ChSTU repository

Зміст 
 
Стор. 
Вступ……………………………………………………………………………..4 
1 Обґрунтування необхідності проектування на основі аналізу Інтернет 
пошуку……………………………………………………………………….…….…….6 
2 Обґрунтування технічного завдання……………………………………..….17 
3 Розробка структурної та принципової схеми…………………………….…18 
4 Розрахунки основних елементів приладу…………………………..……….26 
5 Спеціальний розділ…………………………………………………………...31 
5.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, що впливають на співробітника 
дослідницької лабораторії………………………………………………………………31 
5.2 Техніко-економічне обґрунтування дослідження………………………...42 
Висновки……………………………………………………………………...….44 
Список використаної літератури…………………………………………….....46 
Додаток А Відомість технічного проєкту..........................................................48 
Додаток Б Перелік нормативної документації..................................................50 
Додаток В Лістинг програми ………………………………………………..…52 
Додаток Г Результати розрахунку друкованої плати підсилювача.................69 
  
СКРС83.022.411.001ПЗ 
Изм. Лист № докум. Подп. Дата 
 Разраб. Мірошник І.Ю. Пристрій для сортування Лит. Лист Листов 
 Пров. Трембовецька Р.В. 
виробів по питомій електричній 3 73 
  
 провідності  
 Н. Контр. Тичков В.В. ЧДТУ 
 Утв.  Пояснювальна записка 
 
Вступ 
 
Розвиток сучасного виробництва значною мірою визначається станом методів 
та засобів вимірювання та контролю. При високих вимогах до якості продукції, її 
надійності, найбільш перспективними виявляються неруйнівні методи контролю, так 
як вони дають можливість контролювати всі 100% виробів або матеріалів, що 
випускаються. 
Серед методів, що дозволяють виробляти такий безконтактний 
високопродуктивний контроль якості продукції, важливе місце займає метод 
вихрових струмів (МВТ). 
Відомо, що при внесенні провідного тіла в електромагнітне поле 
спотворюється первісна картина останнього, а в тілі наводяться вихрові струми. 
Розподіл вихрових струмів та обуреного поля залежить від електрофізичних 
параметрів тіла, його геометричної форми та розмірів, наявності різного роду 
дефектів (тріщин, раковин тощо). Контроль якості матеріалів та виробів за 
допомогою МВТ полягає в тому, що при відомому характері зазначеної вище 
залежності можна, вимірюючи обурене поле або величину реакції, що 
випробовується джерелом поля, судити про властивості досліджуваного зразка. МВТ 
широко застосовується для неруйнівної дефектоскопії, безконтактного вимірювання 
електропровідності металів та напівпровідників, вимірювання товщин листів, 
провідних та непровідних покриттів, діаметрів прутків та труб, 
Метод вихрових струмів як метод контролю якості матеріалів і виробів став 
активно розвиватися в останні 10—15 років. За цей час з'явилася велика кількість 
публікацій, присвячених його теорії, розрахунку основних вузлів приладів та 
методики проведення експериментальних досліджень. 
ВТМ засновані на збудженні вихрових струмів, тому застосовуються в 
основному для контролю якості електропровідних об'єктів: металів, сплавів, графіту, 
напівпровідників. Їм властива відносно невелика глибина зони контролю, яка 
Лист 
СКРС83.022.411.001ПЗ 
4  
Изм. Лист № докум. Подп. Дата 
 
визначається глибиною проникнення електромагнітного поля в контрольоване 
середовище. 
ВТМ дозволяють успішно вирішувати завдання контролю за розмірами 
виробів. Цими методами вимірюють діаметр дроту, прутків і труб, товщину 
металевих листів і стінок труб при односторонньому доступі до об'єкта, товщину 
електропровідних (наприклад, гальванічних) та діелектричних (наприклад, 
лакофарбових) покриттів на електропровідних основах, товщину шарів 
багатошарових структур, що містять електропровідні шари. Товщини, що 
вимірюються, можуть змінюватися в межах від мікрометрів до десятків міліметрів. 
Більшість приладів похибка виміру становить 2-5%. Мінімальна площа зони 
контролю може бути доведена до 1 мм.2що дозволяє вимірювати товщину покриття 
на малих об'єктах складної конфігурації. 
Особливість вихрострумового контролю в тому, що його можна проводити 
без контакту перетворювача та об'єкта. Їхня взаємодія відбувається зазвичай на 
відстанях, достатніх для вільного руху перетворювачів щодо об'єкта контролю (від 
часток міліметра до декількох сантиметрів). Тому цим методом можна отримати 
якісні результати контролю навіть за високих швидкостей руху контрольованих 
виробів. 
Простота конструкцій вихрострумових перетворювачів - ще одна істотна 
перевага електромагнітного методу контролю. Найчастіше котушки перетворювачів 
поміщають в оберігаючий корпус і заливають компаундом. Завдяки цьому 
перетворювачі стійкі до механічних та атмосферних впливів, можуть працювати в 
агресивних середовищах у широкому інтервалі температур та тисків. На сигнали 
перетворювача практично не впливають вологість, тиск та забрудненість газового 
середовища, радіоактивні випромінювання, забруднення поверхні об'єкта 
непровідними речовинами. 
 
  
Лист 
СКРС83.022.411.001ПЗ 
5  
Изм. Лист № докум. Подп. Дата 
 
1 Обґрунтування необхідності проєктування на основі Інтернет пошуку 
 
Вимірювач електропровідності Константа К6 застосовується для 
вимірювання питомої електропровідності виробів із неферомагнітних металів та їх 
сплавів. 
 
Малі габарити приладу, а також можливість швидкого визначення 
електропровідності дозволяють використовувати прилад для наступних цілей: 
 приймання деталей у постачальників з визначенням відповідності марки 
матеріалу виробів навіть під лакофарбовим покриттям; 
 оперативне сортування заготовок за марками матеріалів, 
використовуючи відповідні таблиці значень електропровідності різних алюмінієвих 
сплавів, бронзи, мідних сплавів, титанових сплавів тощо; 
 визначення відповідності марок матеріалів різних деталей необхідним 
маркам щодо нормативної документації при інспекції виробів та об'єктів; 
 контроль за технологічним процесом загартування матеріалів 
(алюмінієві та інші сплави). По таблицях відповідності ступеня гарту та 
електропровідності даної марки матеріалу можна однозначно визначити, що деталь 
недокалена або пережарена; 
 визначення зміни властивостей міцності деталей виробу в результаті 
термоудару за допомогою визначення зміни електропровідності матеріалу деталі. 
З відмінних рис вимірювача електропровідності Константа К6 можна 
виділити наступні: 
 робота у всьому робочому діапазоні одним перетворювачем ФД2; 
6 
 
 відбудова від впливу зазору між перетворювачем та об'єктом контролю 
дозволяє вимірювати електропровідність через лакофарбові покриття змінної 
товщини; 
 малі габарити, зручність та простота в роботі; 
 широкий набір перетворювачів дозволяє вирішувати більшість завдань 
вимірювання електропровідності; 
 можливість збереження результатів контролю в пам'яті приладу з 
подальшою передачею в ПК по каналу USB для зберігання, статистичної обробки та 
документування за допомогою програми Constanta-Data. 
 
Технічні характеристики вимірювача електропровідності Константа К6 
наведено у таблиці 
Характеристика Показник 
Діапазон виміру 
електропровідності, 0,005 ÷ 59 
σ, МСм/м 
Діаметр зони контролю 
4-6 
перетворювача, мм 
матричний LCD індикатор з 
Індикація відображенням сигналу та порога 
спрацьовування сигналізації 
Число осередків пам'яті 
999 з можливістю розбивки на 99 груп 
результатів контролю 
Акумулятори або батареї Alkaline, 
2 шт. 
тип ААА 
Час безперервної роботи, год 50 
Діапазон робочих температур -20...+50°С 
7 
 
Метрологічні характеристики вимірювача електропровідності Константа К6 
визначаються типом підключеного перетворювача. 
 
Технічні характеристики перетворювачів для вимірника ЕП Константа К6 
наведено у наступній таблиці 
Діапаз Межа Діапазо Мінімаль
он основної н на Діаметр Частота 
виміру відносної відбудо товщина зони типу 
Тип Призначення 
ЕП σ, похибки ви від об'єкта контрол збуджен
МСм/ вимірюван зазору, контрол ю, мм ня, кГц 
м ня, % мм ю, мм 
ФД2 Універсальний 
(ПФ перетворювач. 
0,5-59 3* 0-0,2 1-5 6 20 
-ІЕ- Діапазон 
6е) вимірювання 
перекриває всі 
можливі 
електропровідн
ості металів та 
сплавів. 
Відбудова від 
ПФ-
зазору 
ІЕА 7-40 3 0-0,2 0,6-1,5 6 60 
оптимізована 
в-6е 
для роботи з 
алюмінієвих 
металів. 
Екранований 
чутливий 
елемент із 
8 
 
діаметром зони 
контролю 6 мм. 
ПФ- Спеціалізовани
ІЕ- й 
0,5-5 3 0-0,2 1-2,3 6 170 
6е- перетворювач. 
Ti Перетворювач 
ПФ- призначений 
ІЕ- для 
2-16 3 0-0,2 0,9-2,0 6 60 
6е- застосування в 
Br авіаційній 
промисловості. 
Підвищена 
частота 
збудження 
вихрових 
ПФ- струмів 
ІЕ- дозволяє 
25-59 3 0-0,2 1,5-2,0 6 7 
6е- проводити 
Cu контроль 
тонких 
листових 
матеріалів із 
алюмінієвих 
сплавів. 
ПФ- Перетворювач 
ІЕ- для контролю 0,5-5 2 0-0,1 0,3-1,0 4 1800 
4-Ti малорозмірних 
9 
 
ПФ- та тонких 
ІЕ- виробів. 2-16 2 0-0,1 0,3-0,8 4 1200 
4-Br Чутливий 
ПФ- елемент як 
ІЕ- конуса 7-40 2 0-0,1 0,3-0,8 4 480 
4-Al дозволяє 
вимірювати 
електропровідн
ість на виробах 
складної 
ПФ- форми. Діаметр 
ІЕ- зони контролю 25-59 2 0-0,1 0,5-0,8 4 120 
4-Cu 4 мм. 
Забезпечені 
змінним 
захисним 
ковпачком. 
Перетворювач 
для контролю 
вугілля та 
вуглеграфіту, 
ПФ- призначений 
ІЕ- для 
0,01-1 10** 0-0,5 15 30 70 
30- вимірювання 
У1 питомої 
електропровідн
ості або 
питомого 
електричного 
10 
 
опору 
вуглеграфітови
х матеріалів 
(УГМ) з 
грубою 
поверхнею, 
неоднорідною 
та пористою 
структурою, 
для сортування 
вугілля, 
вуглеграфітів, 
ніпелів, 
електродів та їх 
недогарків. 
Перетворювач 
для контролю 
вуглепластиків 
та вуглець-
вуглецевих 
ПФ- композиційних 
ІЕ- матеріалів, 0,005-
10*** 0-0,5 4 18 3700 
18е- призначений 0,1 
У2 для 
вимірювання 
питомої 
електропровідн
ості нетканих 
та тканих 
11 
 
вуглецевих 
композиційних 
матеріалів зі 
сполучним з 
полімерних 
смол, а також з 
вуглецевим 
сполучним. 
* — 3% у діапазоні від 5 до 59 МСм/м, 7% у діапазоні від 0,5 до 5 МСм/м 
** – 10% у діапазоні від 0,1 до 1 МСм/м, 15% у діапазоні від 0,01 до 0,1 МСм/м 
*** – 10% у діапазоні від 0,005 до 0,02 МСм/м, 15% у діапазоні від 0,02 до 0,1 
МСм/м 
Як тестові еталони вимірювач електропровідності Константа К6 може 
комплектуватися зразками питомої електричної провідності CO-220 або CO-230. 
Комплекти заходів призначені для перевірки та калібрування вимірювачів питомої 
електричної провідності кольорових металів та сплавів. 
Номінальне Комплект Комплект Комплект Комплект 
значення питомої зразків зразків зразків зразків 
електропровідності титанової бронзової алюмінієвої мідної 
σ групи групи групи групи 
0,5 3,5 
Зразок №1 14 МСм/м 40 МСм/м 
МСм/м МСм/м 
Зразок №2 1 МСм/м 5 МСм/м 17 МСм/м 50 МСм/м 
Зразок №3 2 МСм/м 10 МСм/м 24 МСм/м 58 МСм/м 
Товщина зразків 
6 мм 
електропровідності 
Діаметр зразків 
24 мм 
електропровідності 
12 
 
Шорсткість 
поверхні зразків Не більше Ra 1,6 мкм 
електропровідності 
 
Вимірювач різниці потенціалів Константа ІП1 призначений для вимірювання 
різниці потенціалів (у тому числі поляризаційних) між підземними трубопроводами 
та допоміжним електродом, при обстеженні оболонок силових кабелів (до 10 кВ), 
кабелів зв'язку та іншого обладнання при проведенні робіт з електрохімічного 
захисту, а також для запам'ятовування та обробки результатів вимірювання на 
комп'ютері. В основу роботи приладу Константа ІП1 покладено принцип 
перетворення різниці потенціалів, що вимірюється, в цифровий відлік напруги з 
можливістю його запам'ятовування, обробки і передачі в комп'ютер. Обробка 
результатів проводиться убудованим мікропроцесором з інтегральними аналого-
цифровими перетворювачами. Відображення результатів здійснюється на 
рідкокристалічному індикаторі. 
 
 
Відмінні риси приладу Константа ІП1: 
 визначення координат джерела блукаючих струмів, що знижують 
ефективність електрохімзахисту шляхом суміщення діаграм двох і більшої кількості 
приладів за шкалою часу; 
13 
 
 запис в автономному режимі діаграми зміни різниці потенціалів, що 
вимірюються, в енергонезалежну пам'ять приладу; 
 аналіз записаної діаграми за допомогою спеціальної програми на 
комп'ютері, а також у найпростішому вигляді у приладі; 
 гнучка установка часу та дискретності запису діаграми; 
 автоматичне перемикання діапазонів виміру. 
Технічні характеристики вимірника різниці потенціалів Константа ІП1 
наведено у наступній таблиці 
Характеристики Значення 
Діапазони вимірювання різниці потенціалів, 
U, В1-й діапазон U2-й діапазон U3-й діапазон 0,001-0,9990,01-9,990,1-99,9 
U 
Спосіб перемикання діапазонів автоматичний 
Основна абсолютна похибка вимірювання U 
за діапазонами, В1-й діапазон U (0,001– 0,01U + 0,0010,01U + 0,010,01U + 
0,999)2-й діапазон U (0,001–0,999)3-й 0,1 
діапазон U (0,001–0,999) 
Вхідний опір, МОм 10 
Пам'ять запису діаграм 3600 вимірів (можливе розширення) 
Кількість діаграм, що запам'ятовуються 
999 
приладом 
Передача даних на комп'ютер канал RS232 
Діапазон робочих температур -10 ... +40 ° С 
Живлення: батарея або акумулятор тип 
9 
«6F22», 
 
МВП-2М - багатофункціональний вихрострумовий прилад (феритометр / 
вимірювач електропровідності / товщиномір) представлено на рисунку. 
14 
 
 
МВП-2М - це експертний інструмент для вирішення різних завдань 
вихрострумового (електромагнітно-індукційного) методу контролю, залежно від 
підключеного до нього перетворювача. Інструмент призначений для використання в 
якості: магнітного індукційного феритометра для вимірювання вмісту феритної фази 
у виробах зі сталей аустенітного та перлітного класів, вимірювача провідності - для 
визначення питомої електропровідності різних кольорових металів та їх сплавів, 
товщиноміра - для вимірювання товщини захисних та декоративних покриттів, 
струмопровідний матеріал 
Об'єктами вимірювань можуть бути будь-які вироби, у тому числі і 
великогабаритні з важкодоступними зонами вимірювання на плоских і опуклих 
поверхнях з радіусом кривизни не менше 5 мм під різними кутами. Регульований 
коефіцієнт посилення дозволяє настроювати прилад для роботи з різними 
перетворювачами та контролю різних матеріалів. 
Основні особливості: 
3 функції в одному: феритометр/ вимірювач електропровідності/товщиномір 
покриттів 
Висока точність 
Гнучкість у налаштуванні під будь-які завдання 
Автоматичний вимкнення приладу за відсутності контакту 1 хв. 
Регульований від 10 до 100 коефіцієнт посилення 
15 
 
Пам'ять: 5000 результатів вимірів з можливістю їх перегляду на екрані 
приладу або передачі на ПК 
Можливість введення до 15 шкал з клавіатури або з ПК 
Живлення: вбудований Li-ion акумулятор 
  
16 
 
2 Обґрунтування технічного завдання 
 
Пристрій для сортування виробів по питомій електричній провідності 
дозволяє проводити сортування виробів із приростом значень питомої електричної 
провідності та контроль різних механічних характеристик електропровідних 
неферомагнітних матеріалів за наявності експериментально встановлених 
кореляційних зв'язків між питомою електропровідністю та цими характеристиками. 
Вбудований термометр дозволяє врахувати вплив температури навколишнього 
середовища та підвищити точність вимірювання. Вбудована пам'ять зберігає 4096 
результатів вимірювання питомої електричної провідності для подальшої передачі на 
ПК. 
 
Технічні характеристики пристрою 
Діапазон вимірювання абсолютного значення питомої електричної 
провідності від 5 до 60 МСм/м. 
Діапазон вимірювань приросту питомої електричної провідності від -9,99 до 
+9,99 МСм/м. 
Межа основної відносної похибки вимірювань не більше 2%. 
Допустимий зазор між перетворювачем та поверхнею контрольованого 
виробу не більше 0,25 мм. 
Індикація результатів вимірювання цифрова. 
Електроживлення від батареї типу РРЗ 9В. 
Споживана потужність трохи більше 40 мВт. 
Діапазон робочих температур 5...40 °С. 
  
17 
 
3 Розробка структурної та принципової схеми 
 
3.1 Розробка структурної схеми 
Пристрій для сортування виробів по питомій електричній провідності працює 
в такий спосіб. 
Автогенератор 1 [СКРС83.022.411.001Е1] виробляє синусоїдальний струм для 
живлення перетворювача 2. Сигнал з виходу перетворювача 2, що несе інформацію 
про параметри об'єкта контролю, надходить на вхід пыдсилювача-суматора 3, на 
другий і третій входи якого надходять налаштовані в квадратурі напруги з 
компенсатора 4. Формуються вихідні напруги компенсатора 4 з напруги, 
пропорційного струму збудження перетворювача і надходить від автогенератора 1. 
Ці напруги вибираються такою величиною, що фаза вихідної напруги підсилювача-
суматора 3 практично не залежить від зміни зазору між перетворювачем і 
контрольованої поверхнею і є функцією питомої електричної провідності. Напруга з 
виходу підсилювача-суматора 3 подається на вхід фазометра 5, опорна напруга на 
який подається від автогенератора 1. На вхід процесорного блоку 8 через комутатор 
6 подається або вихідна напруга фазометра 5, або вихідна напруга термометра 7. 
Термометр 7 вимірює температуру навколишнього середовища. Це значення 
використовується в процесорному блоці 8 для визначення наведеного до температури 
+ 20 С значення питомої електричної провідності. Процесорний блок 8 перетворює 
вхідну напругу в цифровий код, проводить його обробку по заданому алгоритму, 
передає інформацію про питому електричну провідність вимірюваного об'єкта в блок 
10 індикації і, при необхідності, блок 9 пам'яті. Блок 10 індикації висвічує 
інформацію про значення вимірюваної питомої електричної провідності об'єкта при 
даній температурі, або про наведене значення питомої електричної провідності 
об'єкта при температурі 20 С, або про вимірювальний приріст питомої електричної 
провідності об'єкта, або виміряної раніше питомої електричної провідності, величина 
якої була внесена в блок 9 пам'яті. Крім того на дисплеї блоку 10 індикації може 
відображатися інформація про виконання пристроєм для сортування виробів по 
питомій електричній провідності тієї чи іншої операції. Блок пам'яті 9 дозволяє 
18 
 
запам'ятовувати результати вимірювань. Електроживлення всіх вузлів пристрою для 
сортування виробів по питомій електричній провідності здійснюється від 
стабілізованого блоку живлення 11. 
Зовнішній вигляд пристрою для сортування виробів по питомій електричній 
провідності показаний на [СКРС83.022.411.001ЗВ]. Пристрій для сортування виробів 
по питомій електричній провідності складається з електронного блоку 1 і 
перетворювача 2, з'єднаних гнучким кабелем 3. 
На передній панелі електронного блоку 1 знаходяться дисплей 1.1, панель 
управління пристроєм для сортування виробів по питомій електричній провідності 
1.2 і вбудований калібратор 1.3. Дисплей 1.1 призначений для відображення режимів 
роботи, параметрів налаштування пристрою для сортування виробів по питомій 
електричній провідності і вимірюваних значеннях питомої електричної провідності. 
Панель управління 1.2 призначена для введення параметрів налаштування пристрою 
для сортування виробів по питомій електричній провідності, перемикання режимів 
роботи та для роботи з пам'яттю. Вбудований калібратор 1.3 призначений для 
налаштування пристрою для сортування виробів по питомій електричній провідності. 
У верхній частині електронного блоку розташований передавач ІЧ-порту для 
передачі накопичених у пам'яті пристрою для сортування виробів по питомій 
електричній провідності даних у комп'ютер. На лівій бічній стінці знаходиться 
вимикач живлення 1.5. Доступ до відсіку батареї здійснюється через кришку на 
задній стінці електронного блоку. 
Для вимірювача пристрою для сортування виробів по питомій електричній 
провідності був обраний трансформаторний диференціальний накладний 
перетворювач із феромагнітним сердечником. 
Цей вибір дозволяє знизити залежність вихідного сигналу від температури, 
компенсувати вихідну напругу перетворювача, підвищує зручність вимірювання 
питому електричну провідність та товщини виробів із плоскими поверхнями та 
об'єктів складної форми. При включенні вихрострумових перетворювачів за 
диференціальною схемою підвищується стабільність роботи приладу, різко 
підвищується ставлення корисний сигнал/перешкода. Завдяки феромагнітному 
19 
 
сердечнику магнітне поле витісняється в робочу зону, підвищується абсолютна 
чутливість перетворювача та зменшується зона контролю за рахунок локалізації 
магнітного потоку. 
На [СКРС83.022.411.101Е3] показана схема вихрострумового перетворювача. 
Вивід 1 (сірий провід) підключається до генератора синусоїдальних імпульсів. 
Виводи 2 (жовтий дріт) і 3 (червоний дріт) підключаються до точки з нульовим 
потенціалом. Вивід 4 (чорний провід) підключається до блоку обробки інформації. 
На [СКРС83.022.411.101СК] показано розміри вихрострумового 
перетворювача. Кількість витків обмотки збудження дорівнює 700, кількість витків 
вимірювальної обмотки дорівнює 700. Збільшення кількості витків дозволить 
збільшити чутливість приладу, а зменшення кількості витків її значно знизить. 
Діаметр перетворювача 13 мм оптимальний для вимірювання питому електричну 
провідність та товщини електропровідних пластин та об'єктів складної форми. 
Збільшення діаметра ускладнить процес контролю за питомою електричною 
провідністю та товщиною, а зменшення не дозволить реалізувати необхідну кількість 
витків. Діаметр проводів обмоток повинен бути не більше 0.05 мм для забезпечення 
необхідної кількості витків. В отвір діаметром 9 мм міститься ферит, що виконує роль 
феромагнітного сердечника. Перетворювач рекомендується залити компаундом або 
епоксидною смолою для захисту перетворювача від механічних впливів. 
 
3.2 Розробка принципової схеми 
 
3.2.1 Блок генерації і обробки сигналу 
В якості генератор сигналу була обрана мікросхема AD5934, яка також 
дозволяє виміряти комплексний опір вимірювальної котушки. 
Це цікаве інтегральне рішення, що недавно з'явилося на ринку і дозволяє 
швидко і компактно вирішити питання створення вихрострумового приладу в 
мініатюрному виконанні з універсальними можливостями. 
AD5934 - мікросхема для вимірювання імпедансу, яка комбінує внутрішній 
генератор сигналу синусоїдальної форми 250 kSPS та аналого-цифровий 
20 
 
перетворювач (АЦП) (рисунок 3.1). Генератор сигналу синусоїдальної форми, що 
працює від зовнішнього тактового імпульсу, збуджує сигнал заданої частоти. Сигнал 
відповіді від імпедансу перетворюється на вбудований АЦП, і за допомогою 
дискретного перетворення Фур'є обробляється внутрішнім цифровим сигнальним 
процесором (ЦСП). Алгоритм ЦСП дозволяє вимірювати амплітуду і фазу сигналу 
відповіді та видавати інформацію про реальну (Re) та уявну (Im) складову 
вимірюваного опору: 
 
Величина повного опору імпедансу = (Im2 + Re2)0,5.                 (3.1) 
 
Фаза сигналу відповіді від імпедансу = tan−1(Im/Re).                (3.2) 
 
Основні характеристики мікросхеми AD5934: 
- розмах сигналу, що генерується - від 200мВ до 2В; 
- максимальна частота сигналу, що генерується - 100 кГц; 
- можливість програмування сигналу через послідовний інтерфейс 
I2C(TWI); 
- вимір імпедансу коливається від 1 кОм до 10 MОм; 
- здатність вимірювання малих опорів від 100 Ом до 1 кОм із додатковою 
схемою підключення; 
- здатність виміру фази; 
- частота вибірки внутрішнього АЦП - 250 тисяч вибірок в секунду; 
- розрядність АЦП – 12 біт; 
- максимальна частота зовнішнього тактового генератора – 16.776 МГц. 
- системна точність – 0.5 %; 
- напруга живлення - від 2.7 до 5.5 В; 
- струм споживання у нормальному режимі (при живленні 5.5 В) – 20 мА; 
- струм споживання в режимі Power-Down (при живленні 5.5) - 8 мкА; 
- діапазон робочих температур - −40°C до +125°C. 
 
21 
 
 
Рисунок 3.1 – Структурна схема вимірювача імпедансу AD5934. 
 
Дана мікросхема дозволяє одночасно генерувати сигнал синусоїдальної 
форми необхідної частоти та отримувати інформацію про реальну та уявну частину 
комплексного опору вихрострумового перетворювача, що зменшує кількість 
елементів електричної схеми та підвищує надійність приладу. 
Мікросхема AD5934 має низьке енергоспоживання та широкий діапазон 
робочих температур. 
 
3.2.2 Блок виводу інформації 
В якості індикатора інформації про параметри перетворювача був обраний 
алфавітно-цифровий РК модуль JA-CB16202 на основі контролера HD44780. 
Алфавітно-цифрові РКІ-модулі є недорогим і зручним рішенням, що 
дозволяють заощадити час і ресурси при розробці нових виробів, при цьому 
забезпечують відображення великого обсягу інформації при хорошій помітності і 
низькому енергоспоживання. Можливість оснащення РКІ-модулів заднім 
підсвічуванням дозволяє експлуатувати їх в умовах зі зниженою або нульовою 
освітленістю, а виконання з розширеним діапазоном температур (- 20 … + 70 С) у 
складних експлуатаційних умовах, у тому числі в переносній, польовій та навіть 
бортовій апаратурі. 
Контролер HD44780 потенційно може управляти двома рядками по 40 
символів у кожному, при матриці символу 5х7 пікселів. 
22 
 
3.2.3 Управління блоками генерації обробки сигналу і виводу інформації 
Для управління мікросхемою AD5934 було обрано мікроконтролер AVR 
сімейства MEGA фірми ATMEL-ATmega16. Мікроконтролер дозволяє регулювати 
параметри сигналу, що генерується, і отримувати дані про комплексний опір 
вимірювальної обмотки, що зберігаються у відповідних регістрах (Real data register і 
Imaginary data register) мікросхеми AD5934, через послідовний інтерфейс I2C(TWI). 
Це з основних причин вибору цього типу контролера. 
Мікроконтролер дозволяє генерувати тактовий імпульс внутрішнього АЦП 
мікросхеми AD5934 за допомогою широтно-імпульсної модуляції. 
Завдяки великій кількості незалежних портів введення/виводу 
мікроконтролера можлива одночасна передача даних блок виведення інформації. 
Також застосування мікроконтролера в системі дозволяє зробити її гнучкою і 
перебудовується, з безліччю сервісних функцій, при цьому залишивши її недорогою 
та простою в експлуатації. 
Основні характеристики мікроконтролера ATmega16: 
- AVR RISC-архітектура - архітектура високої продуктивності та малого 
споживання; 
- продуктивність 16 MIPS на частоті 16 МГц; 
- 16 Кбайт Flash ПЗУ програм з можливістю до 1000 циклів 
стирання/запису; 
- 512 байт ЕСППЗУ (EEPROM) даних, з можливістю до 100000 циклів 
стирання/запису; 
- 1 Кбайт оперативної пам'яті (SRAM); 
- можливість програмування безпосередньо в цільовій системі через 
послідовні інтерфейси SPI та JTAG; 
- можливість самопрограмування; 
- різні способи синхронізації: вбудований RC-генератор з внутрішньою і 
зовнішньою RC-ланцюжком, що задає, або із зовнішнім резонатором 
(п'єзокерамічним або кварцовим); зовнішній сигнал синхронізації; 
23 
 
- 6 режимів зниженого енергоспоживання (Idle, ADC Noise Reduction, Power-
save, Power-down, Standby та Extended Standby); 
- детектор зниження напруги живлення (BOD); 
- програмне зниження частоти тактового генератора; 
- два 8-розрядні таймери/лічильники з попереднім дільником частоти та 
режимом порівняння; 
- 16-розрядний таймер/лічильник із попереднім дільником частоти, 
режимом порівняння та режимом зовнішньої події; 
- чотири канали генерації вихідних ШІМ-сигналів; 
- аналоговий компаратор; 
- 8-канальний 10-розрядний АЦП як із несиметричними, так і з 
диференціальними входами; 
- повнодуплексний універсальний синхронний/асинхронний приймач 
USART; 
- послідовний синхронний інтерфейс SPI, що використовується для 
програмування Flash-пам'яті програм; 
- послідовний двопровідний інтерфейс TWI (аналог I2C) 
- 32 програмовані лінії введення/виводу з рівнями ТТЛ; на ці лінії 
виведено також підтримку периферійних функцій; 
- напруги живлення 2.7…5.5 В. 
Даний мікроконтролер відрізняється низькою ціною та великими 
обчислювальними здібностями. Велика кількість виводів мікросхеми дозволяє 
одночасно задавати параметри сигналу, що генерується, отримувати інформацію про 
параметри перетворювача і виводити її на індикатор, що істотно зменшує кількість 
елементів схеми приладу. 
Вибір даної мікросхеми дозволяє збільшити надійність приладу та зменшити 
його ціну. Мікроконтролер ATmega16 дає можливість програмування безпосередньо 
в цільовій системі через послідовні інтерфейси SPI та JTAG. 
Необхідно забезпечити достатній струм у навантаження, яким є 
вихрострумовий перетворювач. Для цієї мети добре підходить операційний 
24 
 
підсилювач AD8532 (DА2), включений за схемою повторювача, що дозволяє 
збільшити вхідний струм перетворювача до 250мА. 
Операційний підсилювач AD8532 (DА1) включений за схемою повторювача, 
що дозволяє зменшити навантаження на вимірювач імпедансу завдяки великому 
вхідному опору елемента. 
Конденсатор С3 (0.1 мкФ) та резистор R6 (20 кОм) включені для відсічення 
постійної складової збуджуючого сигналу. 
Резистори R3 (10кОм) і R4 (10кОм) необхідні організації передачі даних за 
інтерфейсом TWI. 
За допомогою резистора R11 (23.7 кОм) можлива зміна яскравості РК-
дисплея. Опори R1 (1кОм) та R2 (5.1кОм) підключені до внутрішнього підсилювача 
мікросхеми AD5934. Коефіцієнт посилення сигналу: 
 
K = R2 / R1 = 5.1 кОм / 1кОм = 5.1.                                  (3.3) 
 
Електролітний конденсатор С7 (1000 мкФ) фільтрує сигнал живлення. 
Конденсатори С2, С4 та С5 (по 0.1мкФ) фільтрують живлення мікросхем. 
Рекомендується розташовувати конденсатори гранично близько до відповідних 
висновків мікросхем. 
  
25 
 
4 Розрахунок основних елементів пристрою 
 
4.1 Розрахунок дільника напруги 
За допомогою операційного підсилювача AD8532 (D4) та двох опорів (R7, R8) 
номіналом 20 кОм реалізується схема дільника напруги (рисунок 4.1). Ця схема 
використовується для отримання двополярного сигналу при однополярному 
живленні. 
 
 
Рисунок 4.1 – Схема дільника напруги 
 
Вихідна напруга при Rнаван. = . 
 
R8
V  V   
out CC
R7  R8
 
3
20 10
V  5  2.5 В. 
out 3 3
20 10  20 10
 
Вихідна напруга при Rнаван.  . 
Необхідна похибка вихідної напруги:  = 0.001. 
Струм споживання навантаження: Iнаван. = 60 пА. 
 
26 
 
V
R  out . 
наван
I
наван
 
2,5 12
R   0,04 10  Ом. 
наван 12
60 10
 
R8  R
R8  наван . 
R8  R
наван
 
3 12
20 10  0,04 10
R8   19999  Ом. 
3 12
20 10  0,04 10
 
R8
V   V . 
out CC
R7  R8
 
19999
V   5  2,4999 В. 
out 3
20 10  19999
 
V
  1 out . 
V 
out
 
2,5
  1  0,0004 . 
2,4999
 
Отримана похибка менша за необхідну, завдяки великому вхідному опору 
операційного підсилювача AD8532. Для меншого навантаження джерела живлення 
рекомендується брати опір від 10 кОм. 
 
4.2 Розрахунок фільтру вихідного сигналу перетворювача 
Для фільтрації перешкод вихідного сигналу вихрострумового перетворювача 
використовується фільтр низьких частот першого порядку. 
27 
 
Конденсатор C1 (4 нФ) підключається паралельно опору зворотного зв'язку 
внутрішнього операційного підсилювача мікросхеми AD5934 (рисунок 4.2). 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 4.2 – Схема фільтру низьких частот першого порядку. 
 
Ємність вибирають таким чином, щоб її реактивний опір на робочій частоті 
дорівнював опору зворотного зв'язку ОП. 
Робоча частота дорівнює fроб = 7 кГц. Опір зворотного зв'язку R2 = 5,1 кОм. 
Ємність конденсатора має бути рівною: 
 
1
С  .  
2   f  R2
роб
 
1 9
С   4,45 10 Ф. 
3 3
2 3,1415  7 10 5,1 10
 
Найближча ємність із стандартного ряду 4 нФ. 
Верхня гранична частота смуги пропускання дорівнює: 
 
1
f  . () 
гр
2  C  R2
 
28 
 
1 3
f   7,8 10 Гц. 
гр 9 3
2 3,1415  4 10 5,1 10
 
4.3 Блок-схема програми мікроконтролера 
На [СКРС83.022.411.301ДМ] наведено блок-схему, що пояснює принцип 
запису даних у регістри мікросхеми AD5934. 
Master (ATmega16) генерує тактову частоту <400hz лінії SDL, після 
включення модуля TWI, після чого формує сигнал старт, відправляє адресу Slave 
(AD5934-0001101) і біт записи лінії SDA. Якщо Slave дізнався свою адресу, він 
надсилає сигнал підтвердження ACK. Далі майстер відправляє байт адреси регістру, 
який хочемо зробити запис даних. AD5934 формує сигнал підтвердження ACK. Після 
цього слід надсилання байта даних, підтвердження та сигнал стоп. Перевірити 
правильність роботи можна за кодами у регістрі TWSR ATmega16. 
Для читання даних із регістрів мікросхеми AD5934 після адреси Slave 
необхідно надіслати біт читання. 
Генерація синусоїди з необхідними параметрами: 
1 - У регістри $82, $83, $84 записуються $28, $F5, $C2 відповідно для 
завдання частоти генерованого сигналу 7кГц. 
2 - У регістри $80 і $81 записується $В1 і $08 відповідно, для завдання 
розмаху сигналу 2В, що генерується, і режиму роботи із зовнішнім тактовим 
генератором. 
3 - Записується 0b 00001000 у регістр з адресою 80h, тим самим задаємо 
команду "Initialize sensor with start frequency". 
4 - Після невеликої затримки записується 0b 00010000 в регістр з адресою 80h, 
тим самим синус генерується на Vout при подачі тактового імпульсу на MCLK 
(4МГц). 
5 - Готовність перетворення можна перевірити, вважаючи дані Status Register 
за адресою 8Fh. 
4 - Читаємо дані з 2-х регістрів Real Data Register (адреси - 94h та 95h), 
Imaginary Data Register (адреси - 96h та 97h). 
29 
 
При натисканні кнопки дані порівнюються з відомими даними за різних 
товщин бронзового виробу. Інформація про товщину бронзового виробу 
відображається на дисплеї. Якщо кнопка не натиснута, то дані про імпеданс котушки 
переводяться з шістнадцяткової системи числення в десяткову і виводяться на 
дисплей, через порт мікроконтролера. 
Програмування мікроконтролера ATmega16 проводиться через інтерфейс SPI. 
Лістинг програми наведено в Додатку В. 
  
30 
 
5 Спеціальний розділ 
 
5.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, що впливають на співробітника 
дослідницької лабораторії 
В процесі розробки проєкту пристрою для сортування виробів на 
співробітника лабораторії впливають різноманітні параметри робочої обстановки, 
зокрема, температура, вологість і швидкість руху повітря, шум, вібрація, шкідливі 
речовини, різноманітні випромінювання тощо. Від умов праці в значному ступені 
залежать здоров'я і працездатність людини, її відношення до праці і результати її 
діяльності. При поганих умовах різко знижується продуктивність праці і 
створюються передумови для виникнення травм і професійних захворювань. 
Проаналізуємо фактори, що впливають на здоров'я і працездатність 
співробітника, який працює у дослідницькій лабораторії. 
Робоче місце співробітника являє собою простору кімнату, яка мебльована 
столами та шафами, укомплектована комп’ютерною технікою та периферійним 
обладнанням. Монітори розташовані таким чином, що відстань від екрану монітору 
до користувача складає не менше 70 cм, при цьому кут зору становить близько 30о. 
Щодо розташування предметів на робочому місці, то всі вони знаходяться в 
робочій зоні в межах прямої видимості та розміщені на відстані не більше 80 см від 
працівника. Розміри столу становлять: довжина – 1,2 м, ширина – 0,9 м, висота – 0,745 
м. Висота стільця становить 0,45 м. З врахуванням середнього росту людини, який 
складає 160–180 см, можна сказати, що положення, яке співробітник лабораторії 
займає при роботі відповідає нормативним інструкціям і рекомендаціям ДСТУ 
8604:2015 «Дизайн і ергономіка. Робоче місце для виконання робіт у положенні 
сидячи. Загальні ергономічні вимоги». При цьому потрібно відмітити, що положення 
моніторів вибрано найкращим чином, так як світло, що потрапляє через вікно, падає 
з лівого чи правого боку від працюючого в залежності від розташування робочого 
місця і, таким чином, не засліплює йому очі. Задля кращого уникнення негативного 
ефекту, пов’язаного з надмірною освітленістю приміщення, вікна обладнані жалюзі. 
31 
 
Розміри лабораторії становлять: довжина – 8 м, ширина – 4,5 м, висота – 3 м. 
Відповідно її площа дорівнює 36 м2. Найбільша кількість одночасно працюючих 
становить 6 чоловік. Звідси площа, що припадає на одного робітника, дорівнює 6 м2, 
що відповідає ДБН В.2.2.28-2010. Об’єм  приміщення  складає 108 м3. Звідси 
визначаємо, що об'єм, який припадає на одну людину дорівнює 18 м3. Нормативне 
значення складає 15 м3. З наведених даних можна зробити висновок, що дане 
приміщення задовольняє вимогам ДБН В.2.2.28-2010 з розрахунку на одну людину. 
Освітлення здійснюється через віконні отвори (природне однобічне 
освітлення), за допомогою світильників на стелі (штучне верхнє освітлення) або 
одночасно - світильники і вікна (сполучене освітлення). В приміщенні вздовж однієї 
зі стін розташовано 2 вікна, розміри кожного з яких становлять 2 м на 1,3 м. 
Величина необхідного освітлення на робочому місці приміщення нормується 
згідно з ДБН В.2.5-28-2018. При штучному освітленні нормується величина 
освітленості в люксах (Лк), яка вибирається в залежності від характеристики зорової 
праці з урахуванням найменшого розміру об'єкта розрізнення, фона, контраста 
об'єкта розрізнення з фоном. 
За найменший об’єкт розрізнення приймемо крапку в тексті книги чи на екрані 
монітору, розмір якого визначимо на рівні 0,15–0,3 мм. Користуючись ДБН В.2.5-28-
2018, визначаємо, що за розміром обраного нами найменшого об’єкта розрізнення, 
ступінь точності зорової праці відноситься до високого і становить ІІ розряд. 
Нормативне значення КПО для визначеного розряду зорової роботи відповідає – 
ен=1,8%. Фактичне значення КПО становить 25-35%. Отже, рівень природного 
освітлення в даному приміщенні знаходиться в нормі. 
Нормативне значення штучного загального освітлення становить  
400 лк. Фактичне значення згаданого параметра становить 190-200 лк, що в два рази 
нижче зазначеної норми, відповідно до ДБН В.2.5-28-2018. 
В якості джерел світла при штучному освітленні використовуються 
люмінесцентні лампи, в освітлювачах типу ЛСП 02В-1×40, загальна кількість яких 
становить 4. Таким чином, в даному приміщенні рекомендується модернізувати 
систему штучного освітлення. 
32 
 
Електропроводка в даному приміщенні прихованого типу. Приміщення 
відноситься до 3 типу: приміщення без підвищеної небезпеки ураження працівників 
електричним струмом. Обладнання, встановлене в ньому живиться напругою 220 В і 
споживає потужність менше ніж 2000 Вт. Деяке обладнання, зокрема ПК, має 
металевий корпус, тому згідно з ДСТУ Б В.2.5-82-2016 в аудиторії передбачена 
магістраль захисного заземлення.  
Під час роботи з обладнанням необхідно: 
1. При раптовому припиненні подачі електроструму потрібно негайно 
вимкнути електрообладнання. 
2. Категорично забороняється ремонтувати електрообладнання,  вмикати  
та вимикати його, якщо це не передбачено в ході роботи. 
3. Категорично забороняється проводити будь-які перемикання на 
головному розподільному щиті. 
4. Не знімати запобіжні кожухи. 
5. У випадку виявлення неполагодженого електрообладнання, 
вимірювальних приладів і дротів, терміново вимкнути напругу і звернутись до 
керівника лабораторії. 
6. У випадку ураження електричним струмом слід терміново звільнити 
потерпілого від дії струму і прийняти міри по наданню першої допомоги, при 
необхідності викликати лікаря. 
7. Лабораторія відноситься до приміщень з категорією пожежовибухо- 
небезпеки типу В, оскільки в лабораторії в наявності деревяні меблі, плакати, 
підлога, які є твердими важкогорючими матеріалами. Для попередження пожеж в 
лабораторії використовується електрична пожежна сигналізація  променевого типу 
та теплові датчики типу (ИП-105-2) у кількості 6 шт. Також дана лабораторія 
обладнана двома ручними вуглекислотними вогнегасниками типу ВВК-7 (Правила 
експлуатації та типові норми  належності вогнегасників). 
При виникненні пожежі в приміщенні лабораторії працівники зобов'язані: 
1.  Сповістити про пожежу за телефоном 101. Назвати своє прізвище та 
прізвище керівника установи; 
33 
 
2.  Повідомити про пожежу керівника установи; 
3.  Негайно організувати евакуацію людей, використовуючи наявні засоби; 
4.  Відключити електроенергію, вентиляцію та провести інші заходи, що 
запобігають поширенню пожежі та задимленості у приміщенні; 
5.  Приступити до гасіння пожежі наявними засобами пожежогасіння, а  
при неможливості   виконання   даних  дій  вийти  з приміщення, зачинивши за собою 
двері, та діяти згідно з розпорядженнями свого керівника або команди, яка 
організовує гасіння пожежі; 
6.  Одночасно з гасінням пожежі організувати евакуацію та захист майна, 
матеріальних цінностей; 
7.  Забезпечити дотримання техніки безпеки працівниками, які беруть 
участь у гасінні пожежі; 
8.  Після прибуття на пожежу пожежних підрозділів забезпечити їм вільний 
доступ на території об'єкта. 
В лабораторії рівень шуму, який в основному зумовлений одночасною 
роботою системних блоків комп’ютерів не перевищує 45 дБА. Інколи, при роботі 
принтера це значення досягає 55 дБА. Але, відповідно до ДСН 3.3.6.037-99 
нормативне значення допустимого рівню звукового тиску, рівню звуку та 
еквівалентного рівню звуку на робочому місці в лабораторії становить 60 дБА. Таким 
чином, фактичні рівні шуму в приміщенні лабораторії не перевищують нормативні 
значенні цього параметру. 
В нашому випадку вплив електромагнітного випромінювання на людину 
відбувається на частоті системної шини персонального комп’ютера та від мережі 
змінного струму частотою 50 Гц. Відповідно до ДСН 3.3.6.096-2002 знаходимо, що 
гранично допустимий рівень напруженості електромагнітного поля (ЕМП) по 
електричній складовій (В/м) на робочих місцях персоналу протягом робочого дня у 
діапазоні частот від 50 до 300 МГц не повинен перевищувати встановленої межі у 5 
В/м. У нашому випадку напруженість ЕМП становить 0,1 В/м. Таким чином, 
фактичне значення параметру не перевищує нормативне. Можна зробити висновок, 
що клас умов праці за даним параметром відноситься до допустимих. 
34 
 
Аналізуючи зареєстроване електростатичне поле, в даному випадку його 
напруженість не перевищує гранично допустиме значення (Едоп) і дані умови праці 
відносяться до допустимих. 
Згідно з ДСН 3.3.6.042-99 окремо для двох періодів року, визначаємо 
оптимальні і допустимі значення температури, відносної вологості та швидкості руху 
повітря. 
Враховуючи характеристику трудової діяльності людини, яка визначає сту-
пінь залучення до роботи м'язів і відображає фізіологічні витрати внаслідок 
фізичного навантаження, потрібно відмітити, що дана робота є сидячою і при цьому 
не спостерігається фізична напруга працівника. Людина на такій посаді працює з 
витратами до 120 ккал/год, а отже дана робота відноситься до легкої фізичної 
(категорія Iа). Оскільки на даному робочому місці робітник безперервно знаходиться 
більшу частину свого робочого часу, при цьому не змінюючи оточення, то дане 
робоче місце можна віднести до постійного. 
Нормовані величини температури, відносної вологості і швидкості руху 
повітря в робочій зоні виробничого приміщення в холодний період року: 
- оптимальне значення температури 22-24°С; 
- допустиме значення температури 21-25°С; 
- оптимальне значення відносної вологості 40-60%; 
- оптимальне значення швидкості руху повітря 0,1м/с; 
- допустиме значення швидкості руху повітря ≤0,1 м/с. 
Нормовані величини температури, відносної вологості і швидкості руху 
повітря в робочій зоні виробничого приміщення в теплий період року: 
- оптимальне значення температури 23-25°С; 
- допустиме значення температури 22-28°С; 
- оптимальне значення відносної вологості 40-60%; 
- оптимальне значення швидкості руху повітря 0,1 м/с; 
- допустиме значення швидкості руху повітря 0,1-0,2 м/с. 
В лабораторії фактичне значення температури в холодний період року 
становить 19-20°С, що нижче від відповідної нижньої межі допустимого значення. 
35 
 
Таким чином, дані умови праці відносяться до першого ступеня шкідливості. Це в 
свою чергу може призвести до легких форм застуди. Рекомендується в даному 
приміщенні в холодний період року користуватися автономним обігрівачем 
невеликої потужності. 
Що стосується теплого періоду року, то фактичне значення температури 
відповідає 26-27 °С, що в свою чергу перевищує оптимальне значення, але 
знаходиться в допустимих межах. Проте, як відомо, висока температура негативно 
впливає на самопочуття робітника і, як наслідок, веде за собою зниження 
працездатності. В такому випадку рекомендується в даному приміщенні встановити 
додатковий кондиціонер, що сприятиме більш комфортній роботі. Також, завдяки 
використанню даного технічного засобу, в холодну пору року відпаде необхідність в 
використанні автономного обігрівача, так як цю функцію можна покласти на 
кондиціонер. 
Що ж до швидкості руху повітря, то фактичне значення цієї величини, яке в 
свою чергу становить 0,2-0,4 м/с, перевищує максимально допустиме значення лише 
в холодну пору року. Це може негативно вплинути на здоров’я робітника, так як з 
протягом пов’язані такі хвороби, як запалення м’язів, гострі респіраторні 
захворювання і ін. Виходом з даної ситуації може бути реконструкція вікон, 
пов’язана з заміною їх на більш сучасні – пластикові. Також, необхідно слідкувати за 
тим, щоб не створювався протяг в результаті того, що відчинені двері. 
Фактичне значення відносної вологості повітря в приміщенні становить 62-
67%. Це відповідає першому ступеню шкідливості умов праці. Перевищення 
вологості в теплий період року призводить до збільшення температури тіла. 
Особливо дане явище має місце при відхиленні температури від оптимальних меж в 
сторону збільшення. При пониженні температури підвищена вологість може 
призвести до переохолодження тіла. Як підвищення, так і зниження температури тіла 
може призвести до застуди. 
На основі вищенаведених даних можна сказати, що технічний рівень робочого 
місця не відповідає нормативним вимогам. Це проявляється внаслідок недостатньої 
кількості джерел світла. Потрібно відмітити, що раціонально виконане освітлення 
36 
 
виробничих приміщень надає позитивного психофізіологічного впливу на 
працюючих, сприяє підвищенню продуктивності праці, забезпеченню її безпеки, 
знижує втому і травматизм на виробництві, зберігає високу працездатність в процесі 
праці. Таким чином, в даному приміщенні рекомендується модернізувати систему 
загального штучного освітлення. 
Серед чинників зовнішнього середовища, що впливають на організм людини 
в процесі праці, світло займає одне з перших місць. Адже відомо, що майже, 90% 
всієї інформації про довкілля людина одержує через органи зору. Під час здійснення 
будь-якої трудової діяльності втомлюваність очей, в основному, залежить від напру-
женості процесів, що супроводжують зорове сприйняття.  
Світло впливає не лише на функцію органів зору, а й на діяльність організму 
в цілому. При поганому освітленні людина швидко втомлюється, працює менш про-
дуктивно, зростає потенційна небезпека помилкових дій і нещасних випадків. Згідно 
із статистичними даними, до 5% травм можна пояснити недостатнім або нераціо-
нальним освітленням, а в 20% воно сприяло виникненню травм. Врешті, погане 
освітлення може призвести до професійних захворювань, наприклад, таких як робоча 
міопія (короткозорість, спазм акомодації). 
Для створення оптимальних умов зорової роботи слід враховувати не лише 
кількість та якість освітлення, а й кольорове оточення. Так; при світлому 
пофарбуванні інтер'єру завдяки збільшенню кількості відбитого світла рівень 
освітленості підвищується на 20-40% (при тій же потужності джерел світла), різкість 
тіней зменшується, покращується рівномірність освітлення. При надмірній 
яскравості джерел світла та предметів, що знаходяться у полі зору, може відбутись 
засліплення працівника. Нерівномірність освітлення та неоднакова яскравість 
навколишніх предметів призводять до частої переадаптації очей під час виконання 
роботи і, як наслідок цього – до швидкого втомлення органів зору. Тому поверхні, 
що добре освітлюються і знаходяться в полі зору, краще фарбувати в кольори 
середньої світлості, коефіцієнт відбиття яких знаходиться в межах 0,3-0,6, і, бажано, 
щоб вони мали матову або напівматову поверхню. 
До робочого освітлення надаються певні вимоги: 
37 
 
- освітлення на робочих місцях повинно бути достатнім для виконання даної 
роботи; 
- освітлення повинно бути рівномірним по робочій поверхні; 
- на робочій поверхні не повинно бути тіні, особливо рухливої; 
- в полі зору не повинно бути прямого і відбитого блиску (блиск – підвищена 
яскравість освітленої поверхні, яка викликає осліплення);  
- величина освітленості повинна бути постійною в часі; 
- спектральний склад світла повинен відповідати характеру роботи (ця вимога 
особливо суттєва для забезпечення правильної кольоропередачі); 
- світлові установки не повинні бути джерелом додаткових небезпек та 
шкідливостей; 
- установки повинні бути економні, прості та надійні до роботи. 
Розрахунок штучного освітлення виконується методом коефіцієнту 
використання світлового потоку. Основною задачею розрахунку штучного 
освітлення є визначення необхідної кількості світильників для забезпечення 
нормативного рівня штучного освітлення за формулою: 
 
E  S  z  К
N  н з
n  F 
л                                    (5.1) 
 
де Ен – нормоване освітлення, лк (ДБН В.2.5-28-2018); 
Кз – коефіцієнт запасу, який враховує зниження освітлення в процесі 
експлуатації (для заданого приміщення Кз = 1,5); 
S = А·В – площа приміщення, (А – довжина приміщення, В – ширина 
приміщення); 
z – коефіцієнт мінімального освітлення; z = 1,1 (для люмінесцентних ламп); 
n – кількість ламп у світильнику; 
Fл – світловий потік лампи; 
 – коефіцієнт використання, відн. од. 
Для визначення нормованого освітлення – Ен, визначаємо: 
38 
 
- перелік основних предметів, які повинна розглядати людина у процесі 
роботи на заданому робочому місці: надписи на екрані монітору, шрифт у книзі. 
- самі дрібні деталі зображення (найменші об’єкти розрізнення), які 
містяться на перелічених предметах: розділові знаки в книжках. Орієнтовно 
оцінюємо їх розмір у 0,15 ...0,3 мм. 
- характеристику фона – поверхні, на якій розглядається найменший 
об’єкт розрізнення, в залежності від коефіцієнта відбиття поверхні ρ. Фон є  світлим 
(ρ > 0,4), оскільки в основному маємо справу з написами на білому фоні, як в книзі 
так і на екрані монітору. Для вказаного фону коефіцієнт відбиття поверхні ρ = 0,9. 
- контраст об’єкта розрізнення з фоном, тобто наскільки чітко 
сприймається найменший об’єкт розрізнення на вищерозглянутому фоні. Контраст є 
великим (між білим і чорним). 
Користуючись ДБН В.2.5-28-2018 визначаємо, що розмір обраного 
найменшого об’єкта розрізнення відноситься до діапазону розмірів в межах 0,15-
0,3мм, що відповідає IІг розряду зорової праці. 
Нормативне значення штучного загального освітлення Ен з врахуванням 
характеристики фону та контрасту становить 400 лк. 
Відповідно типу приміщення приймаємо тип світильника в залежності від 
умов середовища і типу приміщення. Обираємо стельовий світлодіодний світильник 
Eglo Salobrena 96152.  
Світлодіодні світильники різної форми широко використовуються в створенні 
освітлювальних систем офісних та адміністративних будівель. Вони успішно 
замінили собою традиційні лампочки та енергозберігаючі лампи. Істотне розширення 
області застосування LED світильників стало можливим відносно недавно – після 
появи потужних світлодіодів. Прилад освітлення на таких елементах з багатьох 
технічних і експлуатаційних параметрів перевершив традиційні джерела освітлення 
(лампи розжарювання, люмінесцентні лампи, галогенні лампи тощо). 
Порівняно з лампами розжарювання вбудовані світлодіодні лампочки мають 
тривалий термін служби. За номінальним параметром він становить близько 50 тисяч 
годин. Від ламп розжарювання світлодіодний світильник стельового виду відрізняє 
39 
 
також направлене випромінювання. Порівняно з люмінесцентними лампами 
світлодіоди повністю безпечні, не вимагають складної утилізації, оскільки у них 
відсутня ртуть. 
Після включення світлодіодного стельового світильника, максимальна 
потужність світлового потоку буде досягнуто буквально за частку секунди. 
Світлодіодні лампи відрізняються великою різноманітністю колірного відтінку 
освітлення починаючи від теплого, характерного для ламп розжарювання, і 
закінчуючи білим холодним. 
Порівнюючи світлодіодний прилад освітлення з лампами розжарювання або 
люмінесцентними лампами, можна відзначити суттєву економію електроенергії - 
95% і 50% відповідно. На сьогодні світлодіодний світильник – це самий потужне і 
економічне джерело світла. 
Сучасний вбудований стельовий світлодіодний LED-світильник за силою 
світла легко здатний конкурувати з лампами розжарювання. Досягти таких 
показників дозволило спільне застосування дуже яскравих світлодіодів з 
напівпровідниковим перетворювачем. Найпростіша схема світлодіодних LED-
світильників включає всього дві деталі – діоди і гасить резистор. Світлодіоди при 
такій схемі підключаються зустрічно-паралельно. В результаті вони надійно 
захищені від впливу зворотної напруги. Подвійне підключення також дозволяє 
мінімізувати миготіння світлодіодів, яке може стомлювати зір. 
Для розрахунку необхідної кількості світильників в приміщенні лабораторії 
необхідно врахувати основні технічні характеристики обраного світильника: 
- форма плафону – квадратний;  
- колір плафону – білий;  
- світловий потік – 2100 лм;  
- габаритні розміри – 300 х 300 х 11 мм;  
- матеріал плафону – пластик;  
- електрична потужність – 16 Вт;  
- напруга живлення – 220-240 В; 
- ступінь захисту - IP 20;  
40 
 
- площа освітлення - 8 м2. 
 
 
Рисунок 5.1 – Стельовий світлодіодний світильник Eglo Salobrena 96152 
 
Визначаємо коефіцієнт використання в залежності від групи світильника 
(третя група), коефіцієнтів відбиття стелі (70%), стін (50%) і підлоги (10%) та індексу 
приміщення і: 
 
A  B
i 
h  (A  B)                    (5.2) 
де А – довжина приміщення, м; 
В – ширина приміщення, м; 
h = Н – 0,8 = 3 – 0,8 = 2,2 м – висота підвісу світильників. 
Згідно виразу (5.2) знаходимо:  
 
8  4,5
i   1,3
2,2  (8  4,5) . 
 
За формулою (5.1) розраховуємо кількість світильників N: 
 
E  S  z  К
н з 400 36 1,1 1,5
N    14,5
n  F  1  2100  0,78
л  
 
41 
 
Таким чином, приймаємо п’ятнадцять світильників. 
Необхідно розташувати 15 світильників рівномірно на усій площі стелі 
заданого приміщення з врахуванням габаритних розмірів приміщення та 
світильників. При цьому, оскільки кількість світильників відповідає наявній, 
рекомендується нові встановити на існуючі місця розташування. 
Для живлення освітлювальної мережі використовується напруга 220 В. 
Перетин дроту повинен задовольняти таким вимогам: 
- дроти повинні допускати протікання по ним розрахункового струму 
освітлювального навантаження, не нагріваючись вище допустимої температури; 
- напруга на джерелах світла повинна бути не нижче мінімальних значень; 
- механічна міцність дротів повинна бути достатньою для даного типу 
електропроводки.  
Відповідно значенню розрахункового струму необхідно прийняти 
допустимий мінімальний перетин дроту, яким можливо провести з’єднання 
світильників в освітлювальну мережу для забезпечення пожежної безпеки. Обираємо 
дріт з полівінілхлоридною ізоляцією та мідними жилами площею поперечного 
перерізу 1,0 мм2 (максимально допустимий струм – 15 А), оскільки менший перетин 
дроту не рекомендується до використання за механічною міцністю. 
 
5.2 Техніко-економічне обґрунтування дослідження 
Одними з найважливіших завдань неруйнівного контролю є завдання 
структуроскопії. Це сортування матеріалів за марками, оцінка ступеня їх хімічної 
чистоти, виявлення та оцінка неоднорідності структури, оцінка глибини та якості 
поверхнево-зміцнених шарів, а також контроль якості термічної та хіміко-термічної 
обробки деталей, стану поверхневих шарів після механічної обробки, виявлення 
залишкової механічної напруги і т.п. 
Головним недоліком практично всіх відомих приладів для вимірювання 
питомої електричної провідності є її вимірювання без урахування температури 
навколишнього середовища, а отже, і температури виробів, що контролюються. При 
використанні цих приладів необхідно додатково вимірювати температуру 
42 
 
навколишнього середовища і перераховувати отримані значення питомої 
електричної провідності до значень, що відповідає температурі +20°С, оскільки всі 
кореляційні залежності між питомою електричною провідністю σ та структурними 
характеристиками матеріалів наводяться для цієї температури. Крім температури на 
електричну провідність металів та сплавів впливають концентрація домішок та атоми 
з некомпенсованими електронами. 
Плата підсилювача змінної напруги 
Матеріали і радіоелементи на основі SMD технології 
Резистор шт. 10 0,75 6 5 0,30 5,30 
Мікросхема шт. 5 3,50 70,00 5 3,50 73,50 
Конденсатор шт. 5 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 97,32 
 
  
43 
 
Висновки 
 
Був сконструйований прилад, що дозволяє отримувати інформацію про 
комплексний опір вимірювальної обмотки вихрострумового перетворювача при 
взаємодії електромагнітного поля, створеного збудливою обмоткою, з полем, 
створюваним вихровими струмами електропровідних пластинах різних сплавів і 
товщин. Апроксимувавши отримані результати, прилад дозволяє визначати 
електричну питому провідність бронзових, латунних алюмінієвих та 
дюралюмінієвих виробів, а також визначати товщину неметалічних покриттів (лаки, 
фарби, пластик тощо), нанесених на дані вироби відомої товщини. Прилад має високу 
похибку вимірювання. Для зменшення похибки вимірювання можливе застосування 
програмних методів усереднення отриманих даних, а також цифрову фільтрацію 
сигналу ВТП. 
Вибір трансформаторного/ диференціального/ накладного перетворювача 
дозволив знизити залежність вихідного сигналу від температури, компенсувати 
вихідну напругу перетворювача, підвищити зручність виміру товщини виробів з 
плоскими поверхнями та об'єктів складної форми. Завдяки феромагнітному 
сердечнику магнітне поле витісняється в робочу зону, підвищується абсолютна 
чутливість перетворювача та зменшується зона контролю за рахунок локалізації 
магнітного потоку. 
Для вимірювання параметрів перетворювача була обрана мікросхема AD5934, 
яка дозволяє одночасно генерувати сигнал синусоїдальної форми необхідної частоти 
та отримувати інформацію про реальну та уявну частину комплексного опору, що 
зменшує кількість елементів електричної схеми та підвищує надійність приладу. 
Мікросхема має низьке енергоспоживання та широкий діапазон робочих температур. 
Управління мікросхемою AD5934 здійснюється за допомогою 
мікроконтролера AVR сімейства MEGA фірми ATMEL-ATmega16. Даний 
мікроконтролер відрізняється низькою ціною та великими обчислювальними 
здібностями. Велике кількість висновків мікросхеми дозволяє одночасно задавати 
параметри сигналу, що генерується, отримувати інформацію про параметри 
44 
 
перетворювача і виводити її на індикатор, що істотно зменшує кількість елементів 
схеми приладу. Вибір цієї мікросхеми дозволяє зменшити ціну приладу. 
Мікроконтролер ATmega16 дає можливість програмування безпосередньо в в 
цільової системи через послідовні інтерфейси SPI та JTAG. 
В якості індикатора інформації про параметри перетворювача був обраний 
алфавітно-цифровий РК модуль JA-CB16202 на основі контролера HD44780. 
Алфавітно-цифрові РКІ-модулі є недорогим і зручним рішенням, що дозволяє 
заощадити час і ресурси при розробці нових виробів, при цьому забезпечують 
відображення великого обсягу інформації при хорошій помітності і низькому 
енергоспоживання. 
Контроль товщини забезпечується при виконанні наступних умов: 
- відстань від краю перетворювача до досліджуваного виробу має бути 
мінімальною; 
- товщина виробу трохи більше 3.0 мм; 
- товщина лакофарбового покриття трохи більше 1мм; 
- температура об'єкта контролю відповідає температурі довкілля. 
Вимірювання здійснюється шляхом встановлення перетворювача (датчика) на 
контрольовану поверхню без додаткових зазорів. Спосіб контролю товщини виробу 
- ручний шляхом перестановки датчика без ковзання його на контрольованій 
поверхні. 
Діапазон товщини вимірюваних виробів від 0.1 до 3.0мм. 
Похибка виміру товщини + - 0.2мм. 
Діапазон товщини вимірюваних лакофарбових покриттів на виробах від 
80мкм до 1мм 
Умови експлуатації вимірювача питомої електричної провідності та товщини 
виробів: 
- температура навколишнього повітря від 0 до +40 град.; 
- відносна вологість повітря до 80% за 25 град.; 
- атмосферний тиск від 84 до 106 кПа 
  
45 
 
Список використаної літератури 
 
1. Тонкошкур О.С., Ігнаткін В.У., Андрєєв О.О. Компонентна база РЕА. 
Практикум. Навч. пос. − Дн-ж-ськ: ДДТУ, 2007. − 257 с. 
2. Геворкян Е.С., Мельник О.М. Неруйнівні методи контролю якості: 
Конспект лекцій. – Харків: УкрДАЗТ, 2015. – 42 с. 
3. Поліщук Є.С. Методи та засоби вимірювань неелектричних величин: 
Підручник/ Є. С. Поліщук. – Львів: Видавництво НУ «Львівська політехніка», 2000. 
– 360 с. 
4. Поліщук Є.С., Дорожовець М.М., Яцук В.О. та ін. Метрологія та 
вимірювальна техніка: Підручник / Є.С. Поліщук, М.М. Дорожовець, В.О. Яцук, В.М. 
Ванько, Т.Г. Бойко; За ред. проф. Є.С. Поліщука. – Львів: Видавництво «Бескид Біт», 
2003. – 544 с. 
5. Кухарчук В.В., Кучерук В.Ю., Долгополов В.П., Грумінська Л.В. 
Метрологія та вимірювальна техніка: В. В. Кухарчук, В. Ю. Кучерук; Навчальний 
посібник. - Вінниця: УНІВЕРСУМ-Вінниця, 2004. -252 с.  
6. Поджаренко В.О., Кухарчук В.В. Вимірювання і комп’ютерно-
вимірювальна техніка /В. О. Поджаренко, В.В Кухарчук. - Київ.: МК ВО, 1991.- 240 
с. 
7. Діагностика технологічних систем і виробів машинобудування (з 
використанням нейромережевого підходу): монографія / С. В. Ковалевский, О. С. 
Ковалевська.– Краматорськ : ДДМА, 2017. – 110 с. 
8. Мохорт А.В., Чумак М.Г. Термічна обробка металів: Навчальний 
посібник. – К: Либідь, 2002. – 512 с. 
9. Дяченко С.С., Дощечкіна І.В., Мовлян А.О., Плешаков Е.І. 
Матеріалознавство. – Харків: Видавництво ХНАДУ, 2007. – 440 с. 
10. Кузін О.А., Яцюк Р. Металознавство і термічна обробка металів. – Київ: 
Основа, 2005. – 360 с. 
11. Бялік О.М., Черненко В.С., Писаренко В.М., Москаленко Ю.Н. 
Металознавство. – Київ: Політехніка, 2002. – 384 с. 
46 
 
12. Бочар І.Й. Матеріалознавство і технологія конструкційних матеріалів. – 
Тернопіль, 2002. 
13. Кузін О.А. Яцюк Р.А. Металознавство та термічна обробка металів. – 
Львів: "Афіша", 2002. 
14. Мартин В.М., Бочар. І.Й. Основи матеріалознавства і технологія 
конструкційних матеріалів. – Тернопіль, 2003. 
15. Матеріалознавство : підручник / С. С. Дяченко, І. В. Дощечкіна, А. О. 
Мовлян, E. I. Плешаков; за ред. проф. С. С. Дяченко. – Харків : ХНАДУ, 2007. 
16.  Металознавство і термічна обробка металів і сплавів із застосуванням 
комп'ютерних технологій навчання: підручник / Ю.М. Таран, Є. П. Калінушкін, В. З. 
Куцова [та iн.]; під ред. Ю. М. Тарана – Дніпропетровськ : Дніпрокнига, 2002. 
17. Гальченко В. Я., Трембовецька Р. В., Тичков В. В. Накладні 
вихрострумові перетворювачі з однорідною чутливістю. – Харків: СГ НТМ «Новий 
курс». - 2021. – 280 с. 
47