ChSTU repository

Зміст 
 
Стор. 
Вступ…………………………………………………………………………..4 
1 Обґрунтування необхідності проектування на основі критичного аналізу 
існуючих аналогів ……………………………………………………………………5 
2 Обґрунтування  технічного завдання…………………………………….11 
3 Розробка структурної схеми………………………………………………13 
4 Вибір і розрахунок джерела і приймача випромінювання………………18 
5 Спеціальний розділ…………………………………………………………..39 
5.1 Аналіз умов праці робітників конструкторсько-технічного відділу в 
процесі проектування вимірювача…………………………………………………….39 
5.2 Технологічний розділ………………………………………………………51 
5.3 Економічний розділ………………………………………………………..57 
Висновки……………………………………………………………………..59 
Список використаної літератури……………………………………………60 
Додаток А Відомість технічного проекту……………………………….…61 
Додаток Б Перелік нормативних документів ………………..…………….63 
Додаток В Специфікація……………………..………………………………65 
Додаток Г Результати розрахунку на ЕОМ………………..…..…….……..67 
Додаток Д Документація на технологічний процес складання друкованої 
плати ……………………….………...................………………..……………….…..73 
СКРС83.022.402.002ПЗ 
Изм. Лист № докум. Подп. Дата 
 Разраб. Ковальчук Д.С.  Вимірювач віброприскорень з Лит. Лист Листов 
 Пров. Гальченко В.Я. 
оптоелектронним пристроєм.  3 83 
   Пояснювальна записка 
 Н. контр. Т ичков В.В. ЧДТУ 
 Утв.  
3 
 
Вступ 
 
П’єзоелектричний акселерометр з оптичним виходом, призначений для 
вимірювання віброприскорення в діапазоні низькочастотних коливань. 
В теперішній час все частіше зустрічається необхідність в дослідженні і 
вимірюванні вібрації та інших механічних коливань, що містять дуже 
низькочастотні складові: від нуля до одиниць Герц. Такі інфранизькочастотні 
коливання характерні для великих будівельних споруд, складних механізмів 
різноманітного призначення, а також спостерігаються при моделюванні катастроф 
засобів транспорту та медико-біологічних дослідженнях.  
Проведення досліджень в області таких низьких частот має свої 
особливості, що ускладнюють використання технічних засобів віброметрії, що 
використовуються при більш високих частотах. Найбільше розповсюдження при 
вимірюванні інфранизькочастотних коливань є тензорезистивні системи. Проте 
тензорезисторні датчики поступаються п’єзоелектричним майже по всім 
параметрам. Разом з тим для вирішення задач в області інфранизьких частот 
п’єзоелектричні датчики мають обмежене використання, так як похибка 
вимірювання датчиків різко збільшується по мірі наближення коливань до 
інфранизькочастотної області. Проте раціональним вибором схеми можна 
розширити частотний діапазон вимірюваних віброприскорень в область досить 
низьких частот, порядку 0,1 Гц. Таким чином задачею даного дипломного проекту 
є розробка схеми включення п’єзоелектричного датчика, що дозволить 
використовувати акселерометр в діапазоні частот віброприскорення від 0,1 до 20 
Гц. 
 
4 
 
1 Обґрунтування необхідності проектування на основі критичного 
аналізу існуючих аналогів 
 
1.1 Пристрій для вимірювання віброприскорення 
В основу принципу дії даного акселерометра покладено використання 
оптичного випромінення і його просторової модуляції. Пристрій працює 
наступним чином. На дзеркало 4 направляють пучок від оптичного квантового 
генератора 1. Відбитий від дзеркала 4 промінь за рахунок коливного руху 
дзеркала стає просторово модульованим і потрапляє на різні ділянки позиційного 
чутливого елементу фотоприймача 6. На виході фотоприймача 6 зявляється 
сигнал, фаза якого змінюється у відповідності з переміщенням променя. З виходу 
фазового детектора 7 сигнал розділяється на два потоки: в одному виділяється 
амплітуда зміщення об’єкту контролю 4, а в іншому виділення частоти вібрації. 
Виділення амплітуди виконується селектором 10 і струм, що проходить через 
навантаження перетворювача 11 пропорційний амплітуді зміщення. Визначення 
частоти вібрації виконується селектором 9, потім в перетворювачі 12 вона 
перетворюється в струм. В пристрої 14 струмові сигнали перемножуються і 
сигнал реєструється вимірювальним приладом14. 
 
7 10 11 14 15
1 6
4
8 9 12 13
5
 
 
Рисунок 1.1 - Схема пристрою для вимірювання прискорення: Блок 1 – 
оптичний квантовий генератор; блок 2,3 – оптичні системи; блок 4 – дзеркало; 
блок 4 - об’єкт контролю; блок 6 – фотоприймач; блок 7 – фазовий детектор; блок 
8 – генератор; блок 9 – селектор по частоті; блок 10 – селектор по амплітуді; блок 
11 – перетворювач амплітуди в струм; блок 12 – перетворювач частоти в струм; 
5 
 
блок 13 – квадратор; блок 14 – перемножуючий пристрій; блок 14 – 
вимірювальний прилад 
Перевагами даного пристрою є можливість використання для вимірювання 
параметрів низькочастотних коливань від 0,4 до 2000 Гц., можливість 
вимірювання вібрації в двох взаємно перпендикулярних напрямках. До недоліків 
даного пристрою необхідно віднести труднощі фокусування на об’єкті 
вимірювання через конструктивне розділення джерела і приймача випромінення, 
а також малу дальність дії в середовищах з обмеженою прозорістю. До суттєвих 
недоліків даного пристрою можна віднести чутливість до кутових коливань 
об’єкту вимірювання. 
 
1.2 П’єзоелектричний пристрій для контролю вібрації 
Винахід відноситься до вимірювальної техніки і може бути використано в 
пристроях контролю рівня вібрації. 
Метою винаходу є підвищення точності вимірювання за рахунок 
виключення дії перешкод на результат вимірювання. 
П’єзоелектричний пристрій для контролю вібрації представлений на 
рисунку 1.2. Пристрій має п’єзоелектричний елемент 1, підключений до входу 
операційного підсилювача 2, котрий забраний по схемі повторювача напруги. До 
виходу операційного підсилювача 2 через діод 3 і резистор 4 підключені два 
ланцюга, перший із яких має діод 4 і накопичуваний конденсатор 6, другий – 
резистор 7 і накопичуваний конденсатор 8. 
Паралельно діоду 4 підключений ланцюг із послідовно з’єднаних емітерно-
базового переходу транзистора 9 і резистора 10. Емітерно – базовий перехід 
транзистора 11 підключений паралельно резистору 7.  
Пристрій працює наступний чином. При збудженні вібрації за допомогою 
коливного елемента на виході п’єзоелектричного елементу 1 виникає напруга, 
котра подається на вхід операційного підсилювача 2. Вихідна напруга останнього 
виконує заряд обох накопичувальних конденсаторів 6 і 8 через діод 3, резистор 4 і 
діод 4, резистор 7 відповідно. 
6 
 
Рисунок 1.2 – Принципова електрична схема п’єзоелектричного пристрою 
для контролю вібрації: 1 – п’єзоелемент; 2 – операційний підсилювач; 3,4 – діоди; 
4,7,10 – резистори; 6,8 - накопичувальні конденсатори; 9,11 – транзистори 
 
В першому позитивному напівперіоді коливання, коли вихідна напруга 
операційного підсилювача 2 стає менше напруги на першому накопичувальному 
конденсаторі 6; виконується формування переднього фронту вихідного імпульсу. 
При цьому емітерно-базовий струм транзистора 9 переводить транзистор 9 в 
підсилювальний режим. В момент часу, коли напруга на обох конденсаторах 
рівна, транзистори 9 і 11 визначають швидкість спаду вихідного імпульсу. Коли 
напруга стає більшою, ніж напруга на конденсаторі 6, проходить підзаряд обох 
конденсаторів. В подальшому процес повторюється. 
 
1.3 Пристрій для вимірювання амплітуди вібрації 
Винахід відноситься до контрольно-вимірювальної техніки і може бути 
використано для визначення параметрів вібраційного процесу при вібраційних 
випробуваннях і експлуатації машин.  
Мета винаходу – підвищення точності вимірювання. 
Пристрій для вимірювання амплітуди вібрації представлено на рисунку 
1.3.  
7 
 
Пристрій має послідовно включений задаючий генератор 1, параметричний 
вібродатчик 2, підсилювач постійного струму 3 з резистивним зворотнім зв’язком, 
диференціюючий підсилювач 4, двухнапівперіодний Пристрій працює наступним 
чином. Задаючий генератор 1 виробляє сигнал типу “меандр”, котрий подається 
на вхід параметричного вібродатчика 2. Одночасно з сигналом задаючого 
генератора на датчик діє вібропроцес, котрий змінює його індуктивність. 
Індуктивний параметричний вібродатчик може бути представлений 
еквівалентною схемою, що складається із послідовно включених індуктивності Lx 
і опору Rx випрямляч 4, детектор 6 і блок реєстрації 7. 
 
2 3
L R
- 4
+
7 6 5
 
Рисунок 1.3 - Пристрій для вимірювання параметрів вібрації 
 
Так як з задаючого генератора 1 на вібродатчик 2 діє сигнал з постійною 
амплітудою протягом кожного напівперіоду:  
 
U  E
1 o .                                                              (1.1) 
 
то у сталому режимі напруга на виході підсилювача 3 змінюється в часі як: 
 
2  E  R    R  t 
U (t)   o o  1 exp  x 
3                                      (1.2) 
R L
x   x  ,
 
8 
 
де Ro - опорний резистор від’ємного зворотного зв’язку; 
Eo - амплітуда задаючого генератора. 
На виході двухнапівперіодного випрямляча 4 будуть імпульси тільки 
позитивної полярності: 
 
  R  t 
U (t)  2  E  R    exp x 
5 o o д                                        (1.3) 
 L
x  ,
 
де τ – постійна часу підсилювача 4; 
δ – зазор. 
Імпульси проходять через детектор 6 і поступають на блок 7 реєстрації, на 
якому відображається інформація про значення амплітуди. 
 
1.4 Інтегральний п’єзорезистивний акселерометр 
Призначений для вимірювання прискорень при дослідженні механічних 
коливань двигунів автомобілів, станків, роботів. 
Технічні характеристики: 
1. Діапазон вимірювання прискорення 4100 g. 
2. Резонансна частота 640 Гц (при  4g) 
                                      2740 Гц (при  100g). 
3. Поперечна чутливість            3 % 
4. Напруга моста                         4 В 
5. Опір моста                               3400 Ом 
6. Нелінійність                            1 % 
7. Габаритні розміри                  1414 мм 
8. Маса                                         1,2 г 
Конструктивно датчик виконано традиційно: інерційна маса квадратного 
перерізу підвішена на підвісах, котрі закріплені до рамки, що встановлена на 
основі приладу. 
9 
 
На підвісах методом іонної імплантації нанесені п’єзорезистори, з’єднані в 
міст Уітстона. 
Величина прискорення пропорційна розбалансу моста. Монтаж 
акселерометра на об’єкті виконується за допомогою епоксидної смоли. У випадку 
відхилення вісі датчика при монтажі від напрямку вимірюваного прискорення на 
10 чутливість зменшується на 0,02 %.  
 
10 
 
2 Обґрунтування технічного завдання 
 
Апаратура і прилади, встановлені на об’єкті, що піддаються в умовах 
експлуатації дії знакозмінних сил, випробують вібраційні навантаження, котрі 
можуть призвести до їх несправності. Дія вібраційних навантажень виникає при 
транспортуванні апаратури, при роботі потужних механізмів поряд з нею. 
Інтенсивність дії вібрації на апаратуру визначається не тільки амплітудою 
коливань, але і максимальним прискоренням. Найбільшу небезпеку для 
апаратури, що знаходиться під дією вібрації, створюють резонансні ефекти, коли 
частота вібрації близька до власних частот коливань елементів конструкції. 
Допустимі переміщення і прискорення вібрації, а також її частота залежить 
від призначення пристрою, місця його установки і тривалості експлуатації. 
Вібраційні перевантаження викликають механічні пошкодження 
апаратури, її монтажу і порушення режиму роботи. При співпадінні частоти 
вібрації з власними резонансними частотами елементів апарату можливий обрив 
провідників в місцях їх закріплення, порушення герметизації, виникнення 
коротких замикань між деталями і т.п. В регулюємих радіоелементах під дією 
вібрації може спостерігатися порушення початково встановлених номіналів. 
Вібрація важких радіоелементів, котрі закріплюються за допомогою шпильок, 
болтів, може призвести до їх поломки. Дія вібрації на несучі елементи конструкції 
виробів, такі як шасі, каркаси, стойки у випадку виникнення резонансних явищ 
може викликати їх поломку.  
Діапазон частот вимірюваних віброприскорень, заданий в технічному 
завданні від 0,1 до 20 Гц відноситься до інфранизькочастотного діапазону. При 
аналізі існуючих засобів віброметрії було встановлено, що п’єзоелектричні 
акселерометри є найбільш доцільними технічними засобами вимірювання в 
заданому діапазоні частот. Проте при звичайному включенні п’єзоелемента в 
нижній області частотного діапазону похибки вимірювання різко збільшуються. 
Це пов’язано з тим, що п’єзоелемент є генератором напруги, внутрішній опір 
якого має реактивний характер. При підключенні до п’єзоелементу активного 
11 
 
навантаження напруга на ній виявляється залежною як від амплітуди 
вимірюваного прискорення, так і від частоти, з якою воно змінюється. Це 
призводить до значної похибки, так, що при використанні п’єзоелектричного 
акселерометра в заданому частотному діапазоні необхідно використовувати 
складні коректувальні схеми. Для усунення частотної похибки акселерометра 
необхідно виконати дві умови: в якості навантаження використовувати ємність і 
виконувати повне гальванічне розділення ланцюгів датчика і реєструючої схеми. 
Для забезпечення надійної гальванічної розв’язки використовують 
оптоелектронні прилади. Тому для забезпечення високоточних вимірювань в 
інфранизькочастотному діапазоні необхідно використовувати п’єзоелемент разом 
з оптоелектронними пристроєм з управлінням оптичним каналом. 
12 
 
3 Розробка структурної схеми 
 
Ускладнення сучасних завдань, для вирішення яких доводиться 
використовувати одночасно сотні, а то й тисячі первинних вимірювальних 
перетворювачів, призвели до створення не тільки багатоелементних просторово - 
розгалужених ПВП, а й багатофункціональних. Для побудови 
багатофункціональних ПВП, здатних одночасно або з розподілом у часі 
перетворювати деяку кількість різних фізичних величин, використовують різні 
методи. За одним із методів у багатофункціональному ПВП використовують 
деяку кількість чутливих елементів з окремими вторинними перетворювальними 
елементами. За другим – для кількох чутливих перетворювальних елементів 
використовують один комплект вторинних елементів, обробляючи по черзі 
вихідні сигнали чутливих перетворювальних елементів. За третім – чутливі 
елементи використовують комплексно. При цьому відібрана від об’єкту 
інформація використовується одночасно для цілей автоматизації і для корекції 
небажаного впливу фізичних величин, які при перетворюванні інших фізичних 
величин є неінформативними. За четвертим методом використовують ту 
обставину, що практично всі чутливі елементи тією чи іншою мірою реагують на 
діяння деякої кількості фізичних величин. При перетворенні однієї фізичної 
величини вплив інших величин зменшується із застосуванням різних засобів: 
екранування, термостатування, введення коригувальних сигналів, вибору 
спеціальних схем чутливих елементів тощо.  
Таким чином, найчастіше для створення багатофункціональних ПВП 
фізичних величин використовують: 
 Об’єднання кількох чутливих елементів різних величин в одному 
ПВП; 
 здатність чутливих перетворювальних елементів сприймати дію 
різних фізичних величин для поєднання в цих елементах функцій перетворювання 
кількох фізичних величин; 
13 
 
 імпульсні модуляційні перетворювання фізичних величин і 
безконтактного зчитування інформації з мікроплівочних чутливих елементів. 
На рисунку 3.1 представлена структурна схема п’єзоелектричного 
акселерометра з оптичним виходом, принцип дії якого заснований на явищі 
прямого п’єзоефекту. 
 
     3
      1       
 СС ДВ           
      2            3            6            8      
  ПП   ОК  ДОН ГЛЗН
     10             12              14           15          16           17      
  ПП   ТШ   К1   К2   Л   ДШ
      5            7            9      
  ФП  ПП  Інт.
     11           13          18      
  Г   ПУ   ВП
 
 
Рисунок 3.1 – Структурна схема п’єзоелектричного акселерометра з 
оптичним виходом: Блок 1 – стабілізатор струму; блок 2 - п’єзоелектричний 
перетворювач; блок 3 – джерело випромінення; блок 4 - об’єкт контролю; блок 4 – 
фотоприймач; блок 6 – джерело опорної напруги; блок 7 – погоджуючий 
пристрій; блок 8 – генератор лінійно змінної напруги; блок 9 – інтегратор; блок 10 
– пристрій порівняння; блок 11 – генератор; блок 12 - тригер Шмідта; блок 13 – 
пристрій порівняння; блок 14,14 – ключ; блок 16 – лічильник; блок 17 – 
дешифратор; блок 18 – відліковий пристрій 
Робота акселерометра заснована на використанні прямого 
п’єзоелектричного ефекту. При дії вібрації на п’єзоелементі генерується напруга, 
значення якої пропорційно значенню віброприскорення. Дана напруга змінює 
параметри оптичного каналу об’єкту контролю, в якості якого вибраний матеріал, 
котрий має електрооптичні властивості. Таким чином при дії віброприскорення на 
ПЕ проходить модуляція світлового потоку, що потрапляє на фотоприймач, по 
14 
 
закону вимірюваного прискорення. Сигнал на виході узгоджуючого пристрою ПП 
подається на схему вимірювання, де відбувається вимірювання його амплітуди. 
До основних переваг даної схеми необхідно віднести повну гальванічну 
розв’язку ПЕ з вимірювальною схемою, що значно підвищує чутливість 
акселерометра; а також використання в схемі перетворювача напруга-частота із 
зменшеною похибкою квантування. 
До основних недоліків даної схеми необхідно віднести похибку, що 
виникає внаслідок температурної нестабільності параметрів оптичного каналу. 
Структурна схема кінцевого варіанту акселерометру зображена на рисунку 
3.2. П’єзоелектричний акселерометр з оптичним виходом містить джерело 
випромінення ДВ, стабілізатор струму СС, п’єзоелектричний перетворювач ПП, 
котрий змінює оптичний опір оптичного каналу ОК, фото приймальний пристрій 
ФП, вихід якого підключений до узгоджуючого пристрою, інтегруючий ланцюг 
Інт., аналогово-цифровий перетворювач АЦП, ключі К1, К2, лічильник імпульсів, 
регістр РГ, дешифратор ДШ і відліковий пристрій ВП. Управління процесом 
вимірювання виконується за допомогою пристрою управління ПУ. Дана схема 
має ряд переваг у порівнянні з раніше розглянутими.  
При аналізі технічного завдання було встановлено, що для нормальної 
роботи п’єзоелектричного акселерометра в заданому інфранизькому діапазоні 
частот необхідно виконання двох умов: в якості навантаження п’єзодатчика 
використовувати ємність і виконувати повну гальванічну розв’язку ланцюгів 
датчика і вимірювальної схеми. Це виконується в повній мірі, якщо в ланцюгу 
навантаження використовувати рідкокришталевий елемент (РКЕ). 
В цьому випадку електрична напруга, що генерується в п’єзоелементі, в 
результаті дії електрооптичного ефекту, перетворюється в пропорційну зміну 
оптичного опору РКЕ, котре керує інтенсивністю потоку, що проходить крізь 
нього. 
 
 
15 
 
     2    4
СС ДВ
     1    3    5    10    15    17
ПЕ К1 ОК ДОН ПБ ІП
  6   7   9   11   13   14   16  18
ФП ПП Інт. АЦП К2 Л РГ ДШ
  8
 19
ПКП
ВП
  12
ПУ
 
Рисунок 3.2 – Структурна схема п’єзоелектричного акселерометра з оптичним виходом: Блок 1 – п’єзоелектричний 
перетворювач; блок 2 – стабілізатор струму; блок 3 – ключ; блок 4 – джерело випромінення; блок 4 – оптичний канал; блок 
6 – фотоприймач; блок 7 – узгоджуючий пристрій; блок 8 – пристрій компенсації похибки; блок 9 – інтегратор; блок 10 – 
джерело опорної напруги; блок 11 – АЦП; блок 12 - пристрій управління; блок 13 – ключ; блок 14 – лічильник; блок 14 – 
регістр; блок 16 – пристрій блокування; блок 17 – дешифратор; блок 18 – індикатор перевантаження; блок 19 – відліковий 
пристрій 
16 
 
Виходячи з цього в якості оптичного каналу ОК використовуємо 
рідкокришталевий елемент. Проте використання в якості оптичного каналу РКЕ 
має свої суттєві недоліки. Це перш за все температурна залежність оптичних 
властивостей. Тому для компенсації похибки вимірювання, що пов’язана з 
нестабільністю оптичних властивостей РКЕ, в схему введено пристрій 
компенсації похибки ПКП.  
Пристрій працює наступним чином. Перед початком чергового циклу 
вимірювання з пристрою управління ПП поступає управляюча команда на ключ 
К1 і ПКП. Ключ К1 відключає ПП від вимірювальної схеми, а ПКП вимірює 
вихідний сигнал узгоджуючого пристрою і запам’ятовує його значення на час 
циклу вимірювання.  
Необхідно відмітити, що вихідний сигнал пристрою узгодження при 
відсутності вхідного сигналу з ПП зумовлений температурною похибкою РКЕ, а 
також сигналами шумів фотоприймача ФП і підсилювальних елементів в пристрої 
погодження. Під час циклу вимірювання значення сигналу похибки віднімається 
від вимірюваної величини, компенсуючи тим самим похибку вхідних ланцюгів 
акселерометра. Для збереження датчика від перевантаження під час вимірювання 
акселерометр має пристрій блокування показань ПБ та індикатор перевантаження 
ІП. 
 
17 
 
4 Вибір і розрахунок джерела і приймача випромінювання 
 
Випромінювач – прилад, що перетворює електричну енергію збудження в 
енергію оптичного випромінювання заданого спектрального складу і 
просторового розподілу. Випромінювачі складають основу будь-якої 
оптоелектронної системи, і у значній мірі визначаючи її функціональні 
можливості, експлуатаційні характеристики.  
Вимоги до випромінювачів логічно випливають з особливостей 
оптоелектроніки і у найбільш загальному виді можуть бути сформульовані так: 
1. Висока ефективність перетворення енергії збудження в енергію 
оптичного випромінювання; 
2. Вузька спектральна смуга випромінювання; 
3. Спрямованість випромінювання; 
4. Швидкодія, тобто швидке виникнення і гасіння випромінювання; 
5. Сумісність з інтегральними мікросхемами; 
6. Висока технологічність і низька вартість; 
7. Когерентність генеруємого випромінювання. 
Приймач оптичного випромінювання (фотоприймач) являє собою прилад, 
у якому під дією оптичного випромінювання відбуваються зміни, що дозволяють 
виявляти це випромінювання і вимірювати його характеристики. 
До фотоприймачів висувають наступні вимоги: 
1. Висока чутливість на заданій фіксованій довжині хвилі; 
2. Великий ККД енергетичного перетворення; 
3. Висока швидкодія; 
4. Мінімальний рівень шумів; 
5. Широкий динамічний діапазон. 
Попередній вибір випромінювача, призначеного для роботи в складі ОЕП, 
проводять на основі енергетичного розрахунку, в результаті якого визначається 
один із енергетичних параметрів випромінювача, частіше за все сила 
випромінювання або яскравість.  
18 
 
Часто розподіл сили випромінювання джерела в просторі відомо не 
аналітично, а у вигляді індикатриси випромінювання. Тоді потік випромінювання 
знаходять шляхом підсумовування потоків, в межах окремих зональних тілесних 
кутів в діапазоні тілесного кута Ω, охоплюючого оптичною системою ОЕП. При 
цьому потік випромінювання, падаючий на вхідний зрачок від симетричного 
джерела, розташованого на оптичній вісі ОЕП, визначають за формулою: 
 
0 I  I
 
Ф  2     i i1  Cos ( )  Cos ( )  
i i1
0 2 ,
 
де I , I  - крайові значення сили світла для вибраних зон; 
 i  i1
  - апертурний кут оптичної  системи ОЕП або конденсора; 
0
 ,   - плоскі кути, що відповідають краю зони. 
i i1
Для розрахунку потоку випромінювання від несиметричних джерел 
використовують набір кривих сили світла для площин, нахилених до основної 
площини під деякими кутами φ. При цьому визначають середнє значення сили 
світла для деякої і-ї зони: 
 
І  І   І
1  2 
I  n . 
 срі n
 
Потік випромінювання всередині і-ї зони: 
 
Ф  2    I  Cos ( )  Cos ( )  
i срі i i1 .
 
Відповідно повний потік, падаючий на вхідний зрачок оптичної системи, 
знаходять шляхом додавання зональних потоків Ф . 
i
 
 
19 
 
4.1 Режими живлення і схеми включення світловипромінюючих діодів 
Живлення СВД здійснюється в різних режимах: постійним струмом, в 
імпульсному режимі і функціональному режимі.  
Режим живлення постійним струмом є найбільш простим, тому що його 
здійснення не вимагаються спеціальні пристрої, СВД підключається до джерела 
живлення через струмозадаючий резистор. Цей режим живлення  найбільш 
прийнятний для одноканальних оптоелектронних вимірювальних перетворювачів 
з модуляцією сигналу в оптичному каналі.  
Імпульсний режим для має ряд переваги в порівнянні з режимом живлення 
постійним струмом. Якщо СВД застосовуються в двохвильових пристроях, то цей 
режим забезпечує тимчасовий розподіл потоків і, отже, застосовується один 
фотоприймач зі спектральною характеристикою, чутливою до обох потоків. 
Спрощується процес посилення й обробка сигналу в порівнянні з першим 
режимом. Зменшується енергоспоживання, що вкрай необхідно при розробці з 
автономним живленням.  
Третій режим живлення – функціональний. Його перевагами є 
інтенсифікація виконуваних математичних операцій, і у випадку застосування в 
пристроях контролю забезпечується лінеаризація передатної характеристики 
пристрою з одночасним спрощенням усього пристрою і підвищення точності. 
Збільшення потужності випромінювання СВД при експоненційному розгорненню 
можна досягти зменшенням постійної часу, тривалості експоненти і збільшенням 
початкового максимального значення струму СВД. Однак зменшення постійної 
часу приводить до зниження чутливості і збільшенню погрішності виміру.  
У таблиці 4.1 приведені режими живлення, їхні тимчасові діаграми і 
математичне представлення. 
Розглянемо схеми включення світловипромінюючих діодів. На рисунку 4.1 
приведені схеми включення з одним СВД. Для схеми (рисунок 4.1 а) значення 
струму протікає через СВД, залежить від опору Rн, напруги живлення Uп і 
спадання напруги на СВД: 
20 
 
U
C .Д .
I U 
С .Д . п                                                           (4.1) 
R
н .
 
Для схеми на рисунку 4.1 б вхідна напруга U  U
в х вых , а струм: 
 
R R  R  r 
I  I  1    в х  э н д
С .Д . в х                           (4.2) 
r R
в х э ,
 
де Rвх, rвх – вхідний опір каскаду і транзистора відповідно; 
rд  - динамічний опір СВД; 
 - коефіцієнт підсилення струму. 
Для схеми на рисунку 4.1 а, б струм через СВД: 
 
U U U
П С .Д . КЭоткр
I 
С .Д .                                      (4.3) 
R  r
н Д ,
 
де UКЭ відкр – залишкова напруга на транзисторі у відкритому стані. 
Аналіз схем включення СВД показує, що схеми на рисунку 4.1, мають 
більш високу швидкодію і є генераторами струму. Схема на рисунку 4.1 б є 
генератором напруги, і отже, струм через СВД визначається опором 
навантажувального резистора СВД.  
При використанні СВД у двох хвильових пристроях варто розрізняти 
чотири варіанти включення СВД опорного і вимірювального каналів: зустрічно-
рівнобіжне; послідовно; зустрічно-послідовне, роздільне включення. У таблиці 
4.2 приведені варіанти включення СВД та їх схеми заміщення. При зустрічно-
рівнобіжному включенні СВД живлення здійснюється від генератора перемінного 
струму. В один з напівперіодів включається один СВД, в інший напівперіод – 
другий. Отже, якщо підібрані ідентичні СВД, те на точність виміру не впливає 
нестабільність імпульсів.  
21 
 
Режи
Схема включення Часові діаграми Математичне представлення сигналу 
м 
U U
Ф (t)  K  I Ф ; R  ж с .д .  
0 0
I
н
U  - напруга джерела живлення;  
ж
U  =- падіння напруги на СВД значення якого від 1,0 до 2,2 
с .д .
 
 В; І  - номінальний струм СВД 
н
0 при t  0

Ф(t)  Ф при 0  t   . 
0 і

0 при t  
і
Максимально допустиме значення струму: 
Т
 I 
і max  I н  , де  - тривалість імпульсу;Т – тривалість паузи. 
 і
 і
Для отримання необхідної потужності випромінювання 
необхідно зменшувати тривалість імпульсу і збільшувати паузи 
між імпульсами. 
22 
 
Постійним 
Імпульсний 
струмом 
 t 
 
  
Ф(t) Ф  e  e 
0  
Максимально допустиме значення струму: 
 T 1
I  I  , де    - постійна часу експоненційного 
m н  T
1  e 
e
струму; Т – час вимірювання, що дорівнює тривалості 
експоненційного імпульсу. 
  Режим дискретно функціонального живлення: 
 T
I  Q I  , де Q  - скважність. 
m н  T
1  e
Таблиця 4.1 – Режими живлення СВД, часові діаграми і математичне представлення 
23 
 
Експоненційний 
Перевагами послідовного варіанта включення є простота схемної реалізації 
джерела живлення. Недоліком є необхідність застосування двох фотоприймачів, 
причому кожний з них повинний сприймати випромінювання тільки одного СВД, 
тобто цей варіант не забезпечує тимчасового розподілу потоків від кожного 
імпульсу випромінювача. Однак застосування комбінації фотодіод – 
фоторезистор дає можливість реалізувати операцію відносини сигналів від 
потоків обох СВД.  
Основна похибка послідовного включення СВД зв'язана з нестабільністю 
характеристик двох фотоприймачів, роздільно чуттєвих до потоків першого і 
другого СВД. Ця схема може бути застосована при невисоких вимогах до 
пристроїв контролю (абсолютна похибка понад 3 %).  
Наступним варіантом включення СВД є зустрічно-послідовне включення. 
Для визначення струму, що протікає через СВД, робимо наступні допущення, що 
СВД мають ідентичні електричні параметри. Як при першому варіанті включення, 
тут живлення здійснюється від генератора змінної напруги. Недоліком є 
відсутність роздільного вирівнювання потоків випромінювання.  
Останнім варіантом є роздільне незалежне включення СВД. У цьому 
випадку складаються рівняння для обох ланцюгів із СВД окремо і з них знаходять 
струми і навантажувальні опори. Перевагами останньої схеми включення – 
можливість незалежного живлення СВД, взаємного вирівнювання потоків 
випромінювання і тимчасовий поділ цих потоків. 
24 
 
Таблиця 4.2 – Схеми включення СВД 
Схема включення СВД Розрахункові формули 
U
Струм, що протікає через СВД I U  с .д . . 
с .д . ж
R
н
 
 
R R
Струм, що протікає через СВД I  I  1    вх  е  Rн  rд  . 
с.д. вх
rвх Rе
R , r  - вхідний опір каскаду і транзистора відповідно; r  - динамічний опір СВД; 
вх вх д
  - коефіцієнт посилення струму. 
R  R 
При живленні великою напругою R  r , а r  R  I  I  1    е н  
вх вх д н с.д. вх
Rе
 
U ж U с.д. U КЭвідклр .
Струм через СВД I с.д.   
Rk  rд
U  - залишкова напруга на транзисторі в 
КЭв ідклр.
відкритому стані. 
U U 
Струм бази транзистора I  в х бе . 
б
R
б
Опір R  повинен забезпечувати струм насичення 
б
S  I
транзистора: I  k ,  
б

  
I
 де S  б  - коефіцієнт насичення; I  - граничне 
б гр.
I
б гр .
25 
 
значення струму бази. 
U
I  ж U зм  I 2  rд U
 зм  I1  rд  
Rо2  Rн Rо2  Rд1
U
R  ж U зм  rд1  I1  I 2 
н  
I
 
U
I  ж U зм1 U зм2  
Rн  rд1  rд2
U ж U зм1 U зм2  I  rд1  r
R  д2 
н  
I
 
I1  I 2 , E1  E2  
E U
I1 
1 зм1  
Rн  rд1  Rо2
U ж U зм  I1  rд1  Rо2 Rн   
I
 
26 
 
U
I  ж1 U зм1 U U
, I ж 2 зм2   
1 2 
Rн1  rд1 Rн2  rд2
U ж1 U зм1  I
R  1  rд1  
н1
I1
U ж 2 U зм2  I 2  rR д2  
н2 
I 2
 
Примітка. U , U , U  - напруга джерел живлення; R , R  - опори навантаження; І , І  - струми через СВД; r  - 
ж ж1 ж 2 н1 н 2 1 2 д
динамічний опір СВД; R , R  - зворотній опір СВД; U  - пряме падіння напруги на СВД. 
о1 о 2 зм
 
 
 
 
27 
 
4.2 Енергетичний розрахунок джерела та приймача випромінювання 
Основною енергетичною характеристикою випромінювача кінцевої площі 
найчастіше служить яскравість Le. У цьому випадку можна визначити потік, що 
приходиться на вхідну зіницю від елемента з видимою площею А: 
 
2
Ф     L  А  Sin ( )
е с е А ,                                       (4.4) 
 
де с – коефіцієнт пропущення середовища поширення випромінювання 
(приймається З = 0,99); 
Le – яскравість випромінювача; 
 - площа випромінювача; 
A – апертурний кут системи. 
Для попереднього енергетичного розрахунку вибираємо світловипроміюючий 
діод АЛ107Б з наступними світловими параметрами: 
- Потужність випромінювання, 10 мВт; 
- колір світіння – червоний, MAX = 0,94 мкм; 
- кут випромінювання, 30 градусів; 
- постійний прямий струм, 100 мА; 
- постійна пряма напруга 2В. 
Діаграма спрямованості для даного світлодіоду із [11] R(2γ) = 30˚. Визначаємо 
відстань L , що необхідна для засвітки всієї поверхні РКЕ випромінюванням ІЧ - 
світлодіода за формулою: 
 
3
D 8,5 10 3
L    16 10 м                               (4.4) 
 R2     30 
2  tg   2  tg  
 2   2  .
 
де D – робочий діаметр РКЕ 8,4 10-3 м. 
28 
 
2
3
1
L
Рисунок 4.1 – Схема оптоелектронного перетворювача: 1 – джерело 
випромінення; 2 – рідкокристалевий елемент; 3 – фотоприймач 
 
Виконаємо перерахунок потоку випромінення ІЧ світлодіоду із енергетичних 
величин в світлові величини. Відповідно до [16] вираз для перерахунку має вид: 
 
3
Ф Ф  S  680 10 10  0,45  680  3,06лм ,                   (4.6) 
с е 
 
де Фс – потік випромінення в світловій величині, лм; 
Фе – потужність випромінення, Вт; 
Sλ –  спектральна чутливість фотодіода в максимумі випромінення для ІЧ – 
світлодіода. 
Світловий потік, що приходиться на вхідну зіницю системи: 
 
2
Ф  0,99    3,06  Sin ( 30 )  2,379 лм
е . 
 
На виході оптичної системи: 
 
Ф  Ф 
е е о ,                                                                   (4.4) 
 
де 0 – коефіцієнт пропущення оптичної системи (0 = 0,7  0,9. Приймаємо 0 
29 
 
D
= 0,8. 
 
Ф   2 ,379  0 ,8  1,903 лм
е  
 
Опромінення вхідної зіниці визначається за формулою: 
 
А
Е    L 
е с е 2                                                                   (4.6) 
l ,
 
де l – довжина шляху від джерела до вхідної зіниці оптичної системи. 
Вибирається з конструктивних розумінь з наступних вимог: випромінювач і 
фотоприймач, встановлені в ПВП повинні бути вилучені від посадкової площини 
фланця акселерометра на відстані не менш 16 мм. 
Тому приймаємо l = 16 мм = 0,016м: 
 
3
8,5 10
Е  0,99   0.526 лк
е  
0,016 .
 
При проведенні другого етапу енергетичного розрахунку визначимо ФПОЭП чи 
ЕПОЭП необхідно зробити приведення шумів до входу приладу. У даному випадку 
гранична чутливість приладу визначається шумами приймача випромінювання, тобто 
величиною ФП, а не шумами інших ланок приладу. Для приведення ФП по входу 
необхідно знати КПД системи оптичного приладу - ОЭП, що визначає, яка частка 
сигналу приладу, що надходить на вхід, використовується для створення вихідного 
корисного сигналу. 
КПД системи залежить від ряду факторів, найважливішими з який є втрати 
енергії в оптичній системі, утрати через відсутність оптичного узгодження приймача 
з оптичною й електронною системами. 
У такий спосіб ККД визначається за формулою: 
 
30 
 
   
ОЭП О СГ ,                                                            (4.7) 
 
де 0 – утрати енергії в оптичній системі; 
СГ - утрати через відсутність оптичного узгодження приймача з оптичною й 
електронною системами: 
 
      к  к  к
о о о Д П                                                 (4.8) 
,
 
де 0 - коефіцієнт пропущення оптичної системи; 
до0 - коефіцієнт використання запропонованої оптичної системи; 
кП - коефіцієнт використання потоку 
кД – коефіцієнт дифрагмування; 
 
Ф
к  ВЫХ
о                                                    (4.9) 
Ф
П ,
 
де ФВИХ = Ф /
е  ФП- потік, що виходить з випромінюючої системи; Фвих = 
1,903 лм; ФП – повний потік, створюваний джерелом випромінювання: 
 
2
 Ф    I  Sin ( )
П е .                                                    (4.10) 
 
2
Ф   3,06  Sin 30  2,40лм
П . 
 
1,903
к   0,95
о
2,4 . 
 
Ф 2,379
К   ВХ   0,991
П                                          (4.11) 
Ф 2,4
П ,
31 
 
 
де ФВХ = Фе - потік, що потрапив на вхідну зіницю системи; ФВХ = 2,379 лм. 
Остаточно коефіцієнт враховуючий втрати енергії в оптичній системі: 
 
  0 ,8  0 ,95  0 ,991  0 ,753
о . 
 
Коефіцієнт, що враховує втрати через відсутність оптимального узгодження 
приймача з оптичною й електронною системами: 
 
  к  к  к
СГ q f Ш                                                         (4.12) 
,
 
де кq – коефіцієнт, що враховує невідповідність між площею чуттєвого шару 
приймача і площею перетину пучка в місці установки цього шару. Для зменшення 
рівня шумів приймача приймемо площу приймача на 10 % менше площі перетину 
пучка, тобто кq = 0,9; 
кf – коефіцієнт, що враховує невідповідність рівня шуму на робочій частоті і 
на частоті, при якій вироблялася паспортизація приймача, кf = 1; 
кШ – коефіцієнт, що враховує співвідношення між шумом електронної 
системи VЭ – і власним шумом приймача VП: 
 
2
V
П
к 
Ш  .                                                  (4.13) 
2 2
V  V
П Э
 
Приймаємо для попередніх розрахунків VП = 4 мкА і VЭ = 0,1 мкА: 
 
 6 25 10
к   0,98  . 
Ш
 6 2  6 2
5 10  0,1 10 
 
  0,9 1  0,98  0,882
СГ . 
32 
 
 
КПД всієї оптичної системи, що працює активним методом: 
 
  0 ,753  0 ,882  0 ,664
ОЭП . 
 
Граничне значення потоку визначається за формулою: 
 
Ф
Ф  П                                                                   (4.14) 
ПОЭП

ОЭП .
 
Основне енергетичне рівняння оптико-електронного приладу має вид: 
 
Ф
ВХ                                                                (4.14) 
Ф
Ф
ПОЭП ,
 
де ФВХ – потік на вхідній зіниці системи; 
ФПОЭП – мінімальний потік (граничне значення) на вході приладу; 
Ф – коефіцієнт перевищення корисного сигналу над сигналом перешкоди, Ф 
= 10. 
З основного енергетичного рівняння знаходимо мінімальне значення потоку 
на вході зіниці: 
 
Ф
Ф  ВХ
ПОЭП                                                                  (4.16) 

Ф .
 
1,903
Ф   0 ,1903 лм
ПОЭП
10 . 
 
Мінімальне значення потоку на виході системи первинної обробки інформації 
визначається з обліком ККД оптичної системи: 
33 
 
Ф  Ф 
П ПОЭП ОЭП .                                                             (4.17) 
 
Ф  0 ,1903  0 ,664  0 ,126 лм
П . 
 
З урахуванням зміни оптичного опору рідкокристалевого елементу: 
 
Фп  Фп  1  r  .                                                           (4.18) 
 
Значення фотоструму фотоприймача визначаємо за формулою:  
 
I  S Ф
Ф I П
I  S Ф  3  0,12  0,3607мА                         (4.19) 
Ф max I П
I  S Ф  3  0,069  0,2072мА
Ф min I П .
 
де SI – інтегральна струмова чутливість фотоприймача; для фотодіоду ФД-9К  
SI = 3 мА/лм. 
 
 
34 
 
If( a ) Si F( a )
If( a ) 
3.607·10  - 4 
4
4 10
3.497·10  - 4 
4
3.866667 10
3.387·10  - 4 4
3.733333 10
3.278·10  - 4 4
3.6 10
3.168·10  - 4 4
3.466667 10
3.058·10  - 4 4
3.333333 10
2.949·10  - 4 4
3.2 10
2.839·10  - 4 4
3.066667 10
2.729·10  - 4 If( a) 4
2.933333 10
2.62·10  - 4 4
2.8 10
2.51·10  - 4 4
2.666667 10
2.401·10  - 4 4
2.533333 10
2.291·10  - 4 4
2.4 10
4
2.181·10  - 4 2.266667 10
4
2.072·10  - 4 2.133333 10
4
2 10
0 3.33 6.67 10 13.3316.67 20 23.33 26.67 30 33.3336.67 40 43.33 46.67
a
 
Рисунок 4.2 – Графік залежності потоку від зміни оптичного опору 
рідкокристалевого елементу 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
35 
 
 3
Si 3 10 Fo 0.126
F( a ) Fo ( 1  r( a ) )
F( a ) 
0.13
0.12
0.117 0.123
0.113
0.116
0.109
0.106 0.109
0.102
0.102
0.098
0.095 F( a) 0.095
0.091
0.088
0.087
0.084 0.081
0.08
0.074
0.076
0.073 0.067
0.069
0.06
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
a
 
Рисунок 4.3 – Графік залежності фотоструму від потоку (прискорення) 
Відповідно до [2] оптимальне значення навантаження фотодіоду Rнmax 
визначається за формулою: 
 
U
дж . 15 3
R    2,58 10 Ом          (4.20) 
нmax 3 6
I  I 0,5709 10  10 10
Ф max S ,
 
де Uдж. – напруга джерела живлення 14 В; 
IS – темновий фотострум 10 10-6 А. 
Для забезпечення оптимальності навантаження вибираємо Rн = 2,6 кОм. 
Визначаємо вольтову чутливість фотодіоду, що працює в фотодіодному 
режимі за формулою: 
 
3 3
S  S  R  3 10  2,6 10  7,8В / лм .                           (4.21) 
Н I Н
 
36 
 
Виявна здатність оптоелектронного перетворювача, відповідно [2] 
визначається за формулою: 
 
5
* A  f 1,9 10 100 6
D    4,6 10                              (4.22) 
9
Ф 3 10
гр ,
 
де D* - виявна здатність; 
А – активна площа фотоприймача; 
Δf – смуга пропускання електронного тракту оптоелектронного 
перетворювача, Гц; 
Фгр – граничний потік фотоприймача, для ФД-9К  лм. 
Смуга пропускання електронного тракту визначається за формулою: 
 
f  2  f  2  50  100 Гц
max .                                                  (4.23) 
 
де fmax – максимальна частота вимірюваного віброприскорення 40 Гц. 
Напруга шумів Uш, при який повинна забезпечуватися задана виявна здатність 
відповідно [16] визначається за формулою: 
 
S  A 5
н Ф 7 ,8  1,9 10 9
U    7 ,391 10 В                     (4.24) 
ш * 6
D 4,6 10 .
 
Рівень власних шумів фотоприймача визначається за формулою:  
 
9 8
U Ф  S  3 10  7,8  2,34 10 В                               (4.24) 
ш .п п н
 
Таким чином рівень власних шумів не перевищує допустимого рівня, що 
забезпечує необхідне співвідношення сигнал/шум на виході пристрою. 
Для джерела випромінювання розрахунок виконаний у пакеті MathCAD і 
37 
 
приведений у додатку Д. 
Виходячи з основного енергетичного рівняння, що описують роботу оптико-
електронного приладу розраховуємо параметри джерела випромінювання: 
 
Ф
 I    ПОЭП 2
  Sin                                                   (4.26) 
е ф

с .
 
0,1903 2
1,903 10     Sin 301,509
0,99 . 
 
Обраний раніше світлодіод по енергетичних параметрах задовольняє 
основному енергетичному рівнянню оптико-електронного приладу. 
38 
 
5 Спеціальний розділ 
 
5.1 Аналіз умов праці робітників конструкторсько-технічного відділу в 
процесі проектування вимірювача 
В даній кваліфікаційній роботі проводиться розробка вимірювача 
віброприскорювача працівниками конструкторсько-технічного відділу. 
Проведення роботи неможливе без використання комп’ютера для відповідних 
розрахунків, побудови схем та креслень. Тому для більш продуктивної та 
безпечної праці співробітника відділу необхідно створити раціональні та безпечні 
умови праці під час роботи в приміщенні відділу. 
Конструкторсько-технічний відділ містить три робочих місця. Кожне 
робоче місце обладнане комп’ютером. Робочі місця у приміщенні знаходяться на 
відстані 1 м одне від одного, в один ряд вздовж стіни біля вікон. Ширина та 
довжина приміщення складає 5 м та 6,5 м відповідно, висота стелі – 3,5 
м. Загальна площа приміщення складає 32,5 м2, а загальний об‘єм – 113,75 м3. 
Фактична площа на одного працівника становить 10,8 м2, а об'єм – 38,0 м3, що 
відповідає нормативній площі згідно з ДБН В.2.2-28:2010 «Будинки 
адміністративного та побутового призначення». 
На підприємствах і організаціях, що використовують ПК, технологічний 
процес та використовуване обладнання є потенційними джерелами шкідливих і 
небезпечних виробничих факторів, що можуть несприятливо впливати на стан 
здоров'я працюючих. 
На робочих місцях працівників відділу виникають небезпечні та шкідливі 
фактори: підвищений рівень шуму, несприятливі мікрокліматичні умови, 
недостатній рівень освітленості, підвищений рівень електромагнітних 
випромінювань радіочастот, висока напруга електричної мережі, статична 
електрика та інші. Робота з ПК супроводжується також підвищеним ступенем 
напруженості трудового процесу. При систематичному впливі виробничих 
факторів, які не відповідають нормативним показникам, зростає рівень 
професійно зумовленої захворюваності працюючих та можуть виникнути 
39 
 
професійні захворювання органів зору, руху, нервової системи. Таким чином, 
виявлення та аналіз небезпечних та шкідливих факторів виробництва користувача 
ПК та особливо наукового працівника є необхідною умовою запобігання 
негативних наслідків впливу небезпечних та шкідливих факторів.  
Правильна організація робочих місць запобігає передчасній втомлюваності 
користувача і сприяє збереженню здоров'я. Організація робочого місця 
передбачає вибір ергономічно обґрунтованого робочого положення, виробничих 
меблів з урахуванням характеристик людини, згідно з ДСТУ 8604:2015 «Дизайн і 
ергономіка. Робоче місце для виконання робіт у положенні сидячи. Загальні 
ергономічні вимоги». Робочі столи виготовлені з ДСП і мають глибину 0,80 м та 
шириною 1 м 20 см. Сидіння робочих місць відповідають ергономічним вимогам 
для найбільш зручного положення тіла при роботі з ПК: тулуб розташований 
вертикально, кут, що утворюється між тулубом та стегновими кістками, складає 
90 градусів, кут між стегном та гомілкою складає 90-110 градусів, кут між 
тулубом та передпліччям складає приблизно 0 градусів. Відстань між 
користувачем та ПК складає приблизно 650-700 мм. Висота робочої поверхні 
столу становить 740 мм. 
Нормування параметрів мікроклімату проводиться в залежності від 
періоду року та категорії важкості виконуваних робіт. Для постійних робочих 
місць, якими є місця операторів ПК, встановлені оптимальні параметри 
мікроклімату, а при неможливості їх дотримання використовують допустимі 
параметри. Робота оператора ПК за енерговитратами відноситься до категорії 
легких робіт Іа. В таблиці 5.1 наведені нормативні параметри мікроклімату в 
приміщеннях, де виконуються роботи операторського типу, згідно з ДСН 
3.3.6.042-99. «Санітарні норми мікроклімату виробничих приміщень». 
 
Таблиця 5.1 – Нормативні параметри мікроклімату для категорії Іа 
Оптимальне Допустиме 
Період року Параметр мікроклімату 
значення значення 
Температура повітря в 
Холодний 22..24 °С 20-25 °С 
приміщенні 
40 
 
Відносна вологість 40..60 %  
Швидкість руху повітря до 0,1 м/с < 0,2 м/с 
Температура повітря в 
23..25 °С 21-28 °С 
приміщенні 
Теплий 
Відносна вологість 40...60%  
Швидкість руху повітря 0,1...0,2 м/с 0,3 м/с 
 
Слід зазначити, що для нормалізації параметрів мікроклімату слід 
використовувати у приміщеннях кондиціювання повітря, або забезпечити подачу 
свіжого повітря системами вентиляції, відповідно до ДБН В.2.5-67-2013 
«Опалення, вентиляція і кондиціонування».  
Фактична температура повітря в приміщенні в холодну пору року сягає 
20°С, а в теплу пору року – 30°С. Отже, згідно таблиці 5.1, фактичний рівень не 
відповідає допустимому в теплу пору року. Тому в відділі необхідно застосувати 
систему кондиціонування повітря. Відділ обладнаний природною системою 
вентиляції, канали якої розміщені в несучій стіні приміщення, відповідно до ДБН 
В.2.5-67-2013 «Опалення, вентиляція і кондиціонування». 
Повітря в приміщенні відділу немає ніяких шкідливих хімічних речовин. 
Склад повітря відповідає нормативним вимогам.  
Обладнання відділу складається з 3 комп’ютерів та 1 принтеру, до якого 
підключені всі комп’ютери. Обладнання не завдає високого рівня шуму, його 
фактичний рівень дорівнює 55дБ. Нормативний рівень шуму – 60 дБ. Тому можна 
зробити висновок, що рівень шуму в відділі допустимий. Стеля приміщення 
акустично оздоблена звукопоглинаючим матеріалом Décor Acoustic 13/3, згідно з 
ДБН В.1.1-31:2013. Інфразвуку та ультразвуку в даному приміщенні немає. 
Джерелами електромагнітного випромінювання в приміщенні є мобільні 
пристрої зв’язку, а також ввімкнені ПК, що негативно впливають на здоров’я 
людини. Фактичне значення напруженості електромагнітного випромінювання в 
даному приміщенні відповідає ДСН 239-96 (ДНАОП 0.03-3.30-96). Отже, 
електромагнітне випромінювання в приміщенні допустиме. 
41 
 
Напруженість електростатичного поля в приміщенні відділу відповідає 
НАОП 0.03-3.05-77. Напруженість електростатичного поля в приміщенні відділу 
допустима. 
 Вплив іонізуючого випромінювання в відділі: нормативне значення – 2 
мЗв, фактичне значення – 0,2 мЗв., відповідно документу «Норми радіаційної 
безпеки України» - НРБУ-97. Іонізуюче випромінювання в приміщенні є 
допустимим і відповідає природному радіаційному фону. 
Приміщення відділу має три вікна розміру 1,8 м висотою та 1,8 м 
шириною. Площа одного вікна складає 3.24 м2. Загальна площа вікон складає 
відповідно 9.72 м2. Всі три робочих місця знаходяться на відстані 0,2 м від вікна. 
Колір пофарбування стелі білий, стін та підлоги світло – коричневий. Нормативне 
значення природного освітлення 1,5%. На робочих місцях фактичне значення 
КПО становить 28-43%. Отже, виходячи з цього, на робочих місцях в приміщенні 
природне освітлення допустиме, відповідно до ДБН В.2.5-28:2018. 
Кімната відділу обладнана системою загального штучного освітлення. 
Кількість світильників з люмінесцентними лампами – 6, типу ЛВО – 01В. 
Кількість ламп в даному світильнику – 4. Тип лампи – ЛБ. Відповідно вони 
створюють на робочих місцях допустимий рівень штучного освітлення. 
Фактичний рівень штучного освітлення становить 460 Лк. Нормативний рівень 
становить 400 Лк. Отже, фактичний рівень відповідає нормативному, згідно з 
ДБН В.2.5-28:2018. «Природне і штучне освітлення». 
За вибухопожежонебезпечністю дане приміщення можна віднести до 
категорії В, згідно з ДСТУ Б В.1.1-36:2016. В приміщенні можуть виникнути 
пожежі класу А1(горіння твердих речовин,що супроводжується тлінням, 
наприклад, деревини, паперу, соломи, вугілля) та класу Е (горіння 
електрообладнання), згідно з ДБН В.1.1-7-2016 «Пожежна безпека об'єктів 
будівництва». 
В приміщенні на кронштейні на стіні змонтований вогнегасник 
вуглекислотний ВВК-5, згідно Правил експлуатації і типових норм належності 
вогнегасників. 
42 
 
Приміщення відділу обладнане системою пожежної сигналізації моделі 
LifeSOS LS-30 GSM KIT, а також датчиком диму моделі Altronics SM-01, згідно з 
ДБН В.2.5-56:2014 «Системи протипожежного захисту». В приміщенні 
знаходиться план евакуації, який потрібен в разі пожежі, відповідно до ДБН В.1.1-
7-2016 «Пожежна безпека об'єктів будівництва». 
Робочі місця обладнані персональними комп’ютерами, відповідно в 
приміщенні багато кабелів та розеток, необхідно бути дуже обережним, щоб не 
відбулось коротке замикання а далі і пожежа. Тому, щоб не було 
перенавантаження та не відбулось коротке замикання, в приміщенні знаходиться 
3 фільтра, по одному до кожного персонального комп’ютера, куди і ввімкнені ПК. 
Проводка живлячої мережі прокладена в вогнебезпечних каналах. Струмопровідні 
частини електроустановок захищені робочою ізоляцією від ураження 
електричним струмом, згідно з ДСТУ Б В.1.1-36:2016. 
Приміщення відділу обладнане захисним автоматом, який розташований 
на одній із стін приміщення біля головного персонального комп’ютера, від 
перевантаження мережі, системи заземлення немає. 
       Всі працівники проходять інструктажі на робочих місцях відповідно до 
НПАОП 0.00-4.12-05 «Типове положення про порядок проведення навчання і 
перевірки знань з питань охорони праці», з періодичністю пів року. Також 
кожний рік працівники відділу проходять медогляд, відповідно Наказу МОЗ 
України №246 від 21.05.07. 
В результаті проведеного аналізу можна зазначити, що найбільш 
впливовим фактором є недопустима температура повітря в приміщенні відділу в 
теплу пору року. Тому для нормалізації параметрів мікроклімату в приміщенні 
відділу необхідно влаштувати систему кондиціонування. 
Здоров’я, працездатність та самопочуття людини значною мірою 
визначаються умовами мікроклімату та повітряного середовища житлових і 
громадських, приміщень, де вона проводить значну частину свого часу. Якість 
повітря в приміщенні у великій мірі залежить від інженерних систем спеціально 
призначених для забезпечення повітряного комфорту. 
43 
 
Серед таких систем можна виділити: системи вентиляції, системи 
опалення, (або комбіновану вентиляційно-опалювальну систему) та систему 
кондиціонування повітря (СКП). Повітряне опалення суміщене з вентиляцією 
створює в приміщенні цілком задовільний мікроклімат і забезпечує сприятливі 
умови повітряного середовища. СКП являє собою систему більш високого 
ґатунку (з великими можливостями). Принципова перевага є в тому, що крім 
виконання функцій вентиляції та опалення СКП дозволяє створювати та постійно 
підтримувати сприятливий мікроклімат (комфортний рівень температур) влітку, 
коли жарко завдяки фреоновій холодильній машині. Підготовка повітря в СКП 
може включати його охолодження, нагрівання, зволоження або осушку, очистку 
(фільтрацію, іонізацію і т.д.), система також може підтримувати в приміщенні 
задані параметри повітря незалежно від рівня і коливань метеорологічних 
параметрів зовнішнього (атмосферного) повітря, а також від перемінного 
надходження до приміщення теплоти та вологи. 
Системи кондиціонування за своїм призначенням поділяються на 
комфортні та технологічні. 
Комфортні СКП призначені для створення і автоматичного підтримання 
температури, відносної вологості, чистоти та швидкості руху повітря, що 
відповідають оптимальним санітарно – гігієнічним вимогам. 
Технологічні СКП призначені для забезпечення параметрів повітря, які 
максимально відповідають вимогам виробничого або технологічного процесу. 
До складу СКП входять технічні засоби забору повітря, підготовки, тобто 
надання необхідних кондицій (фільтри, теплообмінники, зволожувачі чи 
осушувачі повітря), переміщення (вентилятори) і його розподіл, а також засоби 
холодо- і теплопостачання, автоматики, дистанційного керування та контролю. 
СКП великих громадських, адміністративних і виробничих будівель 
обслуговуються, як правило, комплексними автоматизованими системами 
керування. Автоматизована система кондиціонування підтримує заданий стан 
повітря в приміщенні незалежно від коливань параметрів навколишнього 
середовища (атмосферних умов). 
44 
 
Сучасні системи кондиціонування можливо класифікувати за наступними 
ознаками: 
- за основним призначенням (об’єкта застосування): комфортне та 
технологічне; 
- за принципом розташування кондиціонера по відношенню до 
приміщення, що обслуговується: центральне та місцеве; 
- за наявністю власного (такого, що входить у конструкцію кондиціонера) 
джерела тепла та холоду: автономне та неавтономне; 
- за принципом дії: прямоточні, рециркуляційні і комбіновані; 
- за ступенем забезпечення метеорологічних умов у приміщенні, що 
обслуговується: першого, другого і третього класу; 
- за кількістю приміщень, що обслуговуються (локальних зон): одно- 
зональні та багатозональні. 
Системи кондиціонування першого класу забезпечують необхідні для 
технологічного процесу параметри у відповідності до нормативних документів. 
Системи другого класу забезпечують оптимальні санітарно-гігієнічні 
норми або необхідні технологічні норми. 
Системи третього класу забезпечують допустимі норми, якщо вони не 
можуть бути забезпечені вентиляцією в теплий період року без застосування 
штучного охолодження повітря. 
Автономні СКП мають у своєму складі повний комплекс обладнання, що 
дозволяє провести необхідну обробку повітря у відповідності до нормативних 
вимог з очищення, нагрівання, охолодження, осушці, зволоження, переміщення та 
розподілу повітря, а також засоби автоматичного і дистанційного керування та 
контролю. Для роботи автономної СКП необхідно тільки подати електричну 
енергію. До автономних СКП відносяться моноблочні віконні, шафові 
кондиціонери, спліт-системи. 
Неавтономні СКП не мають вбудованих агрегатів, які є джерелами тепла і 
холоду. До цих СКП від інших джерел тепло- і холодопостачання подаються 
холодні або гарячі холодоагенти (вода, фреони). 
45 
 
Центральні СКП являють собою неавтономні кондиціонери, які 
розташовані поза приміщень що обслуговуються, в яких проводиться підготовка 
повітря з подальшим його розподіленням по приміщенням за допомогою 
повітропроводів. Сучасні центральні кондиціонери виробляють у секційному 
виконанні із уніфікованих типових модулів. 
Місцеві СКП виробляють на базі автономних та неавтономних 
кондиціонерів, їх встановлюють у приміщенні, що обслуговується. 
Однозональні СКП застосовуються для обслуговування одного 
приміщення з рівномірним розподіленням тепло- і вологовиділення, наприклад, 
виставкові зали, кінотеатри. 
Багатозональні СКП застосовуються для обслуговування кількох 
приміщень або приміщення з нерівномірним розподілом тепло- і вологовиділення. 
Побутові кондиціонери призначені для встановлення в житлових 
будинках, офісах і аналогічних об’єктах. Особливістю побутових кондиціонерів є 
живлення від однофазової мережі, їхня потужність, що споживається, не більш 
3кВт. Це є та потужність, яку допускають споживати стандартні електричні 
розетки, що встановлюють у житлових та адміністративних приміщеннях. Як 
наслідок цього, холодо- і теплопродуктивність побутових кондиціонерів не 
перевищує 7 кВт. 
Прецизійні кондиціонери використовуються там, де необхідно 
підтримувати температуру і вологість з великою точністю. Основні об’єкти, що 
потребують прецизійного кондиціонування – це музеї, фармацевтичні 
виробництва, банківські приміщення з автоматами для рахунку грошей, 
комп’ютерні зали, телефонні станції, медичні установи, чисті приміщення 
напівпровідникової промисловості.  
Для забезпечення нормативного рівня мікроклімату в заданому 
приміщенні проведемо розрахунок системи кондиціонування повітря. 
Розрахуємо теплопостачання для конструкторсько-технічного відділу, 
розташованого на 4 поверсі капітальної 5 поверхової будівлі. Три вікна 1,8х1,8 м 
46 
 
виходять на південь. Площа кімнати 5х6,5 = 32,5 кв. м, висота стелі 3,5 м, 3 
людини. 
1. Теплопостачання від сонячної радіації через вікна: 
  
Q1 = n · a · b · q · kв.п                                         (5.1) 
 
де n – кількість вікон; 
а – висота вікна, м; 
b – ширина вікна, м; 
q – тепловий потік, що надходить у приміщення через 1 м2 одинарного 
скла, Вт/м2 (південна орієнтація – 260 Вт/м2); 
 – коефіцієнт відносного проникнення сонячної радіації (так як на вікні 
щільні світлі жалюзі, то наведені величини ділять на коефіцієнт 1,4); 
 
Q1 = 3 х 1,8 х 1,8 х 260/1,4 = 1805,14 Вт. 
 
2. Теплопостачання через зовнішню стіну:  
 
Q2 = k · (a · hcт – Sвікна · n)                                                 (5.2) 
 
де –коефіцієнт теплопередачі зовнішніх огороджень (південна орієнтація 
– 28 Вт/м2). 
 – висота стелі; 
а – довжина приміщення; 
 – площа вікна; 
n – кількість вікон. 
 
Q2 = 28 · (6,5 · 3,5 – 1,8 · 1,8 · 3) = 365 Вт. 
 
3. Теплопостачання від штучного освітлення:  
47 
 
 
Q3 = Sпр · Рламп                                                  (5.3) 
 
де  – площа приміщення; 
Pламп – потужність ламп, Вт. 
 
Q3 = 32,5 · 30 = 975 Вт 
 
Необхідно врахувати теплоємність повітря, що знаходиться в приміщенні, 
або, іншими словами, об’єм приміщення (вважаємо, що 6,5 куб. м займають 
меблі):  
 
Q4 = (Sпр · hст – 6,5) · a                                           (5.4) 
 
де  – площа приміщення; 
 – висота стелі; 
а – довжина приміщення. 
 
Q4 = (32,5 · 3,5 – 6,5) · 6,5 = 697,125 Вт. 
 
Розрахуємо загальне теплопостачання: 
 
Qзаг = Q1 + Q2 + Q3 + Q4                                        (5.5) 
 
де Q1 – теплопостачання від сонячної радіації через вікна; 
Q2 – теплопостачання через стелю, підлогу та стіни; 
Q3 – теплопостачання від штучного освітлення; 
Q4 – теплоємність повітря, що знаходиться в приміщенні. 
 
Qзаг. = 1805,14 + 365 + 975 + 697,125 = 3842 Вт. 
48 
 
 
Тепер підрахуємо теплопостачання від людей:  
 
Q5 = W · nл                                                  (5.6) 
 
де,W – енерговитрати людини залежно від категорії виконуваних робіт 
(легка робота в сидячому положенні – 130 Вт.); 
nл – кількість людей, які постійно працюють у приміщенні. 
 
Q5 = 130 · 3 = 390 Вт. 
 
Теплопостачання від офісної  техніки:  
 
Q6 = Род.об  · nоб                                              (5.7) 
 
де P – потужність одиниці обладнання, Вт (комп’ютер – 300-400 Вт, 
лазерний принтер – 400 Вт); 
nоб. – кількість одиниць обладнання, шт. 
 
Q6 = 400 · 4 = 1600 Вт. 
 
Отримуємо загальне теплопостачання від сонячної радіації через вікна, 
через стелю, підлогу та стіну, від теплоємності повітря, що знаходиться в 
приміщенні, від людей та від офісної техніки Qзаг.2.  
 
Qзаг.2 = Qзаг + Q5 + Q6                                     (5.8) 
 
де Qзаг – загальне теплопостачанняя від сонячної радіації через вікна, через 
стелю, підлогу та стіну та від теплоємністі повітря, що знаходиться в приміщенні; 
Q5 – теплопостачання від людей; 
49 
 
Q6 – теплопостачання від офісної техніки. 
 
Qзаг.2 = 3842 + 390 + 1600 = 5832 Вт. 
 
 
 
Рисунок 5.1 – Кондиціонер моделі Cooper&Hunter CH-S24FTXLA 
 
Технічні характеристики кондиціонеру: 
- рекомендована площа – 65 кв.м, 
- режими роботи: охолодження, обігрів, вентиляція, фільтрація, 
- холодопродуктивність – 6,7 кВт, 
- теплопродуктивність – 7,25 кВт, 
- споживана потужність(охолодження/обігрів) – 1,73/1,56 Вт, 
- електроживлення – 220-240 В, 
- діапазон зовнішніх температур(охолодження/обігрів) - +48/-25 °C,  
- габаритні розміри зовнішнього блоку – 963x700x396мм, 
- габаритні розміри внутрішнього блоку – 1078x325x246 мм, 
- вага зовнішнього блоку – 53 кг, 
- вага внутрішнього блоку – 17 кг. 
Отже, згідно розрахунків, для поліпшення температури повітря в 
приміщенні в теплу пору року необхідно встановити один кондиціонер 
50 
 
рекомендованою площею до 65 кв.м., з хладопродуктивністю до 6,7 кВт, який 
буде забезпечувати оптимальну температуру повітря в приміщенні. 
 
5.2 Технологічний розділ 
Технологічність конструкції друкованих плат - пристосованість 
конструкції друкованої плати до обмеженої витрати трудових, матеріальних і 
енергетичних ресурсів на підготовку виробництва і промисловий випуск у заданій 
кількості по вищій категорії якості (виробнича технологічність) і при 
технологічному обслуговуванні і ремонті (експлуатаційна технологічність). 
Виробнича технологічність друкованої плати визначається трудомісткістю 
виготовлення. Експлуатаційна технологічність друкованої плати оцінюється 
контролездібністю і взаємозамінністю. 
У цілому інші радіоелементи були обрані з умов задоволення 
технологічному і радіо електричному розрахунку. 
Для друкованої плати вибирається наступна схема технологічного процесу 
зборки і монтажу радіоелементів: зборка і монтаж вузлів одноплатної конструкції 
з ручною установкою радіоелементів при використанні методу групової пайки. 
1. Заготівельні операції 
- підготовка ЭРЭ до монтажу; 
- зборка друкованої плати. 
2.  Зборка і монтаж вузлів. 
3.  Операції пайки монтажних з'єднань на друкованій платі. 
4.  Контроль. 
Типові операції зборки і монтажу радіоелементів на друкованій платі 
мають визначену структуру. 
Операції підготовки радіоелементів до зборки: 
1.  Контроль радіоелементів по номіналах "непридатний - придатний". 
2.  Рихтування висновків. 
3.  Підрізування висновків. 
4.  Загинання висновків. 
51 
 
5.  Вкладання радіоелементів у технологічні касети. 
6.  Лудіння висновків радіоелементів. 
7.  Формування висновків радіоелементів. 
Операції зборки друкованої плати: 
1.  Установка на плату контактів. 
2.  Установка на плату перемичок. 
3.  Установка на плату штирів. 
4.  Установка на плату радіоелементів. 
5.  Підготовка висновків радіоелементів 
6.  Доробка плати. 
7.  Контроль правильності і якості установки радіоелементів. 
Операції пайки монтажних з'єднань на друкованій платі: 
1.  Знежирення плати. 
2.  Флюсування місць пайки. 
3.  Пайка з'єднань на платі. 
4.  Допайка з'єднань. 
5.  Промивання плати. 
6.  Сушіння плати. 
Елементи при закріпленні їхніх висновків повинні бути по можливості 
розташовані так, щоб напис на друкованій платі їхнього  маркірування була добре 
видна з однієї сторони. 
Проводи не повинні мати ушкоджень при монтажі (підпалів, надрізів). 
Проводу перетином 0.35 мм і менш варто кріпити з виконанням повного 
обороту навколо контактного пелюстка, проводу перетину понад 0,35 мм - не 
менше оборот. 
На якість паяних з'єднань істотно впливають не тільки технологічні умови 
проведення процесу пайки, але і правильний вибір матеріалів: флюсів, припоїв, 
очисних рідин. 
Вибір флюсу проводиться виходячи з потрібної хімічної активності, що 
повинна бути найбільшої в інтервалі температур  плавлення припою. Він 
52 
 
повинний швидко і рівномірно розтікатися по матеріалі, добре проникати в зазори 
і віддалятися з них, легко витиснуться розплавленим припоєм. Для пайки 
монтажних з'єднань РЭА використовують переважно низько - і середньо - 
температурні припої з температурою плавлення Тпл < 450 C. Основними 
компонентами припоїв є олово і свинець, до яких для забезпечення спеціальних 
якостей можуть додаватися палісадники сурми, срібла, вісмуту, кадмію. 
 До технічних вимог на паяні з'єднання відносять: достатню механічну 
міцність і пластичність; задану теплопровідність і електричні характеристики; 
коефіцієнт термічного розширення (КТР) близький до КТР паяного металу; 
корозійну стійкість як у процесі пайки, так і при експлуатації. 
Пайка монтажних з'єднань повинна забезпечуватися надійністю 
електричного контакту і необхідною механічною міцністю. 
Кількість флюсу, що наноситься на місце пайки, повинне бути мінімально. 
Не допускається рясне змочування флюсом місць пайки. 
Монтажні з'єднання варто лудити і паяти. Необхідно уникати зайвого 
перегріву монтажних виробів електронної техніки. 
Місце пайки повинне бути досить прогріте за допомогою паяльника з 
забезпеченням повного розтікання розплавленого припою. Після пайки спаяне 
місце необхідно остудити при цьому спаяні вироби повинні бути нерухомі. 
Тривалість пайки висновків виробів електронної техніки повинна бути мінімально 
необхідної (не більше 3 с.). 
Поверхня монтажних з'єднань повинна мати глянсовий вид без видимих 
пір, забруднень і напливів. Припій повинний заливати місце з'єднання виробів 
електронної техніки з усіх боків, заповнювати щілини і зазори між проводами і 
контактами.  
Загальна структура контрольних операцій включає візуальний контроль 
монтажу, автоматичний контроль правильності монтажних з'єднань, 
функціональний контроль зібраних плат. 
53 
 
Шляхом зовнішнього огляду і порівняння зі зразками перевіряють тип, 
номінальне значення, маркірування, якість лудіння висновків, відсутність 
подряпин, відколів, тріщин корпуса й ушкодження написів. 
Механічну міцність монтажних з'єднань допускає перевіряти вибірково, 
але не більш разу в процесі прийому монтажу. Зусилля повинне бути спрямоване 
уздовж осі припаяного проводу і не повинне перевищувати 0,5 кг. В окремих 
випадках допускає перевірка пінцетом, на губки якого повинні бути надеты 
ізоляційні трубки. 
Контроль правильності електричних з'єднань є необхідною операцією 
перед настроюванням. В одиничному і дрібносерійному виробництві цю операцію 
виконують вручну за допомогою універсальної вимірювальної апаратури по 
картах опорів і монтажній схемі. 
У масовому виробництві широко використовують автоматичні тестери, що 
працюють за принципом неврівноваженого моста. Плата через з'єднувачі 
підключається до тестера, що по розробленій програмі перевіряє омічний опір 
кожної електричної ділянки і визначає його стан. Плати, що не пройшли 
перевірку монтажу надходять на ділянку ремонту. Придатні плати надходять на 
функціональний контроль, де перевіряють логічні зв'язки елементів за допомогою 
діагностичних тестів. Плати, що мають відхилення вихідних параметрів 
надходять на регулювання, а несправні - на ремонт. 
Якість паяного з'єднання проводів перетином 0,12 мм2 і менше повинно 
перевірятися візуально. 
При контролі якості монтажу забороняється перегинати провід біля пайки. 
Перевірену пайку контролер повинний відзначати кольоровим лаком, що 
наноситься на місце спаю у виді невеликої акуратної крапки.  
До монтажної роботи допускаються обличчя, що атестовані по операціях 
даного технологічного процесу. 
Робітник при виконанні будь-якої виробничої задачі відповідає за якість 
виконання роботи і при здачі продукції майстру повинний відокремити придатну 
продукцію від шлюбу. 
54 
 
Зборка і монтаж друкованої плати в міру необхідності робітник повинний 
вести по індивідуальних технологічних картах і еталонних зразках. Зборка 
компонентів на друкованій платі складається з подачі їх до місця установки, 
орієнтації висновків щодо монтажних отворів чи контактних площадок, 
сполучення зі складальними елементами і фіксації в потрібному положенні. 
Використання ручної зборки економічно доцільно при виробництві не більше 15 
тис. плат у рік партіями по 100 штук. На кожній платі повинне бути розміщено не 
більш 100 елементів, у тому числі 20 інтегральних мікросхем. Істотною 
перевагою ручної зборки є можливість постійного візуального контролю, що 
дозволяє використовувати відносно великі допуски на розміри висновків, 
контактних площадок і монтажних отворів.  
Нормування монтажних робіт виконують на підставі карт технологічних 
процесів, що визначають порядок виконання операцій, використання приладів, 
інструментів, матеріалів, а також режимів обробки і нормативів часу. Розрахунок 
норм штучного часу на операцію (хв.) визначається по формулі: 
 
 К 
Т  Т  1ШТ ОП  ,                                       (5.1) 
 100 
 
де ТШТ - норма штучного часу, хв.; 
ТОП - оперативний час, хв.; 
К - час на організаційно-технологічне обслуговування робочого місця, 
відпочинок і власні потреби у відсотках від оперативного часу, К = 14  %. 
Оперативний час на виконання монтажних операцій приведено в таблиці 
5.1. 
 
 
 
 
55 
 
Таблиця 5.1 - Оперативний час на виконання операцій по монтажі 
друкованої плати 
№ Кількість, Оперативний ТОП, 
Назва роботи 
п/п шт. час, ТОП, хв. хв. 
1 Лудіння  резисторів 63 0,179 11,28 
2 Лудіння  конденсаторів 18 0,179 3,22 
3 Лудіння діодів і транзисторів 6 0,179 1,07 
4 Лудіння  мікросхем   23 0,179 4,12 
Формування виводів виробів 
5 131 0,105 13,76 
електронної техніки 
Зачищення виводів виробів 
6 352 0,155 54,56 
електронної техніки 
Обрізання виводів виробів 
7 126 0,074 9,32 
електронної техніки 
8 Установка резисторів 63 0,168 10,58 
9 Установка конденсаторів 18 0,138 2,48 
Установка діодів і 
10 6 0,148 0,89 
транзисторів 
11 Установка мікросхем 23 0,808 18,58 
Пайка кінців виводів виробів 
12 553 0,164 90,69 
електронної техніки 
Всього   216,43 
 
Відповідно до формули (5.1): 
 
14
Ò  216 ,43  (1 )  246 ,43
ØÒ  хв. 
100
56 
 
У додатку Г приведений комплект документів на технологічний процес 
монтажу виробів електронної техніки на друковану плату згідно складального 
креслення і креслення деталі друкованої плати [СКРС83.022.402.102СБ, 
СКРС83.022.402.102.01] відповідно. 
 
4.2 Економічний розділ 
На підприємстві, що випускає різноманітний асортимент електронних 
вимірювальних приладів, проведений комплекс заходів щодо модернізації 
вимірювача віброприскорень з оптоелектронним пристроєм. Виконано необхідні 
науково-дослідні роботи, розроблена конструкторська і технологічна 
документація, виготовлений досвідчений зразок, проведені його іспити. 
Результати іспитів підтвердили очікуване поліпшення ряду експлуатаційних 
показників у порівнянні з базовим зразком приладу:  збільшилися продуктивність 
і термін служби приладу, зменшилися витрати часу і засобів на технологічне і 
ремонтне обслуговування, енергетичне споживання, покращилися ергономічні 
характеристики виробу. 
Основні матеріали для виготовлення друкованої плати АЦП занесемо в 
таблицю 5.1. 
 
Таблиця 5.1 – Основні матеріали 
N Назва деталей та їх кількість, Ціна за Транспортні Всього 
п/п шт. одиницю, витрати, грн. витрати, 
грн. (5 % від ціни) грн. 
1 Конденсатор - 18 1,60 1,44 30,24 
2 Мікросхема - 20 5,28 5,28 110,88 
3 Резистор - 63 1,20 3,78 79,38 
4 Резонатор - 1 50,23 2,52 52,75 
5 Діод, стабілітрон, випрямляч - 3 4,73 0,71 14,90 
6 Транзистор, оптрон - 6 7,52 2,26 47,38 
57 
 
7 Роз’єм, вилка, розетка, штир - 3 5,62 0,85 17,71 
8 Склотекстоліт, кг 0,12 0,30 6,30 
9 Припій ПОС-60, кг 0,47 1,78 37,51 
Всього витрати на закупку комплектуючих для виготовлення друкованої 
плати складає 397,05 грн. 
58 
 
Висновки 
 
При виконанні кваліфікаційної роботи була розроблена спеціальна схема 
включення п’єзоелектричного перетворювача, а також електрична схема 
вимірювальної частини акселерометра, що включає: блок вимірювальний, блок 
живлення, блок індикації та блок комутації. Застосування у якості навантаження 
п’єзоелектричного перетворювача рідкокристалічного елементу дозволило 
розширити частотний діапазон вимірюваних віброприскорень до нижнього 
граничного значення 0,1 Гц та верхнього граничного значення 20 Гц. 
Розробка інерційних приладів з частотою власних коливань  1 Гц 
ускладнена. На цих частотах рекомендують використовувати датчики не 
сейсмічного типу, а датчики, що вимірюють переміщення власне деякої опорної 
точки. В якості таких датчиків можуть бути використані ємнісні, фотоелектричні 
системи, котрі дозволяють також вимірювати малі амплітуди зміщення. 
Максимальне значення вихідної напруги на навантаженні п’єзоелемента 
РКЕ практично дорівнює вихідній напрузі не навантаженого п’єзоелемента і 
фазова похибка в даному вимірювальному ланцюзі значно менша, ніж при 
використанні в якості навантаження операційного підсилювача. Із даного аналізу 
видно, що при вимірюваннях віброприскорення на інфранизьких частотах 
переваги має схема п’єзоелемент - рідкокристалічний елемент. 
Використання п’єзоелектричного перетворювача в даному діапазоні 
частот, а також застосування цифрової обробки сигналу з датчика дозволяє 
зменшити похибку перетворювання до 0,3 %. Застосування рідкокристалічного 
елементу також дозволило спростити електричну схему вимірювальної частини 
приладу, через відсутність складних коректуючих та диференційних ланцюгів. 
Це в свою чергу, приводить до збільшення надійності приладу та 
зменшення його собівартості. 
59 
 
Список використаної літератури 
 
1. Шарапов В.М., Минаев И.Г., Бондаренко Ю.Ю. и др. 
Пьезоэлектрические преобразователи (Справочное пособие) / Под ред. В.М. 
Шарапова. - Черкассы: ЧГТУ, 2004. 434 с. 
2. Вуйцик В., Готра З.Ю., Готра О.З, Григорьєв В.В., Калита В., 
Мельник О.М. Мікроелектронні сенсори фізичних величин: Науково – навчальне 
видання. - За редакцією З.Ю. Готри. - Львів: Ліга – прес. - 2003.-299 с. 
3. Мещанінов С. К., Співак В. М., Орлов А. Т. Електронні методи і 
засоби біомедичних вимірювань. – Київ: Кафедра, 2016. – 211 с. 
4. Левицький А.С., Федоренко Г.М., Грубой О.П. Контроль стану 
потужних гідро- та турбогенераторів за допомогою ємнісних вимірювачів 
параметрів механічних дефектів. Київ: Ін-т електродинаміки НАН України, 2011. 
242 с. 
5. Попович М. Г., Ковальчук О. В. Теорія автоматичного керування. 
Київ : Либідь, 1997. 444 с. 
6. Лазарєв Ю. Ф. Основи теорії чутливих елементів систем орієнтації. 
Київ : НТУУ "КПІ", 2011. 644 с. 
7. Бортникова В. О. Математическая модель метода нагрузки на 
чувствительный элемент акселерометра // Автоматизація та комп’ютерно-
інтегровані технології у виробництві та освіті: стан, досягнення, перспективи 
розвитку: Матеріали Всеукр. наук.-практ. Internet-конф. Черкаси, 2014. 
8. http://www.compitech.ru/html.cgi/arhiv/02_01/stat_66.htm 
9. http://radio-hobby.org/news/article.php?storyid=116 
10. http://ru-patent.info/20/10-14/2010234.html 
 
 
60