Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В 1745 году в Лейдене немецкий физик Эвальд Юрген фон Клейст и голландский физик Питер ван Мушенбрук случайно создали конструкцию-прототип электролитического конденсатора -- "лейденскую банку". Первые конденсаторы, состоящие из двух проводников разделенных непроводником, упоминаемые обычно как конденсатор Эпинуса или электрический лист, были созданы ещё раньше.

Электролитические конденсаторы - это сложные электрохимические устройства, содержащие жидкий активный электролит, в них применяется точечная сварка и клепка химически несовместимых металлов.

В электролитических конденсаторах в качестве диэлектрика используется тонкая оксидная пленка, нанесенная на поверхность металлического электрода, называемого анодом. Второй обкладкой конденсатора является электролит. В качестве электролита используются концентрированные растворы кислот и щелочей. По конструктивным признакам эти конденсаторы делятся на четыре типа: жидкостные, сухие, оксидно-полупроводниковые и оксидно-металлические.

В жидкостных конденсаторах анод, выполненный в виде стержня, на поверхности которого создана оксидная пленка, погружен в жидкий электролит, находящийся в алюминиевом цилиндре. Для увеличения емкости анод делают объемно-пористым путем прессования порошка металла и спекания его при высокой температуре.

В сухих конденсаторах применяется вязкий электролит. В этом случае конденсатор, изготавливается из двух лент фольги (оксидированной и неоксидированной), между которыми размещается прокладка из бумаги или ткани, пропитанной электролитом. Фольга сворачивается в рулон и помещается в кожух. Выводы делаются от оксидированной фольги (анод) и не оксидированной (катод).

В оксидно-полупроводниковых конденсаторах в качестве катода используется диоксид марганца. В оксидно-металлических функции катода выполняет металлическая пленка оксидного слоя.

Особенностью электролитических конденсаторов является их униполярность, т.е. они могут работать при подведении к аноду положительного потенциала, а к катоду - отрицательного. Поэтому их применяют в цепях пульсирующего напряжения, полярность которого не изменяется, например в фильтрах питания.

Электролитические конденсаторы обладают очень большой емкостью (до тысячи микрофарад) при сравнительно небольших габаритах. Но они не могут работать в высокочастотных цепях, так как из-за большого сопротивления электролита достигает значения 1,0.

Поскольку при низких температурах электролит замерзает, то в качестве параметра электролитических конденсаторов указывается минимальная температура, при которой допустима работа конденсатора. При понижении температуры емкость конденсатора уменьшается, а при увеличении температуры возрастает.

Электролитические конденсаторы находят применение практически во всех областях электротехники. Они применяются для сглаживания сигналов, накопления энергии или фильтрации пульсирующего напряжения.

Так же они используются для построения различных цепей с частотно-зависимыми свойствами, в частности, цепей обратной связи, колебательных контуров и т. п.

Так как электролитические конденсаторы способны длительное время сохранять заряд, то их можно использовать в качестве элемента памяти или устройства хранения электрической энергии. Переменное напряжение вызывает потери мощности и нагрев конденсатора. Перегрев конденсатора является основным фактором, определяющим его срок службы.

Выделяют следующие неисправности электролитических конденсаторов: пробой; короткое замыкание пластин; изменение номинальной емкости сверх допуска из-за старения диэлектрика, попадания влаги, перегрева, деформации; повышение тока утечки, вызванное ухудшением характеристик изоляции. Полная или частичная потеря емкости электролитических конденсаторов происходит в результате высыхания электролита. Простейший способ проверки исправности конденсатора - внешний осмотр, при котором обнаруживаются механические повреждения.

Если при внешнем осмотре дефекты не замечены, проводят электрическую проверку.

1. Анализ технического задания

1.1 Анализ технического задания

По техническому заданию требуется разработать, рассчитать и изготовить прибор для проверки электролитических конденсаторов.

Часто отказ аппаратуры происходит из-за электролитического конденсатора. Причем неисправность конденсатора заключается не в потере емкости, а в увеличении активного сопротивления и обычный измеритель емкости не позволяет выявить такую неисправность.

Существует обширный класс неисправностей радиоэлектронной аппаратуры, связанный с отказами электролитических конденсаторов. Электролитические конденсаторы - это сложные электрохимические устройства, содержащие жидкий активный электролит, в них применяется точечная сварка и клепка химически несовместимых металлов. Изготовление электролитических конденсаторов требует строгого соблюдения технологической дисциплины, так как малейшее ее нарушение ведет к отказам компонентов. Особенностью этих отказов является то, что их часто невозможно обнаружить при входном контроле, они проявляются в процессе эксплуатации радиоаппаратуры. А так как электролитические конденсаторы используются в качестве фильтров питания и переходных конденсаторов, происходит постепенное ухудшение качества работы аппаратуры. Но даже когда отказ конденсатора привел к полной неработоспособности устройства, замена отказавшего конденсатора не гарантирует качественного ремонта. Большая вероятность того, что и другие конденсаторы в устройстве уже находятся на грани отказа, и это приведет к повторным ремонтам. По этой причине предпочтительно в случае отказа одного из электролитических конденсаторов заменять на плате все конденсаторы на новые. Но такой способ трудоемкий и дорогостоящий. Имея же прибор для внутрисхемной диагностики электролитических конденсаторов, можно быстро проверить все конденсаторы и заменить только низкокачественные.

Диагностика электролитических конденсаторов основывается на принципе: "сопротивление конденсатора должно быть бесконечно большим на постоянном токе и предельно малым на высокой частоте". Сопротивление конденсатора на постоянном токе легко проверить при помощи омметра, работающего на постоянном токе. Для проверки сопротивления конденсаторов на высокой частоте существуют специальные приборы -- измерители последовательного эквивалентного сопротивления. Такие приборы мало распространены.

Так же существуют приборы, собранные на базе микроконтроллера. Такие приборы имеют ряд недостатков: высокую стоимость, а так же применение цифровой индикации.

Цифровая индикация, необходимая при точных измерениях, оказывается неудобной для быстрых качественных оценок. К тому же конструкция щупов, несмотря на использование цифровой коррекции, не позволяет проводить правильные измерения очень малых сопротивлений. Это связано с тем, что прибор измеряет модуль комплексного сопротивления цепи между своими клеммами, но она состоит из суммы сопротивления щупов и сопротивления тестируемого конденсатора. Теоретически можно вычесть сопротивление щупов из суммарного сопротивления цепи и получить точное значение сопротивления конденсатора. Но на практике комплексное сопротивление щупов в процессе измерений меняется из-за нестабильности контакта в клеммах прибора, изменения индуктивности проводов при изменении их взаимного расположения и влияния на них окружающих предметов. Все это не позволяет правильно оценивать сверхмалые сопротивления.

Поэтому, исходя, из выше сказанного предлагается разработать прибор, который будет правильно оценивать сверхмалые сопротивления конденсаторов.

В таком приборе предпочтительнее вместо цифровой индикации использовать набор светодиодов, так как это экономически выгоднее. Также для правильного измерения очень малых сопротивлений конденсатора можно изменить конструкцию щупов. Достоинством такого прибора является простота использования и низкая себестоимость.

1.2 Разработка структурной схемы

электролитический конденсатор проверка напряжение

На основе анализа технического задания прибор для проверки электролитических конденсаторов должен содержать основные структурные блоки: генератор прямоугольных импульсов, преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение, логарифмический индикатор. Так же необходимы дополнительные структурные блоки: регулятор частоты, делитель напряжения, переключатель диапазонов, измеряемая цепь, сглаживающий фильтр и источник питания.

В результате структурная схема устройства примет вид:

Рисунок 1 - Структурная схема прибора для проверки электролитических конденсаторов.

Регулятор частоты необходим для изменения частоты напряжения. Далее сигнал идёт на генератор прямоугольных импульсов.

Генератор прямоугольных импульсов нужен для преобразования напряжения источника постоянного тока в прямоугольные импульсы требуемой частоты и длительности.

Делитель напряжения предназначен для получения напряжения различной величины.

Переключатель диапазонов необходим для установки требуемого значения напряжения.

Преобразователь напряжения предназначен для получения напряжения постоянного тока.

Сглаживающий фильтр предназначается для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения.

Логарифмический индикатор предназначен для обеспечения широкого диапазона измеряемых значений при относительно небольшом числе светодиодов индикации.

Источником питания служат четыре батареи размером ААА на 6 В.

При подключении к источнику постоянного тока на делитель напряжения, образованный проверяемым конденсатором, подаётся переменное напряжение с генератора прямоугольных импульсов. С выхода делителя переменное напряжение пропорциональное эквивалентному последовательному сопротивлению измеряемого конденсатора поступает на вход преобразователя переменного напряжения в постоянное напряжение. С выхода преобразователя постоянное напряжение поступает на вход сглаживающего фильтра и далее с его выхода на логарифмический индикатор. Постоянное напряжение преобразуется в светящиеся светодиоды.

2. Разработка схемы электрической принципиальной

2.1 Разработка схемы электрической принципиальной

Схема электрическая принципиальная прибора для проверки электролитических конденсаторов представлена на рисунке 2:

Рисунок 2 - Схема электрическая принципиальная

Исходя из структурной схемы, разрабатываем и составляем схему электрическую принципиальную прибора для проверки электролитических конденсаторов. Прибор состоит из трёх основных узлов: генератора прямоугольных импульсов, прецизионного преобразователя переменного напряжения в постоянное и блока индикации.

В качестве генератора прямоугольных импульсов наиболее широко используются мультивибраторы, одновибраторы, триггеры.

Мультивибратор представляет собой двухкаскадный усилитель с положительной ОС, замкнутый в кольцевую схему.

Генераторы прямоугольных импульсов могут быть использованы на дискретных элементах, на операционных усилителях.

Генератор прямоугольных импульсов разрабатываемого прибора выполнен на микросхеме DD1, частота которого определяется элементами времязадающей цепи Rl, С1.

С выхода генератора прямоугольные импульсы поступают на конденсатор СЗ и далее на делитель напряжения, образованный резистором R2/R3 и испытуемым конденсатором С.

Такой делитель напряжения называется резистивным. Так же делители напряжения могут быть емкостные и индуктивные. В нашем случае необходим резистивный делитель напряжения, так как следует уменьшить значение входного (питающего) напряжения.

Переключатель SW1 позволяет в качестве верхнего плеча делителя выбрать резистор R2 или R3. Так как значения измеряемых сопротивлений много меньше номиналов токоограничивающих резисторов, можно считать, что конденсатор тестируется фиксированным током. Напряжение на конденсаторе будет определяться его емкостным сопротивлением и эквивалентным последовательным сопротивлением, то есть будет прямо пропорционально его комплексному сопротивлению.

Переменное напряжение с испытуемого конденсатора через конденсатор С4 поступает на преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение. Преобразователь выполнен на микросхеме DD2.

Микросхема представляет собой сдвоенный линейный детектор. Применение такой микросхемы обусловлено тем, что одна ее половина включена в режиме линейного усилителя переменного тока с коэффициентом усиления около 10, а другая в режиме линейного детектора. Такое включение позволило увеличить чувствительность прибора без увеличения постоянного смещения на выходе детектора. Микросхема с высокой точностью преобразует переменное напряжение на ее входе в пропорциональное ему постоянное напряжение на ее выходе. Поскольку входное напряжение, снимаемое с конденсатора С, пропорционально измеряемому значению эквивалентного последовательного сопротивления, напряжение на выходе преобразователя будет также пропорционально эквивалентному последовательному сопротивлению.

С выхода преобразователя, постоянное напряжение поступает на сглаживающий фильтр. Сглаживающие фильтры предназначаются для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения. Существуют следующие виды сглаживающих фильтров: емкостные фильтры, индуктивные фильтры, индуктивно-емкостные фильтры, резистивно-емкостные фильтры. В нашем случае подходит резистивно-емкостной фильтр (R9-C7).

Далее постоянное напряжение поступает на вход логарифмического индикатора на микросхеме DD3.

Логарифмический индикатор выполнен на светодиодах, так как это экономически выгоднее.

Значения сигнала отображаются линейкой из 10 светодиодов. Использование логарифмического индикатора позволило обеспечить широкий диапазон измеряемых значений при относительно небольшом числе светодиодов индикации. Особенностью включения микросхемы является то, что опорное напряжение на вывод 6 микросхемы подается не от внутреннего стабилизатора, а с делителя R10, R11, подключенного непосредственно к шине питания. При таком включении при снижении напряжения питания повышается чувствительность индикатора. Одновременно при этом снижается выходное напряжение генератора на микросхеме DD1. Оба эти эффекта компенсируют друг друга, и поэтом удается обеспечить правильные показания прибора при изменении напряжения питания без использования дополнительных стабилизаторов. Яркость свечения светодиодов индикатора задается резистором R12. Итак, микросхема DD3 преобразовала входное постоянное напряжение в соответствующее количество светящихся светодиодов, подключенных к ее выходам. Суммарный потребляемый прибором ток определяется главным образом током потребления светодиодов индикации. Предусмотрена съемная перемычка J1, определяющая режим работы индикатора. При установленной перемычке индикатор работает в режиме "светящийся столб", а при снятой -- в более экономичном режиме "бегущая точка", при котором снижается ток потребления прибора. Последний режим будет полезен при питании прибора от батарей.

Диоды VD1 и VD2 предназначены для защиты прибора при подключении его к неразряженным конденсаторам.

2.2 Принцип работы устройства

Исходя из схемы электрической принципиальной, рассмотрим принцип работы прибора для проверки электролитических конденсаторов.

Прибор работает от четырёх батарей размером ААА, напряжение питание которых составляет 6 В.

Принцип действия прибора заключается в следующем: на делитель напряжения, образованный образцовым резистором и проверяемым конденсатором, подается переменное напряжение с генератора прямоугольных импульсов. Конденсатор включен в нижнее плечо делителя. С выхода делителя переменное напряжение пропорциональное эквивалентному последовательному сопротивлению измеряемого конденсатора поступает на вход преобразователя переменного напряжения в постоянное напряжение. С выхода преобразователя постоянное напряжение поступает на блок индикации, который преобразует поступившее на его вход постоянное напряжение в соответствующее ему количество светящихся светодиодов. Таким образом, измеряемое значение эквивалентного последовательного сопротивления в приборе преобразуется в количество "горящих" светодиодов.

Прибор работает на принципе тестирования конденсатора переменным током фиксированной величины. В этом случае падение напряжения на конденсаторе прямо пропорционально модулю его комплексного сопротивления. Такой прибор реагирует не только на увеличенное внутреннее сопротивление, но и на потерю конденсатором емкости. Функционально прибор состоит из трех основных узлов: генератора прямоугольных импульсов, прецизионного преобразователя переменного напряжения в постоянное напряжение и блока индикации.

Генератор прямоугольных импульсов выполнен на логической интегральной схеме DD1, состоящей из шести логических элементов НЕ. Преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение выполнен на специализированной интегральной микросхеме DD2. Микросхема имеет широкий диапазон линейного преобразования переменного в постоянное напряжение. Блок индикации выполнен на микросхеме специализированного усилителя индикации DD3. В приборе использован аналоговый индикатор на 10 светодиодах с логарифмической шкалой. Шкала измерителя нелинейная. Она сжата в области больших сопротивлений и растянута в области малых сопротивлений. Такая шкала удобна для считывания показаний и обеспечивает наглядный отсчёт в широком диапазоне измерений. Для дополнительного расширения диапазона измерений в прибор введен переключатель диапазонов.

В приборе использована четырёхпроводная схема подключения измерительных щупов. При такой схеме к измеряемому конденсатору двумя проводами подводится сигнал от генератора, а двумя другими проводами к тому же конденсатору подключается измерительная цепь. Между собой эти две пары проводов соединяются только на конденсаторе.

При такой схеме подключения сопротивление соединительных проводов не влияет на результат измерений, что позволило надежно регистрировать сопротивления порядка 0,05 Ом.

При необходимости чувствительность прибора для диапазона измерения 1:1 можно подстроить, изменяя номинал резистора R3, а для диапазона 1:10 - изменяя номинал резистора R2.

3. Расчет и проектирование печатной платы

Применение печатных плат дало возможность, по сравнению с объемными конструкциями, увеличить плотность монтажа, надежность, ремонтопригодность, уменьшить массу конструкции, разброс параметров и так далее.

Для печатных проводников для печатной платы допускается плотность тока до 20 А/мм^". Напряжение между проводниками зависит от величины минимального зазора между ними. Для печатных плат, защищенных лаком, значение рабочего напряжения можно выбрать из таблицы 1:

Таблица 1 - Значение рабочего напряжения

Зазор, мм	0,15	0,2	0,25	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	1
Uраб, В	20	25	30	50	75	100	125	150	175	250

При этих условиях заметного нагрева проводников не происходит.

По плотности рисунка печатные платы делятся на три класса:

1.Характеризуется наименьшей плотностью и точностью изготовления;

2.Характеризуется повышенной плотностью и точностью изготовления;

3.Характеризуется высокой плотностью и точностью изготовления.

Таблица 2 - Классы печатных плат по плотности рисунков

Параметр	Размер элементов
	1	2	3
Расстояние между проводниками, контактными площадками, проводниками и контактными площадками, проводниками и металлизированными отверстиями	0,5	0,25	0,15
Расстояние от края просверленного отверстия (зенковки) до края контактной площадки	0,5	0,25	0,15
Отношения минимального диаметра металлизированного отверстия к толщине платы	0,4	0,33	0,33

По первому классу выполняются платы всех размеров, по второму - платы размером не более 240х400 мм, по третьему - платы размером не более 170х170 мм. Толщину печатной платы определяют толщиной выбранного диэлектрика, она лежит в пределах от 0,5 до 3 мм.

Чертежи печатных плат выполняют на бумаге с координатной сеткой и шагом 0,625; 1,25; 2,5 мм. Центры всех отверстий должны располагаться строго в узлах координатной сетки. Допустимые отклонения 200 мкм для первого класса, 100 мкм для второго и третьего класса. Для обеспечения свободной установки электрорадиоэлементов и протекания припоя на всю длину металлизированных отверстий диаметры отверстий должны быть больше диаметров выводов примерно на 0,2 мм. Диаметры отверстий выбираются по таблице 3.

Таблица 3 - Диаметры отверстий

Номинальный диаметр отверстий, мм
Монтажные неметаллизированные отверстия	Монтажные и переходные отверстия с металлизацией	Максимальный диаметр выводов навесных электрорадиоэлементов, мм
0,5	0,4	-
0,7	0,6	до 0,4
0,9	0,8	0,5 - 0,6
1,1	1,0	0,7 - 0,8
1,6	1,5	0,9 - 1,3
2,1	2,0	1,4 - 1,7

Печатные проводники должны выполняться прямоугольной формы параллельно сторонам платы и координатной сетки или под углом 45° к ним. Ширина проводника должна быть одинаковой по всей длине. Расстояние между неизолированными корпусами электрорадиоэлементов, между корпусами и выводами, между выводами соседних электрорадиоэлементов или между выводом и любой токопроводящей деталью следует выбирать с учетом допустимой разностью потенциалов между ними и предусматриваемого тепло отвода, но не менее 1 мм (для изолированных деталей не менее 0,5 мм). Расстояние между корпусом электрорадиоэлементом и краем печатной платы не менее 1 мм, между выводом и краем печатной платы не менее 2 мм, между проводником и краем печатной платы не менее 1 мм.

Перечисленные выше сведения об элементах дадут возможность конструктору печатной платы разработать топологию печатной платы, определить ее геометрические размеры и координаты крепежных отверстий, оптимально разместить электрорадиоэлементы на плате. Этот чертеж является основой для всех последующих конструкторских работ.

Рассчитаем суммарную площадь резисторов:

S_рез=1,5•n•L•D, (мм²) (4.1)

где S_рез - суммарная площадь резистора, мм²;

n - количество резисторов, шт;

L - длина резистора, мм;

D - ширина резистора, мм;

1,5 - коэффициент запаса.

S_рез=1,5 • 12 • 6 • 2,3 = 248,4 (мм²)

Рассчитаем суммарную площадь конденсаторов:

S_к=1,5•n•L•D, (мм²) (4.2)

где S_к - суммарная площадь конденсатора, мм²;

n - количество конденсаторов, шт;

L - длина конденсатора, мм;

D - ширина конденсатора, мм;

1,5 - коэффициент запаса.

S_к = 1,5 • 8 •7 • 3 = 252 (мм²)

Рассчитаем суммарную площадь диодов:

S_д=1,5• n•L•D, (мм² ) (4.3)

где S_д - суммарная площадь диода, мм²; n- количество диодов, шт; L- длина диода, мм; D- ширина диода, мм; 1,5 - коэффициент запаса.

S_д =1,5 • 2 • 3,9 • 1,7 = 19,89 (мм²)

Рассчитаем суммарную площадь микросхем:

S_имс=1,5•n•L•D, (мм²) (4.4)

где S? - суммарная площадь микросхемы HEF4049BP, мм²;

S?? - суммарная площадь микросхемы К157ДА1, мм²;

S??? - суммарная площадь микросхемы LM 3915, мм²;

n? - количество микросхем HEF4049BP, шт;

n?? - количество микросхем К157ДА1, шт;

n???- количество микросхем LM 3915 , шт;

L? - длина микросхемы HEF4049BP, мм;

L??- длина микросхемы К157ДА1, мм;

L???- длина микросхемы LM 3915, мм;

D? - ширина микросхемы HEF4049BP, мм;

D?? -ширина микросхемы К157ДА1, мм;

D???-ширина микросхемы LM 3915, мм;

1,5 - коэффициент запаса.

S?= 1,5 • 1 • 7,5 • 21,5 = 241, 875 (мм²);

S?? = 1,5 • 1 • 7,5 • 19 = 213,75 (мм²);

S??? = 1,5 • 1 • 7,5 • 24 = 270 (мм²);

S_имс = S? + S??+ S??? = 241, 875+213,75+270 = 725, 625 (мм²).

Рассчитаем суммарную площадь светодиодов:

S_светод?=1,5•n•L•D, (мм²) (4.5)

где S_светод - суммарная площадь светодиода, мм²;

n- количество светодиодов, шт;

L- длина светодиода, мм;

D- ширина светодиода, мм;

1,5 - коэффициент запаса.

S_светод =1,5 • 10 • 3 • 3 = 135 (мм²)

Далее рассчитаем суммарную площадь всех радиоэлементов:

S_??=S_рез+S_к+S_д+S_имс+S_сетод (4.6)

где S_? - суммарная площадь всех радиоэлементов, мм².

S_??= 248,4+252+19,89+725,625+135= 1380,915 (мм²).

Определим ориентировочную площадь печатной платы:

S_пп=1,5•(S_???+S_пров) (4.7)

где S_пп - ориентировочная площадь печатной платы, мм²;

S_пров - площадь печатных проводников, мм²;

1,5 - коэффициент запаса.

S_пров = S_??= 1380,915(мм²);

S_пп = 1,5 • (1380,915+1380,915) = 4142,745(мм²).

Если принять ширину В = 60 мм, то исходя из полной площади платы ее длина:

L = S_пп / B, мм (4.8)

L = 4142,745/ 60 = 69 (мм).

Принимаем L = 70 (мм).

Исходя из рассчитанной площади печатной платы, выбираем ее размер - 60х70 мм. Достоинством данной печатной платы является ее малый.

Большая поверхность обеспечивает интенсивную отдачу тепла от проводника изоляционной платы в окружающее пространство, что позволяет пропускать большие токи, чем через объемные проводники того же сечения. Для печатных проводников допускается плотность тока до 20 А/мм². При этом заметного нагрева проводников не наблюдается.

При расчёте печатных плат также необходимо знать минимальную ширину печатного проводника, которая выбирается исходя из значений токов, протекающих по этому проводнику. Формула для расчёта ширины печатных проводников, исходя из максимального значения плотности тока:

J= I/(k · S), (4.9)

где J - плотность тока, А/мм²;

k - коэффициент запаса, k = 0,2;

I - ток в печатном проводнике, А;

S - площадь сечения печатного проводника, мм².

Преобразуя формулу, получим:

J=I/ (k · а · h), А/мм2 (4.10)

где а - ширина печатного проводника, мм;

h - толщина печатного проводника, мм.

Выразим из этой формулы ширину печатного проводника

a?I / (k • J • h), мм (4.11)

Зная, что максимальный ток, который может протекать в схеме равен 1 А и, подставив значение h = 0,3 мм (толщина медного токопроводящего покрытия фольгированного стеклотекстолита), получим:

a ? 1 / (0,2 • 20 • 0,3) = 0,833 (мм)

Принимаем ширину печатных проводников на всей печатной плате исходя из максимального тока в схеме a = 1 мм.

4. Экономическая часть

Разработанный прибор предназначен для проверки электролитических конденсаторов. Он может найти применение во многих отраслях народного хозяйства, например, если звук в усилителях в телевизоре постепенно теряет басы и на экране увеличивается число помех, значит, причина в конденсаторах и что бы их проверить, необходим такой прибор. Так же он может найти применение во многих других случаях.

Преимущества такого прибора заключается в том, что он позволяет правильно измерять сверхмалые сопротивления.

Экономичность разработанного устройства значительная по сравнению с другими устройствами: вместо цифровой индикации использовать набор светодиодов, что значительно уменьшает стоимость и уменьшает эксплуатационные расходы.

Можно обеспечить хорошее качество сборки и подборки элементов, предусмотреть ряд мер, обеспечивающих наилучшую работу устройства в нашей климатической зоне. Использование отечественных технологий и элементов поможет оптимально подобрать цену, и гарантировать спрос предлагаемой продукции.

На основе экономической оценки новой техники принимается решение об инвестициях на данный проект. Для начала производства проектируемого прибора огромное значение имеет ожидаемая прибыль или экономический эффект. Его значение определяется на этапе разработки в качестве приблизительного.

Определяем затраты на полуфабрикаты и комплектующие изделия, необходимые для изготовления прибора:

Ск=Кт.з•Nj•Цj, руб (5)

где Кт.з.- коэффициент, учитывающий транспортно- заготовительные расходы ( Кт.з = 1,05);

Nj - количество j-x полуфабрикатов и комплектующих изделий, необходимых для сборки единицы изготавливаемой продукции, шт;

Цj - оптовая цена j-ro полуфабриката, комплектующего изделия, руб.

Расчёт затрат на покупные полуфабрикаты и комплектующие изделия проводим в таблице 4 по формуле (5).

Таблица 4 - Расчёт затрат на покупные полуфабрикаты и комплектующие изделия:

Наименование изделия	Количест-во N j, шт	Оптовая цена Цj, руб за шт	Сумма затрат на 1 изделие, руб
Резисторы: R1- МЛТ-0,25-20 кОм±5% R2- МЛТ-0,25-110 Ом±5% R3- МЛТ-0,25-2 кОм±5% R4, R7, R8-МЛТ-0,25-10 кОм±5% R5, R10- МЛТ-0,25-5,1 кОм±5% R6- МЛТ-0,25-56 кОм±5% R9- МЛТ-0,25-30 кОм±5% R11-МЛТ-0,25-3 кОм±5% R12-МЛТ-0,25-2,4кОм±5%	1 1 1 3 2 1 1 1 1	200 110 90 120 100 210 270 130 120	200 110 90 360 200 210 270 130 120
Конденсаторы: С1-К10-10- 330 пФ±5% С2-С4, С6, С7-К10-10-0,22 мкФ±5% C5- К10-10-10 мкФ±5% C8- К10-10-100 мкФ±5%	1 5 1 1	210 80 100 150	210 400 100 150
Диоды: VD1-VD2- 1N4148	2	300	600
Микросхемы: DD1-HEF4049BP DD2-K157ДА1 DD3-LM3915	1 1 1	4200 2000 5400	4200 2000 5400
Светодиоды: VD1-VD7- L934GO VD8-VD10- L934HO	7 3	130 130	910 390
Сумма затрат на все изделие	16050
Итого, с учетом транспортно-заготовительных расходов (Кт.з. = 1,05)	16852,5

Затраты на материалы, которые используются при изготовлении прибора рассчитываются по формуле:

См=Кт.з.•Ni • Цi, руб (5.1)

где Ni - норма расхода материала на одно изделие, кг;

Цi - цена за один килограмм i-ro материала, руб.

Расчёт затрат на материалы, используемые при изготовлении прибора приведён в таблице 5 по формуле (5.1).

Таблица 5 - Расчет затрат на основные и вспомогательные материал

Наименование материала	Единица измерения	Норма расхода на 1 прибор Ni, кг	Цена за единицу	Сумма затрат на 1 прибор, руб
Текстолит	кг	0,02	15000	300
Растворитель	кг	0,1	6000	600
Канифоль	кг	0,01	11000	110
Припой ПОС-40	кг	0,04	5500	220
Провод	м	0,03	1000	30
Сумма затрат на все изделие	1260
Итого, с учетом транспортно-заготовительных расходов (Кт.з. = 1,05)	1323

Заработная плата с учётом премий (ОЗП) основных производственных рабочих определяется по формуле:

Зо= Kпp • ?(Tc_i-t_i),py6 (5.2)

где Тс_i - часовая тарифная ставка, соответствующая i-му разряду работы, руб;

t_i - норма времени по данному i-му виду работ, час;

Кпр - коэффициент премий и доплат к тарифной заработной плате (1,2).

Расчёт заработной платы с учётом премий основных производственных рабочих проводим в таблице 6 по формуле (5.2).

Таблица 6 - Заработная плата с учётом премий производственных рабочих

Наименование операции	Разряд работ	Часовая тарифная ставка, руб	Трудоёмкость выполняемых работ, ч.час/шт	Расценка за штуку, руб.
Сборка	5	2106,43	0,13	273,8
Монтаж	3	1643,75	0,3	493,1
Регулировка	5	2106,43	0,27	568,7
Итого	1335,6
Всего с учетом премий и доплат (1,2)	1602,72

Дополнительная заработная плата определяется:

Зд = Зо • Кд , руб (5.3)

где Кд - коэффициент дополнительной заработной платы по отношению к основной (0,11).

Зд = 1602,72 • 0,11=176,3 (руб).

Расчёт себестоимости и отпускной цены прибора проводим в таблице 7, где представлены формулы для определения каждой статьи себестоимости.

Таблица 7 - Расчёт себестоимости и отпускной цены прибора

Отпускная цена прибора для проверки электролитических конденсаторов с учетом НДС составляет 45515,26 руб, его производственная себестоимость -31652,67 руб, цеховая себестоимость - 27826,59 руб. Таким образом, удалось получить достаточно низкую стоимость прибора для проверки электролитических конденсаторов при высоком качестве его изготовления. Нормативная прибыль на единицу продукции составляет 4947,31 руб. поэтому производство является выгодным и целесообразным.

5. Охрана труда

5.1 Меры безопасности и охраны труда при изготовлении изделия

Изготовление прибора для проверки электролитических конденсаторов характеризуется проведением таких технологических операций как пайка и изготовление печатной платы, при которых возможно возникновение различных опасных и вредных производственных факторов: опасность поражения электрическим током при работе с электропаяльником; выделение высокотоксичных компонентов при изготовлении печатной платы; ожоги и пожары при работе с электропаяльником.

Во избежании воздействий перечисленных факторов на организм человека следует соблюдать технику безопасности при изготовлении прибора. К работе по изготовлению прибора допускаются лица, обученные безопасным приемам работы и прошедшие инструктаж на рабочих местах по работе с вредными и ядовитыми веществами, а так же по работе с паяльником.

Техника безопасности перед началом работы: одеть спецодежду в соответствии с технологической документацией, привести её в порядок, проследить за тем, чтобы спецодежда, обувь были целы, удобны, не стесняли движений; проверить наличие и исправность средств индивидуальной защиты (резиновые перчатки, передники, хлопчатобумажные перчатки, напальчники) и средств защиты в случае возникновении аварий, наличие ёмкости с однопроцентным раствором уксусной кислоты и умывальника; проверить эффективность действия вытяжной вентиляции непосредственно на месте пайки, лужения, разлива, травления (скорость движения воздуха должна быть не менее 0,6 м/c), наличие и надёжность защитного заземления оборудования, достаточность освещения на рабочем месте; смазать руки защитным кремом (силиконовым, ланолиновым), надеть резиновые перчатки;

проверить наличие средств пожаротушения (асбестовое полотно, песок, огнетушители); подготовить и проверить исправность и чистоту посуды, тары, технологической оснастки, расположить их удобно на рабочем столе.

Техника безопасности во время работы: наибольшую опасность для здоровья человека в процессе изготовления прибора представляют процессы пайки и изготовление печатной платы. Рекомендуется пользоваться исправным паяльником, питающимся напряжением не более 36 В. Применение паяльников с питанием от сети 127-220 В может привести к попаданию под опасное для жизни напряжение в случае пробоя изоляции между спиралью и сердечником паяльника. При проведении работы с канифолью должны быть приняты меры, обеспечивающие защиту от статического электричества. При попадании в глаза пыли канифоли, промыть их водой и 2% раствором питьевой соды, отправить пострадавшего к врачу. Во избежание раздражения кожи стараться, чтобы канифоль не попадала на открытые участки кожи.

При изготовлении печатной платы производится её резка, сверление отверстий, травление. При сверлении печатная плата устанавливается в тиски. Промывка платы производится в изопропиловом спирте и ацетоне поэтому необходимо учитывать, что эти вещества являются пожароопасными и вредными для здоровья. В целях предупреждения отравления все виды работ с растворителями должны проводится в вытяжной вентиляцией. Химическая очистка платы производится растворами фосфатов натриевой соды, натриевой щёлочи и др. Для травления меди с пробельных участков платы используется хлорное железо. К работе с этим травителем допускаются лица, обученные безопасным приёмам работы и прошедшие инструктаж на рабочих местах по работе с вредными и ядовитыми веществами. В случаях попадания травителя на кожу или слизистую оболочку глаза необходимо немедленно обильно промыть их оливковым маслом, а затем обратиться в медпункт. Работа с травителем проводится в спецодежде и защитных очках. Рабочее место должно быть оборудовано вытяжной вентиляцией.

Техника безопасности после окончания работы: убрать неиспользованные материалы, припой, флюс в отведённые места, для хранения; рабочие поверхности столов, используемую тару очистить, обмыть горячим мыльным раствором; вентиляцию отключить не ранее, чем через 30 минут после окончания работы; сполоснуть руки однопроцентным раствором уксусной кислоты, вымыть тёплой водой с мылом, вытереть и смазать средством дерматологической защиты ОСТ 18-21-81; при работе с припоями, деталями и изделиями, содержащими свинец, использованные салфетки и ветошь, которые могут быть загрязнены ими, после окончания работы собрать в специальные легкообмываемые переносные ёмкости, а затем сжечь. Повторное использование ветоши и салфеток не допускается.

5.2 Техника безопасности при эксплуатации устройства

При работе с прибором ремонтируемое устройство должно быть выключено из сети и конденсаторы в нём разряжены!

Так как корпус прибора выполнен из пластмассы нельзя, допускать, что бы прибор хранился в местах с повышенной температурой.

Обслуживающий персонал при эксплуатации должен иметь навыки работы с электронными приборами. В целях обеспечения правильной эксплуатации обслуживающий персонал должен пройти производственное обучение на рабочем месте. В процессе обучения персонал должен быть ознакомлен с техническими данными, с порядком подготовки и подключения в работу и с другими требованиями ТО.

Для обеспечения нормальной работы рекомендуется выполнять следующие мероприятия: при работе прибора для проверки электролитических конденсаторов в условиях повышенной запыленности сдувать сухим чистым воздухом; при выключенном напряжения питания проверять надежность крепления прибора.

Перед и после ремонта рекомендуется внутренние полости тщательно вычистить от пыли и грязи, а также восстановить нарушенное лаковое покрытие проводников печатной платы.

5.3 Элементы, предусмотренные в устройстве для обеспечения условий охраны труда

При работе с прибором ремонтируемое устройство должно быть выключено из сети и конденсаторы в нём разряжены!

Прибор не представляет опасности для окружающей среды. Все радиоэлементы собраны на печатной плате и спрятаны в корпус. Прибор не содержит радиационных и других опасных элементов, которые могли бы плохо повлиять на здоровье обслуживающего персонала.

Напряжения питания прибора 6 В, поэтому можно не опасаться поражения электрическим током.

Заключение

В ходе выполнения дипломного проекта было спроектировано устройство в виде прибора для проверки электролитических конденсаторов. Рассматривая различные схемные решения, и тщательно продумывая отдельные нюансы, была разработана структурная схема - рисунок 1, в разделе 1.2. Разработка структурной схемы, состоящая из девяти блоков: регулятор частоты, генератор прямоугольных импульсов, делитель напряжения, переключатель диапазонов, измеряемая цепь, преобразователь напряжения, сглаживающий фильтр, логарифмический индикатор, источник питания.

Исходя из структурной схемы, разрабатывалась электрическая принципиальная схема - рисунок 2, в разделе 2.1. Разработка схемы электрической принципиальной.

По имеющейся принципиальной схеме был произведен выбор и расчет элементной базы, раздел 3.1 Расчет и выбор элементной базы. Далее был произведен расчет печатной платы - раздел 4. Расчет и проектирование печатной платы. В ходе расчета были получены размеры платы изготавливаемого устройства 60x70 мм. Достоинством данной печатной платы является ее малый размер и отсутствие отверстий для крепежа. В ходе расчета экономических показателей была рассчитана цена прибора, прибыль и рентабельность. С учетом НДС цена прибора составила 45515,26 рублей, а его себестоимость 31652,67 рублей. Цеховая себестоимость - 27826,59 рублей. Достоинством данного прибора по сравнению с другими - это его низкая себестоимость при высоком качестве его изготовления.

Производство будет обладать неплохим экономическим потенциалом, что связано с высокой рентабельностью, прибыль от реализации составит 4947,31 рубля с одного прибора.

Расчет показал, что прибор имеет вполне приемлемую цену и его производство прибыльно. Что подтверждает рентабельность производства. Далее были описаны предусмотренные меры охраны труда при изготовлении и эксплуатации прибора. Также был выполнен подбор элементов, предусмотренных в устройстве для обеспечения условий охраны труда.

Размещено на Allbest.ru

...