ЗМІСТ

Стор.

ВСТУП…………………………………………………………...5

1 Основи конструювання засобів вимірювальної техніки………………………………6

1.1 Організація процесу конструювання засобів

вимірювальної техніки………………………………………...6

1.2 Науково-дослідні роботи…………………………………..9

1.3 Дослідно-конструкторські роботи…………………........12

1.4 Системний підхід при конструюванні засобів

вимірювальної техніки……………………………………….16

1.5 Види робіт конструктора……………………………........18

2 Правила виконання схем засобів вимірювальної техніки……………………………..27

2.1 Загальні правила виконання схем………………….......27

2.2 Схеми структурні…………………………………………35

2.3 Схеми функціональні…………………….........................36

2.4 Схеми електричні принципові………..............................38

2.5 Схеми з’єднань ………………………………………........44

3 Методи виготовлення та правила виконання креслень друкованих плат..........48

3.1 Методи виготовлення друкованих плат……………….48

3.2 Правила виконання креслень друкованих плат……..52

3.3 Правила виконання складальних креслень

друкованих плат……………………………………………....58

4 Частотні властивості електронних компонентів засобів вимірювальної техніки……………………………………………………....63

4.1 Частотні властивості пасивних компонентів………....63

4.2 Вплив частоти на роботу активних компонентів…….77

5 Електромагнітна сумісність вузлів засобів вимірювальної техніки………………...84

5.1 Рівняння поширення електромагнітного поля у просторі………………………………………………………...85

5.2 Перехресні завади у лініях зв’язку……………………..93

5.3 Розбиття та компонування вузлів засобів вимірювальної техніки……………………………………....99

5.4 Проектування систем заземлення засобів вимірювальної техніки……………………………………..100

6 Проектування захисних екранів……………109

6.1 Розрахунок ефективності екранування плоского суцільного екрану……………………………………………109

6.2 Розрахунок ефективності екранування плоских

екранів з отворами…………………………………………..114

7 Розрахунок радіаторів для потужних напівпровідникових елементів………………..121

7.1 Способи передачі тепла від поверхні нагрітого елементу……………………………………………………….122

7.2 Розрахунок коефіцієнта теплопередачі конвекцією...124

7.3 Розрахунок коефіцієнта теплопередачі випромінюванням…………………………………………...126

7.4 Розрахунок теплових опорів……………………………132

7.5 Розрахунок радіаторів…………………………………..137

8 Конструювання засобів

вимірювальної техніки у відповідності

до вимог технічної естетики…………………...157

8.1 Ергономіка, технічна естетика і якість

конструкції……………………………………………………157

8.2 Художнє оформлення конструкцій ЗВТ………………158

8.3 Категорії композиції…………………………………….158

8.3 Особливості зовнішнього оформлення ЗВТ………….168

Перелік використаних джерел………………….175

Додаток А……………………………………………………..177

Додаток Б……………………………………………………...208

ВСТУП

Важливим фактором, який визначає темпи науково-технічного прогресу в сучасному суспільстві, є радіоелектронні засоби Особливе місце серед них займають засоби вимірювальної техніки, які призначені для вимірювань різноманітних фізичних величин та контролю працездатності інших радіоелектронних засобів. Прискорення науково-технічного прогресу вимагає зменшення термінів розробки засобів вимірювань і впровадження їх у виробництво та експлуатацію. Конструювання, будучи складовою частиною процесу створення приладів, представляє складний комплекс взаємопов’язаних задач, вирішення яких можливе тільки на основі системного підходу з використанням знань в області сучасної технології, схемотехніки, опору матеріалів, теплофізики, естетики та інших теоретичних і прикладних дисциплін.

Сучасний фахівець з інформаційно-вимірювальної техніки крім ґрунтовних знань методів та способів вимірювань фізичних величин повинен вільно володіти сучасною інформаційно-вимірювальною технікою для прискорення створення засобів вимірювань. Однак, бурхливий розвиток техніки призводить до створення все новіших моделей приладів, в яких широко використовуються мікропроцесори, програмовані логічні матриці, швидкодіючі аналогові та цифрові мікросхеми, мініатюрні діоди, транзистори, резистори та інші радіоелементи. Від взаємного розміщення цих елементів, їхнього впливу один на одного, температурних режимів та рівня завад напряму залежать працездатність приладу, рівень його похибок, маса та вартість. Тому фахівець з інформаційно-вимірювальної техніки повинен мати відповідні знання і практичні навики з розробки структурних, функціональних та принципових електричних схем, методів виготовлення друкованих плат, конструювання вузлів електровимірювальних приладів, розробки окремих блоків та деталей таких приладів, захисту їх від перегрівання, електромагнітних завад, тощо. Це, у поєднанні з сучасними технологіями, дасть змогу суттєво зменшити час на розроблення конструкцій приладів, робити їх легкими, недорогими і зручними у використанні.

Л Е К Ц І Я № 1

Т Е М А 1: Основи конструювання засобів вимірювальної техніки

Конструювання є однією з найважливіших складових процесу проектування засобів вимірювальної техніки (ЗВТ). Метою конструювання є фізичне втілення компромісного рішення щодо характеристик і вигляду ЗВТ, отриманого в результаті роботи всіх учасників процесу його створення. Як правило, у створенні ЗВТ приймають участь різноманітні організації, установи, підрозділи, виконавці.

1.1 Організація процесу конструювання засобів вимірювальної техніки

Конструкція виробу характеризує його структуру та властивості при заданих умовах експлуатації. Виробом може бути предмет, або набір предметів виробництва, які повинні бути виготовлені на підприємстві [1]. У залежності від призначення їх поділяють на вироби основного виробництва і вироби допоміжного виробництва. Вироби основного виробництва призначені для постачання підприємством-виробником замовникові, а допоміжного – для власних потреб підприємства, що їх виготовляє. Вироби, які призначені для реалізації, але й одночасно використовуються для власних потреб підприємством, що їх виготовляє, відносяться до виробів основного виробництва. Відповідно до ГОСТ 2.101-68 вироби розрізняються за такими видами:

деталь – це виріб який виготовлений з однорідного за назвою і маркою матеріалу, без застосування складальних операцій;

складальна одиниця - це виріб, складові частини якого підлягають з’єднанню на підприємстві-виробнику за допомогою складальних операцій;

комплекс – це два і більше вироби, які не з’єднані на підприємстві-виробнику складальними операціями, але призначені для виконання взаємозалежних експлуатаційних функцій;

комплект – це два і більше вироби, що не з’єднані на підприємстві-виробнику складальними операціями і які мають загальне експлуатаційне призначення допоміжного характеру (комплект запасних частин, комплект вимірювальних інструментів і т.п.)

Електронне конструювання передбачає роботу з радіоелектронними засобами, тобто виробами, у основу функціонування яких покладені принципи радіотехніки та електроніки. Радіоелектронні засоби (РЗ), які призначені для проведення вимірювальних операцій відносяться до засобів вимірювальної техніки (ЗВТ).

ЗВТ, що призначені для роботи з неперервними електромагнітними сигналами, називаються аналоговими, а ті, які працюють з дискретними сигналами – цифровими. Конструкції цих засобів суттєво відрізняються.

Конструкція – це сукупність деталей та матеріалів (тіл) з різними фізичними властивостями, що знаходяться у певному фізичному зв’язку (електромагнітному, тепловому, механічному), яка забезпечує виконання заданих функцій з необхідною точністю і надійністю під впливом зовнішніх та внутрішніх впливів і яка відтворюється в умовах виробництва. Конструкція визначає взаємне розміщення частин ЗВТ у просторі, способи їх з’єднання, характер взаємодії, а також матеріал, з якого вони виготовлені. Конструкція ЗВТ відрізняється рядом особливостей, які виділяють її у окремий клас серед інших конструкцій:

- ієрархічною структурою, тобто послідовним об’єднанням більш простих електронних вузлів у більш складні;

- домінуючою роллю електричних та електромагнітних зв’язків;

- наявністю неоднорідностей у електричних з’єднаннях, що призводить до спотворення і затухання сигналів, а також паразитних зв’язків, які породжують завади;

- наявністю теплових зв’язків, що вимагає прийняття мір по захисту термочутливих елементів;

- слабким зв’язком внутрішньої структури конструкції з її зовнішнім оформленням.

Конструкторська ієрархія реалізується за допомогою рівнів конструкцій ЗВТ, габаритні розміри яких є стандартизовані. Конструкції нижчого рівня сумісні з конструкціями вищого рівня.

Організації, які приймають участь у створенні конструкції ЗВТ поділяються на замовників, виконавців та субпідрядників.

Замовник формує технічні вимоги до ЗВТ і здійснює приймання готового виробу.

Технічні вимоги (ТВ) на розроблення ЗВТ визначають основні технічні характеристики (чутливість, роздільну здатність, похибку і т. ін.), а також містять вимоги до конструкції ЗВТ: найменування, кількість і призначення основних частин, габаритні та установочні розміри, вимоги по взаємозамінності складових частин, уніфікації. Крім того, до складу ТВ входять вимоги щодо завадозахищеності, теплових режимів, безпеки роботи, ергономіки та естетики, умов експлуатації, охорони навколишнього середовища, рівнів кліматичних, механічних, радіаційних впливів, порядку зберігання і обслуговування та ін.

Виконавець на основі ТТ розробляє технічне завдання (ТЗ), у якому містяться економічні, виробничі та інші вимоги, визначається порядок розроблення і приймання виробу. Субпідрядник вирішує для виконавця певні конкретні завдання: розробку і постачання нових матеріалів, елементів, вузлів, технологічних процесів, методів вимірювань, або ж проводить випробовування.

Внаслідок того, що вимоги до параметрів майбутнього ЗВТ можуть мати певні протиріччя (наприклад, низька вартість і висока надійність), виконавці при роботі можуть допускати помилки. Для усунення помилок у процесі створення ЗВТ, його розроблення здійснюють у кілька стадій (не менше двох): науково-дослідна робота (НДР) та дослідно-конструкторська робота (ДКР). Кожна стадія містить по кілька етапів. У ході виконання робіт на стадіях та етапах здійснюється поступове уточнення прийнятих рішень і знаходження найоптимальнішого з них. При цьому усуваються помилки, які можуть допустити як керівники (помилки планування) так і виконавці (неправильний вибір технічних рішень, помилки при виконанні конструкторської документації і т. ін.). Специфікою розроблення ЗВТ є те, що на всіх стадіях і етапах різноманітні фахівці взаємодіють один з одним з самого початку розробки.