|
Компьютерное моделирование электронных схем вихревых расходомеров
Лист ТАКЭ.030503.030.080 ПЗ Изм Лист N докум. Подп. Дата
Утв. Вайс А.А. Н.контр Волынкин В.Н. Принял Пояснительная записка ДР 1 СибГТУ гр. 25-5 Пров. Лурье М. С. Разраб. Жуков И. А. ТАКЭ.030503.030.080 ПЗ Лит. Лист Листов Изм. Лист № докум. Подп. Дата
Аннотация
В дипломной работе произведен анализ методов
компьютерного моделирования и приведены результаты моделирования этим методом
электронной схемы вихревого расходомера.
Данный
метод моделирования электронных схем экономически более выгоден нежели метод
макетирования схем. К тому же моделирование с помощью ЭВМ происходит в более
короткие сроки. Метод освобождает разработчика от необходимости сборки макета
схемы из реальных элементов, вместо этого достаточно просто ввести
математическую модель схемы в ЭВМ и потом изменять параметры тех или иных
элементов добиваясь оптимального сочетания параметров.
Дипломная
работа содержит расчетно – пояснительную записку из 103 страниц текста, 15
таблиц, 60 рисунков, 46 литературных источников и графическую часть из 11 листов
формата А1.
ВВЕДЕНИЕ
Темой данной
дипломной работы является рассмотрение методов математического моделирования
схем при помощи ЭВМ, на примере разработки схемы вихревых расходомеров.
Проектирование схем с помощью ЭВМ в данный момент является одним из наиболее
перспективных способов повышения производительности и качества инженерного
труда и получает все более широкое распространение в радиоэлектронике и
вычислительной технике.
Традиционный
подход к проектированию электронных схем заключается в том, что проектировщик,
вооруженный знаниями и опытом, берет в руки карандаш и бумагу, обкладывается
таблицами и, полагаясь в значительной степени на свою интуицию, составляет
приближенный макет схемы. Затем наступает этап макетирования, результаты
предварительного проектирования подтверждаются и возможно улучшаются путем
подбора элементов методом проб и ошибок.
Однако такой
подход, становится непригодным для анализа интегральных схем, потому что
оказывается невозможным дублировать интегральную схему дискретными
компонентами. Очевидно, что путем макетирования с помощью дискретных элементов
невозможно точно воспроизвести паразитные эффекты и характеристики согласования
элементов, входящих в интегральную схему. Невозможно также выполнить с помощью
макетирования анализ допусков или анализ наихудшего случая, так как практически
невозможно осуществить при макетировании изменение параметров приборов.
Вместо имитации схемы
посредством макетирования можно воспользоваться программой на ЭВМ, которая
позволит выполнить анализ схемы автоматически. Такую программу общего анализа
часто называют машинной моделью. Поскольку приборы, входящие в интегральную
схему, часто удается более точно имитировать с помощью модели схемы, чем с
помощью дискретных физических компонент, то и результаты получаемые при
машинном моделировании, могут быть значительно точнее, чем результаты
макетирования. Кроме того, стоимость машинного моделирования схемы обычно
составляет лишь малую часть стоимости макетирования.
В настоящее
время программы моделирования электронных схем общепризнанны в качестве
обязательного элемента при проектировании сложных электронных схем. Суть этого
метода что оператору достаточно просто нарисовать электрическую схему на
компьютере и указать номиналы использованных элементов, после чего мы имеем практически
готовую схему которую мы сможем исследовать в различных режимах работы и в
любой момент изменить схему путем простой перерисовки ее.
В первом разделе
работы освещены вопросы истории развития машинного моделирования, структура
программ машинного моделирования и приведен сравнительный анализ существующих
программ.
Во втором
разделе рассматривается возможность применения этого метода, на примере анализа
схемы вихревого расходомера. Приведены электрические характеристики.
В третьем
разделе находится экономическая часть работы. В нем рассматривается
экономическая выгода получаемая при замене метода обычного проектирования
электронных схем методом машинного моделирования, путем сравнения себестоимости
обоих методов.
Вопросы по
безопасности и экологичности проекта находятся в четвертом разделе работы. Этот
раздел посвящен рассмотрению вопросов безопасности при работе с ЭВМ, а в
качестве индивидуального задания выбрана разработка инструкции по технике
безопасности операторов ЭВМ.
1 Машинное
моделирование электронных схем
1.1 История возникновения и развития методов машинного
моделирования
Отношение ученых
и инженеров к применению в исследовательской работе и проектировании такого
мощного средства, как ЭВМ, претерпело ряд изменений. Для первого этапа, который
можно назвать эйфорическим, была характерна вера во всемогущество ЭВМ и в то,
что с их помощью наконец–то удастся решить многие трудные проблемы. Затем
наступил второй этап – этап разочарований. Применение ЭВМ породило больше
трудностей, чем с их помощью удалось разрешить (необходимы разработка
математических моделей компонентов электронных схем и создание библиотеки их
параметров, совершенствование вычислительных методов для анализа многообразных
режимов работы различных устройств и систем, психологическая подготовка пользователей
к общению с ЭВМ и т. п.). К тому же многие задачи оказались неподвластными и
ЭВМ. Объективная оценка возможностей ЭВМ дается на третьем этапе. В настоящее
время мы переходим от второго этапа к третьему, чему в немалой степени способствует
развитие персональных ЭВМ. Персональные ЭВМ занимают свое место в арсенале
средств проектирования, с их помощью удалось решить многие трудные задачи. Но
внедрение в инженерное проектирование ЭВМ происходит недостаточно быстро, и
дело здесь не только в отсутствии ЭВМ на рабочем столе каждого специалиста и
нехватке программного обеспечения. Одна из важных причин, это малочисленность
инженеров–разработчиков, овладевших идеологией, методологией и техникой
автоматизированного проектирования.
Но все же, не
смотря на все трудности, автоматизация проектирования в данный момент является
одним из наиболее перспективных способов повышения производительности и
качества инженерного труда и получает все более широкое распространение в
радиоэлектронике и вычислительной технике. В связи со сложностью и
разнообразием решаемых задач и ограниченными возможностями ЭВМ, автоматизация
проектирования пока еще не существует как единый сквозной процесс, который
должен включать в себя:
- синтез структуры и
принципиальной схемы устройства;
- анализ его характеристик в
различных режимах с учетом разброса параметров компонентов и наличия
дестабилизирующих факторов и параметрическую оптимизацию;
- синтез топологии, включая
размещение элементов на плате или кристалле и разводку межсоединений;
- верификацию топологии;
- выпуск конструкторской
документации.
Обычно
процесс проектирования разбивается на уровни различного функционального
содержания: структурный, функционально–логический, схемотехнический,
конструкторский и т. д.; для каждого уровня разрабатываются соответствующие
математические, программные, информационные, лингвистические и технические
средства автоматизации проектирования.
Для большинства
устройств их структура и принципиальная схема в существенной степени зависят от
области применения и исходных данных на проектирование, что создает большие
трудности при синтезе принципиальной схемы с помощью ЭВМ. В этом случае
первоначальный вариант схемы составляется «вручную» с последующим
моделированием и оптимизацией на ЭВМ. Поэтому разработчики программного
обеспечения САПР сосредоточили в первую очередь усилия на создании
универсальных моделирующих программ для анализа характеристик широкого класса
аналоговых и цифровых устройств (при этом остается огромное поле деятельности
по созданию программ синтеза принципиальных схем устройств частного назначения).
Традиционный
подход к проектированию электронных схем заключается в том, что проектировщик,
вооруженный знаниями и опытом, берет в руки карандаш и бумагу, обкладывается
таблицами, картами и номограммами и, полагаясь в значительной степени на свою
интуицию, пригодную аппроксимацию. Затем наступает этап макетирования, которого
результаты предварительного проектирования подтверждаются и возможно улучшаются
путем подбора элементов методом проб и ошибок.
Большинство
проблем, связанных с анализом схем, решаются в два этапа. Первый этап
заключается в составлении уравнений электрического равновесия в форме,
позволяющей использовать законы Кирхгофа и характеристики элементов, входящих в
схему. Второй этап заключается в решении этих уравнений путем применения
подходящих аналитических или численных методов. До появления ЭВМ эти уравнения,
как правило, решались аналитическим путем; такой подход накладывал жесткие
ограничения на размер и тип схем, которые могли быть подвергнуты анализу.
Большие линейные схемы (содержащие, скажем, более 50 элементов) или даже
небольшие нелинейные схемы редко поддавались точному анализу. Поэтому
инженеры–проектировщики полагались в основном
на интуицию и усидчивость, выполняя приближенный анализ таких схем. Во всех
случаях процесс анализа завершался макетированием схемы и измерениями
представляющих интерес переменных параметров.
Однако даже
такой подход, предполагающий макетирование, становится непригодным для анализа
интегральных схем, потому что оказывается невозможным дублировать интегральную
схему дискретными компонентами. Очевидно, что путем макетирования с помощью
дискретных элементов невозможно точно воспроизвести паразитные эффекты и
характеристики согласования элементов, входящих в интегральную схему.
Невозможно также выполнить с помощью макетирования анализ допусков или анализ
наихудшего случая, так как практически невозможно осуществить при макетировании
изменение параметров приборов.
Вместо имитации схемы
посредством макетирования можно разработать такую программу для ЭВМ, которая
позволит выполнить анализ схемы автоматически. Такую программу общего анализа
часто называют машинной моделью. Поскольку приборы, входящие в интегральную
схему, часто удается более точно имитировать с помощью модели схемы, чем с
помощью дискретных физических компонент, то и результаты получаемые при
машинном моделировании, могут быть значительно точнее, чем результаты
макетирования. Кроме того, стоимость машинного моделирования схемы составляет
лишь малую часть стоимости макетирования.
Машинный анализ
является первым шагом к автоматическому проектированию электронных схем. В
настоящее время программы моделирования электронных схем общепризнанны в
качестве обязательного элемента при проектировании сложных электронных схем.
Преимущества
машинного анализа схем перед их макетированием настолько очевидны, что в
последнее десятилетие было разработано много программ машинного моделирования и
многие из них продолжают совершенствоваться в настоящее время. Каждая машинная
модель разрабатывается для решения ограниченного определенного класса задач
анализа схем.
В таблица 1.1
приведен перечень типовых задач, решаемых обычно методом машинного
моделирования.
Таблица 1.1 – Типовые задачи анализа схем Тип четырехполюсника Описание задачи I. Линейный, резистивный. (не содержит емкостей или индуктивностей) и линейный динамический (содержит хотя бы одну емкость или индуктивность) 1. Статический анализ (нахождение решения линейного резистивного четырехполюсника по постоянному току) 2. Частотный анализ (нахождение частотной характеристики линейного динамического четырехполюсника) 3. Анализ переходной характеристики (нахождение переходной характеристики линейного динамического четырехполюсника) 4. Анализ шумовых характеристик (анализ по переменному току или переходный анализ с источником шума на входе) 5. Анализ допусков (анализ чувствительности или худшего случая) 6. Определение положения полюсов и нулей переда точных функций 7. Получение функций символической схемы II. Нелинейный резистивный (емкостей или индуктивностей нет) 1. Анализ рабочей точки (нахождение статического решения нелинейной резистивной схемы) 2. Определение характеристики возбуждения (нахождение соотношения между током и напряжением возбуждения) 3. Определение передаточной характеристики (нахождение соотношения между выходным напряжением или током и входным напряжением или током) 4. Нахождение формы выходного сигнала в зависимости, от временных функций на входе III. Нелинейный, динамический (содержит хотя бы одну емкость или индуктивность) 1. Начальные условия, смещение или анализ равновесного состояния (анализ рабочей точки при условии, что все емкости заменены разрывами цепи, а все индуктивности – замыканиями) 2. Анализ переходных характеристик (нахождение формы выходных сигналов при начальник условиях, заданных пользователем или определенных программой, при наличии входных сигналов и без них) 3. Анализ установившегося состояния (нахождение периодического решения установившегося состояния при наличии входных сигналов и без них) 4. Анализ нелинейных искажений (нахождение гармоник, модуляция и перекрестные искажения)
На выбор
конкретной машинной программы обычно оказывают влияние как широта возможностей
программы, так и степень нашего знакомства с методикой ее использования.
1.2 Структура программ и методы применяемые при
машинном моделировании
Большинство
программ машинного моделирования общего назначения состоят из пяти основных
блоков: блока входных данных; блока поиска модели прибора и замещения блока
формирования уравнения равновесия; блока численного решения; блока выходных
данных. Соотношение этих блоков показано на рисунке 1.1, а на рисунке 1.2 и 1.3
показаны характеристики первых двух и последующих трех блоков соответственно.
Во входном блоке
ЭВМ принимает информацию от пользователя. В составе этой информации должны быть
данные о конфигурации схемы, характеристикам элементов и типах анализа, которые
должны быть проведены. Обычно эта информация поступает с магнитных носителей
или эквивалентных им носителей информации. Языки или правила для входных данных
весьма разнообразны и от них зависит удобство пользования.
Особенности входного
блока программы перечислены на рисунке 1.2. С учетом этих особенностей
составление программы усложняется. В среднем в любой ориентированной на
потребителя программе машинного моделирования около 40 % объема кодирования
используется для обработки входного языка и для получения диагностики.
Некоторые потребители рассматривают большинство из этих особенностей как
дополнительные удобства, а не как необходимую принадлежность моделирования.
Однако если какая–либо моделирующая программа имеет широкое признание, особенно
среди инженеров, то одним из наиболее важных факторов для этого служит удобство
потребителя.
Второй блок
имеет дело с моделями приборов. Обычно этот блок не нужен для малых
моделирующих программ и для программ, написанных для директивных применений, но
становится очень важным в программах, применяемых при проектировании
электронных схем.
Если какой–либо
прибор, например транзистор типа КТ130, часто используется в этих схемах, то
целесообразно описать его параметры для ЭВМ, один раз. Для полной
характеристики некоторых приборов требуется использовать до 36 параметров. В
таких случаях обычно применяют каталог моделей. Например, чтобы описать сложную
логическую схему каждый базовый транзистор описывается лишь один раз, ему
присваивается наименование модели, для которой определены характеристики
внешних узлов, н затем эти данные вводятся в каталог библиотек данных.
Впоследствии,
когда возникнет необходимость использовать транзистор этого типа, потребителю
достаточно найти наименование модели для этого транзистора, показав
одновременно, где должны быть подключены выводы транзистора. Модели могут быть
заложены в библиотеке данных на нескольких уровнях. Таким образом, очень
сложные схемы могут быть описаны пользователем с помощью чрезвычайно простых
операторов.
Заметим, что
библиотека моделей н группирование моделей не делают сложную схему простой для
анализа ее машинным методом. Они способствуют лишь сокращению трудоемкости
описания схемы пользователем.
Помимо возможности
нахождения и выдачи модели библиотека моделей также должна допускать
модификацию, изменение наименования и восстановление любой модели. Для
заложенных в библиотеку моделей (т.е. моделей, конфигурация которых должна быть
определена заранее, как например, модели Эберса–Молла для биполярного
транзистора) программа должна также обеспечивать вычисление или доопределение
необходимого количества величин «недостающих» параметров. В этом случае
начинающий пользователь не должен беспокоить себя всеми деталями модели, если
они не представляют интереса для решения его задачи.
Для детального
изучения способов реализации первых двух блоков программы требуется знание
программирования ЭВМ и работы периферийных устройств, таких как магнитные диски
или печатающие устройства.
В третьем блоке
программа формирует уравнения равновесия для схемы, конфигурация которой и
размеры элементов должны быть полностью оговорены. Перечень методов,
используемых в этом блоке,
приведен в первом блоке на рисунке 1.3. Имеются три широко используемых метода:
узловой, гибридный (смешанный) и метод переменных состояния.
Для анализа
линейных схем по постоянному и переменному току используются методы
формирования узловых уравнении и гибридных (смешанных) уравнений. Для анализа
переходных процессов (а также анализа по переменному току) линейных схем
применяются методы формирования уравнений состояния. Методы формирования узловых
уравнений и гибридные уравнения для статического анализа нелинейных резистивных
схем.
Любая схема
может быть описана тремя типами ограничивающих уравнений, вытекающих из закона
напряжений Кирхгофа, закона токов Кирхгофа и характеристик элементов. Эти
ограничения образуют систему уравнений, часть из них является алгебраическими,
а остальные – нелинейными дифференциальными уравнениями. При формировании
узловых, гибридных или уравнений состояния основным соображением является
уменьшение количества уравнений, которые должны быть решены одновременно.
Однако при использовании преимуществ современного метода разреженных матриц
вопросы сокращения количества одновременно решаемых уравнений для разреженных
систем уравнений не являются актуальными. Как следствие этого, особое значение
при использовании программ машинного моделирования приобретает структурный
метод, который включает всю информацию о схеме в нередуцированной форме.
В четвертом
блоке уравнения равновесия решаются в численном виде (в противоположность
аналитическим решениям). Для решения линейных алгебраических уравнений,
получаемых при узловом или гибридном анализе с вещественными или мнимыми
коэффициентами, используются метод исключений Гаусса и метод LU–разложения. Для
решения нелинейных алгебраических уравнений, которые могут появиться в
результате узлового или гибридного анализа, используется метод Ньютона–Рафсона
и кусочно–линейные методы. Для нелинейных уравнений состояния аналитическое
решение в общем виде не является необходимым, и мы должны применить методы
численного интегрирования.
Последним в
программе машинного моделирования, но не последним по важности, следует
выходной блок. Через его посредство пользователь получает ответ на поставленные
вопросы. Многообразие возможностей для выхода информации показано на рисунке
1.3.
1.3 Рассмотрение существующих программ машинного
моделирования
Большинство
программ машинного моделирования общего назначения имеют базовые подпрограммы
для анализа по постоянному току, переменному току и переходного анализа. Для
получения других типов выходной информации необходимо писать специальные
подпрограммы.
Автоматическое
проектирование электронных схем, являющееся в настоящее время предметом широких
исследований, требует хорошей программы анализа и хорошей стратегии оптимизации.
Уже издано довольно много книг по теоретическим аспектам систем
автоматизированного проектирования (САПР [l–8]). Однако сведений о практической работе с конкретными пакетами
программ в литературе недостаточно, а данные о параметрах математических
моделей отечественных компонентов вообще отсутствуют. Большое количество
материалов по САПР радиоэлектронной аппаратуры приведено в справочнике [9], в
котором, однако, нет данных о программном обеспечении САПР на ЭВМ.
Современные
программы САПР работают в диалоговом режиме и имеют большой набор сервисных
модулей, упрощающих работу на ЭВМ и делающих их «дружественными» по отношению к
пользователям. В частности, предусмотрен ввод принципиальной схемы
моделируемого устройства в графическом виде.
Топология печатной
платы или кристалла интегральной схемы синтезируется после завершения
разработки принципиальной схемы. На этом этапе проектирования решается задача
размещения элементов и трассировки соединений. Наиболее успешно она решается
при проектировании цифровых устройств, где вмешательство человека в процесс
синтеза топологии сравнительно невелико. Разработка аналоговых устройств
требует гораздо большего участия человека в процессе проектирования коррекции и
при необходимости в частичной переделке результатов машинного проектирования.
Основная сложность при разработке аналоговой аппаратуры заключается в автоматизации
синтеза топологии и обеспечении взаимодействия программ моделирования схем и
синтеза топологии.
Заключительным
этапом разработки является верификация топологии. На нем проверяются соблюдение
технологических норм, соответствие топологии исходной принципиальной схеме, а
также рассчитываются электрические характеристики схемы с учетом паразитных
параметров, присущих конкретной конструкции. При этом следует заметить, что
моделирование аналоговых схем полностью не заменит, по крайней мере в ближайшее
время, физического макетирования, так как при моделировании всегда выбираются
упрощенные (идеализированные) схемы замещения, не полностью адекватные условиям
работы реального устройства. Но зато результаты логического моделирования
цифровых устройств, как было сказано выше, являются более достоверными.
Ниже приведен
краткий обзор наиболее известных комплексов программ и отдельных программ
автоматизированного проектирования электронной аппаратуры.
Автоматизированное проектирование печатных плат
Один из самых
простых пакетов программ конструкторского проектирования – пакет smARTWORK
фирмы «Wintek Corp.», который включает в себя графический редактор
двусторонней печатной платы, программу ручной и автоматической трассировки соединений
и программу выдачи чертежей на графопостроитель. Большими функциональными
возможностями обладает пакет OrCAD фирмы «OrCAD System Corp.»[1], в котором имеется
графический редактор принципиальных схем и печатных плат, а также программы
моделирования цифровых устройств и проектирования топологии. Особую привлекательность
этому пакету придают удобство работы с графическим редактором и возможность
перекодирования списка соединений схемы в форматы других программ, таких как P–CAD, PSpice и др.
Одна из самых
мощных систем автоматизированного проектирования – система P–CAD фирмы «Personal CAD Systems, Inc.». В нее входят редакторы принципиальных схем и
печатных плат, программы моделирования цифровых устройств, автоматического
размещения компонентов на печатной плате и трассировки соединений, выдачи
чертежей на принтер, графопостроитель, фотопостроитель, а также вспомогательные
сервисные программы. Система Personal Logican фирмы «Saisy Systems Corp.» позволяет проектировать цифровые устройства, включая микропроцессоры,
контроллеры и устройства памяти [12]. Большие успехи достигнуты в создании САПР
цифровых устройств на базе программируемых логических матриц [13]. Разработка
ПЛМ возможна с помощью системы P–CAD и последних разработок фирмы «OrCAD Systems Corp.». Начаты работы по автоматизации проектирования на ЭВМ аналоговых и
цифровых схем на базовых матричных кристаллах. Известны также комплексы
программ CADdy («CADdy Corp.»), Micrograph («Micrograph
Systems»), отечественные
разработки МАГИСТР, «Минск ПК», ГРИФ и ряд других [10, 15].
Особо следует
выделить пакет машинной графики AutoCAD фирмы «Autodesk»
[10, 14]. С его помощью можно, например, создать чертеж принципиальной
электрической схемы или печатной платы и затем преобразовать это графическое
изображение в формат P–CAD и средствами системы P–CAD моделировать схему или
разработать печатную плату. Пакет AutoCAD можно использовать также
для доработки чертежей, создаваемых системой P–CAD, в соответствии с
требованиями ЕСКД.
Моделирование аналоговых устройств
Наиболее
доступны для пользователей, малознакомых с вычислительной техникой, программы
моделирования на ЭВМ семейства Micro–Cap фирмы «Spectrum Software» [16–18]. Программа Micro Cap II обладает удобным
графическим вводом принципиальной схемы и обеспечивает проведение простейших
видов анализа характеристик схемы во временной и частотной областях. В
программе последнего поколения Micro–Cap III используется многооконный
диалог, в нее включены расчет уровня внутреннего шума и статистический анализ
по методу Монте–Карло. Наличие библиотеки основных компонентов электронных схем
позволяет применять эти программы при моделировании не очень сложных устройств.
В настоящее
время наиболее распространены в мире программы семейства PSpice
фирмы «MicroSim Corp.», именно этот пакет программ был использован
при выполнении данной работы [11].
2 Моделирование электронной схемы вихревого
расходомера
2.1 Общие сведения о приборе
Для рассмотрения
методов машинного моделирования в данной дипломной работе была взята схема
вихревого расходомера.
В состав любого
расходомера или счетчика входит устройство непосредственно воспринимающее
измеряемый расход (например: диафрагма, сопло, тело обтекания, лопасть и т.п.)
и преобразующее его в другую величину (например: в перепад давления, частоту
следования вихрей, механическое усилие и т.д.), которая удобна для измерения.
Такое устройство называют – преобразователем расхода. Выходной сигнал
преобразователя расхода поступает на измерительную схему, которая преобразует
его в удобную для контроля и передачи показаний форму, обычно в электрический
сигнал. В дальнейшем этот сигнал либо интегрируется по времени – давая значение
пропорциональное количеству прошедшего через трубопровод вещества, либо, для
измерения расхода – преобразуется в стандартный (например: ток величиной 0 – 5
мА или 4 – 20 мА; частоту 0 –1 кГц или 0 –10 кГц)
и подается на вторичный регистрирующий прибор.
Рассматриваемый
расходомер служит для измерения расхода воды и других жидких сред, при
значительном разбросе температур от 12
до 80 оС. Счетное устройство может располагаться отдельно от
преобразователя расхода или конструктивно объединятся с ним. В этом случае,
получается водосчетчик с местным отсчетом показаний.
Общий вид
прибора с выносным индикатором показан на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 – Общий вид водосчетчика с выносным блоком индикатора
Преобразователь имеет импульсный выход, выходная
частота которого пропорциональна расходу воды в трубопроводе. Выходная цепь
преобразователя изолирована от корпуса. Питание преобразователей и вторичных
блоков водосчетчиков осуществляется от встроенных батарей. Время работы приборов
без замены элементов питания не менее 2-х лет.
2.2 Контактно – кондуктометрический приемник –
преобразователь вихревых колебаний (КК ППВК)
Обзор
существующих приемников–преобразователей вихревых колебаний показывает, что
устройства с колеблющимся чувствительным элементом могут служить основой для
разработки наиболее конструктивно простых ППВК.
В рассматриваемом
расходомере предложен приемник-преобразователь вихревых колебаний в виде тонкой
гибкой пластины помещенной в канале обратной связи тела обтекания.
Принципиальное устройство данного ППВК изображено на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 – Схема контактно-кондуктометрического
ППВК
Пластина имеет
электрический контакт с металлическим корпусом прибора и является электродом.
По обе стороны от него расположены стержни, один из которых является
электродом, а другой – ограничителем колебаний пластины. Таким образом,
предложенный ППВК представляет собой два погруженных в жидкость электрода, один
из которых гибкий. Знакопеременный поток жидкости в канале обратной связи тела
обтекания заставляет гибкий электрод колебаться с частотой, равной частоте
вихреобразования.
При изменении
расстояния между колеблющимся гибким электродом и стержневыми электродами,
одновременно меняется межэлектродная проводимость. Ее величина простыми
средствами может быть преобразована в электрический сигнал. Измерения
сопротивления проводников второго рода называют кондуктометрией, поэтому ППВК
работающий в данном режиме может быть назван кондуктометрическим. Замыкания при
взаимном касании электродов также легко преобразовать в выходной импульсный
сигнал. Таким образом данный ППВК, исходя из его режимов работы, может быть
назван контактно-кондуктометрическим. Указанные причины, простота конструкции и
вследствие этого, высокая надежность преобразователя, позволили использовать
его в серии промышленных счетчиков-расходомеров типа СХВВ.
2.3 Теоретические основы работы кондуктометрического
приемника–преобразователя
2.3.1 Режимы работы КК ППВК
Из принципа
действия контактно–кондуктометрического ППВК следует, что данное устройство
имеет два рабочих режима, они отличаются как параметрами движения, так и
методом съема выходного сигнала:
- режим А (в этом режиме работает рассматриваемый расходомер), имеет место при малых
амплитудах колебаний гибкого электрода, когда он не касается стержневого
электрода, или касается последнего только при больших расходах измеряемой среды;
- режим Б, возникает при больших амплитудах колебаний гибкого электрода, когда
он касается стержневого электрода при каждом колебании во всем диапазоне
измеряемых расходов. Для работы в данном режиме жесткость гибкого электрода
должна быть существенно ниже, чем в первом случае.
В режиме А,
колебания гибкого электрода вызывают изменения межэлектродного сопротивления
между ним и одним из стержневых электродов. В этом случае, выходной сигнал
снимается с одного из электродов «Э1» или «Э2» (см. рисунок
2.2), а другой стержневой электрод используется как ограничитель амплитуды
колебаний и может быть оставаться неподключенным или подключаться к корпусу
прибора. Изменения сопротивления межэлектродного промежутка преобразуются в
электрический сигнал с помощью электронной схемы.
Контактно-кондуктометрический ППВК работающий в режиме А,
отличается высокой чувствительностью, поскольку даже при небольших амплитудах
колебаний гибкого электрода, на выходе устройства формируется полезный сигнал.
Это позволяет использовать такой
преобразователь в приборах, рассчитанных на измерение относительно малых
расходов, при низких скоростях потока. Так, в работе [42] указано, что вихревые расходомеры не могут
применяться при скоростях жидкости менее 0,2
м/сек, что объясняется трудностью регистрации слабых вихревых формаций. В
то же время, как показано ниже, счетчик-расходомер типа СХВВ с КК ППВК,
работающем в режиме А, надежно работает с чисел Рейнольдса 1200 – 1300, что для
характерного размера тела обтекания 25,56
мм, соответствует скорости потока жидкости около 0,04 – 0,05 м/сек.
Вокруг
поверхности погруженного в электролит металлического электрода, всегда
возникает оболочка из заряженных ионов. Знак заряда ее всегда противоположен
знаку заряда самого электрода. Двойной электрический слой может быть,
уподоблен, согласно [43], электрическому
конденсатору. Одной его обкладкой является электрод, другой - слой прилегающих
к нему ионов.
Емкость и
величина э.д.с. такого конденсатора зависит от потенциала электрода и строения
двойного электрического слоя.
Электроды погруженные
в жидкость образуют электролитическую ячейку. Упрощенная схема замещения такой
ячейки представляет собой цепь [44], приведенную на рисунке
2.3.
Рисунок 2.3 – Упрощенная схема замещения контактно-кондуктометрического ППВК
Здесь, Rчэ – сопротивление чувствительного элемента,
обусловленное проводимостью межэлектродного пространства, Сдс1 и Сдс2
емкости двойного электрического слоя, который образуется на поверхности
металлических электродов опущенных в электролит, Е1 и Е2
э.д.с. двойного электрического слоя, которая возникает в виду разности
электрохимических потенциалов между материалом электродов и электролитом, Емэ
межэлектродная э.д.с., которая является алгебраической суммой э.д.с. Е1, Е2 и внутренних потенциалов электродов [43].
Разность
потенциалов между электродами возникает, как следует из предыдущего, в виду
разности э.д.с. заряженных двойных электрических слоев на поверхностях
электродов образующих электролитическую ячейку. В КК ППВК используются электроды
из двух химически одинаковых металлов, на которых совершается одна и та же
электродная реакция. Э.д.с. такой системы была бы равна нулю, если бы
физические свойства обоих электродов, а следовательно, и их стандартные
потенциалы были бы также одинаковыми. Если же благодаря различным физическим
свойствам электродов их стандартные потенциалы не совпадают, то э.д.с. системы
будет отличаться от нуля. Это так называемые физические цепи, одной из
разновидностей которых являются аллотропические цепи. В таких цепях, к которым
и относится электролитическая ячейка КК ППВК.
Э.д.с. системы
будет отличаться от нуля потому, что свободная энергия двух электродов,
изготовленных из металла одной и той же модификации, не обязательно одинакова.
Это наблюдается, например, в том случае, когда электроды различаются по
размерам образующих их зерен или находятся под различным внутренним
напряжением. Электрод, образованный более мелкими кристаллами или находящийся
под избыточным механическим напряжением, играет роль отрицательного полюса
ячейки. Он растворяется, а на другом электроде происходит осаждение металла [43, 45].
В КК ППВК
отрицательным электродом является гибкий пластинчатый электрод, а
положительными – стержневые электроды. Гибкий электрод, изготавливается из
мелкокристаллической модификации нержавеющей стали методом проката и имеет
повышенную внутреннюю энергию. По этим причинам, на зажимах КК ППВК
присутствует некоторая э.д.с., которая может служить выходным сигналом
преобразователя работающего в режиме А.
При изменении
расстояния между электродами во время работы ППВК, меняется величина Rчэ. Для преобразования изменений сопротивления в выходной
электрический сигнал через электроды необходимо пропускать ток. Постоянный
ток в данной схеме не допустим,
поскольку он сопровождается явлением электролиза. Электролиз отрицательно
влияет на работу преобразователя по многим причинам. Во–первых, воздействуя на
электроды ППВК продукты электролиза разрушают металл электродов, возникает
коррозия, в первую очередь растворяется гибкий электрод имеющий малую толщину (0,1 мм). Во–вторых, повышенная
концентрация ионов в области электродов, которая возникает в процессе
электролиза, изменяет электропроводность межэлектродного промежутка. Уменьшение
величины сопротивления межэлектродного промежутка снижает выходной сигнал
снимаемый с электродов и тем самым снижает чувствительность прибора. Поэтому,
для преобразования изменения величины сопротивления в выходное напряжение,
необходимо использовать переменный ток. Частота питающего тока должна быть не
менее чем в 50 – 100 раз выше, наибольшей частоты модулирующего сигнала, которая равна
30 – 40 Гц. Применять более
высокую частоту не имеет смысла, поскольку при этом пропорционально
увеличивается потребляемый генератором ток. Таким образом, для работы ППВК,
необходимо питать электроды переменным током частотой 2 – 5 кГц. На выходе, между корпусом прибора и
одним из стержневых электродов, возникает амплитудно-модулированное напряжение
с величиной модуляции 5% –10%, огибающая которого, изменяется с
частотой вихреобразования.
При
возникновении электрического контакта между электродами, что возможно при
больших отклонениях гибкого электрода, коэффициент модуляции выходного
напряжения возрастает до 100%, но при
этом работа устройства не нарушается. Замыкания электродов можно устранить,
установив на концы стержневых электродов резиновые или пластмассовые изоляторы. Одновременно такие
наконечники будут служить демпферами для гашения паразитных высокочастотных
колебаний гибкого электрода, которые могут возникать в некоторых случаях.
2.3.2 Электрические характеристики контактно – кондуктометрического
ППВК
Через
жидкость между электродами постоянно протекает переменный ток. Он течет между
гибким и неподвижным электродами. Величина тока, пределы его изменения при
работе прибора, оказывают определяющее влияние на все характеристики прибора,
как эксплутационные, так и метрологические. Чем меньше будет величина
протекающего тока, тем экономичнее будет расходоваться энергия источника
питания электронной схемы. При малых токах, порядка 5 – 10 мкА, оказывается возможным
перевести схему прибора на питание от батарей. Современные химические источники
тока имеют высокие показатели и могут быть успешно использованы в
расходометрических устройствах. В нашем устройстве используются батареи на
основе лития, они имеют высокую энергоемкость, малый саморазряд, долгий срок
хранения.
Модуляция
межэлектродного сопротивления, возникающая при колебаниях гибкого электрода,
преобразуется электронной схемой в выходной сигнал. Глубина модуляции
определяет уровень снимаемого сигнала, а следовательно – чувствительность
прибора. Чем меньше величина модуляции (относительного изменения
сопротивления), тем труднее выявить полезный сигнал, тем сложнее будет измерять
малые расходы [42].
2.4 Назначение
входных преобразователей сигналов
КК ППВК преобразует возникший на теле обтекания
вихрь в электрическую величину. В кондуктометрическом режиме работы, выходной
величиной преобразователя является изменение межэлектродного сопротивления.
Входной преобразователь сигналов, предназначен для
восприятия колебаний межэлектродного сопротивления снимаемых с выхода КК ППВК и
трансформации его в электрические импульсы, следующие с частотой пропорциональной
частоте вихреобразования.
Кроме того,
входные преобразователи сигналов должны обеспечивать некоторую фильтрацию
информации в своем тракте. Это связано с тем, что наряду с полезными сигналами
КК ППВК может реагировать на помехи. Помехи могут возникать и внутри самого
измерительного тракта, например в виде дребезга при соприкосновении электродов
друг с другом.
Для удобства
восприятия информации или согласования ее с тепловычислителями или другой
аппаратурой, выходные сигналы преобразователей расхода должны быть нормированы
как по электрическим параметрам (амплитуде, длительности импульсов и т.д.), так
и по метрологическим. Последнее означает, что каждый выходной импульс прибора
должен соответствовать строго определенному количеству прошедшей через прибор
жидкости. Обычно это целое число литров
или м3 приходящееся на
один импульс. Например: 1; 10; 100;
л/имп или 1; 10; 100 м3/имп. Поэтому одна из
основных функций выходного преобразователя – нормирование выходных сигналов
прибора.
Электрическая
схема КК ППВК такова, что один из электродов имеет электрический контакт с
трубопроводом. Технологические трубопроводы могут находится под различным
потенциалом относительно входных цепей вторичных приборов, подключаемых к
вихревым расходомерам. Поэтому, для электрической развязки цепей, исключения
попадания на вход вторичных приборов электростатических потенциалов и др.
помех, необходимо осуществлять гальваническое разделение выходных сигналов
преобразователей расхода. Это является важной функцией входного преобразователя
сигнала.
Таким образом, входные преобразователи сигналов
должны решать следующие задачи:
1. Преобразование сигнала КК
ППВК в электрическую величину.
2. Фильтрация помех в
информационном тракте.
3. Нормирование выходного
сигнала.
4. Гальваническая развязка
выходных сигналов.
2.5 Входной
преобразователь сигналов
В такт с частотой
вихреобразования изменяется величина межэлектродного сопротивления. Поэтому,
входной преобразователь для данного режима, должен в конечном итоге,
реагировать на изменение сопротивления.
Метод работы входного преобразователя основан на амплитудной модуляции
сигнала переменного тока частотой 2 кГц, при изменении величины межэлектродного
сопротивления. Структурная схема такого устройства приведена на рисунке 2.4, а
на рисунке 2.5 приведена принципиальная схема рассматриваемого нами устройства.
Рисунок 2.4 – Входной преобразователь с АМ
Генератор
импульсов – Г, вырабатывает
последовательность несущих импульсов. Частота их, как было показано ранее равна
2 кГц. Импульсы через ограничительный
резистор R и конденсатор С1, поступают на
межэлектродный промежуток с сопротивлением – Rчэ. В результате, через Rчэ протекает переменный ток
прямоугольной формы. При изменении величины межэлектродного сопротивления,
меняется амплитуда напряжения Uчэ. Это напряжение усиливается с помощью усилителя У, детектируется амплитудным детектором – АД. После фильтрации, на
конденсаторе С3
присутствует напряжение, изменяющееся с частотой колебаний сопротивления Rчэ, т.е. с частотой вихреобразования.
Формирователь импульсов – ФИ,
формирует из него импульсы, которые далее нормируются и поступают на выходной
каскад преобразователя.
Рисунок 2.5 – Принципиальная схема
рассматриваемого расходомера
2.6 Элементы электронных схем расходомеров с КК
ППВК
Рассматривая структурную схему входного
преобразователя расхода можно видеть, что в его состав входит ряд устройств
электроники: генераторы, усилители, детекторы, формирователи импульсов и т.д.
2.6.1. Генераторы импульсов для входных преобразователей
В схемах входных преобразователей на микросхемах
большую роль играют различные импульсные устройства, важнейшим из которых
является генератор переменного напряжения для питания КК ППВК. Им служит генератор
импульсов с частотой около 2 кГц.
Импульсы прямоугольной формы, через разделительный конденсатор поступают на
электроды чувствительного элемента. К генераторам для входных преобразователей,
как правило, не предъявляется особых требований по стабильности частоты.
Главное требование – это надежность и легкий запуск.
Генераторы для устройств с батарейным питанием,
могут строиться на основе специализированных микросхем [46], например К561АГ1.
Генераторная часть таких микросхем, работающая в линейном режиме при медленно
меняющихся потенциалах, строится на основе элементов без обычных мощных
выходных каскадов, что существенно снижает потребление тока. Кроме того,
существенная экономия потребляемой мощности может быть достигнута, путем
применения генераторов вырабатывающая импульсы большой скважности. При этом,
нагрузка питается узкими импульсами напряжения, длительность которых в 30 – 50 раз меньше,
чем период их следования. В результате, средний ток потребляемый нагрузкой
(чувствительным элементом) значительно снижается. Кроме того, последовательно с
нагрузкой можно включать дополнительный резистор, ограничивающий величину
потребляемого ею тока. Все эти меры, позволяют весьма значительно снизить
мощность потребляемую входным преобразователем. Последние меры, приводят к
необходимости компенсировать снижение чувствительности КК ППВК, за счет
усиления снимаемого с него сигнала. Но усилитель может быть весьма экономичным
устройством, поэтому в целом, схема может быть весьма перспективной.
На рисунке 2.6, приведена схема генератора импульсов большой скважности на
основе микросхемы сдвоенного ждущего К561АГ1.
Рисунок 2.6 – Генератор импульсов на
сдвоенном одновибраторе
Элементы R1 и C1 определяют
длительность паузы между импульсами, а элементы R2 и C2 – длительность самого импульса. Для входных преобразователей
принимают:
(2.6.1.1)
При
моделировании схемы мы заменили генератор импульсов изображенного на рисунке
2.5 на стандартный генератор импульсов, который имеется в библиотеке элементов
программы Design Centr 8, задав ему параметры аналогичные реальному
генератору. Частота генератора 2 кГц,
минимальное напряжение 0 В,
максимальное напряжение 3 В,
длительность импульса 0,05 мс, период повторения 0,5 мс.
Чтобы смоделировать сигнал создаваемый КК ППВК за счет колебаний тела
обтекания, который впоследствии поступает на усилитель, нами была разработана
математическая модель импульсного источника, изображенного на рисунке 2.7,
который генерирует импульсы которые по форме и амплитуде похожи на реальные
импульсы.
Рисунок 2.7 – Модель КК ППВК импульсного источника
Элемент V1 – это импульсный источник тока
(рисунок 2.8), V2 –
синусоидальный источник напряжения (рисунок 2.9), который управляет работой
ключом R_Var, с амплитудой 0,5 В и частотой 50 Гц, R3 = 10 кОм, С3 = 250 нФ, R_Var – ключ управляемый
напряжением, напряжение замыкания ключа , напряжение размыкания ключа , сопротивление замкнутого ключа , сопротивление разомкнутого ключа .
Рисунок 2.8 – Сигнал на выходе источникаV1
Рисунок 2.9 – Сигнал на выходе источникаV2
Ключ R_Var работает следующим образом, на ключ подается управляющее
напряжение с источника V2 , если напряжение на входе ключа меньше чем напряжение
замыкания то ключ замкнут, а
при управляющем напряжении большем чем напряжение размыкания ключ разомкнут. На
интервале сопротивление ключа
плавно изменяется от до . На рисунке 2.10 показан сигнал на выходе КК
ППВК источника.
Рисунок 2.10 – Сигнал на выходе КК ППВК
источника
2.6.2 Усилители сигнала для входных преобразователей
Переменное
напряжение модулируемое по амплитуде колебаниями гибкого электрода должно быть
предварительно усилено, перед детектированием. Это необходимо для обеспечения
достаточной чувствительности преобразователя, которая позволяет измерять малые
расходы жидкости. Кроме того, необходим некоторый запас по усилению в
измерительном тракте, поскольку, изменения объемного сопротивления измеряемой
среды могут привести к снижению снимаемого с КК ППВК сигнала.
Основными
требованиями предъявляемыми к усилителю являются:
- высокое усиление при малых
питающих напряжениях;
- малый потребляемый ток;
- высокая термостабильность;
- простота схемы,
заключающаяся в минимизации количества элементов.
Усилители на
транзисторах выполненные по обычной схеме, которая включает базовые резисторы и
элементы температурной стабилизации каскада, содержат много элементов и имеют
невысокую температурную стабильность при малых напряжениях питания. Для
получения напряжения базы, обеспечивающего нужный ток коллектора, можно
использовать согласованные транзисторы. При этом будет обеспечена
автоматическая температурная компенсация [47]. Кроме того, такая схема содержит мало
деталей. Схема усилителя выполненного на паре согласованных транзисторов
приведена рисунке 2.11.
Рисунок 2.11- – Модель усилителя для
входного преобразователя
Исходя из
условий предъявляемых к усилителю необходимо произвести исследование его работы
при изменении тех или иных параметров. Нами было произведено исследование
работы усилителя (см. рисунок 2.11) по следующим пунктам:
1.
Влияние
внешней температуры на коэффициент усиления;
2.
Зависимость
коэффициента усиления от напряжения питания;
3.
Влияние
разброса параметров резисторов R1 и R2.
Для исследования
усилителя была разработана схема показанная на рисунке 2.12.
Рисунок 2.12 – Схема для исследования работы усилителя для входного преобразователя
при различных условиях
Питание этого
усилителя осуществляется от гальванических батарей напряжением 3 В. для исследования схемы в качестве
источника входного сигнала был взят источник синусоидального напряжения V, амплитуда напряжения 1 мВ. Начальные условия работы схемы:
температура окружающей среды 27 оС;
сопротивление резисторов R1 и R2 600
кОм.
1.
Исследование
влияния внешней температуры на коэффициент усиления
Исследование
этого режима работы необходимо потому, что данный усилитель используется в
расходомерах которые служат для измерения расхода воды, как холодной так и
горячей, а так как сам расходомер устанавливается непосредственно на трубу, по
которой протекает вода, то разброс температур при которых будет работать данная
схема может оказаться очень большим. Поэтому необходимо знать насколько сильно
будут отличаться показания прибора при измерении расхода горячей и холодной
воды.
Исследование
проводилось следующим образом, температура при которой работает схема
изменялась от 12 до 87 оС с шагом 15 оС, на вход усилителя
подавалось синусоидальное напряжение 1 mV.
Сигнал
подаваемый на вход усилителя показан на рисунке 2.13. Сигнал на выходе усилителя
при температуре окружающей среды 12 оС
показан на рисунке 2.14, при температуре окружающей
среды 27 оС показан на
рисунке 2.15, при температуре окружающей среды 42 оС показан на рисунке
2.16, при температуре окружающей среды 57
оС показан на рисунке 2.17, при температуре окружающей среды 72 оС показан на рисунке
2.18, а при температуре окружающей среды 87
оС показан на рисунке 2.19.
Рисунок 2.13 – Сигнал на входе усилителя
при температуре 27 оС
Рисунок 2.14 – Сигнал на выходе усилителя при температуре 12 оС
Рисунок 2.15 – Сигнал на выходе усилителя
при температуре 27 оС
Рисунок 2.16 – Сигнал на выходе усилителя при температуре 42 оС
Рисунок 2.17 – Сигнал на выходе усилителя при температуре 57 оС
Рисунок 2.18 – Сигнал на выходе усилителя при температуре 72 оС
Рисунок 2.19 – Сигнал на выходе усилителя при температуре 87 оС
Чтобы выяснить
влияние температуры на коэффициент усиления сведем полученные данные в таблицу 2.1 и по
этой таблице построим график изображенный на рисунке 2.20.
Влияние
температуры на коэффициент усиления
Таблица 2.1 Температура, оС Максимум, мВ Минимум, МВ Коэффициент Усиления Начальная точка, мВ 12 699,53 510,88 94,33 607 27 657,95 475,94 91,01 568,57 42 617 441,05 87,98 530,5 57 576,56 406,1 85,23 492,71 72 536,56 371,14 82,71 455,12 87 496,89 336,18 80,36 417,7
Рисунок 2.20 – Изменение коэффициента усиления в
зависимости от
температуры
2.
Исследование
зависимость коэффициента усиления от величины питающего напряжения
Исследование
этого режима работы производится потому, что схема усилителя питается от
гальванических элементов которые со временем разряжаются поэтому питающее
напряжение не постоянно во времени.
Исследование
проводилось следующим образом, питающее напряжение менялось от номинальных 3 до 1,5
В с шагом 0,25 В, на вход
усилителя подавалось синусоидальное напряжение 1 mV.
Сигнал
подаваемый на вход усилителя показан на рисунке 2.21. Сигнал на выходе усилителя
при питающем напряжении 1,5 В показан
на рисунке 2.22, при питающем напряжении 1,75 В показан на рисунке 2.23, при питающем напряжении 2 В показан на рисунке 2.24, при
питающем напряжении 2,25 В показан на
рисунке 2.25, при питающем напряжении 2,5 В показан на рисунке 2.26, при питающем напряжении 2,75 В показан на рисунке 2.27, а при
питающем напряжении 3 В показан на
рисунке 2.28.
Рисунок 2.21 – Сигнал на входе усилителя
Рисунок 2.22 – Сигнал на выходе усилителя при питающем напряжении 1,5 В
Рисунок 2.23 – Сигнал на выходе усилителя при питающем напряжении 1,75 В
Рисунок 2.24 – Сигнал на выходе усилителя при питающем напряжении 2 В
Рисунок 2.25 – Сигнал на выходе усилителя при питающем напряжении 2,25 В
Рисунок 2.26 – Сигнал на выходе усилителя при питающем напряжении 2,5 В
Рисунок 2.27 – Сигнал на выходе усилителя при питающем напряжении 2,75 В
Рисунок 2.28 – Сигнал на выходе усилителя при питающем напряжении 3 В
Чтобы выяснить
влияние напряжения питающих элементов на коэффициент усиления сводим полученные
данные в таблицу 2.2 и строим график изображенный на рисунке 2.29.
Влияние питающего напряжения
на коэффициент усиления
Таблица 2.2 Напряжение питания, В Максимум, МВ Минимум, мВ Коэффициент усиления Начальная точка, мВ 1,5 547,21 471,68 37,77 510,15 1,75 567,89 474,48 46,71 522,03 2 587,01 476,1 55,46 532,74 2,25 605,91 476,89 64,51 542,58 2,5 623,83 477,03 73,40 551,75 2,75 641,1 476,7 82,20 560,38 3 657,95 475,94 91,01 568,57
Рисунок 2.29 – Изменение коэффициента усиления в зависимости от питающего напряжения
3.
Исследование
влияния разброса параметров резисторов R1 и R2.
На практике
практически невозможно найти элементы у которых номинальные данные
соответствуют действительным, у резисторов такой разброс параметров может
достигать ± 5 %.
Поэтому необходимо проверить как будет изменяться коэффициент усиления если
реальные значения сопротивлений будут отличны от номинальных 680 кОм.
Исследование
проводилось в четыре этапа:
1.
Изменялось
сопротивление R1 от 714 до 646 кОм, с шагом 17 кОм;
2. Изменялось сопротивление R2 от 714 до 646 кОм, с шагом 17 кОм;
3. Изменялось сопротивление R2 от 646 до 714 кОм, с шагом 17 кОм, а сопротивление R1 от 714 до 646 кОм, с шагом 17 кОм;
4. Изменялось сопротивление R1 и R2 от 714 до 646 кОм, с шагом 17 кОм.
Сигнал
подаваемый на вход усилителя показан на рисунке 2.30.
Рисунок 2.30 – Сигнал на выходе усилителя
при питающем напряжении 3 В
Далее с рисунка 2.31 по
рисунок 2.35 изображены сигналы снимаемые с выхода усилителя при
различных значениях сопротивления резистора R1.
Рисунок 2.31 – Сигнал на выходе усилителя
при сопротивлении резистора R1 = 714 кОм, а резистора R2 = 680 кОм
Рисунок 2.32 – Сигнал на выходе усилителя при сопротивлении резистора R1 = 697 кОм, а резистора R2 = 680 кОм
Рисунок 2.33 – Сигнал на выходе усилителя при сопротивлении резистора R1 = 680 кОм, а резистора R2 = 680 кОм
Рисунок 2.34 – Сигнал на выходе усилителя при сопротивлении резистора R1 = 663 кОм, а резистора R2 = 680 кОм
Рисунок 2.35 – Сигнал на выходе усилителя при сопротивлении резистора R1 = 646 кОм, а резистора R2 = 680 кОм
Чтобы выяснить
влияние величины сопротивления R1
на коэффициент усиления мы свели полученные данные в таблицу 2.3 и построили
график изображенный на рисунке 2.36.
Влияние
сопротивления резистора R1
на коэффициент усиления
Таблица 2.3 Сопротивление R1, кОм Максимум, МВ Минимум, мВ Коэффициент усиления Начальная точка, мВ 714 738,23 581,18 78,525 661,12 697 690,8 530,17 80,315 611,94 680 657,95 475,94 91,005 568,57 663 588,92 420,58 84,170 506,26 646 534,1 361,61 86,245 449,4
Рисунок 2.36 – Изменение коэффициента
усиления в зависимости от сопротивления R1
С рисунка 2.37 по
рисунок 2.40 изображены сигналы снимаемые с выхода усилителя при
различных значениях сопротивления резистора R2.
Рисунок 2.37 – Сигнал на выходе усилителя
при сопротивлении резистора R2 = 714 кОм, а резистора R1 = 680 кОм
Рисунок 2.38 – Сигнал на выходе усилителя
при сопротивлении резистора R2 = 697 кОм, а резистора R1 = 680 кОм
Рисунок 2.39 – Сигнал на выходе усилителя
при сопротивлении резистора R2 = 663 кОм, а резистора R1 = 680 кОм
Рисунок 2.40 – Сигнал на выходе усилителя
при сопротивлении резистора R2 = 646 кОм, а резистора R1 = 680 кОм
Чтобы выяснить
влияние величины сопротивления R2 на коэффициент усиления мы
свели полученные данные в таблицу 2.4 и построили график изображенный на рисунке
2.41.
Влияние
сопротивления резистора R2
на коэффициент усиления
Таблица 2.4 Сопротивление R2, кОм Максимум, МВ Минимум, мВ Коэффициент усиления Начальная точка, мВ 714 538,72 366,6 86,060 454,19 697 589,87 421,6 84,135 507,3 680 657,95 475,94 91,005 568,57 663 692,4 531,9 80,250 613,6 646 743,78 587,14 78,320 666,87
Рисунок 2.41 – Изменение коэффициента усиления в зависимости от сопротивления R2
Далее с рисунка 2.42 по
рисунок 2.45 изображены сигналы снимаемые с выхода усилителя при
различных значениях сопротивлений резисторов R1 и R2.
Рисунок 2.42 – Сигнал на выходе усилителя
при сопротивлении резистора R1 = 714 кОм, а резистора R2 = 646 кОм
Рисунок 2.43 – Сигнал на выходе усилителя
при сопротивлении резистора R1 = 697 кОм, а резистора R2 = 663 кОм
Рисунок 2.44 – Сигнал на выходе усилителя
при сопротивлении резистора R1 = 663 кОм, а резистора R2 = 697 кОм
Рисунок 2.45 – Сигнал на выходе усилителя
при сопротивлении резистора R1 = 646 кОм, а резистора R2 = 714 кОм
Чтобы выяснить
влияние разброса параметров сопротивлений R1 и R2
на коэффициент усиления мы свели полученные данные в таблицу 2.5 и построили
график изображенный на рисунке 2.46.
Влияние
величины сопротивлений резисторов R1 и
R2 на коэффициент усиления
Таблица 2.5 № п/п Сопротивление R1, кОм Сопротивление R2, кОм Максимум, МВ Минимум, мВ Коэффициент усиления Начальная точка, мВ 1 714 646 836,27 686,68 74,795 762,84 2 697 663 740,94 584,09 78,425 663,93 3 680 680 657,95 475,94 91,005 568,57 4 663 697 536,47 364,17 86,150 451,86 5 646 714 426,67 246,32 90,175 338
Рисунок 2.46 – Изменение коэффициента
усиления в зависимости от величин сопротивлений по таблице
Далее с рисунка 2.47 по
рисунок 2.50 изображены сигналы снимаемые с выхода усилителя при
различных значения сопротивлений резисторов R1 = R2.
Рисунок 2.47 – Сигнал на выходе усилителя
при сопротивлении резистора R1 = 714 кОм, а резистора R2 = 714 кОм
Рисунок 2.48 – Сигнал на выходе усилителя
при сопротивлении резистора R1 = 697 кОм, а резистора R2 = 697 кОм
Рисунок 2.49 – Сигнал на выходе усилителя
при сопротивлении резистора R1 = 663 кОм, а резистора R2 = 663 кОм
Рисунок 2.50 – Сигнал на выходе усилителя
при сопротивлении резистора R1 = 646 кОм, а резистора R2 = 646 кОм
Чтобы выяснить
влияние разброса параметров сопротивлений R1 и R2 на коэффициент усиления мы
свели полученные данные в таблицу 2.6 и построили график изображенный на рисунке
2.51.
Влияние
величины сопротивлений резисторов R1 и R2 на коэффициент усиления
Таблица 2.6 № п/п Сопротивление R1, кОм Сопротивление R2, кОм Максимум, мВ Минимум, мВ Коэффициент усиления Начальная точка, мВ 1 714 714 640,42 475,97 82,225 559,68 2 697 697 640,76 476,33 82,215 560,02 3 680 680 657,95 475,94 91,005 568,57 4 663 663 641,46 477,08 82,190 560,75 5 646 646 641,82 477,47 82,175 561,12
Рисунок 2.51 – Изменение коэффициента
усиления в зависимости от величин сопротивлений по таблице
На основании
всего вышеизложенного можно сделать вывод что разброс параметров резисторов R1 и R2 не
оказывает сильного влияния на коэффициент усиления.
На рисунке 2.52 показан сигнал подаваемый на
усилитель с импульсного источника, а на рисунке 2.53 сигнал снимаемый с выхода
усилителя.
Рисунок 2.52 – Амплитудно–модулированный сигнал поступающий на вход усилителя
Рисунок 2.53 – Усиленный амплитудно–модулированный сигнал на выходе усилителя
2.6.3 Детектор
К выходу усилителя через разделительный конденсатор С2 подключается амплитудный детектор. Схема детектора
использованного в данной схеме показана на рисунке 2.54
Рисунок 2.54 Схема амплитудного детектора
На вход
детектора поступает усиленный амплитудно–модулированый сигнал. Детектор
подключается непосредственно к выходу усилителя. Детектор питается напряжением 3 В от батарей, к которым подключен
усилитель и генератор импульсов. Функцией детектора является формирование
полезного сигнала (рисунок 2.55) путем удаления высокочастотной составляющей из
сигнала поступившего с усилителя (рисунок 2.56).
Рисунок 2.55 – Сигнал формируемый
детектором
Рисунок 2.56 – Сигнал поступающий на вход детектора
На рисунке 2.57 изображены
входной и выходной сигналы детектора. На этом рисунке видно что выходной сигнал
является огибающей входного сигнала.
Рисунок 2.57 – Входной и выходной сигнал детектора
Далее сигнал сформированный
детектором поступает на формирователь импульсов в котором формируются импульсы
частота которых равна частоте вихреобразования.
3 Технико-экономический
расчет разработки электронных схем
Разработка схем при помощи
макетирования всегда была сложным и очень дорогим процессом. Но в связи с
развитием ЭВМ и разработкой программ САПР, появился другой, более дешевый и
быстрый способ разработки схем – это разработка математической модели схемы на
ЭВМ с последующей ее обработкой. Данная дипломная работа посвящена рассмотрению
этого способа на примере разработки схемы вихревых расходомеров.
Разработка электронных схем
с помощью ЭВМ приносит значительную экономию средств. Чтобы найти эту экономию,
рассчитаем затраты полученные при разработки этой схемы на ЭВМ (за 3 месяца) и
рассчитаем затраты полученные при разработки этой схемы обычным способом за это
же время (на самом деле разработка схемы обычным способом занимает намного больше
времени).
3.1 Технико-экономический расчет разработки электронной схемы
(при помощи ЭВМ)
Разработку и исследование
схемы вихревых расходомеров производил студент гр. 25–5 Жуков И.А. Разработка
математических моделей схем производилась в течении трех месяцев февраль, март,
апрель (стипендия студента составляет 96 рублей в месяц)
Вычислим сумму
выплаченную студенту (в виде стипендии) за три месяца работы:
(3.1.1)
где – сумма стипендии
студента;
– размер стипендии студента в месяц, руб.
(3.1.2)
Работа выполнялась на
компьютере Celeron 300A/SDRAM 64 Mb (стоимость компьютера 620$ США=16.740 руб.)
при помощи программного комплекса фирмы MicroSim Corp. «Design
Centr 6.2».
Теперь
вычислим сумму амортизационных отчислений:
руб. (3.1.3)
где – сумма
амортизационных отчислений;
(12,5 процент износа компьютеров в год)
Средняя
занятость компьютера 4 часа в день (пятидневная рабочая неделя).
Вычислим стоимость
израсходованной электроэнергии:
часов (3.1.4)
где – эффективный фонд времени, дн;
20, 22, 22 – рабочие дни;
а) Суммарная мощность по
приборам в день составляет: ;
б) Стоимость за 1 кВт по тарифу: ;
в) Эффективный фонд времени в
часах:
, (3.1.5)
где – эффективный фонд времени, ч;
– эффективный фонд времени, дн;
– продолжительность смены, ч.
; (3.1.6)
; (3.1.7)
где – затраты на электроэнергию в год, руб.
; (3.1.8)
На
распечатку графиков электрических характеристик (вместе с черновиками) было
израсходовано 750 листов бумаги (по цене 125 руб. за одну пачку по 500 листов)
и один картридж для принтера (по цене 1.200 руб.).
руб (3.1.10)
где – цена бумаги;
Таблица 3.1.1 – Смета
накладных расходов № п/п Наименование статей расходов Кол-во Стоимость, руб. За 1 штуку Общая 1 2 3 4 5 1 Бумага писчая. Формат 1,5 пачки 125 187,5 2 Картридж к принтеру 1 шт. 1200 1200 3 Ватман 8 листов 5 40 4 Написание чертежей на графопостроителе 8 листов 70 560 Итого расходов 1987,5
Таблица
3.1.2 – Сведем все данные о расходах в таблицу Наименование статей расходов Сумма в руб. Накладные расходы 1987,5 Сумма стипендии студента (за три месяца) 288 Сумма амортизационных отчислений 465 Стоимость электроэнергии 11,52 Итого расходов: 2752,02
3.2 Технико-экономический расчет разработки электронной схемы
(обычным способом)
Разработку и
исследование схемы вихревых расходомеров производили в лаборатории НПКП
«Фотон». Предполагается, что в изготовлении схемы измерительного комплекса
примет участие 2 человека: инженер (человек, который разрабатывает и
дорабатывает схемы) и рабочий (человек, который вытравливает и собирает эти
схемы), время разработки схемы 3 месяца.
Для определения
затрат на написание расчета схемы измерительного комплекса составляется таблица
накладных расходов (таблица 3.2.1).
Таблица 3.2.1 – Смета накладных расходов № п/п Наименование товара Количество Стоимость, руб. за 1 шт. Общая 1 2 3 4 5 1 Бумага писчая. Формат 1,5 пачка 125 187,5 2 Ватман 8 листов 5 40 3 Бумага миллиметровая 3 метра 3 9 4 Ручка синяя 1 шт. 3 3 5 Карандаш простой 1 шт. 5 5 6 Резинка 1 шт. 2 2 7 Линейка 2 шт. 5 10 8 Написание чертежей на графопостроителе 8 листов 70 560 Всего: 821,5
Таблица 3.2.2 – Затраты
на приобретение необходимых приборов и материалов № п/п Наименование приборов и материалов Единицы измерения Количество Стоимость, руб. За 1 шт. Общая 1 Гетинакс фольгированный двухсторонний 30 5 150 2 Провод (медный) м 10 3 30 3 Раствор хлорного железа л 5 40 200 4 Резисторы (разных номиналов) шт. 1200 2 2400 5 Конденсаторы (разных номиналов) шт. 800 2 1600 6 Микросхемы шт. 40 5 200 7 Транзисторы и диоды шт. 75 3 225 8 Паяльник шт. 1 60 60 9 Канифоль уп. 2 24 48 10 Припой кг 0,2 120 24 11 Нитра – лак кг 0,2 100 20 12 Растворитель л 0,5 60 30 13 Частотомер шт. 1 1320 1320 14 Осциллограф шт. 1 1400 1400 15 Термостат шт. 1 1000 1000 16 Градусник шт. 1 160 160 17 Амперметры шт. 3 200 600 18 Вольтметры шт. 3 200 600 19 Генератор шт. 1 1200 1200 20 Инструмент (разный) – – 10000 10000 ВСЕГО: 21267
Для расчета заработной
платы рабочих определяются следующие показатели:
а) Списочная численность: ;
б) Часовая тарифная ставка инженер: ;
рабочего:
;
в) Эффективный фонд времени:
(3.2.1)
где – эффективный фонд времени, ч;
– продолжительность
рабочего дня, ч;
– эффективный фонд
времени дн.
; (3.2.2)
г) Прямой фонд заработной
платы инженера:
(3.2.3)
где – прямой фонд оплаты по тарифу, руб.;
– часовая тарифная
ставка инженера, руб.;
– часовая тарифная ставка рабочего,
руб.;
– эффективный фонд
времени, ч;
; (3.2.4)
д) Премия:
(3.2.5)
где – премия специалиста, руб.;
– прямой фонд оплаты
по тарифу, руб.
; (3.2.6)
е) Основной фонд заработной
платы:
; (3.2.7)
где – основной фонд зарплаты, руб.;
– прямой фонд
зарплаты по тарифу, руб.;
– премия, руб.
; (3.2.8)
Все расчеты, приведенные
выше, сводятся в (таблицу 3.2.3)
Таблица 3.2.3 – Расчет
основного фонда заработной платы рабочего № п/п Показатели Обозначение Единицы измерения Величина 1 2 3 4 5 1 Списочная численность чел. 2 2 Часовая тарифная ставка руб. 10 руб. 6 3 Эффективный фонд времени час. 512 4 Прямой фонд зарплаты по тарифу руб. 8192 5 Премия руб. 2048 6 Основной фонд зарплаты руб. 10240
Итого, заработная плата двух человек за 3 месяца разработки схемы составляет
10240 рублей.
Отчисления на
социальные нужды составляют 38,5 %, в
том числе: в пенсионный фонд – 28 %,
городской центр занятости – 1,5 %,
медицинское страхование – 3,6 %,
социальное страхование – 5,4 %, от
основного фонда заработной платы рабочих.
Заработная плата
с отчислениями на социальные нужды:
, (3.2.9)
где – заработная плата
специалиста с отчислениями на социальные нужды, руб.;
– основной фонд
заработной платы, руб.
(3.2.10)
Прочие расходы:
, (3.2.11)
где – прочие расходы, руб.;
– основной фонд
заработной платы, руб.
(3.2.12)
Итого,
стоимость изготовления схемы измерительного комплекса составляет:
, (3.2.13)
где – стоимость разработки схемы, руб.;
– стоимость приборов
и материалов по смете, руб.;
– заработная плата с
отчислением на социальные нужды, руб.;
– прочие расходы,
руб.
(3.2.14)
Эксплуатационные расходы.
Затраты на электроэнергию:
а) Суммарная мощность по
приборам в день составляет: ;
б) Стоимость за 1 кВт по тарифу: ;
.
в) Эффективный фонд времени в часах:
, (3.2.15)
где – эффективный фонд времени, ч;
– эффективный фонд
времени, дн;
– продолжительность
смены, ч.
; (3.2.16)
; (3.2.17)
где – затраты на электроэнергию в год, руб.
; (3.2.18)
Таблица 3.2.4 – Сведем все расходы в таблицу Статьи затрат Сумма, руб. 1. Затраты на разработку схемы 821,5 2. Стоимость схемы: Стоимость приборов и материалов 21267 Изготовление и наладка схемы 14182,4 3. Эксплуатационные расходы: Затраты на электроэнергию 640,8 Итого расходов: 36911,7
3.3 Вычисление
экономической выгоды
Теперь сравним затраты полученные при разработке схемы вихревых
расходомеров с помощью ЭВМ и обычным способом. Составим таблицу:
Таблица 3.3.1 № Способ Сумма, руб. Проценты % 1 С помощью ЭВМ 2752,02 100 2 Обычным способом 36911,7 1341
Из
таблицы видно, что при разработке схемы первый способом, получилось в 13,4 раз меньше затрат, чем при
разработке схемы втором способом. При этом нужно также учитывать тот факт, что
на разработку и доводку, даже несложной схемы, уходит не 3 месяца, а намного
больше времени. К тому же, в разработке схемы обычным способом, чаще всего
принимают участие два человека: один разрабатывает схемы, меняет параметры
элементов, а второй вытравливает и собирает платы по чертежам первого, а при разработке
схемы на компьютере, достаточно одного человека – оператора. Поэтому можно считать,
что первый способ при помощи ЭВМ, намного эффективнее и дешевле, чем второй.
При усложнении разрабатываемой схемы, экономический выигрыш растет в геометрической
прогрессии.
4
Безопасность и экологичность
4.1 Анализ условий труда при проведении эксперимента
По природе действия опасные и вредные производственные факторы
подразделяются на четыре класса: [41]
- физические;
- химические:
а) по характеру
воздействия на организм человека;
б) по пути
проникновения в организм человека;
- биологические;
- психофизиологические:
а) физические
перегрузки;
б)
нервно–психические.
Разработка
электронной схемы происходит с помощью ЭВМ. Работа оператора ПЭВМ относится к
категории работ, связанных с опасными и вредными условиями труда. В процессе
труда на оператора ПЭВМ оказывают действие следующие опасные и вредные
производственные факторы:
физические:
-
повышенные
уровни электромагнитного излучения;
-
повышенные
уровни рентгеновского излучения;
-
повышенные
уровни ультрафиолетового излучения;
-
повышенный
уровень инфракрасного излучения;
-
повышенный
уровень статического электричества;
-
повышенные
уровни запыленности воздуха рабочей зоны;
-
повышенная
влажность воздуха рабочей зоны;
-
пониженная
подвижность воздуха рабочей зоны;
-
повышенный
уровень шума;
-
пониженный
уровень освещенности;
-
повышенный
уровень прямой блесткости;
-
повышенный
уровень отраженной блесткости;
-
неравномерность
распределения яркости в поле зрения;
-
повышенная
яркость светового изображения;
-
повышенный
уровень пульсации светового потока;
-
повышенное
значение напряжения в электрической цепи замыкание которой может произойти
через тело человека;
психофизиологические;
физические перегрузки
-
длительные
статические нагрузки;
нервно–психические перегрузки
-
интеллектуальные
нагрузки;
-
напряжение
зрения;
-
напряжение
внимания;
-
эмоциональные
нагрузки;
-
монотонность
труда;
-
большой
объем информации обрабатываемой в единицу времени;
4.2 Класс и категории
лаборатории
Лаборатория
расположена в здании НПКП «Фотон» на территории городского таксопарка. В
лаборатории размещены ЭВМ, поверочная установка, измерительные приборы.
В
помещении лаборатории имеются горючие, трудногорючие и негорючие твердые
вещества, и материалы, используемые для отделки помещения и при проведении
сборки. Горючими веществами являются столы, канифоль, стулья, стройматериалы.
Негорючими веществами являются припой, гетинакс. По взрывопожарной и пожарной
опасности помещение лаборатории относится к категории В – пожароопасное [19].
По
степени опасности поражения людей электрическим током помещение лаборатории
относится к классу «помещение с повышенной опасностью», так как имеется
возможность одновременного прикосновения человека к имеющим соединения с землей
металлоконструкциям здания и к металлическим корпусам электрооборудования [20].
4.3 Меры безопасности
при проведении работ
4.3.1 Защита от возможного поражения
электрическим током
В
качестве защиты от поражения электрическим током в лаборатории используется
контурное заземление. Стальной проводник располагается по периметру лаборатории
на высоте 0,6 метров от пола. Проводник подсоединен к электрощиту.
Внутренняя
защищенная электропроводка находится в металлических защитных трубах. Поэтому,
оператор при работе на ЭВМ не имеет доступа к открытым токоведущим частям.
В
лаборатории применяют средства индивидуальной защиты для обслуживающего
персонала от поражения электрическим током: резиновые коврики, резиновые
перчатки, инструмент с изолированными ручками. [20]
В
целях предупреждения работающих об опасности поражения током в лаборатории
вывешены хорошо видимые плакаты.
Проведя
анализ по защите от возможного поражения электрическим током в лаборатории,
можно сделать вывод, что в лаборатории предусмотрены меры безопасности в
соответствии с нормами [21, 22].
Для защиты глаз оператора от излучений дисплея
используется экранный защитный фильтр класса «полная защита». Так же имеется
уголок психологической разгрузки в котором оператор снимает зрительную нагрузку
и статические нагрузки возникающие в теле в результате длительного сидения в
одном положении.
В
соответствии с установленными Правилами по охране труда с оператором ЭВМ
проводится инструктаж согласно инструкции по охране труда [23,
Приложение А].
4.3.2 Общие
требования по охране труда
4.3.2.1
К
работам оператором ЭВМ допускаются:
-
лица
не моложе 18 лет, прошедшие обязательный при приеме на работу и ежегодные
медицинские освидетельствована на предмет пригодности для работы на ЭВМ, ПЭВМ и
ВДТ в соответствии с требованиями приказа Минздрава РФ № 90 и совместно с
Госкомсанэпиднадзором РФ № 280/88;
-
прошедшие
вводный инструктаж по охране труда;
-
прошедшие
обучение безопасным приемам и методам труда по программе, утвержденной
руководителем предприятия (работодателем), разработанной на основе Типовой
программы, и прошедшие проверку знаний, в том числе по электробезопасности с
присвоением 1–й квалификационной группы по электробезопасности;
-
прошедшие
курс обучения принципам работы с вычислимой техникой, специальное обучение по
работе на персональном компьютере с использованием конкретного программного
обеспечения;
-
инструктаж
по охране труда на конкретном рабочем месте по данной инструкции;
-
на
основании требований п.10.3. Санитарных правил и норм «Гигиенические требования
к видеодисплейным терминалам, персональным электронно–вычислительным машинам и
организация работы» «женщины со времени установления беременности и в период
кормления ребенка грудью к выполнению всех видов работ, связанных с
использованием ПЭВМ. не допускаются» [28];
4.3.2.2
Операторы
ПЭВМ обязаны соблюдать правила внутреннего распорядка предприятия;
4.3.2.3
Операторы
ПЭВМ обязаны соблюдать режимы труда и отдыха:
- продолжительность рабочего
дня – 8 часов (с 800 до 1700);
- перерыв на обед – 1 час (с
1200 до 1300);
- технический перерыв 15 минут
(через каждые пол часа непрерывной работы).
4.3.2.4 Средствами индивидуальной
защиты оператора являются; белый х/б халат темного цвета с антистатической
пропиткой, экранный защитный фильтр масса «полная защита», специальные спектральные
очки;
4.3.2.5 ПЭВМ может являться причиной
пожара, т.к. при его эксплуатации может возникнуть искра от короткого
замыкания, поэтому необходимо соблюдать требования электробезопасности;
4.3.2.6 Пострадавший (оператор) или
свидетель происшествия обязаны уведомить администрацию о возникшем несчастном
случае, неисправности оборудования;
4.3.2.7 Оказание первой
(доврачебной) помощи имеют право лица обученные оказанию первой помощи;
4.3.2.8 Оператор ПЭВМ обязан
соблюдать правила личной гигиены, с требованиями которых он был ознакомлен в
процессе обучения безопасным приемам труда;
4.3.2.9 За нарушение требований инструкции
работник привлекается к следующим видам ответственности: дисциплинарной,
уголовной, материальной, в соответствии с нормативными актами.
4.4 Меры обеспечения санитарно–гигиенических условий
труда.
4.4.1
Характеристика помещения при проведении работ.
Помещение
лаборатории находится в здании НПКП «Фотон», которое расположено на территории
городского таксопарка. Помещение предназначено для проведения поверочных работ
на проливочной установке и проведения сборки счетчиков холодной воды СХВВ.
Лаборатория представляет собой два прямоугольных помещения. Первое
предназначено для проведения поверки. Второе находится на втором этаже и
предназначено для расположения ЭВМ. Площадь первого составляет 180м2.
Площадь второго 37,2м2. Лаборатория имеет один выход, который
используют для входа в помещение ремонтной мастерской. В лаборатории где
расположена ЭВМ отсутствуют окна, поэтому предусмотрено искусственное освещение,
которое обеспечивается светильниками типа «Глубокоизлучатель». Также на столе
оператора предусмотрено местное освещение.
Поверочная
установка находится на первом этаже и расположена вдоль стены.
Площадь
помещения на одного человека составляет:
(4.4.1.1)
где – площадь помещения, м2;
– длина помещения, м;
– ширина помещения,
м;
– количество человек,
чел.
(4.4.1.2)
Объем помещения на одного человека
составляет:
(4.4.1.3)
где – объем помещения, м3;
– длина помещения, м;
– ширина помещения,
м;
– высота помещения,
м;
– количество человек,
чел.
(4.4.1.4)
Площадь
и объем помещения превышают минимальный размер на одного рабочего,
предусмотренного гигиеническими требованиями (4,5 м2 и 15 3м
соответственно) [25].
Потолок
и стены окрашены в светло–синий цвет, что благоприятно действует на зрительные
анализаторы.
4.4.2 Устройство и
организация рабочего места с учетом требований эргономики
Постоянным
рабочим местом является то место, на котором работающий находится более двух
часов или 50% рабочего времени непрерывно [24].
Организация
рабочего места в основном заключается в выборе рабочей позы, определение
рабочей зоны. При правильно выбранной рабочей позе, которая зависит от
характера движений, оператор выполняет работу с минимальной затратой энергии,
совершая безопасные движения с наименьшей утомленностью. Рабочая поза должна
быть устойчивой, чтобы оператор не прилагал чрезмерных мышечных усилий.
При
проектировании оборудования и организации рабочего места следует учитывать
антропометрические показатели женщин и мужчин. Так как работу оператора
выполняет мужчина, то рабочее место должно быть организовано в соответствии с
этим.
Так
как оператор выполняет легкую физическую работу, не требующую свободного
перемещения, то рабочее место организовано для выполнения работ сидя.
При
выполнении легких работ нормативные числовые значения:
высота
рабочей поверхности не менее 725 мм;
высота
сидения не менее 420 мм.
Рабочее
место оператора состоит из стола, поверхность которого 1550х1000 мм, высота
стола 760 мм и стула, его высота 430 мм.
Органы
управления (клавиатура, монипулятор «мышь») на рабочей поверхности размещены с
учетом требований предъявленных ГОСТ 22269–76.
Средства
отображения информации ВДТ расположены вертикально на рабочей поверхности в
соответствии с ГОСТ 22269–76.
Таким
образом, рабочее место в лаборатории организовано в соответствии с требованием
стандартов, технических условий и методических указаний.
Для
создания условий, способствующих уменьшению производственного утомления,
связанного с накоплением усталости при вынужденном положении головы и корпуса,
повышению эффективности труда за счет улучшения кровоснабжения зрительного
анализатора, предупреждению ряда заболеваний шейного отдела позвоночника и
поясницы рекомендуется для оператора стул специальной конструкции (с
регулируемой высотой и возможностью вращения вокруг оси). Он предназначен для
оптимизации позы при зрительно напряженных видах труда, выполненных сидя [26, 27].
4.4.3 Характеристика систем искусственного освещения
Достижение
условий оптимального восприятия зрительной информации достигается при создании
высокого уровня освещенности лаборатории и благоприятном сочетании цветового
оформления.
Зрительная
работа относится к 4б разряду средней точности. Контраст объекта различения с
фоном средний. [29] .
Естественное
освещение отсутствует. Помещение лаборатории оборудовано системой общего
равномерного освещения, тип светильников – «Глубокоизлучатель». Общее
количество светильников – 3.Количество рядов – 1. Расстояние между
светильниками – 2,4м Высота подвеса составляет 2,5 м. Для улучшения различения
мелких предметов и для возможности изменения направления светового луча.
Измеренная
люксметром искусственная освещенность в лаборатории составляет , что соответствует нормативным требованиям [29]
4.4.4. Характеристика микроклимата помещения лаборатории
Микроклимат
характеризуется показателями:
1
температура воздуха;
2
относительная влажность воздуха;
3
скорость движения воздуха;
4 –
интенсивность теплового излучения.
Различают
оптимальные и допустимые микроклиматические условия. Параметры микроклимата
производственных помещений устанавливают с учетом характера производственных
помещений, периода года, категории тяжести выполняемых работ с учетом
постоянных или не постоянных рабочих мест.
По
категории тяжести физическая работа в лаборатории относится к категории 1а –
легкие физические работы. Работы выполняют сидя, стоя или связанные с ходьбой,
но не требующие больших физических затрат или поднятия и переноса тяжестей.
Для
обеспечения нормальной работы за пультом управления ЭВМ необходимо создать и
поддерживать такие параметры микроклимата, чтобы человек, находившийся в данном
помещении, как можно больше времени не испытывал дискомфорта, сохранял
нормативное функциональное и тепловое состояние организма.
Таблица 4.1 –
Допустимые и оптимальные нормы температуры, относительной влажности и скорости
движения воздуха в рабочей зоне помещения лаборатории [24]. Период Года Температура °С (нормативная) Относительная Влажность % (нормативная) Скорость движения м/с (нормативная) Допустимая Оптимальная Допустимая Оптимальная Допустимая Оптимальная Холодный 25–21 22–24 75 40–60 не более 0,1 0,1 Теплый 28–22 23–25 55 40–60 0,1–0,2 0,1
Параметры
микроклимата в лаборатории не контролируются. В лаборатории температура
окружающей воздушной среды определяется с помощью термометра. Для определения
относительной влажности воздуха рекомендуется использовать психрометр Августа.
[24, 30]
Анализ
микроклимата лаборатории позволяет сделать вывод, что по некоторым параметрам
микроклимат не соответствует норме, в частности в помещении температура воздуха
не соответствует нормам, т. к находится в нерабочем состоянии система водяного
отопления. Для улучшения микроклимата рекомендуется либо отремонтировать
систему водяного отопления, либо установить электрические обогреватели.
В
лаборатории предусмотрено водяное отопление. По периметру всего помещения
расположено 40 штук теплообменников типа «Комфорт» с расчетной тепловой
мощностью 1,0 кВт каждая. [31]
4.4.5 Характеристика системы вентиляции
Вентиляция
одно из важнейших средств обеспечения нормальных санитарно – гигиенических
условий труда.
В
зависимости от назначения вентиляция подразделяется на вытяжную и приточную. В
лаборатории установлена поверочная установка и расположен ЭВМ поэтому влажность
и загазованность превышают норму. Для приведения относительной влажности и
загазованности в норму в лаборатории предусмотрена приточно–вытяжная
вентиляционная установка: для удаления влажности воздуха ВУ–2, для подачи
свежего воздуха ПУ–2, с постоянным режимом работы. При работе ЭВМ выделяемые
вещества распространяются по всему периметру лаборатории, поэтому в качестве
рекомендации нужно установить местную вытяжную вентиляционную установку. [32]
4.5 Личная безопасность при проведении эксперимента
4.5.1 Обучение безопасным методам работы
Лаборатория,
где проводится поверка поверочной установки, относится к помещениям с
повышенной опасностью, поэтому очень важно соблюдать дисциплину, быть
внимательным и осторожным. К работе допускаются лица, прошедшие специальное
обучение и имеющие соответствующую квалификационную группу по технике
безопасности. Все работы, связанные с обслуживанием, ремонтом электропривода,
должен выполнять только электротехнический персонал.
К
работам по обслуживанию электроустановки допускаются лица не моложе 18 лет и
прошедшие предварительный и периодический медицинский осмотр, а также обученные
безопасным способам работы и оказанию первой доврачебной помощи при
электрических травмах, прошедшие инструктаж, проверку знаний по технике
безопасности и имеющие соответствующую квалификационную группу по технике
безопасности.
Обучение
производится под руководством опытного работника из числа электротехнического
персонала данного предприятия и под контролем административно–технического
лица, ответственного за эксплуатацию данной установки.
Обучаемый
может производить оперативные переключения, осмотры или иные работы в
электроустановке только с разрешением и под надзором обучающего.
Ответственность
за правильность действия обучаемого и соблюдение им Правил, а также правил
техники безопасности несет обучающий и сам обучаемый [21, 33].
По
окончании сроков обучения обучаемый проходит в специальной комиссии проверку
знаний по Правилам, эксплуатационным и должностным инструкциям, техминимуму по
обслуживаемому оборудованию.
После
проверки знаний каждый работник оперативно – ремонтного персонала, то есть
электромонтер данной лаборатории, проходит стажировку продолжительностью не
менее две недели под руководством опытного работника, после чего он может быть
допущен к самостоятельной оперативной работе и ему присваивается 4
квалификационная группа.
Периодическая
проверка знаний персонала по Правилам, ПТБ, производственным инструкциям и
инструкциям по охране труда производится в следующие сроки:
a)
один
раз в год – для электромонтера, который обслуживает проливочную установку.
b)
один
раз в три года – для оператора и инженера–метролога, которые непосредственно
ведут поверку проливочной установки.
Лица,
допустившие нарушение Правил, ПТБ или производственный инструктаж, подвергаются
внеочередной проверке знаний [21].
Каждому
работнику успешно прошедшему проверку, выдается установленной формы
удостоверение о проверке знания Правил с присвоением квалификационной группы.
С
целью овладения персоналом наиболее совершенными методами работы, повышения
знаний по устройству и эксплуатации установки рекомендуется организовывать:
а) проведение противоаварийных тренировок на рабочих местах для обучения
наилучшим способам и приемам быстрого предупреждения и ликвидации неполадок и
аварий;
б) периодический (не менее одного раза в квартал) производственный инструктаж
непосредственно на рабочих местах для обучения персонала правильному и
безопасному уходу за оборудованием, рациональным методам работы и устранению возможных
неполадок [34, 21, 33].
Так
как на предприятии отсутствует инструкция по охране труда для операторов ЭВМ,
то темой индивидуального задания оп безопасности жизнедеятельности было выбрана
разработка этой инструкции. (см. Приложение А)
4.5.2 Применение средств индивидуальной защиты
Обеспечение
защиты от возможного проникновения вредных веществ через кожу и органы дыхания
производится в соответствии с действующими нормами и выполняемыми операциями.
Все работающие знают составы, с которыми им приходится контактировать, а также
признаки поражения химическими веществами, правила оказания первой помощи.
Для
защиты от случайного поражения током электромонтеры должны быть снабжены
диэлектрическими перчатками, ковриками, диэлектрическими калошами или ботами,
очками и инструментом с изолированными ручками.
В
лаборатории НПКП «Фотон» для защиты от случайного поражения током электромонтер
снабжен диэлектрическими перчатками, диэлектрическими калошами, инструментами с
изолированными ручками: плоскогубцы, разводные ключи, отвертки и так далее.
Для
оператора, который работает за пультом управления, предусмотрены резиновые
коврики размером 75х75 см.
В
сырых помещениях диэлектрические свойства ковриков резко ухудшаются, поэтому в
таких помещениях вместо ковриков рекомендуется применять изолирующие подставки
размером не менее 50х50 см без металлических деталей.
Так
же рекомендуется хранить защитные диэлектрические средства в закрытых шкафах
отдельно от инструмента в помещении с положительной температурой, а так же
подвергать защитные диэлектрические средства периодическим испытаниям в
следующие сроки:
халат
через двенадцать месяцев;
перчатки
через шесть месяцев;
калоши
через три года [34, 21].
4.5.3 Наличие
санитарно–бытовых помещений и устройств
В
здании НПКП «Фотон» предусмотрены санитарно–бытовые помещения: гардероб,
уборная, комната для курения, устройство питьевого водоснабжения.
Санитарно
бытовые помещения расположены на первом этаже здания НПКП «Фотон», в котором
находится лаборатория.
Так
как списочная численность работающих не превышает 30 человек, то предусмотрен
общий гардероб. Расстояние от рабочего места до уборной, комнаты для курения,
до устройства питьевого водоснабжения составляет около 20 м. В здании НПКП
«Фотон» расположена одна общая уборная, так как численность работающих не
превышает 15 человек.
Все
санитарно–бытовые помещения здания НПКП «Фотон» соответствуют нормам [35, 25].
4.5.4 Организация питания, питьевого водоснабжения, режима труда и
отдыха
Продолжительность
рабочего дня для работников НПКП «Фотон» составляет 8 часов. Время работы: с 8
часов до 17 часов с перерывом на обед. Время на обед составляет один час: с 12
часов и до 13 часов. [36, 37]
Так
как численность работающих менее 30 человек, то предусмотрена комната для
приема пищи, где находятся столы и стулья для обеда, электрическая плита, на
которой можно приготовить или подогреть еду, холодильник и умывальник (который
используется в качестве источника питьевого водоснабжения) [25, 37].
4.6 Средства и
способы пожаротушения
Пожар
в лаборатории возможен при коротком замыкании в электропроводке, при небрежном
обращении с огнем, при несоблюдении правил пожарной безопасности на
предприятии.
Пожар
в лаборатории возможен при коротком замыкании в электропроводке, при
несоблюдении правил пожарной безопасности на предприятии.
Для
того чтобы не возник пожар в лаборатории, каждый работник проходит инструктаж:
вводный
инструктаж, который проводит инспектор из пожарной охраны, прикрепленный к
данному участку;
на
рабочем месте работника знакомят с первичными средствами пожаротушения,
правилами их приведения в действие, средствами вызова пожарной помощи.
В
здании НПКП «Фотон» предусмотрена система водоснабжения для хозяйственных нужд
и противопожарное водоснабжение. На противопожарных водопроводах установлены пожарные
краны, расположенные на высоте 1,3м от пола и на расстоянии 5м друг от друга,
чтобы их струи вводы могли пересекаться, что соответствует нормативным
требованиям [38].
Из
числа первичных средств пожаротушения в лаборатории имеются два огнетушителя ОУ–8
(ручные углекислые огнетушители), два огнетушителя ОПС–10 (переносные
порошковые огнетушители). Все эти огнетушители предназначены для тушения
возгорания в помещениях с электрооборудованием, находящимся под напряжением.
[39]
В
каждой комнате здания НПКП «Фотон» на стене вывешен план эвакуации составленный
в соответствии со всеми требованиями. [40]
В
здании НПКП «Фотон» предусмотрена комната для курения, которая расположена на
первом этаже производственных помещений.
В
лаборатории есть тепловые датчики пожарной сигнализации, в случае пожара
сигнал, от которых поступает на пульт пожарной охраны. В помещении сборки
счетчиков есть телефон, по которому можно вызвать пожарную команду [38].
Заключение
В данной работе были рассмотрены основные аспекты
моделирования электронных схем на ЭВМ. Первая глава работы посвящена
рассмотрению истории развития метода моделирования и положении дел на
сегодняшний день. Во второй главе было рассмотрено в качестве примера
разработка схемы вихревого расходомера. Были рассмотрены и проверенны в
различных режимах работы все основные блоки этой схемы. В частности, нами был
смоделирован сигнала поступаемый с КК ППВК на усилитель, детально рассмотрена
работа усилителя и амплитудного детектора, приведены графики и характеристики
снятые в разных точках схемы. Из проведенного исследования стало видно, что
выбранный нами усилитель имеет очень хорошие показатели и лучше всего подходит
для использования в схеме вихревого расходомера. Этот усилитель имеет
достаточно большой коэффициент усиления, который не сильно зависит от
напряжения питающего этот усилитель и температуры окружающей среды, и очень
дешев т.к. он очень прост и имеет небольшое количество элементов. Стабильность
работы данной схемы при различных внешних воздействиях очень важна, т.к. данный
водосчетчик работает от аккумуляторных батарей и предназначен для измерения
расхода воды температура которой может колеблется в широких пределах. В
экономической части работы приведен сравнительный анализ затрат получаемых при
моделировании электронных схем обычным способом, т.е. макетированием, и при
моделировании их на компьютере. В разделе безопасности и экологичности работы
рассмотрены вопросы, связанные с охраной здоровья и мерами безопасности при
работе на компьютере, также была разработана инструкция по охране труда для
операторов ЭВМ.
На основании всего вышеизложеного становиться
очевидным, что метод моделирования электронных схем рассмотренный в данной
работе является очень перспективным, т.к. макетирование схем таким способом
происходит намного быстрее и экономические затраты на порядок меньше чем при
макетировании обычным способом.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ
ИСТОЧНИКОВ
1.
Автоматизация
схемотехнического проектирования/В. Н. Ильин, В. Т. Фролкин, А. И. Бутко и
др./Под ред. В. Н. Ильина. – М.: Радио а связь, 1987. – 368 с.;
2.
Сквозное
автоматизированное проектирование микроэлектронной аппаратуры/3. Ю. Готра, В.
В. Григорьев, Л. М. Смеркло, В. М. Эйдельнант. – М – : Радио я связь, 1989. –
280 с.;
3.
Проектирование
СБИС: Пер. с япон./Ватамабэ М., Асада К., Канн К., Оцуки. Т. – М.: Мир, 1988. –
304 с.;
4.
Влах
И., Сингхал К. Машинные методы анализа и проектирования электронных схем: Пер.
с англ. – М.: Радио и связь, 1988. – 560
с.;
5.
Автоматизированное
проектирование цифровых устройств/С. С. Барулин, Ю. М. Барнаулов, В. Л.
Бердышев и др.–М.: Радио и связь, 1981. – 240 с.;
6.
Кулон
Ж.-Л., Сабоннадьер Ж.-К. САПР в электротехнике: Пер, с франц.–М.: Мир, 1988. –
208 с.;
7.
Баталов
Б. В., Егоров Ю. Б., Русаков С. Г. Основы математического моделирования больших
интегральных схем на ЭВМ. – М.: Радио и связь. 1982. – 168 с.;
8.
Чахмахсазян
Е. А., Мозговой Г. П., Силин В. Д. Математическое моделирование и
макромоделирование биполярных элементов электронных схем.–М.: Радио и связь,
1985. – 144 с.;
9.
Системы
автоматизированного проектировании в радиоэлектронике/Е. В, Авдеев, А. Е.
Еремин, И. П. Норенков, М. И. Песков. Под ред. И. П. Норенкова.–М.: Радио .и
связь, 1986.–368 с.;
10.
Кренкель
Т. Э., Коган А. Г., Тараторкин А. М. Персональные ЭВМ в инженерной практике. –
.М.: Радио и связь, 1989. – 337 с.;
11.
Tuinenga P. W. SPICE: A guide to circuit
simulation using PSPICE. – Prentice Hall, 1988. – 200 p.;
12.
Чоговадзе
Г. Г. Персональные компьютеры, – М,: Финансы и статистика, 1989. – 208 с.;
13.
Милн
Б. Усовершенствованные САПР электронных схем на базе ПЛИС// Электроника. – 1989, – № 8. – С. 61 – 67;
14.
Бергхаузер
Т., Шлив П. Система автоматизированного
проектирования AutoCAD: Пер. с англ. – М.: Радио и
связь, 1989. – 256 с.;
15.
Масалович
А. И. P–CAD для любых плат//Интеркомпьютер. – 1990. – № 2. – С. 33–36.;
16.
Micro–Cap and Micro–Logic//Byte. – 1986. – Vol.
11. – № 6. – p. 186.;
17.
Micro–Cap III. Third–generation interactive
circuit analysis//Byte. – 1989.–Vol. 14. – № 4. – P. 81.;
18.
Разевиг
В. Д. Моделирование аналоговых электронных устройств на персональных ЭВМ.–М.:
Изд–во МЭИ, 1992. – 162 с.;
19.
НПБ
105–95. Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной
опасности, – М: Главное управление государственной противопожарной службы МВД
России, 1995;
20.
Долин
П.А. Справочник по охране труда. – М.:Энергоатомиздат, 1985.– 823с.;
21.
Правила
технической эксплуатации электроустановок потребителей и Правила техники
безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей, – М: Атомиздат,
1972;
22.
ГОСТ
12.1.03.0–83 ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление. М.;
Госстандарт, 1983;
23.
ГОСТ
12.0.004–90 ССБТ. Организация обучения безопасности труда. Общие положения. М.;
Госстандарт, 1990;
24.
ГОСТ
12.1.005–88 ССБТ. Общие санитарно–гигиенические требования к воздуху рабочей
зоны. М.; Госстандарт, 1988;
25.
СНиП
2.09.04–87. Административные и бытовые здания, – М: Госстройкомитет СССР, 1988;
26.
ГОСТ
12.2.032–78 ССБТ. Рабочее место при выполнении работ сидя. Общие эргономические
требования. М.; Госстандарт, 1978;
27.
Охрана
труда и окружающей среды. Научно–технические достижения и передовой опыт.
Вып.1. Охрана труда, – М: ЦБНТИ, 1991;
28.
СанПиН
2.2.2.542–96, Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, ПЭВМ и
организация работы. – М.: Госкомсанэпиднадзор России, 1996, 55 с.;
29.
СНиП
23–05–95. Естественное и искусственное освещение, – М: Минстрой России, 1995;
30.
Крамарухин
Ю. Е. Приборы для измерения температуры. – М.: Машиностроение, 1990. – 208 с.:
ил.;
31.
СаНПин
2.2.1/2.1.1.567 Санитарно–защитные зоны и санитарная классификация предприятий,
сооружений и объектов. – М: Минздрав России, 1997, – 47 с.;
32.
Проектирование
промышленной вентиляции. – Киев: Будивильник, 1983;
33.
Правила
устройства электроустановок, – М.–Л: Энергоиздат,1982;
34.
Л.Д.
Гинзбург – Шик, М.З. Зарипов. Справочное пособие по технике безопасности, – М:
Энергоатомиздат, 1990;
35.
ГОСТ
2874–82. Вода питьевая. М.; Госстандарт, 1982;
36.
Основы
законодательства РФ об охране труда, – М: Госкомитет РФ по высшему образованию,
1993;
37.
КЗоТ
РФ, – М: Юридическая литература, сост. на 10.04.96;
38.
СНиП
2 04.09–84. Пожарная автоматика зданий и сооружений, – М, 1985;
39.
ППБ–01–93
Правила пожарной безопасности в Российской федерации. – М.: Инфра, М, 1994 –
144 с.
40.
СНиП
21–01–97 Пожарная безопасность зданий и сооружений, – М: Государственный
комитет по жилищной и строительной политике, 1997;
41.
ГОСТ
12.0.003–81 ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация М.;
Госстандарт СССР, 1981;
42.
Кремлевский
П.П. Расходомеры и счетчики количества. Л., Машиностроение, 1989;
43.
А.Л.Ротинян,
К.И.Тихонов, И.А.Шошина Теоретическая электрохимия. Л., Химия, 1981;
44.
Антропов
Л.И. Теоретическая электрохимия. М., Высшая школа, 1969;
45.
Гальванотехника
благородных и редких металлов. М.-Л., Машиностроение, 1989;
46.
Е.А.
Зельдин. Цифровые интегральные микросхемы в информационно-измерительной
технике. Л. Энергоатомиздат, 1986;
47.
Хоровиц
П., Хилл У. Искусство схемотехники (в двух томах): Пер. с англ. М., Мир. 1983.
Приложение
А
НПКП
«Фотон»
Инструкция
по охране труда для
операторов
ЭВМ
г.
Красноярск 1999 г.
НПКП
«Фотон»
Утверждено: Утверждено:
Соответствующий выборный Директор НПКП «Фотон»
профсоюзный орган
Волынкин В.Н.
Инструкция
по охране труда для
операторов
ЭВМ
1
Общие требования по охране
труда
1.1
К
работам оператором ЭВМ допускаются:
-
лица
не моложе 18 лет, прошедшие обязательный при приеме на работу и ежегодные
медицинские освидетельствована на предмет пригодности для работы на ЭВМ, ПЭВМ и
ВДТ в соответствии с требованиями приказа Минздрава РФ № 90 и совместно с
Госкомсанэпиднадзором РФ № 280/88;
-
прошедшие
вводный инструктаж по охране труда;
-
прошедшие
обучение безопасным приемам и методам труда по программе, утвержденной
руководителем предприятия (работодателем), разработанной на основе Типовой
программы, и прошедшие проверку знаний, в том числе по электробезопасности с
присвоением 1–й квалификационной группы по электробезопасности;
-
прошедшие
курс обучения принципам работы с вычислимой техникой, специальное обучение по
работе на персональном компьютере с использованием конкретного программного
обеспечения;
-
инструктаж
по охране труда на конкретном рабочем месте по данной инструкции;
-
На
основании требований п.10.3. Санитарных правил и норм «Гигиенические требования
к видеодисплейным терминалам, персональным электронно–вычислительным машинам и
организация работы» «женщины со времени установления беременности и в период
кормления ребенка грудью к выполнению всех видов работ, связанных с использованием
ПЭВМ. не допускаются» [29];
1.2
Операторы
ПЭВМ обязаны соблюдать правила внутреннего распорядка предприятия;
1.3
Операторы
ПЭВМ обязаны соблюдать режимы труда и отдыха:
-
продолжительность
рабочего дня – 8 часов (с 800 до 1700);
-
перерыв
на обед – 1 час (с 1200 до 1300);
-
технический
перерыв 15 минут (через каждые пол часа непрерывной работы).
1.4
Работа
оператора ПЭВМ относится к категории работ, связанных с опасными и вредными условиями
труда. В процессе труда на оператора ПЭВМ оказывают действие следующие опасные
и вредные производственные факторы:
физические:
-
повышенные
уровни электромагнитного излучения;
-
повышенные
уровни рентгеновского излучения;
-
повышенные
уровни ультрафиолетового излучения;
-
повышенный
уровень инфракрасного излучения;
-
повышенный
уровень статического электричества;
-
повышенные
уровни запыленности воздуха рабочей зоны;
-
повышенная
влажность воздуха рабочей зоны;
-
пониженная
подвижность воздуха рабочей зоны;
-
повышенный
уровень шума;
-
пониженный
уровень освещенности;
-
повышенный
уровень прямой блесткости;
-
повышенный
уровень отраженной блесткости;
-
неравномерность
распределения яркости в поле зрения;
-
повышенная
яркость светового изображения;
-
повышенный
уровень пульсации светового потока;
-
повышенное
значение напряжения в электрической цепи замыкание которой может произойти
через тело человека;
-
психофизиологические;
физические перегрузки:
-
длительные
статические нагрузки;
нервно–психические перегрузки:
-
интеллектуальные
нагрузки;
-
напряжение
зрения;
-
напряжение
внимания;
-
эмоциональные
нагрузки;
-
монотонность
труда;
-
большой
объем информации обрабатываемой в единицу времени;
1.2
Средствами
индивидуальной защиты оператора являются; белый х/б халат темного цвета с
антистатической пропиткой, экранный защитный фильтр масса «полная защита»,
специальные спектральные очки;
1.3
ПЭВМ
может являться причиной пожара, т.к. при его эксплуатации может возникнуть
искра от короткого замыкания, поэтому необходимо соблюдать требования
электробезопасности;
1.4
Пострадавший
(оператор) или свидетель происшествия обязаны уведомить администрацию о
возникшем несчастном случае, неисправности оборудования;
1.5
Оказание
первой (доврачебной) помощи имеют право лица обученные оказанию первой помощи;
1.6
Оператор
ПЭВМ обязан соблюдать правила личной гигиены, с требованиями которых он был
ознакомлен в процессе обучения безопасным приемам труда;
1.7
За
нарушение требований инструкции работник привлекается к следующим видам
ответственности: дисциплинарной, уголовной, материальной, в соответствии с
нормативными актами.
2
Требования безопасности
перед началом работы.
2.1
Перед
началом работы оператор обязан:
-
вымыть
лицо и руки с мылом и одеть белый х/б халат;
-
осмотреть
и привести в порядок рабочее место;
-
отрегулировать
освещенность на рабочем месте, убедиться в достаточности освещенности,
отсутствии отражений на экране, отсутствии встречного светового потока;
-
проверить
правильность подключения оборудования в электросеть;
-
убедиться
в наличии защитного заземления и подключения экранного проводника к корпусу
процессора;
-
протереть
специальной салфеткой поверхность экрана и защитного фильтра;
-
убедиться
в отсутствии дискет в дисководах процессора персонального компьютера;
-
проверить
правильность установки стола, стула, подставки для ног, пюпитра, положения оборудования,
угла наклона экрана, положение клавиатуры и, при необходимости, произвести
регулировку рабочего стола и кресла, а также расположение элементов компьютера
в соответствии с требованиями эргономики и в целях исключения неудобных поз и
длительных напряжений тела.
2.2
При
включении компьютера оператор обязан соблюдать следующую последовательность
включения оборудования:
-
включить
блок питания;
-
включить
периферийные устройства (принтер, монитор, сканер и др.);
-
включить
системный блок (процессор);
2.3
Оператор
приступает к работе при:
-
наличии
на ВДТ гигиенического сертификата, включающего оценку визуальных параметров;
-
наличии
информации с результатах аттестации условии труда на данном рабочем месте или
при наличии информации о несоответствии параметров данного оборудования
требованиям санитарных норм;
-
наличии
защитного экранного фильтра класса "полная защита";
-
включенном
заземляющее проводнике защитного фильтра;
-
отсутствии
неисправности оборудования;
-
наличии
защитного заземления устройств ПЭВМ и ВДТ;
-
наличии
углекислотного или порошкового огнетушителя и аптечки первой помощи;
-
соблюдении
гигиенических норм размещения ВДТ (при однорядном расположении менее 1м от
стен, при расположении рабочих мест в колонну на расстоянии менее 1,5м, при
размещении на площади менее 6 кв.м на одно рабочее место, при рядном размещении
дисплеев экранами друг к другу).
3
Требования безопасности во
время работы.
3.1
Оператор
во время работы обязан:
-
выполнять
только ту работу, которая ему была поручена и по которой он был
проинструктирован;
-
в
течение всего рабочего дня содержать в порядке и чистоте рабочее место;
-
держать
открытыми все вентиляционные отверстия устройств;
-
внешнее
устройство «мышь» – применять только при наличии специального коврика;
-
при
необходимости прекращения работы на некоторое время корректно закрыть все
активные задачи;
-
отключать
питание только в том случае, если оператор во время перерыва в работе на
компьютере вынужден находиться в непосредственной близости от видеотерминала
(менее 2 метров), в противном случае питание разрешается не отключать;
-
выполнять
санитарные нормы и соблюдать режимы работы и отдыха;
-
соблюдать
правила эксплуатации вычислительной техники в соответствии с инструкциями по
эксплуатации;
-
при
работе с текстовой информацией выбирать наиболее физиологичный режим представления
черных символов на белом фоне;
-
соблюдать
установленные режимом рабочего времени регламентированные перерывы в работе и
выполнять в физкультпаузах и физкультминутках рекомендованные упражнения для
глаз, шеи, рук, туловища, ног;
-
соблюдать
расстояние от глаз до экрана в пределах 60–80 см.
3.2
Для
оператора во время работы является опасным: касаться одновременно экрана
монитора и клавиатуры; прикасаться к задней панели системного блока
(процессора) при включенном питании; переключение разъемов интерфейсных кабелей
периферийных устройств при включенном питании; загромождать верхние панели
устройств бумагами и посторонними предметами; допускать захламленность рабочего
места бумагой в целях недопущения накапливания органической пыли; производить
отключение питания во время выполнения активной задачи; производить частые
переключения питания; допускать попадание влаги на поверхность системного блока
(процессора), монитора, рабочую поверхность клавиатуры, дисководов, принтеров и
др. устройств; включать сильно охлажденное (принесенное с улицы в зимнее время)
оборудование; производить самостоятельно вскрытие и ремонт оборудования;
превышать величину количества обрабатываемых символов свыше 30 тыс. за 4 часа
работы.
4
Требования безопасности в
аварийных ситуациях.
4.1
Оператор
обязан:
-
во
всех случаях обнаружения обрыва проводов питания, неисправности заземления и
других повреждений электрооборудования, появления запаха гари немедленно
отключить питание и сообщить об аварийной ситуации руководителю и дежурному электрику;
-
при
обнаружении человека, попавшего под напряжение, немедленно освободить его от
действия тока путем отключения электропитания и до прибытия врача оказать
потерпевшему первую медицинскую помощь;
-
при
любых случаях сбоя в работе технического оборудования или программного
обеспечения немедленно вызвав представителя инженерно – технической службы
эксплуатации вычислительной техники;
-
в
случае появления рези в глазах, резком ухудшении видимости – невозможности
сфокусировать взгляд или навести его на резкость, появлении боли в пальцах и
кистях рук, усилении сердцебиения немедленно покинуть рабочее место, сообщить
происшедшем руководителю работ и обратиться к врачу;
-
при
возгорании оборудования, отключить питание и принять меры к тушению очага
пожара при помощи угле кислотного или порошкового огнетушителя, вызвать
пожарную команду и сообщить о происшествии руководителю работ.
4.2
При
возникновении экстремальных ситуаций (наводнение, землетрясение и т.п.)
обратится в соответствующие органы и действовать на основании инструкций
описывающих поведение в этих ситуациях.
5
Требования безопасности
после окончания работы.
5.1
По
окончании работ оператор обязан соблюдать следующую последовательность
выключения вычислительной техники:
-
произвести
закрытие всех активных задач;
-
выполнить
парковку считывающей головки жесткого диска (если не предусмотрена автоматическая
парковка головки);
-
убедиться,
что в дисководах нет дискет;
-
выключить
питание системного блока (процессора);
-
выключить
питание всех периферийных устройств;
-
отключить
блок питания.
5.2
По
окончании работ оператор обязан осмотреть и привести в порядок рабочее место,
повесить халат в шкаф и вымыть с мылом руки и лиц
Разработал:
студент Жуков
И.А.
Согласованно:
директор НПКП «Фотон» Волынкин В.Н.
[1] CAD – аббревиатура от Computer Aided. Design
(англ. автоматизированное проектирование).
Министерство общего и профессионального
образования РФ
СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Факультет Автоматизации и Робототехники
Кафедра
Электротехники
Компьютерное моделирование электронных схем вихревых расходомеров
(030503.000000.030.080.ПЗ)
Дипломник И.А. Жуков
Зав. кафедрой А.А. Вайс
Руководитель М.С. Лурье
Консультанты:
Технологической
части
Конструкторской
части
Научно
исследовательской
части
Безопасности
и экологичности проекта В.Г. Горчакова
Экономической части Л.В. Ладыженко
Нормоконтроль В.Н. Волынкин
|
|
|
