Разработка конструкции электронного блока управления температурой сушильного узла 15.02.07

Сушильные блоки

Содержание

Введение	5
1 Аналитическая часть	8
1.1 Устройство и виды сушильных шкафов	8
1.3 Управление полевым транзистором	13
2 Проектная часть	19
2.1 Разработка структурной схемы управления	19
2.2 Назначение устройства управления, основные технические характеристики	20
2.3 Описание работы электрической схемы	21
2.4 Выбор элементной базы	24
2.5 Разработка печатной платы	26
2.6 Разработка конструкции блока управления	29
2.7 Особенности настройки устройства	33
2.8 Контроль качества монтажа	33
2.9 Отвод тепла от полупроводниковых приборов	38
2.10 Оценка тепловых режимов	39
2.11 Расчет вентилируемого ребристого теплоотвода	40
3 Технико-экономическое обоснование разработки	48
3.1 Расчет сметы затрат на опытно-конструкторские работы	48
3.2 Расчет затрат на производство опытного образца	52
3.3 Расчёт экономической эффективности проектируемого блока управления	57

4 Охрана труда и эргономика	61
4.1 Влияние электрического тока на человеческий организм	61
4.2 Техника безопасности при проведении монтажных работ	63
Заключение	66
Список использованных источников	68

Введение

Сушильные блоки и шкафы используются в коттеджах, частных домах, а также внутри помещений во всех отраслях промышленности и сферах деятельности: на стройках, в спортивных учреждениях, на производстве, на горнолыжных курортах, в пожарных частях. Они разрешены к применению в детских дошкольных и школьных учреждениях.

Сушильное оборудование предназначено для сушки боевой одежды и снаряжения, специальных костюмов и экипировки пожарных и спасателей.

Оно позволяет быстро и деликатно провести сушку путём подачи нагретого воздуха по полым нержавеющим трубкам через выпускные форсунки, расположенные на вешалках, непосредственно на объект сушки.

Эксплуатация сушилок не требует подвода дополнительной системы вытяжной вентиляции, а позволяет установить их в помещении со стандартной системой общеобменной вентиляции.

В настоящее время разработка оптимальной технологии сушки -достаточно дорогостоящий процесс, который не всегда осуществим в лабораторных условиях. Во многих случаях при выработке оптимальных режимов эксплуатации оборудования использование даже пилотных установок не достаточно точно отражает процесс, протекающий в промышленных масштабах производства. В свою очередь, проведение экспериментов на промышленных установках чрезвычайно дорого (даже в том случае если это не требует создания установки)- По данным SPIN (Solids Processing Industrial Network) более 90% европейских компаний несут убытки из-за неправильного выбора способов и режимов сушки того или иною продукта. Соответственно увеличиваются затраты связанные с поддержанием экологических норм производства. Поэтому грань между доходным и убыточным производством становиться все острее и острее и лежит в области оптимального режима эксплуатации.

Процесс сушки является одним из наиболее интересных процессов химической технологии. Этот процесс лежит в основе многих современных методов нанесения покрытий, получения композитных материалов и лекарственных препаратов. В свою очередь, сушка — очень энергоемкий процесс. Большое количество энергии расходуется не только на удаление влаги из высушиваемого материала, включающее в себя иногда весьма значительные затраты на подготовку и подачу материала в сушильный аппарат, но и на очистку рабочих сред процесса. Поэтому большое значение имеет разработка оптимальной технологии процесса сушки, что позволит повысить качество продукта, сократить продолжительность процесса, сберечь материальные и энергоресурсы, решить проблемы экологии.

Автоматизировать процесс сушки – это значит осуществить управление самим технологическим процессом без непосредственного участия человека, либо оставления за человеком права принятия наиболее ответственных решений.

В данном проекте в качестве нагрузки используется ТЭН. Изменяя напряжение на нем, можно управлять его температурой.

Разрабатываемый электронный блок предназначен для управления активной нагрузкой за счет изменения подаваемого на них номинального напряжения. В качестве регулирующих элементов могут быть использованы тиристоры, динисторы, симисторы, транзисторы. Характеристики указанных элементов выбираются в зависимости от мощности коммутируемой нагрузки.

Это послужило основанием для выбора темы дипломного проекта. Целью дипломного проекта является разработка конструкции электронного блока управления температурой сушильного узла. Для этого необходимо решить следующие основные задачи:

-разработать структурную схему управления температурой сушильного узла;

- осуществить выбор схемы устройства управления температурой ТЭНа;

-произвести выбор элементной базы;

- разработать печатную плату устройства управления;

- разработать эскиз конструкции блока управления;

- разработать схему электрическую соединений;

- разработать методику настройки блока управления;

- произвести расчет экономической эффективности проекта;

-представить требования охраны труда при проведении электромонтажных работ

1 Аналитическая часть

1.1 Устройство и виды сушильных шкафов

Сушильным шкафом называют металлическую конструкции, в которой помимо привычных элементов гардероба можно размещать и осуществлять сушку обуви и головных уборов. Для выполнения им своего прямого назначения он оборудован нагревателем, а так же необходимой системой автоматики, которая отвечает за функциональность прибора.

К основным особенностям данной бытовой техники можно отнести:

• безопасность всего нагревательного оборудования, а так же оснащение аварийным отключением в случае возникновения перепадов напряжения;

• наличие естественной или принудительной вентиляции;

• оснащение необходимым для более удобного использования светодиодным освещением, ионизаторами и ароматизаторами;

• наличие информационного дисплея, встроенного таймера времени и цифрового регулятора температуры;

• возможность использования дополнительных опций и автоматических программ, к числу которых относится отсрочка времени, конвекционная сушка с выставлением параметров по степени насыщенности влагой для достижения требуемого результата.

Нагретый до выставленной пользователем температуры воздух вызывает быстрое по сравнению с обычными условиями внутри помещения просушивание вещей. Влага, которая выделяется в процессе сушки, удаляется из прибора по средствам используемой системы вентиляции. Для более удобного размещения вещей и обуви в шкафу имеются специальные полки, стеки и крючки. Их количество и размер зависит от габаритов самого оборудования, а так же предпочтений производителя, который данную технику изготавливал. Данная мебель рассчитана на стандартное напряжение равное 220В, токовую нагрузку не превышающую 6А. Ее показатель мощности может достигать 1 КВт на одну секцию при максимальной температуре нагревания равной 70 градусам по Цельсию.

Для безопасного использования схема сушильного шкафа подразумевает наличие изоляции нагревательного элемента, изготовленной из двух слоев теплоизоляционного материала, обеспечивающей защиту от непосредственного воздействия влаги. Так же с этой целью внутри монтируется патрубок с шибером, который предназначен для устройства отвода влаги. Именно по этой причине при размещении шкафа в квартире, необходимо предусмотреть возможность вывода влажного воздуха через данную систему. В противном случае все излишки влаги будут попадать в помещение, нарушая при этом внутренний благоприятный микроклимат. Для того чтобы теплый воздух не отдавался через стенки конструкции, их оснащают слоем теплоизоляции, оптимальная толщина которого в данном случае равна от 2 до 3 мм.

В соответствии с назначением прибора и его наполнением все существующие на сегодняшний день модели можно разделить на 3 основных вида, а именно:

1 универсальные, предназначенные для использования не только в быту, но и на предприятиях, деятельность которых подразумевает постоянное наличие мокрых вещей, обуви или различного текстиля. Такой вариант сушильного шкафа подразумевает оборудование многочисленными полками для достижения максимального заполнения пространства;

2 промышленные, предназначенные для использования на больших прозводствах для сушки наборов одежды, обуви и головных уборов. Отличительной особенностью данной техники является большая вместимость по сравнению с универсальными вариантами сушильных шкафов, а так же то, что их конструкция является разборной;

3 детские, предназначенные для сушки одежды дошкольников и учеников школ. Они имеют небольшой размер, как по ширине, так и по высоте для удобства использования людьми небольшого роста.

Помимо назначения сушильные шкафы различаются по способу отвода влажного воздуха, который может быть как естественным, так и принудительным. В первом случае влага через специальный патрубок выводится за пределы прибора, а во втором – остается внутри прибора, собираясь в специальном резервуаре конденсационной системы. Кроме того, более простые модели сушильных шкафов не дают возможности регулировать уровень влажности вещей, а при необходимости получить вещи во влажном состоянии, человек должен определить этот момент самостоятельно путем проверки. Более дорогие модели же имею в себе данную функцию, и процесс сушки прекращается в тот момент, когда вещи имеют именно тот уровень влажности, который требуется.

Практически все модели сушильных шкафов (рисунок 1.1) имеют большое количество режимов сушки, и оснащены необходимыми таймерами и датчиками для обеспечения наилучшего результата.

Рисунок 1.1 - Стандартный размер универсального сушильного шкафа

1.2 Триггер Шмитта в устройствах управления

В устройстве управления температурой ТЭНа используется формирователь управляющих транзистром импульсов, представляющий собой схему триггера Шмитта.

В триггере состояние на выходах зависит и от состояния на входах, но и от состояния на выходах.

Триггер - логическое устройство с обратными связями. Если сигналы на входах простейшего триггера обозначить S и R, а на выходах - X и Y, то связь между этими переменными можно записать двумя формулами:

X = S + Y,

Y = R + X.

Функциональная схема, соответствующая этим формулам, показана на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2- Функциональная схема триггера

Существует специфический вид триггера - триггер Шмитта (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3- Триггер Шмитта

У него один вход и один выход. Если на вход подавать нарастающее напряжение (рисунок 1.4), то при некотором уровне U_П2 в момент t₁ напряжение на выходе скачком переходит из состояния "0" в состояние "1". Если после этого уменьшать напряжение на входе , то при уровне U_П1 в момент t₂ напряжение на выходе скачком переходит из состояния "1" в состояние "0". Явление несовпадения уровней U_П1 и U_П2 называют гистерезисом. В отличие от других типов триггеров, триггер Шмитта не обладает памятью, его используют для формирования прямоугольных импульсов из напряжения произвольной формы.

Рисунок 1.4 -Диаграммы работы триггера Шмитта

1.3 Управление полевым транзистором

Наибольшее распространение в импульсных преобразователях напряжения получили полевые транзисторы структуры МДП с индуцируемым n-каналом. При нулевом напряжении на затворе (по отношению к истоку) транзистор закрыт и открывается плюсовым напряжением с довольно четко выраженным порогом (рисунок 1.5).

Рисунок 1.5- Зависимость тока стока от напряжения затвор-исток транзистора IRF840

Интервал входного напряжения от полностью закрытого состояния до насыщенного не превышает 0,5В, а это значит, что транзистор - типично переключательный.

Так как в канале нет накопления носителей заряда, отсутствует и время их рассасывания. Длительность фронта и спада импульсов тока стока при соответствующем управляющем сигнале равна 20…30 нс при полном рабочем токе, достигающем 9 А. Максимальное рабочее напряжение сток-исток U_{СИ макс} = 200В, максимальная рассеиваемая мощность Р_{рас макс} = 75 Вт.

Входное сопротивление транзисторов МДП - чисто емкостное, но это не означает, что при подаче на затвор управляющего импульса он будет вести себя как обычный конденсатор.

На эквивалентной схеме транзистора различают три основные емкости: входную С_ЗИ - между затвором и истоком; проходную С_СЗ - между стоком и затвором, выходную С_СИ - между стоком и истоком.

Емкость С_ЗИ заряжается как обычный конденсатор только до порогового напряжения U_ПОР. Как только транзистор открывается, возникает отрицательная ОС по напряжению через емкость С_СЗ. На кривой зарядки входной емкости появляется горизонтальный участок. Его длительность в зависимости от зарядного тока - от долей единиц микросекунд, однако он играет важную роль в формировании импульса стока.

Для изучения особенностей зарядной кривой можно воспользоваться узлом, схема которого представлена на рисунок 1.6.

Рисунок 1.6- Схема узла с переключающим транзистором

Узел питается от двух источников U_ПИТ1 и U_ПИТ2 , так как напряжение на стоке достигает сотен вольт. Диаграммы напряжения в характерных точках узла изображены в произвольном масштабе на рисунке 1.7.

До момента t1 плюсовое напряжение на входе поддерживает транзистор VT1 открытым. Длительность фронта и спада запускающих импульсов не превышает 20 нс, поэтому на диаграмме они не отражены. На отрезке t1…t2, когда транзистор VT1 уже закрыт, VT2 тоже еще закрыт и напряжение на его затворе увеличивается по зкспоненте с постоянной времени R2C_ЗИ . На диаграмме этот участок выглядит как отрезок прямой линии.

Рисунок 1.7- Диаграммы напряжения

Транзистор VT2 открывается в момент t2, то есть с некоторой задержкой. Обозначим ее как tзад1 = t2 - t1. С момента t2 начинает действовать отрицательная ОС между стоком и затвором через емкость С_СЗ . Напряжение на затворе перестает увеличиваться, и график б на участке t2…t3 представляет собой горизонтальную прямую. Зато напряжение в точке в с момента t2 начинает уменьшаться из-за увеличения тока стока.

В момент t3 транзистор VT2 открывается полностью, напряжение на его стоке почти достигает нуля и остается постоянным, отрицательная ОС через С_СЗ выключается. Напряжение на затворе снова начинает увеличиваться по экспоненте до U_ПИТ1 .

В момент t4 открывается транзистор VT1 и начинает разряжаться емкость С_ЗИ . Постоянная времени ее разрядки намного меньше, чем зарядки, поэтому напряжение на затворе транзистора VT2 уменьшается очень быстро, и пока оно не достигнет значения U_ПОР, транзистор VT2 остается открытым.

В момент t5 он начинает закрываться, напряжение на его стоке начинает увеличиваться и снова вступает в действие отрицательная ОС. На графике б появляется ступенька, но так как закрывание происходит очень быстро, ее длительность очень мала. Транзистор закрывается раньше, чем напряжение на его затворе спадает до нуля.
Интервал времени от t4 до t5 представляет собой время задержки выключения

t_{зад 2} = t5 - t4.

Одно из важнейших условий надежной работы импульсных преобразователей напряжения - формирование безопасного режима переключения мощных транзисторов. При открывании транзистора ток стока увеличивается от нуля до максимума, а напряжение на нем уменьшается от максимума до почти до нуля. Когда транзистор закрывается, идет обратный процесс . Необходимо, чтобы и ток, и напряжение, и их произведение на всем протяжении траектории рабочей точки не превышали допустимых значений. Должны быть исключены или сведены к минимуму выбросы тока и напряжения в переходных положениях.

Этих целей достигают принудительным замедлением процессов переключения транзисторов. В то же время фронт и спад импульса должны быть как можно короче, чтобы уменьшить выделение тепла в транзисторе, то есть требуется найти компромисс. Эксперименты показывают, что с полевыми транзисторами задача решается легче, чем с биполярными.

Длительность фронта импульса тока стока равна длительности горизонтального участка t2…t3, которая, в свою очередь, пропорциональна сопротивлению R2 (рисунок 1.5). Зависимость длительности фронта t_ф от сопротивления резистора R2 изображена на рисунке 1.8 .

Рисунок 1.8- Зависимость фронта t_ф от сопротивления резистора R2

Подбирая этот резистор, можно легко установить нужную скорость нарастания тока стока.

Включение полевого транзистора по схеме рисунка 1.5 имеет одну интересную особенность. Скорость нарастания тока стока в начальной фазе импульса заметно снижается, следствием чего является полное отсутствие выброса на фронте импульса тока стока. Время открывания мощного полевого транзистора примерно такое же, что и биполярного, включенного по соответствующей схеме, а время закрывания - примерно в десять раз меньше.

Считается , что выброс является следствием прямого прохождения входного сигнала через емкость С_СЗ . Но мощность входного сигнала для этого слишком мала, хотя условия для прохождения, конечно, есть. Более вероятной причиной можно считать реакцию цепи питания транзисторов на быстрое уменьшение тока стока.

Таким образом, коммутировать мощную нагрузку можно не только с помощью реле, но и с помощью мощных полевых транзисторов. Одно из их главных предназначений – работа в ключевом режиме, т.е. транзистор либо закрыт, либо полностью открыт, когда сопротивление перехода Сток – Исток практически равно нулю. Открыть полевой транзистор можно подав напряжение на затвор относительно его истока. Сравнить работу ключа на полевом транзисторе можно с работой реле – подали напряжение на затвор, транзистор открылся, цепь замкнулась. Сняли напряжение с затвора – цепь разомкнулась, нагрузка обесточена.

При этом ключ на полевом транзисторе имеет перед реле некоторые преимущества, такие, как:

-большая долговечность. Довольно часто реле выходят из строя из-за наличия механически подвижных частей, транзистор же при правильных условиях эксплуатации имеет гораздо больший срок службы.

-экономичность. Обмотка реле потребляет ток, причём иногда весьма значительный. Затвор транзистора же потребляет ток только в момент подачи на него напряжения, затем он практически не потребляет тока.

-отсутствие щелчков при переключении.

2 Проектная часть

2.1 Разработка структурной схемы управления

Структурная схема управления показана на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 – Структурная схема управления ТЭНом

При нажатии выключателя S1напряжение 220 В поступает через нормально замкнутые контакты таймера РВ на первичную обмотку трансформатора Т1. При этом сигнальная лампа HL1 сигнализирует о подаче напряжения на устройство. Переключатель S1 находится в положении 1, то есть в выключенном состоянии. При переводе переключателя S1 в положение 2 и 3 включается вентилятор М, осуществляется подача постоянного напряжения с диодного моста VD в устройство управления и цепочка резисторов R, обеспечивающая входные параметры устройства управления.

Время работы сушильного узла задается таймером, который выключает устройство контактами ВР по истечении заданного времени.

2.2 Назначение устройства управления, основные технические характеристики

Устройство предназначено для управления температурой ТЭНа на номинальное напряжение от 30 до 220 В, но может работать и с другими нагрузками.

В качестве регулирующего элемента использован мощный переключательный полевой транзистор IRF840.

Напряжение сток-исток транзистора, В………………………..до 500;

Ток стока (при температуре корпуса 25° С), А………………..до 8;

Ток стока (при температуре корпуса 100° С), А………………..до 5;

Импульсный ток, А……………………………………………….до 32;

Напряжение затвор-исток, В…………………………………….±20 В;

Рассеиваемая мощность транзистора, Вт…………………………125;

Сопротивление открытого канала, Ом…………………………….0,85;

Ток закрытого канала транзистора, мкА……………………………25;

Напряжение питания регулятора, В………………………………….220;
Регулирование мощности, потребляемой нагрузкой
(от номинальной), %................................................................................50…100;

Минимальная мощность нагрузки, Вт…………………………от 3…5;

Устройство должно эксплуатироваться в нормальных климатических условиях.

Габаритные размеры устройства определяются допустимой величиной нагрузки.

2.3 Описание работы электрической схемы

Схема устройства показана на рисунке 2.2.

Нагрузка подключена последовательно с регулирующим элементом. Поскольку транзистор содержит встроенный защитный диод, включенный параллельно каналу (катодом к стоку), регулирование мощности, потребляемой нагрузкой, возможно от 50 до 100% от номинальной.

На логических элементах DD1.1 - DD1.4, резисторах R1 - R4, конденсаторе С1 и диоде VD2 собран формирователь управляющих транзистором импульсов. При этом элементы DD1.1, DD1.2 и резистор R4 включены по схеме триггера Шмитта (п.1.1), а включенные параллельно элементы DD1.3, DD1.4 представляют собой буфер - инвертор. Питается формирователь от параметрического стабилизатора напряжения R5VD1.

Поскольку регулятор нагружает сеть несимметрично, то есть для плюсовой и минусовой полуволн сетевого напряжения потребляемая мощность различна. Эксплуатировать такую сетевую нагрузку, если ее мощность превышает 50 Вт, запрещено государственными нормами.

Чтобы обеспечить симметричность нагрузки регулятора, предлагается включать его в сеть через мостовой выпрямитель, собранный из диодов соответствующей мощности. При этом через нагрузку будет протекать пульсирующий однополярный ток, но для нагревательных приборов и ламп накаливания это значения не имеет.

Кроме того, для обеспечения разрядки конденсатора С1 в конце каждого полупериода, необходимо шунтировать стабилитрон VD1 резистором сопротивлением 10 кОм, который уточняется при налаживании. Оно должно быть как можно большим, но таким, чтобы в положении движка резистора R1, соответствующем минимальной мощности в нагрузке, транзистор не открывался.

Рисунок 2.2- Схема электрическая принципиальная системы управления регулятором активной нагрузки

Диод VD3 - развязывающий, он не дает возможности разряжаться конденсатору С2 в минусовые полупериоды сетевого напряжения, тем самым поддерживая стабильным напряжение питания микросхемы.

Диоды VD4, VD5 защищают выход логических элементов буфера от импульсных сетевых наводок со стороны полевого транзистора VT1.

При положительной полуволне сетевого напряжения (плюс - на правом по схеме выводе резистора R5) на стабилитроне VD1 будет около 10 В и конденсатор С2 через диод VD3 зарядится примерно до 9 В. Это напряжение используется для питания микросхемы DD1. Одновременно через резисторы R1, R2 сравнительно медленно заряжается конденсатор С1. Когда напряжение на нем достигнет уровня 30…40 % от напряжения питания микросхемы, триггер Шмитта переключится, на выходе буфера появится высокий уровень (около 9В), поэтому полевой транзистор VT1 откроется и с этого момента напряжение поступит на нагрузку.

Отрицательная полуволна сетевого напряжения через защитный диод полевого транзистора беспрепятственно проходит к нагрузке, хотя транзистор и закрыт. Поскольку стабилитрон оказывается включенным в прямом направлении, на нем будет напряжение около 0,7 В и конденсатор С1 быстро разрядится через диод VD2. На входе триггера Шмитта появляется низкий уровень, триггер переключается в прежнее состояние, низкий уровень на выходе буфера закрывает транзистор.

Чем больше сопротивление резистора R1, тем медленнее заряжается конденсатор С1 и тем позднее от момента появления положительной полуволны открывается транзистор. Таким образом, изменяя сопротивление резистора R1, можно регулировать эффективное напряжение на нагрузке.

2.4 Выбор элементной базы

В устройстве вместо транзистора IRF840 можно применить другой полевой транзистор, близкий по параметрам.

В современной аппаратуре широко применяют различного рода электронные переключатели. Полупроводниковые приборы в настоящее время используют для коммутации цепей с током до десятков и даже сотен ампер, причем предпочтение получают именно полевые транзисторы.

В наибольшей мере это относится к импульсным преобразователям напряжения, системам бесперебойного питания, узлам управления нагрузками индуктивного характера и широтно-импульсного управления электродвигателями и другое.

Фирма International Rectifier (IR) выпускает широкий ассортимент транзисторов, рассчитанных на работу в переключательном режиме. Среди них есть приборы с n-каналом на напряжение до 900 В и ток до 250 А и с p-каналом на напряжение до 400 В и ток до 74 А. Это позволяет выбрать для проектируемого устройства полупроводниковые приборы, в наибольшей степени отвечающие требованиям как по энергетическим характеристикам, так и по сопротивлению открытого канала по условиям отведения тепла, по временным показателям при сохранении электрической прочности.

В качестве микросхемы подойдут любые микросхемы К561ЛА7, К561ЛЕ5, 564ЛА7, 564ЛЕ5, К561ЛН2. Стабилитрон Д814В можно заменить на Д814Г, КС510А; диоды КД522Б - на КД102Б, КД103А, КД503А, КД510А, КД512А. Переменный резистор - СПО-0,15, СП4-1а.

Перечень элементов, используемых в регуляторе мощности, приведен в таблице 2.1.

Таблица 2.1 -Перечень элементов

Поз. обозн.	Наименование	Кол-во	Примечание
	Резисторы
R1	СПО- 0,15 100 к	1
R2	МЛТ-0,125 10 к	1
R3	МЛТ-0,125 100 к	1
R4	МЛТ-0,125 1 М	1
R5	МЛТ-1 51к	1
	Конденсаторы
С1	КМ - 1 0,1мк	1
С2	К50-6 200 мк	1	16В
	Диоды
VD1	Д814В	1
VD2… VD5	КД522Б	4
	Микросхемы
DD1	К561ЛЕ5	1
	Транзисторы
VT1	IRF840	1
	Прочее оборудование
HL1	Kemsan 800734 Lin220	1	Зеленый
M	EC1225A2HBL	1	2000об/мин
Ta	Robiton EL-01	1
S1	FNLC-22-3P	1	3 секции, 3 положения
S1	Тумблер 202, 6А	1
VD	КВРС5012	1
T	TS220/220-4000	1
Rн	ТЭН 34 см 1500 Вт	2	воздушный

2.5 Разработка печатной платы

Проектирование печатной платы наиболее удобно проводить в масштабе 2/1 на миллиметровой бумаге.

Все отверстия под выводы детали в печатной плате целесообразно размещать в узлах сетки. С шагом 2,5мм, с таким шагом расположены выводы у большинства микросхем 75 × 55мм в гетинаксовом корпусе. В отверстии с шагом 2,5 мм лежащих на сторонах прямоугольника удобно монтировать микросхемы в корпус. Если размеры начатой платы заданы, то вначале необходимо начертить ее контур, а лишь затем делать крепежные отверстия.

Далее следует примерно расставить наиболее крупные детали. Их размещают так, что бы сразу можно было понять общий контур устройства. Часто, особенно при разработке портативных устройств, размеры корпуса определяют по результатам разводки печатной платы.

Микросхемы размещают так, что бы все соединения на плате были, возможно, короче, а число перемычек было минимальным. В процессе разводки проводников взаимное размещение микросхем приходиться менять ни раз. Рисунок печатных проводников аналоговых устройств любой сложности обычно удается развести на одной стороне платы. Аналоговые устройства, работающие со слабым сигналом, и цифровые на быстродействующих микросхемах независимо от частоты их работы целесообразно собирать на платах с двусторонним фольгированием, причем фольга той стороны платы, где располагают детали, будет играть роль общего провода и экрана. Фольгу общего провода не следует использовать в качестве проводника для большого тока, например от выпрямителя блока питания, от выходных ступеней.

Перед началом разводки необходимо измерить и записать размеры мест, занимающих используемыми элементами. Не надо размещать бок о бок две детали размером более 2,5мм, их следует чередовать с деталями более узкими. Если необходимо, расстояние между контактными площадками той или иной
детали увеличивают относительно необходимого.

Если резисторы, диоды и другие детали севами выводами располагать перпендикулярно печатной плате, можно существенно уменьшить ее площадь, однако рисунок печатных проводников усложниться.

При разводке следует учитывать ограничения в числе проводников, умещающихся между контактными площадками, предназначенными для подпайки выводов элементов. Для большинства деталей диаметр отверстий под выводы может быть равен 0,8мм.

Между контактными площадками площадками отверстий смежцетровами расстояниями 2,5мм провести проводник практически нельзя. Однако, можно сделать, если из одного или обоих отверстий такая площадка отсутствует. В полнее возможно прокладка проводника между контактной площадкой, центр которой лежит в 2,5мм от края платы.

Узел, собранный на печатной плате, подключают к другим узлам устройства гибкими проводниками. Что бы не испортить печатные проводники при много кратных перепайках, желательно предусмотреть на плате, в точках соединения контактные стойки диаметром 1 или 1,5мм. Стойки вставляют в отверстие, просверленные точно по диаметру, и пропаиваются по окончанию разводки и корректировки чертежа под него кладут копировальную бумагу просвечивающим слоем вверх и красный или зеленый ручкой обводят контуры платы а также проводники и отверстия, относящихся к стороне деталей. В результате на обратной стороне листа получится рисунок проводников для стороны деталей. Далее необходимо вырезать из фольгированного материала заготовку соответствующих размеров и разметить ее с помощью циркуля.

После этого фломастером размечают по клеточкам вех отверстий показывают их шилом и сверлят все отверстия сверлом диаметром 0,8мм.
После сверления платы заусенцы с краев отверстий шлифуют сверлом большего диаметра. Плату обезжиривают, протерев салфеткой,
переносят на нее нитро краской рисунок печатных проводников в соответствии с чертежом.
Необходимо густоту краски определяют опытным путем качеству проводимых линий при необходимости разбавляют ацетоном.

Первую очередь рисуют контактные площадки, а затем проводят соединения между ними, начиная с тех участков где проводники расположены тесно. После того как рисунок готов, следует по возможности расширить проводники общего провода и питания, что уменьшить его сопротивления.

Травят плату в растворе хлорного железа. Номинальный концентрат раствора считают 20.. .25%.

Протравленную плату тщательно отмывают от следов хлорного железного раствора под струей горячей воды, одновременно очищая каким-либо скребком от рисунка, сделанного нитрокраской.

Промытую плату тщательно просушивают, рассверливают и раззенковывают при необходимости отверстия, в том числе и не имеющие контактные площадки, зачищают протирают салфеткой, смоченной спиртом, а затем покрывают канифольным лаком.

Перед монтажом радиоэлементов на плату потемневшие выводы следует зачищать до блеска. Микросхемы следует подпаивать за кончики выводов, вставляя их в монтажные отверстия до упора. Под радиоэлементы в металлических корпусах при монтаже на двустороннюю плату следует положить бумажные прокладки и и приклеить их канифольным лаком.

Смонтированную плату необходимо отмыть спиртом, пользуясь небольшой кистью, и покрыть канифолью.

Рисунок печатной платы на монтаж микросхемы К561ЛЕ5 (или К561ЛА7) на основании приведенных рекомендаций, показан на рисунке 2.3.

Большинство деталей размещено на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Она размещена в корпусе из изоляционного материала. На ось переменного резистора R1
необходимо надеть ручку из пластмассы и снабдить шкалой с делениями.

Рисунок 2.3- Чертеж печатной платы с расположением элементов

2.6 Разработка конструкции блока управления

Резистор R1 регулировки напряжения в нагрузке устанавливается на панели управления устройством. Транзистор VT1 устанавливается на радиатор и располагается за пределами основной платы. Выпрямительный мост VD6…VD9 расположен рядом с трансформатором Т1 к которому подходит сетевой шнур питания устройства (220 В). Розетка, к которой подсоединяют нагрузку, устанавливается в удобном месте на корпусе устройства. Монтаж ведется проводом монтажным сечением не менее 0,75 мм² .

Один из вариантов конструкции блока регулятора показана на рисунке 2.4.

На практике широко используется печатный, проволочный навесной и проволочный жгутовый монтаж.
Печатный монтаж можно использовать во всех конструкциях, кроме мощных каскадов передатчиков. Преимущества печатного монтажа - сравнительно малый объем и жесткая фиксация мест соединений - гарантируют хорошую повторяемость параметров и высокое качество работы конструкций, собранных на одинаковых печатных платах. Однако из-за того, что при печатном монтаже элементы имеют общее основание, значительного выигрыша в размерах получить не удается.
Проволочный навесной монтаж позволяет получить трехмерную конструкцию соединений, что дает возможность уменьшить габариты устройства в целом, однако такой монтаж весьма сложен в исполнении, особенно при плотной компоновке. Навесной монтаж целесообразно применять в каскадах передатчиков, где элементы работают под напряжением более 1 кВ.
Проволочный жгутовый монтаж с использованием одно- или многорядных проволочных жгутов применяют для межблочных соединений и в блоках питания, где влияние паразитных связей между различными проводниками на работу устройства незначительно.
С учетом рекомендаций, изложенных выше и чертежа печатной платы разработана схема электрическая монтажная соединений устройства управления которая изображена на рисунке 2.5

.

Рисунок 2.4- Конструкция устройства управления ТЭНом

Рисунок 2.5- Схема электрическая соединений

2.7 Особенности настройки устройства

При налаживании устройства необходимо не забывать, что детали находятся под напряжением 220 вольт, что требует осторожности при эксплуатации.

При налаживании устройства может потребоваться подборка переменного резистора R1 или конденсатора С1 с тем, чтобы регулирование мощности было плавным, без мертвых зон. На это время удобно в качестве нагрузки использовать маломощную лампу накаливания.

Устройство может работать и при меньшем напряжении - вплоть до 30 В. В этом случае надо подобрать резистор R5 таким, чтобы напряжение питания микросхемы было стабильным. Если оно будет меньше напряжения стабилизации стабилитрона, то постепенно, шагами не более 10%, нужно уменьшать сопротивление резистора R5 до тех пор, пока напряжение не восстановится до нормального уровня.

Устройство разработано для случая, когда ток нагрузки превышает 2 А, в связи с чем транзистор устанавливается вне основной платы на теплоотводе (радиаторе).

2.8 Контроль качества монтажа

Контроль качества электромонтажных работ должен осуществляться на всех стадиях процесса монтажа, начиная с подготовительных работ и кончая завершающими пусконаладочными. При этом различают входной, текущий, приемочный, инспекционный и завершающий контроль.

Взодной контроль осуществляет персонал участка подготовки производства на стадии подготовительных работ. Активное участие в этом контроле должны принимать электромонтажники главным образом, бригадир),

получившие задание ва выполнение соответствующих работ. Этот контроль заключается в проверке качества исходных материалов и электромонтажных изделий на соответствие проекту и состояния монтируемого оборудования, готовности помещений и строительных элементов для выполнения электромонтажных работ.

Текущий контроль производит бригадир на всем протяжении выполнения работ бригадой. При этом необходимо обра­щать внимание на четкую организацию работы, распределив ее между всеми членами бригады в соответствии с квалификацией каждого из них, обеспечивать нужными инструментом, приспособ­лениями, материалами, электромонтажными изделиями и требу­емой документацией (принципиальными схемами, схемами соеди­нений и подключения и др.). Функции контроля качества возлага­ются также на инженерно-технический персонал, главным образом на мастера, на каждом участке работ.

Текущий контроль заключается в проверке правильности уста­новки и монтажа аппаратов и приборов, наборных зажимов .и про­водок, прокладки и подключения контрольных кабелей и других работ в соответствии с проектом, требованиями СНиП, заводскими и монтажными инструкциями и другими руководящими материа­лами.

Приемочный осуществляет обычно мастер данного участка при приемке выполненных работ. Электромонтаж­ники обычно выполняют работы по нарядам, в которых определен» их объем, нормы времени и расценки по каждому виду. Выполнен­ные работы подлежат оплате только при отсутствии дефектов. При приемочном контроле должна даваться оценка качества принятых работ.

Для объективной оценки качества работ («Отлично», «Хорошо» или «Удовлетворительно») сопоставляют качество фактически вы­полненных операций с требованиями, перечисленными в комплек­се показателей, собранных в сборник. Сборник комплекса показа­телей качества разрабытывают на основе требований ПУЭ, СНиП, государственных стандартов, заводских инструкций,' ведомствен­ных строительных норм и правил и других официальных материа­лов. В части вторичных цепей такими показателями могут слу­жить приведенные выше требования СНиП. I Обычно показатели качества подразделяют на две категории обязательного и желательного исполнения. Так, показатели, каса­ющиеся требований надежности контактных соединений и изоля­ции вторичных цепей относят к I категории, а показатели, касаю­щиеся требований к внешнему виду проводок, аккуратности нане­сения маркировочных знаков на бирках и технической эстетике — ко II категории.

Неправильное исполнение электромонтажных работ и качество не соответствующее установленным показателям, рассматривают­ся как дефекты, которые подразделяют на допустимые, не создаю­щие опасности нарушения нормальной работы смонтированного оборудования, и недопустимые. Обязательное условие приемки от электромонтажников — отсутствие недопустимых дефек­тов. Если при приемочном контроле в каком-либо виде работ будет обнаружен хотя бы один из недопустимых дефектов, дальнейшая проверка прекращается. Вся работа считается незаконченной, под­лежащей тщательному самоконтролю исполнителем и исправлению выявленных недостатков. После этого работу повторно предъяв­ляют к сдаче.

Если при приемочном контроле отдельный вид работ, предъяв­ленный к сдаче, не имеет никаких дефектов, то работа считается принятой с первого предъявления. Лучшим показателем работы бригады (звена) электромонтажников является ее сдача с первого .предъявления с оценкой «Отлично».

При большом объеме работ, выполняемых бригадой (например, монтаж вторичной коммутации ячейки выключателя, выводов генератора или монтаж сложной панели защиты), проверить качество трудно, но, учитывая, что контроль уже велся мастером в про­цессе выполнения работы (текущий контроль), упрощается и при­емка. Кроме того, при монтаже вторичных цепей всегда имеются такие узлы, при осмотре которых можно сделать вывод о правиль­ности выполнения работ.

В первую очередь следует обращать внимание на правильность сборки электрических цепей, состояние контактных соединений и изоляции. Сначала внимательно осматривают сборки (ряды) зажимов, сверяя по схемам соединений и подключения число проводов от аппаратов, приборов и шинок к зажимам, маркировку этих проводов, зажимов и типы последних; количество и маркировку кабе­лей в сборке зажимов, их крепление и состояние концевых заделок число жил от каждого кабеля, подходящего к зажимам, и правильность их подключения; маркировку жил кабелей и количество резервных жил в каждом из них.

Одновременно проверяют надежность контактных соединений. Если отдельные зажимы вызывают сомнение, производят контрольную подтяжку винтов. Определяют, насколько опрятно выполнен монтаж. Поскольку большая часть соединений осуществляется на сборках зажимов, то, установив при проверке их рядов полное соответствие монтажа проекту, можно полагать, что сборка электрических цепей выполнена пра­вильно.

После этого проверяют правильность установки и креплений аппаратов и приборов, наличие на реле и приборах уплотнений крышек и пломб, состояние выводов и подходящих к ним прово­дов, а также контактных соединений.

Проверяют также наличие и качество маркировки проводов, позиционных обозначений прибо­ров и аппаратов, состояние окраски панелей и надписей на них.

Ес­ли работа выполнена в полном объеме и качественно, она прини­мается от бригады с соответствующей отметкой в наряде.

Таким образом, тщательная приемка произведенных работ спо­собствует повышению качества монтажа, поскольку при этом вы­являются дефекты, которые немедленно устраняются, и повышается ответственность электромонтажников за качественное выполнение ими работ.

Инспекционный контроль осуществляется периодически по специальному плану комиссией из инженерно-технического 'персонала служб монтажного управления . При этом контроле особое внимание уделяют вопросам соблюдения обязательной технологии, требований ПУЭ, СНиП и ведомственных инструкций.

Завершающий контроль качества выполненных элект­ромонтажных работ перед вводом смонтированных объектов в экс­плуатацию осуществляется электромонтажниками-наладчиками в процессе производства ими пусконаладочных работ. При этом про­веряют: правильность сборки эелктрических цепей; состояние "смонтированного оборудования и соответствие его проекту; состоя­ние контактных соединений и изоляции; взаимодействие всех эле­ментов при подаче оперативного тока. Кроме того, проводят пусковое опробование смонтированного оборудования.

Правильность сборки электрических цепей устанавливают сна­чала их прозвонкой, а затем проверкой взаимодействия всех эле­ментов. Надежность контактных соединений проверяют контроль­ным поджимом винтов и гаек зажимов сборок и рядов зажимов и выводов аппаратов и приборов. Состояние изоляции определяют, измеряя ее сопротивление мегомметром и испытывая повышенным напряжением переменного тока в собранной схеме.

Сопротивление изоляции измеряют мегомметром на напряже­ние 500—1000 В.

Сопротивление изоляции цепей управления, защиты и сигнали­зации в электроустановках напряжением выше 1000 В в собранной схеме (при подключенных контрольных кабелях, приборах и аппа­ратах) одного присоединения должно быть не менее 1 МОм, шинок оперативного тока и шинок цепей напряжения (при отсоединенных цепях).— 10 МОм, а для цепей управления, защиты, сигнализации в релейно-контакторных схемах установок напряжением до 1000 В в собранной схеме — 0,5 МОм.

Испытание повышенным напряжением переменного тока осуще­ствляют, прикладывая синусоидальное напряжение 1000 В часто­той 50 Гц в течение 1 мин к смонтированным вторичным цепям в собранной схеме. Испытание цепей бесконтактных систем регулирования и управления, а также присоединенных к ним элементов проводят согласно данным завода изготовителя.

2.9 Отвод тепла от полупроводниковых приборов

При конструировании радиоэлектронной аппаратуры на полу­проводниковых приборах для повышения ее надежности необхо­димо принимать все возможные меры к обеспечению тепловых режимов работы как всей аппаратуры в целом, так и отдельных ее элементов. Особое внимание необходимо обращать на созда­ние конструкций, обеспечивающих наивыгоднейшие тепловые режимы работы полупроводниковых приборов.

Использование специально сконструированных тешюотводов как для мощных, так и для маломощных полупроводниковых приборов, позволяет резко снизить рабочую температуру перехо­дов при той же рассеиваемой в приборе мощности.

При значительных мощностях, рассеиваемых в полупровод­никовых приборах, существенно снижать их рабочую темпера­туру возможно лишь путем использования принудительного теплообмена, например, воздушного или жидкостного охлаж­дения.

Принудительный обмен приходится использовать при повы­шенной температуре окружающей среды.

В этих случаях теплоотвод за счет естественной конвекции практически нужного эффекта не дает. Теплоотвод необходимо применять для того, чтобы увеличить мощность рассеяния на полупроводниковом приборе и для снижения рабочей темпера­туры переходов при' заданной мощности. Когда теплоотводы не применяются и мощность рассеяния близка к предельной, целесо­образно использовать транзисторы с малыми (около 20) коэффи­циентами усиления. Это позволяет обеспечить тепловую устой­чивость режима их работы. Тепловой пробой более вероятен, когда выше коэффициент усиления транзистора.

Транзисторы с высокими коэффициентами усиления исполь­зуют лишь в условиях хорошего теплоодвода. В этих случаях оказывается возможно уменьшить число каскадов за счет при­менения транзисторов с большим усилением. Использование таких транзисторов без хорошего теплоотвода приводит к резкому снижению стабильности и надежности работы схемы.

В настоящее время теплоотводящие радиаторы являются такими же основными деталями схемы, как конденсаторы и резисторы. Теплоотводы рекомендуется проектировать с самого начала разработки схемы, а не на последнем ее этапе, когда трудно обеспечить оптимальный режим их использования.

2.10 Оценка тепловых режимов

Детали радиоэлектронной аппаратуры могут нагреваться за счет внешних источников тепла (солнечная или тепловая радиация), так и внутренних (резисторы с большой мощностью рассеивания, мощные транзисторы и диоды, трансформаторы питания). Повышение температуры влияет на электрические параметры устройства и на работу различных его механизмов, что проявляется в заедании осей, детонации звука и так далее.

Часто причина нарушения нормальной работы – в неправильном расположении элементов устройства при компоновке.

Расчеты тепловых режимов аппаратуры весьма сложны. Поэтому следует внимательно анализировать конструкцию, чтобы правильно оценить качественную картину теплообмена. Для приближенной оценки можно ограничиться вычислением среднего потока тепловой энергии с единицы поверхности футляра. Поскольку КПД радиоэлектронной аппаратуры обычно намного меньше единицы, то для такой оценки можно пользоваться отношением мощности, потребляемой от источника питания, к поверхности футляра. Это отношение не должно превышать примерно 0,02Вт/см² для конструкций в металлическом корпусе и 0,01 Вт/см² в пластмассовом корпусе.

2.11 Расчет вентилируемого ребристого теплоотвода

В данной разработке через транзистор IRF840 протекает ток большой величины, вызывающий чрезмерный его нагрев. С целью охлаждения данного элемента, последний необходимо установить на радиатор.

В наличии имеется черненый медный ребристый теплоотвод с возможностью подключения воздушного вентилятора В66-1А производства компании ADDA Corporation.

Исходные параметры для расчета:

Р – 67 Вт – тепловая мощность, выделяемая транзистором IRF840;

Т_окр.ср. – 296К – температура окружающей среды (воздуха) в градусах Кельвина;

Т_{кр.макс.} = 348К – предельная паспортная температура кристалла транзистора IRF840;

L - 83_{ }^-3 м – длина теплоотвода в метрах;

В =69_{ }10^-3 м – ширина теплоотвода;

Н = 30_{ }10^-3 м – высота ребра;

А = 8_{ }10^-3 м – толщина основания;

с = 0,8_{ }10^-3 м – толщина ребра;

b = 1,5_{ }10^-3 м – расстояние между ребрами;

z = 27 – число ребер теплоотвода;

v ≥ 2 м/с – скорость воздушного потока в каналах теплоотвода;

λ_м = 380 Вт/м К – коэффициент теплопроводности металла теплоотвода (меди);

ε_п = 0,7 – степень черноты поверхности теплоотвода.

Транзистор (источник тепла) прикреплен к основанию теплоотвода , а вентилятор установлен таким образом, что поток воздуха поступает в межреберные каналы посредине теплоотвода и вытекает на обе стороны.

Порядок расчета:

1 Определяем суммарную площадь сечения каналов между ребрами по формуле

S_k = b_{ } 30_{ }10^-3_{ } 26 = 1,17_{ }10^-3 м². (1)

2 Задаемся двумя значениями средней температуры основания теплоотвода Т_о.ср: 353 К (+80˚С) и 313 К (+40˚С). При выборе этих значений руководствуемся двумя соображениями: они должны отстоять друг от друга не менее, чем на 40 градусов, а рабочая температура охлаждаемого транзистора должна быть между ними.

Определяем температуру перегревания основания теплоотвода (температурную разницу между ним и средой) в обеих точках:

Т_пер = Т_а.ср – Т_окр.ср; (2)

Т_пер.1 = 353 – 296 = 57 К;

Т_пер.2 = 313 – 296 = 17 К.

3 Ведем расчет для первой точки Т_пер.1. Находим расчетную температуру Т_р воздуха в канале теплоотвода, необходимую для определения критериев Рейнольдса (Re) и Нуссельта (Nu):

Т_р = Т_окр.ср + _{ } , (3)

где ρ – плотность воздуха при температуре

Т_ср = (Т_а.ср + Т_окр.ср)_{ } ;

Для первой точки

Т_{ср 1} = (363 + 296) )_{ } = 324,5 К.

и по таблице 2.2, взятой из справочника [1, с.401], находим для этой температуры ρ = 1,1 кг/м³;

С_к – теплоемкость воздуха при температуре Т_ср;

Из той же таблицы находим С_в = 1005 Дж/кг_{ }.

Таблица 2.2 – Значения констант для расчета теплоотвода

Температура окружающего воздуха,Токр.возд К (˚С)	Значения констант для расчета теплоотвода
	λв -2 , Вт/м·К	ν -6 , м2/с	Св Дж/кг 	ρ, кг/м3
273 (0)	2,44	13,3	1005	1,29
293 (20)	2,59	15.1	1005	1,21
333 (60)	2,9	19	1005	1,06
373 (100)	3,21	23,1	1009	0,95

Для расчета скорости vпотока воздуха в каналах теплоотвода при центральном размещении вентилятора, когда воздух вытекает с обеих сторон каждого канала теплоотвода, вычисленную площадь сечения S_к удваиваем. Поэтому скорость потока вычисляем по формуле

v = _{ } ,

где G_ν – объемный расход теплоносителя.

В рассматриваемом вентиляторе использован семилопастной вентилятор с проходным сечением канала 30 см², с электродвигателем мощностью 2,3 Вт и частотой вращения якоря 3500 мин^-1. Такой узел реально обеспечивает G_ν = 0,2...0,3 м³/мин.

Поэтому v = _{ } = 128 м/мин = 2.1 м/с.

Для расчета принимаем v = 2 м/с.

Вычисляем Т_р:

Т_р = 296 + _{ } = 309 К,
что соответствует 36˚С.

4 Определяем значения критериев Рейнольдса и Нуссельта, необходимых для расчета коэффициента теплоотдачи ребер теплоотвода:

Re = _{ } , (4)

где ν – коэффициент кинематической вязкости воздуха при найденном значении температуры Т_р. Значение этого коэффициента найдем из таблицы 2.2, то есть ν = 17,4·10^-6 м²/с; поэтому

Re = _{ } = 9500;

Nu = 0,032 Re ^0,8 = 0,032·9500^0.8 = 48,6 (5)

5 Вычисляем коэффициент конвективного теплообмена ребер теплоотвода:

α_к = _{ } , (6)

где λ_в – коэффициент теплопроводности воздуха при расчетной температуре Т_р.

Из таблицы 2.2 находим

λ_в = 2.72 ·10^-2 Вт/м К:

α_к = _{ } =15,9 м²_{ }

6 Определяем вспомогательные коэффициенты:

m = _{ } = _{ } = 10,2 (7)

m_{ }

t_{ }

7 Находим тепловую мощность, отдаваемую ребрами теплоотвода:

Р_р = z_{ }λ_м·m·S_р· Т_пер.1· t_{ } (8)

где S_р – площадь поперечного сечения ребра

S_р = L·c = 83·10^-3·0,8·10^-3 = 0,066·10^-3 м² (9)

Отсюда Р_р = 27·380·10.2·0,066·10^-3·57·0,3 = 118, 45 Вт.

8 Определяем среднюю температуру ребра теплоотвода:

Т_р.ср = 0.5· Т_а.ср[1 + _{ }]. (10)

Тангенс гиперболический th и косинус гиперболический ch вычисляем на инженерном калькуляторе путем последовательного выполнения операций «hyp», «tg» и «hyp», «cos»;

Т_р.ср = 0,5·353·(1+_{ }) = 344,6 К, что соответствует 71,6˚С.

9 Определяем лучистый коэффициент теплообмена:

α_л = ε_п·f ·( Т_р.ср; Т_окр.ср)·φ, (11)

где f ·( Т_р.ср; Т_окр.ср) = 0,23 [5·10^-3·( Т_р.ср + Т_окр.ср)]³ =

= 0,23 [5·10^-3·(344,6 + 296)]³ = 7,56;

φ = _{ } = _{ } = 0,024.

Отсюда

α_л = 0,7·7,56·0,024 = 0.13 Вт/м²

10 Вычисляем тепловую мощность, отдаваемую излучением:

Р_изл = α_л·S_изл·( Т_р.ср - Т_окр.ср) (12)

где S_изл – площадь поверхности теплоотвода, способной излучать тепло.

Определение этой площади вопрос непростой. Дело в том, что не все грани теплоотвода могут излучать одинаково эффективно, часть поверхности оказывется экранированной смежными узлами и деталями, излучательная способность со стороны ребер зависит даже от их шага. Воспользуемся формулой из [1], дающей в рассматриваемом случае завышенный результат:

S_изл = 2L[( z – 1) (b + c) + c] + 2H·L·z (13)

S_изл = 2·83·10^-3·[26(1,5·10^-3 + 0,8·10^-3) + 0,8·10^-3] +

+2·30·10^-3·83·10^-3·27 = 0,14 м².

Отсюда

Р_изл = 0,13·0,14·(344,6 – 296) = 0,87 Вт

11 Общая тепловая мощность, отдаваемая теплоотводом в заданной температурной точке – 353 К. равна:

Р_о(353) = Р_р = Р_изл = 118,45 + 0,87 = 119,32 Вт.

12 Все приведенные выше вычисления повторяем для второй заданной температуры – 313 К.

В результате вычислений получаем, что Р₀₍₃₁₃₎ = 36,41 Вт

13 По полученным двум точкам строим тепловую характеристику рассчитанного теплоотвода (рисунок 2.6). По вертикальной оси откладываем отдаваемую тепловую мощность, а по горизонтальной – среднюю температуру основания теплоотвода .

По тепловой характеристике определяем среднюю температуру основания теплоотвода при заданной в условиях мощности 67 Вт: Т_0.ср = 329 К, поэтому так называемая температура перегрева Т_пер = 329 – 296 = 33 К.

Рисунок 2.6 – Тепловая характеристика теплоотвода

14 Определяем температуру кристалла транзистора IRF840 и сравниваем ее с предельным значением Т_{кр.макс} = 348 К, указанным в исходных данных для расчета.

Т_кр = Т_0.ср + Р(R_{т.кр-корп} + R_{т.корп-то}), (14)

где R_{т.кр-корп} – тепловое сопротивление кристалл-корпус транзистора, его принимаем равным 0.003 К/Вт;

R_{т.корп-то} – тепловое сопротивление корпус транзистора –теплоотвод, его принимаем равным 0,1 К/Вт ( с применением теплоотводящей пасты под корпусом);

Т_кр = 329 + 67·(0.003 + ).1) = 333 К , что соответствует 60˚С.

Полученный результат ниже предельного значения и температура перегревания равна 34˚С.

15 В общем виде тепловое сопротивление между двумя плоскими поверхностями при использовании теплоотводящих паст или клеев:

R_т = d·λ_п·S^-1_конт, (15)

где d – толщина зазора между поверхностями. м

λ_п – коэффициент теплопроводности пасты (клея). Вт/м·К;

S_конт – площадь контактной поверхности, м².

Приближенное значение R_т при необходимом усилии прижатия поверхностей, без прокладок и паст можно считать равным

R_т = _{ } ,

а с теплоотводящей пастой - в два раза меньше.

16 Определяем тепловое сопротивление рассчитанного теплоотвода:

R_т.то = _{ } = _{ } = 0,45 ˚С/Вт (16)

17 Рассчитанный теплоотвод при работе вентилятора обеспечивает рассеяние тепловой мощности 67 Вт при температуре окружающего воздуха 23˚С, при этом температура кристалла транзистора (60˚С) не превышает допустимое значение (75˚С). Доля тепла, которую узел отдает излучением. не превосходит 1% от общей мощности, поэтому чернение поверхности теплоотвода неэффективно.

3 Технико-экономическое обоснование разработки

3.1 Расчет сметы затрат на опытно-конструкторские работы

В экономической части определена трудоемкость разработки и рассчитана смета затрат на ОКР (опытно-конструкторские работы) и производство опытного образца.

Для выполнения полного объема работ в соответствии со сложностью проектируемого блока управления необходимо определить состав конструкторской группы для разработки данного блока управления. Состав конструкторской группы для проектирования электронного блока управления температурой сушильного узла представлен в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Состав конструкторской группы и их должностные оклады

Категория работающих	Количество работающих, чел.	Должностной оклад, руб./мес.
Ведущий инженер	1	10000
Инженер-конструктор	1	8200

На основании данных таблицы 3.1 составлен перечень этапов ОКР на проектирование блока управления, представленный в таблице 3.2.

Таблица 3.2 – Перечень основных этапов ОКР проектируемого блока управления

Этап	Содержание работ, входящих в этап	Кол-во исполнителей, чел.	Должность	Продолжительность работы, дни
1	2	3	4	5
Подготовительный	1. Ознакомление с заданием на проектирование 2. Подбор и изучение научно-технической литературы	1 1	Ведущий инженер Инженер конструктор	1 2

Продолжение таблицы 3.2

1	2	3	4	5
	3.Анализ состояния вопроса по теме 4.Разработка, согласование ТТЗ на проведение ОКР	2 2	Ведущий инженер Инженер конструктор Ведущий инженер Инженер конструктор	2 5
Эскизный	1.Анализ и разработка функциональной схемы 2.Проработка конструкции функциональной схемы 3.Составление пояснительной записки к эскизному проекту	1 1 1	Инженер-конструктор Инженер-конструктор Инженер-конструктор	2 4 9
Технический проект	1.Разработка принципиальной схемы, расчеты 2.Конструкторские расчеты 3.Разработка конструкции печатной платы 4.Составление спецификации 5.Составление пояснительной записки к техническому проекту	2 1 1 1 2	Ведущий инженер Инженер-конструктор Инженер-конструктор Инженер-конструктор Инженер-конструктор Ведущий инженер Инженер-конструктор	2 7 2 2 9
Рабочий проект	1.Составление и утверждение ТЗ на опытный образец 2.Составление заявки на материалы и комплектующие изделия 3.Составление инструкции по эксплуатации и технического описания	1 1 1	Ведущий инженер Инженер-конструктор Инженер-конструктор	1 2 8
Технологическая подготовка производства	1.Разработка технологического процесса изготовления	2	Технологи	6
Изготовление опытного образца	1.Обеспечение опытного производства необходимыми материалами и комплектующими изделиями 2.Изготовление опытного образца	1 1	Отдел материально-технического обеспечения Рабочие опытного производства	2 3

Продолжение таблицы 3.2

1	2	3	4	5
Корректировка технической документации	1.Корректировка технической документации 2.Оформление полного комплекта технической документации	1 2	Инженер-конструктор Ведущий инженер Инженер-конструктор	2 10
Приемка ОКР	Рассмотрение и передача опытного образца заказчику	2	Ведущий инженер Инженер-конструктор	1
Итого				84

На основании данных, приведенных в таблице 3.2, необходимо рассчитать смету затрат на ОКР по следующим статьям затрат (не включая в нее затраты на изготовление опытного образца, которые будут учтены в экономической части при расчете себестоимости опытного образца):

1) материалы, использующиеся при выполнении ОКР;

2) основная заработная плата разработчиков изделия (ИТР);

3) дополнительная заработная плата (условно 20% от основной заработной платы);

4) отчисления на страховые взносы (30,2% от суммы основной и дополнительной заработной платы).

5) производственные командировки (включая все расходы по командировкам, связанным с выполнением работ по конструкторской подготовке изделия). Условно 20-25% от основной заработной платы разработчиков;

6) контрагентские расходы (включая стоимость работ, выполненных сторонними организациями для проектируемого изделия). Условно можно принять 25-30% от основной заработной платы разработчиков;

7) прочие денежные расходы условно можно принять в размере 30% от основной заработной платы разработчиков.

Расчет сметы затрат на ОКР:

1) затраты на материалы составляют 1200 руб.;

2) расчет затрат на заработную плату ИТР представлен в таблице 3.3.

Таблица 3.3 – Расчет заработной платы проектировщиков

Должность	Оклад, руб./мес.	Оплата, руб./день	Продолжительность работ, дни	Итого, руб.
Ведущий инженер	10000	454,54	22	9999,88
Инженер-конструктор	8200	372,72	67	24972,24
Итого				34972,12
Дополнительная заработная плата (20% от основной)				6994,42
Основная и дополнительная заработная плата				41966,54
Отчисления на страховые взносы (30,2% от основной и дополнительной зарплаты)				12673,89

Прочие денежные расходы – 30% от основной заработной платы:

34972,12 · 0,3 = 10491,63 руб.

В расчете сметы затрат на ОКР учитываются расходы, которые появляются при разработке проектируемого блока управления. Полученные данные сведены в итоговую таблицу 3.4.

Таблица 3.4 – Смета затрат на ОКР

Затраты по элементам	Сумма, руб.
Материалы	1200,00
Основная заработная плата разработчиков (ИТР)	34972,12
Дополнительная заработная плата	6994,42
Отчисления на страховые вносы	12673,89
Прочие денежные расходы	10491,63
Итого	66332,06

3.2 Расчет затрат на производство опытного образца

В данной части дипломного проекта рассчитывается полная себестоимость опытного образца проектируемого блока управления по следующим статьям затрат:

• основные и вспомогательные материалы;

• комплектующие изделия;

• основная заработная плата производственных рабочих;

• отчисления на страховые взносы;

• расходы по содержанию и эксплуатации механического и измерительного оборудования;

• накладные расходы (общепроизводственные, общехозяйственные, коммерческие).

3.2.1 Затраты на основные и вспомогательные материалы

В данную статью включаются материалы (основные и вспомогательные). Расходуемые на изготовление нестандартных деталей и узлов проектируемого устройства согласно его схеме, разработанной в дипломном проекте. Расчет по данной статье производится на основании ведомости-спецификации.

Суммарный расход материалов должен соответствовать общей массе проектируемого устройства.

Затраты на вспомогательные материалы принимаются ориентировочно в размере 20-25% от стоимости основных материалов.

В затратах на материалы учтены транспортно-заготовительные расходы (15-20% от общей стоимости основных и вспомогательных материалов).

Все расчеты представлены в таблице 3.5.

Таблица 3.5 – Расчет затрат на основные и вспомогательные материалы

Детали и узлы	Наименование материала, марка	Единица измере- ния	Цена за единицу, руб.	Расход на один прибор	Сумма затрат, руб.
Плата	Стеклотекстолит СФ-2-35-1,5	кг	75	0,14	10,0
	Припой ПОС-61	кг	440	0,015	6,6
	Канифоль	кг	300	0,02	6,0
	Цапнолак	кг	300	0,03	9,0
	Спирт технический	кг	35	0,07	0,62
	Провод ПВ 1-6	м	5,76	0,3	1,7
Итого:
Основные материалы					33,92
Вспомогательные материалы (25% от основных)					8,48
Итого: основные и вспомогательные материалы					42,4
Транспортно-заготовительные расходы (20% от основных и вспомогательных материалов)					8,48
Всего затрат на основные и вспомогательные материалы					50,88

3.2.2 Затраты на комплектующие изделия

Затраты на комплектующие изделия определяются согласно ведомости спецификации. В затраты на комплектующие изделия включаются транспортно-заготовительные расходы (3% от общей стоимости). Расчет затрат на комплектующие блока управления представлен в таблице 3.6.

Таблица 3.6 - Расчет затрат на комплектующие устройства

Наименование комплектующих	Тип, марка	Кол-во на одно изделие, шт.	Цена за единицу, руб.	Сумма затрат, руб.
1	2	3	4	5
Резистор	СПО- 0,15 100 к	1	20,00	20,00
Резистор	МЛТ-0,125 10 к	1	5,00	5,00
Резистор	МЛТ-0,125 100 к	1	5,00	5,00
Резистор	МЛТ-0,125 1 М	1	5,00	5,00
Резистор	МЛТ-1 51к	1	5,00	5,00
Конденсатор	КМ - 1 0,1мк	1	72,00	72,00
Конденсатор	К50-6 200 мк	1	20,00	20,00
Диод	Д814В	1	12,00	12,00
Диод	КД522Б	4	5,00	20,00

Продолжение таблицы 3.6

1	2	3	4	5
Микросхема	К561ЛЕ5	1	37,20	37,20
Транзистор	IRF840	1	45,80	45,80
Электронный таймер	Robiton EL-01	1	700,00	700,00
Диодный мост	КВРС5012	1	90,00	90,00
Трансформатор	TS220/220-4000	2	42000,00	84000,00
Переключатель	FNLC-22-3P	1	380,00	380,00
Kemsan 800734	Lin220	1	2100,00	2100,00
Вентилятор	EC1225A2HBL	1	1200,00	1200,00
Тумблер	202, 6А	1	44,00	44,00
ТЭН	34 см 1500 Вт	2	1500,00	3000,00
Итого				91761,00
Транспортно-заготовительные расходы (3%)				2752,83
Всего				94513,83

3.2.3 Расчет заработной платы производственных рабочих опытного производства, занятых изготовлением проектируемого образца

Все расчеты по определению заработной платы представлены в виде таблицы 3.7.

Таблица 3.7 – Расчет заработной платы производственных рабочих по изготовлению опытного образца

Вид работы	Разряд работ	Трудоемкость, ч	Часовая тарифная ставка, руб./ч	Итого зарплата, руб.
Изготовление печатной платы	4	7	68,46	479,22
Монтаж платы	3	14	66,79	935,06
Проверка платы на функционирование	5	4	80,28	321,12
Итого тарифная заработная плата				1735,40
Доплата (50% от тарифной заработной платы)				867,70
Итого основная заработная плата				2603,10
Дополнительная заработная плата (18% от основной зарплаты)				468,55
Основная и дополнительная заработная плата				3071,65
Отчисления на страховые взносы (30,2% от основной и дополнительной заработной платы)				927,63

3.2.4 Расчет затрат по содержанию и эксплуатации механического и измерительного оборудования

Расходы по содержанию и эксплуатации оборудования определяют исходя из количества часов его использования при изготовлении и настройке опытного образца (см. табл. 3.7) за исключением операций, выполняемых вручную, и условной стоимости одного машино-часа работы оборудования.

Общая трудоемкость изготовления опытного образца – 25 часов, удельный вес ручных операций – 50%, условная стоимость одного машино-часа – 40 руб./ч. Исходя из этих условий

З_об = 25·0,5·40 = 500 руб.

3.2.5 Расчет накладных расходов

В полную себестоимость проектируемого блока управления помимо основных расходов входят накладные расходы.

Накладные расходы – это расходы, которые включаются в себестоимость продукции (работ, услуг) не по прямому расчету, а путем распределения (общепроизводственные, общехозяйственные, коммерческие, расходы на содержание и эксплуатацию оборудования). Они считаются в процентах от прямых расходов, включаемых в себестоимость проектируемого изделия:

– общепроизводственные – в пределах 30%;

– общехозяйственные – в пределах 25% от основной заработной платы основных производственных рабочих;

– коммерческие – в пределах 10-15% от производственной себестоимости [11].

Результаты расчетов отдельных статей затрат, включаемых в себестоимость опытного образца, представлены в виде таблицы 3.8.

Таблица 3.8 – Калькуляция себестоимости опытного образца

Наименование статей затрат	Стоимость опытного образца, руб.	Стоимость серийного образца, руб.
Материальные затраты Основная заработная плата основных производственных рабочих Дополнительная заработная плата Отчисления на страховые взносы Содержание и эксплуатация оборудования Общепроизводственные расходы (30% от основной зарплаты)	94564,71 2603,10 468,55 927,63 500,00 780,93	75651,76 1301,55 234,27 463,81 250,00 390,46
Цеховая себестоимость	99844,92	78291,85
Общехозяйственные расходы (25% от основной зарплаты)	650,77	325,38
Производственная себестоимость	100495,69	78617,23
Коммерческие расходы (10% от производственной себестоимости)	10049,56	7861,72
Полная себестоимость	110545,25	86478,95‬

Так как проектируемый блок управления будет производиться серийно, то необходимо рассчитать себестоимость серийного образца. В данном расчете принимаются затраты на материалы – 0,8, а тарифная заработная плата основных производственных рабочих – 0,5 от затрат на опытный образец. Затраты на комплектующие изделия остались в том же объеме, что и на опытный образец, так как принципиальная схема при переходе от опытного образца к серийному не меняется.

3.2.6 Расчет оптовой цены проектируемого блока управления

Оптовая цена проектируемого устройства определяется по формуле:

ОЦ = С_полн + П_р. + НДС, (3.1)

где С_полн – полная себестоимость серийного образца проектируемого

устройства, руб.;

П_р. – нормативная прибыль (принимается в размере 15% от полной

себестоимости), руб.;

НДС – налог на добавленную стоимость (18% от цены предприятия за

вычетом затрат на покупные материалы и комплектующие изделия),

руб.

Ниже приводится расчет оптовой цены проектируемого блока.

Полная себестоимость серийного образца составляет 86478,95‬ руб.

Прибыль составляет 12971,84 руб.

Налог на добавленную стоимость (18% от цены предприятия за вычетом материальных затрат).

НДС = (12971,84 + 86478,95 – 75651,76) · 0,18 = 4283,82 руб.

Следовательно, оптовая цена проектируемого устройства составляет:

ОЦ = 12971,84 + 86478,95 + 4283,82 = 103734,61 руб.

3.3 Расчёт экономической эффективности проектируемого блока управления

Расчет общей сметы затрат на проектирование и изготовление опытного образца ведется по формуле:

З_общ.= З_пр+ С_{полн.опыт.обр ,} (3.2)

где З_окр – затраты на проектирование (ОКР), руб.;

С_{полн.опыт.обр} – полная себестоимость опытного образца, руб.

Следовательно,

З_общ = 66332,06 + 86478,95‬ = 152811,01 руб.

Это и есть дополнительные капитальные вложения на проектирование и изготовление опытного образца.

Капитальные затраты и инвестиции – ресурсы длительного пользования от момента начала инвестирования до момента получения прибыли. В этот период инвестор рискует капиталом вследствие инфляции и высокой динамики цен, что требует расчетов за весь жизненный цикл проекта.

Для принятия управленческих решений по осуществлению инвестиций и сравнению различных проектов используются следующие показатели:

1) ЧДД – чистый дисконтированный доход, руб.

2) ИД – индекс доходности;

3) Срок окупаемости, лет.

Чистый дисконтированный доход – сумма текущих доходов за весь расчетный период (Т), приведенная к начальному интервалу планирования (шагу).

Расчет годовой прибыли от реализации производится по формуле:

П_рг = П_р.· Q_год, (3.3)

где Q – годовой объем производства, шт.

Условно годовой объем примем 100 шт в год.

П_рг = 12971,84 · 100 = 1297184 руб.

Чистый дисконтированный доход (ЧДД, руб.) определяют по формуле:

(3.4)

где Рt – результат, достигаемый на t – м шаге, руб.;

Зt – затраты, осуществляемые на t – м шаге, руб.;

К – капитальные вложения, тыс. руб.

Если:

1) ЧДД больше 0 – проект эффективен;

2) ЧДД меньше 0 – проект неэффективен;

3) ЧДД=0 – проект не прибыльный и не убыточный.

Таким образом, денежный поток выглядит следующим образом:

0 шаг (капиталовложения) – 152811,01руб.;

1 шаг – 1297184 руб.;

2 шаг – 1297184 руб.;

3 шаг – 1297184 руб.;

4 шаг – 1297184 руб.;

5 шаг – 1297184 руб.

Следовательно, (ЧДД, руб) при N = 5, т. е. за пять лет использования проектируемого устройства при норме дисконта Е = 20% в соответствие с формулой (3.4) составит:

ЧДД

Можно сделать вывод, что ЧДД положителен (3737974,76 руб. 0), т. е. проект эффективен.

Индекс доходности определяется по формуле:

(3.6)

Если ИД больше 1 – проект эффективен;

ИД меньше 1 – проект неэффективен.

ИД = 1 – проект эффективен.

Рассчитывают срок окупаемости проекта.

Под сроком окупаемости (Т_ок) понимают период, в течение которого инвестици­онные вложения покрываются за счет суммарных результатов их осу­ществления. Расчет дисконтированного срока окупаемости сводят в таблицу 3.9.

Таблица 3.9 – Расчет дисконтированного срока окупаемости

Годы	Сумма с учетом дисконтирования, руб.	Сумма инвестиций (K) с учетом дисконтирования, руб.
2020	1080986,66	152811,01· (1 + 0,2)2020-2020 = 152811,01
2021	900822,22	–
2022	750685,18	–
2023	626658,93	–
2024	531632,78	–

Из расчетов видно, что за первый год дисконтированные доходы составляют 1080986,66 руб., то есть вся сумма инвестиций в 152811,01 руб. окупится в первый год осуществления проекта. Следовательно, дисконтированный срок оку­паемости рассчитывают по формуле:

(3.6)

где К_t – капитальные вложения с учетом дисконтирования, руб.;

Р_t – результат, достигаемый на t-м шаге;

3_t – затраты, осуществляемые на t-м шаге.

Так как нормативный срок (Т_ок.нор) 5 лет, а Т_ОК = 0,2 года, то проект эффективен (Т_ОК ок.нор).

В итоге можно сделать вывод, что разработка блока управления целесообразна.

Все основные технико-экономические показатели проекта сведены в таблицу 3.10.

Таблица 3.10 − Основные технико-экономические показатели проекта

Основные показатели	Единицы измерения	Проект
Полная себестоимость блока управления	руб.	86478,95‬
Чистый дисконтированный доход	руб.	3737974,76
Индекс доходности		25,46
Срок окупаемости проекта	год	0,2

Разработка проектируемого электронного блока управления температурой сушильного узла является экономически обоснованной и эффективной.

4 Охрана труда и эргономика

4.1 Влияние электрического тока на человеческий организм

Электрический ток, проходя через тело человека, может вызывать два вида поражений – электрический удар электрическую травму.

Более опасен электрический удар, так как при нем поражается весь организм. Смерть наступает от паралича сердца или дыхания, а иногда от того и другого одновременно.

Электрическими травмами называют поражение током внешних частей тела; его ожоги, металлизация кожи и др. Поражения током носят, как правило, смешанный характер и завися от величины и рода действия, путей, по которым проходит ток, а также от физического и психического состояния человека в момент поражения.

Переменный ток промышленной частоты человек начинает ощущать при 0,6…15 мА. Ток 12…15 мА вызывает сильные боли в пальцах и кистях. Человек выдерживает такое состояние 5…10 с и может самостоятельно оторвать руки от электродов. Ток 20…25 мА вызывает очень сильную боль, руки парализуются, затрудняется дыхание, человек не может самостоятельно освободиться от электродов. При токе 50…80 мА наступает паралич дыхания, а при 90…100 мА – паралич сердца и смерть.

Менее чувствительно человеческое тело к постоянному току. Его воздействие ощущается при 12…15 мА. Ток 20…25 мА вызывает незначительное сокращение мышц рук. Только при токе 90…110 мА наступает паралич дыхания. Самый опасный – переменный ток частотой 50…60 Гц. С увеличением частоты токи начинают распространяться по поверхности кожи, вызывая сильные ожоги, но не приводя к электрическому удару.
Величина тока, проходящего через тело человека, зависит от сопротивления тела и приложенного напряжения.
Наибольшее сопротивление току оказывает верхний роговой слой кожи, лишенный нервов и кровеносных сосудов. При сухой неповрежденной коже сопротивление человеческого тела электрическому току равно 40000…100000 Ом.

Роговой слой имеет незначительную толщину ( 0,05…0,2 мм ) и при напряжении 250 В мгновенно пробивается. Повреждение рогового слоя уменьшает сопротивление человеческого тела до 800…1000 Ом. Сопротивление уменьшается также с увеличением времени воздействия тока. Поэтому очень важно быстро устранить соприкосновение пострадавшего с токоведущими частями.

Исход поражения во многом зависит также от пути тока в теле человека. Наиболее опасны пути руки – ноги и рука – рука, когда наибольшая часть тока проходит через сердце.

На величину сопротивления, а следовательно, и на исход поражения электрическим током большое влияние оказывает физическое и психическое состояние человека. Повышенная потливость кожного покрова, переутомление, нервное возбуждение, опьянение приводят к резкому уменьшению сопротивления тела человека ( до 800…1000 Ом ). Поэтому даже
сравнительно небольшие напряжения могут привести к поражению электрическим током.

Каждый работающий с электрорадиоаппаратурой должен помнить, что человеческий организм поражает не напряжение, а величина тока. При неблагоприятных условиях даже низкие напряжения ( 30…40 В ) могут быть опасными для жизни. Если сопротивление тела человека равно 700 Ом, то опасным будет напряжение 35 В.

4.2 Техника безопасности при проведении монтажных работ

Техника безопасности - это система организационных мероприятий и технических средств, предотвращающих воздействие на работающих, опасных производственных факторов, которые в определенных случаях, приводят к травме или внезапному резкому ухудшению здоровья.

Для предотвращения несчастных случаев большое значение имеет знание и строгое выполнение существующих положений, инструкций и требований по технике безопасности.

Наиболее опасно поражение электрическим током. Монтажник должен знать, что действие тока на организм человека зависит от силы тока, напряжения, частоты, продолжительности воздействия, пути прохождения тока и индивидуальных особенностей организма человека.

Правильная организация рабочего места обеспечивает нормальные условия труда, способствует соблюдению технической дисциплины, росту производительности труда.

Оборудование и инструменты размещают на рабочем месте так, чтобы работа протекала в безопасных условиях и при наименьшей затрате трудовой энергии.

При выполнении монтажных работ необходимо строго соблюдать основные правила техники безопасности и промышленной санитарии:

1) Рабочее место монтажника должно содержаться в постоянной чистоте.

2) Рабочее место должно быть оборудовано постоянно действующей вытяжной вентиляцией, исключающей воздействие на организм монтажника вредных испарений, газов и дыма, возникающего при пайке.

3) Освещенность рабочего места должно соответствовать установленным нормам, как при дневном, так и при искусственном освещении.

Правильная освещенность рабочего места должна обеспечивать отчетливую видимость схем и деталей без утомления зрения монтажника. Осветительная лампа, которой оборудовано рабочее место, должна иметь колпак - отражатель, предохраняющий глаза монтажника от прямого света.

4) Для обеспечения безопасности работы монтажника рекомендуется использовать электропаяльник, работающий на напряжении не более 36 В.

5) Электропаяльник должен иметь специальную подставку, конструкция которой должна исключать возможность случайных касаний его нагретой части.

6) При окончании работы необходимо выключить электропаяльник, а огнеопасные материалы закрыть в металлическом ящике.

При выполнении ремонта оборудования запрещается:

а- Проверять на ощупь наличие напряжения и нагрев токоведущих частей схемы.
б- Применять для соединения приборов провода с поврежденной изоляцией.

в- Производить пайку и монтаж в схеме приборов, находящихся под напряжением.

г- Измерять напряжения и токи неизолированными штекерами и щупами.

д- Подключать приборы к работающей аппаратуре.

е- Заменять предохранители при включенной аппаратуре.

Жидкости, применяемые для промывки паек (этиловый спирт, растворитель) следует хранить в хорошо закрытых банках, которые следует открывать только в момент использования жидкостей. Запрещается промывать пайки бензином, так как это может привести к пожару.

Особенно следует опасаться разбрызгивание расплавленного припоя. В таких случаях следует беречь глаза, так как при попадании в глаза
мельчайшей частицы расплавленного припоя может вызвать серьезную травму глаз.

Следует применять надежный и удобный в работе инструмент. Деревянные и пластиковые ручки отверток, напильников, молотков не должны иметь трещин.

Для травления меди пробельных участков плат используется ряд травлений: хлористое железо, персульфат аммония, хлорная медь, хромовый ангидрит с серной кислотой и ряд других являющихся токсичными вещест­вами.

К работе с этими веществами допускаются лица, обученные тех­нике безопасности при работе с вредными и ядовитыми веществами и про­шедшие инструктаж на рабочем месте по работе с ними. В случае попадания травительных веществ на кожу или слизистую оболочку глаза нужно немед­ленно промыть их проточной водой, а затем обратиться к врачу.
Работу с травительными веществами следует производить в спе­циальной одежде: хлопчатобумажные и резиновые рукавицы, халат и защит­ные очки.

На случай возникновения пожара на видном и легкодоступном месте должен иметься углекислый огнетушитель. Тушение пенным огнету­шителем, водой, электроустановок, которые находятся под напряжением, строго запрещается. Горючие жидкости следует тушить песком.

Для оказания первой помощи в случае получения каких-либо травм необходимо иметь аптечку и иметь навыки оказания первой помощи. После оказания помощи нужно немедленно вызвать врача.

Заключение

Дипломный проект выполнен согласно требований задания на проектирование.

В аналитической части проекта рассматриваются устройство и виды сушильных шкафов. Для выполнения ими своего прямого назначения они оснащаются нагревателями и необходимой системой автоматики. Представлены сведения об управлении полевым транзистором. Одно из их главных предназначений – работа в ключевом режиме.

В проектной части осуществлена разработка структурной схемы управления; разработана электрическая схема устройства управления и дано ее описание работы. В качестве регулирующего элемента использован мощный переключательный полевой транзистор IRF840. Для обеспечения симметричности нагрузки регулятора, в проекте предлагается включать его в сеть через мостовой выпрямитель. При этом через нагрузку будет протекать пульсирующий однополярный ток, что для нагревательного элемента это значения не имеет. Осуществлен выбор элементной базы; разработана печатная плата устройства управления; разработана конструкция блока управления. Все детали размещаются внутри блока. Полевой транзистор установлен на ребристом радиаторе; осуществлен расчет вентилируемого ребристого теплоотвода, а также особенности настройки данной разработки.

В экономической части осуществлен расчет эффективности данной разработки: себестоимость составила 86478 руб, индекс доходности 25,46 , срок окупаемости 0,2 года, что говорит о том, что разработка проектируемого электронного блока управления температурой сушильного узла является экономически обоснованной и эффективной.

В разделе охраны труда и эргономики представлены требования техники безопасности при проведении монтажных работ и об особенностях влияния электрического тока на человеческий организм.

Данные проекта могут быть использованы при практической реализации управления температурой внутри малогабаритных сушильных шкафов, а также в учебных целях при изучении соответствующих тем по специальным дисциплинам специальности 15.02.07 Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям).

Список использованных источников

1. ГОСТ 2.105-95 ЕСКД. Общие требования к текстовым документам - Взамен ГОСТ 2.105-79, ГОСТ 2.906-71; Введ. 01.07.1996 - М.: Издательство стандартов, 1996. - 25с.: ил. - (Единая система конструкторской документации). УДК 744:002:006.354 Группа Т52. РФ.

2. ГОСТ 2.701-2008. ЕСКД. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению. - Взамен ГОСТ 2.701-84; Введ. 01.07.2009 - М.: Издательство стандартов, 20012. - 15с.: ил. - (Единая система конструкторской документации). УДК 62.002:006:354. Группа Т52. РФ.

3. ГОСТ 2.709-89. ЕСКД. Обозначения условные проводов и контактных соединений электрических элементов, оборудования и участков цепей в электрических схемах - Взамен ГОСТ 2.709—72; Введ. 01.01.1990 - М.: Издательство стандартов, 1989. - 10с.: ил. - (Единая система конструкторской документации). УДК 621.332.35:621.215.68:0006.354. Группа Т52. СССР.

4. ГОСТ 2.710-81. ЕСКД. Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах - Взамен ГОСТ 2.710—75; Введ. 01.07.1981- М.: Стандартинформ, 2008. - 10с.: ил. - (Единая система конструкторской документации). УДК 003.62:621.3.062:006.354. Группа Т52. СССР.

5. ГОСТ 2.743-91. ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Элементы цифровой техники - Взамен ГОСТ 2.743-82; Введ. 01.01.1993- М.: ИПК Издательство стандартов, 2000. - 45с.: ил. - (Единая система конструкторской документации). УДК 003.62(084):006.354. Группа Т52. СССР.

6. ГОСТ 2.728-74. ССБТ. Обозначения условные графические в схемах. Резисторы, конденсаторы. - Взамен ГОСТ 2.728-68; Введ. 01.07.1975- М.: ИПК Издательство стандартов, 2010. - 12с.: ил. - (Система стандартов безопасности труда). УДК 744:621.3:003.62:006.354. Группа Т52. СССР.

7. ГОСТ 12.0.003-74. ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. - Переизд. 18.05.2011; Введ. 01.01.1976- М.: ИПК Издательство стандартов, 2000. - 4с.: ил. - (Система стандартов безопасности труда). УДК 389.6.658.382.3:006.354. Группа Т58. СССР.

8. ГОСТ 12.1.005-88. ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. - Взамен ГОСТ 12.1.005-76; Введ. 01.07.1975- М.: Стандартинформ, 2006. - 49с.: ил. - (Система стандартов безопасности труда). УДК 658.382.3:614.71:006.354. Группа Т58. СССР.

9. ГОСТ 12.1.019-79. ССБТ. Электробезопасность. Общие требования. -Переизд. Май. 1980; Введ. 01.07.80. - М.: Издательство стандартов, 1982. - 7с.: ил. - (Система стандартов безопасности труда). УДК 534.835.46. Группа Т58. (47) СССР.

10. ГОСТ 12.1.038-82. ССБТ. Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов. -Переизд. 18.05.2011; Введ. 01.07.1983. - М.: Издательство стандартов, 2011. - 7с.: ил. - (Система стандартов безопасности труда). УДК 621.316.92:006.354. Группа Т58. СССР.

11. «Инструкция по применению и испытанию средств защиты, используемых в электроустановках»: Министерство энергетики Российской Федерации, приказ от 30 июня 2003 г. №261.

12. «Межотраслевые правила по охране труда при эксплуатации электроустановок»: Министерство энергетики Российской Федерации, приказ от 27 декабря 2000 г. №163.

13. Трудовой кодекс РФ, 2020 г.

14. Бесекерский В. А., Попов Е. П. Теория систем автоматического регулирования.- М.: «Наука», Главная редакция физико-математической литературы, 2011.- 423 с.

15. Бродин В. Б., Калинин А. В. Системы на микроконтроллерах и БИС программируемой логики. — М.: Издательство ЭКОМ, 2010. — 400 с.

16. Васильев А. В. Микроконтроллеры. Разработка встраиваемых приложений- СПб.: БХВ-Петербург, 2012. - 304 с.

17. Гелета И.В. Экономика организации (предприятия): учебное пособие. Гриф УМО МО РФ. – М.: Магистр, 2018.

18. Грибов В.Д. Экономика организации (предприятия) Учебное пособие для ССУЗов. – М.: КноРус, 2019.

19. Калинин Н.Н. Электрорадиоматериалы / Под ред. Н.Н. Калинина, Г. Л. Скибинского, П.П. Новикова-М.: Высшая школа, 2011.

20. Котюк А.Ф. Датчики в современных измерениях.- М.: Радио и связь, 2012. - 96 с.

21. Келим Ю. М. Вычислительная техника.- М.: Академия, 2011. - 268 с.

22. Кузьмин А. В., Схиртладзе А. Г. Теория систем автоматического управления.- М.: ООО «ТНТ», 2012.- 224 с.

23. Миленина С.А., Миленин Н.В. Электротехника, электроника и схемотехника. Учебник и практикум. - М.: Юрайт, 2014. - 510 с.

24. Новицкий Н.И., Горюшкин А.А. Организация производства: учебник для сред. Проф. образ. – М.: ООО «Издательство КноРус», 2016.- 275 с.

25. Малафеев С. И., Малафеева А. А. Основы автоматики и системы автоматического управления.- М.: Академия, 2010.- 384 с.

26. Ястребов А.Г., Волокобинский М.К. Материаловедение, электрорадиоматериалы и радиокомпоненты.-М.: Академия, 2011. – 160с.

27. Раннев Г.Г. и др. Информационно-измерительная техника и электроника.-М.: Академия, 2011. – 512с.

28. Сибикин Ю. Д. Безопасность труда при монтаже, обслуживании и ремонте электрооборудования предприятий.-М.: КноРус, 2013. – 282 с.

29. Миленина С.А., Миленин Н.В. Электротехника, электроника и схемотехника. Учебник и практикум. - М.: Юрайт, 2014. - 510 с.

30. Усенков Д. Ю., Богомолова О. Б. Коммуникационные технологии-М.: Бином. Лаборатория знаний, 2013. – 304 с.

31. Шустов М.А. Схемотехника. 500 устройств на аналоговых микросхемах. - М.: Наука и техника, 2013. - 352 с.

32. Интернет-маркет для производства электроники и электротехники - Режим доступа: http://buhushet.ru/news/2013-07-26/otchisleniya-s-zarabotnoy-platy-v-2013-godu - Загл. с экрана.

33. Официальный сайт «Консультант Плюс». Производственный календарь на 2020 год. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.consultant.ru/law/ref/calendar/proizvodstvennye

34. Тарифы страховых взносов в 2020 году. [Электронный ресурс] - Режим доступа:http://www.pfrf.ru/branches/spb/news/~2020/01/28/84099