Разработка функциональной схемы модуля измерения ОСШ

7. Разработка функциональной схемы модуля измерения ОСШ.

Функциональная схема разрабатываемого модуля измерения ОСШ будет содержать многие общие с прибором ИСШ-4 детали, но ввиду изменения принципа обработки сигнала есть необходимость полностью пересмотреть функциональную схему измерительной части.

До какой-либо обработки видеосигнала предусматривается усиление его величины. Это необходимо для того, чтобы дальнейшая обработка производилась с сигналом достаточно большого уровня, что обеспечит большую точность при преобразовании сигнала другими блоками. Для этого на входе схемы установлен предварительный усилитель с фиксированным коэффициентом усиления. Затем сигнал поступает на блок выделения синхросигналов и на устройство линейного сравнения и компенсации (УДСК). Блок УЛСК состоит из дифференциального перемножителя, управляемого фильтра, компаратора напряжения (КН), меры, генератора линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), устройства выборки и хранения (УВХ). Все эти элементы предназначены выполнить задачу приравнивания величины видеосигнала к постоянной величине В_о. На этом этапе ведется обработка уже не полного видео сигнала, а только сигнала строки в которой производится измерение ОСШ. Поэтому перед входом дифференциального перемножителя включается ключ, управляемый от блока выделения синхросигналов и открытый только на время прохождения сигнала строки в которой измеряется ОСШ. Автоматическое регулирование уровня сигнала строки происходит таким образом: в начальном состоянии ГЛИН сброшен в ноль и на один вход дифференциального премножителя приходит ноль. Выход усилителя подключен ко входу компаратора напряжения, который сравнивает полученный сигнал с постоянной величиной В_о. Перед входом компаратора напряжения включен сглаживающий фильтр, на выходе которого присутствует величина соответствующая среднему значению сигнала выделенной строки. Для предотвращения разряда конденсатора фильтра в период отсутствия сигнала выделенной строки предусмотрено отключение конденсатора во время отсутствия сигнала. Cигнал соответствующий среднему значению сигнала выделенной строки управляет ГЛИНом. В тот момент когда сигнал строки станет равным В_о, сигнал управления с компаратора пропадет и величина напряжения на выходе ГЛИНа будет храниться в УВХ до конца цикла измерения. Таким образом пронормированный сигнал поступает в измерительный блок. Величина сигнала после нормировки соответствует B_o. Таким образом коэффициент передачи этой части УЛСК равен:

,

где U_c - амплитуда сигнала выделенной строки.

Затем сигнал подается на коммутатор, который стробирует сигнал по импульсу поступающему от устройства перемещения по строке.

После коммутатора импульс подается на дифференциальный усилитель, который вычитает из него величину В_о. Из процедуры нормировки следует:

,

где  среднее значение сигнала выделенной строки получаемое на выходе фильтра.

Таким образом после дифференциального усилителя на входе измерительного блока появляются отсчеты соответсвующие формуле:

где  коэффициент передачи дифференциального усилителя.

Так как математическое ожидание шума равно нулю, то можно вывести следующую формулу:

Так как предполагается, что видео сигнал на протяжении цикла измерение не изменяется то следует предположить, что:

В последней формуле, в ее правой части, находится две постоянных и собственно отношение сигнал/шум, что и требовалось получить.

 Измерительный блок состоит из аналого-цифрового преобразователя (АЦП), генератора опорного напряжения и генератора тактовых импульсов. После преобразования аналог-код информация о сигнале поступает в блок цифровой обработки сигнала состоящий из регистра хранения данных, арифметико-логического устройства (АЛУ), постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), оперативного запоминающего устройства (ОЗУ). В этом блоке происходит реализация алгоритма (3.5) и вычисление результата измерения, который в дальнейшем выводиться на отображающее устройство.

Функциональная схема модуля измерения ОСШ изображена на рисунке 7.1.

8.Разработка принципиальной схемы измерительного блока модуля измерения ОСШ.

Входной усилитель состоит из усилителя с фиксированным коэффициентом усиления, который необходим для предва-рительного усиления полного видеосигнала. Такая необходимость обусловлена точностными требованиями, которые в дальнейшем будут предъявлены системе АРУ.

Этот усилитель состоит из прецезионного усилителя, собранного на операционном усилителе (ОУ). Для построения выбрана интегральная микросхема (ИМС) КР140УД1101, которая отвечает требованиям, предъявляемым к этому усилителю в связи с необходимостью работы в частотном диапазоне видеосигнала. ИМС КР140УД1101 представляет собой быстро-действующий операционный усилитель, имеющий повышенную скорость нарастания выходного напряжения (50В/мксек.) и малое время установления. Коэффициент усиления выбран равным 6. Это связано с необходимостью достичь на выходе усилителя амплитуды сигнала близко 4В. Так как стандартный уровень белого в видеосигнале равен 0,7В, коэффициент усиления равен .Принципиальная схема входного усилителя изображена на рисунке 8.1.

Рисунок 8.1.

Схема включения ОУ представляет собой неинвертирующий усилитель с коэффициентом усиления равным отношению

.

Исходя из R1=15Ком.

Ком.

Сопротивление R3 выбрано исходя из требования ТЗ о входном сопротивлении прибора.

Усиленный до необходимой величины сигнал подается на коммутатор, функция которого заключается в выделении из сигнала только части, которая несет в себе информацию строки в которой производится измерение ОСШ. В качестве такого ключа используется ключ на МДП-транзисторах с индуцированным затвором р-типа, который входит в состав микросхемы К547КП1А. Ключ управляется блоком выделения строки.

После коммутатора сигнал выделенной строки подается на схему устройства линейного сравнения и компенсации (УЛСК).

Принципиальная схема УЛСК изображена на рисунке 8.2.

УЛСК состоит из дифференциального перемножителя на ИС DA2, в качестве которой также используется ИМС Н525ПС4, фильтра, компаратора напряжения, источника напряжения В_о, интегратора и устройства выборки и хранения.

Сигнал выделенной строки пройдя через дифференциальный перемножитель подается на фильтр, состоящий из R и С ,а также ключа который отключает конденсатор на время отсутствия сигнала. Фильтр предназначен для выделения из смеси сигнал/шум среднего значения сигнала выделенной строки. Для этого время установления фильтра должно соответствовать примерно длительности импульса.

При длительности установления 60 мкс

При R =510 Ом С =47нФ.

В качестве компаратора напряжения используется ИМС К521СА4 (DA3). Компаратор сравнивает среднее значение сигнала с опорным напряжением, которое соответствует В_о. В данном случае величина опорного напряжения выбрана равной 3В. Наличие опорного напряжения обеспечивает ИМС КР140УД17Б (DA4) на которой собран высоко-стабильный источник опорного напряжения.

В случае если величина сигнала выделенной строки меньше В_о компаратор вырабатывает сигнал, который запускает генератор линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН) который собран на ИМС КР140УД22 (DA5). Величину выходного напряжения ГЛИНа хранит устройство выборки и хранения на ИМС КР140УД1208 (DA6). Это напряжение поступает на один из дифференциальных входов ИМС DA2. Величина выходного напряжения на выходе DA2 равна

(8.1)

где,	- напряжение поступаемое с ГЛИНа;
	- напряжение на входе блока УЛСК.

Так как напряжение U_ару  возрастает, возрастает и выходное напряжение и наступит момент, когда напряжения на входах уравняются и тогда устройство выборки и хранения зафиксирует величину напряжения до конца цикла измерения.

Для того чтобы во время когда сигнал выделенной строки отсутствует ГЛИН не работал, предусмотрена блокировка выходов компаратора сигналом с блока выделения строки.

Схема включения перемножителя Н525ПС4 является типовой и описана в {10}.

Далее необходимо расчитать источник опорного напряжения на DA4. Величину выходного напряжения задают резисторы R9,R10,R11. Номинал резисторов находится по формуле

В схеме применен стабилитрон КС133А,

Величина этого резистора подбирается при настройке, поэтому в схему устанавливается подстроечный резистор.

Сигнал после дифференциального перемножителя, через фильтр, попадает на вход компаратора напряжения, где сравнивается с В_о . Результат сравнения на выходе появляется в виде:

	если
,	если
	если	.

Этот сигнал попадает на вход интегратора напряжения собран-ного на ОУ.

Функция устройства выборки и хранения состоит в том, чтобы в начале цикла измерения в течении определенного времени произвести подстройку системы, которая заключается в обеспечении амплитуды выделенной строки после дифференциального усилителя равной В_о. Длительность цикла подстройки равна 5 секундам. Частота кадровой развертки отечественного стандарта равна 50 Гц, за интервал между двумя кадровыми импульсами проходит 312,5 строк, вторая половина растра проходит в следующий интервал. Из этого следует что определенная строка следует с частотой 25 Гц. Значит в течении интервала 5 сек. строка в которой проводится измерение появится 125 раз. Из этого следует, что скорость нарастания выходного напряжения ГЛИНа должна быть такой, чтобы к концу интервала в 5 сек. выходное напряжение ГЛИНа достигло максимума диапазона амплитуды (4В). Длительность импульса строки равна 60 мксек. Следовательно суммарное время работы ГЛИНа равно 7,5 мсек. Для сброса заряда конденсатора по окончанию цикла измерения предусматривается шунтирование его управляемым ключом. Схема ГЛИНа представлена на рисунке.

Необходимо расчитать параметры RС цепи образующей парралельную отрицательную обратную связь по напряжению. Выходное напряжение определяется выражением:

Приняв С=0,1мкФ определяю R

Схема устройства хранения значения выходного напряжения ГЛИНа является типовой схемой включения микросхемы КР140УД1208 и описана в {10 }.

После УЛСК пронормированный сигнал выделенной строки подается на инвертирующий вход дифференциальный усилитель также собранный на ИМС КР140УД1101. Задачей этого усилителя является компенсация в сигнале величины собственно видеосигнала и усиление оставшегося сигнала, являющегося по сути измеряемым шумом, до величины динамического диапазона аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Таким образом необ-ходимо определиться с выбором АЦП. Исходя из требований к быстродействию и к разрядности АЦП выбирается СБИС десяти разрядного АЦП считывания КМ1107ПВ6. Максимальная частота преобразования этой СБИС - 15 Мгц, диапазон входного напряжения 0....-3В.

Таким образом дифференциальный усилитель должен усилить компенсированный сигнал максимум до -3В.

 Принципиальная схема дифференциального усилителя показана на рисунке 8.3.

Рисунок 8.3.

Исходя из диапазона в котором будут производиться измерения ОСШ и величины видеосигнала можно сказать, что величина U_шум на данном этапе не будет превышать 0,4В. Значит коэффициент усиления должен составлять 7,5.

Функция компенсации видеосигнала выполняется подачей на неинвертирующий вход дифференциального усилителя величины В_о с источника опорного напряжения описанного выше.

Величина резисторов R1,R2,R3,R4, которые влияют на коэф-фициент усиления дифференциального усилителя выбраны исходя из формулы:

R1=R3=7,5Ком

R2=R4=1Ком.

Схема включения АЦП является типовой и расчета не требует за исключением расчета источника опорного напряжения собранного аналогично источнику В_о.

Величину выходного напряжения задают резисторы R46,R47,R48. Номинал резисторов находится по формуле

В схеме применен стабистор КС113А,

Величина этого резистора подбирается при настройке, поэтому в схему устанавливается подстроечный резистор.

.

После АЦП происходит обработка сигнала уже в виде кода в цифровой части прибора.

Укрупненная функциональная схема блока цифровой обработки сигнала изображена на рисунке 8.4.

где,	ГТЧ	генератор тактовой частоты
	АЛУ	арифметико-логическое устройство
	УВВ	устройство ввода-вывода
	ПЗУ	постоянное запоминающее устройство
	ОЗУ	оперативное запоминающее устройство.

Десятиразрядный код от АЦП постурает на входные регистры которые помимо функции хранения кода между выборками выполняют функцию мультиплексирования сигнала из 10 в 8.

Функции ЦПУ, ОЗУ,ПЗУ,УВВ выполняет СБИС однокристаль-ной восьмиразрядной микро-ЭВМ КМ1816ВЕ48.

Эта микросхема выбрана исходя из требований к объему ПЗУ, ОЗУ, а также, что не мало важно, то что эта СБИС имеет перепрограмируемое ПЗУ. Этот параметр имеет большое значение так как предполагается не большое количество изготовляемых приборов.

Десять разрядов кода с АЦП поступают на регистры и по заднему фронту строб-сигнала записываются и запоминаются до прихода следующего импульса. Код считывается в однокристальную ЭВМ в такой последовательности:

по приходу сигнала с микро-ЭВМ на чтение памяти считывается младшие восемь разрядов;

разряды 9 и 10 выставляются на шину по приходу сигналаТ1 вместе с сигналом чтения памяти.

На время чтения регистров выходы незадействованного регистра переводятся в Z-состояние.

Микро-ЭВМ производит операции запоминания предыдущего значения NK, вычисление разности Nk и Nk-1, суммирование разностей, вычисление корня суммы и дальнейшие вычисления по формуле 3.5.

Результат измерения появляется в виде 12 разрядного двоично-десятичного кода на выводах портов 1 и 2 микро-ЭВМ.

Этот код подается на дешифраторы КР555ИД18 предназначенные для преобразования двоичного кода в код для семисегментных индикаторов АЛС324Б.

 Надежность.

 

Расчет параметров надежности проводится для измерительного блока модуля измерения ОСШ, для которого в данном дипломном проекте разработаны функциональная, принципиальная схемы с перечнем элементов.

 Анализ возможных отказов и состояний устройства.

Измерительный блок состоит из одной печатной платы, установленных на ней комплектующих элементов и разъема. Плата размещается внутри негерметичного корпуса прибора. Эксплуатация прибора происходит в условиях заводской лаборатории или аппаратной телецентра при нормальных клима-тических условиях, соответствующих климатическому исполнения УХЛ 4 а.

Наиболее вероятными для данного устройства считаются элементные и эксплуатационные отказы, имеющие как внезапный, так и постепенный характер.

Как следует из анализа функциональной и принципиальной схемы, рассматриваемый модуль может находиться в исправном, неисправном, работоспособном и неработоспособном состоянии. Тот факт, что модуль находится внутри жесткого металлического корпуса прибора значительно уменьшает вероятность его механического повреждения.

Измерительный блок не имеет резервирующих элементов. Неисправность любого из элементов схемы ведет либо к отказу всего устройства в целом, либо к потере его частичной работоспособности, которая отождествляется с неработо-способным состоянием всего прибора.

Проведеный анализ состояний функциональных элементов измерительного модуля позволяет составить его надежностно - функциональную схему, представленную на рисунке.

 

 

 

 

Надежностно - функциональная схема измерительного модуля.

УЛСК - устройство линейного сравнанения и компенсации.

К - коммутатор.

Дифф.ус.- дифференциальный усилитель

АЦП - аналого-цифровой преообразователь.

.Интенсивность отказов и восстановлений i-го элемента соответственно равны li и mi. Восстанавливает модуль одна ремонтная бригада; приоретет обслуживания прямой .

Большинство составных частей модуля может находиться в двух соостояниях - исправном и неисправном. Наиболее вероятной причиной отказа является обрыв монтажа ( дефект пайки ) и выход из строя микросхем. Обе эти причины приводят модуль измерения ОСШ в неработоспособное состояние.

Измерительный блок полностью собран на интегральных микросхемах. Необходимым условием работоспособного состояния счетчика является исправность всех входящих в него компонентов. Неисправность любой из микросхем измерительного блока приводит к прекращению выполняемых им функций, а, следовательно, к неисправному состоянию всего модуля.

АЦП выполнено на одной интегральной микросхеме. Особенностью устройства микросхемы является возможность ее частичного отказа, вызванного дефектом одной из ячеек сравнения. При этом неизбежно возникнет ситуация несоответствия показаний цифрового табло модуля измерения ОСШ с реальным значением ОСШ. Данная метрологическая характеристика дожна однозначно соответствовать требованиям технического задания, следовательно, в данном случае весь прибор считается неработоспособным.

 Расчет показателей надежности по внезапным отказам.

Основными показателями надежности по внезапным отказам являются :

*         Рвн ( t_зад ) - вероятность безотказной работы модуля за время t _зад;

*         l _åвн - интенсивность внезапных отказов модуля в целом;

*         Тов - средняя наработка на внезапный отказ.

Интенсивность внезапных отказов модуля, состоящего из комплектующих элементов и деталей, находим по формуле:

 , где

l _i - интенсивность отказов i - го элемента;

N - количество однотипных элементов;

n - количество групп однотипных элементов.

Интенсивность отказов i - го элемента с учетом условий применения, определяется по формуле:

l _i = l _io А _эi , где

l _о - табличное значение интенсивности отказов элемента ( детали );

А _{э i} - комплексный поправочный коэффициент, учиты-вающий вид комплектующих и влияние внешних факторов и условия эксплуатации.

Необходимые коэффициенты рассчитываются по формулам:

коэффициент эксплуатации для микросхем, транзисторов и диодов

А _э = а₁ х а₂ х а₄ х а₅ ;

коэффициент эксплуатации для резисторов:

А _э = а₁ х а₂ х а₄ х а₆ х а₇;

коэффициент эксплуатации для конденсаторов:

А _э = а₁ х а₂ х а₄ ;

коэффициент эксплуатации для соединителей:

А _э = а₁ х а₂ х а₄ х m, где

m - число задействованных контактов;

а₁ = в₁ х в₂  х в₃  х в₄ х в₅ х в₆ х в₇

в_i - коэффициенты условий внешних влияний. Согласно [ МУ 107 ] :

*         в ₁ = 1 - влияние вибрации;

*         в ₂ = 1 - влияние ударов;

*         в ₃ = 1 - влияние влажности;

*         в ₄ = 1 - влияние атмосферного давления;

*         в ₅ = 1,2 - влияние климата;

*         в ₆  = 3 - особенность назначения;

*         в₇ = 10 - качество обслуживания.

*         а₂ - электрическая нагрузка и температура:

 

для микросхем в пластмассовом корпусе: а₂ = 1;

 для транзисторов: а₂ = 0,25;

для постоянных резисторов: а₂ = 0,35; К _н = 0,5

 коэффициент нагрузки

для конденсаторов: а₂ = 0,07;

для соединителей: а₂ = 0,09.

 а₄ - соотношение отказов вида КЗ / обрыв:

для микросхем: а₄ = 0,8;

для транзисторов: а₄ = 0,75;

для постоянных резисторов: а₄ = 0,9;

для соединителей: а₄ = 0,95.

*         а₅ = 5 - для микросхем;

а₅ = 5 - для транзисторов;

а₅ = 3 - для диодов.

*         а₆ = 0,5 - для постоянных резисторов.

 а₇ = 1 - для переменных резисторов.

Расчеты по приведенным выше выражениям сведены в таблицу.

Наименование и тип элементов	Кол-во.	Таб.знач. интенсив-ности	Факторы эксплуатации А э	Интенсивность i - го элемента
Микросхемы КР140УД708	7	0,3	112	33,6	235,2
КР140УД1101	2	0,3	112	33,6	67,2
КР140УД17Б	2	0,3	112	33,6	67,2
КМ1107ПВ6	1	0,3	112	33,6	33,6
КР140УД1208	1	0,3	112	33,6	33,6
К521СА4	1	0,3	112	33,6	33,6
К547КП1А	3	0,3	95	28,5	85,5
ТранзисторКТ3102	1	0,3	33,75	10,125	10,125
ТранзисторКП305А	1	0,3	33,75	10,125	10,125
Стабилитрон	2	0,5	28,08	14,04	28,08
Резисторы постоянные	70	0,01	11,34	0,1134	7,938
Конденсатор керамическ. дисковые	40	0,04	1,764	0,07056	2,8224
Конденсатор электрол.	10	0,3	12,996	3,8988	38,988

Наименование и тип элементов	Кол-во.	Таб.знач. интенсив-ности	Факторы эксплуатации А э	Интенсивность i - го элемента
Плата печатная	1	0,1	1	0,1	0,1
Пайки РЭ	360	0,001	1	0,001	0,36
Соединит.ГРПН - 14	1	0,02	28,8	0,576	0,576
Соединит.ГРПН - 28	1	0,02	57	1,14	1,14
				lå=656,1544

Наработка на отказ блока рассчитывается по формуле:

1

Т_бл = ----- =ч.

l_бл

Определяем вероятность безотказной работы в течении непрерывного времени работы, равного величине, указанной в техническом задании ( 1500 часов ), на основании формулы:

где,Ni - количество однотипных элементов;

l _i - интенсивность отказов i - го элемента;

t - время безотказной работы.

Расчет надежности по постепенным отказам.

 

Постепенные отказы измерительного блока проявляются в нарушениях метрологических характеристик, возникающих прежде всего по случайным причинам. Причинами возникновения отклонений может являться воздействие внешних факторов ( теплота, влажность, механические воздействия, изменение напряжения питающей сети ) и внутренних факторов ( постепенное изменение параметров электрорадиоэлементов, конструктивные и технологические дефекты ).

Систематические причины возникновения отказов не столь вероятны по причине отсутствия в конструкции прибора сложных механических элементов, электровакуумных приборов, коммутаторв высокого напряжения.

Параметры надежности по постепенным отказам подчиняются нормальному закону распределения ( НЗР ). К данным параметрам относятся:

*         Рn ( t ) - вероятность безотказной работы изделия в течение заданного интервала времени t_зад ( по техническому заданию t_зад = 1500 ч ).

*         Топ - время наработки на постепенный отказ;

*         Тср оп - среднее время наработки на постепенный отказ.

 

Для определения надежности по постепенным отказам измерительного блока выбираем мультипликативную погрешность определения отношения сигнал/шум , как параметр, определя-ющий состояние изделия. Изменение этого параметра описывается функциями М ( t ) и s ( t ), определяющими возможную реализацию точностных характеристик измерительного блока во времени. Функции М ( t ) и s ( t ) можно представить в виде:

М ( t ) = А х t ;

s ( t ), = s_о + В х t, где

s_о - дисперсия погрешности измерения отношения сигнал/шум в момент начала эксплуатации.

Выбираем:

s_о  = 0,5

Коэффициенты А и В выбираем по интенсивности внезапных отказов l _å из соотношений:

А = 0,01 l _{å вн}

В = 0,1 l _{å вн}

 

Вероятность безотказной работы измерительного блока в течении заданного в техническом задании интервала времени t _зад = 1500 ч по постепенным отказам оцениваем по формуле:

_доп - максимально допустимая величина ( по ТЗ - 0,5 % );

_о = _доп  -  _зад - производственный допуск

_о - мультипликативная погрешность измерительного блока в момент начала эксплуатации .

Принимаем _о = 0,4 % ( 4х10^-3 )

Pn ( t ) = 0,76

Для определения времени наработки на постепенный отказ воспользуемся формулой:

 _доп = _о+

где n - параметр, характеризующий изменение погрешности во времени ( для цифровых приборов n = 0,2 ¹/ год ).

=1789 ч.

 Расчет комплексного показателя надежности.

 

Комплексный показатель надежности рассчитываем по формуле:

Р ( t ) = Рвн ( t _зад ) х Рп ( t _зад ) = 0,62 х 0,76 = 0,47

Межповерочный интервал рассчитываем по формуле:

Тмп =  ln P ( t _зад ) ==1150 ч.

 

 

где l_å - интенсивность отказов прибора.

Это составляет , исходя из данных ТЗ и условий работы на телецентрах 1,5 месяца.

Вывод : приведенные выше расчеты не требуют изменения требований технического задания.

Анализ рабочего места.

В дипломном проекте производится анализ условий труда на рабочем месте при эксплуатации модуля измерения ОСШ.

Площадь помещения, занимаемого под аппаратную телевизионного центра составляет:

S=18м³

V=45 м³,

что соответствует СН 245-71. В аппаратной работает 3 человека. Таким образом на одного человека приходиться 6 квадратных метров площади и 15 кубометров воздуха. В аппаратной, где будет эксплуатироваться модуль измерения ОСШ, были сделаны замеры вредных факторов, которые сведены в таблицу:

Наименов.	Факт.уров. производ. шума дБа.	Фактич. вибрац. дБ.	Фактич. загазов. мг/м3.	Фактич. запылен. мг/м3.	Фактич. освещен. лк.	Фактич. температ. о С	Фактич. влажн. %
Аппаратная	70	нет	0,009	нет	200	20-22	40-60

Микроклимат.

Под метеорологическими условиями производственной среды согласно ГОСТ 12.1.005-76 понимают сочетание температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха. Перечисленные факторы оказывают огромное влияние на функциональную деятельность человека, его самочувствие и здоровье и надежность работы средств измерения. В произ-водственных условиях характерно суммарное действие микроклиматических факторов.

Температура воздуха является одним из основных параметров, характеризующих тепловое состояние микроклимата (степень нагретости) и измеряется в градусах Цельсия или в Кельвинах.

Скорость движения воздуха V - вектор усредненной скорости перемещения воздушных потоков (струй) под действием различных побуждающих сил. Скорость движения измеряется в м/с.

Для характеристики содержания влаги в воздухе используют понятия абсолютная, максимальная и относительная влажность.

Особенно большое влияние на микроклимат оказывают источники теплоты, существующие в помещении.

Для оценки метеорологических условий в основных и производственных помещениях производят измерение температуры, влажности, скорости движения воздуха, интенсивности теплового излучения. Результаты измерений сравнивают с нормативами.

Измерение параметров микроклимата помещений осуществляют с помощью приборов непрерывного и переодического измерения. Измерения проводят не менее пяти раз в смену на высоте 1,5 м от пола, повторяя их в разное время дня и года.

Температуру измеряют с помощью ртутных и спиртовых термометров, относительную влажность - с помощью психометров, а скорость движения воздуха - с помощью анемометров и кататермометров.

С целью создания нормальных условий для персонала установ-лены нормы производственного микроклимата (ГОСТ 12.1.005-88). Эти нормы устанавливают оптимальные и допустимые величины температуры, влажности и скорости движения воздуха для рабочей зоны производственных помещений с учетом избытка явного тепла, тяжести выполняемой работы и сезонов года.

ГОСТ 12.1.005-88 устанавливает нормы и требования к показа-ниям микроклимата и допустимое содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны.

Показателями, характеризующими микроклимат являются :

*        температура воздуха ;

*        относительная влажность ;

*        скорость движения воздуха ;

интенсивность теплового излучения.

Оптимально допустимые показатели в воздухе рабочей зоны производственного помещения приведены в таблице 2.

При обеспечении допустимых показателей микроклимата темпе-ратура внутренних поверхностей конструкций, ограждающих рабо-чую зону (стен, потолка, пола) не должна превышать предел допус-тимых величин температуры воздуха, установленных в таблице 2.

Перепад температуры воздуха по высоте рабочей зоны допуска-ется до 3 ^оС. Колебания температуры воздуха по горизонтали в рабочей зоне допускаются до 5 ^оС при работе средней тяжести.

В холодный период года следует применять средства защиты рабочего места от радиационного охлаждения от остекленных поверхностей оконных проемов, в теплый период от попадания прямых лучей.

Таблица 2.

Период года.	Категор. работ.	Температура, С			Относительн. влажность,%		Скорость движения м/с
		оптим	допустим		оптим	допустим	оптим	допустим
			верхн	нижн
Холодный	средней тяжести	17-19	21	15	40-60	75	0,2	0,4
Теплый	средней тяжести	20-22	27	16	40-60	70	0,3	0,2-0,5

Интенсивность теплового облучения работающих от нагретых поверхностей оборудования, осветительных приборов не должна превышать 70 ватт/м при величине облучения поверхности от 25% до 50% на постоянных рабочих местах.

Требования к измерению микроклимата:

     Температуру, относительную влажность и скорость движения воздуха измеряют на высоте 1,5 метра от пола или рабочей площадки при работах, выполняемых сидя.

     Температуру и относительную влажность воздуха следует измерять аспирационными термометрами.

     Диапазон измерения и допустимая погрешность измерительных приборов должны соответствовать требованиям таблицы 3.

Содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны не должны превышать предельную допустимую концентрацию (ПДК).

Таблица 3.

Наименование показателя.	Диапазон измерений.	Предел отклонения.
Температура воздуха по сухому термометру, С	от 30 до 50	0,2
Температура воздуха по смоченному термометру, С	от 0 до 50	0,2
Относительная влажность воздуха,%	от 10 до 90	0,5
Скорость движения, м/с	свыше 0,5	0,1

Содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны подлежит системному контролю. В помещении, где используется модуль измерения ОСШ, вредные вещества не используются.

Вывод: замеры, сделанные в аппаратной не превышают допустимых значений.

Освещенность.

Рациональное освещение производственных помещений оказывает положительное влияние на здоровье и работоспособность человека. В аппаратной пользуются двумя видами освещения - естественным и искусственным. Естественное боковое одностороннее и искусственное рабочее и комбинированное, состоящее из общего освещения помещения и местного освещения рабочих мест. Естественное и искусственное освещение нормируется СНиП II-4-79 в зависимости от характеристики зрительной работы, принятой системы освещения и других факторов. Для естественного освещения нормируемыми параметрами является коэффициент
естественной освещенности Е,%, представляющий собой отношение.

E _вн

Е = ---------- * 100 %,

E _нар

где E _вн

Е _нар создаваемая светом полностью открытого небо-свода,лк.

Работы, проводимые в аппаратной, относятся к разряду работ средней точности, 4 разряду, с наименьшими размерами объекта различения (0.5..1) мм. Подразряд зрительных работ при среднем контрасте объекта различения с фоном и при среднем фоне. Значение КЕО нормируется для третьего пояса светового климата. Для города Киева, расположенного в четвертом поясе светового климата, нормируемое значение КЕО определяется по формуле

e = e * M * C,

 где M - коэффициент светового климата ;

C - коэффициент солнечного климата.

Для города Киева значения M и C равны 0.9 и 0.95 соответ-ственно.

Нормируемые значения освещенности и КЕО приведены в табл. 4.

Измерение освещенности производится на основном участке рабочего места и в нескольких точках горизонтальной рабочей поверхности. Измерения производят при помощи объективных люксметров типа Ю-16, Ю-17. В аппаратной освещенность при искусственном освещении равна 290 лк, при общем освещении и 450 лк при комбинированном, что соответствует установленным СНиП II-4-79 нормам. Необходимые мероприятия по под-держанию освещенности в норме предусматривают регулярную очистку остекленных проемов и светильников от загрязнений, своевременную замену перегоревших ламп и контроль напряжения в осветительной сети, очистку воздуха в помещении от пыли, дыма и копоти. Нормы КЕО установлены с учетом сроков очистки остекленных проемов не менее четырех раз в год при значительном загрязнении, не менее трех раз в год при умеренном и не менее двух раз в год при незначительном загрязнении остекленных проемов. Не реже раза в год должна производится побелка потолка и стен в аппаратной.

Таблица 4.

Характеристик зрит.работ.	Наименьш. размер объекта.	Разряд зрительных работ.	Подразряд зрительных работ	Освещение,лк		Искусственное освещение. КЕО,%
				общая	комбин
средней точности	0,5...1	4	В	200	400	1.2825

Шум.

Шум является одним из наиболее распространенных факторов внешней среды, неблагоприятно воздействующих на организм человека. Шум вредно воздействует не только на слух человека, но и на его нервную систему. У человека ослабляется внимание, ухудшается память. Все это приводит к значительному снижению производительности труда, росту количества ошибок в работе.

С физиологической точки зрения под понятием “шум” подразумевается любой неприятный или нежелательный для человека звук независимо от его характера и происхождения. Звук представляет собой колебания твердой, жидкой или газообразной среды под воздействием механических колебаний материальных тел. В воздухе колебания тел вызывают появление зон сжатий и разряжения с различным давлением, которые благодаря упругим свойствам воздуха распространяются в окружающем пространстве с определенной скоростью в виде звуковых волн.

Колебания, воспринимаемые органом слуха человека как звук, лежат примерно в пределах 20Гц - 20кГц. Эти границы не одинаковы у различных людей и зависят от возраста человека и состояния его слухового аппарата.

Основными физическими параметрами звука являются: интенсивность, звуковое давление и частота колебаний.

Шумы подразделяются на широкополосные с непрерывным спектром шириной более одной октавы и тональные, в спектре которых имеются слышимые дискретные тона.

По временным характеристикам шумы подразделяются на постоянные, уровень которых за рабочий день изменяется во времени не более, чем на 5 дБа, и непостоянные, уровень которых изменяется во времени более, чем на 5 дБа. Непостоянные шумы подразделяются на колеблющиеся, прерывистые и импульсные.

Измерение шума на рабочих местах производят в соответствии с ГОСТ 20445 - 75 и ГОСТ 23941 - 79.

Снижение шума, создаваемого на рабочих местах внутренними источниками, а также шума, проникающего извне, осуществляется следующими методами: уменьшением шума в источнике; рациональной планировкой помещения; акустической обработкой помещений; уменьшением шума по пути его распространения.

Общие требования безопасности шума предусматриваются ГОСТ 12.1.003. - 83.

Допустимые уровни звукового давления в октавных полосах, уровни звука на рабочих местах приведены в таблице 5.

Таблица 5.

Рабочее место	Уровни звукового давления, дБ в окт.полосах со средне- геометрическим f в Hz.							Уровень звука, дБа.
	63	125	250	1000	2000	4000	8000
Постоянное рабочее место в аппаратной.	99	92	86	80	78	76	74	80

На предприятиях должен быть обеспечен контроль уровней шума на рабочих местах не реже одного раза в год, по ГОСТ 20445 - 75 и ГОСТ 23941 - 79.

Вывод : проведенные замеры шума не превышают допустимых уровней шума.

Вибрация.

Одним из отрицательных факторов, влияющих на работу, является вибрация. Ее классификация и общие требования к ней рассматриваются в ГОСТ 12.1.012 - 78.

Гигиенические нормы вибрации, воздействующие на человека, приведены в таблице 6.

Таблица 6.

Виды вибрации.	Напряжения по которым нормируется вибрация.	Логарифмические уровни вибрации,дБ в октавных полосах со среднегеометрическими f,Hz
		1	2	4	8	16	31,5	65
Общая.	вертикальная(по оси z),/ горизонт.(по оси х,у)	-	1,3 108	0,45 99	0,22 93	0,2 92	0,2 92	0,2 92

Виброопасные условия труда должны быть обеспечены применением средств виброзащиты, снижающих воздействующую на работающих вибрацию на путях ее распространения.

При проектировании технологических процессов должны быть :

производственные расчеты ожидающихся уровней вибрации на рабочих местах;

выбраны и рассчитаны необходимые средства виброзащи-щенности рабочего места оператора, позволяющие вместе со строительными решениями обеспечить гигиенические нормы вибрации на рабочих местах.

Организационно - технические мероприятия должны включать в себя проведение периодических эксплуатационных проверок вибра-ции в срок, установленный НТД, не реже одного раза в год для общей вибрации.

Вывод : проведенные замеры в лабораториях, показали, что вибрация на рабочих местах не превышает допустимых норм по ГОСТ 12.1.012 - 78.

Электробезопасность.

Одной из особенностей поражения электрическим током является отсутствие внешних признаков грозящей опасности, которые человек мог бы заблаговременно обнаружить с помощью органов чувств.

Ток приводит к серьезным повреждениям центральной нервной системы и таких жизненно важных органов как сердце и легкие. Поэтому второй особенностью воздействия тока на человека является тяжесть поражения.

Третья особенность поражения человека электрическим током заключается в том, что токи промышленной частоты силой в 10 - 25 мА способны вызвать интенсивные судороги мышц.

И, наконец, воздействие тока на человека вызывает резкую реакцию отдергивания, а в ряде случаев и потерю сознания.

Окружающая среда (влажность и температура воздуха, наличие заземленных металлических конструкций и полов, токопроводящей пыли и др.) оказывает дополнительное влияние на условия электробезопасности. Степень поражения электрическим током во многом зависит от плотности и площади контакта человека с токоведущими частями.

По напряжению электроустановки и сети подразделяются на две группы : напряжением до 1000В и выше. Модуль измерения ОСШ относить к установкам с напряжением до 1000 В.

Работа в действующих электроустановках по мерам безопасности разбивают на 4 категории : выполняемые при полном снятии напряжения ; при частичном снятии напряжения ; без снятия вблизи и на токоведущих частях ; без снятия напряжения вдали от токоведущих частей, находящихся под напряжением.

Организационными мероприятиями, обеспечивающими без-опасность работы в электроустановках является : оформление работы ; допуск к работе ; надзор во время работы ; перевода на другое рабочее место ; окончание работы.

Согласно ГОСТ 12.1.038- 82, установлены предельно допустимые значения токов, проходящих через человека при нормальном и аварийном режимах работы электроустановок. Данные приведены в таблице 7.

Таблица 7.

Род тока	Продолжительность действия, сек.
	до 0.08	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1
Переменный ток частотой 50 Гц, в мА.	650	500	250	165	125	100	85	70	65	55	1

По условиям электробезопасности модуль измерения ОСШ,разрабатываемый в дипломном проекте, относится к категории установок, работающих с напряжением до 1000 В. Установка относится к 1 классу, так как имеет рабочую изоляцию и место для заземления. В системе, в соответствии с ГОСТ 12.1.009 - 76 применяется рабочая изоляция. Безопасность эксплуатации при нормальном режиме работы электроустановки обеспечивается следующими защитными мерами : применение изоляции, недоступность токоведущих частей, применение малых напряжений, изоляция электрических частей от земли.

Вывод : разрабатываемая установка соответствует условиям электробезопасности.

Расчет защитного заземления.

Расчет проводится из расчета, что эксплуатация прибора проходит в аппаратной телецентра которые как правило питаются от сети с изолированной нейтралью.

Исходными данными для расчета заземления является :

*        удельное сопротивление грунта;

*        ток короткого замыкания ;

*       тип одиночного заземления.

В установках до 1000 В принимается, что ток короткого замыкания не превышает 10 А. При этом сопротивление заземления R не превышает 4 Ом. Сопротивление одиночного заземления представляет собой заземлитель длиной L и диаметром d, расположенного от поверхности земли на глубине Lo и соединительной шиной на глубине t, определяется по формуле:

,

где , где -коэффициент сезонности, равный 1,5.

Удельное сопротивление грунта типа суглинок ризм =100 Ом.

Принимаем длину круглого стержня равной 2,5 м, диаметром d=0,02; Lo=0,5 м; t=0,2 м. Тогда сопротивление одиночного заземления будет равно :

Необходимое число электродов определяется по формуле :

- требуемое сопротивление заземления;

 - коэффициент экранирования.

Выбирая относительное расстояние между стержнями и их длинной равной l и число стержней n=20, найдем е=0,48 (заземлители расположены в ряд ).

Принимается Rз=50 ом.

шт.

Для соединительных стержней используется полоса. Длина полосы :

Сопротивление растекания полосы без учета экранирования действия стержней находится по формуле:

учитывая, что b=0,05 м, t=0,7м, находится Rпо:

С учетом экранирования :

Ом

Суммарное сопротивление заземления :

Ом

Пожарная безопасность.

Согласно ОНТП 24- 86 по взрывоопасности и пожарной опасности помещение относится к категории “В”.

По взрывоопасности помещение относится к классу В - IIa и по пожароопасности к классу П - II a. К этому классу относятся помещения, в которых опасные состояния не имеют места при нормальной эксплуатации, а возможны только в результате аварии или неисправностей.

Причиной возникновения пожара при использовании электрооборудования является: электрические искры, дуги, корот-кое замыкание, перегрев приборов. В помещении для пред-отвращения пожара согласно ГОСТ 12.1.004. - 74 “Пожарная безопасность общие требования.” предусматривает следующие меры :

*        Применяются плавкие предохранители для защиты от короткого замыкания ;

*        Имеющиеся воспламеняющиеся материалы хранятся в спе-циальном несгораемом шкафу ;

*        В качестве индивидуального средства тушения пожаров пред-усматриваются углекислотные огнетушители ОУ-5; ОУ-8;

*        С работниками проводится инструктаж по пожарной безопасности;

*        Запрещено пользоваться электронагревательными приборами;

*        Разработан план эвакуации персонала в случае пожара.

Эвакуационный план ведет из расположенного в любом помещении, кроме первого, в коридор или проход, ведущий к лестничной клетке, имеющей выход наружу непосредственно или через вестибюль, отделенный от коридоров перегородками или дверьми.

Вывод: помещение в котором будет эксплуатироваться модуль измерения ОСШ соответствует нормам электро и пожаро-безопасности.

9. Анализ погрешности модуля измерения ОСШ.

9.1. Погрешность входного усилителя.

9.1.1.Погрешность от конечного усиления ОУ.

Погрешность от конечного усиления определяется по формуле:

;

где К - коэффициент усиления на частотах измерения

 - коэффициент передачи обратной связи.

 

Коэффициент усиления ОУ КР140УД1101 на рабочей частоте равен 50000.

Погрешность по характеру мультипликативная, систематическая.