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 «Система вимірювального контролю віброприскорень» 
 
 
Виконав здобувач освіти 4 курсу, групи МП-94 
спеціальність: 152 – «Метрологія та інформаційно-
вимірювальна техніка» 
освітня програма: «Метрологія та інформаційно-
вимірювальна техніка» 
_____Дворяткін Данило Сергійович  
Керівник       Філімонов С.О.  
Рецензент       
 
 
Кваліфікаційна робота бакалавра містить результати власних здобутків автора. 
Використання ідей, результатів і текстів інших авторів мають посилання на 
відповідне джерело ___________________________________________________ 
підпис здобувача 
 
 
 
Черкаси – 2023 
Зміст 
 
Стор. 
Технічне завдання………………………………………………..…… 2 
Вступ............................................................................................................ 5 
1 Обґрунтування необхідності проектування на основі критичного  
аналізу існуючих аналогів..................................................................................   7 
1.1 Ємнісні перетворювачі 8 
1.2 П'єзорезистивні перетворювачі 10 
1.3 П'єзоелектричні перетворювачі 9 
1.4 Огляд систем для вимірювання віброприскорень 16 
2 Обґрунтування технічного завдання...................................................... 19 
3 Розробка структурної та електричної принципової  схеми …….…….. 21 
4 Розрахунок основних елементів системи …………………………… 33 
4.1 Панель віртуального приладу (Front Panel)…………………………. 34 
4.2 Схема роботи віртуального приладу (Block Diagram 36 
4.3 Блок обробки даних и пошуку метрологічних характеристик  
експерименту .…. 38 
4.4 Експериментальне випробування ІВС 39 
5 Технологічний розділ …………………………………………….……. 41 
5.1 Використання друкованих плат ………… 41 
5.2 Класифікація методів конструювання та виготовлення друкованих  
плат………………………………………… 41 
5.3 Норми й вимоги до конструювання друкованих плат 44 
5.4 Вибір матеріалу та розрахунок розмірів заготовки 47 
  
  
  
  
     
     МП94.21054.001 ПЗ 
 48 
Зм. Лист № докум. Підп Дата 
Разроб. Дворяткін Д.С.   Літ. Лист Листів 
Пров. Філімонов С.О.   Система вимірювального  Т  3  
      контролю віброприскорень 
ЧДТУ 
Н.контр Тичков В.В   Пояснювальна записка 
Затв.     
 
 
5.5 Розрахунок параметрів електричних з'єднань друкованих плат 49 
5.6 Виготовлення фотошаблонів та вимоги до них 51 
5.7 Технічне нормування 55 
5.8 Контроль 57 
6 Спеціальний розділ…………………………………………………….. 59 
6.1 Економічне обґрунтування розробка системи вимірювального  
контролю віброприскорень …………………………………………………….. 59 
6.2  Охорона праці………………………………………………………. 63 
Висновок…………………………………………………………….……. 75 
Список використаної літератури………………………………………... 76 
Додаток А   Відомість технічного проекту…………….……………….. 79 
Додаток Б    Перелік нормативних документів………………………... 
Додаток В    Розрахунки на ЕОМ                                      ………….....  
Додаток Г    Карти технологічного процесу……………………………. 
 
 
 
 
 
 
  
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
4 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Вступ 
 
Останніми роками в різних галузях: енергетиці, авіаційній техніці, 
суднобудуванні, нафтовидобувній переробній промисловості, медицині - під час 
розроблення, випробування та експлуатації різноманітних технічних пристроїв - 
дослідженню механічних коливальних процесів приділяють велику увагу.  
Присутність вібрацій може бути небезпечним і небажаним явищем, що чинить 
згубний вплив і завдає значної шкоди промисловій техніці. Тому віброконтроль и 
віброаналіз є найбільш актуальними для запобігання руйнівним діям вібрації. У 
даний час великий поширення набули інформаційно-вимірювальні системи 
віброконтролю, моніторингу, діагностики та автоматичного керування 
технологічними процесами [1]. Однак наразі системи, призначені для дослідження 
вібрацій, є або простими приладами для вимірювання загального рівня вібрації, або 
складними  в експлуатації та дорогими вимірювально-аналітичними комплексами. 
На підставі вищесказаного було висунуто ідею створення простої та зручної в 
експлуатації системи, яка б складалася з модульних технологій NI, що дають змогу 
здійснювати багатоканальну синхронну реєстрацію вхідних сигналів. Метою даної 
роботи є розробка універсальної інформаційно- вимірювальної системи, яка 
складається з модульних систем компанії National Instruments, а також написання 
програмного забезпечення для даної системи. Система створюється з метою 
безперервного вимірювання, відображення та контролю параметрів малих 
вібраційних прискорень. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити 
такі завдання: 
1. Проаналізувати існуючі системи и способи вимірювання вібраційних 
прискорень. 
2. Створити структурну схему СИСТЕМИ у двох компонуваннях: для 
вимірювання загального рівня вібрації та для вимірювання параметрів вібрації в 
лабораторних умовах при завданні коливань різних форм та інтенсивностей. 
3. Підібрати и проаналізувати оптимальні компоненти для розроблюваної 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
5 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
ІВС. 
4. Створити макет ІВС. 
5. Розробити програмне забезпечення в середовищі LabVIEW. 
6. Перевірити працездатність ІВС 
  
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
6 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
1 Обґрунтування необхідності проектування на основі критичного 
аналізу існуючих аналогів 
 
Система вимірювального контролю віброприскорень - це система, що 
використовується для вимірювання та контролю рівня вібрації в різних машинах і 
обладнанні. Це важливо, оскільки екстремальні вібрації можуть вказувати на 
проблеми в обладнанні, що можуть призвести до його поломки. 
Основні компоненти такої системи включають: 
1. Датчики віброприскорень: Ці датчики встановлюються на обладнанні, 
щоб вимірювати рівень вібрації. Вони можуть вимірювати вібрацію в різних осях 
та на різних частотах. 
2. Аналізатор вібрації: Цей пристрій зчитує дані з датчиків віброприскорень 
і перетворює їх на інформацію, яку можна розуміти і аналізувати. Аналізатор може 
вимірювати вібрацію в часі і перетворювати ці дані в частотний спектр для 
детального аналізу. 
3. Програмне забезпечення для аналізу вібрації: Це програмне забезпечення, 
що дозволяє інженерам аналізувати дані про вібрацію, отримані від аналізатора 
вібрації. Воно може допомогти виявити зміни у вібрації, що можуть вказувати на 
проблеми в обладнанні. 
Системи контролю віброприскорень використовуються в багатьох галузях, 
включаючи авіацію, автомобільну промисловість, енергетику та виробничі 
промисловості.. На сьогоднішній день існує кілька видів вібровимірювальних 
перетворювачів, проте найбільш широкого поширення набули Дійсно, ємнісні, 
п'єзорезистивні та п'єзоелектричні перетворювачі є основними типами датчиків 
вібрації, що використовуються в сучасних системах. Давайте розглянемо кожен з 
них детальніше: 
1. Ємнісні перетворювачі: Ці датчики використовують зміну ємності для 
вимірювання вібрації. Вони складаються з двох конденсаторних пластин, 
розташованих поряд. Коли вібрація змушує одну пластину рухатися відносно 
іншої, це змінює ємність між пластинами, що можна виміряти. Ємнісні датчики 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
7 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
зазвичай відрізняються високою чутливістю та стабільністю, але можуть бути 
вразливими до змін температури та вологості. 
2. П'єзорезистивні перетворювачі: Ці датчики використовують зміну опору 
для вимірювання вібрації. Вони складаються з резистора, що змінює свій опір, коли 
на нього впливає тиск. П'єзорезистивні датчики можуть виміряти великі вібрації та 
мають високу чутливість при низьких частотах. Однак вони можуть бути більш 
вразливими до електромагнітних завад. 
3. П'єзоелектричні перетворювачі: Ці датчики використовують 
п'єзоелектричний ефект для вимірювання вібрації. Коли на п'єзоелектричний 
матеріал впливає тиск, він генерує електричний сигнал, що можна виміряти. 
П'єзоелектричні датчики можуть виміряти дуже високі частоти та великі вібрації, 
але вони можуть не вимірювати низькочастотні вібрації або статичні розсуви. Вони 
також не потребують джерела живлення, що робить їх підходящими для 
використання в умовах, де подача енергії може бути проблематичною. 
Вибір правильного типу датчика вібрації залежить від конкретного 
застосування. Наприклад, для вимірювання вібрацій великої амплітуди та високої 
частоти може бути підходящим п'єзоелектричний датчик, тоді як для вимірювання 
низькочастотних вібрацій може бути кращим варіантом п'єзорезистивний датчик. 
Необхідно також враховувати умови роботи датчика, такі як температура, 
вологість, тиск та електромагнітні завади. Ці фактори можуть впливати на точність 
датчика та його здатність працювати надійно в певних умовах. 
 
1.1. Ємнісні перетворювачі 
Усередині найпростішого ємнісного датчика є дві жорстко закріплені 
металеві обкладки й одна рухома обкладка, прикріплена до інерційного елемента. 
Якщо на об'єкт впливають зовнішні прискорення, то рухома обкладка через 
інерційну силу, що виникає, починає переміщатися. Інерційна сила, що з'являється 
внаслідок прискореного руху маси, врівноважується силою пружності пружин. Для 
заспокоєння коливань рухомої обкладки служить демпфер, що створює силу, 
пропорційну швидкості переміщення маси. 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
8 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
На рисунку 1.1 ємнісний перетворювач представлено у вигляді механічної 
системи другого порядку, що складається з тіла масою m, пружини K і демпфера ц. 
Конструкція такого ємнісного перетворювача являє собою послідовне 
з'єднання двох плоских конденсаторів з ємностями С1 і С2 . Вираз для визначення 
ємності має вигляд: 
   S
 С = 0 ,                                                       (1.1) 
d
де ɛ0 - діелектрична проникність вакууму, 
ɛ - відносна діелектрична проникність діелектрика, 
S - площа обкладки, 
d - відстань між обкладками. 
Внаслідок зсуву рухомої обкладки змінюється відстань між нею і 
нерухомими обкладками, що призводить до зміни ємності між ними. Одна з 
ємностей збільшується, а інша зменшується. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 1.1 – Схема ємнісного датчика прискорень 
 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
9 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Ланцюжок перетворень ємнісного датчика має вигляд, зображений на  
рисунку 1.2: 
 
 
 
Рисунок 1.2 – Ланцюжок перетворень ємнісного датчика прискорень  
де a - зовнішнє прискорення, 
Fин - сила інерції, 
∆d - зміна відстані між рухомою и нерухомими обкладками, 
∆C - зміна ємності між рухомою і нерухомими обкладками. 
 
 
1.2. П'єзорезистивні перетворювачі 
Чутливим елементом таких перетворювачів є тензодатчик, який вимірює 
деформацію пружин, що підтримують інерційний елемент. 
На рисунку 1.3 [3] представлено загальний вигляд п'єзорезистивного 
перетворювача: 
Конструкція являє собою тришарову кремнієву структуру. 
Внутрішній шар (ядро) містить інерційну масу і пружну підвісну 
конструкцію. Маса кріпиться всередині рамки, сформованої методом травлення, на 
підвісі, з двох боків від якого розташовані тензодатчики, що детектують рух маси. 
Зовнішні два шари: кришка і основу, захищають рухомі частини від весняних 
забруднень. В обох зовнішніх шарах зроблено заглиблення, що дають змогу 
інерційній масі вільно переміщатися [3]. 
 
 
 
 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
10 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 1.3 – П'єзорезистивний перетворювач 
 
Під час впливу зовнішніх прискорень на чутливу вісь інерційна маса 
починає повертатися навколо підвісу. Унаслідок цього один із тензодатчиків реагує 
на деформацію стиснення, а другий - розтягування. Тензодатчики будують на 
основі тензорезисторів. Принцип їхньої дії ґрунтується на зміні електричного 
опору твердого тіла під час його деформації прикладеною силою [4]. 
Опір твердого тіла змінюється згідно з формулою: 
 
L
 R =  ,                                                             (1.2) 
s
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
11 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
де ρ - питомий опір матеріалу, 
L - довжина твердого тіла, 
S - площа поперечного перерізу. 
Формула відносної механічної деформації має вигляд: 
 
L
 =  ,                                                     (1.3) 
L
 
Залежність зміни опору від деформації виражається таким 
співвідношенням: 
R
= (1+ 2 )  ,                                           (1.4) 
R
 
де ν - коефіцієнт Пуассона. 
Для вимірювання зміни опору тензодатчики практично завжди 
використовують у мостовій схемі (міст Вітстона), під'єднаній до джерела 
напруги. 
Ланцюжок перетворень п'єзорезистивного датчика має вигляд, зображений 
на  рисунок 1.4: 
 
 
 
Рисунок 1.4 - Ланцюжок перетворень п'єзорезистивного датчика 
 
де a - зовнішнє прискорення, 
F - сила інерції, 
∆L - зміна довжини твердого тіла (дроту), 
ɛ - величина відносної механічної деформації, 
∆R - зміна опору твердого тіла (дроту), 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
12 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
U - напруга на виході мостової схеми. 
 
 
1.3. П'єзоелектричні перетворювачі 
В основі роботи п'єзоелектричних перетворювачів лежить явище 
п'єзоефекту. Сутність п'єзоелектричного ефекту зводиться до утворення на 
поверхні п'єзоматеріалу електричних зарядів під впливом зовнішніх сил: 
 
 Q = d11 F ,                                                           (1.5) 
 
де d11 - п'єзомодуль матеріалу, 
F - зовнішні сили. 
До п'єзоелектричних матеріалів можна віднести кристали кварцу, 
поляризовані керамічні матеріали та деякі полімери. 
У датчиковій апаратурі найширше застосування знаходять п'єзоелементи з 
п'єзокерамічних матеріалів (ПКМ), які, порівняно з іншими матеріалами, мають 
вищу п'єзоактивність і меншу вартість. 
Для збирання електричних зарядів до кристала на протилежних сторонах від 
зрізу прикріплюють електроди ( рисунок 1.5 [3]). Побудований у такий спосіб 
п'єзоелектричний датчик можна вважати конденсатором, у якому як діелектрик 
виступає сам кристал, що працює як генератор електричних зарядів, що призводять 
до появи електричної напруги U на електродах [3]. 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
13 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Рисунок 1.5 – П'єзоелектричний датчик, сформований за допомогою 
електродів, нанесених на поляризований кристал 
 
Величина напруги на цьому конденсаторі буде визначатися таким виразом: 
 
Q
 U = ,                                                           (1.6) 
C
 
де C - ємність конденсатора 
 
Ланцюжок перетворень п'єзорезистивного датчика має  вигляд, зображений 
на  рисунок 1.6: 
 
 
 
 
 
Рисунок 1.6. – Ланцюжок перетворень п'єзоелектричного датчика де a - 
 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
14 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
зовнішнє прискорення, 
F - зовнішні сили, 
Q - величина електричного заряду, що генерується на поверхні 
п'єзоматеріалу, 
U - величина напруги. 
 
Висновок 
Для порівняння характеристик основних перетворювачів перелічених типів 
розглянемо таблицю 1.1. 
 
Таблиця 1.1. Порівняння основних типів віброперетворювачів [5], [6] 
 П'єзоелектричні П'єзорезистивні Ємнісні 
Частотний діапазон, кГц 0,5 ÷ 30 0 ÷ 20 0 ÷ 1,5 
Динамічний діапазон, g 0 ÷ 100000 0 ÷ 60000 2 ÷ 100 
Чутливість, мВ/g 0,05 ÷ 10000 0,13 ÷ 50 20 ÷ 1000 
Температурний діапазон, -55 ÷ +260 -54 ÷ +121 -54 ÷ +121 
℃ 
 
Проаналізувавши таблицю 1.1, неважко помітити, що п'єзоелектричні 
датчики мають найширші діапазони чутливості та частоти. Незважаючи на те, що 
п'єзорезистивні датчики мають досить широкий динамічний діапазон, у чутливості 
вони суттєво поступаються п'єзоелектричним. Також до переваг п'єзоелектричних 
перетворювачів варто зарахувати простоту їхнього встановлення, стійкість до 
зовнішніх впливів і активний характер перетворення, що не потребує джерела 
живлення. Саме тому п'єзоелектричні датчики є найпоширенішими й 
універсальними. 
Таким чином, можна зробити висновок, що для побудови і тестування ІВС 
оптимальним варіантом є п'єзоелектричні датчики. 
 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
15 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
1.4 Огляд систем для вимірювання віброприскорень 
На сьогодні різні компанії розробили безліч систем для дослідження 
вібрацій. Однак, як уже було сказано, такі інформаційно- вимірювальні системи 
являють собою або складні в експлуатації та дорогі вимірювально-аналітичні 
комплекси, або закриті прилади, які складно адаптувати під вузькоспеціалізоване 
завдання. 
Огляд системи ViAna- 4 
Одним із прикладів вітчизняних ІВС, призначених для синхронної 
реєстрації вібросигналів, що надходять з усіх під'єднаних вібраційних датчиків, є 
універсальний переносний прилад марки ViAna-4. Основні технічні 
характеристики наведено в таблиці 2.1 [7]. 
 
Таблиця 1.2 - Технічні характеристики віброаналізатора ViAna-4 
Фірма Вібро-Центр 
Модель ViAna-4 
Частотний діапазон вимірювальних каналів, Гц 3 ÷ 10000 
Діапазон вимірювання віброприскорення, м/с2 1 ÷ 100 
Кількість каналів вимірювання вібрації 4 незалежних синхронних 
Інтерфейс зв'язку з ПК USB 2.0, Ethernet, Wi-Fi 
Час автономної роботи від акумуляторів, година 8 
Температурний діапазон роботи приладу, ℃ -20 ÷ +40 
Розміри приладу, мм 275×195×40 
Вага приладу, кг 2,6 
Вартість, $ 10536 
 
Слід зазначити, що прилад оснащений кольоровим LCD-екраном і 
плівковою клавіатурою. Також до комплекту постачання приладу входять чотири 
вібраційні датчики марки ВК-310А. Для підключення датчиків вібрації 
використовується стандартний інтерфейс ICP, 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
16 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
що  дає змогу використовувати з приладом будь-які інші датчики, що мають 
такий інтерфейс. Програмне забезпечення "Атлант", також  входить в комплект 
поставки, дає змогу зберігати, аналізувати і представляти в графічному 
вигляді дані про виконані вимірювання. 
До недоліків цієї системи можна віднести високу вартість і 
закритість, що не дасть змоги вносити модифікації залежно від власних 
потреб. 
Огляд системи Falcon Essential KIT 
Аналізатор вібрації Falcon Essential KIT також є прикладом ДІВ, 
призначеної для вимірювання параметрів вібрації. 
Falcon Essential - одноканальний професійний віброаналізатор, збирач даних 
для вібродіагностики та моніторингу [8]. Основні технічні характеристики даного 
віброаналізатора представлені в таблиці 2.2. 
 
Таблиця 1.3 - Технічні характеристики віброаналізатора Falcon Essential KIT 
Виробник Oneprod 
Модель Falcon Essential KIT 
Частотний діапазон вимірювальних каналів, Гц 0,25 ÷ 80000 
Діапазон вимірювання віброприскорення, м/с2 0,1 ÷ 800 
Кількість каналів вимірювання вібрації 1 
Інтерфейс зв'язку з ПК USB 2.0, Ethernet, Wi-Fi 
Час автономної роботи від акумуляторів, година Не менше 10 
Температурний діапазон роботи приладу, ℃ -20 ÷ +55 
Розміри приладу, мм 200×265×65 
Вага приладу, кг 1,8 
Ступінь захисту IP 65 
Вартість, $ 10940 ÷ 15860 
 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
17 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Цей прилад має ширші діапазони частот і прискорень. Falcon Essential 
оснащений кольоровим резистивним екраном (з високою роздільною здатністю), 
керованим дотиком. Також прилад має підвищений захист від впливів 
навколишнього середовища - IP 65 (пиловологозахищене виконання). 
З мінусів можна відзначити наявність лише одного каналу вимірювання 
вібрації. Крім цього, необхідне програмне забезпечення для ПК - NEST (XPR-300) 
EASY PAC - не входить у вартість комплекту постачання, і виробник пропонує 
придбати його окремо, внаслідок чого вартість постачання значно підвищується. 
Як і ViAna-4, Falcon Essential KIT є закритою системою.  
 
 
  
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
18 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
2 Обґрунтування технічного завдання 
 
Вимірювальна система контролю віброприскорень на основі 
високочутливого п'єзоелектричного датчика. 
Систему створюють з метою безперервного вимірювання, відображення та 
контролю параметрів малих вібраційних прискорень під час вимірювання 
загального рівня вібрації та під час задавання коливань різних форм та 
інтенсивностей. 
Вимірювані величини: 
Вихідна напруга з трикомпонентного п'єзоелектричного датчика (мВ). 
Значення чинного прискорення (м/с ).2 
Діапазон значень вимірюваних величин: 
Вихідна напруга - від 0 мВ до 1500 мВ. 
Величина прискорення - від 0,04 м/с2 до 7,8 м/с2 . 
Технічні вимоги: 
ІВС має ґрунтуватися на модульних технологіях фірми National Instruments. 
Для формування коливань різних форм та інтенсивностей має бути 
використаний вібростенд ЕТ-139 фірми Labworks Inc. 
Для формування сигналу, що задає параметри коливань вібростенда, має 
бути написана програма "Генератор сигналу" в LabVIEW. 
Для посилення потужності сигналу, що задається, має використовуватися 
підсилювач потужності ра-138 фірми Labworks Inc. 
Для фіксування значення прискорення, з яким коливатиметься вібростенд, 
має використовуватися програмне забезпечення "Віброметр". 
Вимоги до програмного забезпечення: 
Формат виведених даних - десятковий. 
На панель віртуального приладу мають бути виведені такі параметри: 
Область для завдання користувачем значення чинного прискорення. 
Таблиця для запису реєстрованих значень, що реєструються. 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
19 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Кнопка для контролю початку запису. 
Графік залежності напруги від прискорення. 
Графік похибки лінійності лінійності експерименту. 
Графік для виявлення характеру сигналу, що задає параметри коливань 
вібростенда. 
Області та графік для контролю значень напруги за трьома осями X, Yі Z. 
Умови експлуатації: 
температура навколишнього середовища - від 0 ℃ до 40 ℃ ; 
атмосферний тиск 760 мм. рт. ст.; 
вологість повітря від 20% до 80%. 
 
  
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
20 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
3 Розробка структурної та електричної принципової схеми 
 
 
На рисунку 3.1 представлено структурну схему розроблюваної 
інформаційно-вимірювальної системи. 
220В
220В
3
2
Підсилювач Персональний 
NI
потужності комп'ютер 
Вібростенд
1
Датчик
 
 
Рисунок 3.1 –  Структурна схема ІВС 
 
Система складається з трьох блоків: 1 - вимірювального, 2 - модульного 
блоку і 3 - коливального блоку. 
Розроблювана система матиме два компонування: 1) для вимірювання 
загального рівня вібрації; 2) для вимірювання параметрів вібрації під час задання 
коливань різних форм та інтенсивностей на комп'ютері. 
Залежно від вибору компонування структурна схема може видозмінюватися 
(при виборі першого компонування блок 3 буде відсутній). 
Розглянемо поведінку системи в 1-му компонуванні для вимірювання 
загального рівня вібрації: 
1. З блоку вимірювання, тобто з п'єзоелектричного датчика, аналогова 
інформація надходить у модульний блок, а саме на вхідний модуль. 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
21 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Вхідний модуль закріплений або в спеціальному слоті USB, або на шасі, за 
допомогою яких за інтерфейсом USB 2.0 буде здійснюватися передача вже 
оцифрованої інформації з вхідного модуля на комп'ютер. 
2. Комп'ютер виводить на екран віртуального приладу оброблені дані. 
Варто також зазначити, що система в першому компонуванні може бути 
портативною, якщо замість стаціонарного комп'ютера використовувати ПК зі 
встановленим програмним забезпеченням. 
Розглянемо поведінку системи у 2-му компонуванні для вимірювання 
параметрів вібрації під час задавання коливань різних форм та інтенсивностей у 
лабораторних умовах. 
1. Сформований на комп'ютері цифровий сигнал по інтерфейсу USB 2.0 
подається на модульний блок, а саме на вихідний модуль. 
2. Вихідний модуль перетворює отриманий цифровий сигнал на 
аналоговий і подає його на підсилювач потужності ра-138 фірми Labworks Inc. 
3. З підсилювача потужності сигнал надходить на вібростенд ET-139 фірми 
Labworks Inc. і викликає його коливання. 
4. Розташований на поверхні вібростенда датчик передає інформацію в 
модульний блок, а саме на вхідний модуль. 
5. Вхідний модуль передає інформацію через інтерфейс USB 2.0 на 
комп'ютер. 
6. Комп'ютер виводить на екран віртуального приладу оброблені дані. 
Неважко помітити, що залежно від вибору компонування система може 
бути або портативною і переносною (1), або являти собою складну конструкцію, 
що складається з декількох компонентів вимірювального стенда (2). 
 
Трикомпонентний векторний приймач коливального прискорення 
Високочутливий трикомпонентний п'єзоелектричний датчик, 
високочутливий (трикомпонентний векторний приймач коливального 
прискорення) представлено на рисунку 3.2. 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
22 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 3.2. Трикомпонентний векторний приймач коливального 
прискорення [9] 
1 - Струна; 2 - Інерційний елемент; 3 - П'єзоелемент. 
 
Кожна пара п'єзоелементів, що лежить по обидва боки від інерційного 
елемента, чутлива до прискорення, що діє перпендикулярно площині пари. Через 
те, що поздовжня жорсткість струн значно більша за вигину жорсткість чутливих 
елементів, то кожна пара п'єзоелементів, площину якої розташовано 
перпендикулярно вектору чинного прискорення, поводиться так, як якби кінці 
перебували на жорстких опорах. Інші п'єзоелементи, розташовані паралельно до 
чинного вектора прискорення, зазнають менших напружень, оскільки кінці 
елементів можуть переміщатися в напрямку прискорення. Ці елементи 
забезпечують меншу чутливість через меншу поперечну жорсткість струн. 
Оскільки досліджуваний датчик трикомпонентний, то електричний заряд 
генерується на кожній парі п'єзоелементів, розташованій у площині однієї з 
компонент: х, y і z. 
 
 (3.1) 
де 
m - маса інерційного елемента, 
a - чинне прискорення. 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
23 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Напруга: 
(3.2) 
 
де С - ємність п'єзоелемента. 
Оскільки  нам  необхідно  правильно  проаналізувати  і  вибрати компоненти 
системи, то розглянемо технічні характеристики трикомпонентного векторного 
приймача коливального прискорення, зазначеного в технічному завданні. 
 
Таблиця 3.1. Технічні характеристики трикомпонентного векторного 
приймача коливального прискорення 
Назва характеристики Значення 
Чутливість, В∙с2 /м 2,2 ÷ 25 
Поріг чутливості, м/с2 -7
 6∙10  
Резонансна частота, Гц 320 
Допустимі перевантаження, g 100 
Температурний діапазон, ℃ -5 ÷ +40 
Похибка в робочих умовах, % Не більше 
1,5 
 
Неважко помітити, що датчик є високочутливим. 
Варто приділити увагу чутливості, згідно з якою ми зможемо підібрати 
параметри вхідного модуля, і температурному діапазону, який забезпечить пункт 
"умови експлуатації" ТЗ. 
 
Вхідні модулі 
Згідно з технічним завданням, необхідно вибрати вхідний модуль для 
використовуваного в роботі датчика. Розглянемо С-модулі фірми National 
Instruments. У таблиці 4.2 [10] наведено порівняльну характеристику деяких 
модулів. 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
24 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Таблиця 3.2 - Технічні характеристики вхідних модулів 
Назва модуля NI 9234 NI 9250 NI 9232 
Діапазон -5 ÷ +5 -5 ÷ +5 -30 ÷ +30 
вимірювання, В 
Кількість каналів 4 2 3 
Робоча температура, -40 ÷ +70 -40 ÷ +70 -40 ÷ +70 
℃ 
Частота дискретизації, 51,2 51,2 102,4 
кГц 
Тип підтримуваних П'єзоелектричні П'єзоелектричні П'єзоелектричні 
датчиків акселерометри акселерометри акселерометри 
Тип роз'єму BNC BNC Гвинтовий 
затискач 
Вартість, $ 2275 1275 1955 
 
Усі представлені модулі призначені для роботи з п'єзоелектричними 
датчиками. Під час порівняння пропонованих розробником вхідних модулів 
особливу увагу варто приділити кількості каналів і типу роз'єму. Згідно з технічним 
завданням нам необхідні 3 вимірювальні канали (для осей X, Y і Z відповідно). У 
модуля NI 9250 їх тільки 2 на відміну від модулів NI 9234 і NI 9232. Однак нам 
потрібен BNC роз'єм для підключення трикомпонентного векторного приймача 
коливального прискорення. А BNC роз'єми є тільки у модулів NI 9234 і NI 9250. 
Таким чином, узагальнюючи всі параметри, можемо зробити висновок, що 
за всіма критеріями вибору нам підходить модуль NI 9234. Зупинимо свій вибір 
саме на ньому. 
Тепер розглянемо технічні характеристики обраного нами модуля більш 
детально. Для цього звернемося до таблиці 3.3 [11]. 
 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
25 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Таблиця 3.3 - Технічні характеристики модуля NI 9234 
Назва модуля NI 9234 
Кількість каналів 4 
Розрядність АЦП, біт 24 
Тип АЦП Сигма-дельта 
Тип підтримуваних П'єзоелектричні 
датчиків акселерометри 
Повний діапазон 
-5,1 ÷ +5,1 
вимірювань, В 
Похибка зміщення при 
±0,04 
н.у., % 
Струм збудження для 
2,1 
датчика, мА 
Споживана потужність в 
900 
активному режимі, мВт 
Споживана потужність у 
пасивному режимі 25 
режимі, мкВт 
Ступінь захисту IP40 
 
Ступінь захисту IP40 свідчить про те, що пристрій надійний з погляду 
електробезпеки, але не захищений від потрапляння води. 
Також необхідно взяти до уваги, що в нормативі IP не враховується захист 
від агресивних середовищ. IP дає уявлення про пиловологозахищеність виробу та 
його електробезпеку [12]. 
NI 9234 являє собою 4-канальний модуль аналогового введення для 
підключення п'єзоелектричних датчиків ( рисунок 3.3 [11]). 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
26 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
У програмному забезпеченні можна конфігурувати кожен канал для 
встановлення зв'язку за постійним або змінним струмом. Для каналів, що мають 
зв'язок за змінним струмом, можна ввімкнути або вимкнути струмове збудження [11]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 3.3. Схема вхідного ланцюга NI 9234 для одного каналу 
Чотири 24-розрядних сигма-дельта АЦП одночасно оцифровують чотири 
вхідні аналогові сигнали. 
У NI 9234 використовується струм зміщення для зміщення обмежувальних 
діодів у разі, коли струм п'єзоелектричного датчика відсутній [11]. 
Потрібно враховувати, що для зв'язку цього вхідного модуля з ПК 
необхідний підбір або спеціального слота USB, або шасі. 
Також варто зазначити, що при виборі цього вхідного модуля розроблювана 
система зможе працювати тільки в режимі вимірювання загального рівня вібрації! 
Для того щоб система могла працювати і в режимі вимірювання параметрів вібрації 
під час задавання коливань різних форм та інтенсивностей на комп'ютері, нам 
потрібно підібрати вихідний модуль із вбудованим ЦАП. 
 
Шасі та слоти USB 
Існує два способи підключення вхідного модуля до ПК: 
1) використання шасі CompactDAQ і 2) використання слота NI USB. 
У таблиці 3.4 представлено деякі види шасі CompactDAQ і один слот NI 
USB-9162, пропоновані компанією National Instruments. 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
27 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Таблиця 3.4. Технічні характеристики шасі CompactDAQ [13] і NI USB-9162 
[14] 
NIcDAQ-9174 
Назва NIcDAQ-9171 I USB-9162 
N 
Число слотів 1 4 1 
Інтерфейс USB 2.0 USB 2.0 USB 2.0 
Робоча температура, ℃ -20 ÷ +55 -20 ÷ +55 -20 ÷ +55 
Вартість, $ 490 1010 350 
 
Порівнюючи представлені в таблиці характеристики, варто врахувати, що 
нам потрібно всього 1 слот. Інтерфейс, робоча температура у шасі і USB- слота 
однакові. Тому, зважаючи на вигіднішу ціну, варто вибрати NI USB- 9162. 
 
Модуль NI USB- 4431 
У разі підбору вихідного модуля відповідно до вищесказаного в пункті 4.2, 
крім вхідного і вихідного модулів доведеться підбирати шасі для зв'язку модулів з 
комп'ютером, що ускладнить конструкцію системи та істотно підвищить загальну 
вартість усіх підібраних компонентів. 
Однак компанія National Instruments пропонує універсальний модуль для 
роботи з п'єзоелектричними датчиками, який може бути одночасно і вхідним, і 
вихідним завдяки наявності АЦП і ЦАП. Також розробниками передбачено 
можливість зв'язку цього модуля з комп'ютером через інтерфейс USB 2.0, отже, 
відпадає потреба підбору шасі. 
Загальні технічні характеристики модуля NI USB-4431 подано в таблиці 3.5 
[15]. 
 
 
 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
28 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Таблиця 3.5 - Технічні характеристики модуля NI USB-4431 
Назва модуля NI USB-4431 
Кількість каналів 5 (4 вхідних, 1 вихідний) 
Розрядність АЦП/ЦАП, біт 24 
Тип АЦП/ЦАП Сигма-дельта 
Робоча температура, ℃ -30 ÷ +70 
Інтерфейс зв'язку з ПК USB 2.0 
Тип роз'єму BNC 
Ступінь захисту IP40 
Вартість, $ 3085 
Розглянемо окремо режими роботи каналів цього модуля. 
 
Аналогове введення 
У таблиці 3.6 [15] подано технічні характеристики цього модуля в режимі 
роботи аналогового введення. 
 
Таблиця 3.6. Технічні характеристики модуля NI USB-4431 (аналогове 
введення) 
Кількість каналів 4 
Тип роз'єму BNC 
Розрядність АЦП, біт 24 
Тип АЦП Сигма-дельта 
Частота оцифрування, кГц 104,2 
Діапазон вимірювання, В -10 ÷ +10 
Похибка зміщення при н.у., мВ ±0,75 
Струм збудження для датчика, мА 2,1 
Споживана потужність в активному режимі, Вт 2,5 
Вхідний опір (AI- до потенціалу землі), кОм 1 
Вхідний опір (між AI- і AI+), кОм 200 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
29 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
NI USB-4431 є 5-канальним модулем для вимірювання вібрацій з 
аналоговими входами і виходом. 4 аналогових вхідних канали з напругою ±10 В і 
частотою оцифрування 102,4 кГц. 
Для розуміння роботи вхідних каналів звернемося до  рисунок 3.4 [16] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 3.4 - Схема вхідного ланцюга NI USB-4431 для 
одного каналу Схема вхідного ланцюга нагадує вже розібрану раніше в п. 
4.2 схему модуля NI 9234 з тією лише різницею, що в цьому випадку відсутні 
обмежувальні діоди і струм зміщення. 
 
Аналоговий вивід 
У таблиці 3.7 [15] подано технічні характеристики цього модуля в режимі 
роботи аналогового виводу. 
 
Таблиця 3.7. Технічні характеристики модуля NI USB-4431 ( аналоговий 
вивід) 
Кількість каналів 1 
Тип роз'єму BNC 
Розрядність ЦАП, біт 24 
 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
30 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Продовження таблиці 3.7 
Тип ЦАП Сигма-дельта 
Частота оновлення, кГц 96 
Діапазон вимірювання, В -3,5 ÷ +3,5 
Споживана потужність в активному режимі, Вт 2,5 
Вихідний опір, Ом 50 
 
1 аналоговий вихідний канал із напругою ±3,5 В і частотою оновлення 96 
кГц. 
24-розрядний сигма-дельта ЦАП перетворює цифровий сигнал з 
комп'ютера, що надходить по інтерфейсу USB 2.0. 
Потім по BNC-конектору перетворений аналоговий сигнал надходить на 
підсилювач потужності ра-138. 
 
Структурна схема системи з обраними компонентами 
Ми  підібрали модулі для роботи системи в різних компонуваннях. 
Для 1-го компонування вимірювання загального рівня вібрації було 
вирішено використати вхідний модуль NI 9234 (з вбудованим АЦП) разом з USB-
слотом NI USB-9162. Оскільки нам знадобиться лише один ланцюжок 
перетворення вхідного аналогового сигналу з датчика. 
Для 2-го компонування вимірювання параметрів вібрації під час задавання 
коливань різних форм та інтенсивностей на комп'ютері було вирішено використати 
універсальний модуль NI USB-4431 з вбудованими АЦП і ЦАП. Оскільки нам буде 
потрібно два ланцюжки перетворення: цифрового сигналу з комп'ютера і 
аналогового сигналу з датчика. 
Таким чином, початкова структурна схема, зображена на  рисунку 3.1 
перетвориться на вигляд на  рисунок 3.6. 
 
 
 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
31 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
220В 2
Підсилювач 
NI USB - 4431 220В
потужності
AI1 AI0 AI2
Y X Z
Вібростенд
1
Персональний 
Датчик
комп'ютер 
AI1 AI0 AI2
Y X Z
NI 9234+NI USB - 9162
 
 
Рисунок 3.6 - Структурна схема системи з підібраними компонентами 
 
Поведінку системи було описано вище,  за даною структурною схемою було 
зібрано ІВС, наведену на кресленнях. 
  
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
32 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
4 Розрахунок основних елементів системи 
 
 
У пункті 3 було підібрано всі необхідні компоненти ІВС. 
Компанія National Instruments пропонує використовувати середовище 
графічного програмування LabVIEW для створення віртуальних приладів. 
Під час розроблення програмного забезпечення ІВС потрібно визначитися з 
необхідним набором функцій. 
1) Необхідно задати параметри сигналу, що викликає коливання 
вібростенда, і вивести графік цього сигналу; 
2) Необхідно вивести графік для контролю значень напруги за трьома 
осями X, Y і Z на виході трикомпонентного векторного приймача коливального 
прискорення; 
3) Необхідно побудувати зведену таблицю результатів, у якій би 
відображалися: значення чинного прискорення в м/с2 (еталонний параметр) і 
вихідне значення напруги трикомпонентного векторного приймача коливального 
прискорення в мВ. Також необхідний графік для наочного представлення 
залежності напруги від діючого прискорення; 
4) Необхідно апроксимувати отримані результати, обчислити коефіцієнти 
a, b апроксимувальної прямої та с.к.о. цих коефіцієнтів; побудувати графік похибки 
лінійності експерименту. 
У LabVIEW використовується мова графічного програмування, де алгоритм 
створюється в графічній формі, що утворює так звану блок- діаграму (block-
diagram) [17]. 
У середовищі LabVIEW є дві області для розроблення ПЗ: 1) лицьова панель 
або front panel - це вікно віртуального приладу, через яке користувач взаємодіє з 
програмою; 2) вікно block-diagram містить графічний код створюваного 
віртуального приладу.  
 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
33 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Згідно з ТЗ для фіксування величини прискорення, з яким коливатиметься 
вібростенд, ми використовуємо готове програмне забезпечення 
"Віброметр". 
"Віброметр" являє собою собою програму, розроблену в LabVIEW. 
Ця програма фіксує значення прискорення завдяки зразковому каналу, що 
складається з прикріпленого до поверхні вібростенду еталонного датчика. Для 
опрацювання інформації, що надходить з еталонного датчика, використовується 
вхідний модуль із вбудованим АЦП. Оцифрована інформація через інтерфейс USB 
2.0 надходить на комп'ютер зі встановленою програмою. 
Лицьову панель програми "Віброметр" наведено на рисунку 4.1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 4.1 - Програма "Віброметр" 
 
4.1 Панель віртуального приладу (Front Panel) 
На  рисунок 4.2 представлено лицьову панель віртуального приладу, що 
розробляється. 
 
 
 
 
 
 
 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
34 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 4.2 -  Лицьова панель віртуального приладу 
 
На лицьовій панелі відображено такі елементи: 
1) Графік для виявлення характеру сигналу, що задає параметри коливань 
вібростенда; 
2) Кнопка початку генерації сигналу; 
3) Області для завдання амплітуди і частоти сигналу, що генерується; 
4) Графік напруги за трьома осями X, Y і Z на виході трикомпонентного 
векторного приймача коливального прискорення; 
5) Області для контролю значень напруги за трьома осями X, Y і Z на виході 
трикомпонентного векторного приймача коливального прискорення; 
6) Область для завдання значення чинного прискорення (еталонний 
параметр); 
7) Таблиця результатів вимірювання; 
8) Кнопка дозволу запису результатів у таблицю; 
9) Графік для графічного представлення експериментально отриманих 
даних та їхньої апроксимації; 
10) Графік відносної похибки апроксимації; 
11) Вікна для виведення значень коефіцієнтів апроксимуючої прямої та 
їхніх с.к.о; 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
35 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
За допомогою (3) користувач задає параметри формованого сигналу. 
Генерація сигналу починається після натискання кнопки (2). На вікнах (1) і (4) 
можна простежити за характером вхідного (генерованого) сигналу і вихідного (за 
трьома осями) сигналу з датчика. Рівні напруги контролюються в області (5). В 
область (6) заноситься значення чинного прискорення, зафіксоване за допомогою 
програми 
"Вібротест". Запис результатів у таблицю (7) починається після кожного 
натискання кнопки (8). На вікні (9) користувач зможе побачити графічне 
представлення експериментально отриманих даних та їхню апроксимацію. На 
вікнах (11) виводяться значення коефіцієнтів апроксимуючої прямої та їхні с.к.о. 
 
 
4.2 Схема роботи віртуального приладу (Block Diagram) 
Загальна схема представлена на  рисунок 4.3. 
 
 
Рисунок 4.3. Блок-діаграма віртуального приладу 
У загальній структурі можна виділити три блоки. 
У першому блоці відбувається генерація сигналу, що викликає коливання 
вібростенда. 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
36 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Другий блок відповідає за збір даних з датчика і за внесення всіх необхідних 
параметрів у таблицю. 
В третьомублоці здійснюється обробка даних и пошук метрологічних 
характеристик експерименту. 
Розглянемо кожен блок окремо. 
Блок генерації сигналу 
 
 
 
 
 
Рисунок 4.4. Блок генерації сигналу 
 
Як уже було сказано вище, у першому блоці відбувається генерація сигналу, 
що спричиняє коливання вібростенда з еталонним датчиком, який перебуває на 
його поверхні, і трикомпонентним векторним приймачем коливального 
прискорення. 
Сигнал заданої амплітуди і частоти надходить на вихідний модуль (DAQ 
Assistant). Вихідний модуль перетворює отриманий цифровий сигнал в аналоговий 
і передає його на підсилювач потужності, з якого сигнал надходить на вібростенд і 
викликає його коливання. Блок збору даних і побудови таблиці 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 4.5. Блок збору даних і побудови таблиці 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
37 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Другий блок дає змогу збирати дані, що надходять із трикомпонентного 
векторного приймача коливального прискорення за трьома осями X, Y і Z, завдяки 
вхідному модулю (DAQ Assistant2). Дані, що надходять з модуля, відображаються 
на загальному графіку напруги і в спеціальних областях у мВ. 
Оскільки вібростенд коливається в напрямку однієї осі (Z) 
використовуваного датчика, то за двома іншими осями (X і Y) генерація напруги 
буде незначною. Саме тому під час побудови таблиці залежності напруги від 
чинного прискорення, що спричиняє коливання, ми використовуємо напругу, що 
генерується на п'єзопластинах по осі Z. 
 
 
4.3 Блок обробки даних и пошуку метрологічних характеристик 
експерименту 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 4.5. Блок обробки даних і пошуку метрологічних характеристик 
експерименту 
 
Посилаючись на дані з таблиці блоку 2, у третьому блоці будується графік 
залежності напруги від прискорення. 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
38 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Для калібрування трикомпонентного векторного приймача коливального 
прискорення необхідно вивести рівняння його перехідної функції. У нашому 
випадку припускаємо, що це рівняння прямої. Таким чином, необхідно знайти її 
коефіцієнти a і b. Пошук цих коефіцієнтів і виведення самого рівняння 
апроксимуючої прямої здійснюється за допомогою елемента "LinearFit". Також, 
спираючись на значення, занесені в таблицю, і на апроксимуючу пряму, з'являється 
можливість виведення графіка похибки лінійності. Крім цього, у третьому блоці 
реалізовано процедуру пошуку с.к.о. коефіцієнтів a і b апроксимуючої прямої. 
 
4.4 Експериментальне випробування ІВС 
Під час перевірки працездатності зібраної у 2-му компонуванні ІВС, 
наведеної в додатку 1, потрібно виконати таку послідовність дій: 
1. Увімкнути комп'ютер і запустити програму "ІВС", 
розташовану на робочому столі. 
2. На лицьовій панелі віртуального приладу, що з'явився, натиснути 
кнопку "run" і запустити програму. 
3. Задати амплітуду і частоту сигналу, який викликатиме коливання 
вібростенда. Натиснути кнопку "Генерувати сигнал". 
4. Побудуються графіки заданого сигналу і сигналу, що генерується 
трикомпонентним векторним приймачем коливального прискорення. 
5. Запустити програму "Віброметр". У спеціальному вікні програми 
з'явиться значення прискорення, з яким коливатиметься вібростенд. 
6. Ввести значення прискорення у віконце "Діюче прискорення", 
розташоване на екрані віртуального приладу, і натиснути кнопку "Дозволити 
запис" для занесення результату в таблицю. 
7. Збільшити частоту сигналу, що генерується. За програмою 
"Віброметр" зафіксувати нове значення прискорення. Ввести це значення у віконце 
"Діюче прискорення" і натиснути кнопку "Дозволити запис". Повторити цю 
процедуру кілька разів. 
8. Побудуються графік залежності напруги від чинного прискорення 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
39 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
і графік похибки лінійності експерименту. 
9. Під таблицею будуть наведені коефіцієнти a і b 
апроксимуючої прямої та їх оцінки. 
На рисунку 4.6 представлено вигляд лицьової панелі віртуального приладу 
після проведення експерименту. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 4.6 – Експеримент 
 
За цим рисунком видно, що до моменту закінчення експерименту було 
виведено всі необхідні графіки і знайдено необхідні в технічному завданні 
характеристики. 
Для того щоб переконатися у справності розробленого ПЗ, отримані під час 
експерименту результати було оброблено в середовищі MathCAD. Оброблення 
результатів представлено в додатку. 
 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
40 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
5 Технологічний розділ 
 
5.1 Використання друкованих плат 
В значній мірі техніко-економічні показники і якість виготовленої продукції 
залежать від підготовки виробництва, найважливішою складовою якої є 
проектування технологічних процесів. 
Підвищення кількості механізованих і автоматизованих знарядь 
виробництва і їх безперервне вдосконалення підвищувало вимоги до 
технологічного проектування і стало основою створення правил і методик 
розробки технологічних процесів. На початку 80-х років була створена Єдина 
Система Технологічної Документації (ЄСТД) і Єдина Система Підготовки 
Виробництва (ЄСПВ). В теперішній час технологічне проектування – це 
комплексна система взаємодії систем і розмірів, що обумовлюють створення 
високоякісної технологічної документації на основі широкого використання 
стандартних технологічних рішень[21-22]. 
Використання друкованих плат (ДП) у приладобудуванні, обчислювальній 
техніці і автоматиці забезпечує заміну значної частини ручних операцій 
машинними операціями, що допускають використання напівавтоматичних і 
автоматичних установок, автоматичних поточних ліній і автоматизованих засобів 
контролю. 
Друкований монтаж дозволяє скоротити матеріальні і трудові затрати, що 
пов’язані з використанням у великих кількостях конструктивних і з’єднувальних 
деталей, а також значно скоротити об’єм контрольно-випробувальних операцій. 
 
5.2 Класифікація методів конструювання та виготовлення друкованих 
плат 
При конструюванні приладів на ДП використовуються наступні методи: 
Моносхемний використається для нескладних апаратур. У цьому випадку 
вся електрична схема розташовується на одній ДП. Моносхемний метод має 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
41 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
обмежене застосування, тому що дуже складні ДП незручні при налагодженні й 
ремонті даних приладів. 
Схемно-вузловий метод застосовують при використанні масової й серійної 
апаратури. При цьому методі частина електричної схеми, що має чіткі вхідні й 
вихідні ланцюги розташовується на окремій ДП. Ремонтна здатність таких виробів 
більша. Недолік− складність системи сполучних проводів, які з'єднують окремі 
ПП[21-22]. 
Функціонально-вузловий метод застосовують в апаратурах з використанням 
мікроелектронних елементів. При цьому використають багатошарові друковані 
плати (БДП), що поєднують у єдину конструкцію кілька шарів друкованих 
провідників, які розділені шарами діелектрика. 
Методи виготовлення одно- і двосторонніх  ДП, гнучких ДП і гнучких 
друкованих кабелів класифікують за принципом провідного малюнка й способу 
формування зображення малюнка ДП. 
Відомі наступні методи одержання провідного малюнка ДП[21-22]: 
1. Хімічного травлення (хімічний), що полягає у вибірковому травленні 
ділянок провідної фольги або іншого провідного матеріалу нанесеного на 
поверхню заготовки ДП; 
2. Механічного видалення пробільних ділянок заготовки ДП, які мають 
рельєфну поверхню із провідним малюнком в основі плати; 
3. Гравірування (фрезерування) лакованої заготовки ДП; 
4. Адитивний, що ґрунтується в осадженні на спеціальну підготовлену 
поверхню основи ДП металевого провідного покриття за рахунок хімічного 
відновлення металу з розчину солі; 
5. Напівадитивний (електрохімічний), якщо провідний малюнок виходить за 
рахунок гальванічного нарощування нижнього шару металу на діелектричній 
основі, металізована хімічним методом; 
6. Переносу, якщо провідний малюнок одержують на тимчасовій основі, 
наприклад, з нержавіючої сталі будь-яким методом, при цьому друковані 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
42 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
провідники спочатку формуються електрохімічним методом, потім основу із 
провідниками притискають до покритого клеєм діелектричної основи. Під тиском 
і підігріві друковані провідники переносять на діелектричну основу; 
7. Випалювання струмопровідних паст у термостійку основу, при цьому на 
поверхні, наприклад, керамічної плати, наносять пасти або фарби, які вміщають 
вуглекисле срібло, потім їх піддають термічному опаленню при температурі більше 
600 ºС. У результаті срібло відновлюється, що утворює друковані провідники, які 
мають велике зчеплення з основою; 
8. Вакуумної металізації або катодного розпилення, якщо провідна плівка 
осаджується на діелектричній основі в умовах вакууму шляхом впливу 
електричного поля; 
9. Шопірування, це розпилення в повітрі інертних часточок розплавленого 
металу, які осаджуються на основу ПП; 
10. Штампування, струмопровідний малюнок наноситься на діелектричну 
основу механічним способом, тобто вирубка рельєфним штампом фольги з 
одночасним врізанням крайок металу в основу; 
11. Металізації за допомогою металевих порошків; 
12. Комбіновані, що представляють об'єднання вище перерахованих 
методів, наприклад, хімічного й електрохімічного методу. 
Провідний малюнок ДП можна одержати й іншими методами, зокрема, за 
допомогою електрохімічної й електрофізичної обробки лакованої основи, шляхом 
вибуху металевого дроту або нанесенням металевих порошків на поверхню 
вибуховою хвилею в спеціальних пристроях. 
У виробництві ДП широко застосовують наступні способи формування 
малюнка[21-22]: 
1. Фотографічний, використання різних видів активних випромінювань для 
експонування світлочутливих матеріалів нанесених, на основу ПП; 
2. Офсетний (друкований) - виготовлення офсетних форм і друкування за 
їхньою допомогою позитивного й негативного зображення малюнка на заготовці ДП; 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
43 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
3. Сіткографічний (трафаретного або сітчастого друку) - використання для 
друку позитивного або негативного зображення малюнка ДП сітчастого трафарету; 
4. Тиснення (пресування) - створення рельєфної поверхні основи ДП із 
утопленого у неї провідного малюнка. 
5. Штампування, вирубування малюнка друкованих провідників з листів 
фольги спеціальним штампом; 
6. Ксерографічний - проектування позитивного або негативного зображення 
малюнка ДП на пластину з напівпровідниковим шаром, зарядженим до певного 
потенціалу; сховане зображення при цьому електростатично проявляється за 
допомогою заряджених пігментних порошків, переносяться на основу ДП за 
допомогою проміжної підкладки й паяються; 
7. Гравірування (фрезерування) - одержання малюнка друкованих 
провідників фрезеруванням між ними канавок на поверхні фольгованих заготовок 
за допомогою пристрою, що стежить за координатами; 
8. Малювання - одержання позитивного або негативного зображення 
малюнка ДП у ручну за допомогою кисті, плакатного пера,  трафарету та інше. 
 
5.3 Норми й вимоги до конструювання друкованих плат 
Конструювання ДП складається з наступних основних етапів[21-22]: 
1. Вивчення технічного завдання на розробку приладу; 
2. Визначення конфігурації й габаритних розмірів ДП;  
3. Визначення раціонального взаєморозташування електрорадіоелементів 
на ДП; 
4. Трасування з'єднань плати; 
5. Перевірка провідного малюнка ДП; 
6. Розробка конструкторської документації відповідно до вимог Єдиної 
системи конструкторської документації (ЄСКД) і зазначених вище нормативних 
документів. 
Провідний малюнок ПП, розроблений у результаті трасування з'єднань, 
повинен задовольняти наступним вимогам: відповідати принциповій електричній 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
44 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
схемі; всім конструктивним, технологічним й електричним вимогам; забезпечувати 
нормальну роботу схеми при відповідних умовах експлуатації й зручність збірно-
монтажних і регулюючих робіт.  
Друковані плати по щільності провідного малюнка діляться на чотири 
класи[29-33]: 
1. Перший характеризується найменшою щільністю провідного малюнка; 
2. Другий і третій - підвищеною щільністю; 
3. Четвертий - найбільшою щільністю. 
При наявності елементів провідного малюнка різних класів плат необхідно 
відносити до більш вищого класу. Для ОДП і ДДП, виготовлених хімічним 
методом, четвертий клас щільності не застосовують. Для будь-яких плат 
переважним є перший клас щільності провідного малюнка, третій клас не 
рекомендується використати на платах з розмірами більше 240Х240 мм, а 
четвертий клас - на платах з розмірами більше 170Х170мм. 
Вимоги до основних розмірів. Застосування плат більших розмірів і 
складної геометричної форми не рекомендується у зв'язку з маленькою механічною 
міцністю, складності обробки й головним чином у зв’язку  з виникненням значного 
жолоблення, які виникають у процесі технологічного циклу виготовлення. 
Основні розміри й крок координатної сітки повинні відповідати ГОСТ 
10317: крок координатної сітки 2,5; 1,25; 0,5 мм; розмір кожної сторони друкованої 
плати повинен бути кратної 2,5 при довжині до 100 мм, 5 при довжині до 350 мм, 
10 при довжині більше 350мм. Максимальний розмір кожної зі сторін повинен бути 
не більше 470 мм, а допуски на лінійні розміри сторін вибирають згідно СТ СЕВ 
144. Співвідношення лінійних розмірів кожної зі сторін не повинне бути 3:1. 
Відхилення від прямокутності ДП не повинне бути більше 0,2 мм на 100 мм 
довжини.  
Товщина ОДП визначається товщиною обраного матеріалу. Рекомендуємі 
товщини плат 0,8; 1; 1,5; 2; 2,5; 3 мм. Граничні відхилення від сумарної товщини 
ОДП визначається допуском на товщину матеріалу плати й допуском на товщину 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
45 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
гальванічного покриття, а граничне відхилення на товщину ГПП визначається 
допуском на товщину матеріалу. 
Вимоги до розташування розмірів отворів. Центри всіх отворів на 
друкованій платі, що враховують кріплення, повинні розташовуватися у вузлах 
координатної сітки. Центри отворів, призначені для багатовивідних елементів 
(мікросхеми, реле, і т.п. які з конструктивних особливостей не попадають у вузли 
координатної сітки) розташовуються відповідно до розмірів, які зазначені в 
нормативній документації на ці елементи (ГОСТ, ТУ, креслення та інше). Центр 
отвору, прийнятий за основний, повинен розташовуватися у вузлі сітки, інші 
отвори для цього елемента повинні по можливості розташовуватися на 
вертикальних або горизонтальних лініях координатної сітки. 
Розміри й конфігурацію кріпильних й інших конструктивних і 
технологічних отворів необхідно вибирати за ДСТ 11287 залежно від вимог до 
конструкції й технології виготовлення виробу. Центри цих отворів також по 
можливості необхідно розташовувати у вузлах координатної сітки. 
Шорсткість поверхонь монтажних не металізованих отворів і торців ПП 
повинна відповідати ГОСТ 2789 Rz  80, а для металізованих поверхонь Rz40. 
Металізовані отвори необхідно виготовляти без зенкирування. 
Розміри контактних площадок вибирають із урахуванням механічних 
навантажень і маси елементів, які встановлюються на ПП. Оскільки існують 
обмеження по масі елементів, які встановлюються на ПП, то в більшості випадків 
необхідна віброізоляція. 
При збільшенні контактної площадки збільшується якість паяних з'єднань, 
зменшується можливість їхнього відриву від основи плати як при виробництві, так 
і при експлуатації (сила зчеплення фольги з основою 25-30 кг/див2). 
Вимоги до розмірів і розташування провідників. Важливим параметром для 
друкованого провідника є його ширина, що залежить від припустимої щільності 
струму, припустимої температури нагрівання при максимально припустимому току 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
46 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
навантаження, від товщини шару фольги, роздільну здатність технологічного 
оснащення. 
Внаслідок того, що друковані провідники мають добрий тепловий контакт 
із середовищем і діелектричною основою, вони витримують значну більшу 
щільність струму в порівнянні із про’ємними провідниками. Наприклад, щільність 
струму миттєвого згоряння для друкованого провідника, отриманого травленням, 
становить 60 А/мм2, а для про’ємного мідного провідника - 15 А/мм2. Для 
найпоширеніших у промисловості фольгованих діелектриків товщина фольги 
становить 35 й 50 мкм. При розрахунку відстані між провідниками необхідно 
враховувати припустиму напруженість поля, що рівняється 1кВ/мм. 
Для застереження утворення залишків припою, рекомендується по 
можливості витримувати зазор 1-1,5 мм між провідниками, а також між 
провідником і контактною площадкою. 
При конструюванні ДП можливо використати навісні перемички у випадку 
неможливості реалізації зв'язку схеми друкованих провідників, але кількість цих 
перемичок не повинне перебільшувати 5% від числа зв'язків. Дозволяється 
застосування об'ємних екранованих провідників. 
 
5.4 Вибір матеріалу та розрахунок розмірів заготовки 
Матеріали, що використовуються в якості основи для друкованих плат, 
повинні мати сукупність певних якостей. До їх числа відносять високі 
електроізоляційні якості, достатня механічна міцність та ін. Всі ці якості повинні 
бути стабільними при дії агресивного середовища і змінних кліматичних умовах. 
Крім того, матеріал плати повинен забезпечувати її добре зчеплення з 
струмопровідним покриттям , мінімальне короблення в процесі виробництва та 
експлуатації. Якщо плати виготовляються з листових матеріалів, то останні 
повинні допускати можливість обробки різанням і штампуванням. 
В якості матеріалів основ друкованих плат використовують фенопласти, 
листові електротехнічні і листові фольговані матеріали, кераміку і гнучку 
фторопластову плівку. 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
47 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Згідно завдання і технічним вимогам, обираємо для заготовки матеріал 
фольгований склотекстоліт марки СФ2 – 35 – 1,5 (ГОСТ 10316 – 91). Його основні 
властивості: шаруватий пресований пластик, виготовлений з склотканини (ГОСТ 
8481-61), просочений модифікованою фенолальдегідною смолою, і облицьований 
з обох сторін красно-мідною фольгою у вигляді листів товщиною 0,8 – 3 мм і 
розміром не менше 400600 мм. Робоча температура від − 60 до + 80С. 
Матеріал штампується і піддається механічній обробці ⎯ розпилюванню, 
свердлінню, точінню, фрезуванню, а також паянню при монтажі. 
На основі всіх цих якостей обираємо саме цей матеріал для виготовлення 
друкованої приладу вторинного сигналізатора полум’я. 
Основні показники фольгованого склотекстоліту СФ2 – 35 – 1,5: 
– щільність 1,9  2,9 гсм3; 
– межа міцності на розтягування 2000 кгс/см2; 
– водопоглинення (не більше) 3 %; 
– питомий поверхневий електричний опір 1012 Ом; 
– питомий об’ємний електричний опір 1013 Ом ∙ см; 
– тангенс кута діелектричних втрат при частоті 106 Гц не більше 0,045; 
– діелектрична проникливість при частоті 106 Гц не більше 6. 
Так як фольгований склотекстоліт СФ2 – 35 – 1,5 – це шаруватий матеріал, 
то він по самій своїй природі відносно чуттєвий до проникнення вологи. 
Волога проникає в матеріал головним чином через торцеві частини листа. 
Однак, якщо поверхня основи має механічне або хімічне пошкодження, абсорбція 
може відбуватися і через поверхню. Тому для зменшення впливу вологи на роботу 
друкованої схеми і надання друкованому вузлу більшої міцності рекомендується 
друковані вузли покривати захисними шарами лаку. 
Для нашої друкованої плати будемо використовувати лак марки УР 231 
(ОСТ 4.ГО.028.001). Він використовується для захисту друкованих плат з метою 
збільшення їх вологостійкості і при роботі при температурі навколишнього 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
48 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
середовища до +50 С. Добрі захисні якості забезпечує п’ятишарове покриття цим 
лаком при загальній товщині його в 140 мкм. 
Заготовку варто одержувати вирубкою або відрізанням на роликових чи 
гельйотинових ножицях. Стандарт нормує ширину технологічного поля для ОДП і 
ДДП до 10 мм, для БДП – 30 мм. 
Розміри заготовки Аз (Вз) визначаються за формулою[29-33]: 
Аз = Аn+2∙Н,                                           (5.1) 
де An (Вn) - довжина (ширина) оброблюваної ДП згідно робочого 
креслення, мм; 
Н - ширина технологічного поля, мм. 
Довжина та ширина оброблюваної ДП згідно робочого креслення Аn = 
120мм, Вn = 233 мм, а ширина технологічного поля Н = 10 мм: 
Аз = 107,5 + 2∙10 = 127,5 мм, 
Bз = 90 + 2∙10 = 110 мм. 
 
5.5 Розрахунок параметрів електричних з'єднань друкованих плат 
Розрахунок друкованого монтажу складається із трьох етапів: розрахунок 
по постійному й змінному струмі й конструктивно – технологічного. 
1. Вибираємо хімічний метод виготовлення і клас 3-й точності ДП, виходячи 
з технологічних можливостей виробництва  
2. Визначаємо мінімальну ширину друкованого провідника по постійному 
струму для ланцюгів живлення й заземлення[29-33]: 
I
b = max
 min ,                                               (5.2) 
jдоп  t
де Imax − максимально постійний струм, що протікає в провідниках 
(визначається з аналізу електричної схеми й елементної бази ДП); 
jдоп − допустима щільність струму, вибирається залежно від методу 
виготовлення; 
t − товщина провідника, мм. 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
49 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
0,05
bmin = = 0,07 . 
20 0,035
3. Визначення мінімальної ширини провідника, мм, виходячи із 
припустимого спадання напруги на ньому: 
  Imax  l
    bmin = ,                                           (5.3) 
Uдоп  t
де  − питомий об'ємний опір; 
l − довжина провідника, м (виходячи з розмірів ДП і загальної кількості 
друкованих провідників); 
Uдоп − допустиме спадання напруги, визначається з аналізу електричної 
схеми. Допустиме спадання напруги на провідниках не повинне перевищувати 5% 
від напруги живлення мікросхем і не більше запасу поміхостійкості мікросхем. 
0,05 0,05 0,07
bmin = = 0,11. 
0,45 0,035
4. Визначаємо мінімальне значення діаметрів монтажних отворів d: 
d = dЕ + dН.В.  + r,                                                    (5.4) 
де dЕ − максимальний діаметр виводу электро-радиоэлемента (ЭРЭ), що 
встановлюється; 
dН.В. − нижнє відхилення від номінального діаметра отвору;  
r - різниця між мінімальним діаметром отвору й максимальним діаметром 
виводу ЭРЭ (вибирається в границях 0,1..0,4 мм). Розрахункове значення d зводять 
до переважного ряду  отворів, мм: 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,9; 1,0; 1,1; 1,3; 1,5; 1,6; 1,7; 
1,8; 2,0; 2,1; 2,2; 2,4; 2,5; 2,6; 2,7; 2,8; 3,0.  
d = 0,6 + 0,01 + 0,3 ≈ 0,8. 
5. Розраховуємо діаметри контактних площадок[29-33].  
Мінімальний діаметр контактних площадок для ОПП і внутрішніх шарів 
БПП, виготовлених хімічним методом:  
Dmin = D1min + 1,5 hФ,                                                 (5.5) 
де hФ − товщина фольги, мм; 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
50 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
D1min− мінімальний ефективний діаметр площадки, мм; 
D1min = 2 (b + dmax/2 + d + p),                                     (5.6) 
де b − відстань від краю просвердленого отвору до краю контактної 
площадки, мм; 
dmax − максимальний діаметр просвердленого отвору, мм; 
d й p −допуски на розташування отворів і контактних площадок. 
D1min = 2 (0,6 + 0,9/2 + 0,07) = 1,12; 
Dmin = 1,12 + 1,5 · 0,035 = 1,17. 
Максимальний діаметр контактної площадки 
Dmax = Dmin + (0,02...0,06)                                          (5.7) 
Dmax = 1,17 + (0,02...0,06) = 1,2 
 
5.6 Виготовлення фотошаблонів та вимоги до них 
Для виготовлення нашої друкованої плати використаємо електрохімічний 
метод. 
Виготовлення друкованих плат при сучасних засобах їх виробництва 
починається з виготовлення чорно-білого оригіналу. Як правило, оригінал 
представляє собою креслення, на якому металізовані ділянки зачорнюються. 
Підготовлене креслення потім фотографують, отримуючи фотооригінал на скляній 
фотопластині чи плівці. Копії з такого оригінала можна отримати одним з 
наступних засобів[29-33]: 
1) засіб виготовлення друкованої схеми безпосередньо з негативу; 
2) трафаретний друк; 
3) засіб виготовлення матриць для штампування і тиснення. 
Для виготовлення нашої друкованої плати використовуємо засіб 
виготовлення друкованої схеми безпосередньо з негатива. При використанні цього 
метода фотомеханічного травлення негатив можна використовувати таким, яким 
він отримується після процесу фіксажу. У випадку необхідності можуть бути 
виготовлені копії негативу. 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
51 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Звичайний метод креслення друкованих схем – графічне втілення оригіналу 
чи фото оригіналу друкованої схеми за допомогою універсальних пристроїв 
креслення і матеріалів. 
Окрім звичайного метода креслення друкованих схем існують і інші: 
1) метод креслення друкованих схем з використанням спеціальних 
інструментів для креслення; 
2) метод креслення друкованих схем з використанням набору шаблонів чи 
трафаретів; 
3) метод креслення друкованих схем за допомогою координатографа; 
4) метод виконання креслень друкованих схем з використанням спеціальних 
штампів; 
5) метод виконання оригіналів друкованих схем за допомогою непрозорої 
липкої стрічки; 
6) метод виконання оригіналів друкованих плат за допомогою механічного 
скребка. 
Більш вірогідний у нашому випадку є метод креслення друкованих схем з 
використанням спеціальних інструментів, так як цей метод дає можливість 
скоротити час креслення контурів провідників і монтажних отворів, або зменшити 
час їх заливки тушшю. 
Використовуються такі інструменти, як: здвоєні олівцеві і тушеві циркулі і 
рейсфедери, металічні і металевоскляні трубочки спеціальних видів і плакатні пера. 
Для креслення і заливки криволінійних провідників, а також плавних 
переходів ці інструменти використовують разом з лекалами.  
Виготовлення первинного і робочого фотошаблонів. 
Первинний фотошаблон отримують хімічною обробкою експонованих 
фотопластинок, проконтролювавши наперед температуру робочих розчинів 
термометром. Відлік часу обробки проводять за секундоміром. 
Для виготовлення робочого фотошаблону використовують первинний 
фотошаблон. Робочий фотошаблон отримують копіюванням первинного 
фотошаблону на контактно-копіювальному верстаті та подальшій хімічній обробці 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
52 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
матеріалу. Перед копіюванням первинний фотошаблон необхідно протерти з боку 
підложки серветкою, змоченою в етиловому спирті для видалення пилу, бруду, 
жирових плям. Скло контактно-копіювального верстата необхідно протерти 
антистатичною серветкою. Копіювання, а також освітлення для копіювання та 
обробки пластин і фототехнічної плівки виконуються за допомогою фото ліхтаря з 
червоним світлофільтром. Діазо графічні плівки копіюють і обробляють при 
звичайному освітленні, не допускаючи освітлення матеріалу сонячними 
променями або ультрафіолетовим випромінюванням. При копіюванні первинний 
фотошаблон і матеріал прикладають один до одного й переносять до контактно-
копіювального верстата, причому емульсійний шар первинного фотошаблону і 
світлочутливий шар матеріалу повинні безпосередньо стикуватись. 
Експонування проводять через первинний фотошаблон на світлочутливий 
матеріал. Виготовлення робочого фотошаблону на фототехнічній плівці ФТ-41П 
здійснюється шляхом експонування на контактно-копіювальному верстаті 
точковим джерелом білого світла та хімічної обробки експонованого матеріалу. 
Виготовлення робочого діапозитива на діазографічній плівці ТМ 
здійснюється так. Після експонування діазографічна плівка обробляється у 
проявному пристрої у парах аміаку до максимального насичення кольору фото 
зображення. 
Типовий технологічний процес виготовлення фотошаблонів[29-33]: 
1. Проявлення. 
2. Промивання у проточній воді. 
3. Зупинка проявлення. 
4. Відбілювання. 
5. Засвічування. 
6. Промивання у непроточній воді. 
7. Промивання у проточній воді. 
8. Освітлення. 
9. Промивання у проточній воді. 
10. Проявлення. 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
53 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
11. Промивання у проточній воді. 
12. Фіксування. 
13. Промивання у непроточній воді. 
14. Ослаблення (при необхідності, для виведення загальної вуалі). 
15. Промивання у проточній воді. 
Загальні технічні вимоги до фотошаблонів[29-33]. 
Фотографічне зображення у межах поля друкованої плати повинно бути 
різким, чітким, без розмитостей і ореолів. 
Фотошаблон повинен мати два або більше реперних знаки, які 
використовуються для пробивки отворів у робочих фотошаблонах. 
Несумісність двох робочих фотошаблонів однієї плати неповинна 
перебільшувати 0,24 мм для плат  класу і 0,14 мм для плат  класу. 
Щілина між елементами провідникового рисунка фотошаблона повинна 
бути не менше 0,325 мм. 
Первинний фотошаблон отримують на розкреслювальному 
автоматизованому пристрої методом розкреслювання. 
Відхилення центрів контактних площинок від вузлів координатної сітки 
становлять: 
- для первинних фотошаблонів  0,10 мм плат класу ;  0,05 мм плат  класу ; 
- для робочих фотошаблонів  0,12 мм плат класу ;  0,07 мм плат      класу . 
Фотошаблон виготовляється залежно від щільності провідникового рисунка 
одноразовим, подвійним або триразовим викреслюванням, тобто провідникові 
пробні рисунки плати викреслюються на фотопапері, а контрольний рисунок плати 
– на фотопластинці або фототехнічній плівці. 
Пробиття фіксуючих отворів здійснюється на спеціальному пристрої, який 
має два орієнтуючих знаки, рознесених на відстань, що дорівнює відстані між 
реперними знаками фотошаблону. Фотошаблон розміщують у пристрої для 
пробиття. Здійснюють вакуумний притиск фотошаблону і пробивають отвори, 
натискуючи пуансон пристрою. 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
54 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Оскільки фотошаблон має лінійні деформації, зумовлені частковим 
роздубленням фотографічної емульсії під час фотохімічної обробки, зміною 
температури та вологості у приміщенні, то відстань між реперними знаками може 
не співпадати з відстанню між орієнтуючими знаками пристрою. У такому разі їх 
осереднюють. Для цього горизонтальні штрихи реперних і установлюючи знаків 
зміщують, а відстань між прямовисними штрихами вирівнюють між собою 
зрушенням фотошаблону. 
Для формування елементів друкованого монтажу використовуються 
магазин масок, що включає N масок – світлових плям. 
Геометричні розміри масок для розкреслювання провідникового рисунка 
повинні враховувати технологічні припуски й допуски, що забезпечують 
виготовлення друкованих плат на конкретному виробництві. 
 
5.7 Технічне нормування 
Норму Тшт на операцію визначають по формулі[29-33]: 
Тшт = Топ (1+к/100),                                         (5.2) 
де Toп - оперативний час; 
к - коефіцієнт часу на організаційно технічне обслуговування робочого 
місця, в %.  
Розрахунок Топ наведений у таблиці 5.1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
55 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Таблиця 5.1 – Технічне нормування часу виконання операцій 
N, п/п Найменування операції Час, хв. 
1 2 3 
1. Обезжирення плати 0,11 
2. Декатування в пристрої 0,066 
3. Нанесення світлочутливого шару 0,38 
4. Експонування 0,67 
5. Проявлення зображення 0,16 
6. Фарбування зображення 0,10 
7. Дублення хімічне 0,10 
8. Зняття залишків світлочутливого шару 0,19 
9. Ретушування зображення 2 
10. Витирання плати 0,14 
11. Травлення в пазах барабана 0,15 
12. Видалення ретуші 0,11 
13. Видалення копіювального шару 0,25 
14. Нанесення лаку зануренням 0,12 
15. Обезжирення плати 0,11 
16. Обробка у розчині двопористого сплаву 0,25 
17. Активування 0,25 
18. Хімічне міднення 0,62 
19. Нейтралізація 0,066 
20. Термічна шихтовка 0,08 
21. Маркування ракелем 0.24 
22. Обезжирення у віброустановці 0,09 
23. Нанесення флюсу 0,12 
24. Промивка (10 разів) 0,9 
25. Сушка (7 разів) 0,82 
26. Контроль (3 рази) 0,12 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
56 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Тшт = 8,742 хв. 
Вибір і розрахунок коефіцієнта часу на організаційно-технічне 
обслуговування робочого місця наведений у таблиці 5.2. 
Таблиця 5.2 – Коефіцієнт часу на організаційно-технічне обслуговування 
робочого місця 
Найменування елементів витрат робочого часу - до % від Топ 
Р озкладка, регулювання, промивання інструментів і  0,6 
пристосування на початку, протягом і наприкінці зміни. 
Підготовка матеріалу протягом зміни. 0,4 
Збирання робочого місця протягом робочого дня й після 1 
закінчення зміни  
В ідпочинок й особисті потреби 4,8 
усього 6,8 
  
З урахуванням фізичної зарядки (одна перерва на 10 хв) 2,5 
  
  
На знаходження дефектів і ремонт 10 
Усього 9,3 
  
 
  
5.8 Контроль 
Контроль друкованих плат до установки радіоелементів необхідний і 
визначається кількома факторами: достатньо більшим відсотком технологічного 
браку друкованих плат після завершення гальванічних операцій по травленню 
фольги і металізації отворів і механічних операцій по обрізці контуру; пресуванню 
(для багатошарових плат) і склеюванню шарів; збільшенням працеємності 
виявлення дефектів друкованого монтажу у змонтованих функціональних вузлах; 
наявність відходу запаяних електрорадіоелементів при виправленні знайдених 
дефектів монтажу; наявністю виходів з ладу електрорадіоелементів при 
підключенні до електроживлення функціональних вузлів з прихованими 
дефектами друкованого монтажу. 
Незважаючи на різноманітність друкованих плат і функціональних вузлів 
можна виділити три основні групи задач контролю друкованих плат[29-33]: 
1) контроль друкованих з’єднань; 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
57 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
2) статистичний контроль змонтованих функціональних вузлів у робочому 
стані на відповідність технічним вимогам; 
3)  оцінка функціональної придатності вузла. 
Перелічені задачі контролю переслідують наступні цілі: виявлення явних і 
прихованих дефектів в друкованому монтажі до передачі плат під установку 
електрорадіоелементів, виявлення хибно встановлених ЕРЕ, явних і прихованих 
дефектів в запаяних ЕРЕ, перевірка карт режимів ЕРЕ. 
Технічні вимоги для контролю друкованих плат[29-33]: 
1. Перевірку габаритних розмірів друкованих плат використовують 
вимірювальну лінійку, або штангенциркуль. Складний профіль плати перевіряють 
шаблоном; 
2. Розміри монтажних і отворів, що підлягають металізації, перевіряють 
за допомогою калібрів-пробок. При необхідності користуються мікроскопом; 
3. Перевірку кількості і розташування отворів на відповідність кресленню 
проводимо за допомогою трафарету-плати. В якості трафарету-плати 
використовують плату з просвердленими і перевіреними на відповідність 
кресленню отворами. Плату, що контролюється, суміщують з трафаретом-платою 
по фіксуючим отворам і проводять контроль візуально. 
4. Відсутність обривів ланцюгів і замикань між ланцюгами перевіряють 
на установці автоматичного контролю друкованих плат. 
Найпростішою задачею контролю якості друкованих плат є виявлення 
обривів друкованих провідників і замикань між друкованими провідниками. 
Критерії якості для оцінки плат, що контролюються. Опір ланцюга, що 
контролюється, Rц не більше R1 і опір ізоляції Rи між ланцюгами не менше R2. В 
залежності від призначення плати критерії R1 і R2 задаються для всіх ланцюгів 
конкретного типу плат. 
 
 
  
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
58 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
6 Спеціальний розділ 
 
 
6.1 Економічне обґрунтування розробка системи вимірювального 
контролю віброприскорень 
Система вимірювального контролю віброприскорень та потенційні 
економічні ефекти, які вона може принести у різних галузях. 
1. Машинобудування: У сфері машинобудування Система вимірювального 
контролю віброприскорень використовується для контролю та моніторингу 
вібрацій в рухомих механізмах, двигунах та обладнанні. Це допомагає виявити 
можливі дефекти, уникнути витрат на ремонт та знизити ризик аварійного 
зупинення обладнання. 
2. Автомобільна промисловість: У автомобільній промисловості Система 
вимірювального контролю віброприскорень використовується для оцінки вібрацій 
та визначення рівня комфорту для пасажирів та кермувальної стійки. Це допомагає 
автовиробникам покращити дизайн підвіски та знизити вартість гарантійного 
обслуговування. 
3. Енергетична промисловість: В енергетичній промисловості Система 
вимірювального контролю віброприскорень застосовується для контролю та 
діагностики вібрацій в турбінах, генераторах та інших рухомих частинах 
енергетичного обладнання. Це дозволяє виявити проблеми з роботою обладнання 
та уникнути невідновних пошкоджень, що забезпечує економію на ремонті та 
підтриманні роботоздатності. 
4. Авіаційна та космічна промисловість: У секторі авіації та космічної 
промисловості Система вимірювального контролю віброприскорень є важливою 
для контролю вібрацій в рухомих частинах літаків, космічних апаратів та ракет. Це 
допомагає виявити можливі дефекти або нестабільності в роботі обладнання, що 
забезпечує безпеку польотів та ефективну експлуатацію. 
5. Медична техніка: У медичній техніці Система вимірювального контролю 
віброприскорень застосовується для оцінки вібрацій та визначення якості та 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
59 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
ефективності медичних приладів, таких як електричні зубні щітки, масажні апарати 
та інші. Це допомагає виробникам поліпшити якість своїх виробів та забезпечити 
більш комфортне та ефективне використання. 
6. Інженерія будівництва: У галузі інженерії будівництва Система 
вимірювального контролю віброприскорень використовується для контролю 
вібрацій та моніторингу структурних елементів будівель, мостів та 
інфраструктурних споруд. Це дозволяє виявити потенційні пошкодження або 
нестабільність в роботі конструкцій, що сприяє забезпеченню безпеки та 
ефективного управління ресурсами. 
7. Промисловість виробництва: У промисловості виробництва Система 
вимірювального контролю віброприскорень використовується для контролю 
вібрацій та моніторингу рухомих механізмів, електродвигунів, конвеєрів та іншого 
обладнання. Це допомагає виявити можливі дефекти або несправності в роботі 
обладнання, запобігти аварійним ситуаціям та знизити витрати на обслуговування 
та ремонт. 
8. Наукові дослідження: У наукових дослідженнях Система вимірювального 
контролю віброприскорень може використовуватись для вивчення вібраційних 
характеристик різних об'єктів, включаючи будівлі, машини, структури та інше. Це 
допомагає науковцям отримати детальні дані про вібрації, вивчити їх вплив на 
об'єкти та розробити ефективні стратегії контролю та зниження вібрацій. 
9. Екологічні дослідження: У сфері екологічних досліджень Система 
вимірювального контролю віброприскорень використовується для вивчення 
вібраційного впливу на навколишнє середовище, наприклад, на довкілля річок, 
озер або екосистеми. Це допомагає встановити межі та норми вібраційного впливу 
для збереження природного середовища та мінімізації негативних наслідків для 
екосистем. 
10. Безпека та охорона праці: В області безпеки та охорони праці Система 
вимірювального контролю віброприскорень використовується для виявлення 
потенційно небезпечних рівнів вібрацій на робочому місці. Це допомагає 
підприємствам і організаціям забезпечувати відповідність нормативам щодо 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
60 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
експозиції працівників вібраціям, а також уникати виникнення професійних 
захворювань, пов'язаних з впливом вібрацій. 
11. Управління якістю: У системах управління якістю, таких як ISO 9001, 
Система вимірювального контролю віброприскорень може бути включена для 
забезпечення контролю та моніторингу вібраційних характеристик виробів або 
процесів. Це допомагає підтримувати високу якість виробництва, виявляти 
можливі невідповідності та вдосконалювати процеси. 
12. Дослідження та розробки: У сфері досліджень та розробок Система 
вимірювального контролю віброприскорень використовується для збору даних про 
вібрації різних об'єктів та розробки нових методів їх контролю. Це допомагає в 
наукових дослідженнях, інноваціях та розробках нових технологій, які мають вищу 
ефективність та безпеку. 
13. Консалтинг та експертиза: В сфері консалтингу та експертизи Система 
вимірювального контролю віброприскорень може використовуватись як 
інструмент для проведення оцінки вібраційного впливу на об'єкти, аналізу ризиків 
та розробки рекомендацій щодо зменшення вібрацій і покращення якості та 
безпеки. Консультанти можуть використовувати дані, зібрані Системою 
вимірювального контролю віброприскорень, для надання експертних порад 
клієнтам з різних галузей. 
14. Удосконалення процесів: Використання Системи вимірювального 
контролю віброприскорень у виробничих процесах допомагає підприємствам 
виявляти неконтрольовані вібрації, нестабільності та проблеми з якістю. Це дає 
змогу вчасно коригувати процеси виробництва, уникати браку та зменшити 
відходи, що призводить до економічних вигод у вигляді підвищеної 
продуктивності та зниження витрат. 
15. Покращення якості продукції: Застосування Системи вимірювального 
контролю віброприскорень допомагає контролювати якість виробів та послуг, які 
відчутно піддаються впливу вібрацій. Це дозволяє виробникам виявляти потенційні 
проблеми, недоліки та відхилення від встановлених стандартів якості, що сприяє 
покращенню якості продукції та задоволенню потреб клієнтів. 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
61 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
16. Зниження витрат: Використання Системи вимірювального контролю 
віброприскорень допомагає підприємствам знижувати витрати, пов'язані з 
обслуговуванням та ремонтом обладнання. Вчасне виявлення вібраційних проблем 
дозволяє уникати аварійного зупинення, запобігати серйозним пошкодженням та 
знижувати час, затрачений на відновлювальні роботи. Це допомагає зберегти 
ресурси, зменшити витрати на запасні частини та знизити простої обладнання. 
17. Підвищення надійності: Використання Системи вимірювального 
контролю віброприскорень допомагає підприємствам підвищити надійність своїх 
систем та обладнання. Моніторинг вібрацій дозволяє виявляти незвичайні або 
аномальні вібрації, які можуть свідчити про потенційні проблеми чи дефекти. Це 
дозволяє проводити профілактичні заходи та планове обслуговування, що сприяє 
підвищенню надійності обладнання та забезпечує безперебійну роботу систем. 
18. Покращення продуктивності: Застосування Системи вимірювального 
контролю віброприскорень дозволяє підприємствам покращити продуктивність 
свого обладнання та процесів. Шляхом контролю та оптимізації вібрацій можна 
досягти більш точного налаштування обладнання, знизити час на виробничі цикли, 
забезпечити стабільність роботи системи та підвищити ефективність виробничих 
процесів. 
19. Покращення якості життя: Використання Системи вимірювального 
контролю віброприскорень впливає на покращення якості життя в різних аспектах: 
- Забезпечення безпеки: Моніторинг і контроль вібрацій допомагає 
запобігати негативним впливам на здоров'я людей. Відповідне контролювання 
рівня вібрацій у промисловості, транспорті, будівництві та інших сферах дозволяє 
знизити ризик виникнення вібраційних захворювань та пошкоджень органів. 
- Покращення комфорту: Оцінка та контроль рівня вібрацій у транспортних 
засобах, будівлях, обладнанні та інших об'єктах допомагають підвищити комфорт 
для користувачів та працівників. Зменшення вібрацій може покращити якість 
життя, забезпечити зручніші умови роботи та побуту. 
- Зменшення шкідливого впливу на довкілля: Моніторинг вібрацій 
допомагає зменшити шкідливий вплив на довкілля, особливо у випадках, коли 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
62 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
існує ризик зруйнування структур, землевпорядкування та руйнування екосистем. 
Контроль вібрацій допомагає зберегти природні ресурси та знизити негативний 
вплив на довкілля. 
- Ефективніше використання ресурсів: Контроль вібрацій допомагає 
виявляти недоліки, неправильне функціонування та енерговитрати в різних 
системах та обладнанні. Це дозволяє здійснювати ефективну діагностику, 
планування ремонтів та оптимізацію роботи, що забезпечує економію ресурсів, 
зниження споживання енергії та використання матеріалів. Це сприяє екологічній 
сталості та забезпечує більш ефективне використання обмежених ресурсів. 
- Підвищення надійності та тривалості експлуатації: Відповідне 
контролювання вібрацій допомагає виявляти потенційні проблеми та дефекти в 
ранніх стадіях, що дозволяє вжити вчасних заходів для запобігання серйозним 
поломкам. Це підвищує надійність та тривалість експлуатації обладнання та 
систем, знижує витрати на ремонт та заміну та забезпечує безперебійну роботу. 
- Покращення конкурентоспроможності: Використання Системи 
вимірювального контролю віброприскорень дозволяє підприємствам покращити 
якість своїх продуктів та послуг, забезпечити безпеку та комфорт для користувачів, 
зменшити витрати та підвищити ефективність виробничих процесів. Це сприяє 
збільшенню конкурентоспроможності підприємства на ринку, привертає нових 
клієнтів та сприяє його стабільному розвитку. 
Використання Системи вимірювального контролю віброприскорень має 
потенціал принести значні економічні переваги в різних галузях. Важливо провести 
детальне економічне обґрунтування та аналіз, щоб визначити конкретні вигоди та 
рентабельність впровадження. 
 
6.2 Охорона праці 
Аналіз небезпек та шкідливостей, які виникають у приміщенні 
технічної лабораторії 
Проектування системи вимірювального контролю віброприскорень 
неможливі без використання сучасної комп’ютерної техніки. З погляду на це 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
63 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
виникає потреба в раціональній та безпечній організації праці дослідника під час 
роботи з комп’ютером, адже деякі обчислення та процеси проектування та 
моделювання тривають доволі довгий час, що вимагає тривалого споглядання 
екрану монітора, а це в свою чергу піддає дослідника впливу цілої групи шкідливих 
факторів.  
Досить великий вплив на працівника надають психофізичні фактори, 
зокрема: розумова перенапруга, перенапруга зорових і слухових аналізаторів, 
емоційні перенавантаження, монотонність праці, що призводять до стомлення і 
зниження працездатності. 
Проведемо аналіз ступеню впливу вище зазначених факторів на здоров’я і 
працездатність дослідника, який працює в лабораторії за комп’ютером. За рівнем 
фізичних навантажень даний вид праці відноситься до категорії Іа. 
Розміри лабораторії становлять: ширина – 4 м, довжина – 6 м, висота стелі 
– 3 м, площа – 24 м2, об’єм – 72 м3. Лабораторія розрахована на чотирьох одночасно 
працюючих осіб. Площа, яка припадає на одного працівника – 6 м2, об’єм – 18 м3, 
що не в повному обсязі відповідає вимогам ДБН В.2.2.28-2010. 
Істотний вплив на організм працівника лабораторії має мікроклімат. 
Фактичні значення основних факторів мікроклімату наступні: 
1. Температура повітря: 
- в холодний період року – 22-23 °С; 
- в теплий період року – 29-30 °С. 
2. Вологість повітря: 
- в холодний період року – 42-48 %; 
- в теплий період року – 45-57 %. 
3. Швидкість руху повітря: 
- в холодний період року – 0,05-0,1 м/с; 
- в теплий період року – 0,1-0,15 м/с. 
Вище наведені фактичні значення задовольняють ДСН 3.3.6.042-99 
«Санітарні норми мікроклімату виробничих приміщень», за виключенням 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
64 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
температури в теплий період року. В даному приміщенні необхідно розрахувати та 
змонтувати систему кондиціонування повітря. 
Робочі столи розташовані біля вікон так, що дослідник знаходиться на 
робочому місці боком до вікна. При цьому забезпечується оптимальне 
співвідношення яскравості робочих та навколишніх поверхонь та максимально 
обмежене відбиття світла від екрану монітора. 
Природне освітлення лабораторії здійснюється через вікна. Їх кількість 
становить 2, розмір - 2×1,5 м кожне. Вікна облаштовано жалюзі, що забезпечує 
обмежене відбивання світла від екрану монітора.  
За найменший об’єкт  розрізнення зорової праці приймаємо точку на екрані 
монітору, розмір якої 0,25 мм, що відповідає дуже високому ступеню точності 
зорової праці. Розряд зорової праці – ІІ г, що відповідає великому контрасту об’єкта 
розрізнення та світлому фону. 
Згідно з ДБН В.2.5-28-2018 коефіцієнт природного освітлення (КПО) для 
даного типу зорової праці складає 1,5%. Фактичне значення КПО становить 24 - 
27%, що відповідає ДБН В.2.5-28-2018. 
В темний час доби лабораторія освітлюється штучно. Вона обладнана 
світильниками, загальна кількість яких 8. Фактичне значення штучного загального 
освітлення становить 420-450 лк, а нормативне значення – 400 лк. Отже, рівень 
штучного освітлення відповідає ДБН В.2.5-28-2018. 
Негативна дія ПК у багатьох користувачів виявляється як біль, різь в очах, 
як розмивання контурів об’єкта. Ці явища часто супроводжуються головним болем, 
сонливістю, млявістю. Щоб уникнути цього, необхідно кожні 2 години роботи на 
ПК робити перерву на 10-15 хв. згідно НПАОП 0.00-7.15-18. 
Монітори ПК, якими обладнано лабораторію, відповідають основним 
вимогам безпеки: яскравість не менше 300 кд/м2, висота символів не менше 3,8 мм, 
діагональ екрану не менше 55 см. 
Згідно ДСН 3.3.6.037-99 «Санітарні норми допустимих рівнів шуму на 
робочих місцях» нормативне значення еквівалентного рівня звуку при даному виді 
діяльності складає 50 дБА. Головним джерелом шуму є вентилятор охолодження 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
65 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
блоку живлення ПК. Фактичне значення еквівалентного рівня звуку не перевищує 
нормативного і становить 42 дБА. 
Щоб запобігти виникненню хвороб пов’язаних з неправильною посадкою 
людини перед комп’ютером необхідно враховувати ергономічні фактори. Довжина 
робочого столу складає 1,5 м, усі предмети знаходяться в робочій зоні дослідника. 
Висота столу 0,75 м, висота стільця 0,45 м, що відповідає ДСТУ 8604:2015. Стілець 
має бути такої висоти, щоб максимально задовольнити куту між стегнами і хребтом 
величиною 90°. 
Приміщення лабораторії відноситься до 3 типу приміщень за ступенем 
небезпеки ураження людини електричним струмом: приміщення без підвищеної 
небезпеки (ПУЕ), тобто відсутні наступні фактори: висока відносна вологість 
повітря (перевищення 75% протягом тривалого часу); висока температура (більше 
35 °С протягом тривалого часу); струмопровідний пил; струмопровідна підлога. 
Деяке обладнання має металевий корпус, тому згідно ДСТУ Б В.2.5-82:2016 в 
лабораторії необхідно передбачити магістраль захисного занулення для 
виключення випадку ураження електричним струмом. Електропроводка в даному 
приміщення прихованого типу. Для під’єднання комп'ютера до мережі 220 В 
застосовуються мережеві фільтри. 
В лабораторії забезпечуються необхідні заходи запобігання виникнення 
пожежно-небезпечних ситуацій згідно з НАПБ А.01.001-2014 «Правила пожежної 
безпеки в Україні». План евакуації розміщений на стіні, забезпечено вільний 
доступ до нього. Приміщення лабораторії укомплектоване двома порошковими 
вогнегасниками ВП-5у (Правила експлуатації та типові норми належності 
вогнегасників). 
Після проведення детального аналізу приміщення та умов праці за робочим 
місцем, можна зробити висновок, що всі фактори виробничого середовища, крім 
відхилення від нормованих значень температури повітря в теплий період року, 
відповідають своїм нормативним значенням. Тому в приміщенні технічної 
лабораторії необхідно встановити систему кондиціонування повітря. 
 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
66 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Розробка системи кондиціонування повітря лабораторії 
Типи кондиціонерів 
Кондиціонер - це пристрій, за допомогою якого вдається істотно підвищити 
рівень зручності і комфорту в приміщенні.  
Всі моделі кондиціонерів різняться типом і основним призначенням. Так, 
наприклад, моделі зима-літо використовуються не тільки для охолодження повітря 
в літній період, але і його нагрівання в зимовий. Кондиціонери звичайного типу 
використовуються тільки для охолодження повітря.  
Кондиціонери зовнішнього типу розраховані на установку у віконний отвір 
або отвір, виконане в стіні. Всі щілини, що з'явилися після проведення установки 
між корпусом приладу, і стіною ретельно зашпаровуються утеплювальні матеріали, 
після чого додатково обробляється герметиком і обробляється шпаклівкою.  
Важливо відзначити, що прилади такого типу здатні працювати на обігрів 
та охолодження повітря. Якщо потрібно виконувати кондиціювання одночасно в 
декількох приміщеннях, рекомендується розглядати кондиціонери канального 
типу. Розглянуте обладнання працює в режимі рециркуляції.  
Встановлення внутрішніх блоків обладнання виконується під підвісною 
стелею. Забір і перенаправлення повітря виконується з допомогою спеціальних 
повітроводів. Повітря забирається з приміщення через ґрати забірного типу, а через 
розподільну ґрати, подається в приміщення з кондиціонером.  
Найпоширенішим варіантом кондиціонерів сьогодні вважаються спліт-
системи. Перевага даного виду обладнання у високій економічності, 
продуктивності, ергономічності і безшумністю в роботі. Складається спліт-система 
з двох окремих блоків: зовнішній і внутрішній. Основний (робочий) блок 
встановлюється зовні приміщення, внутрішній блок через який надходить повітря, 
встановлюється всередині приміщення. Між собою блоки з'єднані теплоізоляційної 
трубою.  
Спліт-системи інверторні, потужність роботи пристрою регулюється 
автоматично, завдяки чому задана температура підтримується з максимальною 
точністю, підвищується економічність і довговічність в експлуатації. Головна 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
67 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
перевага безшумність в роботі, що сприяє підвищенню рівня комфорту в 
приміщенні. Економічність пояснюється тим, що потужність роботи приладу 
автоматично знижується по мірі наближення до заданої температури. Інвертор 
автоматично перемикається на економічний режим роботи, завдяки чому 
підтримується необхідна температура і знижується витрата електроенергії.  
 
 
 
Рисунок 6.1 – Побудова кондиціонера типу спліт-система і принципи 
роботи його основних елементів 
 
Спліт-системи підлогово-стельового типу встановлюються в тих випадках, 
коли відсутня можливість виконати установку звичайної системи 
кондиціонування. Потужність даного типу обладнання становить від 4 до 15 кВт. 
Обладнання може працювати як на охолодження, так і обігрів подається в 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
68 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
приміщення повітря. Встановлений усередині приміщення блок спрямовує потік 
повітря вздовж стелі або стіни, завдяки чому охолодження повітря проходить 
рівномірно. Важливо зазначити, що внутрішній блок має акуратний зовнішній 
вигляд, що дозволяє виконати його установку на відкритих ділянках стіни.  
Існують і багато інших видів спліт-систем, наприклад касетні або настінно-
стельові, які відрізняються своїми особливостями і перевагами.  
Важливо зазначити, що перш ніж встановити кондиціонер незалежно від 
його типу необхідно розрахувати його потужність, а для цього потрібно знати 
загальну площу приміщення, в якому буде виконуватися встановлення обладнання. 
Розрахунок системи кондиціонування 
Технічна лабораторія розташована на 2-му поверсі в південній частині 5-ти 
поверхової будівлі. Приміщення має наступні розміри: довжина – 6 м, ширина – 4 
м, висота – 3 м. Виходячи з даних параметрів, загальна площа приміщення 
становить 24 м2, а об’єм – 72 м3. Лабораторія має однобічне природне освітлення, 
яке забезпечується 2 вікнами. Вікна мають однакові розміри, які становлять 1,5 × 2 
2
м, відповідно площа одного вікна становить 3м . В лабораторії постійно працюють 
4 працівника. Категорія робіт – I a (легка робота в сидячому положенні). 
Розрахунок системи кондиціонування повітря (СКП) проводиться для 
теплого періоду року на охолодження, враховуючи те, що температура повітря 
приміщення в теплий період року (30-32С) не відповідає нормативним вимогам 
(22-28С), а максимальна температура зовнішнього повітря становить 35С. 
Розрахунок теплонадходження в приміщення 
1) Теплонадходження від сонячної радіації залежать від площі та 
розташування вікон:   
                                                 Q1 = SВ QВ ,                                               (6.1) 
де S  – площа вікна, м2
В , 
QВ  – теплонадходження через вікна, яке для південної орієнтації становить 
260 Вт/м2. 
Q1 = SВ QВ = 2 3  260 =1560 (Вт),  
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
69 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Враховуючи те, що на вікнах встановлені жалюзі, які забезпечують 
регулювання природного освітлення в приміщенні, необхідно отриманий результат 
Q1  поділити на коефіцієнт 1,4. 
1560
Q1 = =1114 (Вт).  
1,4
2) Теплонадходження через зовнішню стіну: 
                                                    Q2 = (S−SВ ) QC ,                                     (6.2) 
де S  – площа зовнішньої стіни, м2, 
SВ  – площа вікна, м2, 
QC  – теплонадходження від стіни, яке для південної орієнтації становить 28 
Вт/м2. 
Q2 = (S−SВ )QC = (3 6 − 2 3) 28 =12  28 = 336 (Вт). 
3) Теплонадходження від штучного освітлення розраховуються з 
врахуванням того, що лабораторія обладнана 8 світильниками OKN-236, кожен з 
яких має 2 люмінесцентні лампи типу TLD, потужністю 36 × 2 Вт.  
N  (n P)
Q3 = ,  
                                      k                                                (6.3)
де k  – коефіцієнт для люмінесцентних ламп (k =1,16),  
N  – кількість світильників, 
n  – кількість ламп,  
P  – потужність лампи, Вт. 
8  (2 36) 576
Q3 = = = 496 (Вт). 
1,16 1,16
Теплонадходження від штучного освітлення менші за теплонадход-ження 
від сонячної радіації, тому вони не враховуються при подальших розрахунках. 
4) Теплоємність повітря: 
                                              Q4 = (V −VМ )  k,                                      (6.4) 
де V  – об’єм приміщення, м3, 
   VМ  – об’єм, який займають меблі, м3, 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
70 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
       k  – для офісного приміщення складає 6 Вт/м3. 
Q4 = (72 − 2  4 3) 6 = (72 − 24) 6 = 288 (Вт).  
5) Теплонадходження від людей. Враховуючи, що працівники займаються 
легкою роботою в сидячому положенні:  
Q5 = 4  (130)= 520 (Вт ).  
6) Теплонадходження від техніки:       
      Персональні комп’ютери (4 шт.) – Q6 = 4 300 =1200 (Вт ).   
  Лазерний принтер (1 шт.) – Q7 = 400 (Вт).  
Загальне  теплонадходження: 
                                     Qзаг = Q1 +Q2 +Q4 +Q5 +Q6 +Q7 ,                       (6.5) 
Qзаг =1114 + 336 + 288 + 520 +1200 + 400 = 3858 (Вт ).  
Для підтримки оптимальної температури необхідний кондиціонер з 
потужністю на охолодження не менше 4 кВт. Виходячи з цього, був обраний 
кондиціонер TOSOT SMART Inverter WIFI GS-18DW 
. 
 
Рисунок 6.2 - Зовнішній вигляд кондиціонера TOSOT SMART  
Inverter WIFI GS-18DW 
 
 
 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
71 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Технічні характеристики кондиціонера  
TOSOT SMART Inverter WIFI GS-18DW 
- Тип установки внутрішнього блоку - настінний; 
- Тип компресора - інверторний; 
- Режими роботи - охолодження, обігрів, іонізація, вентилятор,  
                                автоматичний, осушення, очищення повітря, 
                                нічний, турборежим; 
- Тип фреону - R410A; 
- Охолодження - 15700 БТЕ/год; 
- Теплопродуктивність - 17060 БТЕ/год; 
- Охолодження - 4.6 кВт; 
- Теплопродуктивність - 5 кВт; 
- Споживана потужність обігрів/охолодження - 1.314/1.302 кВт; 
- Діапазон зовнішньої робочої температури - від -24 до +48 °С; 
- Рівень шуму, внутрішній блок - 36-44 дБ; 
- Рівень шуму, зовнішній блок - 39-54 дБ; 
- Габарити внутрішнього блоку (ВхШхГ) - 30х97х22.4 см; 
- Габарити зовнішнього блоку (ВхШхГ) - 59.6х84.2х32 см; 
- Вага внутрішнього блоку - 13.5 кг; 
- Вага зовнішнього блоку - 31.5 кг. 
 
Додаткові функції кондиціонеру: 
- теплий старт; 
- дисплей відображення поточного часу; 
- низькотемпературний старт; 
- блокування кнопок на пульті Д/У; 
- функція запам'ятовування поточних налаштувань; 
- світлодіодне відображення поточних режимів роботи; 
- контроль напряму повітряного потоку; 
- таймер; 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
72 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
- дисплей на внутрішньому блоці. 
 
Особливості кондиціонера: 
- система самодіагностики; 
- технологія осушення повітря без зниження температури; 
- ширококутові жалюзі для об'ємного потоку повітря; 
- знімна панель, що миється; 
- система автоматичного самоочищення; 
- технологія інверторного управління; 
- «вольт-контроль» система низьковольтного старту; 
- технологія «Інтелектуального розморожування»; 
- генератор іонів-фільтр Active Plasma Ion (API). 
Технологія нового покоління управління інверторним низькочастотним 
двигуном G10 виключає вібрації компресора при роботі на малих обертах. 
Система самоочищення забезпечує те, що після зупинки роботи 
кондиціонера внутрішній і зовнішній блоки залишаються сухими і чистими, що 
запобігає розмноженню грибків і плісняви. 
Wi-Fi модуль для можливості управління кондиціонером через смартфон 
або планшет. 
Враховуючи особливості кондиціонерів, оптимальним рішенням для 
реалізації системи кондиціонування повітря в приміщенні лабораторії стала 
настінна спліт-система. 
Виходячи з того, що для підтримки оптимальної температури був 
необхідний кондиціонер з потужністю на охолодження не менше 4 кВт, з 
доступних моделей кондиціонерів, які відповідають заданій вимозі, був обраний 
TOSOT SMART Inverter WIFI GS-18DW.  
Основні переваги TOSOT SMART Inverter WIFI GS-18DW: оптимальне 
охолодження та нагрівання, низький рівень шуму, компактний зовнішній блок, 
зручний технологічний монтаж, технологія G10 Inverter. Технологія G10 Inverter 
дозволяє кондиціонеру не тільки в 2 рази швидше охолоджувати або нагрівати 
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
73 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
повітря в приміщенні, а й більш точно підтримувати заданий температурний 
режим. 
Тому обраний кондиціонер здатний забезпечити підтримку нормованих 
значень температури повітря в теплий період року та створити комфортне 
середовище для продуктивної праці в робочій зоні технічної лабораторії. 
 
 
  
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
74 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Висновок 
 
В процесі виконання даної бакалаврської роботи було успішно розглянуто 
системи та способи вимірювання параметрів віброприскорень, а також було 
виявлено їхні переваги та недоліки. В результаті цього було сформульовано ідею 
розробки нової універсальної інформаційно-вимірювальної системи. 
Початково була створена структурна схема системи у двох компонуваннях, 
і для неї було ретельно проаналізовано та підібрано оптимальні елементи, які здатні 
виконувати всі необхідні функції. Цей аналіз дозволив забезпечити ефективну 
роботу системи та оптимальну взаємодію між її компонентами. 
Далі було розроблено програмне забезпечення для зібраної системи з 
відповідними підібраними компонентами. Це програмне забезпечення забезпечує 
обробку отриманої інформації, включаючи виведення графіків та проведення 
необхідних обчислень. Це дозволяє користувачам зручно та ефективно аналізувати 
отримані дані та здійснювати відповідні розрахунки. 
Для перевірки працездатності розробленої інформаційно-вимірювальної 
системи було проведено експеримент, в ході якого було отримано необхідні 
характеристики, відповідно до вимог технічного завдання. Це підтвердило 
працездатність розробленого програмного забезпечення та відповідність системи 
всім поставленим вимогам. 
Отже, на основі проведеного дослідження та розробки можна зробити 
висновок, що розроблене програмне забезпечення є працездатним, а система 
повністю відповідає вимогам технічного завдання. Це означає, що система здатна 
ефективно вимірювати параметри віброприскорень і обробляти отримані дані, що 
відкриває широкі можливості для використання її в різних галузях. 
  
Арк  
 МП94.21054.001 ПЗ 
75 
З м. Лист № докум. Підпис Дата