) 
 
де �������� - допуск резистора за опором. 
Виконано: 
 
���� = ����/���� => ∆���� = ���� × (��������2 + ��������),                                       (4.6) 
 
�������� = ��������2 + �������� = 0,022 %,                                             (4.7) 
 
де �������� - відносна похибка каналу вимірювання сили струму. 
Похибка каналу вимірювання сили струму становить 0,022 %, тобто з такою 
точністю визначатиме струм. Тепер необхідно провести розрахунок похибки 
вимірювання часу заряду конденсатора. Вимірювання часу виконують на МК із 
використанням його таймера-лічильника і кварцового резонатора (запускають 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 38 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
таймер, проводять лічбу, наприкінці таймер зупиняють, і зчитують виміряний час). 
Представимо у вигляді формули 
 
∆���� =1/ ���� × ����заряду + ����кварца × ����заряду,                            (4.8) 
 
де ∆���� - абсолютна похибка тривалості часу, 1 - одиниця рахунку, 
���� - число тактів на секунду, нараховане таймером-лічильником на час його 
роботи, ����заряда - час заряду до заданої напруги (до ����������������), ����кварца - 
мультиплікативна похибка кварцового резонатора. 
Необхідно провести оціночний розрахунок часу, який потрібен для заряду 
конденсатора. Під час розрахунку враховуватиметься мінімальний час 
вимірювання ємності, тобто 1 мкФ, і сила струму, що дорівнює 90 мА. Оскільки 
при використанні мінімального часу заряду буде виходити максимальна похибка 
під час вимірювання найменшої ємності з діапазону вимірювань, виконаний 
розрахунок буде відповідати найгіршому можливому випадку. 
Представимо у вигляді формули 
 
  (4.9) 
 
Відповідно час заряду конденсатора становитиме: 
 
(4.10) 
 
Після чого необхідно провести розрахунок кількості тактів тактової частоти, 
відповідних цьому часу. У обраного кварцового резонатора HC-49U [47] частота 
становить 25 МГц, відносна похибка встановлення частоти дорівнює 30 ppm. 
 
���� = ����кварца × ����заряду = 917                                        (4.11) 
 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 39 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
де ����кварца - частота кварцового резонатора. 
Розрахуємо відносну похибку вимірювання тривалості часу 
 
(4.12) 
 
де �������� - відносна похибка тривалості часу, ����кварца - відносна похибка 
частоти кварцового резонатора. 
Максимальна відносна похибка тривалості часу становить 0,1121%. Після 
всіх необхідних розрахунків можна розрахувати повну оціночну похибку 
результату вимірювання ємності. 
У розрахунку на найгірший випадок вона не перевищить (час і ємність 
використовуються мінімальні) 
 
����С = �������� + �������� + ��������2 = 0,155 %,                                      (4.13) 
 
де ����С - сума всіх відносних похибок. 
Оскільки I і U вимірюються одним і тим самим каналом, то носій похибки 
має повністю систематичний характер, вона компенсувалася б автоматично під час 
обчислення ємності. 
Зробимо також розрахунок оцінки похибки за реалістичною оцінкою, 
оскільки вимірювання напруги, сили струму і часу здійснюються незалежно один 
від одного: 
 
(4.14) 
 
де ����С реал - реалістична оцінка похибки у вимірювальному каналі. 
Реалістична оцінка похибки не перевищує 0,116 % і виявилася не гіршою за 
похибки у розглянутих аналогів вимірювальних пристроїв у розділі 2 і задовольняє 
умовам технічного завдання. 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 40 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
Тепер зробимо розрахунки оціночної похибки з урахуванням 
температурних коефіцієнтів. Порахуємо добавку в значенні похибки при 
збільшенні температури на 10˚С. Розрахунки наведено в додатку А. 
Нижче наведено отримані значення похибок: 
 
��������2 = 0,0189 %, ���� ���� = 0,02 %, �������� = 0,112 %,                             (4.15) 
 
����С = 0,151 %, ����С реал = 0,115 %.                                    (4.16) 
 
Для того, щоб розрахувати, наскільки змінюється похибка в разі збільшення 
температури на 10˚С, необхідно знайти різницю між обчисленими відносними 
похибками за реалістичною оцінкою з урахуванням температурного коефіцієнта і 
без. 
Отримаємо таке значення: 
 
0,115% - 0,116% = -0,001 %. 
 
У разі збільшення температури на 10˚С відносна похибка вимірювального 
каналу за реалістичною оцінкою змінюватиметься на 0,001%. 
Таким чином, отримані значення відносної похибки вимірювальних каналів 
задовольняють умовам технічного завдання. 
 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 41 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
5 Технологічний розділ 
 
Опис алгоритмів роботи вимірювача ємностей 
У цьому розділі подано опис основних алгоритмів роботи розробленого 
вимірювача ємностей. Алгоритми роботи вимірювального приладу представлено 
відповідно на кресленнях . 
 
Опис основного алгоритму роботи мікроконтролера 
У цьому алгоритмі представлено докладний опис основного циклу роботи 
МК, що реалізує поставлене в роботі завдання - вимірювання ємності. Спочатку 
необхідно виконати налаштування всіх портів введення- виведення,  підключити 
Crossbar, налаштувати  всі необхідні  таймери, налаштувати  контролери  
інтерфейсів, тобто записати необхідні  біти в відповідні регістри. Після чого 
необхідно увімкнути АЦП, подавши на лінію P2.4 логічне значення "1". Потім 
потрібно витримати паузу тривалістю щонайменше 30 нс (час на передачу 
команди). Після увімкнення необхідно виконати калібрування нуля і всього 
діапазону АЦП. Оскільки обраний АЦП передбачає вбудоване автокалібрування, 
тим самим завдання калібрування спрощується. Немає потреби реалізовувати 
окрему підпрограму на виконання цієї дії. Для калібрування нуля АЦП на лінію 
P2.4 відправляється наступний байт "11000000". Витримується аналогічна пауза 
30 нс (час на передачу команди). Для калібрування всього  діапазону  АЦП  на 
лінію P2.4 відправляється байт "11100000". Потім витримується пауза на 
передачу команди тривалістю не менше 30 нс. Після цього необхідно 
здійснити перевірку, чи є конденсатор у ланцюзі (тобто чи під'єднано конденсатор 
до вимірювальних виводів приладу, чи ні). Цю перевірку доцільно зробити у 
вигляді окремої  підпрограми. Детальний опис підпрограми  "Перевірка 
конденсатора" наведено в розділі 6.2. Після виконання процедури слід 
перевірити, напруга на конденсаторі більше 10 мВ чи ні. Якщо ні, то АЦП 
безперервно вимірює  значення напруги на обкладках конденсатора, а перевірка 
відбувається доти, доки напруга не буде більшою за 10 мВ. Якщо умову виконано, 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 42 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
то необхідно відправити на лінію P2.5 команду на ЦАП для вимкнення 
навантаження (щоб ЦАП припинив подачу струму). Далі витримується пауза не 
менше 250 нс. Після того як відбулася перевірка, чи є конденсатор у ланцюзі (на 
нього здійснювалася подача сили струму), необхідно провести розряд 
конденсатора. Розряд здійснюється за допомогою комутаційної схеми з 
використанням ключів. На лінії портів введення-виведення відправляються 
відповідні команди: Р0.4"0", Р0.3"1", Р0.2"1", Р2.7"0" (лінія Р0.4 з'єднується 
з ключем S1, лінія Р0.3 з ключем S2, лінія Р0.2 з ключем S4, лінія Р2.7 з ключами 
S3 і S5). Таким чином, ключі S2 і S4 перебувають у замкнутому стані, і відбувається 
розряд конденсатора (ключ S2 відкриває доступ до конденсатора, а ключ S4 йде "на 
землю"). Щоб визначити необхідне значення сили струму для заряду конденсатора 
виконується окрема підпрограма "SET CURRENT". Детальний опис представлено 
в розділі 6.3. Після виконання підпрограми стає відомим необхідне значення сили 
струму для заряду конденсатора. Для встановлення необхідної сили струму ЦАП 
реалізується комутацією ключів, відправляються на лінії відповідні команди: 
Р0.4"0", Р0.3"0", Р0.2"1", Р2.7"0". Далі на лінію Р2.5 ЦАП відправляється 
команда зі значенням відповідної сили струму. Виконується пауза на передачу 
команди тривалістю не менше 250 нс. Після чого необхідно відправити на лінію 
Р2.5 команду для подачі сили струму, щоб ЦАП видав на своєму виході струм 
необхідної сили. Далі виконується пауза тривалістю не менше 250 мкс (час, 
необхідний для встановлення ЦАП відповідного значення рівня сили струму). Для 
виконання вимірювання необхідно провести комутацію, тобто перевести ключі в 
режим "вимір", надіславши на лінії відповідні команди: Р0.4 "1", Р0.3 "1", Р0. 
 "0", Р2.7 "1". Потім необхідно запустити таймер для запису часу, 
витраченого на вимірювання. Оскільки обраний АЦП є 24 розрядним, то 
необхідно виконати таку перевірку: чи отримано з АЦП 24 біти. Якщо ні, то ця 
перевірка виконується доти, доки не надійде потрібна кількість біт. Якщо так, то 
виконується така дія (оскільки з АЦП надійшло 24 біти, то, отже, вимірювання 
завершилося): зупиняється таймер, виміряний час записується у змінну t, виміряна 
напруга - у змінну U. Після виконання вимірювань і запису виміряних значень у 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 43 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
змінні на лінію Р2.5 відправляється команда для вимкнення ЦАП, а на лінію Р2.4 – 
байт "01100000" для вимкнення АЦП. Далі необхідно провести розряд 
конденсатора за допомогою комутаційної схеми і перевести ключі в положення, 
відповідне режиму "вимірювання". Розряд конденсатора здійснюється за тією 
самою схемою, що була описана раніше. У підсумку отримали всі необхідні 
значення для обчислення ємності, зробимо розрахунок за такою формулою: 
 
(5.1) 
 
Після розрахунку значення ємності необхідно перетворити його в кодову 
послідовність для виведення на РК-дисплей. Далі перетворена кодова 
послідовність передається на РК-дисплей для відображення користувачеві. Після 
виконання останньої команди здійснюється перехід до команди, що дає змогу 
ввімкнути АЦП для здійснення нового вимірювання. 
 
Опис алгоритму роботи підпрограми "Перевірка конденсатора" 
Алгоритм роботи підпрограми "Перевірка конденсатора" реалізує 
перевірку, чи перебуває конденсатор у ланцюзі (тобто під'єднаний конденсатор до 
вимірювальних виводів чи ні). 
Для здійснення цієї перевірки необхідно спочатку запустити ЦАП, 
надіславши на лінію Р2.5 відповідну команду на увімкнення. Після чого необхідно 
витримати паузу 600 нс (час, необхідний ЦАП для увімкнення). На виході ЦАП 
необхідно встановити струм мінімальної сили, який становить 3 мА за даними 
технічної документації, для того, щоб зарядити конденсатор. Виконується пауза 
250 нс (час для передачі команди). Необхідно здійснити комутацію ключів для 
встановлення на ЦАП необхідної сили струму: для цього необхідно подати на лінії 
портів введення-виведення такі команди Р0.4 "0", Р0.3 "0", Р0.2 "1", Р2.7 "0" 
(ключ S4 у такому положенні буде закритий, і струм ЦАП піде на "землю"). Після 
чого потрібно увімкнути навантаження ЦАП (тобто ЦАП видаватиме необхідне 
значення сили струму), подавши на лінії Р2.5 команду для подачі сили струму. 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 44 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
Виконується спочатку пауза в 250 нс (час на передачу команду), і відразу пауза на 
250 мкс (той час, який потрібен ЦАП для встановлення необхідної сили струму). 
АЦП необхідно перемкнути в режим перетворення для того, щоб виконувати вимір 
отриманої напруги, відправивши на лінію Р2.4 наступний байт "00000100". Далі 
виконується пауза 30 нс на передачу відповідної команди. Потім необхідно 
перевести ключі в режим "вимір", тим самим відправивши на лінії такі команди 
Р0.4"1", Р0.3"1", Р0.2"0", Р2.7"1". Далі здійснюється вихід із підпрограми. 
 
Опис алгоритму роботи підпрограми "SET CURRENT" 
Алгоритм роботи підпрограми "SET CURRENT" реалізує визначення 
необхідної сили струму для заряду конденсатора. 
Спочатку ЦАП виставляється мінімальне значення сили струму (3 мА), для 
чого на лінію Р2.5 відправляється відповідне значення сили струму. Далі необхідно 
витримати паузу на 250 нс (час для передачі команди). Після чого необхідно 
виконати комутацію ключів для встановлення необхідної сили струму, подавши на 
лінії такі команди: Р0.4"0", Р0.3"0", Р0. 
"1", Р2.7"0". Виконавши комутацію ключів, необхідно увімкнути 
навантаження ЦАП, надіславши на лінію Р2.5 команду зі значенням сили струму. 
Виконується пауза 250 мкс для встановлення ЦАП до потрібного рівня сили 
струму. Для того, щоб АЦП перевести в режим "вимір", на лінію Р2.4 надсилається 
такий байт: "00000100" (для вимірювання отриманої напруги). Потім необхідно 
реалізувати паузу на 30 нс для передачі команди АЦП. Після чого необхідно ключі 
перевести в режим вимірювання, надіславши на лінії такі команди: Р0.4"1", 
Р0.3"1", Р0.2"0", Р2.7"1". Далі виконується пауза на 3,7 мкс (10 % від 
мінімального часу заряду конденсатора). Відправляється команда на лінію Р2.5 для 
припинення видачі сили струму ЦАП. Потім здійснюється пауза на 100 нс на АЦП 
для перетворення отриманої напруги. Після виконання вимірювання необхідно 
виконати розряд конденсатора, виконавши комутацію ключів, відправляючи на 
лінії відповідні команди: Р0.4"0", Р0.3"1", Р0.2"1", Р2.7"0". Після 
перетворення АЦП виконується наступна перевірка: отримана напруга менше 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 45 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
330мВ (10 % від необхідної напруги до якої має зарядитися конденсатор) чи ні. У 
разі, якщо ні, струм на виході ЦАП збільшується на 1 мА, і алгоритм переходить 
на початок. Якщо так, то робота підпрограми завершується. 
 
  
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 46 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
6 Спеціальний розділ 
 
 
6.1 Економічне обґрунтування розробки автомату для вимірювання 
електричної ємності  
Розробка автомата для вимірювання електричної ємності може бути 
обгрунтована з точки зору економіки з кількох причин. 
1. Автоматизація процесу: Використання автомата для вимірювання 
електричної ємності дозволяє автоматизувати цей процес, що може призвести до 
підвищення продуктивності та зниження витрат на робочу силу. Замість того, щоб 
працівники проводили ручні вимірювання, автомат може виконати цю задачу 
швидше і більш точно. 
2. Покращення якості вимірювань: Автомати для вимірювання електричної 
ємності можуть мати вищу точність і надійність порівняно з ручними методами 
вимірювання. Це може призвести до зниження кількості помилкових вимірювань і 
відповідно зменшення відбраковки виробів, що може забезпечити економію витрат 
на переробку та виробництво. 
3. Економія часу: Автоматичні системи вимірювання можуть прискорити 
процес випробування та контролю якості, що дозволить збільшити обсяг 
виробництва і знизити час, потрібний для випуску продукції на ринок. Це може 
мати значний економічний вплив, особливо у виробничих лініях з великими 
обсягами виробництва. 
4. Оптимізація використання ресурсів: З використанням автоматичного 
вимірювання електричної ємності можна знизити використання ресурсів, таких як 
електроенергія та матеріали. Автомати можуть бути налаштовані на ефективне 
використання енергії та матеріалів, що може призвести до зниження витрат на 
операційні 
5. Зниження витрат на обслуговування: Автомати для вимірювання 
електричної ємності можуть мати довгий термін служби та потребувати 
мінімального обслуговування. Це може допомогти знизити витрати на ремонт та 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 47 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
обслуговування обладнання, а також зменшити витрати на закупівлю запасних 
частин. 
6. Покращення конкурентоспроможності: Впровадження автоматичних 
систем вимірювання може покращити конкурентоспроможність підприємства на 
ринку. Виробники, які володіють швидкими та точними методами вимірювання, 
здатні забезпечити якісну продукцію і задовольнити вимоги клієнтів. Це може 
призвести до збільшення обсягів замовлень і позитивно позначитися на фінансових 
показниках підприємства. 
7. Підвищення довіри клієнтів: Використання автоматів для вимірювання 
електричної ємності може сприяти підвищенню довіри клієнтів. Якісні та надійні 
вимірювання доводять високу якість продукції та дбайливе ставлення до контролю 
якості. Це може зміцнити взаємовідносини з клієнтами, забезпечити повторні 
замовлення та позитивну репутацію підприємства. 
Узагальнюючи, розробка автомата для вимірювання електричної ємності 
має потенціал принести значну економічну вигоду. Це сприятиме автоматизації 
процесу, покращенню якості вимірювань, економії часу та ресурсів, зниженню 
витрат на обслуговування, підвищенню конкурентоспроможності та дов віри 
клієнтів. Ці фактори можуть сприяти збільшенню продуктивності, зниженню 
витрат та покращенню фінансових результатів підприємства. 
Крім того, автомат для вимірювання електричної ємності може мати 
потенціал для застосування в різних галузях, таких як електроніка, автомобільна 
промисловість, виробництво батарей та енергетика. Це може розширити ринкові 
можливості підприємства і сприяти його росту. 
Загалом, розробка автомата для вимірювання електричної ємності з точки 
зору економіки є обґрунтованою, оскільки може привести до покращення 
ефективності, якості та конкурентоспроможності підприємства, зниження витрат і 
збільшення прибутковості. 
 
 
 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 48 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
6.2 Охорона праці 
Аналіз небезпек та шкідливостей, які виникають в приміщенні 
інформаційно-технічного відділу 
В даній роботі розробляється проект автомату для вимірювання електричної 
ємності. Такі роботи пов’язані з проведенням великої кількості розрахунків, 
опрацюванням великих об’ємів інформації, що потребує постійного використання 
комп’ютерної техніки. 
За рівнем фізичних навантажень робота за персональним комп’ютером (ПК) 
класифікується як легка фізична робота (категорія І) – робота з витратою 120 – 150 
ккал/год. – категорія Іа. В той же час даний вид роботи характеризується значною 
розумовою напругою, високою напруженістю зорової роботи і досить великим 
навантаженням на м'язи рук при роботі з клавіатурою ПК, тому велике значення 
має раціональна конструкція і розташування елементів робочого місця, а також 
дотримання правильного режиму праці і відпочинку. 
Для того щоб запобігти негативному впливу на працівника потрібно 
звернути особливу увагу на фактори виробничого середовища, які безпосередньо  
впливають на працівника. 
Роботи з проектування проводяться в приміщенні з розмірами: довжина – 
3,1 м; ширина – 2,4 м; висота – 3 м. Площа всього приміщення складає 7,44 м2, а 
об’єм – 22,32 м3. В приміщенні працює одна людина. Робоче місце відповідає 
вимогам ДСанПіН 3.3.2-007-98, відповідно до яких площа, виділена для одного 
робочого місця з ПК, повинна складати не менше 6 м2, а об’єм – не менше 20 м3. 
Більшість інформації, яку обробляє мозок, надходить до нього через очі. Але 
в підсумку вплив світла на організм не обмежується органами зору, оскільки 
спектр, що випромінюється в тій чи іншій мірі впливає на всі процеси, що 
відбуваються в організмі людини. Тому важливо обирати безпечні та комфортні 
джерела освітлення, особливо для робочих приміщень. 
Інтенсивність, температура і тип освітлювальних приладів в офісах і 
виробничих приміщеннях впливають на людину, що виконує професійні обов'язки. 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 49 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
Від цих параметрів залежить те, як швидко працівники будуть втомлюватися, 
наскільки краще концентруватися і як часто робити помилки. 
Порівняльна оцінка природного та штучного світла, отримана в ході 
досліджень, показує явну перевагу першого. Причина криється в спектральному 
складі випромінювання і динамічності природного світла, яка впливає на циркадні 
ритми. Але покладатися тільки на природне освітлення неможливо - людині 
потрібне світло на 4-8 годин довше, ніж триває світловий день, плюс близько 20% 
працівників в промислово розвинених регіонах працюють позмінно, в тому числі в 
нічні години. 
Оптимальний рівень яскравості освітлення для людини в середньому 
становить 1000-1500 лк. Якщо денне світло не здатне забезпечити ці показники, 
необхідно доповнити його штучним. Воно може бути загальним або локальним, 
розрахованим на певну робочу зону. 
В приміщенні відділу під час роботи дослідник працює з даними, які 
виводяться програмним забезпеченням на екран монітору. Найменша розрізненість 
об’єкту (в даному випадку об’єктом розрізнення і фоном є: текст на моніторі та 
власне фон монітора, текст на аркуші паперу та аркуш, букви на клавіатурі і 
клавіатура) складає від 0,15 до 0,3 мм, це відповідає високій точності зорової праці. 
Розряд зорової праці – ІІ, підрозряд – Г. Контраст відмінності об’єкту з фоном – 
великий. 
Для створення оптимальних умов зорової роботи слід враховувати не лише 
кількість та якість освітлення, а й кольорове оточення. Так, при світлому 
пофарбуванні інтер'єру завдяки збільшенню кількості відбитого світла рівень 
освітленості підвищується на 20-40% (при тій же потужності джерел світла), 
різкість тіней зменшується, покращується рівномірність освітлення.  
При надмірній яскравості джерел світла та оточуючих предметів може 
відбутись засліплення працівника. Нерівномірність освітлення та неоднакова 
яскравість оточуючих предметів призводять до частої переадаптації очей під час 
виконання роботи і як наслідок – до швидкого стомлення органів зору. Тому 
поверхні, що добре освітлюються і знаходяться в полі зору, краще фарбувати в 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 50 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
кольори середньої світлості, коефіцієнт відбивання яких знаходиться в межах 0,3-
0,6 і, бажано, щоб вони мали матову або напівматову поверхню. 
Освітлення робочого приміщення проектується згідно з ДБН В.2.5-28-2018 
«Природне і штучне освітлення». Природне освітлення здійснюється через 1 вікно 
розмірами 1,5×2 м та площею – 3 м2, для покращення рівномірності освітлення та 
для збільшення кількості відбитого від стін світла, останні пофарбовані 
водоемульсійною фарбою в світло-жовтий колір. З метою регулювання природного 
освітлення приміщення, на вікна встановлені жалюзі. Коефіцієнт природного 
освітлення (КПО) для даного типу зорової праці дорівнює 1,5%. Робоче місце 
розташоване на відстані 4м від джерела природного освітлення і в цій точці 
значення КПО становить 32-40 %. Отже, рівень природного освітлення є достатнім. 
Штучне освітлення приміщення здійснюється світильником BS18/4x18 FOR 
A (який має 4 люмінесцентні лінійні лампи типу LF), які  забезпечують 420 лк 
освітленості приміщення. Для даного типу зорової праці рівень загального 
штучного освітлення повинен складати близько 400 лк. Отже, рівень штучного 
освітлення робочої зони відповідає нормативним значенням згідно ДБН В.2.5-28-
2018 «Природне і штучне освітлення». 
Істотне значення мають параметри мікроклімату в приміщенні, оскільки 
безпосередньо впливають на роботу та здоров’я працівника. Дане приміщення 
оснащене кондиціонером Carrier 42/38QCE024718 для регулювання температури 
повітря. Нормативні значення основних параметрів мікроклімату наступні: 
1) Температура повітря: 
- в теплий період року 22-28 ˚С ; 
- в холодний період року 21-25 ˚С; 
2) Вологість повітря: 
- в теплий період року 40-60 %; 
- в холодний період року 40-60 %; 
3) Швидкість руху: 
- в теплий період року – 0,1 м/с (допустима – 0,1...0,2 м/с); 
- в холодний період року – 0,1 м/с (допустима – менше 0,1 м/с). 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 51 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
Нормативні значення даних параметрів становлять відповідно: 
1) Температура повітря: 
- в теплий період року 27-28 ˚С; 
- в холодний період року 23-24 ˚С; 
2) Вологість повітря: 
- в теплий період року 50-52%; 
- в холодний період року 55-57%; 
3) Швидкість руху повітря: 
- в теплий період року – 0,1 м/с; 
- в холодний період року – 0,1м/с. 
З вище наведених даних мікроклімату видно, що показники температури 
задовольняють норми згідно ДСН 3.3.6.042-99. 
Також важливе значення має параметр шуму. Персональні комп’ютери 
створюють на робочих місцях працюючих шум, рівень якого досягає 45 дБ. Згідно 
ДСН 3.3.6.037-99 цей рівень повністю відповідає нормативному рівню який 
становить 50 дБ. Тому, фактичне значення шуму не перевищує допустиме, а отже 
негативно не впливає на працівника. 
Внаслідок дії електромагнітних полів на організм людини виникають 
функціональні зміни центральної нервової системи. При цьому спостерігається 
підвищена втомлюваність, біль голови. Первинний прояв дії електромагнітної 
хвилі – нагрівання, яке призводить до пошкодження тканин і органів. Поля 
надвисоких частот впливають на очі, викликаючи виникнення катаракти. 
Багаторазовий вплив випромінювання малої інтенсивності призводить до стійких 
функціональних змін центральної нервової системи. 
Головними джерелами електромагнітного випромінювання в приміщенні є 
системний блок ПК та монітор. Випромінювання від яких відповідає нормам ДСН 
3.3.6.096-2002. 
В даному приміщенні використовується електромережа змінного струму з 
електропроводкою прихованого типу. ПК та інші пристрої живляться напругою 
220В і споживають менше 1500 Вт. Робоче місце оснащене спеціалізованими 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 52 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
розетками для офісної техніки, особливість яких полягає в тому що вони під’єднані 
до мережного фільтру задля захисту техніки від високочастотних та імпульсних 
шумів. Для захисту людини від ураження електричним струмом в приміщені 
передбачене захисне занулення згідно ДСТУ Б В.2.5-82-2016 «Захисні заходи 
електробезпеки в електроустановках будинків і споруд». 
Для даного приміщення категорія за вибухопожежонебезпечністю 
відповідає типу В (тверді горючі і важкогорючі речовини та матеріали) згідно з 
ДСТУ Б В.1.1-36:2016, а клас пожежі – Е (горіння установок і обладнання, які 
знаходяться під напругою), А2 (горіння твердих матеріалів яке не супроводжується 
тлінням). 
В даному приміщенні забезпечуються необхідні заходи щодо протидії 
виникнення пожежно-небезпечних ситуацій згідно з НАПБ А.01.001-2014 
«Правила пожежної безпеки в Україні»: 
- будівельні конструкції необхідного ступеня вогнестійкості. Стіни 
виготовлені з цегли, оштукатурені та пофарбовані водоемульсійною фарбою. Стеля 
виготовлена методом перекриття приміщення залізобетонними плитами, а підлога 
з ламінату з синтетичного волокна. Всі матеріали застосовані для будівництва та 
оздоблення лабораторії пройшли перевірку і були дозволенні органами державного 
санітарно-епідеміологічного нагляду. 
- приміщення обладнане порошковим вогнегасником ВП-5 (призначений 
для гасіння загорянь різних речовин, горіння яких не може відбуватися без доступу 
повітря, загорянь електроустановок, що знаходяться під напругою до 1000 В, 
загорянь в музеях, картинних галереях і архівах), який знаходиться на стіні біля 
дверей з вільним доступом до нього. 
Приміщення не обладнане системою пожежної сигналізації, а тому ця 
система потребує проведення відповідних розрахунків та змонтування. 
Згідно з «Порядком проведення медичних оглядів працівників певних 
категорій», затвердженим наказом Міністерства охорони здоров’я України від 21 
травня 2007 року № 246, визначена періодичність проведення попереднього (під 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 53 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
час приймання на роботу) та періодичних (впродовж трудової діяльності) 
медичних оглядів працівників. 
Під час проведення попереднього медичного огляду реєструють вихідні 
об’єктивні показники здоров’я працівника, визначають стан його здоров'я і 
можливості виконання професійних обов'язків в умовах дії конкретних шкідливих 
та небезпечних факторів виробничого середовища і трудового процесу без 
погіршення стану здоров'я. Також виявляють професійні захворювання (отруєння), 
що виникли раніше під час роботи на попередніх виробництвах, і запобігають 
виробничо-зумовленим та професійним захворюванням. 
Періодичні медичні огляди проводять з метою: 
- своєчасного виявлення в працівників ранніх ознак гострих і хронічних 
професійних захворювань, загальних і виробничо-обумовлених захворювань; 
- забезпечення динамічного спостереження за станом здоров’я працівників 
в умовах дії шкідливих та небезпечних виробничих факторів і трудового процесу; 
- вирішення питань щодо можливості працівника продовжувати роботу в 
умовах дії конкретних шкідливих та небезпечних виробничих факторів і трудового 
процесу; 
- розроблення індивідуальних і групових лікувально-профілактичних та 
реабілітаційних заходів для працівників, які за наслідками медичного огляду 
належать до групи ризику; 
- проведення відповідних оздоровчих заходів. 
Зважаючи на те що в науково-дослідному кабінеті відсутні шкідливі 
виробничі фактори, а робота пов’язана з постійним спостереженням об’єктів, тобто 
вимагає постійного зорового напруження на протязі більше ніж 4 години, 
співробітники проходять періодичний медичний огляд один раз на рік. Первинний 
та періодичний медичний огляд проводиться у таких лікарів як офтальмолог, 
невропатолог. 
Після проведення аналізу лабораторії та умов праці за робочим місцем 
можна зробити висновок, що всі фактори роботи в даному приміщенні являються 
сприятливими окрім системи пожежної сигналізації. Тому пропонується 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 54 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
встановити систему пожежної сигналізації, щоб робоче приміщення відповідало 
нормам НАПБ А.01.001-2014 «Правила пожежної безпеки в Україні» та ДБН 
В.2.5.56-2014. 
 
Модернізація системи пожежної сигналізації у відділу 
Система пожежної сигналізації призначена для вирішення таких основних 
завдань: своєчасне виявлення спалаху; отримання, обробка, передача і подача в 
заданому вигляді інформації про пожежу споживачам. Отже, в своєму складі 
система пожежної сигналізації повинна мати пристрої, здатні виявити спалах і 
передати сигнал тривоги. 
Ці функції пожежної сигналізації забезпечуються різними технічними 
засобами, а саме: для виявлення пожежі служать сповіщувачі; для обробки, 
протоколювання інформації і формування керуючих сигналів тривоги — 
приймально-контрольна апаратура і периферійні пристрої. 
Очевидно, що видача сигналу пожежної тривоги є необхідною, але не 
достатньою умовою для забезпечення пожежної безпеки об'єкту в цілому. Тому, 
окрім цих функцій, пожежна сигналізація додатково повинна формувати команди 
на включення автоматичних установок пожежогасіння та димовідведення, систем 
сповіщення про пожежу, технологічного, електротехнічного і іншого інженерного 
устаткування об'єктів. 
Системи пожежної сигналізації класифікують по наступних ознаках: 
- типу пожежного сповіщувача (теплові, димові, світлові, ультразвукові, 
оптико-електронні (фотоелектричні), радіопроменеві, фотопроменеві, 
пневматичні, комбіновані); 
- принципу дії (безперервної дії і дискретної дії); 
- конструктивного виконання (виконані на контактних і безконтактних 
елементах); 
- виду каналу зв'язку (спеціальні дротяні канали, дротяні канали міської 
телефонної станції, радіоканали); 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 55 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
- способу передачі (кодування) повідомлень по каналах зв'язку 
(багатопровідні з електричним розділенням сигналу, однопровідні з тимчасовим 
розділенням сигналів, однопровідні з частотним розділенням сигналів); 
- структурі ліній зв'язку (з однофідерними лініями, радіально-променевими 
лініями, комбінованими лініями). 
На даний момент можна виділити три основні типи систем автоматичної 
пожежної сигналізації: порогова, адресно-опитова, адресно-аналогова. 
Порогова. На заході такі системи отримали назву «conventional» або 
«традиційні». У такій системі кожен пожежний сповіщувач (датчик), має прошитий 
ще на підприємстві поріг спрацьовування. Наприклад, якщо мова йде про тепловий 
сповіщувач, то досягши певної температури навколишнього середовища, такий 
датчик подасть відповідний сигнал на контрольну панель пожежної сигналізації, 
але поки температура не досягне цього порогу, сповіщувач мовчатиме. 
Друга відмітна особливість подібних систем це радіальна топологія 
побудови шлейфів сигналізації. Тобто від контрольної панелі в різні боки йдуть 
кабелі пожежних шлейфів, часто їх називають променями. У кожен такий промінь 
зазвичай включають близько 20-30 датчиків, і при спрацюванні одного з них 
контрольна панель відображає тільки номер шлейфу в якому спрацював пожежний 
сповіщувач. 
Основна перевага такого типу сигналізації – низька вартість устаткування. 
Основний недолік – досить пізнє виявлення пожежі, відсутність контролю 
працездатності датчиків, неекономічна витрата монтажних матеріалів, низька 
інформативність отриманих сигналів від датчиків  
Адресно-опитувальна система сигналізації відрізняється від порогової 
алгоритмом зв'язку контрольної панелі з пожежним сповіщувачем. Якщо 
контрольна панель в пороговій системі постійно «чекає» сигналу від пожежного 
датчика про зміну його стану, то в адресно-опитувальна системі контрольна панель 
періодично опитує підключені пожежні сповіщувачі з метою з'ясувати їх стан. 
Подібний алгоритм окрім ідентифікації датчика (кожен датчик має свою 
адресу) дозволяє контролювати працездатність датчиків. Типи отримуваних від 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 56 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
датчика сигналів: «Норма», «Несправність», «Відсутність», «Пожежа». Пожежний 
шлейф має кільцеву архітектуру. 
Серед переваг можна виділити вигідне співвідношення ціна/якість, високу 
інформативність отриманих повідомлень, контроль працездатності пожежних 
датчиків. Основний недолік – пізнє виявлення пожежі. 
Адресно-аналогові системи пожежної сигналізації є на справжній момент 
самими передовими. Вони володіють всіма перевагами адресно-опитувальних 
систем і рядом своїх переваг. Головною відмінністю таких систем від вище 
описаних, це те, що рішення про перебування на об'єкті приймає контрольна 
панель, а не датчик. Сама контрольна панель є складним обчислювальним 
приладом, який проводить безперервний динамічний опит підключених датчиків 
(звідки і назва «аналоговий» - безперервний), отримує і аналізує значення, отримані 
від них і за наслідками обробки цих даних ухвалює остаточне рішення. 
Наприклад, теплові датчики постійно передають значення температури 
навколишнього середовища на контрольну панель (по суті є термометрами), а сама 
панель стежить за величиною цього значення і динамікою його зміни. 
Подібна схема роботи дозволяє виявляти вогнища спалаху на початкових 
стадіях його розвитку і своєчасно запобігти можливому збитку. 
Важливими перевагами цього типу систем є дійсно раннє виявлення 
спалахів, економія на монтажних роботах і витратних матеріалах, контроль 
працездатності пожежних сповіщувачів, компенсація чутливості датчиків. Але 
поряд з перевагами фігурує основний недолік – висока вартість устаткування. 
Провівши аналіз існуючих систем пожежної сигналізації та розглянувши 
їхні переваги та недоліки, було прийнято рішення обрати адресно-опитувальну 
систему пожежної безпеки. Саме такий тип пожежної сигналізації виконує 
необхідні функції в найбільш повному обсязі при адекватній ціні. 
Згідно вимог НАПБ А.01.001-2014 «Правила пожежної безпеки в Україні» 
та ДБН В.2.5.56-2014 в якості пожежної сигналізації інформаційно-технічного 
відділу приймається прилад приймально-контрольний пожежний (ППКП) 
«Парус», який зібраний в металевому корпусі білого кольору, має наступні функції: 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 57 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
- прийом сигналів від підключених в систему адресних (без адресних) 
сповіщувачів; 
- контроль стану шлейфів пожежної сигналізації; 
- фіксування сигналів про виникнення пожежі чи несправності; 
- видача сигналів на запуск пристроїв пожежогасіння; 
- включення зовнішніх світлозвукових сповіщувачів та ланцюгів управління 
установками пожежогасіння, мовленнєвого оповіщення, димовидалення і 
відключення системи вентиляції об'єкта. 
Технічні характеристики: 
- кількість посадочних місць для встановлення інтерфейсних модулів - 5;     
- конфігурація ППКП довільна і залежить від типів інтерфейсних модулів і 
їх кількості, що визначається проектними рішеннями;  
- наявність основного і резервного каналу зв'язку верхнього рівня для 
обміну інформацією з блоками розширення БР1; 
- кількість блоків розширення БР1 що підключаються до ППКП - до 15 шт.;     
- основне живлення - змінна напруга 220 (+ 22-33) В;     
- резервне живлення - вбудовані акумуляторні батареї 24В, ємністю 12 
А·год;    
- зарядний пристрій: 
1. автоматична підзарядка АБ; 
2. при повній розрядці АБ - зарядка АБ не менше 80% від повної ємності АБ 
протягом 24 годин, повна зарядка протягом наступних 48 годин;    
- обмеження струму споживання зовнішніми пристроями при живленні їх 
від джерела живлення ППКП;    
- ступінь захисту, що забезпечується оболонкою - IP30;    
- умови експлуатації: 
1. відносна вологість до 93% при плюс 40 °С; 
2. температура навколишнього середовища від мінус 5 °С до плюс 40 °С.    
До складу ППКП входять наступні елементи (обов’язковий склад): 
- плата комутації; 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 58 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
- плата комутації і фільтрів (ПКФ); 
- перетворювач AC / DC; 
- акумуляторні батареї (АБ); 
- модуль управління (МУ); 
- модуль клавіатури і індикації (МКИ); 
- модуль індикації (ЖКИ) 
- інтерфейсні модулі. 
 Інформація про несправності устаткування електроживлення БР1 видається 
по каналу зв'язку RS-485 верхнього рівня в ППКП. 
 
 
                   
Рисунок 6.1 – Прилад приймально-контрольний пожежний «Парус» 
 
Модуль управління (МУ) призначений для обміну даними з інтерфейсними 
модулями, встановленими в прилад ППКП, по основному та резервному 
каналу зв'язку RS-485 нижнього рівня. Забезпечує обмін даними з блоками 
розширення БР1 по основному і резервному каналу зв'язку RS-485 верхнього рівня. 
Відображає стан системи світлодіодними індикаторами і на дисплеї приладу 
ППКП, зберігає технологічні константи і налаштування інтерфейсних модулів, 
встановлених в приладі ППКП та блоку розширення БР1 (за наявності). Зберігає 
архіви про аварійні ситуації, несправності в системі, спрацьовуванні пожежних 
сповіщувачів та пристроїв пожежогасіння. 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 59 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
МУ здійснює моніторинг  вихідної напруги блоку живлення, акумуляторної 
батареї, наявності вхідної мережевої напруги живлення (220В 50Гц). Контролює 
заряд акумуляторної батареї приладу ППКП та блоку розширення БР1 (за 
наявності). Передає напругу обладнання електроживлення приладу ППКП (блоку 
БР1) до інтерфейсних модулів, встановлених в приладі ППКП (в блоці БР1), і до 
зовнішніх пристроїв. Видає назовні сигнали "ПОЖЕЖА" і "Несправність" за 
допомогою двох релейних виходів. 
 
 
Рисунок 6.2 – Модуль управління ППКП «Парус» 
Модуль опитування пожежних сповіщувачів (МОПС) забезпечує 
підключення від 1 до 8 пожежних шлейфів. Кількість адресних або безадресних 
пожежних сповіщувачів в одному пожежному шлейфі може бути від 1 до 32. 
Керування модулем МОПС здійснюється по основному або резервному каналу 
зв’язку RS-485 нижнього рівня. 
Адреса модуля МОПС задається 5-ти позиційним перемикачем. Живлення 
модуля МОПС здійснюється від основної або резервної лінії живлення. В процесі 
функціонування модуль МОПС постійно контролює обрив і коротке замикання 
пожежних шлейфів. 
 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 60 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Рисунок 6.3 – Модуль опитування пожежних сповіщувачів ППКП «Парус» 
Фірма-виробник пожежної сигналізації та сповіщувачів до неї, рекомендує 
встановлювати один датчик на кожні 4 кв.м площі приміщення з чергуванням типу 
датчиків та один ручний датчик біля входу в приміщення. Чергування датчиків 
необхідно для можливості виявлення всіх можливих типів пожеж.  
Інформаційно-технічний відділ має площу майже 8 м2 , тому необхідно 
встановити два датчики ІПД-А (димовий) та ІПТ-А (тепловий) в та один ручний 
сповіщувач ІПР-А (біля вхідних дверей на відстані 1,5 м від підлоги). Також 
необхідне встановлення зазначених датчиків по всій площі будівлі, в якій 
знаходиться відділ.  
 
Рисунок 6.4 - Схема під'єднань шлейфів сигналізації до ППКП «Парус» 
 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 61 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
Адресний тепловий пожежний датчик 
KL710А 
 
 Призначений для виявлення пожежі і 
спрацьовує при  швидкому  збільшенні  
температури або досягненні нею певного 
порогу. 
Адресний димовий оптичний датчик 
KL731AB 
 
З двома вбудованими світлодіодними 
індикаторами, з механізмом, що запобігає 
несанкціонованому вимкненню. 
 - змінна оптична камера; 
- захист пожежного датчика від пилу і комах; 
- повна самодіагностика. 
 
Рисунок 6.5 – Адресні пожежні датчики для роботи з ППКП «Парус» 
 
Запропонована до встановлення пожежна сигналізація дозволить не просто 
виявити пожежу, а подати сигнал тривоги на її початку, вказати точне місце 
виникнення небезпечної ситуації, та тип датчика який спрацював. Це дозволить 
найбільш точно оцінити план майбутніх дій та прийняти правильне рішення щодо 
вирішення надзвичайної ситуації. Також система пожежної сигналізації може 
здійснювати автоматичний виклик служби порятунку. 
 
 
  
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 62 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
Висновок 
 
Під час підготовки дипломної роботи було проведено детальне дослідження 
методів вимірювання ємності конденсаторів і їхніх недоліків та похибок. 
Аналізуючи різні методи, були виявлені їхні обмеження та недоліки, що включали 
такі аспекти, як низька точність, складність використання, висока вартість або 
обмежена шкала вимірювання. 
Крім того, було детально вивчено сучасні LCR-вимірювачі, які 
використовуються для вимірювання і характеризації компонентів, зокрема 
конденсаторів. Були проаналізовані їхні особливості, переваги та недоліки. 
Порівняльний аналіз допоміг встановити, що розроблений вимірювач ємності має 
конкурентні переваги порівняно зі схожими пристроями, такі як більш широка 
шкала вимірювання, вища точність та доступність. 
В процесі розробки був зроблений вибір компонентів для вимірювального 
пристрою, а також обґрунтовано цей вибір. Враховуючи технічні вимоги, були 
вибрані компоненти, які забезпечують необхідну точність і надійність пристрою. 
Далі були розроблені структурна та принципова електричні схеми 
вимірювача ємностей, які включають всі необхідні компоненти та з'єднання. Ці 
схеми були ретельно пророблені та оптимізовані для забезпечення найкращої 
продуктивності та точності вимірювання. 
Також була розроблена основна блок-схема алгоритму роботи 
вимірювального пристрою. Цей алгоритм описує послідовність дій, які 
виконуються вимірювальним пристроєм для визначення ємності конденсатора. Він 
включає кроки, такі як підключення конденсатора до пристрою, встановлення 
необхідних параметрів вимірювання, збір даних про напругу та струм, обробку цих 
даних та розрахунок значення ємності на основі вимірювань. 
Крім того, було проведено розрахунки оціночного значення похибки 
вимірювання з урахуванням зміни температури і без неї. Ці розрахунки допомогли 
встановити, що розроблений вимірювач ємності має низьку похибку вимірювання, 
яка відповідає вимогам технічного завдання. 
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 63 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата 
 
Отримані результати підтверджують, що розроблений вимірювач ємності 
відповідає всім вимогам, зазначеним у технічному завданні. Він має конкурентні 
метрологічні характеристики, такі як висока точність і надійність вимірювання, 
широка шкала вимірювання і доступність. Цей пристрій може бути використаний 
для точного вимірювання ємності конденсаторів у різних додатках, таких як 
електроніка, електротехніка, автоматика тощо. 
В цілому, розробка вимірювача ємності була успішною, а отримані 
результати свідчать про його ефективність і доцільність в практичних 
застосуваннях.  
Арк  
 РС93.21051.001 ПЗ 64 
Зм . Лист № докум. Підпис Дата