Репозиторій ЧДТУ

  
 
Зміст 
 
Стор. 
Технічне завдання…………………………………………………….. 2 
Вступ…………………………………………………………………... 5 
1 Обґрунтування необхідності проектування на основі критичного  
аналізу існуючих аналогів…………………………………………………. 7 
1.1 Газоаналізатор…………………………………………………….. 7 
1.2 Сигналізуючий пристрій для контролю загазованості приміщень. 11 
1.3 Газоаналізатор……………………………………………………. 15 
1.4 Пристрій для контролю вибухонебезпеки горючих газових  
сумішей………………………………………………………………………. 18 
1.5 Сигналізатор-експлозиметр СТХ-17…………………………….. 20 
2 Обґрунтування технічного завдання………………………………. 22 
 3 Розробка структурної та електричної принципової схеми  
приладу ……………………………………………………………………. 23 
3.1 Розробка варіантів структурної схеми………………………….. 23 
3.2 Аналіз точності варіантів структурних схем з метою вибору  
остаточної структурної схеми……………………………………………... 26 
3.3 Розробка принципової схеми……………………………………. 29 
4 Розрахунок основних елементів схем об’єкта проектування…… 38 
4.1 Розробка та розрахунок блока живлення……………………..… 38 
4.2 Розрахунок схеми контролю заряду акумулятора……………... 40 
4.3 Розрахунок вимірювального мосту датчика температури…..… 43 
4.4 Розрахунок вимірювального мосту датчика загазованості….… 50 
4.5 Оцінка точності і надійності……………………………………... 55 
 
 
     
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ  
Изм Лист № докум. Подп. Дата 
Р. аз раб. Панфілов М.М..   Персональний Лит. Лист Листов 
Пров. Базило К.В.   газоаналізатор   Т  3  
      
Пояснювальна записка  
Н.контр Тичков В.В   ЧДТУ 
Утв.     
   
 
 
 
5 Технологічний розділ………………………………………………. 58 
5.1 Нанесення паяльної пасти………………………………………... 58 
5.2 Установка компонентів…………………………………………... 59 
5.3 Виготовлення трафаретів………………………………………… 61 
5.4 Пайка оплавленням припою…………………………………….. 61 
5.5 Технологія монтажу друкованої плати…………………………. 61 
5.6 Нормування монтажних робіт…………………………………… 64 
6 Спеціальний розділ ………………………………………………… 67 
6.1 Сегментація ринку та оцінка потенційного попиту…………… 67 
6.2 Охорона праці…………………………………………………….. 68 
Висновок………………………………………………………………. 78 
Список використаної літератури…………………………………….. 79 
Додаток А Відомість технічного проекту ………………………… 82 
Додаток Б Перелік нормативних документів………………………..  
 
Додаток В Специфікації та перелік елементів………………………  
Додаток Г Розрахунок надійності…………………………………… 
 
 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 4 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
Вступ 
 
В енергетичному балансі України частка природного газу в загальному 
обсязі споживання первинної енергії перевищує 45%. 
За спільною оцінкою Всесвітньої Енергетичної Ради та Інституту 
системного аналізу (Відень) у 2050 році частка природного газу в світовому 
балансі первинних енергоресурсів збільшиться не менш ніж на 25 - 30 %. Крім 
великих переваг природного газу перед іншими видами палива для комунально-
побутових споживачів, він є хорошим паливом для теплових і енергетичних 
установок, а також цінною сировиною для хімічної промисловості. 
Економічна перевага використання його як палива і як хімічної сировини 
створила міцну основу для швидкого розвитку газової промисловості - 
відкриття газових родовищ, будівництва мережі магістральних і розподільчих 
газопроводів та автомобільних газонаповнювальних компресорних станцій 
для широкого використання природного газу в якості моторного палива для 
 
транспортних засобів[1-5]. 
Від початку свого зародження (1912 рік) і за станом на 2002 рік 
газотранспортна система України характеризується такими основними 
показниками: 
- протяжність магістральних газопроводів із відгалуженнями від них - 37 
тис. км; 
- протяжність газорозподільних мереж міст і населених  
пунктів - 244 тис. км; 
- кількість газорозподільних станцій - 1450; 
- кількість компресорних станцій - 71; 
- кількість автомобільних газонаповнювальних компресорних станцій 
(АГНКС) - 90; 
- кількість газорозподільних пунктів різних типів - 29,5 тис; 
- загальний обсяг споживання газу промисловими і комунально-побутовими 
споживачами України за 2002 рік склав 69,8 млрд. м3; 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 5 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
- створено 13 підземних сховищ газу (ПСГ) із загальною активною місткістю 
- 32 млрд. м3. 
Згідно з національною програмою "Нафта і газ України до 2010 року", 
затвердженою постановою Кабінету Міністрів України від 17.02.1995 р. № 125, 
передбачається довести видобуток газу до 28 млрд. м3 на рік, нафти з газовим 
конденсатом - до 5,4 млн. т на рік. 
Україна володіє однією з найбільших у Європі газо- і нафтотранспортною 
системою, по якій протягом останніх 50 років газ і нафта подається споживачам 
України, а також у 15 країн Центральної і Західної Європи. У даний час через 
Україну в Європу транспортується близько 97 % експортних обсягів російського 
газу і складає 119-130 млрд. м3 за рік[1-5]. 
Сьогодні розпочався принципово новий етап розвитку енергетики, яка 
повинна бути суспільно прийнятною і відповідати трьом основним критеріям - 
високій енергетичній, економічній та екологічній ефективності. 
XXI століття - не тільки історична віха в історії людства, а й новий етап 
 
реалізації накопичених знань, досвіду, сучасних технологій, нової техніки, інших 
відносин людини з природою, коли технічні рішення, що не забезпечують 
промислову, соціальну, екологічну надійність і безпеку функціонування об'єктів, не 
можуть застосовуватись. 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 6 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
1 Обґрунтування необхідності проектування на основі критичного 
аналізу існуючих аналогів 
 
1.1 Газоаналізатор  
Винахід відноситься до газоаналітичних приладів автоматичного контролю 
газоповітряних середовищ, вживаних в геології, вугільній і газовій 
промисловостях, техніці рятувальника. 
Відомий термохімічний аналізатор горючих газів, що містить активний і 
компенсаційний термоелементи у відособлених вимірювальних мостах, 
включених безпосередньо в ланцюг колектора крайового каскаду підсилювача 
змінного струму, на вхід якого через трансформатор поданий сигнал розбалансу 
моста[1-5]. 
Недолік вказаного аналізатора полягає в малій стійкості пристрою і 
зниженої точності вимірювання при дистанційному винесенні термоелементів 
датчика. Підвищена витрата потужності на плечових резисторах вимірювальних 
 
мостів і живлення від джерела напруги з малим внутрішнім опором знижують 
іскробезпеку пристрою. 
Мета винаходу - підвищення стійкості і точності вимірювання при 
дистанційному винесенні датчика, а також зниження споживаної потужності. 
Поставлена мета досягається тим, що газоаналізатор додатково містить 
автономне джерело змінної напруги в кожний з ланцюгів регулювання введені 
послідовно сполучені синфазний детектор і підсилювач постійного струму, 
причому вхід кожного з синфазних детекторів підключений до виходу 
відповідного підсилювача змінної напруги, а вихід кожного з підсилювачів 
постійного струму і вихід автономного джерела змінної напруги підключений до 
живлячої діагоналі відповідного вимірювального моста. 
Суміжні плечі вимірювальних мостів виконані у вигляді напівобмоток 
диференціального трансформатора. 
На рисунку 1.1 представлена блок-схема газоаналізаторів; на рисунку 1.2 - 
електрична принципова схема. 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 7 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
Газоаналізатор містить камеру 1 згоряння, порівняльні резистори 2 і 3, 
диференціальні трансформатори 4 і 5, підсилювачі 6 і 7 змінної напруги, синфазні 
детектори 8 і 9, підсилювачі 10 і 11 постійного струму, конденсатори 12 і 13, 
трансформатор 14, автономне джерело 15 змінної напруги, джерело 16 живлення  
постійного  струму, індикатор 17. В камері 1 згоряє  розміщені активний 
термоелемент 18 і  компенсаційний термоелемент 19. 
Газоаналізатор  складається  з  двох симетричних вимірювальних ланцюгів  
змінного струму, відповідно що відносяться  до  активного 18 і  компенсаційному  
19  вимірювальним термоелементам. 
Кожний з  вимірювальних ланцюгів є мостом, в суміжні плечі  якого 
включені напівобмоткою відповідного диференціального трансформатора  4 (5), 
виділяючого сигнал розбалансу цього моста. Інші плечі  моста складені 
термоелементом 18 (19) і одним з  порівняльних резисторів  2 (3). Величина 
розбалансу залежить  як  від  співвідношення резисторів 18 (19) і 2 (3), так і від 
амплітуди змінної напруги  підвищеної частоти, що подається через  
 
трансформатор  4 (5) на вимірювальний міст від  автономного джерела  15. 
Сигнал розбалансу, посилений підсилювачем 6 (7) змінної  напруги, подається на 
вхід синфазного детектора  8 (9), який перетворить  змінну напругу  в  постійну  і  
здійснює стеження  за фазою цієї напруги, що подається  на вхід підсилювача 10 
(11) постійного струму. З  виходу підсилювача 10 (11) постійного струму напруга 
пропорційна величині розбалансу, подається  до  живлячої діагоналі  
вимірювального моста, розігріваючи термоелемент 18 до необхідної температури. 
Таким чином, напруга постійного струму, що розжарює термоелемент, 
однозначно залежить від сигналу розбалансу моста, а отже, при заданому значенні 
порівняльного резистора 2 (3) від величини опору, а значить і від температури  
термоелемента 18,  зміна якого викликає  пропорційну зміну накального напруги 
таким чином, що виникає  негативний зворотний зв'язок по контрольованому 
параметру термоелемента. 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 8 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
Наявність негативного зворотного зв'язку дозволяє  підтримувати темпера 
туру термоелемента на незмінному рівні при будь-яких обуреннях на 
термоелемент. 
Для виключення впливу на нагрів термоелемента змінної напруги 
автономного джерела 15  амплітуда останнього вибирається на порядок нижче 
накального, що знімається з  підсилювача  10 (11) постійного струму. 
Постійний струм напруження,  проходячи по стрічно включеним обмоткам 
диференціального трансформатора 4 (5), не робить вплив на роботу 
вимірювальних мостів по змінній складовій напруги. Шунтування конденсатором 
12 (13) виходу підсилювача 10 (11) постійного струму усуває  вплив  
внутрішнього опору підсилювача  на амплітуду  сигналу змінної напруги, що 
подається на вимірювальний ланцюг з  автономного джерела 15  змінної напруги. 
У разі дистанційного  винесення датчика, коли  в плечі вимірювального 
моста  підключена довга лінія з розподіленими параметрами, проходження 
сигналу постійного струму по ній не викликає додаткових  обурень, що 
 
заважають роботі пристрою. Тим паче, що на  виході підсилювача б (7) змінної 
напруги  включений  синфазний детектор 8 (9), має велику інерційність ( τ·0,1-
0,15). Ця  інерційна  ланка зрізає всі  високочастотні складові сигналу розбалансу, 
виключаючи  можливість  збудження системи вимірювання. 
Включення  в плечі вимірювального ланцюга замість порівняльних 
резисторів напівобмоток  трансформатора  дозволяє понизити  споживану 
вимірювальними ланцюгами потужність  напруження. 
Газоаналізатор, виконаний по пропонованій електричній схемі, працює 
таким чином. 
Подачею живлячої напруги  запускається джерело  змінної напруги 15, 
внаслідок чого  на  виході  вимірювального  ланцюга на  вторинній обмотці 
трансформатора  4 (5) виникає змінна напруга розбалансу, визначувана 
невідповідністю  опорів  порівняльного резистора  2 (3) і термоелемента 18 (19), 
який  знаходиться в холодному стані і має малий  опір. Що поступило  на 
вимірювальний ланцюг з підсилювача 10 (11) постійна напруга розжарює 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 9 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
термоелемент до температури, визначуваною  величиною резистора  2 (3). 
Аналогічно відбувається  нагрів і компенсаційного термоелемента 19, має 
окремий ланцюг регулювання і призначеного для  зниження  погрішності 
вимірювання, що викликається  зміною параметрів навколишнього  середовища. 
При появі  в газоповітряному середовищі аналізованого  газу , що виміряється, 
температура активного термоелемента  18 в результаті, наприклад 
термокаталітичного горіння на ньому газу прагне перевищити  заданий рівень, 
тоді як температура компенсаційного термоелемента залишається незмінною. Це 
приводить до зниження змінної напруги розбалансу вимірювального ланцюга,  що 
знімається з трансформатора  4 (5) і пов'язаного з  ним постійної напруги 
напруження, знижуючи температуру активного термоелемента 18 до колишнього 
значення[1-5]. 
Термоефект  каталітичного горіння газу на активному термоелементі  18 
еквівалентний зміні протікаючого через термоелемент струму напруження, по 
величині якого судять про концентрацію газу. Індикатор 17, виміряючий різницю 
 
накальних напруг активного 18 і компенсаційного 19 вимірювальних 
термоелементів, градуюється безпосередньо в одиницях вимірювання 
концентрації газу. 
Пропонований газоаналізатор відрізняється малою інерційністю процесу 
термокаталітичного перетворення аналізованого газу, підвищеною точністю 
вимірювання при дистанційному винесенні датчика і малою споживаної 
вимірювальними мостами потужністю. 
 
 
Рисунок 1.1 – Блок-схема газоаналізатора 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 10 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
 
Рисунок 1.2 – Електрична принципова схема газоаналізатора 
 
1.2 Сигналізуючий пристрій для контролю загазованості приміщень  
Винахід [2] відноситься до області газоаналітичного приладобудування, а 
саме, до пристроїв для контролю і сигналізації про наявність природного газу в 
 атмосфері виробничих приміщень: 
Відомий пристрій для контролю Метану в рудниковій атмосфері, яке 
складається з термохімічного (термокаталітичного) датчика, блоку живлення і 
сигнального табло. Робочий і компенсаційний чутливі елементи датчика 
включені в мостову вимірювальну схему, у вимірювальну діагональ місця 
включені паралельно два магнітоелектричних реле, що працюють в режимі 
прямого вимірювання. Одне реле відрегульовано на спрацьовування при 0,7 % 
СН4 (попереджувальна сигналізація), інше — при 1 % СН4 (аварійна 
сигналізація). Датчик з'єднується з блоком живлення за допомогою 
чотирижильного кабелю, дві жили якого використовують для живлення датчика, 
а дві — для передачі сигналу від датчика до блоку живлення, в якому 
розташовані магнітоелектричні реле, реле і інші елементи автоматики. 
Основним недоліком відомого пристрою є низькі надійність і точність 
спрацьовування магнітоелектричних реле, оскільки в режимі прямого 
вимірювання унаслідок флуктуації сигналу датчика має місце нечіткість 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 11 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
спрацьовування («брязкіт») реле. Крім того, при повільному зміни сигналу 
унаслідок незначного контактного тиску і наявності окисної плівки 
спостерігаються випадки появи великого контактного опору, що не дозволяє 
комутувати подальші ланцюги автоматики. Спостерігаються також випадки 
мікроприварювання контактів (при комутації ланцюгів з індуктивністю), які 
викликають ерозію контактів і різко знижують коефіцієнт повернення. 
Недоліками є також однопороговість режиму роботи 
магнітоелектричних реле, через що кількість реле визначається числом 
необхідних сигналів; відсутність контролю ланцюга живлення; обмеження 
контролю метану тільки однією точкою. 
Мета винаходу — підвищення надійності, точність і розширення 
функціональних можливостей пристрою. 
Мета досягається за рахунок того, що паралельно  джерелу живлення 
датчика, і послідовно з сигнальним реле (введений компенсаційний  ланцюжок  
резистора зворотної основному сигналу полярності,  а у вимірювальну 
 
діагональ моста  послідовно з сигнальним реле включений ланцюжок 
Автоматичного дискретного регулювання  чутливості з паралельно включених 
резистора і розмикаючих контактів виконавчого реле. Всі виконавчі реле 
включаються через транзисторні ключі, в ланцюзі зсуву яких задіяні контакти 
сигнальних магнітоелектричних реле. Пристрій містить п датчиків. 
На рисунку 1.3 зображена принципова електрична схема пропонованого 
пристрою. 
Сигналізуючий пристрій для централізованого контролю загазованості 
приміщень складається з мережного блоку живлення 1, n стабілізованих джерел 
живлення 2 з іскробезпечною вихідною метою, датчиків 3. 
Датчик складається з робочого і компенсаційного чутливих елементів, 
вимкнених в мостову вимірювальну схему постійного струму. Оскільки схеми 
датчика і вимірювально-сигнального ланцюга ідентичні для всіх n датчиків, 
подальший опис пристрою відноситься  тільки до одного каналу. 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 12 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
У вимірювальну діагональ моста датчика включено магнітоелектричне 
сигнальне реле 4 послідовно з додатковим резистором 5 і підстроєчним 
резистором 6. До ланцюга живлення датчика підключений резистор зсуву 7, за 
допомогою якого встановлюють струм зсуву на магнітоелектричне сигнальне 
реле. Виконавчі реле попереджувального рівня загазованості 8 і гранично 
допустимого рівня загазованості 9 щоб уникнути підгорання і ерозії 
слабкострумових контактів магнітоелектричного реле включені через 
транзистори 10 і 11. Лампи 12 і 13 служать для сигналізації відповідно про 
попереджувальний і гранично допустимий рівні загазованості. Періодична 
перевірка справності виконавчих реле здійснюється за допомогою шунтуючого 
резистора 14 і кнопки 15. 
Загальним для всього пристрою є індикаторний прилад 16, який при 
контрольних перевірках за допомогою перемикача 17 може бути підключений до 
будь-якого з датчиків. 
Пристрій для контролю загазованості приміщень працює таким чином. 
 
За відсутності горючого газу в місці установки датчика вихідний сигнал його 
рівний нулю і через обмотку сигнального реле проходить заданий струм зсуву, 
який визначається величиною напруги стабілізованого джерела живлення 2 і 
значенням опору резистора зсуву. При цьому пересувний контакт якоря 
сигнального реле притискається до лівого нерухомого контакту і замикає 
ланцюг живлення зсуву транзистора 10, відкриваючи його і включаючи 
виконавче реле попереджувального рівня загазованості. Одна пара нормально 
закритих контактів цього реле утримує розімкненій ланцюг лампочки 
попереджувального рівня загазованості 12, а інша пара нормально замкнутих 
контактів утримує розімкненій  ланцюг управління  допоміжними механізмами,  
наприклад  вентилятора[1-5]. 
При досягненні в контрольованій атмосфері концентрації природного 
газу, відповідної попереджувальному рівню газовмісту (наприклад, 0,5 %), 
вихідний сигнал датчика досягає значення, при якому раніше заданий струм 
зсуву компенсується; замкнутий до цього лівий контакт сигнального реле 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 13 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
(розмикається і вимикає виконавче реле попереджувального рівня загазованості. 
Останнє своїми контактами замикає ланцюг лампочки 12, включає аварійну 
вентиляцію і шунтує додатковий резистор, збільшуючи ступенями чутливість 
сигнального реле. При цьому виключається «брязкіт» контакту реле, а 
відповідно, і багатократне включення і відключення системи вентиляції. 
Шунтування додаткового резистора крім підвищення чутливості дозволяє 
збільшити струм вихідного сигналу датчика і, залежно від значення опору 
цього резистора, регулювати коефіцієнт повернення, забезпечуючи відключення 
аварійної сигналізації при концентрації природного газу нижче за 
попереджувальний рівень. 
Якщо зміст природного газу досягає гранично допустимого рівня 
(наприклад, 1 %), спрацьовує правий контакт сигнального реле, і замикаючи 
ланцюжок зсуву транзистора 11, забезпечує включення виконавчого реле 9, яке 
своїми контактами включає лампочку 13 і систему захисту агрегатів 
(нормально відкритий контакт в ланцюзі старанних (механізмів). 
 
Пристрій залишається включеним при будь-якій концентрації 
природного газу, оскільки електричні ланцюги іскробезпечні з коефіцієнта 2,5. 
При зниженні концентрації природного газу виконавчі реле по черзі стають в 
початкове положення. При цьому аварійна вентиляція відключається при 
концентраціях природного газу нижче, ніж попереджувальний рівень. 
У разі зникнення напруги живлення термокаталітичного датчика, 
наприклад, при обриві лінії, струм зсуву, що проходить через резистор зсуви і 
обмотку сигнального реле, стає рівним нулю, якір останнього відходить від 
лівого контакту і розриває ланцюг живлення виконавчого реле 
попереджувального рівня загазованості. 
За допомогою кнопки і шунтуючого резистора здійснюється контроль 
справності мостової вимірювальної схеми датчика і схеми сигналізації. При 
натисненні кнопки шунтуючий резистор підключається паралельно 
компенсаційному елементу мостової схеми, що імітує загазованість в місці 
контролю з концентрацією трохи більш 1 %. При цьому спрацьовують 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 14 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
виконавчі реле і спалахують лампочки. Одночасно при натисненні кнопки 
розмикається ланцюг виконавчих  механізмів,  запобігаючи появі помилкових 
команд. 
Пристрій дозволяє здійснити централізований контроль можливих витоків 
природного газу в приміщеннях компресорних станцій і інших будівлях 
магістральних газопроводів і підвищити безпеку експлуатації магістральних 
газопроводів, виключивши можливість аварій унаслідок витоків і вибуху 
природного газу в виробничих приміщеннях. 
 
 
 
Рисунок 1.3 ― Принципова електрична схема сигналізуючого пристрою 
для контролю загазованості приміщень 
 
1.3 Газоаналізатор [3] 
Винахід відноситься до аналітичного приладобудування і може бути 
застосований для контролю складу технологічних газів в хімічній і інших 
галузях промисловості, а також для контролю складу атмосфери. 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 15 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
Відомий динамічний газоаналізатор, використовуючий часо-імпульсний 
принцип перетворення термічних величин, терморезистор, включений у 
вимірювальний міст, джерело стабілізованого живлення, електронний ключ, нуль-
орган і вимірника інтервалів часу, дія якого заснована на вимірюванні часу 
прогрівання терморезистора до фіксованої температури, що задається 
співвідношенням постійних опорів моста, що містить. 
При вибраній напрузі живлення вимірювального моста час прогрівання 
терморезистора визначається теплофізичними властивостями (теплопровідністю і 
температуропровідністю) і, отже, складом аналізованого газу. Для збільшення 
вибірковості газоаналізатора терморезистор покривають шаром сорбента, 
зворотньо сорбуючого визначуваний компонент. В цьому випадку час 
прогрівання терморезистора визначається, в основному, кількістю поглинаючого 
компоненту в шарі сорбента. 
Проведені дослідження динамічних газоаналізаторів, у тому числі 
термодесорбційних, показали, що на результати вимірювання робить вплив ряд 
 
чинників, що дестабілізували, у тому числі витрата аналізованого газу і вміст в 
ньому компонентів, що не виміряються, температура навколишнього 
середовища, а також невідтворність характеристик терморезисторів. Крім того, 
свідчення газоаналізатора виражаються не в одиницях концентрації 
визначуваного компоненту, а в одиницях часу, що створює незручності при 
обслуговуванні газоаналізатора. 
Мета винаходу — збільшення стабільності. 
Це досягається тим, що до діагоналі живлення вимірювального моста 
послідовно підключена диференціююча ланка, діодний вентиль, тригер і 
чекаючий мультивібратор, вихід якого сполучений з електронним ключем, при 
цьому вимірник інтервалів часу виконаний у вигляді послідовно сполучених 
генератора імпульсів, тригера, реверсивного лічильника імпульсів, дешифратора 
і реєструючого приладу, тригер сполучений з виходом діодного вентиля. 
На рисунку 1.4 представлена блок-схема пропонованого пристрою. 
Газоаналізатор працює таким чином: 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 16 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
Терморезистор 1 включений у вимірювальний міст 1, 2, 3, 4. По 
зовнішньому запиту спрацьовує електронний ключ 5, і на міст подається напруга 
від джерела 6 стабілізованого живлення. Коли опір терморезистора досягає 
заданої величини, вимірювальний міст приходить в баланс і нуль-орган 7 через 
електронний ключ 5 вимикає живлення моста. Одночасно імпульс напруги 
живлення моста через диференціюючу ланку 8 і діодний вентиль 9 перекидає 
тригер 10, який запускає чекаючий мультивібратор 11. Через певний час, що 
задається настройкою мультивібратора 11, він знов через електронний ключ 5 
включить живлення моста. Після вторинного спрацьовування нуль-органу схема 
повернеться в початкове положення і може бути включений тільки по 
зовнішньому запиту. Вимірника 12 інтервалів часу послідовно зафіксує два часи 
нагріву терморезистора до заданої температури. 
Для  отримання  свідчень газоаналізатора безпосередньо в одиницях 
концентрації визначуваного компоненту в газоаналізаторі вимірник  інтервалів  
часу  виконаний  у вигляді підключеного паралельно  діагоналі живлення 
 
вимірювального моста генератора  13 імпульсів фіксованої  частоти,  який 
працює, отже, тільки тоді, коли включено живлення вимірювального моста. 
Число імпульсів на виході генератора, пропорційне часу прогрівання 
терморезистора, фіксується реверсивним лічильником 14, причому лічильник 
рахує  імпульси в прямому напрямі при першому  включенні живлення моста, і 
у зворотному напрямі — при другому включенні живлення моста. 
Напрям рахунку визначається тригером 15 знака, керованого діодним 
вентилем 9. Результуюче число імпульсів, зафіксоване лічильником, 
пропорційно різниці часів прогрівання терморезистора при першому і другому 
включенні і є вихідним сигналом газоаналізатора, що компенсується за 
нульовими свідченнями. 
До виходу лічильника підключений дешифратор 16, який перетворить 
число імпульсів в цифровий або аналоговий вихідний сигнал, що фіксується 
показуючим приладом 17. Масштаб перетворення вибирається так, щоб 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 17 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
свідчення показуючого приладу були чисельно рівні концентрації визначуваного 
компоненту. 
 
 
 
Рисунок 1.4 – блок-схема газоаналізатора 
 
1.4 Пристрій для контролю вибухонебезпеки горючих газових сумішей  
Винахід відноситься до газового аналізу і може бути використаний при 
конструюванні приладів, що використовуються для контролю атмосфери шахт і 
інших приміщень гірської, нафтопереробної галузей промисловості. 
Відомий пристрій для контролю вибухонебезпеки горючих газових 
сумішей, що містить термокаталітичний чутливий елемент і вимірювальну схему. 
Недоліком вказаного пристрою є його висока (до 80 %) погрішність при 
контролі ступеня вибухонебезпечності сумішей, що складаються з різних 
пальних. Пояснюється це різною теплотворною здатністю, великою різницею в 
коефіцієнтах дифузії газів і пари і неможливістю на одному каталізаторі при 
одному і тому ж тепловому режимі отримати однакову каталітичну активність 
для кожного з горючих складових суміші[1-5]. 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 18 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
Мета винаходу — підвищення точності вимірювання ступеня 
вибухонебезпечності шляхом набору каталізаторів, що забезпечують однакове 
сумарне тепловиділення при однакових вибухонебезпечностях різних горючих 
сумішей. 
Для цього робочий чутливий елемент виконаний не менше ніж з двох 
різних по чутливості, початковій температурі каталізу і величині контактної 
поверхні каталізатора електрично сполучених частин. 
Крім того, кожна складова частина забезпечена каталітичним активним 
або пасивним терморезистором з високим коефіцієнтом температурного опору, 
які включені послідовно, паралельно або змішаний в плече мостової 
вимірювальної схеми. 
Частина робочого чутливого елемента конструктивно може бути 
виконаний у будь-якому вигляді, наприклад, у формі порожнистого циліндра 1 
з пористого носія, покритого каталітичною активною речовиною з платиновою 
спіраллю 2, виконуючої функції нагрівача, термометра опору і каталізатора. В 
 
цьому випадку виходить складовий каталізатор з двох каталітично активних 
компонентів: платинового дроту і циліндрика. Обов'язковою умовою при 
застосуванні такого чутливого елемента для контролю багатокомпонентних 
горючих сумішей є певне відношення робочої поверхні платинового дроту до 
поверхні циліндрика і температурний режим. На приклад, для носія з окислу 
алюмінію і активного платино-паладієвого покриття це співвідношення повинно 
бути 1 : (2,5—4,0), а початкова робоча температура біля 500 °С[1-5]. 
Частина робочого чутливого елемента може бити виконана з внутрішнім 
розташуванням платинової) спіралі, в цьому випадку платинова спіраль вже не 
виконуватиме функції каталізатора. Форма частини чутливого елемента також 
може бути змінений залежно від конструктивної необхідності. Активність 
каталізатора, нанесеного на пористу підкладку, міняють зміною матеріалу 
носія, його пористості, форми і розмірів, а також зміною матеріалу активного 
покриття. 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 19 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
Компенсаційний чутливий елемент виконаний аналогічно робочому, але не 
має активне покриття, а для запобігання каталізу на платиновій нитці і на носії 
покритий покриттями, що дезактивують вогненебезпечні суміші. 
Число перерахованих частин чутливого елемента, вживаного в пристрої, 
визначається залежно від кількості горючих складових в суміші і їх природу. 
При двох і більш частинах чутливого елемента вони включаються в плече 
мостової вимірювальної схеми послідовно, паралельно або змішаний. 
 
1.5 Сигналізатор-експлозиметр СТХ-17 
На даний момент в промисловості, на газопроводах в шахтах для 
повідомлення робітників про небезпеку та для знаходження пошкоджень 
трубопроводів використовуються газоаналізатори, більшість яких експлуатується 
довше, ніж їх заданий строк експлуатації.  
Переносний термохімічний сигналізатор  СТХ-17 призначений для 
контролю довибухонебезпечних концентрацій горючих газів і пар горючих рідин 
 
й їх сукупності в повітрі й видачі сигналізації про перевищення встановлених 
значень концентрації у відсотках НКМР (Нижня концентраційна межа 
розповсюдження полум’я) [1-5]. 
СТХ-17 відноситься до сигналізаторів: зі світловою й звуковою 
сигналізацією із двома порогами (фіксований і налаштовуваний); з конвекційною 
подачею контрольованого середовища безперервної  дії. 
СТХ-17 мають виконання: з вбудованим у корпус блоком ЧЕ або з 
виносним датчиком на кабелі довжиною 2 м, комплектуємий штангою довжиною 1 м.  
Область застосування СТХ-17 - виробничі приміщення підприємств 
хімічної, нафтовий, газової й ін. галузей промисловості. 
По стійкості до впливу кліматичних факторів СТХ-17 мають вигляд 
кліматичного виконання УХЛ3.1 відповідно до ГОСТ 15150-69, але для роботи в 
наступних умовах експлуатації: 
• температура навколишнього середовища від мінус 10 до 50 °С; 
• від мінус 40 до 50 °С для виносного датчика; 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 20 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
• відносна вологість до 98 % при температурі 25 °С) 
• атмосферний тиск від 84,0 до 106,7 кПа (від 630 до 800 мм рт.ст.); 
• живлення електричним струмом від убудованого джерела живлення. 
Переносний термохімічний газоаналізатор СТХ-17 найбільш відповідає 
поставленим вимогам до розроблюваного приладу і вибраний його прототипом. 
 
 
Рисунок 1.5 – Структурна схема сигналізатора-експлозиметра СТХ-17 
 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 21 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
2 Обґрунтування технічного завдання 
 
При роботі на газопроводах необхідно в кожен момент часу і в будь-якому 
місці роботи бути впевненим в безпеці роботи. Тобто потрібно знати, що концентрація 
природного газу в повітрі навколо робітника є безпечною. Для цього застосовують 
персональні переносні газоаналізатори, що працюють від автономних джерел 
живлення. Такі пристрої постійно показують на екрані концентрацію метану в повітрі 
в відсотках від нижньої концентраційної межі поширення полум’я, і видають звуковий 
сигнал, при досягненні певної, попередньо встановленої, концентрації метану. Також 
модифікації таких пристроїв, з датчиками, встановленими на штангу, допомагають 
визначити місце витіку природного газу, що дуже допомагає в ремонті газопроводу. 
Газоаналізатори, які знаходяться в експлуатації сьогодні, вже не задовольняють вимог і 
можливостей нашого часу. Використовуючи сучасні технології, можливо виготовити 
прилад, що матиме менші розміри і вагу, матиме значно кращий дизайн і ергономічні 
властивості. Такий прилад може мати більшу точність вимірювання, і споживати 
 
значно менше енергії. Економія енергії дозволяє використовувати найпоширеніший 
тип «АА» батарей постійного струму, і позбавляє необхідності створювати додаткові 
умови іскробезпеки приладу, що значно зменшує вагу приладу, і дозволяє 
використовувати приємний на дотик пластиковий корпус. 
Діапазон вимірювання приладу ―  0-100 % від нижньої концентраційної 
межі розповсюдження полум’я (НКМР), що становить 0-5 %  об’єму метану в 
повітрі. Точність показань приладу залежить від точності датчика та електричної 
схеми, що оброблює сигнал датчика і значно переважає потрібну при експлуатації 
приладу точність. 
 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 22 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
3 Розробка структурної та електричної принципової схеми приладу 
 
 
3.1 Розробка варіантів структурної схеми 
Розроблювальний прилад – це засіб індивідуального захисту працівника, 
під час виконання робіт на території, де існує можливість витіку метану. Прилад 
повідомляє працівника про рівень небезпеки вибуху звуковою сигналізацією, і 
працівник може, не відволікаючись від основної роботи, регулювати рівень уваги, 
та приймати рішення про продовження роботи, чи евакуацію з небезпечної зони. 
Потрібно спроектувати прилад, який не матиме недоліків властивих СТХ-
17, та мати кращі показники якості.  
В процесі експлуатації СТХ-17 помічені недоліки: 
• Металевий корпус, який незручно тримати в руках. 
• Необхідність перемикання режимів сигналізатор/експозиметр – 
 прилад повинен працювати в обох режимах одночасно. 
• Вага приладу надто велика для кількагодинного використання. 
• Дуже мало інформації на РК – індикаторі. 
• Висока ціна приладу. 
Такі недоліки можливо усунути використовуючи сучасні досягнення 
науки. 
З використанням можливостей сучасної електроніки прилад може 
виконувати більше функцій і споживати значно менше енергії. За рахунок 
зменшення споживання енергії, значно знижується вага приладу через зменшення 
ваги елементів схеми приладу, ваги джерела живлення, та зменшення ваги засобів 
іскробезпеки. 
Щоб розробити структурну схему розроблює мого приладу вивчимо 
докладніше структурні схеми аналогічних приладів, що розглянуті вище. 
Розглянемо блок-схему газоаналізатора [1] (рисунок 3.1). 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 23 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
 
Рисунок 3.1 ― Блок-схема газоаналізатора [1] 
Де 1 - камера згоряння; 2,3 - порівняльні резистори; 4,5 - диференціальні 
трансформатори; 6,7 - підсилювачі  змінної напруги; 8,9 - синфазні детектори; 
10,11 - підсилювачі постійного струму; 12,13 - конденсатори, 14 – трансформатор; 
15 - автономне джерело  змінної напруги; 16 - джерело  живлення  постійного  
струму, 17 – індикатор; 18 - активний термоелемент; 19 - компенсаційний 
термоелемент. 
В цьому газоаналізаторі містяться диференціальні трансформатори і 
 
автономне джерело змінної напруги. Проектуємий прилад повинен бути 
переносним, живитися від джерела постійного струму, і не містити таких 
складних елементів, як трансформатор. Електрична принципова схема приладу 
виконана на дискретних елементах. Вимірювання концентрації газу відбувається 
за рахунок вимірювання часу нагрівання терморезистора. Одне з поставлених 
завдань для проектує мого приладу – швидка реакція на зміну концентрації газу в 
атмосфері. Такий принцип роботи газоаналізатора не задовольняє поставлених 
вимог. 
Розглянемо блок-схему газоаналізатора [3].  
Де 1 – терморезистор; 2,3,4 – вимірювальний міст; 5 – електронний ключ; 6 
– стабілізатор струму живлення; 7 – нуль-орган; 8 – диференціюючи ланка; 9 – 
діодний вентиль; 10 – тригер; 11 – чекаючий мультивібратор; 12 – вимірник 
інтервалу часу; 13 – вимірювальний міст генератора; 14 – реверсивний лічильник; 
15 – тригер; 16 – дешифратор; 17 – індикатор. 
 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 24 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
 
Рисунок 3.2. – Блок-схема газоаналізатора [3] 
 Розглянемо структурну схему сигналізатора-експлозиметра СТХ-17: 
 
 
 
Рисунок 3.5 – Структурна схема сигналізатора-експлозиметра СТХ-17 
де:  БП – блок живлення; Д – датчик; БИЗ – блок іскрозахисту; СН – 
стабілізатор напруги; ПН – перетворювач напруги; КО – компаратор відмови; КР 
– компаратор розряду батарей; ДУ – диференціальний підсилювач; КУ – 
комутуючий пристрій; КП1, КП2 – компаратори порогів; РВ – реле часу; УФСТ – 
пристрій формування сигналу «ТЕСТ»;  ЛС – логічна схема; ДШ – дешифратор; И 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 25 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
– рідинно-кристалічний індикатор; АЦП – аналого-цифровий перетворювач; М – 
мультивібратор; Г – генератор; СЗС(ЗВ) – схема звукової сигналізації. 
Використовуючи сучасні елементи електроніки і якісні датчики, в 
розроблюємій схемі  зайві такі елементи як перетворювач напруги, блок 
іскрозахисту, комутуючий пристрій і реле часу. А функції компараторів, 
мультивібратора, генератора, пристрою формування сигналу «ТЕСТ», логічної 
схеми, дешифратора, мультивібратора і генератора виконує мікро контролер із 
заданою спеціальною програмою. 
  
3.2 Аналіз точності варіантів структурних схем з метою вибору 
остаточної структурної схеми 
Прилад, що проектується, повинен мати датчик Д, що змінює свій електричний 
опір в залежності від зміни концентрації метану в повітрі, вимірювальний міст ВМ, що 
виробляє електричний сигнал залежно від опору датчика та операційний підсилювач 
ОП, що підсилює сигнал для подальшого аналізу. АЦП перетворює підсилений сигнал 
 
в цифровий сигнал, що обробляється мікропроцесором МП. Мікропроцесор формує 
сигнал для рідинно-кристалічного індикатора, де відображається цифрова міра 
концентрації метану в повітрі в відсотках від нижнього концентраційного порогу 
поширення полум’я. При певних значеннях концентрації метану, записаних в пам'ять 
мікропроцесора, формується сигнал сповіщення про досягнення порогу на РК 
індикатор ІН, та сигнал певної форми на звуковий індикатор ЗІ. Для правильної роботи 
АЦП та мікропроцесора потрібна стабільна напруга, тож прилад повинен мати 
джерело постійного струму ДЖ та стабілізатор напруги СН. Тож найпростіша 
структурна схема приладу має вигляд показаний на рисунку 3.6. 
 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 26 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
Д Ж       С Н      І Н      
М П       
Д    В М       О П      А Ц   П      З І     
 
Рисунок 3.6 – Найпростіша структурна схема для газоаналізатора. 
На зміну опору датчика значно впливає температура повітря. Щоб позбутися 
похибки вимірювання, потрібно виміряти температуру повітря, і, знаючи 
характеристику датчика і АЦП, внести в мікропроцесор програму, яка б 
математичними операціями над оцифрованим сигналом, позбавляла його похибок. В 
такому разі на виході мікропроцесора буде сигнал значення концентрації метану з 
більшою точністю наближений до реального значення. Тобто прилад, матиме більшу 
точність вимірювання, якщо матиме датчик температури Т, та відповідний йому 
вимірювальний міст ВМ та операційний підсилювач ОП.  
 
Структурна схема в цьому разі має вигляд показаний на рисунку 3.7: 
Д Ж       С Н      
І Н      
Д    В М       О П      М П       
А Ц    П       
Т    О П      З І     
В М       
 
Рисунок 3.7 - Структурна схема газоаналізатора з можливістю корекції по 
температурі. 
Щоб керувати приладом потрібно встановити клавіатуру КЛ, сигнали якої 
будуть оброблятися мікропроцесором МП. 
Прилад може комплектуватися одноразовими батареями постійного струму 
типу «АА» напругою 1,5 В, або акумуляторами і зарядним пристроєм. Щоб спростити 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 27 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
обслуговування приладу я вирішив внести схему заряду акумуляторів в прилад, що 
дозволить користуватися будь-яким зарядним пристроєм ЗП з постійною напругою від 
6 В. Також мікропроцесор повинен слідкувати за станом акумуляторів і повідомляти 
через РК та звуковий індикатори про необхідність заряджання акумуляторів. Доречно 
буде додати в прилад схему контролю справності приладу. Реле встановлені 
паралельно датчикам, дають можливість перевірити роботу приладу, якщо 
концентрація метану знаходиться в межах норми. При перемиканні реле на 
вимірювальному мосту виробляється сигнал, що відповідає певній концентрації 
метану в атмосфері. Це дозволяє виявити несправність схеми приладу і замінити його 
перед початком небезпечної роботи. Остаточна структурна схема приладу показана на 
рисунку 3.8. 
З П       К  З      Д  Ж      К  С      С Н       
Р С    І      
 М  П      
Д    Р    В М       О П       З І      
А Ц     П      
Т    Р    В М       О П       К  Л      
 
Рисунок 3.8 – Остаточна структурна схема термохімічного газоаналізатора. 
  ЗП – зарядний пристрій. 
КЗ – схема контролю струму що заряджає акумулятори; 
ДЖ – джерело живлення, акумулятори; 
КС – схема контролю стану заряду акумуляторів; 
СН – стабілізатор напруги; 
Д – датчик загазованості атмосфери; 
Т – датчик температури атмосфери; 
Р – реле тестування схеми; 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 28 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
ВМ – вимірювальний міст; 
ОП – операційний підсилювач; 
АЦП – аналогово-цифровий перетворювач; 
МП – мікропроцесор; 
КЛ – клавіатура; 
РСІ – рідинно-кристалічний символьний індикатор; 
ЗІ – звуковий індикатор. 
 
 
3.3 Розробка принципової схеми 
 
Датчик загазованості 
Для одержання інформації про концентрацію газів  необхідний датчик. 
Серед розглянутих датчиків, найкраще відповідає заданим вимогам датчик TGS 
2611. Виробник датчика -  FIGARO USA, INC.  
 
Чутливий елемент датчика виготовлений на основі оксиду олова з 
використанням поверхневих ефектів дрібнозернистої структури. Датчики створені 
за новою технологією з більш низькою напругою живлення й зменшеною 
споживаною потужністю нагрівального елемента. Зміна концентрації 
вимірюваного газу змінює опір датчика. Датчик включаємо у вимірювальний міст 
для визначення величини опору. Вихід вимірювального моста надходить на 
диференціальний операційний підсилювач. Для того, щоб зменшити вплив 
вхідних  струмів операційний підсилювач зібраний на двох мікросхемах. 
Відповідно до документації на датчик,  опублікованому на сайті фірми 
виробника, опір датчика при загазованості 5000 ppm ( ppm – проміле, одна 
мільйонна частина. 5000 ppm  відповідає концентрації метану 0,05 або 5% об’єму 
– нижня концентраційна межа поширення полум’я (НКМП) )  становить 0,6..6,8 
кОм. рекомендоване значення RL повинне бути не менше 0.4 кОм.  
 
 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 29 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
Датчик температури 
Величина вихідного опору датчика загазованості залежить від 
температури, причому залежність має нелінійну характеристику. Як датчик 
температури виберемо терморезистор, що конструктивно розмістимо поруч із 
датчиком загазованості. Включення терморезистора безпосередньо у 
вимірювальний міст ланцюга датчика загазованості не ефективно, тому що це 
потребує схему лінійно-кусочної апроксимації для лінеаризації вихідного сигналу 
або при застосуванні мікропроцесора ускладнить математичну обробку, тому  
створимо окремий канал для виміру температури. Як і з датчиком загазованості, 
опір датчика температури визначається за допомогою вимірювального моста. 
Вихід вимірювального моста подамо на диференціальний операційний 
підсилювач. Для того, щоб зменшити вплив вхідних  струмів операційний 
підсилювач зібраний на двох мікросхемах. Операційний підсилювач має прямий і 
інвертований входи. Сигнали загазованості, температури і напруги акумуляторів 
подаються на один з входів, а на іншому повинен бути певний потенціал для 
 
забезпечення правильного підсилення. Такий потенціал забезпечують резистори 
R7, R10, R18, R19, R24, R28. Вибираю резистори Philips 2322 730 ± 5 % 430 Ом. 
 
Режим «Тест» 
Для оперативного  контролю справності приладу між датчиком і 
вимірювальним мостом установимо перемикаючі контакти реле. При виборі 
режиму «Тест» мікропроцесор виробляє сигнал, і контакти реле підключають на 
вхід вимірювального моста калібрований резистор, що відповідає половині 
вимірюваного діапазону. На індикаторі буде відображатися інформація слово 
«тест» і значення загазованості рівне 50 % діапазону.  
 
Аналого-цифровий перетворювач 
Для перетворення в цифрову  форму  значень загазованості й температури  
виходи операційних підсилювачів подамо на вхід аналого-цифрового 
перетворювача (АЦП). Існує величезна кількість різних аналого-цифрових 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 30 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
перетворювачів що відрізняються різною швидкодією, точністю, кількістю 
аналогових входів, послідовною й паралельним способом видачі перетвореної 
інформації. Для нашого приладу досить 12 - розрядного АЦП, тому що чисельне 
значення загазованості передбачається видавати у відсотках НКПР із точністю до 
одного десяткового знака це три значущі цифри або в числовому поданні  
діапазон 0...999. Десятирозрядний перетворювач дозволяє представляти числа в 
діапазоні 0...1024 чого на перший погляд досить, але такий точний збіг діапазонів 
вимагає дуже точне настроювання аналогової частини приладу. Значно простіше 
при виробництві й експлуатації робити настроювання в цифровому виді.  
Розглянемо твердження початкового зсуву. Як відомо неможливо зробити 
два ОП ідентичними,  так само відрізняються резистори, які встановлюються в 
схемі. Застосування прецизійних резисторів не дозволяє повністю вирішити цю 
проблему. Таким чином, один зразок буде відрізнятися  від іншого. Для рішення 
цієї проблеми, звичайно, в аналогову частину приладу встановлюють  
підлаштовуємі резистори. У розроблювальному приладі цю проблему вирішимо 
 
за допомогою математичних обчислень. Для цього діапазон вимірів змістимо на 
деяке число (буде підібрано при подальших розрахунках) яке виміряється й 
записується в постійну пам'ять мікроконтролера при налагодженні й калібруванні. 
Так само значення максимуму обмірюваної величини не може збігатися з 
максимумом внутрішнього подання числа. Таким чином, діапазон зміни 
обмірюваних величин повинен лежати в межах 100...1500, що відповідає 11- 
розрядному  АЦП. Вибираємо 12-розрядне АЦП Analog Device AD 7859.  
Таким чином дійдемо висновку що необхідно перетворювати в цифрову 
форму  наступні величини: 
- сигнал датчика загазованості. 
- сигнал датчика температури. 
- напруга на виході  акумулятора. 
Ще одним важливим параметром при виборі АЦП є напруга живлення. 
Для розроблювального приладу напруга живлення дорівнює 3 В.  
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 31 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
Розглянемо підключення АЦП. АЦП фірми Analog Device AD 7859 має 
такі основні властивості: 
• напруга живлення 3...5,5 В 
• частоту вибірки (частота перетворення вхідного сигналу в цифрову 
форму) 100 кГц.  
• споживана потужність 5,5 мВт. 
• Гнучко налаштовуємий 16/8 бітний паралельний інтерфейс 
підключення до мікропроцесорної системи; 
• 12- бітне подання перетворених величин; 
• 8 аналогових входів; 
• Убудоване джерело опорної напруги рівний 2,5 В; 
• Діапазон аналогових вхідних напруг 0..2,5 В; 
• Діапазон температури при яких функціонує пристрій −40…+85 С°; 
• Помилка перетворення у всьому діапазоні не перевищує 1 одиниці; 
 • Вхідний струм по аналоговому вході не перевищує 1 мкА. 
Стабільна робота АЦП забезпечується  підключеними до входів CREF1 і 
CREF2 відповідно конденсаторів С7 і С8 - EPCOS B37940-K5330-J60 33 пФ ± 5 % 
50 В. 
Рідинно-кристалічний індикатор 
Існуючі прилади найчастіше обходяться трьох- чотирьохрозрядним 
індикатором, де кожна цифра представляється за допомогою семи сегментного 
світлодіодного індикатора. У розроблювальному приладі застосуємо 16 розрядний 
двох рядковий рідинно-кристалічний індикатор Bolyamin BC1602A. На перший 
погляд це зайве. Але, по перше, рідинно-кристалічний індикатор споживає на 
порядок менше електроенергії,  по друге, вартість чотирьох семи сегментних 
індикаторів  цілком порівнянна з вартістю РКІ. По третє, наявність можливості 
алфавітно-цифрового подання інформації створює додаткові зручності 
користувачеві, зменшує ймовірність помилки при зчитуванні показань приладу. 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 32 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
Як додаткова функція на індикатор буде видаватися попередження про розряд 
акумулятора й вимога про його підзарядку. 
Алфавітно-цифровий  ЖКИ індикатор Фірми Bolymin  BC 1602A дозволяє 
виводити на індикацію два рядки по 16 символів. Підтримується вся таблиця  
ASCII, включаючи символи кирилиці і спец знаки.  
Індикатор  має убудовану пам'ять на 32 символу (DDRAM), вбудований 
знакогенератор (CGRAM), а також пам'ять на зберігання власного 
знакогенератора на 8 символів (зображення 8 символів можна створити 
самостійно). Для того щоб на індикаторі з'явилася інформація, мікроконтролер у 
певній послідовності повинен видати  в індикатор  певні команди, які наведені в 
документації на індикатор. 
Деякі сигнали з мікропроцесора неможна подати прямо на індикатор – 
сигнал потрібно інвертувати. Функції інверторів виконує логічна мікросхема 
Texas – SN74HCOODR. 
 
 
Клавіатура 
Розроблювальний прилад повинен мати два пороги попередження. 
Звичайно це завдання вирішують на рівні аналогової схеми, установлюючи 
необхідну кількість компараторів, кожний з яких настроюється на свій рівень. У 
розроблювальному приладі застосуємо математичну обробку, де поріг 
контролюється мікропроцесорним пристроєм. Але за технічним завданням один 
поріг повинен настроюватися. Для рішення цього завдання встановимо клавіатуру  
з наступним призначенням клавіш: 
- MODE (режим) -  натискання на цю клавішу дозволяє вибрати, яка 
інформація буде видаватися  в цей момент. Можливі наступні режими: поточний 
вимір; поріг 1; поріг 2; стан акумулятора у відсотках заряду; каліброване значення 
нуля, каліброване значення діапазону,  режим «тест». 
- SELECT (вибір) при настроюванні порога вибирається який розряд  буде 
модифікуватися. На індикаторі модифікується розряд, що, відображається 
миготінням. 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 33 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
- CHANGE ( зміна ) натискання на цю клавішу змінює значення обраного 
розряду на + 1. Після досягнення цифри 9 рахунок починається з нуля. У такий 
спосіб можна задати необхідне число. 
- TEST – по сигналу натискання клавіші, мікроконтролер подає сигнал на 
реле U-3V FTR-B3 що вимикає датчики та створює певний сигнал у 
вимірювальних мостах. 
-  ON/OFF – по сигналу натискання клавіші мікроконтролер подає або 
припиняє подачу струму на резистори R31 і R32, тим самим відкриває чи закриває 
транзистор VT2, через який відбувається подача живлення до основних елементів 
приладу.  
R31: Philips 2322 730 10 кОм ± 5%;  
R32: Philips 2322 730 6.8 кОм ± 5%;  
VT2: Philips BC817-25W. 
 
Заряджання акумуляторів. 
 
Для спрощення процесу заряджання акумуляторів було вирішено внести в 
розроблюємий прилад схему заряджання акумуляторів, що базується на 
інтегральній мікросхемі MAX846L. Ця мікросхема дозволяє заряджати 
акумулятори від будь якого джерела постійного струму напругою 6…12 В. 
Правильну роботу мікросхеми забезпечують резистори R30,R37, конденсатори 
C3, C4 і транзистор VT3. 
R30: Phycomp 2350 510 10510 – 0,5 Ом; 
R37: Philips 2322 730 -  100 кОм ± 5%; 
C3,C4: EPCOS B37941-K5102-K60 1nF ± 10% 50 V X7R; 
VT3: Phylips BC807-40. 
 
Мікроконтролер 
Мікроконтролер повинен мати наступні можливості: 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 34 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
- мати 16 розрядну шину для зчитування даних і видачі інформації в 
індикатор (8 розрядів дані; 4 керуючі; 1 для керування звуковим випромінювачем, 
3 для зчитування інформації із клавіатури); 
- мати достатню швидкодію для виконання математичних обчислень; 
- мати досить розвинену систему команд; 
Система живлення. Тому що прилад переносний й повинен використатися 
у вибухонебезпечних приміщеннях джерело живлення повинен бути 
акумуляторним. Відповідно до  ГОСТ 22782.5 напруга живлення менше 3,3 В 
вважається безпечною. Тому живлення всіх елементів будемо здійснювати 
напругою 3 В. Але при цьому номінальна напруга акумулятора не може бути 
менше 3,6 В  тому що в процесі експлуатації напруга на виводах акумулятора 
знижується. Звідси випливає необхідність ще в одному блоці – це стабілізатор 
напруги. Стабілізатор напруги буде підтримувати стабільну напругу на входах 
живлення мікросхем, не залежно від стану акумулятора.  
Для контролю стану акумулятора необхідна схема контролю стану заряду 
 
акумулятора. Вихід цієї схеми підключимо до АЦП для визначення й індикації 
стану акумулятора. 
Зарядка акумулятора буде проводитися від автономного джерела живлення  
поза вибухонебезпечною зоною. Перетворювач напруги для заряду акумулятора 
використаємо покупний. Контроль зарядного струму й напруги буде здійснювати 
спеціальною схемою. 
Виберемо мікроконтролер Philips P89LPC932A1. Цей мікроконтролер має 
наступні властивості: 
• 8 кілобайт  флеш пам'яті для зберігання програм; 
• 256 байт ОЗУ 512 додаткової пам'яті; 
• Два 16 бітних таймери - лічильника; 
• Від  2,4 до 3,6 вольт напруга живлення; 
• 24 контакти, які можуть бути запрограмовані як входи і як 
тристабильні виходи, виходи з відкритим колектором; 
• Навантажувальна здатність виходів до 20 мА;  
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 35 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
• Систему програмування програмою пам'яті; 
• 1 кілобайт пам’яті, для зберігання каліброваних даних; 
• Power-down  режим низького споживання в якому споживаний струм  
не перевищує 1 мкА вихід із цього режиму здійснюється по перериваннях; 
• Корпус мікросхеми TSSOP28; 
• Діапазон робочих температур −40..+85 С°. 
При проектуванні приладу розподілимо виходи мікроконтролера. 8 
контактів порту P0 використаємо як шина даних по який інформація буде 
зчитуватися й передаватися  в АЦП й індикатор.  
При роботі з АЦП у нього повинна бути записана керуюча інформація така 
як номер каналу, команда на перетворення інформації й ін. Зчитується інформація 
про стан АЦП, дані результату перетворення. Для того щоб указати що в цей 
момент на шині даних перебуває інформація для АЦП скористаємося виходом 
порту P2.4. Низький рівень  сигналу на цьому виході вказує, що дані записуються 
 або зчитуються з АЦП.  
Для того щоб розрізнити напрямок передачі інформації виділимо два 
виходи. Р2.7 - низький рівень на цьому виході буде вказувати на те що інформація 
буде зчитуватися із зовнішнього пристрою. Р2.6 - низький рівень на цьому виході 
вказує, що інформація передається з мікроконтролера в зовнішній пристрій. 
Для вказівки, що інформація передається в індикатор виділимо вихід Р2.5. 
низький рівень на цьому виході показує, що інформація передається або 
приймається між  мікроконтролером  й індикатором. Для вказівки напрямку 
передачі інформації скористаємося виходами Р2.6 і Р2.7. 
Вихід  Р2.0 використаємо для керування режимом «Тест». При подачі 
високого сигналу на цей вихід спрацьовує реле й перемикає  контакти, до входів 
замість датчиків підключаються зразкові опори. 
 Вихід Р2.1 використаємо для вимикання приладу. Схема подачі живлення 
працює в такий спосіб при натисканні на кнопку «ON»  струм через резистор R33 
надходить у базу транзистора Q2. Транзистор Q2 працює в ключовому режимі. 
Напруга подається на вхід стабілізатора напруги U1 і далі в схему на входи 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 36 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
живлення всіх мікросхем. Поява високого рівня на Р2.1 підтримує подачу 
живлення після відпускання кнопки. Вимикання живлення приладу відбувається 
при натисканні на кнопку «OFF» при цьому мікроконтролер подає сигнал 
низького рівня на вихід Р2.1, транзистор закривається й прилад вимикається. 
Вихід Р2.2 використається для включення звукового сигналу. Звуковий 
сигнал подається при досягненні сигналу з датчика загазованості одного із 
граничних значень.  
Для зчитування стану кнопок задіємо входи 0..4 порти Р1. Програмно ці 
контакти повинні бути настроєні як входи. Натискання на кнопку подає сигнал 
низького рівня на вхід мікросхеми. 
Для роботи  тактового генератора мікроконтролера підключимо кварцовий 
резонатор. Так як частота зчитування інформації з датчиків може не 
перевищувати  50 Гц, немає необхідності частоту живлення мікроконтролера 
робити занадто великою.  При зниженні частоти зменшується споживаний струм. 
Для генерації частот до 1000 Гц на програмному рівні необхідна тактова частота 
 
1-2 Мгц. Застосуємо кварцовий резонатор на частоту 1.2 Мгц HC49/U.   
Згідно з описом мікроконтролера резонатор включаємо в схему паралельно 
на входи мікроконтролера P3.0 і P3.1. разом з конденсаторами С1, С2: EPCOS 
B37940-K5330-J60 33 пФ ± 5% 50 В. 
Для звукової сигналізації застосовуємо п'єзовипромінювач HPM14A-JLW. 
В документації на п’єзовипромінювач запропонована схема ввімкнення його до 
мікроконтролера через резистори 2,2 кОм і 27 кОм і транзистор Philips BC817-
25W. 
R21: Philips 2322 730 -  2,2 кОм ± 5%; 
R22: Philips 2322 730 -  27 кОм ± 5%; 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 37 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
4 Розрахунок основних елементів схем об’єкта проектування 
 
4.1 Розробка та розрахунок блока живлення 
Прилад, що розробляється  є переносним, живлення таким чином 
живлення повинно здійснюватися від автономного джерела живлення. Таким 
джерелом можуть бути  батареї або акумулятори. Для забезпечення 
вибухобезпечності найкращим є живлення напругою  3 В або нижче, тому що при 
такій напрузі найменша ймовірність появи іскри [8].  
Розрахуємо споживану приладом потужність. Для цього складемо таблицю  
елементів та їх потужності.  
Таблиця 4.1 – Споживання струму елементами приладу. 
№  Кілк. Спож. Усього 
П.п. Найменування Струму, Струм, 
мА. мА. 
1 АЦП AD7859 1 0,216 0,216 
 2 Мікроконтролер P89LPC932BDH129 – 1 5 5 
Philips 
3 BC1602AGPLCHb –Bolymin 1 1,2 1,2 
4 Підсвічування РК індикатора 1 10 10 
5 Мікросхема логічна  SN74HC00DR – 1 2 2 
Texas 
6 Операційний підсилювач AD8602 4 0,75 3 
7 Стабілізатор напруги LM317L 1 1 1 
8 Вимірювальний міст датчика 1 2 2 
загазованості 
9 Живлення підігріву датчика загазованості 1 50 50 
10 Вимірювальний міст датчика 1 0,2 0,2 
температури 
 Усього   74,616 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 38 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
Повне споживання приладу буде 74,616 мА. При розрахунку блоку 
живлення візьмемо в 1,5 рази більше запас по струму, тоді прилад може 
споживати 112 мА.  
Для одержання напруги живлення  рівного  Uст = 3 В досить мати три 
акумулятори типу AA,  номінальною напругою  1,2 В.  Для забезпечення 
потрібної напруги будемо використовувати 4 елементи типу АА. Повністю 
заряджені акумулятори дадуть напругу UАмакс = 4,8 В. При 90 % розряді ЕРС 
акумулятора  може впасти до 1,1 В на одному елементі. На чотирьох елементах  
з'єднаних послідовно  ЕРС впаде  до UАмін =  4,4 В.  
Для того, щоб виключити коливання  напруги,  що потрапляє у схему, 
застосуємо стабілізатор напруги  LM317L. Рекомендації із застосування наведені 
в документації опублікованій на сайті виробника [7]. Мікросхема LM317L має 
наступні властивості: 
• Регульована напруга виходу від 1,2 В до 37 В; 
 • Гарантований 100 мА вихідний струм; 
• Лінійне регулювання вихідної напруги з точністю до 0,01 % ; 
• Обмеження струму при підвищенні температури; 
• Захист виходу від короткого замикання; 
В документації на стабілізатор напруги LM317LZ вказана формула для 
розрахунку стабілізованої напруги. Адаптуючи формулу до умов принципової 
схеми отримаємо: 
R35
U =U  (1+ ) + I R36                                         (4.1) 
ст нст нст
R36
Де Uнст – номінальна стабілізована напруга для LM317L. Uнст = 1,25 В; 
 Інст – номінальний стабілізований струм для LM317L. 
 Інст =0,0001 А. 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 39 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
Розрахуємо резистори стабілізатора напруги живлення LM317: 
Рекомендоване значення резистора R35 = 6,2 кОм, тоді для Uст  = 3 В. 
значення R36 можна вирахувати з формули (6.1): 
6200
3 =1,25  (1+ ) + 0,00016200
R36  
R36 = 6,853 Ом. 
Вибираю резистори SMD 0805 5% (Philips 2322 730):  
R35: Philips 2322 730 ± 5 %  6,2 кОм;  
R36: Philips 2322 730 ± 5 %  6,8 Ом. 
 
4.2 Розрахунок схеми контролю заряду акумулятора 
Для контролю заряду акумулятора застосуємо схему, яка являє собою 
диференціальний підсилювач, зібраний на мікросхемі  AD8602.  
Суть схеми полягає в наступному: напруга на виході дільника, що зібраний 
 
на резисторах R32, R34 змінюється пропорційно напрузі на клемах акумулятора 
при навантаженні на працюючий прилад.  Припустимо зниження напруги до UАмін 
= 4,4 В., після чого акумулятор вимагає підзарядки. За допомогою 
диференціального підсилювача будемо порівнювати напругу на дільнику з 
напругою джерела опорної напруги на виході  АЦП. Різницю підсилимо до 
робочого діапазону АЦП. 
Розрахуємо дільник. При повністю зарядженому акумуляторі напруга на 
його клемах може збільшиться до UАмакс = 4,8 В.  При повністю розрядженому 
акумуляторі напруга знизиться до UАмін = 4,4 В.  
Напруга на джерелі опорної напруги AD589JH UVD1 = 2,5 В. Напруга на 
виході дільника повинна приблизно дорівнювати цій величині при повному 
розряді акумулятора.  
UR32=IД·R33 = 2,5 В.                                                  (4.2) 
де UR25 – напруга на виході  дільника. 
  IД – струм через дільник. 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 40 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
Задамо струм що протікає через дільник величиною IД = 0,1 мА. Тоді 
напруга на виході дільника при 90%  розряді акумулятора буде визначено 
вираженням:  
U
R34 = VD1                                                    (4.3) 
I Д
2,5
R34 = = 25000Ом  
0,0001
Згідно ряду Е24, R34 підберемо  рівним 27 кОм.  
Вибираю R34: Philips 2322 730 ± 5 %  27 кОм. 
Як видно з принципової схеми струм дільника – це струм від акумуляторів, 
що проходить послідовно через  R33 і R34. Звідси випливає формула[10]: 
U
 І Д = А                                                 (4.4) 
R33+ R34
U А − I Д R32
R33 =                                                (4.5) 
I Д
 Знайдемо R32 за умовою що UA = UAмін: 
4,4 − 0,0001 27000
R33 = =17000  
0,0001
Згідно ряду Е24 підберемо резистор 18 кОм.  
R33: Philips 2322 730 ± 5 % 18 кОм. 
Щоб мікроконтролер контрулював стан заряду акумуляторів, АЦП 
повинен подати відповідний цифровий сигнал. Щоб мати достатню точність цього 
значення, напругу на дільнику потрібно перетворити в сигнал, зручний для 
сприйняття АЦП. Для цього викорисуноктовуємо операційні підсилювачі. 
На інвертований вхід підсилювача подамо сигнал  із АЦП UREF, на прямий 
вхід сигнал з дільника UД. Використаємо схему класичного диференціального 
операційного підсилювача.  Розрахуємо напругу на виході дільника при  
максимальній напрузі на акумуляторі рівній UАмакс = 4,8 В і уточнимо значення  
напруги на виході дільника при максимальному розряді акумулятора UАмін = 4,4 В  
з огляду на обрані значення резисторів. 
 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 41 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
Напруга на виході дільника визначається формулою[10]: 
U
 U А
Д = R34                                                 (4.6)  
R33+ R34
Напруга на виході дільника при максимальному заряді акумулятора: 
4,8
U ДМАКС = 27000 = 2,88В  
27000+18000
Напруга на виході дільника при мінімальному заряді акумулятора: 
4,4
U ДМІН = 27000 = 2,64В  
27000+18000
Напруга на вході АЦП не повинна перевищувати 2,5 В. Приймемо, що 
повністю зарядженому акумулятору відповідає напруга 2,4 В. Тобто якщо на 
вході операційного підсилювача сигнал UДМАКС = 2,88 В, то на виході відповідний 
йому сигнал повинен бути UЗМАКС = 2,4 В. Знайдемо співвідношення резисторів 
R25 й R19 (резистори R25, R26 й R19, R28  повинні бути рівні між собою). 
Напруга на виході операційного підсилювача: 
 R19
U ЗМАКС = (U ДМАКС −U REF )                                     (4.7) 
R25
Де UДМАКС, UVD1 - напруга на входах.  
Виходячи із  (6.7)  відношення резисторів:  
R19 U
= ЗМ                                      (4.8) 
R25 U ДМАКС −U REF
R19 2,4
=  
R25 2,88− 2,5
Задамо значення резистора R19 = 430 кОм, тоді значення  
430
R25 = = 68,09  
6,315
Згідно ряду Е24 вибираємо резистор 68 кОм. Уточнимо значення напруги 
на виході підсилювача. 
R19, R28: Philips 2322 730 ± 5 % 430 кОм. 
R25, R26: Philips 2322 730 ± 5 % 68 кОм. 
Напруга на виході ОП при повністю зарядженому  акумуляторі згідно (6.7) 
буде дорівнювати: 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 42 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
430
UЗМАКС = (2,88− 2,5)  = 2,4
68  В. 
Напруга на виході ОП при 90% розряду акумулятора (необхідна 
підзарядка) згідно (6.7) буде дорівнювати: 
430
UЗМІН = (2,64 − 2,5)  = 0,885
68  В. 
Розрахуємо діапазон зміни величини  заряду акумулятора в числовому 
вигляді  після аналого-цифрового перетворення.  Тому що ми застосовуємо 12 
розрядний АЦП максимальне число дорівнює 4096, що відповідає напрузі 2,5 В. 
Складемо пропорцію: Максимальне числове значення заряду акумулятора 
позначимо ХЗМАКС: 
U
 REF 4096
=                                                      (4.9) 
UЗМІН X ЗМАКС
 (4096 2.4)
X  
ЗМАКС = = 3932
2,5
Числове значення розрядженого акумулятора позначимо ХЗМІН.   
Згідно (4.9): 
2,5 4096
=  
0,885 X ЗМІН
(4096 0,885)
X ЗМІН = =1450  
2,5
При написанні програми для мікропроцесора розраховані максимальне і 
мінімальне числові значення заряду акумулятора використовуються як константи 
для математичного перетворення в відсотки заряду акумулятора.  
 
4.3 Розрахунок вимірювального мосту датчика температури 
Для одержання сигналу про температуру застосуємо схему 
вимірювального моста. Різниця напруг у вузлових точках  пропорційна опору 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 43 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
датчика температури. Сигнал з вимірювального мосту потребує підсилення до 
рівня, що сприймається АЦП. 
У рекомендаціях  із застосування мікросхеми AD8602 опублікованому на 
сайті компанії Analog Device [9] пропонується схема для виміру температури що 
використовує вимірювальний міст. На підставі цієї схеми побудуємо схему 
виміру температури. У розроблювальній схемі використаємо  ОП AD8602.  
Як датчик виміру температури, застосуємо терморезистор DC101B2K. 
Номінальний опір якого при температурі 25 °С становить RK25 = 100 Ом. Прилад, 
розробляється є переносним і може експлуатуватися в різних умовах. Діапазон 
вимірюваних температур буде лежати в межах -30…+40  °С при цьому опір 
датчика зміниться від 566,80 до 62,19 Ом. 
В схемі використані три операційних підсилювачі AD8602, які працюють 
при напрузі живлення рівному 3 В.  
Дана схема використовує переваги операційного підсилювача, що має 
великий розмах амплітуди вхідного сигналу. Напруга на виході ОП може 
 
дорівнювати напрузі живлення або нулю.  
Операційний підсилювач DA2.2 є стабілізатором напруги який забезпечує 
живлення вимірювального моста. Мікросхема AD589 є прецизійним джерелом 
опорної напруги. Напруга виходу  1,235 В. Напругу живлення моста приймемо 
рівною 2,4 В. 
Живлення мікросхеми AD589 здійснимо від загального  живлення приладу 
через обмежуючий резистор R27. Відповідно до [11] для AD589 рекомендується 
струм, що дорівнює 30 мкА тоді:  
UVD1 2,5
R27 = = = 83333  
IVD1 0,00003
Приймаємо R27=82 кОм. R27: Philips 2322 730 ± 5 %  82 кОм. 
Рекомендований струм для датчика температури IRK1 = 100 мкА. Значить 
струм у обох плечах мосту буде дорівнювати IMK = 200мкА. Міст складають 
резистори R14, R15, R20, R29.  
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 44 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
Розрахуємо резистори. При  температурі +40 °С опір датчика  буде 
дорівнює RK40 = 62,19 Ом. Приймемо, що при цих умовах міст повинен бути 
врівноважений.  Напруга у точці зв'язку резисторів R14 й RK1 не повинна бути 
нижча напруги в у точці  зв'язку резисторів R15 й R20). У такому випадку обидва 
плечі моста будуть мати однаковий опір. Струм протікає через міст і через 
послідовно включений резистор  R29. Струмом що протікає через вхід ОП можна 
знехтувати тому що він не перевищує  25 пА. 
Опір урівноваженого моста дорівнює[10] 
R15+ R20
R =                                                  (4.10) 
МK
2
Напруга на виході ОП DA2.2  визначається із наступного виразу 
 RMK 
U                                         (4.11) 
OUTDA22 =U INDA22  1+ 
 R29 
Звідки отримаємо: 
 RMK + R29  U
= OUTDA22
    
 R29  U INDA22
Зробимо підстановку відомих параметрів, з яких UOUTDA22 = 2,4 В,              
UINDA22 = 1,235 В, одержимо: 
 RMK + R29  2.4
  =                                              (4.12) 
 R29  1,235
 
Із (6.12) складемо рівняння: 
2,4
R29  ( −1) − R = 0                                           (4.13) 
MK
1,235
Струм, що протікає через міст, визначається із виразу (закон Ома): 
U
I = OUTDA22  
MK
RMK + R29
U
(RMК + R29) = OUTDA22  
IMK
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 45 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
2,4
(R + R29) =                                    (4.14) 
MK
0,0002
Вирішивши спільно рівняння 6.13 і 6.14 знайдемо значення RMK  й R29. 
R29 = 6175Ом  
RМK = 5825Ом  
З рівняння (6.10) знайдемо R15 (різниця напруг у вузлових точках моста не 
повинна бути негативною тобто  напруга на датчику температури повинна бути в 
робочому діапазоні завжди вище чим напруга на опорному резисторі R20. 
Виберемо значення опорного резистора R20 = 39 Ом. Значення резистора R15 
дорівнює  
R15+ R20
R =                                            (4.15) 
MK
2
R15+ 39
5825 =  
2
R15 =11599Ом  
 
Промисловістю випускаються резистори тільки певних значень. Для 
приладу, що розробляється виберемо резистори, що припускають 5 % відхилення 
від номіналу. У такому випадку можна скористатися рядом E24. Уточнимо 
значення резисторів: 
R29 = 6.2кОм R14 = 12кОм R15 =12кОм R20 = 39Ом  
R29: Philips 2322 730 ± 5 %  6,2 кОм. 
R14, R15: Philips 2322 730 ± 5 %  12 кОм. 
R20: Philips 2322 730  ± 5%  39 кОм. 
Різниця напруг у вузлових точках  пропорційна опору датчика 
температури.  
Розрахуємо діапазон зміни сигналу з датчика температури.  
При температурі +40 С° струм  ID1 через резистори R15 й R20:  
I MK (R15+ RK1)
I =                                            (4.16) 
D1
R15+ R14 + R20 + RK1
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 46 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
0,0002  (12000 + 62,19)
ID1 = = 0,000101 A 
12000+12000+ 39+ 62,19
Напруга на  резисторі R20 буде дорівнювати:  
UR20 = ID1 R20                                               (4.17) 
UR20 = 0,000100613 39 = 0,003924В  
Розрахуємо напругу на датчику температури: 
ID2 = IMK − ID1                                           ( 4.18) 
ID2 = 0,0002 − 0,000101= 0,000099А  
URk1 = ID2 RK1                                           ( 4.19) 
URK1 = 0,000099 62,19 = 0,006162В  
Перепад напруги: 
U40 =URK1 −UR20                                              ( 4.20) 
U40 = 0,006162 − 0,003924 = 0,002238  В 
При температурі −20 С° струм  ID1 через резистори R15 й R20 по ( 4.16) 
 
0,0002  (12000 + 566,8)
I  
D1 = = 0,000107А
12000 +12000 + 39 + 566,8
Напруга на  резисторі R20 за формулою ( 4.17) рівна: 
UR20 = 0,000107 39 = 0,004176В  
Напруга на датчику температури  
ID2 = 0,0002 − 0,000101= 0,000093А  
URK1 = 0,000099 566,8 = 0,052668В  
Перепад напруги:  
U−20 =URK1 −UR20                                                ( 4.21) 
U −20 = 0,006162 − 0,003924 = 0,048492 В  
Максимальний перепад напруги дорівнює 0,048492 В.  (48,492 мВ).  
Для розрахунків приймемо округлену величину 50 мВ. 
Підсилювач сигналу  датчика температури зібраний на двох ОП. Ця схема 
дозволяє підсилювати різницю потенціалів  на входах ОП. Схема 
характеризується високим вхідним опором, що дозволяє не вносити помилку в 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 47 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
струми вимірювального моста. Коефіцієнт підсилення схеми характеризується 
відношенням резисторів зворотного зв'язку 
U
K = OUTDA3 R16
=1+                                          ( 4.22) 
DA3
U INDA3 R17
Резистори R16 й R13 повинні бути рівні між собою з найменшими 
відхиленнями. Також  повинні бути рівні між собою резистори  R17 й R12. Ці 
резистори виберемо з 1 % відхиленням. 
Напруга, що подається на вхід АЦП, яка відповідає  верхньому значенню  
діапазону, дорівнює 2,5 В. У такому разі максимальне значення різниці напруг на 
плечах вимірювального моста що відповідають  температурі −20 °С  після 
підсилення ОП  повинне дорівнювати 2,5 В. Але у зв'язку з розкидом значень 
резисторів ( 5 % ), щоб мати можливість цифрового калібрування вхідного 
сигналу залишимо запас і приймемо що мінімальне значення температури 
відповідає значенню 2,4 В.  
Тоді коефіцієнт підсилення диференціального ОП виходячи з рівняння ( 
 
4.22)  повинен  дорівнювати 
2,4
K  
DA3 = = 48
0,05
Виберемо значення резистора R16 = 510 кОм  
Тоді : 
R16
R17 =                                                   ( 4.23) 
KDA3 −1
510
R17 = =10,85кОм  
48−1
 Відповідно до ряду Е24 виберемо значення резистора 11 кОм. 
R12, R17: Phoenix 2322 157 ± 1 % 11 кОм.  
R13, R16: Phoenix 2322 157 ± 1 %  510 кОм. 
Для контролю працездатності приладу застосовується режим тест. У цьому 
режимі на вхід приладу замість датчика температури підключається за допомогою 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 48 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
контактів реле калібрований резистор R23. Величину цього резистора виберемо 
рівній величині опору датчика при 25°C тобто 100 Ом. 
R23: Philips 2322 730 ± 5%  100 Ом. 
Розрахуємо діапазон подання температури в числовому вигляді після 
аналого-цифрового перетворення.  При застосуванні 12 бітового АЦП 
максимальне число рівняється 4096, що відповідає напрузі 2,5В. Складемо 
пропорцію згідно з формулою (6,9):   
2,5 4096
=  
UOUTDA3 XT
4096 U
X = OUTDA3  
T
2,5
Розрахуємо числове значення що відповідає температурі +40 °С 
Перепад напруг дорівнює U40 = 0,002238 В. 
Напруга на виході ОП при  температурі +40 °С буде дорівнювати  
UOUTDA3 =U40 KDA3                                          ( 4.24) 
 
UOUTDA3 = 0,002238 48 = 0,107424В  
Складемо  пропорцію по формулі ( 4.9) 
2.5 4096
=  
0,107424 XT
4096 0,053208
X  
T 40 = =176
2,5
Одержимо що температурі +40 °С буде відповідати числове значення              
XT40 = 176 одиниць.  
Розрахуємо числове значення що відповідає температурі −20 °С 
Перепад напруг дорівнює U-20 = 0,048492 В. 
Напруга на виході ОП при  температурі -20 °С буде дорівнювати  
UOUTDA3 =U−20 KDA3                                               ( 4.25) 
UOUTDA3 = 0,048492 48 = 2,32В  
Складемо  пропорцію по формулі ( 4.9) 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 49 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
2,5 4096
=  
2,32 XT
4096 2,32
XT−20 = = 3800  
2,5
Одержимо що температурі -20 °С буде відповідати числове значення                
XT-20 = 3800 одиниць.  
Отримані значення використовуються при написанні програми для 
мікропроцесора. Число ХТ математично перетворюється в величину, що 
використовується в обчисленнях значення загазованості згідно нелінійної 
характеристики датчика загазованості. 
Значення опору датчика, а також інші елементи схеми можуть відрізнятися 
від розрахункових (наприклад:  значення резисторів можуть відрізнятися на 
величину 5 % )  при експлуатації необхідна операція калібрування, щоб  числові 
значення відповідали крайнім значенням температури. 
Операція калібрування полягає в підключенні на вхід вимірювального 
 
моста замість датчика температури каліброваного резистора, наприклад 
зразкового магазина опорів. 
 
4.4 Розрахунок вимірювального мосту датчика загазованості 
Для виміру опору датчика загазованості використаємо схему, аналогічну 
схемі вимірювання опору датчика температури. Проведемо необхідні розрахунки. 
Як датчик виміру загазованості застосуємо TGS-2611. Операційний підсилювач 
DА2.1 є стабілізатором напруги який забезпечує живлення вимірювального моста. 
Опорну напругу візьмемо з мікросхеми AD589 використаної в схемі виміру 
температури. Напругу живлення моста приймемо рівній 2,4 В. 
У рекомендаціях із застосування датчика [5], струм, що проходить через 
датчик загазованості, повинен бути 0,1 мА при загазованості 5000 ppm.  Струм 
проходячи  через обидва плеча моста буде  0,2 мА. Схема вимірювального моста 
містить у собі резистори R1; R2; R9; R11; датчик загазованості позначений  *R.  
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 50 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
Розрахуємо резистори. Графік у [1] показує залежність відношення RS/RO 
від концентрації метану у повітрі.  RO - опір датчика при концентрації  метану 
5000 ppm (5 % об’єму метану в атмосфері), температурі повітря 20 °С, і відносній 
вологості 65 % рівний 6800 Ом. RS – опір датчика при певній концентрації 
аналізуємого газу в атмосфері. 
Згідно з [5] діапазон вимірювання концентрації аналізуємих газів 500-
10000 ppm (0,5 – 10% обєму), як видно з графіка  при концентрації газу рівній 500 
ppm відношення RS/RO = 3. 
При мінімальній концентрації аналізуємого газу:  
RG0 = 3·RO = 3·6800 = 20400; 
RG0 = 20,4 кОм. 
Мінімальний опір датчик має при верхньому значенні концентрації 
аналізуємого газу - 10000 ppm. Відношення по [5] RS/RO = 0,6.  
RG10 = 6800 0.6 = 4080  Ом 
 При концентрації 5000 ppm RS/RO = 1, і RG5 = 6800 Ом. 
Приймемо, що при цих умовах вимірювальний міст повинен бути 
врівноважений, а значить  R9 = 4080 Ом. Тоді опір урівноваженого моста: 
R2 + R9
R =                                           (4.26) 
MG
2
Напруга на виході  ОП  DA2.1: 
 R
U MG                                       (4.27) 
OUTDA21 =U INDA21  1+ 
 R11 
Підставивши відомі параметри, одержимо: 
 R 
2,4 =1,235  1+
MG
  
 R11 
2.4
R11( −1) − RMG = 0  
1,235
R
R11= MG  
0,9433
Струм протікаючий через міст визначається з вираження (закон Ома): 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 51 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
U
I = OUTDA21                                          (4.28) 
MG
RMG + R11
U
(R + R11) = OUTDA21                                     (4.29) 
MG
IMG
2.4
(RMG + R11) =  
0,0002
Вирішивши спільно рівняння знайдемо значення RMG  й R11. 
R
(R + MG
MG ) =12000  
0,9433
RMG = 5825Ом  
R11= 6175Ом  
R2 + 4080
5825 =  
2
R2 = 7570Ом  
Згідно ряду  E24, уточнимо значення резисторів: 
 
R11= 6200Ом  
R1,R2 = 7500Ом  
R9 = 3900Ом  
R11: Philips 2322 730 5 %  6,2 кОм. 
R1,R2: Philips 2322 730 5 %  7,5 кОм. 
R9: Philips 2322 730 5 %  3,9 кОм. 
Отримана різниця напруг у вузлових точках  пропорційна опору датчика 
загазованості.  
Розрахуємо значення сигналу з датчика загазованості при концентрації  
газу 10000 ppm;  RO=6,8 кОм. Опір згідно (4.26) датчика при такій концентрації  
буде  4080 Ом.  
Струм  IG через резистори R9 й R2  
IMG  (R2 + R )
I = G                                            (4.30) 
G
R1+ R2 + R9 + RG
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 52 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
0,0002  (7500 + 4080)
IG = = 0,0001А 
7500 + 7500 + 3900 + 4080
Напруга на резисторі R9  
UR9 = IG R9                                           (4.31) 
UR9 = 0,00013900 = 0,39 В 
Розрахуємо напругу на датчику загазованості  
UG = ISG RG                                             (4.32) 
ISG = IMG − IG                                                                           (4.33) 
ISG = 0,0002 − 0,0001= 0,0001А 
Максимальне значення напруги на датчику при концентрації 10000 ppm: 
UG10 = ISG RG10                                             (4.34) 
UG10 = 0,00014080 = 0,408 В 
Аналогічно (4.34) визначаємо напругу на датчику при 5000 ppm: 
UG5 = ISG RG5 = 0,00016800 = 0,68 В 
 
Аналогічно (4.34) визначаємо напругу на датчику при 500 ppm: 
UG0 = ISG RG5 = 0,000120400 = 2,04  В 
Вхідна напруга на ОП при концентрації 500ppm:  
U INDA1 =UG0 −UR9                                             (4.35) 
U INDA1 = 2,04 − 0,39 =1,65  В 
Підсилювач сигналу  датчика загазованості зібраний на двох ОП 
аналогічно схемі виміру температури. Коефіцієнт підсилення схеми 
характеризується відношенням резисторів зворотного зв'язку 
U
K = OUTDA1 R4
=1+                                        (4.36) 
DA1
U INDA1 R3
Резистори R4 й R5 повинні бути рівні між собою з найменшими 
відхиленнями. Також  повинні бути рівні між собою резистори  R3 й R4. Ці 
резистори виберемо 1 % точності. 
Напруга, що подається на вхід АЦП,  яка відповідає  верхньому значенню  
діапазону, дорівнює 2,5 В. для нашого приладу приймемо 2,4 В. 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 53 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
Напруга на вході ОП UINDA1 =  1,65 В. 
Тоді коефіцієнт підсилення диференціального ОП дорівнює: 
2,4
KDA1 = =1,45 
1,65
Виберемо значення резистора R4 рівним 18 кОм, тоді згідно (4.36): 
R4 18000
R3= = = 40000Ом  
KDA1 −1 0,45
Вибираємо резистори: 
R4, R5: Phoenix 2322 157 ± 1 %  18 кОм.  
R3, R6: Phoenix 2322 157 ± 1 %  39 кОм. 
Уточнимо значення коефіцієнту підсилення: 
R4 18000
K =1+ =1+ =1,46  
DA1
R3 39000
При загазованості 500 ppm на виході ОП сигнал загазованості: 
UOUTDA1 = UINDA1·KDA1=1,65·1,46=2,475 В. 
 
Відповідно при 5000 ppm: 
UOUTDA1 = (UG−UR9)·KDA1=(0,68-0,39)·1,46=0,4234 В. 
При 10000 ppm: 
UOUTDA1 = (UG−UR9)·KDA1=(0,408-0,39)·1,46=0,026 В. 
 
Розрахуємо діапазон подання загазованості в числовому виді після 
аналого-цифрового перетворення.  Тому що ми застосовуємо 12 бітовий АЦП 
максимальне число рівняється 4096, що відповідає напрузі 2,5 В. Складемо 
пропорцію  
2,5 4096
=                                                  (4.37) 
UOUTDA1 XG
Визначимо числові значення загазованості згідно (4.37): 
Для загазованості 10000 ppm: 
4096 2,475
X  
G10 = = 4055
2,5
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 54 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
Для загазованості  5000 ppm: 
4096 0,4234
X  
G5 = = 694
2,5
Для загазованості  500 ppm: 
4096 0,026
XG0 = = 43 
2,5
Розраховані числові значення загазованості використовуються при 
написанні програми для мікропроцесора. Згідно з цими величинами обчислюється 
точне значення загазованості в відсотках об’єму. 
Тому що значення опору датчика, а також інші елементи схеми можуть 
відрізнятися від розрахункових  (наприклад:  значення резисторів можуть 
відрізнятися на величину 5 % )  при експлуатації необхідна операція 
калібрування, що уточнить числові значення відповідним крайнім значенням 
загазованості для конкретного датчика. 
Для контролю працездатності приладу застосовується режим тест. У цьому 
 
режимі на вхід приладу замість датчика загазованості підключається за 
допомогою контактів реле калібрований резистор R18. Величину цього резистора 
виберемо рівній величині опору датчика при 5000 ppm  тобто 6,8 кОм. R18: Philips 
2322 730 ± 5%  6,8 кОм. 
 
4.5 Оцінка точності і надійності 
Оцінка надійності 
Надійність – це властивість об’єкта зберігати у часі в установлених межах 
значення всіх параметрів, що характеризують здатність об’єкту виконувати певні 
функції в заданих режимах та умовах експлуатації. 
До поняття надійності відноситься дуже багато різноманітних 
властивостей об’єкта. Це, наприклад: безвідмовність, довговічність, 
ремонтоздатність, збереженість. 
Надійність схеми являється одним з найголовніших параметрів при 
розробці приладів промислової та побутової техніки. Надійність будь-яких видів 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 55 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
приладів “закладається” в процесі їх розробки та виробництва. Вона залежить від 
якості елементів, що використовуються та їх захищеності конструктивними 
методами; структурної захищеності колориметрів, що забезпечує їх функціювання 
при наявності відмов; вірного вибору коефіцієнтів відмов і т.п[15]. 
Існує ряд методів оцінки надійності. Найпоширенішим серед них являється 
наближений метод розрахунку надійності. Його суть полягає в представленні 
приладу у вигляді структурних схем, складовими елементами яких є елементи 
надійності(модулі, деталі, пристрої і т.д.), які мають кількісні характеристики 
надійності (інтенсивність відмов, можливість безвідмовної роботи і т.д.). також 
враховуються елементи монтажу, пайка, мікромодулі і т.д. 
В даному випадку розрахунку надійності приладу доцільніше підрахувати 
кількість елементів одного типу та помножити на відсоток їх відмови, а потім 
просумувати їх та знайти загальний відсоток відмови приладу. 
Розрахунок на надійність був проведений з використанням ЕОМ            
(Додаток  Г ).  
 
Результати розрахунку приведені нижче. 
Середній час безвідмовної роботи: 
для максимальної інтенсивності відмов 4.477777718E+04 годин; 
для середньої інтенсивності відмов  5.554011386E+04 годин; 
для мінімальної інтенсивності відмов  7.332720445E+04 годин; 
інтенсивність відмов ЕВА при середньому рівні інтенсивностей відмов 
елементів 1.800500450E-05 1/год. 
 
Оцінка точності 
В процесі розробки апаратури завжди намагаються досягти найбільшої 
точності. Але враховуючи те, що прилад складається із реальних елементів, які 
мають практичні точностні параметри, можна говорити про досягнену точність. Її 
оцінюють за формулою[15]: 
n
 2
пр =  i   ,                                                  (4.38) 
i=1
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 56 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
де δі – точність модуля приладу. 
Термохімічний газоаналізатор являє собою прилад на одній друкованій 
платі з сучасними електронними елементами. Отже точність приладу висока. 
Похибка приладу становить  пр = 0,1 % . 
Так як допустима похибка приладу 1%, то в даному розрахунку приладу на 
точність при його експлуатації задовольняє поставлену задачу у технічному 
завданні. Таким чином, задана точність досягнена. 
 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 57 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
5 Технологічний розділ 
 
Останні досягнення в області технології виробництва й зборки друкованих 
плат привели до нерентабельності організації виробництва при партіях менше 
10000 - 20000 зразків на місяць. Разом з тим з'явилися фірми які виконують  ці 
операцій на високотехнологічному устаткуванні. Поява елементів поверхневого 
монтажу привело до нового  підходу до зборки друкованих плат. З однієї сторони 
стали високотехнологічними операції установки, а такі попередні  операції, як  
формування виводів, лудіння виводів  зникли з технологічного процесу, з іншої 
сторони виконати монтаж вручну, без застосування спеціального устаткування, 
стало неможливо або дуже складно, тому що крок між виводами компонентів у 
деяких випадках менше 0,2 мм а розміри самих елементів у деякий випадках 
менше 1 мм.[17-19] 
Процес монтажу можна умовно розділити на три основних етапи: 
нанесення паяльної пасти, установка компонентів, і пайка вузлів. Далі ми 
 
небагато докладніше розглянемо кожний із цих процесів, стосовно до технологій 
й устаткування, використовуваним на виробництві. 
 
5.1 Нанесення паяльної пасти 
Елементи поверхневого монтажу спочатку приклеюються до поверхні 
друкованої плати спеціальними паяльними пастами, які виконують роль флюсу й 
припою одночасно. Паяльна  паста наноситься на контактні площадки за 
допомогою спеціальних трафаретів. Для нанесення паяльної пасти, залежно від 
обсягу виробництва, матеріалу й конструкції трафаретів, використаються 
принтери трафаретного друку: ручний, напівавтоматичний MPM SP-200 або 
автоматичний MPM UP 2000Hi[17-19].  
Необхідно  приділяти велику увагу етапу нанесення паяльної пасти, тому 
що більше 60 % дефектів, що виникають у технологічному ланцюжку 
поверхневого монтажу, зв'язані саме із проблемами, що виникають на цьому 
етапі. Для нанесення паяльної пасти, залежно від обсягу замовлення, матеріалу й 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 58 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
конструкції трафаретів, використаються принтери трафаретного друку: ручний, 
напівавтоматичний MPM SP-200 або автоматичний MPM UP 2000Hi. В одних 
випадках, при невеликих обсягах замовлення, можна уникнути зайвих витрат 
засобів і часу на виготовлення складних і дорогих трафаретів, в інших - 
забезпечити високу якість, швидкість і повторюваність нанесення пасти,  у 
сполученні зі строгим контролем процесу до початку зборки виробу. Важливим 
елементом, що забезпечує високу якість даного етапу виробництва, є 
застосування високоякісних матеріалів і паяльних паст фірм Tamura й Multicore, 
що підбирають залежно від конструкції плати, типу встановлюваних компонентів, 
і вимог компонентів до температурного профілю в процесі оплавлення припою.  
Ручний принтер  характеризується  можливістю легко налаштовуватись на 
нові види продукції, низька вартість трафаретів; точне позиціювання по осях X, Y 
і по повороті мікрометричними гвинтами, зручна фіксація плат, у т.ч. 
двосторонніх на магнітних опорах. 
Напівавтоматичний принтер MPM SP 200: точне позиціювання по осях X, 
 
Y і по повороті мікрометричними гвинтами, тверда фіксація плати, регульований 
тиск ракеля, пристрій фіксації двосторонніх плат, регульовані швидкості 
переміщення ракеля й відриву трафарету. Застосовується з рамками самонатягу 
“Alfa Tetra Frame System” 
Автоматичний принтер MPM UltraPrint 2000Hi:  робота в автоматичній 
лінії, точне автоматичне позиціювання трафарету щодо плати за допомогою 
відеосистеми Cognex 5000, програмувальне переміщення друкуючої головки, 
інноваційна друкуюча головка “Rheometric Pump”, автоматичне очищення 
трафарету (суха/розчинником/вакуумна), 2D контроль нанесення пасти, 
застосовується з рамками самонатягу “Alfa Tetra Frame System”. 
 
5.2 Установка компонентів 
Установка компонентів може проводитись на  автоматах  для установки 
компонентів  «Topaz» і «Topaz X» фірми Assembleon – сучасного лідера в області 
технологій й устаткування для поверхневого монтажу. Це універсальні, 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 59 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
високопродуктивні верстати, що об’єднують у собі високу точність, широкий 
спектр установлюваних компонентів і гнучкість у настроюванні на виробництво 
різних видів виробів. Або вручну (напівавтоматично) за допомогою маніпуляторів 
Fritsch. 
Для виробництва замовлень, з кількістю виробів від 1 до 1000 
використовується практично той же технологічний ланцюжок, що й для більших 
замовлень: нанесення паяльної пасти за допомогою трафаретної печатки, 
установка компонентів, пайка в конвекційній печі. Різниця полягає тільки в тім, 
що для установки компонентів використаються маніпулятор: ручний установник 
компонентів FRITSCH LM901.110 
Застосування цих установників забезпечує точність позиціювання, 
достатню для установки мікросхем із кроком 0,65 мм, захист компонентів від 
статичної електрики.  
Установник компонентів постачається вакуумним захватом зі змінними 
наконечниками. Як наконечники використаються стандартні голки для 
 
диспенсорів. Компоненти беруться з касет (на фотографії касети розміщені 
ліворуч і позаду робітника стола). На установці можна монтувати плати з 
розмірами до 250х320 мм. Плати більшого розміру теж можна монтувати, але із 
втратою комфорту. Для зручності оператора установка укомплектована 
підставкою для руки. Позиціювання елементів на плату відбувається вручну. 
Плата закріплюється в тримачі, компонент береться з касети вакуумним захватом, 
що активізується при узятті компонента. Головка із захватом переміщується 
рукою оператора, сковзаючи по напрямних по осях X й Y. Обертаючи рукоятку на 
головці із захватом, оператор повертає компонент на потрібний кут. На плату 
компонент установлюється вручну. Після зборки, пайка друкованих вузлів 
відбувається, залежно від складності виробу, у конвекційних печах "Mistral260" 
або "Mistral360"[17-19].  
 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 60 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
5.3 Виготовлення трафаретів 
 Підготовка виробництва починається з виготовлення трафарету для 
нанесення паяльної пасти. Можливе виготовлення трафаретів: 
▪ з берилієвої бронзи - методом хімічного травлення;  
▪ з нержавіючої сталі - вирізаних лазером;  
▪ комбінованих трафаретів з нержавіючої сталі - двостороннє хімічне 
травлення + різання лазером.  
Трафарети з берилієвої бронзи застосовуються для виготовлення 
невеликих партій виробів з невисокою щільністю монтажу, на яких відсутні 
мікросхеми з малим кроком виводів (менш 0,5 мм ). 
Перевагою даних трафаретів є низька вартість, що, не залежить від 
кількості апертур на платі або мультизаготовці. Рекомендовані для невеликих, 
дослідних партій виробів низького рівня складності. 
 
5.4 Пайка оплавленням припою 
 
Для пайки оплавленням припою в цехах монтажу друкованих плат 
застосовуються печі «Mistral» 360.  
• 4 зони нагрівання; 
• сітковий конвеєр; 
• примусова конвекція повітря;  
• комп'ютерне керування підтримкою температурного профілю й 
швидкості конвеєра;  
• точність підтримки температурного профілю 1 °С; 
• можливість пайки в інертному середовищі. 
 
5.5 Технологія монтажу друкованої плати 
При розробці приладу були застосовані елементи поверхневого монтажу: 
Резистори й конденсатори SMD тип корпуса 0805, електролітичні конденсатори 
тип корпуса 153CLV, операційний підсилювач AD8602 тип корпуса SOIC-8, 
аналогово-цифровий перетворювач AD7859 тип корпуса TQFP-44, 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 61 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
мікроконтролер P89LPC932A1 тип корпуса TSSOP28,  мікросхема логічна  
SN74HC00DR тип корпуса SOIC-14, мікросхема контролю заряду акумулятора  
MAX846A тип корпуса SOIC-16, транзистори  BC817-25W,  BC807-40  тип 
корпуса SOT-23.  
Елементи вивідного монтажу: стабілізатор напруги LM317L тип корпуса 
To-92, Рідинно-кристалічний індикатор BC1602A, Датчик температури U.S. 
Sensor  DC101B2K, Реле  H100-SD03-2-C, Датчик загазованості FIGARO 
TGS2611, П’єзовипромінювач JLW HPM14A, Резонатор  Fund-Jauch HC 49/U. 
 Компоненти поверхневого монтажу поставляються виробником у 
спеціальній тарі, у вигляді стрічок, намотаних на котушку. Така упаковка 
дозволяє застосовувати автоматичний вибір компонентів в автоматах «Topaz» й 
«Topaz X», що значно знижує трудомісткість установки компонентів на плату.  
 Обсяг виробництва становить 1000 виробів на рік. У такому випадку 
немає необхідності підготовляти зборку друкованих плат на автоматичних 
верстатах, тому що вартість підготовки виробництва й амортизації верстатів 
 
досить висока. Технологічний процес виробництва буде включати наступні 
операції: 
Виконання монтажу: 
1. установка плати в принтер для нанесення паяльної пасти; 
2. установка трафарету; 
3. нанесення паяльної пасти;   
4. установка компонентів поверхневого монтажу в живильні лотки; 
5. установка компонентів поверхневого монтажу на поверхню 
друкованої плати; 
6. оплавлення паяльної пасти в печі; 
7. підготовка елементів зі штировими виводами; 
8. установка елементів зі штировими виводами; 
9. ручна пайка;  
10. контроль монтажу;  
11. промивання плати; 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 62 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
12. сушіння готової плати; 
13. програмування мікропроцесора через програма тор; 
14. обробка задньої та передньої панелей корпуса; 
15. установка готової плати в корпус; 
16. тестування роботи приладу; 
17. калібрування приладу; 
18. відправлення готового приладу на склад. 
Операція створення трафарету виконується один раз при підготовці 
виробництва. Для розроблювального приладу виберемо виготовлення трафарету з 
берилієвої бронзи методом електрохімічного травлення. Точність цього методу 
достатня для даної плати, тому що елементів із кроком ніжок менше ніж 0,65 мм 
немає. Вартість виготовлення такого трафарету складе 30 грн.  
Для поверхневого монтажу виберемо технологію нанесення паяльної 
пасти, що являє собою зваж припою у флюсі. Паяльна паста наноситися через 
трафарет за допомогою напівавтоматичного принтера MPM SP 200. 
 
Установка елементів поверхневого монтажу буде здійснюватися вручну за 
допомогою  ручного верстата FRITSCH LM901.110. 
Оплавлення припою будемо робити в печі типу  Mistral 360.  
Елементи зі штировими виводами встановлюються на друковану плату 
вручну згідно складального креслення друкованої плати. 
Тому що кількість елементів зі штировими виводами становить усього 7 
шт.  пайку елементів будемо робити вручну. Застосувати пайку хвилею 
неможливо тому, що елементи поверхневого монтажу перебувають на тій же 
поверхні, яку потрібно занурювати у ванну при пайці хвилею. 
Заключними операціями при зборці є контроль монтажу й промивання 
друкованої плати від залишків флюсу. 
Мікропроцесор який був використаний при розробці приладу потребує 
програмування. Для цього на платі встановлено спеціальний роз’їм, до якого 
підключається програматор. Програмне забезпечення передається із комп’ютера 
через порт RS-232. 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 63 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
 Корпус приладу покупний. Отримати  конкурентноздатний вигляд без 
використання високоточної штамповки неможливо, а організувати виробництво 
за такою технологією при невеликих обсягах виготовлення нерентабельно. 
Корпус TG-600 виробництва фірми  Rose-Bopla повністю відповідає усім 
вимогам,  але  у передній знімній панелі необхідно зробити отвори для проходу 
повітря до датчика загазованості і датчика температури, а також для виходу 
звукових коливань від п’єзовипромінювача. На задній панелі отвір для 
підключення блока живлення, який виконує зарядку акумулятора. Отвори 
виконуються за допомогою свердлення с наступним зенкуванням конічним 
зенкером для зняття заусенців. 
  Установка плати в корпус виконується вручну за допомогою гвинтів 
саморізів[17-19]. 
Тестування включає в себе перевірку всіх функцій приладу а також заміри 
каліброваної газової суміші.  
 
 
5.6 Нормування монтажних робіт 
Нормування монтажних робіт виконують на підставі карт технологічних 
процесів, що визначають порядок виконання операцій, використання приладів, 
інструментів, матеріалів, а також режимів опрацювання й нормативів часу. При 
використанні вищевказаних даних можна розрахувати норми часу на різноманітні 
технологічні варіанти процесів. 
Розрахунок норм штучного часу на операцію (хв.) визначається по 
формулі[17-19]: 
 К 
Tшт = Топ  1+ ,                                                     (5.1) 
 100 
де Тшт - норма штучного часу, хв.; 
 Топ - оперативний час, хв.; 
 К - час на організаційно-технологічне обслуговування робочого місця і 
власні потреби у відсотках від оперативного часу,  К = 14 %. 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 64 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
Відповідно до складального креслення ДП системи для контролю 
параметрів технологічного процесу монтаж виробів електронної техніки на ДП 
має такі наступні переходи, що приведені в таблиці 5.1.  
Таблиця  5.1 – Оперативний час на виконання операцій по монтажу ДП 
п/п Назва роботи Кілк. Опер-ативн-ий ТО
 Елементів, шт. час, ТОП, хв. П, хв. 
1 2 3 4 5 
1 Нанесення паяльної пасти 1 1 1 
2 Установка трафарету; 1 2 2 
3 Нанесення паяльної пасти 239 0,02 4,78 
4 Ручна установка 
елементів поверхневого 57 0,27 15,39 
монтажу 
5 Вирівнювання виводів 
виробів електронної 7 0,105 0,735 
техніки 
 6 Зачищення виводів 
виробів електронної 7 0,155 1,085 
техніки 
7 Обрізання виводів виробів 3 0,074 0,222 
електронної техніки 
8 Установка елементів 8 0,728 5,824 
9 Пайка кінців виводів 
виробів електронної 8 0,083 0,664 
техніки 
10 Контроль виконаного 
1 5 5 
монтажу 
11 Промивання плати 1 4 4 
12 Сушіння плати 1 5 5 
13 Програмування 
1 1 1 
мікропроцесора 
14 Установка плати в корпус 1 7 7 
15 Тестування приладу 1 1 1 
Всього 52 
 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 65 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
Підставляємо розрахований оперативний час по монтажу друкованої плати 
у формулу (5.1): 
 14 
Тшт = 52  1+  = 59,28  хвилин. 
 100 
Технологічні карти  знаходяться в додатку Д. 
 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 66 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
6 Спеціальний розділ 
 
6.1 Сегментація ринку та оцінка потенційного попиту 
Розроблений в даній роботі пристрій для вимірювання до 
вибухонебезпечних концентрацій метану в атмосфері призначений для 
промислового використання й розрахований на споживачів (підприємства), у 
технологічному циклі яких використовується метан, або можливий витік метану у 
робоче середовище. Орієнтовно, такі технологічні цикли мають місце на великих 
промислових підприємствах, газопроводах та вугільних шахтах. Також подібний 
прилад можливо використовувати на домашніх кухнях, де встановлено плити на 
природному газі. 
Отже, основними споживачами такої продукції можуть стати підприємства 
нафтогазової галузі та підприємства, що використовують природній газ для 
виробництва. Також, як було зазначено вище, споживачами продукції можуть 
стати інші підприємства та фізичні особи. 
 
З питання періоду насичення ринку можна виділити наступне. Наприклад, 
візьмемо м. Черкаси. Основними споживачами такої продукції є такі 
підприємства як „Черкаситрансгаз” та одне з найбільших, провідних підприємств 
по виготовленню хімічної продукції, не тільки в нашій державі, а й за її межами, – 
„Азот” і інші незначні споживачі цього приладу. Для того, щоб забезпечити 
підприємства черкаського регіону такими приладами, їх потрібно близько двохсот 
штук. При вибраному технологічному процесі можна організувати виробництво 
1000 приладів на рік. Так, потрібно близько двох років для насичення ринку 
України подібними приладами. На подальше будемо вважати, що прилад для 
вимірювання та реєстрації температури випускається Черкаським заводом 
„Фотоприлад”, тому що тут є необхідне обладнання та кваліфіковані кадри. Таким 
чином тут можна налагодити всі технологічні процеси, необхідні для 
виготовлення пристрою. 
 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 67 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
6.2 Охорона праці 
Аналіз шкідливих та небезпечних факторів, що виникають в 
приміщенні  проектно-технічного відділу 
В даному розділі роботи розглядаються можливі шкідливі фактори, які 
можуть впливати на працівника, що працює у проектно-технічному відділі при 
розробці проекту персонального газоаналізатора. 
Для виконання поставлених задач опрацьовується значна кількість 
теоретичного матеріалу, що звичайно, викликає потребу у використанні 
персонального комп’ютера. Тому потрібно забезпечити безпечну та продуктивну 
організацію праці працівника, що працює з комп’ютерною технікою у відділу. 
Для того щоб запобігти негативному впливу на працівника потрібно 
звернути особливу увагу на фактори виробничого середовища, які безпосередньо  
впливають на дослідника. 
При виконанні досліджень персональний комп’ютер (ПК) 
використовується для проведення розрахунків та формування відповідної 
 
документації. За ПК працівник проводить не більше 4 годин на день з перервою 
не менше 1 години. Виконання багатьох операцій в відділу призводить до 
тривалої статичної напруженості м'язів спини, шиї, рук і ніг, що приводить до 
швидкого розвитку стомлення. Основними причинами такого стомлення є: 
нераціональна висота робочої поверхні столу і сидіння, відсутність опорної 
спинки і підлокітників, незручні кути згинання в плечовому і ліктьовому 
суглобах, кут нахилу голови, незручне розміщення документів, монітора, 
клавіатури, неправильний кут нахилу екрана, відсутність простору і підставки для 
ніг. 
За рівнем фізичних навантажень робота за комп’ютером класифікується як 
легка фізична робота (категорія І) – робота з витратою 120 – 150 ккал/год – 
категорія І а. 
У відділу розташовано п’ять робочих місць обладнаних комп’ютерною 
технікою. Для забезпечення комфортної роботи персоналу столи мають довжину 
140 см і ширину 70 см, що задовольняє санітарним нормам. Стільці, що 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 68 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
змінюються за висотою, з напівм'яким сидінням, дозволяють здійснювати поворот 
сидіння і спинки стільця в межах 360°. Висота сидіння регулюється в межах 42-55 
см. Фактична відстань очей до монітора  дорівнює 0,6-0,7 м. Отже,  робоче місце 
відповідає ДСТУ 8604:2015. 
Розміри відділу  становлять: довжина 8 м, ширина 5 м, висота від підлоги 
до стелі 3,2 м, загальна площа аудиторії 40 м2, площа яка припадає на одну 
людину становить 8 м2. Об’єм приміщення складає: 128 м3, об’єм, який припадає 
на одну людину становить 25,6 м3. Розміри приміщення за площею та об’ємом 
відповідають вимогам ДБН В.2.2-28-2010 «Будинки адміністративного та 
побутового призначення». 
Велике значення має система освітлення відділу. Під час роботи 
дослідник працює з даними, які виводяться програмним забезпеченням на 
екран монітору. Найменша розрізненість об’єкту (в даному випадку об’єктом 
розрізнення і фоном є: текст на моніторі та власне фон монітора, текст на аркуші 
паперу та аркуш, букви на клавіатурі і клавіатура) складає від 0,15 до 0,3 мм, це 
 
відповідає високій точності зорової праці. Розряд зорової праці – ІІ, підрозряд 
– Г. Контраст відмінності об’єкту з фоном - великий. 
 При роботі з комп’ютером використовувалося приміщення з однобічним 
природним освітленням. Розмір вікна приміщення становить 2×1,5 м. Робочі 
столи розміщені так, що природне світло потрапляє в приміщення спереду. Вікно 
завішене шторами, які запобігають виникненню відблисків, затемнених плям на 
моніторах при попаданні прямого світла.  Згідно з нормами освітлення ДБН 
В.2.5.28–2018 «Природне і штучне освітлення» коефіцієнт природного 
освітлення (КПО) для даного типу зорової праці дорівнює 1,5%. Робоче місце 
розташоване на відстані 0,5 м від вікна і в цій точці значення КПО становить 
36-38 %. Отже, рівень природного освітлення є достатнім.  
Штучне освітлення створюється світильниками з люмінесцентними 
лампами. Освітлювальні установки забезпечують рівномірне освітлення по всій 
робочій зоні, відсутність глибокої і різкої тіні, постійність освітлення в часі. 
Джерела світла по відношенню до робочих місць слідує розмістити таким чином, 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 69 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
щоб уникнути попадання в очі прямих світлових потоків. Фактичне значення 
штучного загального освітлення складає 360 лк, а нормативне значення – 300 лк. 
Отже, рівень штучного освітлення відповідає нормативним значенням згідно ДБН 
В.2.5.28-2018 «Природне і штучне освітлення». 
Істотне значення мають параметри мікроклімату в приміщенні, оскільки 
безпосередньо впливають на роботу та здоров’я працівника. Фактичні значення 
основних параметрів мікроклімату наступні: 
1) Температура повітря: 
- в теплий період року 22-24 ˚С; 
- в холодний період року 15-18 ˚С; 
2) Вологість повітря: 
- в теплий період року 45-60 %; 
- в холодний період року 40-50 %; 
3) Швидкість руху: 
- в теплий період року – 0,1-0,2 м/с; 
 
- в холодний період року – 0,1-0,15 м/с. 
Згідно ДСН 3.3.6.042–99 «Санітарні норми мікроклімату виробничих 
приміщень» нормативні значення основних факторів мікроклімату наступні: 
1) Температура повітря: 
- в теплий період року 22-28 ˚С допустима (оптимальна 23-25 ˚С); 
- в холодний період року 21-25 ˚С допустима (оптимальна 22-24 ˚С); 
2) Вологість повітря: 
- в теплий період року 40-60 %; 
- в холодний період року 40-60 %; 
3) Швидкість руху: 
- в теплий період року – 0,1 м/с (допустима – 0,1-0,2 м/с); 
- в холодний період року – 0,1 м/с (допустима – менше 0,1 м/с). 
З вище наведених даних мікроклімату видно, що лише показники 
температури в холодний період року не задовольняють норму згідно ДСН 
3.3.6.042–99.  
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 70 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
Також важливе значення має параметр шуму. Персональні комп’ютери 
створюють на робочих місцях працюючих шум, рівень якого досягає 35 дБА. 
Згідно ДСН 3.3.6.037 – 99 «Санітарні норми виробничого шуму, ультразвуку та 
інфразвуку» цей рівень повністю відповідає нормативному рівню, який становить 
50 дБА. Тому, фактичне значення шуму не перевищує допустиме, а отже 
негативно не впливає на працівника. 
Основними джерелами електромагнітного поля на робочих місцях є 
монітори комп’ютерів, а також системні блоки. Найбільше впливає 
електромагнітне поле на органи зі слабкою терморегуляцією, що мають 
недостатню кількість кровоносних судин або слабкий кровообіг. До таких органів 
відносяться: головний мозок, око (кришталик), шлунок, сечовий міхур і т.п. 
Функціональні зміни виявляються в передчасній стомленості, млявості, 
головному болі. При систематичному опроміненні спостерігається зміна 
кров'яного тиску (гіпертонія, гіпотонія), уповільнення пульсу, трофічні явища 
(випадіння волосся, ламкість нігтів, лущення шкірного покриву). Величина 
 
напруженості, що живить комп’ютерне обладнання 220 В, і споживана потужність 
менше ніж 3000 Вт, що не перевищує нормативне значення, визначене в ДСН 198 
«Державні санітарні норми і правила при виконанні робіт в невимкнених 
електроустановках напругою до 750 кВ включно» та ДСН 239-96 «Державні 
санітарні норми і правила захисту населення від впливу електромагнітних 
випромінювань». 
Електропроводка в даному приміщенні прихованого типу, що забезпечує 
захист працюючих у відділу від доторкання до оголених проводів. Обладнання 
встановлене в приміщенні живиться напругою 220 В і споживає потужність 2,5 
кВт. Деяке обладнання, зокрема персональний комп’ютер, має металевий корпус, 
тому згідно з ДСТУ Б В.2.5-82:2016 «Захисні заходи електробезпеки в 
електроустановках будинків і споруд» у відділу передбачена система захисного 
занулення. 
Інструктаж з техніки електробезпеки складений згідно НАОП 1.1.10-4.09-
87 «Програми навчання безпеки праці робітників, до професій яких 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 71 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
пред'являються підвищені вимоги з техніки безпеки». Вступний інструктаж 
проводиться з усіма працівниками, які щойно прийняті на роботу (постійну або 
тимчасову) незалежно від їх освіти, стажу роботи за цією професією або посади. 
Первинний інструктаж проводиться на робочому місці до початку роботи на 
робочому місці. Інструктаж проводить інженер по техніці безпеки, відповідно до 
НАОП 0.00-4.12-05 «Типове положення про навчання з питань охорони праці». 
Відділ за вибухопожежонебезпекою відноситься до приміщень  типу В, 
згідно з ДСТУ Б В.1.1-36:2016. В даному відділу забезпечуються необхідні заходи 
щодо протидії виникнення пожежно-небезпечних ситуацій згідно з НАПБ 
А.01.001-2014 «Правила пожежної безпеки в Україні»: 
- будівельні конструкції необхідного ступеня вогнестійкості. Стіни 
виготовлені з цегли, оштукатурені та пофарбовані водоемульсійною фарбою. 
Стеля виготовлена методом перекриття приміщення залізобетонними плитами, а 
підлога з кахельної плитки. Всі матеріали застосовані для будівництва та 
оздоблення відділу пройшли перевірку і були дозволенні органами державного 
 
санітарно-епідеміологічного нагляду; 
- приміщення обладнане порошковим вогнегасником ВП-5, який  
знаходиться на стіні біля дверей з вільним доступом до нього, відповідно до 
Правил експлуатації вогнегасників; 
-  план евакуації розміщений на стіні з вільним доступом до неї. Для 
попередження пожежі у відділу використовується електрична пожежна 
сигналізація  POLON 4000 та теплові датчики типу (ИПД-1) у кількості 4 шт. 
Інструкції на випадок пожежі складенні відповідно до НАПБ А.01.001-
2014 «Правила пожежної безпеки в Україні». 
Після проведення аналізу відділу та умов праці за робочим місцем можна 
зробити висновок, що всі фактори роботи в даному приміщенні являються 
сприятливими окрім системи опалення. Тому пропонується замінити систему 
опалення, щоб параметри мікроклімату відділу відповідали нормам ДСН 
3.3.6.042–99. 
 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 72 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
Модернізація системи водяного опалення відділу 
Основний поділ опалювального обладнання ґрунтується на способах 
передавання тепла нагрівальними приладами до опалюваних приміщень.  
Опалювання поділяється на опалювання випромінюванням та конвекційне. 
Цей поділ виникає з пропорції потоку тепла, яке віддається через нагрівальні 
прилади до приміщення. 
Типовими випромінюючими нагрівачами є: 
- випромінювачі; 
- випромінюючі смуги; 
- площинні нагрівальні системи (стельові, стінні та підлогові). 
Конвекційними нагрівачами є: 
- нагрівальні прилади з чавунних та сталевих ланок, 
- конвектори. 
Повітряне обігрівання, в тому числі вентиляторні конвектори, є майже 100-
відсотковим конвекційним обігріванням. 
 
Питання, який вид обігрівання приміщень є корисніший - 
випромінюванням чи конвекцією, — постійно сприяє новим технологічним 
розв’язкам. Зокрема, це стосується встановлення продуктивності (к.к.д.) 
енергетичного випромінювання тепла визначеного типу нагрівального приладу 
або радіусу теплової дії нагрівального приладу.  
Ці два види постачання тепла дають різні результати, які практично 
можуть викликати приємні відчуття або тепловий дискомфорт. 
Наприклад, відчуття людиною втрати тепла внаслідок випромінювання в 
напрямку холодних площин (з поверхні пічки) не може компенсуватися за 
рахунок більш інтенсивного поглинання випромінювання інших частин тіла. 
У такому випадку міняємо позицію нашого тіла відносно джерела тепла. 
Крім того, інтенсивний рух повітря (навіть досить нагрітого по відношенню до 
температури в приміщенні) при тепловому відчутті можна відбирати як 
неприємний охолоджуючий потік. 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 73 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
Якщо в опалюваному приміщенні є умови для доброго самопочуття, то 
температура повітря значно не відхиляється від середньої (можливо рівномірної) 
температури повітря оточуючих поверхонь, а температура нагрівальних 
поверхонь не надто перевищує температуру тіла людини. 
Тому частіше надають перевагу площинному, низькотемпературному 
опаленню.  
Підвищення температури нагрівального приладу, тобто концентрація 
джерела тепла в приміщенні, приводить до інтенсифікації та зонування 
випромінювання тепла, збільшуючи або інтенсивність теплового 
випромінювання, або швидкість руху повітря в приміщенні. Очевидно, що при 
встановленні температури нагрівальних приладів не можна перебільшувати, бо 
навіть температура поверхні нагрівальних приладів порядку 80-90 °С, крім 
погіршення умов доброго самопочуття, не є безпечною для здоров’я. 
 Обмеження температури поверхні нагрівальних приладів викликане тим, 
що при температурах вищих від 60 °С розпочинаються процеси сухої дистиляції 
 
органічних рідин та припікання їх на поверхні нагрівального приладу. Продукти 
цих процесів подразнюють слизові оболонки верхніх дихальних шляхів, 
викликаючи відчуття сухості, особливо неприємні при заниженій відносній 
вологості повітря в приміщенні під час морозів. 
В даний час використовуються декілька типів радіаторів: алюмінієві, 
біметалічні, чавунні, сталеві конвектора. 
Радіатори водяного опалення діляться на дві групи:  
− секційні-чавунні, алюмінієві, біметалічні (з алюмінію і сталі);  
− панельні-сталеві. 
Чавунні секційні радіатори стійкі до корозії, володіють великою тепловою 
потужністю на одиницю довжини приладу і можуть застосовуватися в системах 
опалення з низькою якістю теплоносія. 
Альтернативою чавуну є алюміній, з якого виробляються більш ефектні на 
вигляд і менш металомісткі алюмінієві або біметалічні (сталь + алюміній) 
радіатори. Гідність цих опалювальних приладів в тому, що вони прогрівають 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 74 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
приміщення швидше, ніж чавунні радіатори, і добре керуються термостатичним 
вентилями. 
Біметалічні радіатори зовні схожі на алюмінієві, але завдяки застосуванню 
сталевих труб, всередині кожної секції, витримують внутрішній тиск до 25 атм. і 
вище. Потужність кожної секції (при висоті 500 мм) 160 Вт. Застосовуються, як 
правило, для облаштування міських квартир. 
Сталеві панельні радіатори середні за теплопровідністю між чавунними і 
алюмінієвими радіаторами. Панельні радіатори виконуються з штампованих, 
стійких до корозії сталевих листів, утворюють ряд вертикальних паралельних 
каналів, які об'єднуються горизонтальним колектором. Радіатори виконуються 
однорядні, дворядними, трьохрядний, з ребрами і без нього. При цьому кожен 
радіатор покритий багатошарової термостійкою емаллю. 
Обчислення тепловитрат в приміщенні: 
                                                    Q = S∙T/R,                                                 (6.1) 
де Q - тепловтрати через перешкоду, Вт 
 
     S - площа перешкоди, м2 
     Т - різниця температур між внутрішнім та зовнішнім повітрям, 50°С 
     R - значення теплоопору перешкоди, м2·°С/Вт 
Розраховуємо тепловтрати через стіни: 
Тепловтрати через зовнішню стіну 
     R = 0,712 - опір теплопередачі  стіни завтовшки в 2 цеглини (50 см)  
Sстіни = 8 3,2 −1,3 2 4 =15,2 м2 
15,2 50
Q1 = =1067,4Вт 
0,712
Тепловтрати через вікна: 
R = 0,37 - опір теплопередачі  звичайного вікна з подвійною рамою  
Sвікна =1,3  2 = 2,6 м2 
2,6 4 50
Q2 = =1405Вт 
0,37
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 75 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
З урахувань втрат на вентиляцію (25%): 
Q = (1067,4 +1405) 1.25 = 3090,5 Вт 
Для підтримання оптимальної температури повітря в приміщенні в 
холодну пору року потрібна система опалення потужністю не менше 3090,5 Вт. 
Згідно отриманих даних обираємо чотири сталевих односекційних радіатори 
PANSA 500х1000 (рис.6.2), загальною потужністю 3732 Вт. 
 
 
 
Рисунок 6.2 - Зовнішній вигляд радіатора системи опалення  
PANSA 500х1000. 
 
Таблиця 6.1 - Технічні характеристики радіатора системи опалення 
Матеріал Сталь 
Кількість секцій 1 
Висота, мм 500 
Ширина, мм 1000 
Тиск робочий, бар 10 
Вага, кг 14 
Клас 22 
Монтаж Бічний верхній 
Потужність, Вт 933 
 
 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 76 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
Таблиця 6.2 - Порівняльні характеристики основних типів радиаторів 
Робочий Опресувальний  
Радіатори Тепловіддача, Вт 
тиск,атм тиск, атм 
180-735  
Сталеві панельні (залежно від кількості 6-8,5 13 
панелей) 
20-700  
Сталеві трубчасті 8-10 13-15 
(залежно від габаритів) 
80-160  
Чавунні 10-12 15-18 
(одна секція) 
125-280  
Алюмінієві (залежно від міжосевої До 16 24 
відстані) 
Біметалеві 130-200  
 радиатори (залежно від міжосевої До 35 52,5 
(алюміній/сталь) відстані) 
 
 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 77 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
  
 
 
Висновок 
 
Основна функція персонального переносного газоаналізатора – повідомляти 
користувача приладу про небезпеку вибуху горючих газів, що знаходяться в 
атмосфері. Прилад вимірює небезпеку вибуху, а числове значення відповідає 
об’ємній долі метану в атмосфері. Математична обробка сигналу на основі 
відомих нелінійних характеристик датчиків температури і загазованості 
дозволила досягти високої точності вимірювання, хоч цього й не вимагалося. 
Застосування сучасних можливостей мікроелектроніки надало приладу значної 
швидкодії, що особливо важливо в небезпечній ситуації. Мала потужність 
приладу дозволила відмовитись від унікальних акумуляторів та додаткових 
засобів іскробезпеки, а це, в свою чергу, дало можливість значно зменшити вагу і 
ціну приладу. Спроектований прилад майже втричі дешевший від свого 
прототипу, і значно зручніший в користуванні. Програмне забезпечення приладу 
може змінюватися по замовленню користувача і додає зручності в користуванні 
 
для кожної конкретної ситуації. В сучасних умовах це оптимальний варіант для 
переоснащення підприємств України новим газоаналізатором. 
     Лист 
     СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 78 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата