Репозиторій ЧДТУ

Зміст 
 
Стор, 
Вступ…………………………………………………………………………..4 
1 Обґрунтування необхідності проектування на основі аналізу Інтернет 
пошуку систем дистанційного контролю та моніторингу попередньо 
теплоізольованих трубопроводів…………………………………………………….6 
2 Обґрунтування технічного завдання………………………………………17 
3 Розробка структурної та принципової схеми……………………..………18 
4 Розрахунки основних елементів приладу……………………………...….27 
5 Спеціальний розділ…………………………………………………………38 
5.1 Вибір варіанта технологічного процесу виготовлення фотошаблону 
друкованої плати……………………………………………………………………..38 
5.2 Техніко-економічне обґрунтування дослідження……………………..47 
5.3 Аналіз умов праці  інженера-проєктувальника та потенційних небезпек 
під час проектування структуроскопу………………………………………….…..48 
Висновки…………………………………………………………………..….58 
Список використаної літератури…………………………………………....59 
Додаток А Відомість технічного проєкту......................................................60 
Додаток Б Перелік нормативної документації..............................................62 
Додаток В Документація на технологічний процес монтажу друкованої 
плати підсилювача ……………………………………………………………………64 
Додаток Г Результати розрахунку друкованої плати підсилювача.............69 
  
СКРС83.022.411.001ПЗ 
Изм. Лист № докум. Подп. Дата 
 Разраб. Мацак Б.В. Структуроскоп Лит. Лист Листов 
 Пров. Гальченко В.Я. 3 73 
  Пояснювальна записка 
 Н. Контр. Тичков В.В. ЧДТУ 
 Утв.  
Вступ 
 
Технічний стан газопроводів (підземних, надземних, наземних та ввідних) і 
споруд на них повинен систематично контролюватись власником 
(балансоутримувачем та/або орендарем) шляхом проведення комплексного 
технічного огляду (обходу) трас газопроводів, технічного обстеження, в тому числі 
комплексне приладове обстеження, вимірювання захисних потенціалів і перевірки 
ефективності роботи засобів електрохімічного захисту. Передусім слід зазначити, 
що комплексне приладове обстеження — це комплекс організаційно-технічних 
заходів по перевірці технічного стану зовнішніх газопроводів (герметичності, 
стану захисного покриття, корозійного стану труб, визначення наявності або 
відсутності електрохімічного захисту) за допомогою приладів, а також визначенню 
їх прив`язок на місцевості. 
Підземні (з металевих і поліетиленових труб), надземні та наземні 
газопроводи підлягають технічному обстеженню, зокрема комплексному 
приладовому обстеженню відповідно до вимог Порядку технічного огляду, 
обстеження, оцінки та паспортизації технічного стану. 
При виконанні технічного обстеження, зокрема комплексного приладового 
обстеження, підземних сталевих, поліетиленових газопроводів та наземних і 
надземних газопроводів необхідно: 
визначати місцезнаходження і глибину закладання газопроводу (тільки для 
підземних); 
визначати герметичність газопроводу; 
здійснювати обстеження газопроводів на наявність корозії; 
визначати стан захисного ізоляційного покриття та електропотенціалу для 
підземних сталевих газопроводів; 
визначати якість зварних з`єднань (за необхідності). 
Лист 
СКРС83.022.411.001ПЗ 
4  
Из м. Лист № докум. Подп. Дата 
Перевірку щільності та виявлення місць пошкодження ізоляції при 
комплексному приладовому обстеженню необхідно здійснювати до промерзання 
та після повного відтаювання ґрунту. 
комплексному приладовому обстеженню підземних сталевих газопроводів 
необхідно здійснювати: 
вперше — через рік після введення в експлуатацію; 
не рідше ніж один раз на 5 років при тривалості експлуатації до 25 років для 
таких, що знаходяться в задовільному технічному стані та нормальних геологічно-
корозійних умовах; 
не рідше ніж один раз на 3 роки при експлуатації понад 25 років для таких, 
що знаходяться в задовільному технічному стані та нормальних геологічно-
корозійних умовах; 
не рідше ніж один раз на рік при тривалості експлуатації понад 25 років для 
таких, що знаходяться у складних геологічно-корозійних умовах (сейсмічність 
понад 6 балів, підроблювані території), мають захисне покриття типу «нормальне», 
включені до плану капітального ремонту або заміни. 
  
5 
 
1 Обґрунтування необхідності проектування на основі аналізу 
Інтернет пошуку систем дистанційного контролю та моніторингу 
попередньо теплоізольованих трубопроводів 
 
Прилад контрольно-монтажний LX 9024 (індикатор) 
 
Технічні дані для LX 9024 
1. Подача інформації на рідкокристалічному дисплеї 2х16 знаків, з 
підсвічуванням. 
2. Напруга під час вимірювання опору ППУ ізоляції у 24 V DC 
вимірювальному каналі. 
3. Граничні межі: 
- Діапазон вимірювання опору ізоляції 0,1 кОм ÷ 200 МОм 
- Діапазон вимірювання опору проводів СДКМ 0 ÷ 68 Ω 
- Діапазон вимірювання температури акумуляторів -5 ÷ 50 °С 
4. Похибки вимірювання: 
-Точність вимірювання опору ізоляції у діапазоні ± 5 % ± 2 цифри 
виміряного значення 0,1 кОм ÷ 100 МОм 
- Точність вимірювання опору проводів СДКМ ± 5 % ± 2 цифри 
5. Характеристики текстової інформації: 
- Позначення результату вимірювання опору ізоляції R =  
6 
 
- Розмірність опору ізоляції kΩ, MΩ 
Позначення результату вимірювання опору проводів СДКМ r =  
Розмірність опору ізоляції проводів СДКМ Ω 
Позначення результату вимірювання довжини петлі L = 
Розмірність довжини петлі m 
Відсутність контакту між приладом і сталевою трубою Kontakt? 
Вихід за межі вимірювань довжини петлі L > 2км 
Обрив проводу в петлі Przerwana petla 
Сигналізація про розряд акумулятора на 80% Akumulator 20% 
Розряд акумулятора Laduj akumulator 
6. Характеристика живлення Аккумуляторы NiCd 7,2 V / 700 mAh 
7. Температура експлуатації 5 ÷ 50 °С 
8. Клас герметичності корпусу IP65 
9. Розміри приладу 223х105х40 мм. 
10. Маса приладу 450 г. 
Прилад контрольно-монтажний (індикатор) LX 9024 (А-4-02) 
використовується як індикатор контролю з’єднань проводів системи 
дистанційного контролю і моніторингу (СДКМ) та стану теплоізоляції під час 
монтажу попередньо теплооізольованих труб та елементів теплових мереж. 
Прилад контрольно-монтажний LX 9024 використовується під час 
виконання монтажних робіт, під час приймання СДКМ в експлуатацію та під час 
експлуатації тепломережі з СДКМ. 
Згідно вимог Європейської норми EN14419 мінімальний опір ППУ ізоляції 
для теплових мереж довжиною 1км не менше 10 МОм. Для ділянок менших ніж 1 
км мінімальний опір ППУ ізоляції розраховується згідно з вказаною нижче 
формулою: 
L max
R min  Rl min  
L
7 
 
де Rlmin - мінімальне значення опору ППУ ізоляції рівне 10МОм для 
теплової мережі довжиною Lmax = 1 км. 
Lmax - максимальна довжина теплової мережі 1 км. 
L(км) - довжина ділянки теплової мережі L < Lmax 
Rmin(МОм) - мінімальне значення опору ППУ ізоляції для теплової мережі 
довжиною L; L < Lmax 
Європейська норма не охоплює систему дистанцій-ного контролю і 
моніторингу де використовується фетр. Для такої СДКМ діє окрема норма, згідно 
якої: Rlmin = 10 кОм для Lmax = 1км. Для цієї норми вище вказана формула має 
також сенс. 
В контрольно-монтажному приладі LX 9024 використовується цифровий 
дисплей. Завдяки цьому є можливе підсвічування текстових повідомлень. Вони 
стосуються характерних станів, які виникають у вимірювальному каналі: прилад 
LX 9024, сталева труба, ППУ ізоляція, мідні проводи, захисна оболонка. 
 
 
 
Спосіб підключення приладу LX 9024 до вимірювального каналу 
 
Прилад контрольно-монтажний ПКМ-1 (індикатор) 
Прилад контрольно-монтажний (індикатор) ПКМ-1 (А-4-01) 
використовується як індикатор контролю з’єднань проводів системи 
дистанційного контролю і моніторингу (СДКМ) та стану теплоізоляції під час 
монтажу попередньо теплоізольованих труб та елементів теплових мереж. 
8 
 
Прилад контрольно-монтажний ПКМ-1 використовується під час 
виконання монтажних робіт, під час приймання СДКМ в експлуатацію та під час 
експлуатації тепломережі з СДКМ. 
Результати замірів на приладі ПКМ-1 відображаються за допомогою 
стрілочного індикатора, шкала якого розбита на два діапазони, кожен з яких 
маркований різними кольорами: «зеленим» і «червоним». За допомогою приладу 
ПКМ-1 виконується контроль двох параметрів: 
1. Контроль цілісності проводів (сигнальної петлі) СДКМ; 
2. Контроль стану (опору) теплоізоляції. 
 
 
 
Межа двох діапазонів «зеленого» і «червоного» відповідає граничному 
значенню результатів замірів для цих двох параметрів: 
- опір теплоізоляції (мін.) 10 кОм (при вимірювальній напрузі 100 В); 
- опір проводів (сигнальної петлі) СДКМ (макс.) 20 Ω (що відповідає 
близько 650 ÷ 700 м.п. змонтованої ділянки тепломережі з СДКМ) 
- при результаті вимірювання опору проводів СДКМ більше 20 Ω, 
необхідно звернути увагу на довжину контрольної ділянки та пересвідчитись, чи 
чисельні покази опору відповідають реальній довжині ділянки ТМ. Для 
розрахунків опір проводів СДКМ беруть ≈ 0,015 Ом/м.п. 
Технічні дані для ПКМ-1 
1. Подача інформації на стрілочному індикаторі, з підсвіткою 
2. Вимірювання опору теплоізоляції (верхні покази шкали): 
9 
 
- Мінімальне значення опору ізоляції 10,0 кОм 
- Початок «зеленого» діапазону шкали ∞ Ом 
- Закінчення «зеленого» діапазону шкали початок 10,0 кОм 
- Закінчення «червоного» діапазону шкали 0 Ом 
3. Вимірювання опору проводів СДКМ (нижні покази шкали): 
- Діапазон вимірювання опору проводів СДКМ 0÷∞Ω («зелений» сектор 
-  Початок шкали 0 Ом 
- Початок «зеленого» діапазону шкали 1,0 Ом 
- Закінчення «зеленого» діапазону шкали початок 20,0 Ом 
- Закінчення «червоного» діапазону шкали ∞ Ом 
4. Живлення приладу Батарея з чотирьох акумуляторів NiCd N-600 AA 
5. Напруга вимірювальна під час вимірювання опору ізоляції 100 V DC 
6. Величина струму, що споживається від акумуляторів врежимі 
вимірювання: 
- Опору ізоляції 130 мА 
- Опору проводів СДКМ 80 мА 
7. Температура експлуатації від - 30 до + 50 °С 
8. Клас герметичності корпусу IP20 
9. Розміри приладу 100 х 140 х 85 мм 
10. Маса приладу (без футляру, щупів та зарядного пристрою)570 г. 
11. Маса приладу (в комплекті: футляр, щупи та зарядний пристрій)1310 г. 
 
Детектор дефектів ДД-1 
Детектор дефектів ДД-1, (А-4-03) – стаціонарний детектор призначений для 
контролю технічного стану чотирьох ділянок попередньо теплоізольованої 
тепломережі з системою дистанційного контролю та моніторингу. Кожна ділянка 
може мати довжину до 2000 м. 
Інформація про стан теплоізоляції сигналізується світлодіодами та 
відповідною інформацією на рідкокристалічному дисплеї. 
10 
 
За допомогою світлодіодів інформується про два основних стани 
теплоізоляції: 
• Добрий стан «СПРАВНИЙ» (зелений світлодіод) 
– Чотири ділянки тепломережі знаходяться в доброму стані; 
• Аварія «ОПИС АВАРІЇ» (червоний світлодіод) – мінімум одна з 
ділянок тепломережі знаходиться в незадовільному технічному стані. 
На дисплеї висвічується інформація результатів контролю окремо для 
кожної ділянки тепломережі 
 
 
Ці дані містять наступну інформацію: 
• Ідентифікаційний номер ділянки тепломережі; 
• Визначення технічного стану ділянки тепломережі (добрий стан, 
аварія); 
• Інформація про дефект (зволоження ізоляції, обрив проводу, коротке 
замикання); 
• Цифровий результат заміряного опору ізоляції між сталевою трубою 
та мідним проводом. 
Результати замірів опору ізоляції лежать в діапазоні 50 Ом ÷ 1,0 МОм. Тому 
спостерігаючи за зміною опору ізоляції, можна зробити висновок про 
інтенсивність та швидкість поширення вологи на кожній ділянці тепломережі. 
11 
 
Архів даних: пам’ять останніх 25 виявлених дефектів (аварій) з можливістю 
їх перегляду на дисплеї приладу та можливістю архівування цих даних на 
комп’ютері за допомогою СОМ-порту та шини RS-232 
У приладі використано таймер – час / календар, за допомогою якого 
забезпечується відображення на екрані РКД як поточого часу і дати, так і часу і 
дати минулих 25 аварійних режимів. 
Технічні дані для ДД-1 
1. Максимальна довжина контрольованих ділянок тепломережі 4х2000 м 
2. Граничне мінімальне значення опору теплоізоляції між мідним 
проводом і сталевою трубою 150 Ω 
3. Похибка вимірювання опору ізоляції ± 10 % 
4. Опис інформації: 
- Опір ізоляції на кожній з ділянок тепломережі в межахнорми Зелений 
світлодіод, «СПРАВНИЙ» 
- Мінімум на одній ділянці тепломережі опір ізоляції поза межами норми 
Червоний світлодіод, «АВАРІЯ» 
5. Опис інформації на рідкокристалічному дисплеї: 
 Ідентифікаційний номер ділянки тепломережі К1 ÷ К4 
 Опір-0Ом<R<60Ом «К.З» (Петля не розірвана) 
 Опір-60Ом<R<160Ом «Волога» (Петля не розірвана) 
 Опір - 160 Ом < R «Справний» (Петля не розірвана) 
 Опір-0Ом<R<240Ом «К.з» (Петля розірвана) 
 Опір - 240 Ом < R < 400 Ом «Волога, обрив» (Петля розірвана) 
 Опір - 400 Ом < R «Сухий обрив» (Петля розірвана) 
 Діапазон показів результатів замірів опору теплоізоляції між сталевою 
трубою та мідним проводом 50 Ом ÷ 1,0 МОм 
6. Характеристика живлення 220 В, 50 Гц, 50 мА 
7. Характеристика виходу «Аварійна сигналізація-тривога») для 
управління зовнішнього сигнального пристрою: 
12 
 
 Стан контактів реле під час «Аварії» або при відсутності живлення 
розімкнені 
 Допустима напруга на стиках: 3 0В (зм/пост) 
 змінний струм 0,25 А 
 постійний струм 0,25 А 
 Потужність з’єднання 15 Вт 
 Максимальний струм постійного навантаження 0,25 А 
8. Температура оточуючого середовища – 10 °С ÷ + 50 °С 
9. Клас герметичності корпусу IP65 
11. Розміри приладу 220×155×80 мм 
12. Маса приладу 1550 г. 
 
Детектор дефектів ACN-4N 
Прилад типу ACN-4N (А-4-04) призначений для контролю 4-х ділянок 
попередньо теплоізольваної тепломережі з проводами системи дистанційного 
контролю і моніторингу (СДКМ) . Довжина кожної ділянки сигнальної петлі до 
2000 м. 
 
В основі роботи приладу закладений принцип вимірювання опору 
теплоізоляції між проводом сигнальної петлі і сталевою трубою. У випадку 
зменшення опору теплоізоляції нижче порогового, прилад індукує сигнал про 
аварію. 
13 
 
У стандартному виконанні приладу ACN-4N відразу після його вмикання 
індукується порогів опір теплоізоляції рівний 150 Ом. 
Результати вимірювань індукуються світодіодами або у вигляді інформації 
на цифровому індикаторі. 
Діод: зелений колір Стан: Добрий - Зелений діод означає, що 4-ри ділянки 
тепломережі знаходяться в доброму стані 
Діод: червоний колір Стан: Аварія - Червоний діод означає, що принаймі 
одна з 4-х ділянок тепломережі знаходяться в аварійному стані 
Більш детальна інформація вимірювань індукується на цифровому 
індикаторі приладу. 
Нижче подано перелік всієї інформації, яка індикуєт-ся. При цьому 
збережено форму, в якій ця інформація подається на індикаторі. 
Спосіб підключення чотирьох сигнальних петель до детектора ACN-4N 
 
 
 
1: Стан Добрий - Ділянки тепломережі з номером (1...4) знаходяться в 
доброму стані 
Ця інформація висвітлюється завжди після індикації (Стан Добрий). В 
другій частині індикатора може висвітлюватись 
1: Сухо хххх Ом - опір між мідним проводом та трубою сталевою. Величина 
вимірювання в даному випадку знаходиться в межах 151 ... 1200 Ом. Опір вищий 
1200 Ом не висвітлюється. 
14 
 
1: Аварія Ділянка тепломережі з номером (1...4) знаходиться в аварійному 
стані. Наступна інформація описує причину аварії. 
1: Контакт На контрольованій ділянці (1...4) тепломережі виникло коротке 
замикання мідного проводу зі сталевою трубою. Вимірюваний опір є менший ніж 
50 Ом.. 
1: Сухо Обрив В даному випадку наявний обрив мідного проводу, 
причиною чого може бути неякісне з‘єднання або механічний обрив проводу. Опір 
ізоляції між мідним проводом і сталевою трубою є більшим1200 Ом 
1: Вологість хххх Ом Інформація “Вологість” висвітлюється разом зі 
значенням опору ізоляції. Межі вимірюваних величин 51 – 150 Ом. Такий малий 
опір характерний для пориву. 
Технічні дані для ACN-4N 
1. Максимальна довжина контрольованих ділянок тепломережі 4х2000 м 
2. Порогова межа опору теплоізоляції між мідним проводом і сталевою 
трубою 1200 Ом 
3. Похибка вимірювання опору теплоізоляції ± 10 % 
4. Характеристика сигналізації: 
В кожній контрольній ділянці тепломережі опір ізоляції більший 150 Ом. 
Чотири петлі не пошкоджені. Діод: зелений Опис: Стан Добрий 
Мінімум в одній з чотирьох ділянок тепломережі опір теплоізоляції менший 
150 Ом або (і) одна сигнальна петля пошкоджена Діод: червоний  Опис: Стан 
Аварія 
5. Характеристики і опис індукованої інформації:  
Ідентифкаційний номер ділянки тепломережі 1÷4 
Опір теплоізоляції більший 150 Ом, сигнальна петля не пошкоджена Стан 
Добрий 
Опір теплоізоляції менший 150 Ом, сигнальна петля пошкоджена Аварія 
Порив (опір теплоізоляції менший 150 Ом) Волога 
Контакт (опір теплоізоляції менший 50 Ом) Контакт 
15 
 
Розрив в сигнальній петлі Розрив 
Межі індикованого опору теплоізоляції 50 ÷ 1200 Ом 
6. Живлення приладу 220В, 50Гц, 3 ВА 
7. Характеристика виходу «Аварійна сигналізація-тривога») для управління 
зовнішнього сигнального пристрою: 
Стан контактів реле під час «Аварії» або при відсутності живлення 
розімкнені 
Допустимі напруги на контактах:  
змінна напруга 30 В 
постійна напруга 24 В 
Потужність з‘єднання 30 Вт – DC;  60 ВА–AC 
Максимальний струм 1А – DC; 0,5А–AC 
8. Клас захисту приладу ІР 54 
9. Клас захисту ізоляції В 
10. Розміри приладу 210х200х120 мм 
11. Маса приладу 1560 г. 
  
16 
 
2 Обґрунтування технічного завдання 
 
Для обґрунтування методу вимірювання поляризаційного потенціалу 
поверхні металу в електропровідному середовищі досліджується структура 
„метал-ізоляція-електропровідне середовище” залежністю електромагнітного поля 
металевого циліндра з ізоляцією від параметрів середовища і частоти поля. 
Діапазон вимірювання постійних U і змінних V напруг: 
- для каналу М–Ел.П  Umg(-),Umg(~) від 0,01 до 10 В; 
- для каналу Ел.П–Д.Ел Ugg(-), Ugg(~) від 0,001 до 1 В; 
Робоча частота вимірювання змінних напруг 100 ± 0,5 Гц; 
Послаблення завад промислової частоти, не менше 40 дБ; 
Споживана потужність, не більше 0,75 ВА; 
Кількість вимірів, що фіксуються у пам'яті 1000 вимірів; 
Живлення приладу від акумуляторів 7,5 ± 0,3 В; 
Час роботи від повного заряду акумулятора 12 год; 
Робочі умови експлуатації: 
- температура довкілля від 0ºС до +30ºС; 
- відносна вологість повітря до 95% при температурі довкілля не більше +20 
ºС; 
- атмосферний тиск (98±4) кПа. 
 Метрологічні характеристики: 
Основна похибки вимірювання напруг не більше 1,2%; 
Додаткова похибка вимірювання напруг від зміни температури довкілля від 
0 Сº до плюс 30 Сº – не більша 0,5 основної похибки; 
Додаткова похибка вимірювання напруг при зміні напруги живлення від 7,2 
до 7,8 В – не більша 0,5 основної похибки. 
  
17 
 
3 Розробка структурної та принципової схеми 
 
3.1 Розробка структурної схеми 
Структуроскоп для вимірювань постійних і змінних електричних напруг та 
поляризаційного потенціалу призначений для обстежень металевих споруд до 
початку їх експлуатації при прийомці та під час їх укладання (трубопроводів, 
кабелів, та інших металевих конструкцій). 
Структуроскоп можна використовувати для вимірювань електричних 
потенціалів металоконструкцій в електропровідному середовищі. 
Структуроскоп вимірює постійну і змінну електричні напруги між 
металевою конструкцією і електродом порівняння та між двома електродами в 
електропровідному середовищі. 
За цими вимірами мікропроцесор приладу автоматично обчислює 
поляризаційний потенціал поверхні металу в електропровідному середовищі для 
контролю стану електрохімічного захисту металоконструкції від корозії. 
Для визначення поляризаційного потенціалу структуроскоп використовує 
змінну (з частотою 100 Гц) компоненту випрямленого пульсуючого струму 
установки катодного захисту (працює в зоні дії УКЗ). 
У випадку відсутності УКЗ використовують генератор змінного з частотою 
100 Гц  0,1% стабільного  0,1% струму в діапазоні від 1 до 10 А при навантажені 
4…100 Ом, підключений до заземлення і трубопроводу. 
Електричні напруги міряють контактним способом з підключенням до 
металу об’єкту контролю (ОК) та з використанням мідносульфатних електродів 
порівняння. 
Виміряні величини постійної і змінної напруг, обчислене значення 
поляризаційного потенціалу та координати і час записуються в енергонезалежну 
електронну пам'ять з присвоєнням чергового номеру виміру. 
Записана в пам'яті інформація може зберігатись практично необмежений 
час. 
18 
 
У режимі «Зчитування» записані в пам’ять дані по команді оператора 
виводяться на цифровий індикатор приладу. 
Структуроскоп можна підключити до зовнішніх пристроїв (персонального 
комп'ютера, ноутбука) по інтерфейсу RS-232 для передачі масиву вимірів з метою 
подальшого опрацювання та документування результатів вимірювань. 
Структуроскоп призначений для роботи в польових умовах (на трасах 
трубопроводів); живиться від вмонтованого акумулятора. 
Структуроскоп обслуговує і переносить вздовж траси один оператор. 
Електроди встановлює помічник оператора. 
Елементи управління розміщені на передній панелі вимірювального блоку 
структуроскопу: 
1 – гніздо для підключення до електроду порівняння; 
2 – гніздо для підключення до допоміжного електроду; 
3 – гніздо для підключення до металу трубопроводу; 
4 – кнопка "ВКЛ" для включення приладу; 
5 – кнопка "ВИКЛ" для виключення приладу; 
6 – кнопка "ВИМІР ЗЧИТУВ" для переключення режиму роботи 
"вимірювання" або "зчитування"; 
7 – кнопка "ЗАПИС ПК" для запису даних вимірювання в пам'ять приладу 
в режимі "ВИМІР" та передачі даних на комп’ютер в режимі "ЗЧИТУВ"; 
8 – кнопка "ПОЧАТОК СТЕРТИ ПАМ'ЯТЬ" для переходу на перший 
записаний номер виміру в режимі "ЗЧИТУВ" та видалення всіх записаних даних в 
режимі "ВИМІР"; 
9 – кнопка "НАЗАД ВИДАЛИТИ ВИМІР" для переходу на попередній 
записаний номер виміру в режимі "ЗЧИТУВ" та видалення останнього записаного 
виміру в режимі "ВИМІР"; 
10 – кнопка "ВПЕРЕД" для переходу на наступний записаний номер виміру 
в режимі "ЗЧИТУВ" та виведення на індикатор даних приймача в режимі "ВИМІР"; 
11 – кнопка "КІНЕЦЬ" для переходу на останній записаний номер виміру; 
19 
 
12 – кнопка включення підсвітки індикатора; 
Індикатори рідкокристалічного цифрового дисплею 
13 – "S" постійна і змінна напруги між ЕП та допоміжним електродом; 
14 – "M" постійна і змінна напруги між ЕП та металом трубопроводу; 
15 – значення постійних напруг; 
16 – значення змінних напруг; 
17 – "P" значення поляризаційного потенціалу; 
18 – порядковий номер виміру; 
19 – "R" значення омічного складника; 
20 – наявність сигналу GPS ("V" – відсутній, "A" – активний); 
21 – стан заряду акумулятора. 
 
3.2 Розробка принципової схеми 
Пристрій складається з аналогової і цифрової частин. 
Аналогова частина пристрою складається з чотирьох каналів: двох – 
підсилення постійної електричної напруги, та двох – підсилення та фільтрації 
змінної напруги. Коефіцієнти підсилення розраховані для вимірювання 
потенціалів у межах від 10-3 до 10 В. Для вимірювання постійних напруг 
застосовано підсилювач з високим вхідним опором і малим зміщенням вихідної 
напруги та детектор полярності. Для вимірювання змінних напруг уведено 
попередні підсилювачі з високим вхідним опором і масштабні підсилювачі. Для 
виділення корисного сигналу від завад уведено смугові фільтри. Для випрямлення 
змінного сигналу введено випрямляч. З аналогових каналів сигнали подаються на 
входи АЦП. 
Розроблена принципова електрична схема аналогової частини каналів 
підсилення змінної напруги пристрою показана на рисунку 3.1. 
20 
 
 
Рисунок 3.1 -  Принципова електрична схема каналу підсилення та 
фільтрації змінної напруги 
Вхідні підсилювачі першого і другого каналів вимірювання змінних напруг 
з високим вхідним опором (>2 MOm) підсилюють змінні напруги з вхідних клем 
до рівня, необхідного для правильної роботи АЦП. Підсилені змінні напруги 
подаються відповідно на смугові фільтри для виділення вимірюваних сигналів на 
фоні завад, які настроюють на частоту змінної складової електричної напруги між 
об’єктом і середовищем. Випрямлячі виділяють амплітуди змінних напруг. 
Розроблена принципова електрична схема аналогової частини каналів 
підсилення постійної напруги пристрою ВПП показана на рисунку 3.2. 
Високоомні дільники першого і другого каналів вимірювання постійних 
напруг забезпечують високий вхідний опір (> 2 MOм) вимірювачів різниці 
потенціалів (постійної напруги) для зменшення падіння напруги на вхідних клемах 
приладу (чим зменшується похибка вимірювань). Перший і другий детектори 
постійної напруги дають можливість вимірювати напруги різної полярності (вхід 
АЦП розрахований на напругу одної полярності). Знак полярності вхідних напруг 
визначають детектори полярності. Підсилювачі постійної напруги підсилюють 
21 
 
напруги з виходів високоомних дільників до рівня, необхідного для правильної 
роботи АЦП, що дає змогу підвищити чутливість вимірювань різниць потенціалів. 
 
 
Рисунок 3.2 - Принципова електрична схема каналу підсилення постійної 
напруги 
 
Усі чотири канали (вимірювань двох постійних і двох змінних напруг) 
разом з іншими елементами (перетворення сигналів, обчислень ПП та управління) 
пристрою монтуємо на друкованих платах, які розміщуємо в одному корпусі. Усі 
каскади виконуємо на мікропотужних операційних підсилювачах, що 
забезпечують мале енергоспоживання і стабільність роботи в польових умовах. 
Підсилювачі, фільтри та випрямлячі пристрою виконуємо на основі 
операційних підсилювачів. Чотириканальний АЦП одночасно перетворює рівні 
аналогових квазіпостійних сигналів у цифрову форму, які разом з сигналами 
полярності подаються на вхід мікропроцесора. Мікропроцесор керує схемами 
вибірки-зберігання АЦП, проводить математичні операції розрахунку 
поляризаційного потенціалу, записує дані у пам'ять з одночасним формуванням 
номера виміру, виводить інформацію на рідкокристалічний цифровий індикатор 
(дисплей). Клавіатура змонтована з кнопок на передній панелі корпусу пристрою і 
забезпечує керування режимами роботи пристрою. 
22 
 
Блок живлення містить акумулятор і перетворювач однополярної напруги 
у двополярну для живлення операційних підсилювачів. Для живлення 
мікроконтролера та цифрової частини використовується стабілізатор +5 В. 
Живлення пристрою – від одного акумулятора напругою 6 В; передбачена зарядка 
його від мережі 220 В або автомобільного акумулятора 12 В. 
Цифрова частина пристрою виконана на мікроконтролері PIC16F877-20/P, 
який забезпечує роботу апаратури в двох режимах – запису і обробки даних та 
зчитування даних з пам’яті апаратури. У режимі запису мікроконтролер приймає 
аналогові сигнали з чотирьох аналогових каналів, переводить їх у цифрову форму. 
При цьому контролюється рівень сигналу для правильної роботи АЦП і за 
необхідності переключається діапазон підсилення аналогових каналів, вибираючи 
один з діапазонів залежно від рівня сигналу. 
Мікроконтролер автоматично проводить розрахунок поляризаційного 
потенціалу та омічного падіння напруги з виводом даних на цифровий індикатор 
та записом даних у пам’ять з присвоєнням виміру чергового номера. Запис 
останнього номера виміру дозволяє при виключенні та повторному включенні 
апаратури продовжити роботу і запис даних відразу після останнього виміру. 
У режимі зчитування даних з пам’яті апаратури мікроконтролер по команді 
оператора почергово зчитує дані з енергонезалежної пам’яті і виводить їх на 
цифровий індикатор. Передбачена можливість перегляду даних вперед, назад, або 
вихід на перший вимір а також передати всі дані на персональний комп’ютер по 
інтерфейсу. 
Мікропроцесор також контролює вибір режимів роботи, подачу 
відповідних напруг живлення для роботи апаратури, керує роботою перетворювача 
напруг, приймає команди з клавіатури керування апаратурою, контролює стан 
елементів живлення та попереджує про повний розряд елементів живлення, 
запобігаючи виходу їх з ладу. 
Основні функції розробленої програми роботи пристрою такі: 
23 
 
1. Вибір режиму роботи "Вимір" (вимірювання і обробка даних із 
записом у пам'ять) – "Перегляд" (перегляд на індикаторі записаних у пам'яті 
даних). 
2. Автоматичний вибір діапазону вимірювання у режимі "Вимір". 
3. Дозвіл на вимірювання постійних і змінних електричних напруг при 
коректних даних. 
4. Проведення вимірювань, перетворення аналогових сигналів у цифрову 
форму, та розрахунок поляризаційного потенціалу трубопроводу. 
5. По команді оператора запис усіх даних в енергонезалежну пам'ять з 
присвоєнням виміру чергового номера. 
6. Контроль стану пам'яті (заповнення, вихід на останній записаний 
номер при включенні, стирання хибного запису, вихід на початок пам'яті). 
7. Вивід даних на рідкокристалічний цифровий індикатор (4 стрічки). 
8. Комутація виводу даних на цифровий індикатор – постійна і змінна 
напруга між ЕП і ОК, та ЕП і ДЕ, поляризаційний потенціал , омічне падіння 
напруги в середовищі, черговий номер виміру, стан батареї. 
9. У режимі "Перегляд" – вивід на індикатор та перегляд даних з пам'яті 
в довільному порядку. 
10. Вивід записаних у пам'яті даних через інтерфейс у комп’ютер для 
подальшого документування. 
11. Контроль стану живлення та вивід попередження при повному розряді. 
12. Контроль роботи блоку живлення та перетворювача напруги. 
Прилад скомпонований у пластиковому корпусі з автономним живленням. 
На передній панелі розміщені: рідкокристалевий цифровий дисплей, вимикач 
живлення, перемикач режимів роботи «Запис-Зчитування», кнопки «Запис», 
«Скасування» хибного виміру, «Слідуючий» вимір і «Попередній» вимір, гнізда 
для підключення до об’єкта контролю та до двох електродів. У корпусі розміщені 
плати підсилювачів постійних напруг двох каналів, плати підсилювачів змінних 
напруг двох каналів, плата управління з мікроконтролером, блок живлення та 
24 
 
акумуляторна батарея. Алгоритм роботи приладу, математичної обробки 
результатів вимірювань, протокол запису та зчитування з пам’яті і передачі даних 
в ПК програмно закладений у мікроконтролер (мікропроцесор). Забезпечено 
можливість змінювати програму, вносити необхідні корективи. 
До контакту 1 підключаємо вивід до металу трубопроводу, до контакту 0 
підключаємо мідносульфатний електрод порівняння, розміщений на поверхні 
ґрунту над трубопроводом, до контакту 2 підключаємо мідносульфатний електрод, 
розміщений на поверхні ґрунту на відстані порядку 2…6 значень глибин залягання 
трубопроводу. 
Включення приладу здійснюється кнопкою "ВКЛ". Прилад живиться від 
акумуляторної батареї, ємності якої достатньо для 10 годин безперервної роботи. 
Для проведення вимірювань вибираємо режим "Вимір", а для перегляду записаних 
у пам’ять даних вибираємо режим "Перегляд". У режимі "Вимір" на дисплей 
постійно виводяться виміряні з двох входів значення постійної і змінної напруг. 
Вивід на дисплей виміряних значень, результату обробки, а також номеру активної 
комірки пам’яті вибирається послідовно кнопками "СЛІДУЮЧИЙ" або 
"ПОПЕРЕДНІЙ". Для запису всіх виміряних величин у пам’ять натискаємо кнопку 
"ЗАПИС", при цьому активною стає наступна комірка пам’яті. 
Ємність енергонезалежної пам’яті становить 1000 вимірів (наборів 
вимірюваних величин з їх номерами). Для випадку проведення хибного 
вимірювання або некоректного запису забезпечено можливість стерти цей запис 
кнопкою "СКАСУВАТИ". При неправильному підключенні електродів, 
відсутності вимірюваних напруг, на дисплеї висвічується напис "ERROR" і запис 
пам’ять блокується. 
У режимі "Перегляд" є можливість переглядати усі записані в пам’ять дані. 
Вибираючи виміри послідовно кнопкою "ЗАПИС", а кнопками "СЛІДУЮЧИЙ" 
або "ПОПЕРЕДНІЙ", вибираються послідовно вивід постійної та змінної напруг 
для кожного каналу, результат визначення поляризаційного потенціалу та номер 
комірки пам’яті. 
25 
 
Вийти на початковий вимір можна, натиснувши одночасно кнопки 
"СЛІДУЮЧИЙ" та "ПОПЕРЕДНІЙ". При виводі останнього виміру кнопка 
"ЗАПИС" стає неактивною. 
Для передачі вмісту пам’яті на персональний комп’ютер (ПК) вихід 
приладу підключаємо до порту RS-232 ПК. Управління передачею масиву вимірів 
здійснюється програмно з ПК. 
  
26 
 
4 Розрахунки основних елементів приладу 
 
4.1 Розрахунок операційного підсилювача 
Визначимо вимоги до частоти одиничного підсилення операційного 
підсилювача, які будемо застосовувати у аналогової частини пристрою. Смуга 
пропускання для проектованого пристрою визначена 20 кГц. Коефіцієнти 
підсилення для випрямляча К1 = 1, для фільтра К2 = 12. 
Таким чином, частота одиничного підсилення операційного підсилювача 
для випрямляча має бути не меншою: 
 
Ftв = Ку  Fв = 1  20000 = 0.02 МГц, 
 
для ОУ фільтра не менше: 
 
Ftф = Ку  Fв = 12  20000 = 0.24 МГц. 
 
Для реалізації схеми випрямляча застосуємо здвоєний операційний 
підсилювач типу LM324. Цей операційний підсилювач має внутрішні ланцюги 
корекції АЧХ і тому стійко працює аж до Ку = 1. 
Напруги живлення Uж = ± 5÷18 В. 
Струм споживання Iп = 8 мАэ 
Температурний коефіцієнт зміщення ТКезм = 5 мкВ/К. 
Напруга зміщення Uзм = ± 0,8 мВ. 
Вхідні струми Iвх = 0,01 нА. 
Різниця вхідних струмів ∆ Iвх = 0,01 нА. 
Коефіцієнт посилення = 25000. 
Коефіцієнт подавлення синфазного сигналу = 100 дБ. 
Частота одиничного посилення f1 > 0,6 МГц. 
27 
 
Так як випрямляється напруга невеликої амплітуди, то необхідно вибрати 
схему вимірювального випрямляча, в якій діоди, що випрямляють, були б включені 
всередині ланцюга негативного зворотного зв'язку. 
Вибираємо схему двонапівперіодного випрямляча на операційному 
підсилювачі з вихідним фільтром, що згладжує. 
Розберемо роботу схеми без урахування впливу конденсатора С1. 
При позитивній напівхвилі вхідного сигналу на виході DA1 утворюється 
негативна напруга і діод VD1 відкривається (діод VD2 закритий). При цьому в 
точці з'єднання R2 і R3 утворюється напруга Uвх R2/R1, яка передається на вихід 
DA2 з коефіцієнтом передачі- R5 ⁄ R3 і виходить Uвх∙R2⁄(R1∙R5⁄R3). 
Ця напруга сумується з вхідною напругою, що надходить ланцюжком R4–
R5. Таким чином, при позитивній напівхвилі вхідного сигналу на виході DA1.2 
утворюється позитивна напівхвиля напруги - Uвх∙R5⁄R4: 
 
Uвих+ = Uвх∙(R2⁄R1∙R5⁄R3-R5⁄R4). 
 
При негативній напівхвилі вхідного сигналу на виході DA1.1 утворюється 
позитивна напруга та діод VD1 закривається, а діод VD2 відкривається. Через 
резистор R2 струм не тече і в точці з'єднання R2 і R3 напруга дорівнює нулю. На 
виході DA1.2 утворюється позитивна напівхвиля напруги: 
 
Uвих- = -Uвх∙R5⁄R4 
 
Якщо дотримуватися умови 2R3=R2∙R4/R1, то модулі коефіцієнтів передачі 
для позитивної та негативної полярностей будуть рівні. У цьому якщо R1=R2 і 
R4=2R3, то |Uвих| = Uвх∙R5/R4. 
При підключенні конденсатора С1 вихідний каскад DA1.2 перетворюється 
на фільтр нижніх частот першого порядку, який відсікає частоти вище fв, 
зменшуючи шумову складову на виході пристрою. 
28 
 
 
Значення R1 вибираємо з найменшого впливу вхідних струмів: 
 
R1≤Uвх/(100∙Iвх). 
 
R1 = 5∙10-3 / 100∙0.01∙10-9 = 5.0 МОм. 
 
Опір таких номіналів можуть викликати великі паразитні наведення, тому 
вибираємо R1 = 10 кОм. 
Вважаючи R1 = R2 = R3 = R5 = R6, розраховуємо R4 = 2R3 = 20 кОм. 
Розраховуємо опори резисторів R7 та R8: 
 
R7 ≈ R1||R2||R6 = R1/3 = 3.3 кОм, 
 
R8 ≈ R3||R4||R5 = 10∙20∙10∙103/(10∙20+10∙20+10∙10) = 4 кОм. 
 
За шкалою номіналів вибираємо R7 = 3,3 кОм, R8 = 3,9 кОм. 
Значення ємності конденсатора С1 розраховуємо, виходячи з таких 
міркувань: на частоті зрізу fз опір конденсатора Хс має бути рівним опору R5, тоді 
на цій частоті коефіцієнт передачі зменшиться на 3 дБ. Вибираємо fз = 25 кГц, тоді: 
 
Xc=1/(2∙π∙ƒc∙C=R5), 
 
звідки 
C=1/(2∙π∙ƒc∙R5). 
 
C=1/(2∙3.14∙25∙103∙10∙103) = 0.637∙10-9 Ф = 637 пФ 
 
За шкалою номіналів вибираємо С1 = 620 пФ. 
29 
 
Як випрямні діоди вибираємо імпульсний діод типу 1N4448. 
Струм прямий допустимий 0,2 А. 
Зворотний струм 5 мкА. 
Зворотна допустима напруга 50.  
Час відновлення зворотного опору 10 нс. 
Межелектродна ємність 4 пФ. 
Діапазон робочих температур – 60 ÷ + 125 ˚С 
Пряме падіння напруги 1,1. 
Як активний елемент фільтра виберемо операційний підсилювач типу 
MC1456 Motorola Semiconductor Products, Inc. Цей операційний підсилювач має 
вхід балансування нуля та вбудований конденсатор частотної корекції.  
Напруги живлення  Uп = ± 5 ÷ 18 В 
Струм споживання Iп = 3 мА. 
Температурний коефіцієнт зміщення ТКезм = 20 мкВ/К. 
Напруга зміщення Uзм = ± 8 мВ. 
Вхідні струми Iвх = 50 нА. 
Різниця вхідних струмів ∆Iвх = 15 нА 
Коефіцієнт посилення 50000. 
Коефіцієнт подавлення синфазного сигналу 70 дБ. 
Частота одиничного посилення f1 = 1 МГц 
 
4.2 Розрахунок фільтру 
Фільтр побудований за схемою підсилювача, що інвертує. Крім функції 
ФНЧ, у ньому реалізовано підсилення сигналу з К2 = 12, а потенціометром 
зовнішньої балансування усувається зміщення нуля для перетворювача загалом. 
Значення опору R1 = 20 кОм вибираємо з тих же міркувань. Тоді: 
 
R2=R1∙K2=20∙103∙12=240 кОм. 
 
30 
 
За шкалою номіналів вибираємо R2 = 240 кОм. 
Підраховуємо значення: 
 
R3=(R1∙R2)/(R1+R2)=(20∙240)/(20+240)=18.46 кОм. 
 
За шкалою номіналів вибираємо R3 = 18 кОм. 
Ємність фільтра розраховуємо: 
 
Xc=1(/2∙π∙ƒc∙C=R2), 
 
звідки 
 
C = 1/(2∙π∙ƒc∙R2). 
 
C = 1/(2∙3.14∙25∙103∙240∙103) = 0.0265∙10-9 Ф = 26.5 пФ 
 
За шкалою номіналів вибираємо С1 = 27 пФ. 
 
4.3 Оцінка похибки вимірювання 
Мультиплікативна похибка, викликана не ідеальністю операційного 
підсилювача пристрою, до яких відносяться похибка не компенсації. 
нк = K/K0 та синфазна похибка с = 10Мс/20. Коефіцієнт 20 у формулі для 
с відповідає нормуючому значенню 20 дБ, що використовується для зрівнювання 
розмірності параметра Мс, що вимірюється у логарифмічних одиницях – 
децибелах (дБ). 
Так як величини K1 = 1, K01 = 25000, Мс1 = - 100 дБ для випрямляча і K2 
= 12, K02 = 50000, Мс2 = - 70 дБ для фільтра, то похибки викликані не ідеальністю 
застосованих ОУ складають: 
 
31 
 
нк1 = К1/К01 = (1/25000) 100% = 0,004%, 
 
нк2 = К2/К02 = (12/50000) 100% = 0,024%, 
 
с1 = 10Мс/20 = 10(-100/20) = 10-5 = 0,001%. 
 
с2 = 10Мс/20 = 10(-70/20) = 10-4 = 0,01%. 
 
Адитивна похибка операційного підсилювача має дві складові: зміщення 
нуля та температурний дрейф. Оскільки в пристрої застосована компенсація 
напруги зміщення зовнішнім резистором, то похибка, що викликається першою 
складовою, можна не враховувати. Щоб оцінити дрейфову складову, необхідно 
встановити діапазон зміни температури зовнішнього середовища. У нормальних 
умовах експлуатації температура може змінюватися в межах (20  5) оС, тому 
похибка, обумовлена дрейфом нуля і приведена до входу операційного 
підсилювача, становитиме: 
 
Е1 = ТКЕ1  Т = (5 мкВ/оС)  5oC = 25 мкВ. 
 
Е2 = ТКЕ2  Т = (20 мкВ/оС)  5oC = 100 мкВ. 
 
Розділивши цю похибку на номінальне значення вхідної величини 250 мВ, 
отримаємо адитивну похибку, виражену у відсотках: 
 
е1 = (Е1/Uвх)  100 % = (25мкВ/0.25В)  100 % = 0,01 %. 
 
е2 = (Е2/Uвх)  100 % = (100мкВ/0.25В)  100 % = 0,04 %. 
 
32 
 
Таким чином, похибки перетворювача, зумовлені не ідеальністю ОУ, у сумі 
становлять 
 
у = нк1 + с1 + е1+ нк2 + с2 + е2 =  
= 0,04 % + 0,0024 % + 0,001 % + 0,01 % + 0,01 % + 0,04 % = 0,089%. 
 
Похибки, зумовлені зовнішніми елементами визначають коефіцієнт 
передачі ланцюга. Тому не ідеальність цих елементів впливають на точність 
завдання необхідного номінального значення коефіцієнта передачі. Модуль 
коефіцієнта передачі інвертуючого підсилювача визначається як K = R2/R1. 
Виводимо формулу для похибки: 
 
lnK = lnR2 – lnR1, 
 
dK/K = (dR2/R2) – (dR1/R1), 
 
 = 2 + 1 
 
і таким чином обумовлені неточностями резисторів, що застосовуються (їх 
сумою за модулем) 
Похибка, обумовлена параметрами операційного підсилювача, становила 
0.089 %. У завданні на проектування зазначено, що похибка перетворювача не 
повинна перевищувати 1.5 %, отже, неточності, що приносяться резисторами, не 
повинні перевищувати: 
 
r =  - у = 1.5 - 0.089 = 1,411 %. 
 
Перетворювач має три каскади, у кожному з яких є по два резистори, що 
впливають на коефіцієнт передачі, тоді їх допуск повинен бути не гіршим, ніж: 
33 
 
 
r/6 ≤ 1.411 % / 6, 
 
ri ≤ 0.2351 %. 
 
Якщо застосувати резистори з допуском 0.1 % (наступний допуск 0.25 % не 
задовольняє умові), то сумарна похибка перетворювача складе: 
 
 = у + r = 0.089 % + 6∙0.1 % = 0.689 % < 1/5%, 
 
що відповідає вимогам. 
 
4.4 Розрахунок надійності приладу 
Мікропроцесорні системи вимірювання лінійних розмірів ока, як і будь-які 
інші вимірювальні системи чи пристрої не позбавлені такого розповсюдженого 
недоліку як похибка вимірювання. 
Похибки присутні при будь-яких вимірюваннях і відрізняються лише своєю 
величиною. Створення ідеального вимірювального пристрою є неможливим 
оскільки неможливо врахувати всі фактори, які впливають на її появу. Це і 
недосконалість технологій виробництва, неідеальна чистота матеріалів з яких 
виготовляють ті чи інші сенсори. Існують 2 фактори, які знаходяться в протидії 
один одному. Чим вища точність вимірювання приладу, тим вища його ціна і 
навпаки, прилад який має низьку точність вимірювання буде дешевим. 
На даному етапі розвитку науки, техніки та технології ще неможливо 
створити дешевий і в той же час високоточний прилад, похибка вимірювання якого 
була б близька до нуля. Але наука не стоїть на місці, постійно з’являються нові 
способи та методи, які дозволяють підвищити точність вимірювань і зменшити 
витрати на проведення цих вимірювань. Добре сприяє цьому інтегральна 
технологія виконання електронних схем – інтегральні мікросхеми. Інтегральні 
34 
 
мікросхеми цифрові та аналогові дозволяють створювати вимірювальні пристрої 
які дешевші і мають вищу точність обробки вимірюваної інформації. 
Також одним з базових понять при визначенні якості системи є її надійність. 
Під надійністю розуміють властивість пристрою виконувати задані функції, 
зберігаючи свої експлуатаційні показники в заданих межах протягом потрібного 
проміжку часу або потрібного напрацювання при дотриманні режимів 
експлуатації, правил технічного обслуговування, зберігання та транспортування. 
Надійність – це складне комплексне поняття, за допомогою якого оцінюють такі 
важливі характеристики пристроїв, як роботоздатність, довговічність, 
безвідмовність, ремонтопридатність, відновлюваність та ін. 
Надійність є однієї зі складових якості виробу. Вона характеризує 
властивість виробу виконувати задані функції, зберігаючи в часі значення 
встановлених експлуатаційних показників у необхідних межах, що відповідають 
заданим режимам і умовам використання, технічного обслуговування, ремонтів, 
збереження і транспортування. Як комплексна властивість, надійність, у 
залежності від призначення об'єкта й умов його експлуатації може включати 
наступні складові: безвідмовність, довговічність, живучість і ремонтопридатність. 
Кількісною характеристикою одного чи декількох властивостей надійності 
є показники безвідмовності, довговічності, ремонтопридатності, живучості і 
комплексні показники. 
Показники безвідмовності - імовірність безвідмовної роботи P(t), 
інтенсивність відмовлень (t), середній наробіток до відмовлення,  - відсотковий 
наробіток до відмовлення, середній наробіток до відмовлення, параметр потоку 
відмовлень. 
Імовірність безвідмовної роботи P(t) - імовірність того, що в межах заданого 
наробітку t0 відмовлення не виникає чи, що параметри не будуть виходити за межі 
заданих допусків протягом необхідного інтервалу часу в умовах експлуатації: 
 
P(t0) = 1 - F(t0),                                             (4.1) 
35 
 
 
де F(t0) - функція розподілу наробітку до відмовлення. 
Оцінка показника P(t0) характеризує частку працездатних виробів у момент 
часу t0: 
 
P(t0) = 1 – Ni / N,                                           (4.2) 
 
де t0 - час іспиту; 
m - число інтервалів часу t, через які контролювалася працездатність, m = 
t0/t; 
Nі - число виробів, що відмовили на і-ом інтервалі часу; 
N - загальне число випробуваних виробів. 
Інтенсивність відмовлень (t) визначають як умовну щільність імовірності 
виникнення відмовлення невідновленого об'єкта для розглянутого моменту часу за 
умови, що до цього часу відмовлення не виникло: 
 
(t) = f(t) / P(t).                                                  (4.3) 
 
Приблизно (t) = N* / N ∙ t. де N* - число виробів, що відмовили при 
іспитах протягом  інтервалу часу  t; N - число виробів, працездатних до початку 
іспитів. 
Функції P(t), F(t), (t) взаємозалежні, тому для їхнього визначення досить 
знати тільки одну. На практиці перевагу віддають інтенсивності відмовлень, тому 
що її простіше визначити експериментально. 
Для більшості об'єктів (деталей, виробів) залежність P(t) можна зобразити 
кривої [8], що має три ділянки: 0 < t < t1; t1 < t < t2; t > t2. 
36 
 
Перша ділянка називається періодом  чи приробляння періодом ранніх 
відмовлень. Поява відмовлень у цьому періоді звичайно викликано 
конструктивними чи виробничими дефектами. 
Друга ділянка постійної інтенсивності (t) = const характеризує нормальну 
експлуатацію, на цій ділянці: 
 
P(t) = exp(-  ∙ t).                                        (4.4) 
 
Третя ділянка t - t2 називається періодом відмовлень зносу. 
Середній наробіток до відмовлення tср визначається як математичне 
чекання наробітку до першого відмовлення. Розрахунок надійності будемо 
виробляється для другої ділянки. 
Середній час безвідмовної роботи визначається по формулі: 
 
TСР = 1 / .                                                      (4.5) 
 
Інтенсивність відмовлень усієї системи визначається зі співвідношення: 
 
 = .                                                     (4.6) 
 
Для систем, елементи яких працюють в умовах сталості інтенсивності 
відмовлень, імовірність безвідмовної роботи може бути визначена по формулі: 
 
P = n
i=1 П Pi = exp(- t ∙ i) = exp(- ∙ t).                    (4.7) 
 
Як видно з приведених залежностей надійність визначається інтенсивністю 
відмовлень i окремих елементів системи й у період її нормальної експлуатації. 
Вихідні дані і результати розрахунків приведені в додатку Д. 
  
37 
 
5 Спеціальний розділ 
 
5.1 Вибір варіанта технологічного процесу виготовлення фотошаблону 
друкованої плати 
Тип виробництва визначає спосіб виготовлення фотошаблонів, побудова 
технологічного процесу і ступінь його деталізації. У залежності від розміру 
виробничої програми, технічних і економічних умов виробництво буває одиничне, 
серійне і масове. 
Одиничне виробництво фотошаблонів характеризується широкою 
номенклатурою і малим обсягом випуску, виготовлення фотошаблонів у серійному 
і масовому виробництвах - застосування устаткування, що дозволяє механізувати 
й автоматизувати виробничі процеси. 
При ухваленні рішення про методи і послідовність виготовлення 
фотошаблонів, необхідно провести оптимізацію варіантів технологічного процесу 
для визначеного типу виробництва. 
Відповідно до стандарту тип виробництва характеризується коефіцієнтом 
закріплення операції: 
 
О
К  ,                                                        (5.1) 
ЗО
 р
 
де О - сума операцій; 
р - сума робочих місць. 
Виходячи з приведеної формули необхідно установити співвідношення між 
трудомісткістю виконання операцій і продуктивністю робочих місць. На даному 
етапі проектування нормування операцій можна виконати, використовуючи 
орієнтовані норми типового технологічного процесу. 
Спираючи на вихідні дані і містячи в розпорядженні штучного чи штучно-
калькуляційного часу, визначають кількість одиниць оснащення: 
38 
 
N T
ШТІ штк 
m 
i ,                                                   (5.2) 
60  F 
g з.н
 
де N - річна програма випуску; 
ТШТ(К) - штучне чи штучно-калькуляційний час, хв.; 
Fg - відповідної дійсності річний фонд часу, год.; 
З.Н. - нормативний коефіцієнт завантаження оснащення. Завантаження 
оснащення залежить від типу виробництва - можна прийняти середнє значення 
З.Н.=0,8. 
Після розрахунку значень m по всіх операціях установлюють кількість 
робочих місць, округляючи до найближчого більшого цілого числа значення m. 
Для операцій, що не вимагають через міру години, значення m може бути 
значно менше одиниці, Це означає, що номенклатура робіт на таких робочих 
місцях має бути розширена. Кількість операцій, що можна виконувати на кожнім 
робочому місці, визначається за формулою: 
 

з .н.
О  ,                                                         (5.3) 
 .
з .ф .
 
де З.Ф. - коефіцієнт фактичної завантаженості оснащення, 
 
m
 
з.ф. .                                                       (5.4) 
p
 
Після розрахунків кількості робочих місць і кількості операцій за 
формулою (5.1) визначають кЗ. О.. 
При масовому і крупносерійному виробництвах кЗ.О.. = 1  10, при 
середньосерійному кЗ.О. = 10  20, при малосерійному кЗ.О..= 20  40, при 
одиничному виробництві кЗ. О.. не регламентується. 
39 
 
 
Первинний фотошаблон одержують хімічною обробкою експонованих 
фотопластинок, проконтролювавши спочатку температуру робочих розчинів 
термометром. Відлік часу обробки проводять за секундоміром. 
Для виготовлення робочого фотошаблону використовують первинний 
фотошаблон. Робочий фотошаблон одержують копіюванням первинного 
фотошаблона на контактно-копіювальному верстаті і подальшій хімічній обробці 
матеріалу. Перед копіюванням первинний фотошаблон необхідно протерти з боку 
підкладки серветкою, змоченої в етиловому спирті для виділення пилу, бруду, 
жирових плям. Стекло контактно-копіювального верстата необхідно протерти 
антистатичною серветкою. Копіювання, а також висвітлення для копіювання й 
обробки пластин і фототехнічної плівки виконуються за допомогою фото ліхтаря 
з червоним світлофільтром. Діазографічні плівки копіюють і обробляють при 
звичайному висвітленні, не допускаючи висвітлення матеріалу сонячними чи 
променями ультрафіолетовим випромінюванням. При копіюванні первинний 
фотошаблон і матеріал додають один до одному і переносять до контактно-
копіювального верстата, причому емульсійний шар первинного фотошаблона і 
світлочутливий шар матеріалу повинні безпосередньо стикатися. 
Експонування проводять через первинний фотошаблон на світлочутливий 
матеріал. Виготовлення робочого фотошаблону на фототехнічній плівці ФТ-41П 
здійснюється шляхом експонування на контактно-копіювальному верстаті 
крапковим джерелом білого світла і хімічної обробки експонованого матеріалу. 
Виготовлення робочого діапозитива на діазографічній плівці ТМ 
здійснюється в такий спосіб. Після експонування діазографічна плівка 
обробляється в проявочному пристрої в парах аміаку до максимального насичення 
кольору фото зображення. 
Стабільність і точність пристрою забезпечується базовою гранітною 
плитою, гранітними напрямними по осях Х и У і газовими направляючими, що не 
піддаються тертю і зносу. 
40 
 
Фотоголівка з модуляторним джерелом світла з 12 окремих оптичних 
систем, укладених у єдиний блок, дозволяє одержати однакову оптичну щільність 
ліній, масок, зображень. Вакуумним притиском фотоматеріалу в сполученні з 
автоматичним піджимом досягається базування світлочутливого шару до поверхні 
креслення. 
Пристрій працює від промислової мережі стиснутого повітря, має 
індивідуальну систему очищення повітря. В умовах експлуатації пристрій, що 
фоторозраховує, повинен знаходитися в темному приміщенні, а система керування 
- у світлому. 
Пристрій допускає роботу в три зміни й обслуговується одним оператором. 
 
Таблиця 5.1 – Параметри пристрою 
№ Назва параметра Одиниця Величина 
п/п виміру 
1 Напруга мережі перемінного струму 50 Гц В 380/220 
2 Розміри креслення мм 380х400 
3 Швидкість переміщення по координатах X і Y м/с 0,4 
4 Прискорення по координаті X м/с 3 
5 Прискорення по координаті Y м/с 6 
6 Хід столу мм 420х500 
7 Похибка позиціонування мм  0,01 
8 Похибка повторного позиціонування мм  0,005 
9 Кількість масок шт. 12 
10 Загальна кількість символів шт. 44 
11 Мінімальна товщина лінії мм 0,125 
12 Розміри контактних площадок мм 1,3х3,5 
13 Розміри символів мм 2х1 
14 Обсяг внутрішньої пам'яті керуючої програми кбайт 64 
41 
 
15 Тиск підводимого повітря кПа 500...600 
16 Потужність кВт 2 
17 Маса пристрою кг 600 
18 Маса ЭЧПУ "Микролид" кг 300 
19 Зовнішній канал уведення програми з  вищого 
перфострічки чи ЕОМ  рангу 
20 Ручне введення і редагування програми  перфорато
р чи ЕОМ 
21 Буквено-цифрова індикація на електронно- знаків 512 
променевій трубці (16х32). 
 
Пробка фіксуючих отворів здійснюється на спеціальному пристрої, що має 
два орієнтуючих знаки, рознесених на відстань, рівна відстані між реперними 
знаками фотошаблона. Фотошаблон розміщають у пристрої для пробки. 
Здійснюють вакуумний притиск фотошаблона і пробивають отвору, притискаючи 
пуансон пристрою. 
Оскільки фотошаблон має лінійні деформації, обумовлені частковим 
роздубленням фотографічної емульсії під час фотохімічної обробки, зміною 
температури і вологості в приміщенні, то відстань між реперними знаками може 
не збігатися з відстанню між знаками пристрою, що орієнтують. У такому випадку 
вибирають середнє значення. Для цього горизонтальні штрихи реперних і 
настановних знаків зміщають, а відстань між прямовисячими штрихами 
вирівнюють між собою зрушенням фотошаблону. 
Фотографічне зображення в межах поля друкованої плати (ДП) повинне 
бути різким, границі зображення повинні бути чіткими, без розмитостей і ореолів. 
Фотошаблон повинний мати два чи більш реперні знаки, використовуваних 
для пробивання фіксуючих отворів у робочих фотошаблонах. 
Несполучення двох робочих фотошаблонів однієї плати повинне бути не 
більш 0,24 мм плат класу I і 0,14 мм плат класу II. 
42 
 
Зазор між елементами провідного рисунка на фотошаблоні повинний бути 
не менш 0,325 мм. 
Первинний фотошаблон повинний бути отриманий на автоматизованому 
пристрої, що розкреслює, методом розкреслювання. Відхилення центрів 
контактних площадок від вузлів координатної сітки складає: 
- для первинних фотошаблонів ± 0,10 мм плат класу І, ± 0,05 мм плат класу 
II; 
- для робочих фотошаблонів ± 0,12 мм плат класу І, ± 0,07 мм плат класу II. 
Розміри елементів топології фотошаблона і відстані між ними повинні 
відповідати вимогам технічного завдання на друковану плату з урахуванням 
технологічних допусків на виготовлення друкованої плати. 
Технологічні допуски на виготовлення друкованої плати встановлює 
підприємство - виготовлювач друкованих плат у залежності від застосовуваної 
технології. 
Граничні відхилення розмірів елементів топології фотошаблона в 
залежності від класу точності друкованої плати за стандартом приведені в таблиці 
5.2. 
 
Таблиця 5.2 - Граничні відхилення розмірів елементів топології 
фотошаблона в залежності від класу точності друкованої плати 
Клас точності друкованої плати 1 2 3 4 5 
Граничні відхилення розмірів  0,10  0,05  0,03  0,02  0,01 
елементів топології фотошаблона 
 
Граничні відхилення розмірів елементів топології фотошаблона, зазначені 
в таблиці 5.2, є підставою для розрахунку технологічного допуску на виготовлення 
еталонного фотошаблона. 
43 
 
Позиційні допуски розташування елементів топології фотошаблона в 
діаметральному вираженні в залежності від класу точності друкованої плати 
представлені в таблиці 5.3. 
 
Таблиця 5.3 - Позиційні допуски розташування елементів топології 
фотошаблона в діаметральному вираженні в залежності від класу точності 
друкованої плати 
Клас точності друкованої плати 1 2 3 4 5 
Позиційні допуски розташування 0,15 0,10 0,07 0,05 0,03 
елементів топології фотошаблона, мм 
 
Якість сполучення комплекту фотошаблонів визначається значенням 
несполучення по контактних площадках. Значення несполучення комплекту 
фотошаблонів у залежності від класу точності друкованої плати не повинне 
перевищувати значень, зазначених у таблиці 5.4. 
 
Таблиця 5.4 - Величина несполучення комплекту фотошаблонів 
Клас точності друкованої плати 1 2 3 4 5 
Величина несполучення комплекту 0,15 0,10 0,07 0,05 0,03 
фотошаблонів, мм 
 
Ширина технологічного полючи, розташованого по контурі робочої зони 
фотошаблона, не повинна бути більш 30 мм. 
Оптична щільність емульсійних фотошаблонів повинна бути не менш 3,0 
на непрозорих ділянках і не більш 0,1 на прозорих ділянках. 
Копіювальна щільність діазотипних фотошаблонів на довжині хвилі 437 нм 
повинна бути не менш 3,0 на непрозорих ділянках і не більш 0,1 на прозорих 
ділянках. 
44 
 
Розміри дефектів зовнішнього бачення - (проколи, крапки, подряпини) у 
робочій зоні фотошаблона нс повинні бути більш 0,05 мм для друкованих плат 1, 
2 і 3-го класів точності і більш 0,02 мм для друкованих плат 4 і 5-го класів точності. 
Розміри дефектів зовнішнього вигляду в робочій зоні фотошаблона з 
розмірами провідників і відстаней між ними від 0,05 до 0,08 мм не повинні бути 
більш 0,01 мм. 
Фотошаблони варто поставляти комплектами з паспортом на кожен 
комплект фотошаблонів. 
Маркування фотошаблона повинне містити: умовну позначку 
фотошаблона; дату виготовлення; порядковий номер зміни провідного рисунка. 
Маркування фотошаблона варто розташовувати на робочій поверхні 
фотошаблона поза робочою зоною. 
Маркування фотошаблона повинне бути виконане автоматизованим 
способом. 
У технічно обґрунтованих випадках допускається виконувати маркірування 
вручну. Цифри і букви маркувального напису повинні бути чітко позначені. 
Технологічний процес і режими виготовлення фотошаблонів друкованих 
плат представлені в таблиці 5.5. 
Виготовлення фотошаблонів способом фотографічного зменшення 
оригіналу рисунка плати, виконаного вручну, не задовольняє вимогам підвищеної 
точності в зв'язку зі зростанням щільності друкованого монтажу, кількості типів 
плат на виріб, появою багатошарових плат. 
Прагнення задовольнити вимогам підвищеної точності, зберігати і навіть 
скоротити терміни виготовлення фотошаблонів плат вимагає нових методів 
роботи. 
Автоматизоване виготовлення фотошаблонів включає: автоматизоване 
креслення світловим променем (М 1:1) рисунка фотошаблона по робочій програмі 
травлення; напівавтоматизовану підготовку і виготовлення цих програм 
керування. 
45 
 
Таблиця 5.5 - Технологічний процес і режими виготовлення фотошаблонів 
друкованих плат 
Порядок операцій і їхнє Тривалість обробки, хв. 
фототехнічної плівки 
найменування 
прямим методом 
методом звертання 
1. Прояв 220,5 1 5 4 6 
2. Промивання в проточній воді 1822 - 0,250,5 0,250,5 68 
3. Зупинка прояву 1822 2 0,51 - - 
4. Відбілювання 1822 3 - - 34 
5. Засвічування* - - - - - 
6. Промивання в непротічній воді 1822 - - - 57 
7. Промивання в проточній воді 1822 - - - 23 
8. Освітлення 1822 4 - - 1,52 
9. Промивання в проточній воді 1822 - - - 23 
10. Прояв 1822 1 - - 34 
11. Промивання в проточній воді 1822 - 0,250,5 - 0,51 
12. Фіксування 1822 5 1015 810 810 
13. Промивання в непротічній воді 1822 - 57 57 57 
14. Ослаблення (при необхідності, 1822 6 - - візуально 
для видалення загальної вуалі) 
15. Промивання в проточній воді 1822 - 1520 1520 1520 
16. Змочування в ОП-7 чи ОП-10      
17. Сушіння ** - У В підвішеному стані 
вертикальн
ому 
18. Контроль  -    
положенні 
 
Фотошаблони виготовляються в залежності від щільності провідного 
рисунка або однократним, або подвійним, або потрійним кресленням, тобто 
провідні спробні рисунки плати викреслюються на фотопапері, а потім 
контрольний рисунок плати на фотопластинці чи фототехнічній плівці.  
46 
 
Температура 
С 
№ розчину 
фотопластин 
Для формування елементів друкованого монтажу використовується 
магазин масок, що включає №- масок - світлових плям. Геометричні розміри масок 
для розкреслення провідного рисунка повинні враховувати технологічні припуски 
і допуски, що забезпечують виготовлення ДП на конкретному виробництві. 
Для нанесення елементів провідного рисунка, розташованого не в кроці 
1,25, допускається виготовлення масок, зміщених щодо центра в магазині масок. 
 
Таблиця 5.6 – Параметри провідного рисунка 
Елементи Форма Розміри, мм 
провідного 
рисунка 
Контактні Квадрат 1,51,5; 2,02,0; 2,92,9 
площадки Коло 1,90;  3,40 
Восьмикутник 2,70 
Провідники Квадрат 0,35; 0,50 
Восьмикутник 0,75; 1,00; 1,50 
Шипи й екрани Два однакових за формою і розміром, 2,50 
але орієнтованих по-різному щодо 2,700,40 
Цифри Оцетн 0т рдао м 9а сок 02,4,012,,700  
Букви C, R, K, A, V, B, L, E, Z, D, T, E 2,01,0 
Знак " + " 2,02,0 
 
Комплект документів на технологічний процес виготовлення друкованої 
представлений в Додатку Г. 
 
5.2 Техніко-економічне обґрунтування дослідження 
Контроль напружено-деформованого стану, діючих напружень, 
накопиченої втомної ушкодження - одне з завдань неруйнівного контролю. В 
даному розділі економічно обґрунтовуються сучасні дослідження в галузі 
електромагнітного методів, спрямовані на вирішення задачі контролю накопиченої 
47 
 
пошкодженості у конструкційних сталях та сплавах. Відзначається, що розробки 
для практичної реалізації методу коерцитивної сили, вихрострумової 
структуроскопії немагнітних матеріалів, методу вищих гармонік, методу контролю 
за залишковою намагніченістю, методом магнітних шумів використовуються при 
контролю виробів відповідального призначення, таких як нафто- і газопроводи, що 
діють, авіаційні деталі, деталі підшипників, судини під тиском, деталі кранового 
господарства та ін. 
Плата підсилювача змінної напруги 
Матеріали і радіоелементи на основі SMD технології 
Резистор шт. 8 0,75 6 5 0,30 5,30 
Мікросхема шт. 6 3,50 70,00 5 3,50 73,50 
Конденсатор шт. 11 0,72 1,44 5 0,01 1,45 
Діод шт. 2 0,50 0,50 5 0,01 0,51 
Провід м 3 6,90 20,70 5 1,04 20,74 
Склотекстоліт кг 0,5 60,00 30,00 5 1,50 31,50 
Фторопласт кг 0,2 90,00 18,00 5 0,90 18,90 
Всього 178,22 
 
5.3 Аналіз умов праці  інженера-проєктувальника та потенційних 
небезпек під час проектування структуроскопу 
В цьому розділі проводяться дослідження умов праці інженера, який 
займається розробкою структуроскопу в приміщенні спеціалізованої лабораторії. 
Для виконання цієї роботи використовується сучасне комп’ютерне  обладнання. В 
процесі роботи з комп'ютером необхідно дотримувати правильний режим праці та 
відпочинку, оскільки у персоналу лабораторії накопичується значна напруга 
зорового апарату з появою скарг на незадоволеність роботою, головні болі, 
дратівливість, порушення сну, втому і хворобливі відчуття в очах, в поясниці, в 
області шиї і руках. 
48 
 
Проектування проводиться в приміщенні, яке має такі геометричні розміри: 
довжина 6 м, ширина 4 м, висота стелі 4 м. Отже, площа всього приміщення 
становить 24 м2, а об'єм становить 96 м3, розмір кожного вікна - 3м х 2м. Тому на 
одного працюючого припадає 6 м2 та 24 м3, що відповідає вимогам ДБН В.2.2.28-
2010 та ДСанПіН 3.3.2-007-98, відповідно до яких площа, яка припадає на одне 
робоче місце, яке обладнане ПК, повинна складати не менше 6 м2, а об'єм не менше 
ніж 20 м3. 
Працівники лабораторії виконують роботу, яка за категорією важкості 
праці відноситься до категорії робіт «Легка 1а». До цієї категорії відносяться 
роботи, які виконуються сидячи і супроводжуються незначною фізичною 
напругою.  
Природне освітлення в приміщенні має важливе фізіологічне та гігієнічне 
значення для працюючих. Воно сприятливо впливає на органи зору, стимулює 
фізіологічні процеси, підвищує обмін речовин та покращує розвиток організму в 
цілому. Сонячне випромінювання зігріває та знезаражує повітря, очищуючи його 
від збудників багатьох хвороб (наприклад, вірусу грипу). Правильно спроектоване 
і виконане виробниче освітлення покращує умови зорової праці, знижує 
стомлюваність, сприяє підвищення продуктивності праці, благотворно впливає на 
виробничу середу, надаючи позитивний психологічний вплив на працюючого, 
підвищує безпеку праці і знижує травматизм. Недостатність освітлення призводить 
до напруження зору, послаблює увагу, приводить до настання передчасної 
стомленості. Надмірно яскраве освітлення викликає осліплення, роздратування і 
різь в очах. Неправильний напрямок світла на робочому місці може створювати 
різкі тіні, відблиски, дезорієнтувати працюючого. Всі ці причини можуть 
призвести до нещасного випадку або профзахворювань, тому настільки важливий 
правильний розрахунок освітленості. 
Природному освітленню властиві і недоліки: воно непостійне в різні 
періоди доби та року, в різну погоду; нерівномірно розподіляється по площі 
виробничого приміщення; при незадовільній його організації може викликати 
49 
 
засліплення органів зору, тому робоче приміщення згідно з ДБН В.2.5-28-2018 
«Природне та штучне освітлення» має природне та штучне освітлення. Природне 
освітлення приміщення здійснюється через чотири вікна. Стіни приміщення 
пофарбовані  в  жовто-зеленому кольорі. Розміри кожного вікна складають 3 м x 2 
м. Робочі місця розташовані таким чином, що сонячні промені не потрапляють під 
прямим кутом на екран монітора.  
Під час роботи працівник в більшості випадків працює з даними, які 
виводяться програмним забезпеченням (з розрахунками на екрані монітора). 
Найменший об'єкт розрізнення відповідає дуже високому ступеню точності 
зорової праці. Нормативне значення КПО згідно норм освітлення ДБН В.2.5-28-
2018 становить 1,5%. Фактичний рівень природного освітлення на робочих місцях 
лабораторії становить 24-28 %, що повністю відповідає нормативним вимогам.  
Для темного часу доби в приміщенні передбачене штучне освітлення.  
Штучне освітлення виконується за допомогою електричних джерел світла двох 
видів: ламп накалювання і люмінесцентних ламп. В приміщенні лабораторії 
використовуються люмінесцентні лампи, які порівняно з лампами розжарювання 
мають суттєві переваги: по спектральному складу світла вони близькі до денного, 
природного освітлення; володіють більш високим ККД (у 1,5-2 рази вище, ніж 
ККД ламп розжарювання); мають підвищену світловіддачу (у 3-4 рази вище, ніж у 
ламп розжарювання); більш тривалий термін служби. При організації штучного 
освітлення необхідно забезпечити сприятливі гігієнічні умови для зорової роботи 
і одночасно враховувати економічні показники.. 
Приміщення обладнане десятьма світильниками денного світла типу 
ЛСП02-2х58-001 які розташовані симетрично та рівновіддалено від стін. 
Відповідно до ДБН В.2.5-28-2018 значення для даного типу зорової праці 
нормативний рівень штучного загального освітлення становить 400 лк. Фактичний 
рівень становить – 420-425 лк, що відповідає нормативним вимогам. 
У кабінах, на пультах і посадах керування технологічними процесами, у 
залах обчислювальної техніки й інших виробничих приміщень при виконанні робіт 
50 
 
операторського типу, зв'язаних з нервово-емоційною напругою, повинні 
дотримуватися оптимальні величини температури повітря, згідно з ДСН 3.3.6.042-
99 «Повітря робочої зони», що регламентує параметри мікроклімату робочих 
приміщень.  
Фактичні параметри мікроклімату в приміщенні лабораторії наступні: 
- в холодний період температура повітря в приміщенні становить 16-18 °С, 
відносна вологість - 50-55 %, швидкість руху повітря до 0,1 м/с.  
- в теплий період температура повітря в приміщенні становить 20-22 °С, 
відносна вологість - 40-50 %, швидкість руху повітря - 0,2 м/с. 
Майже всі параметри мікроклімату відповідають нормативним вимогам, 
окрім температури в холодний період року, яка є зниженою. Тому в приміщенні 
необхідно провести заходи щодо нормалізації температури повітря в приміщенні 
лабораторії в холодний період року.  
На робочому місці інженера джерелами шуму, як правило, є технічні 
засоби, комп'ютер, принтер, вентиляційне устаткування, а також зовнішній шум. 
Рівень шуму на робочому місці не повинен перевищувати 50дБА згідно вимог ДСН 
3.3.6.037-99 «Санітарні норми рівнів шуму на робочих місцях». Фактичний рівень 
шуму в приміщенні лабораторії становить 45-48 дБА і, відповідно, не перевищує 
нормативних значень. 
В приміщенні лабораторії передбачено наступні будівельно-акустичні 
методи захисту від шуму (згідно з ДБН В.1.1-31:2013): звукоізоляція 
огороджувальних конструкцій, ущільнення по периметру притворів вікон і дверей; 
звукопоглинальне облицювання.  
Зменшення шуму, що проникає в приміщення ззовні, досягається 
ущільненням по периметру притворів вікон і дверей. Під звукопоглинання 
розуміють властивість акустично оброблених поверхонь зменшувати 
інтенсивність відбитих ними хвиль за рахунок перетворення звукової енергії в 
теплову. Звукопоглинання є достатньо ефективним заходом щодо зменшення 
шуму. Найбільш вираженими звукопоглинальними властивостями володіють 
51 
 
волокнисто-пористі матеріали: фібролітові плити, скловолокно, мінеральна вата, 
поліуретановий поропласт, пористий полівінілхлорид і інші. Шум погіршує умови 
праці надаючи шкідливу дію на організм людини. Працюючі в умовах тривалого 
шумового впливу зазнають дратівливість, головні болі, запаморочення, зниження 
пам'яті,підвищену стомлюваність, зниження апетиту, біль у вухах тощо.  
Більшість вчених вважають, що як короткочасний так і тривалий вплив усіх 
видів випромінювання від екрану монітора безпечно для здоров'я персоналу, що 
обслуговує комп'ютери. Головним джерелом електромагнітного випромінювання 
в приміщенні є монітор та системний блок. Величина напруженості 
електромагнітного випромінювання на робочому місці  відповідає вимогам ДСН 
3.3.6.096-2002. 
В даному приміщенні використовується електромережа змінного струму 
220 В прихованого типу, яка виконана мідним дротом 3*2.5 мм2 і прокладена в 
спеціальних каналах. Таке виконання електромережі запобігає виникненню та 
поширенню пожежі внаслідок можливого короткого замкнення в проводці та 
можливому ураженню працівника струмом. Системні блоки та монітори, 
встановлені в кабінеті, живиться від мережі напругою 220 В і споживає потужність 
менше ніж 3,5 кВт. Оскільки комп'ютер має металевий корпус, то згідно з ДСТУ Б 
В.2.5-87-2016  в приміщенні передбачена магістраль захисного заземлення TN-C-
S, яка забезпечує захист людини від ураження електричним струмом. 
За категорією пожежонебезпеки згідно з ДСТУ Б В.1.1-36:2016, дане 
приміщення відноситься до типу В (горючі та важкогорючі рідини, тверді горючі 
та важкогорючі речовини і матеріали, речовини та матеріали, здатні при взаємодії 
з водою, киснем повітря або одне з одним лише горіти, за умови, що приміщення, 
в яких вони знаходяться не належать до категорій А чи Б). Стіни приміщення 
виготовлені з цегли, оштукатурені та пофарбовані водоемульсійною фарбою стеля 
виготовлена методом перекриття приміщення залізобетонними плитами, а підлога 
з кахельної плитки. Всі матеріали застосовані для будівництва приміщення 
52 
 
повністю дозволені для оздоблення приміщень органами державного санітарно-
епідеміологічного нагляду. 
Приміщення обладнано системою автоматичної пожежної сигналізації 
відповідно до вимог ДБН В.2.5.56-2014 «Пожежна автоматика будинків і споруд» 
та ДСТУ ЕN54-1(12)-2004. Також в приміщенні знаходяться два переносних 
вуглекислотних вогнегасника ВВК-3,5. Даний тип вогнегасників призначений для 
гасіння загоряння різних речовин, горіння яких не може відбуватися без доступу 
повітря,електроустановок, що знаходяться під напругою не більше 10 кВ. 
Для забезпечення швидкої та організованої евакуації персоналу на випадок 
виникнення пожежі в будівлі передбачений план евакуації, розмішений на стіні з 
вільним доступом до нього, відповідно до ДБН В.1.1.7-2016. 
З працівниками лабораторії проводяться вступний та первинний інструктаж 
з питань охорони праці та інструктаж з техніки електробезпеки, відповідно до 
НПАОП 0.00-4.12-05. 
Робота з комп'ютером характеризується значною розумовою напругою і 
нервово-емоційним навантаженням операторів, високою напруженістю зорової 
роботи і досить великим навантаженням на м'язи рук при роботі з клавіатурою ПК. 
Велике значення має раціональна конструкція і розташування елементів робочого 
місця, що важливо для підтримки оптимальної робочої пози людини.  
При роботі в положенні сидячи для інженера встановлені такі параметри 
робочого столу: висота 750 мм; ширина столу 1300 мм;  глибина столу 650 мм.  Під 
робочою поверхнею передбачено простір для ніг:  висота 600 мм; ширина 500 мм; 
глибина 650 мм. Отже, організація робочого місця повністю задовольняє 
ергономічним вимогам ДСТУ 8604:2015 «Дизайн і ергономіка. Робоче місце для 
виконання робіт у положенні сидячи. Загальні ергономічні вимоги». 
Отже, після проведення детального аналізу приміщення та безпосередньо 
робочого місця можна зробити висновок, що всі фактори виробничого середовища 
відповідають нормативним вимогам, крім зниженої температури повітря в 
53 
 
приміщенні лабораторії  в холодний період року. Тому необхідно провести 
модернізацію системи опалення приміщення лабораторії. 
Система опалення це комплекс елементів, які необхідні для обігрівання 
приміщень в холодну пору року. До основних елементів системи опалення 
належать, джерело тепла, теплопровід, нагрівальні прилади. В якості теплоносіїв 
частіше всього використовують воду,  також в якості теплоносія може бути 
використана пара або повітря.  
Водяне опалення низького тиску відповідає основним санітарно-
гігієнічним вимогам і тому широко використовується на багатьох підприємствах 
різних галузей промисловості.  
Переваги системи водяного опалення: рівномірне нагрівання 
приміщення; можливість централізованого регулювання температури теплоносія 
(води); відсутність запаху гару, пилу при осіданні його на радіатори; підтримання 
відносної вологості повітря на відповідному рівні (повітря не пересушується); 
виключення опіків від нагрівальних приладів; пожежна безпека. 
Основний недолік системи водяного опалення – можливість її 
замерзання при відключенні в зимовий період, а також повільне нагрівання 
великих приміщень після тривалої перерви в опаленні.  
Парове опалення має ряд санітарно-гігієнічних недоліків. Зокрема, 
внаслідок перегрівання повітря знижується його відносна вологість, а органічний 
пил, що осідає на нагрівальних приладах, підгорає, викликаючи запах гару. Окрім 
того, існує небезпека пожеж та опіків. Враховуючи вищевказані недоліки не 
допускається застосування парового опалення в пожежонебезпечних приміщеннях 
та приміщеннях зі значним виділенням органічного пилу. 
З економічної точки зору систему парового опалення ефективно 
влаштовувати на великих підприємствах, де одна котельня забезпечує необхідний 
нагрів приміщень усіх корпусів та будівель. 
Повітряне опалення може бути центральним (з подачею нагрітого повітря 
від єдиного джерела тепла) та місцевим (з подачею теплого повітря від місцевих 
54 
 
нагрівальних приладів). Основні переваги цієї системи опалення: швидкий 
тепловий ефект в приміщенні при включенні системи; відсутність в приміщенні 
нагрівальних приладів; можливість використання в літній період для охолодження 
та вентиляції приміщень; економічність, особливо, якщо це опалення суміщене із 
загально обмінною вентиляцією. 
При виборі системи опалення підприємств, що проектуються чи 
реконструюються необхідно враховувати санітарно-гігієнічні, виробничі, 
експлуатаційні та економічні чинники. Слід зазначити, що досить ефективною є 
комбінована система опалення (центральне повітряне опалення, суміщене із 
загально-обмінною вентиляцією та водяне низького тиску). 
Дане приміщення обладнане водяною системою опалення, яка не в повній 
мірі обігріває приміщення в зимову пору року. Таким чином, потрібно 
модернізувати систему опалення для комфортної роботи в лабораторному 
приміщенні.   
Так як приміщення має невеликі розміри 6х4 м тобто 24 м², модернізувати 
стару водяну систему опалення недоцільно. Тому з точки зору затрат на 
модернізацію і подальших витрат на утримання системи опалення доцільно 
використати більш новітні та економічні технології. В даному приміщенні 
використовується одне робоче місце, для його обігріву застосовано електричний 
інфрачервоний обігрівач типу UFO. 
 
Рисунок 5.1 - Діаграма розподілу тепла для обігрівача UFO 
55 
 
Локальний обігрів окремих кімнат чи визначених площ значно 
економніший, порівняно з централізованим опаленням всіх приміщень. UFO-
обігрівачі особливо ефективні при обігріванні місць з великими втратами тепла. У 
будівлях з недостатньою теплоізоляцією, у зношених будинках нелегко і недешево 
зберегти достатню температуру повітря. Коли приміщення має значну площу і 
високі стелі, а працівники займають в ньому небагато місця,значно 
вигідніше обігрівати тільки ті частини приміщення, де зосереджено персонал.  
Економічно доцільніше використання локального UFO-обігріву у великих 
майстернях, складах. 
 
 
Рисунок 5.2 - Світловий обігрівач типу UFO STAR 3000 W 
 
Даний обігрівач є достатньо ефективним при обігріві невеликих приміщень 
і водночас є економічним. Площа лабораторного приміщення складає 24 м2  з 
таблиці 5.1 вибираємо обігрівач типу UFO 30. Даний обігрівач  розрахований на 
обігрів приміщення максимальною площею 30 м² і може споживати максимальну 
потужність 3,0 кВт/год. Його габаритні розміри 9х19х108 см. Обігрівач підвішений 
на стелі та розташований від робочого місця на відстані 3,6 м. під кутом 45°. Такий 
тип опалення відповідає вимогам ДСН 3.3.6.096-2006. В таблиці 5.1 приведені 
технічні характеристики обігрівачів UFO. 
Отже, після проведення модернізації системи опалення в приміщенні 
лабораторії, шляхом встановлення системи UFO, отримаємо параметри 
мікроклімату на робочому місці інженера-програміста в межах нормативних вимог 
відповідно ДСН 3.3.6-042-99. 
56 
 
Таблиця 5.1 - Технічні характеристики інфрачервоного обігрівача UFO 
Площа, що обігрівається 
Напруга Потужність Розміри (м²) 
Модель 
В/Гц (Вт) (см) Відкриті Закриті 
майданчики майданчики 
UFO 14 220/50 1400 9x19x74 8 14 
UFO 18 220/50 1800 9x19x86 10 18 
UFO 22 220/50 2200 9x19x86 13 22 
UFO 26 220/50 2600 9x19x108 15 26 
UFO 30 220/50 3000 9x19x108 18 30 
 
 
 
Рисунок 9.3 – Залежність температури повітря в приміщенні від його висоти 
  
57 
 
Висновки 
 
Вдосконалено структуроскоп для дослідження структури „метал-ізоляція-
електропровідне середовище” залежністю електромагнітного поля металевого 
циліндра з ізоляцією від параметрів середовища і частоти поля для вимірювання 
поляризаційного потенціалу поверхні металу в електропровідному середовищі. 
Структуроскоп для вимірювань постійних і змінних електричних напруг та 
поляризаційного потенціалу призначений для обстежень металевих споруд 
(трубопроводів, кабелів, та інших металевих конструкцій). 
Структуроскоп можна використовувати для вимірювань електричних 
потенціалів металоконструкцій в електропровідному середовищі. 
Структуроскоп вимірює постійну і змінну електричні напруги між 
металевою конструкцією і електродом порівняння та між двома електродами в 
електропровідному середовищі. 
За цими вимірами мікропроцесор приладу автоматично обчислює 
поляризаційний потенціал поверхні металу в електропровідному середовищі для 
контролю стану електрохімічного захисту металоконструкції від корозії. 
 
  
58 
 
Список використаної літератури 
 
1. Блецкан Д.І., Горват А.А., Кабацій В.М. Електричні вимірювання: 
Підручник для студентів вищих навчальних закладів / За редакцією професора Д. 
І. Блецкана. – Ужгород.: ВАТ “Видавництво “Закарпаття”, 2008. – 400 с. 
2. Електричі вимірювання електричних та неелектричних величин / За 
ред. Е. С. Поліщука. – Київ: Вища школа, 1978. – 352 с. 
3. Технічна діагностика матеріалів і конструкцій: Довідниковий посібник 
/ За заг. ред. З.Т. Назарчука – Т. 4: Електрофізичні методи неруйнівного контролю 
дефектності елементів конструкцій / Р. М. Джала, В. Р. Джала, І. Б. Івасів, В. Г. 
Рибачук, В. М. Учанін / За ред. Р.М. Джали. – Львів: Простір-М, 2018. – 356 с. 
4. Загальна електротехніка і основи електроніки: навчальний посібник / 
Співак В.М., Гуржий А.М., Нельга А.Т., Ітякін О.С.– Київ: КПІ, 2020. – 266 с. 
 
59