федеральное агентство по образованию
государственное образовательное учреждение
среднего профессионального образования
сарапульский колледж радиоэлектронного приборостроения
ДОПУЩЕН К ЗАЩИТЕ
Зам. директора по учебной работе
Миткевич Е.А.
« » 2005г
РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ПЕЧАТНОГО УЗЛА цифрового измерителя L и C
ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ
СКРП.411218.004ПЗ
Пояснительная записка
Специальность 210306
«Радиоаппаратостроение»
Дипломник Дмитриев И. Е.
Руководитель дипломного проекта Иванов В. Г.
Консультант по экономической части Зубов Е. Ф.
Нормоконтроль Кузнецова А. Г.
Рецензент
2005
Содержание
Введение
1 Расчётно – конструкторская часть
1.1 Назначение, область применения и основные параметры изделия
1.2 Принцип работы изделия и описание его схемы
1.3 Обоснование выбора элементной базы
1.4 Электрический расчёт балластного резистора
1.5 Электрический расчет стабилизатора напряжения
1.6 Описание конструкции изделия с обоснованием применяемых материалов и полуфабрикатов
1.7 Тепловой расчет интегрального стабилизатора
1.8 Расчет геометрических размеров печатной платы
1.9 Расчет надёжности изделия
2 Технологическая часть
2.1 Анализ технологичности конструкции
2.2 Выбор варианта схемы техпроцесса с обоснованием видов работ
2.3 Ведомость техпроцесса и его нормирование с определением трудоёмкости (включая операцию регулировки)
3 Организация производства
3.1 Обоснование выбора типа производства и его характеристика
3.2 Расчёт численности работающих по категориям
3.3 Организация участка и рабочих мест в соответствии с требованиями НОТ
3.4 Расчёт фонда заработной платы
4 Экономическая часть
4.1 Расчёт себестоимости изделия и отпускной цены
4.2 Расчёт технико-экономических показателей участка
4.3 Расчет экономической эффективности
5 Мероприятия по безопасности жизнедеятельности и противопожарной технике
5.1 Проведение экологической оценки технологического процесса или конструкции на технически безопасный процесс эксплуатации
5.2 Мероприятия по улучшению условий труда
Заключение
Список литературы
Приложение А Инструкция по регулировке
Введение
Измерители индуктивности и емкости находят широкое применение как на производстве так и в радиолюбительской практике. Как правило, это малогабаритные приборы низкой точности или цифровые приборы высокой точности, но больших габаритов. Данная разработка с применением микроконтроллера является компромиссом качества и габаритов. Уменьшению габаритов служит применение индикатора с последовательным вводом информации.
Принцип работы предлагаемого LC метра основан на измерении энергии, накапливаемой в электрическом поле конденсатора и магнитном поле катушки. Применение в данной конструкции микроконтроллера и ЖКИ индикатора позволило создать простой, малогабаритный, дешевый и удобный в эксплуатации прибор, имеющий достаточно высокую точность измерений. Также предусмотрена программная коррекция нуля, которая компенсирует емкость и индуктивность клемм, соединительных проводов и переключателя.
При работе с прибором не нужно манипулировать никакими органами управления, достаточно просто подключить измеряемый элемент и считать показания с индикатора.
Цифровой измеритель L и C предназначен для измерения индуктивности и емкости.
1.1.1 Электрические характеристики
- пределы измерения емкости от 0,1 пФ до 5 мкф;
- пределы измерения индуктивности от 0,1 мкГн до 5 Гн;
- погрешность измерения от 2 до 3 %;
- напряжение питания от 7,5 до 9 В;
- потребляемый ток от 10 до 15 мА;
- автоматический выбор диапазона измерения;
- программная коррекция нуля.
1.1.2 Конструктивные характеристики:
- плату выполнить из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм с размерами 40×120 мм;
- плату крепить винтами.
1.1.3 Эксплуатационные характеристики:
- окружающая температура от плюс 10 до плюс 55°С;
- относительная влажность до 75 % при температуре плюс 25°С;
- атмосферное давление 720…780 мм.рт.ст.
Сигнал возбуждающего напряжения прямоугольной формы с вывода 6 (РВ1) микроконтроллера DD2 через три нижних по схеме буферных элемента DD1 поступает на измерительную часть устройства. Во время высокого уровня напряжения зарядка измеряемого конденсатора Сх происходит через резистор R1 и диод VD6, а во время низкого – разрядка через R1 и VD5. Средний ток разрядки, пропорциональный величине измеряемой емкости, устройство преобразует с помощью операционного усилителя (ОУ) DA1 в напряжение. Конденсаторы С5 и С7 сглаживают его пульсации. Резистор R11 служит для точной установки нуля ОУ.
При измерении индуктивности во время высокого уровня ток в катушке нарастает до значения, определяемого резистором R2, а во время низкого – ток, создаваемый ЭДС самоиндукции измеряемой катушки, через VD3 и R3 также поступает на вход микросхемы DA1.
Таким образом, при постоянном напряжении питания и частоте сигнала напряжение на выходе ОУ прямопропорционально величинам измеряемых емкости или индуктивности. Но это справедливо только при условии, что зарядка конденсатора выполнена полностью в течение половины периода возбуждающего напряжения и также полностью произошла разрядка в течение другой половины. Аналогично и для катушки индуктивности. Ток в ней должен успевать нарастать до максимального значения и спадать до нуля. Эти условия можно обеспечить соответствующим выбором резисторов R1–R3 и частоты возбуждающего напряжения.
Напряжение, пропорциональное значению параметра измеряемого элемента, с выхода ОУ через фильтр R4C2 подают на встроенный десятиразрядный АЦП микроконтроллера DD1. Конденсатор С1 – фильтр внутреннего источника образцового напряжения АЦП.
Три верхних по схеме элемента DD1, а также VD2, VD4, С3, С4 использованы для формирования напряжения минус 5 В, необходимого для работы ОУ.
Результат измерения прибор отображает на десятиразрядном семисегментном жидкокристаллическом индикаторе HT1613.
Для повышения точности прибор имеет девять поддиапазонов измерения. Частота возбуждающего напряжения на первом поддиапазоне равна 800 кГц. На такой частоте измеряют конденсаторы с емкостью примерно до 90 пФ и катушки с индуктивностью до 90 мкГн. На каждом последующем поддиапазоне частота снижена в 4 раза, соответственно во столько же раз расширен предел измерения. На девятом поддиапазоне частота равна 12 Гц, что обеспечивает измерение конденсаторов с емкостью до 5 мкФ и катушек с индуктивностью до 5 Гн. Нужный поддиапазон прибор выбирает автоматически, причем после включения питания измерение начинает с девятого поддиапазона. В процессе переключения номер поддиапазона отображен на индикаторе, что позволяет определить, на какой частоте выполняют измерение.
После выбора нужного поддиапазона результат измерения в пФ или мкГн выведен на индикатор. Для удобства считывания десятые доли пФ (мкГн) и единицы мкФ (Гн) отделены пустым знакоместом, а результат округлен до трех значащих цифр.
Светодиод HL1 красного цвета свечения использован в качестве стабилизатора на 1,5 В для питания индикатора. Кнопка SB1 служит для программной коррекции нуля, что помогает компенсировать емкость и индуктивность клемм и переключателя SA1. Резистор R13 предназначен для быстрой разрядки конденсаторов С10 и С11 при выключении питания. [12]
Описание схемы произведено согласно СКРП.411218.004Э3.
При разработке конструкции изделия необходимо:
- выбрать радиоэлементы, обеспечивающие надежную и устойчивую работу схемы;
- стремиться к сокращению номенклатуры деталей и элементов, то есть сделать конструкцию максимально легкой и компактной;
- иметь оптимальное соотношение цена/качество выбранных радиоэлементов;
- тщательно проанализировать требования к прибору приступая к разработке конструкции. [10]
Исходя из этих требований, в конструкции печатного узла измерителя применены ниже перечисленные радиоэлементы.
Конденсаторы К10-17б
Конденсаторы керамические, уплотненные, для всеклиматического исполнения, постоянной емкости, низковольтные, предназначены для эксплуатации в качестве встроенных элементов в цепях постоянного и переменного токов и в импульсном режиме.
Эксплуатационные характеристики:
– вибрационный диапазон частот от 1 до 5000 Гц;
– диапазон рабочих температур от минус 40 до плюс 85 °С;
– относительная влажность не более 98 %;
– допускаемые отклонения емкости ±10 %.
Показатели надежности:
– наработка на отказ не менее 15000 ч;
– интенсивность отказов не более 1∙10-6 1/ч;
– срок сохраняемости не менее 15 лет.
Конденсатор К10-17б выбран потому, что имеет малые габариты, малую интенсивность отказов, низкую стоимость.
Конденсаторы К50-68
Конденсаторы оксидно-электролитические алюминиевые, предназначены для работы в цепях постоянного, пульсирующего тока и в импульсном режиме.
Эксплуатационные характеристики:
– диапазон рабочих температур от минус 40 до плюс 85 °С;
– относительная влажность не более 98 %;
– допускаемые отклонения емкости от минус 10 до плюс 50 %.
Показатели надежности:
– наработка на отказ не менее 15000 ч;
– интенсивность отказов не более 2∙10-6 1/ч;
– срок сохраняемости не менее 15 лет.
Конденсатор К50-68 выбран потому, что имеет малые габариты, малую интенсивность отказов, низкую стоимость.
Микросхема КР140УД1208
Операционный усилитель общего применения.
Эксплуатационные характеристики:
– коэффициент усиления 20000;
– напряжение смещения 6 мВ;
– входной ток 500 нА;
– напряжение питания ±5 В;
– входное сопротивление 0,4 МОм;