Перечень листов графического материала

1 Схема электрическая принципиальная

2 Печатная плата сборочный чертеж

3 Корпус общий вид

4 Перечень элементов

Введение

 Технические достижения инженерной мысли совершенствуются каждый день а также разрабатываются новые и новые.

В самых различных областях необходимо получать информацию о физических параметрах, отражающих состояние различных объектов: технических устройств или параметров окружающей среды. Эта информация в дальнейшем используется для принятия решений и ответных действий, целесообразных в данной ситуации.

Для получения информации используются датчики различных физических величин (например, давления, ускорения, скорости, температуры, влажности и др.), часть из которых можно реализовать на основе технологий полупроводниковых приборов. Это привело к тому, что фирмы, занятые производством микроэлектроники, стали использовать имеющиеся у них высокие технологии для производства датчиков различных величин, обладающих основными преимуществами микроэлектронных устройств.

Измерение и регистрация давления широко используется в быту и производстве и в инженерных целях. Датчики давления находят широкое применение в системах управления технологическими процессами. Давление - один из важнейших параметров многих производственных циклов. Датчики давления бывают разных типов и конструкций от механических до полупроводниковых датчиков. Решающими преимуществами последних явля­ются очень малые габариты, дешевизна (при серийном производстве) и простота эксплуатации.

Производство их динамично развивается, причем основное внимание уделяется созданию миниатюрных приборов и моделей, способных работать в экстремальных условиях. Датчики давления применяются в энергетике, машиностроении, химической и пищевой промышленности.

В зависимости от используемой технологии датчика без электронной части может быть и очень дорогим, и относительно дешевым. Экономичные датчики,

построенные на основе кристалла кремния, были настолько усовершенствованы, что теперь имеют парамет­ры профессионального уровня.

Обзор по решаемой проблеме и постановка задачи

1.1 Обзор методов измерения … (приборов для измерения…) 

    В данном разделе приводится обзор аналитических материалов по выбранной теме курсового проекта

Постановка задачи

Целью работы является разработка и расчет цифрового прибора для измерения, задаваемой преподавателем, физической величины на основе современной элементной базы.

В конструкторской части курсового проекта необходимо:

начертить предлагаемую электрическую схему прибора;

разработать сборочный чертеж печатной платы;

разработать общий вид прибора.

Произвести расчеты:

 площади печатной платы;

 конструктивных    показателей;

 минимальной ширины проводника;

частоты вибрации печатной платы;

надёжности прибора;

Примечание: при оформлении пояснительной записки в этом разделе в необходимых местах записывается конкретное название прибора.

Техническое задание на проектирование

На основе проведенного обзора и в соответствии с поставленной целью проекта разрабатываем техническое задание на проектирование цифрового прибора (В данном разделе заполняются данные к прибору, согласно теме курсового проекта

Требуемые характеристики:

Конструкторский раздел

Описание работы прибора

В данном разделе коротко описывается назначение прибора и описывается назначение органов управления и индикации прибора. В некоторых случаях допускается описание структурной или функциональной схемы прибора.

Расчет площади печатной платы

 По заданной принципиальной электрической схеме подсчитывается общее количество элементов по группам (резисторы, конденсаторы, микросхемы и т.д.) и выполняются необходимые расчеты в соответствии с приведенным примером.

Пример 1

На рисунке 2.1 приведена принципиальная электрическая схема музыкального звукового оповещателя

Рисунок 2.1- Принципиальная электрическая схема музыкального звукового оповещателя

Расчет габаритных размеров печатной платы

Габаритные размеры печатной платы зависят от:

- числа элементов

- габаритов элемента

- сложности электрической схемы

  Формула расчета габаритных размеров печатной платы [5]:

                                                                                                         (2.1)

где,  — суммарная установочная площадь радиоэлементов, установленных на плате;

— коэффициент запаса по площади = 0,86.

Формула расчета установочной площади радиоэлементов [5]:

                                                                                                      (2.2)

где,  — площадь, занимаемая радиоэлементом на печатной плате.

На рисунке 2.2 приведен расчет установочной площади конденсатора К50-35

Рисунок 2.2 - Размеры конденсатора К50-35

 Диаметр конденсатора(D)= 8 мм

Установочный объем радиоэлемента [5]:

                                                                                                           (2.3)

 где,  = 13мм — высота конденсатора

Аналогично произведем расчет остальных радиоэлементов, размещенных на пе-

чатной плате. Результаты расчетов представлены в таблице 2.1

  Исходя из данных таблицы рассчитываем площадь печатной платы- :

                  = 972.37/ 0.86 = 1130.66 мм

Рассчитываем размеры сторон печатной платы, выбирая из ряда предпочтительных   чисел:

                                А = ;     А= 1130.66= 33,62 мм =40 мм

                        B =  /А; B= 33,63 мм =40 мм

 Размеры печатной платы – 40´40 мм ГОСТ 10317- 73

Площадь печатной платы по ГОСТу ( ) – 1600 мм

Таблица 2.1 - Расчет габаритных размеров элементов

Обозн.	Тип	Кол-во	Sуст. мм	Vуст. мм	Масса      г.	Сумма Sуст. мм	СуммаVуст. мм	Сумма Масс г.
BF1	HCM12-12A	1	226.08	1582.56	2	226.08	1582.56	2
C1	R10- 17Б	1	16	96	0.4	16	96	0.4
C2	К50- 35	1	100.48	1306.24	4	100.48	1306.24	4
DA1	BT66T-19L	1	25.12	125.6	0.5	25.12	125.6	0.5
HL1	L- 44	1	25.12	150.72	0.3	25.12	150.72	0.3
R1…R7	C1- 4	7	3.14	18.84	0.2	21.98	131.88	1.4
SW1	TS-A3-PV-130	1	72	432	5	72	432	5
VD1	BZX55	1	2.35	8.225	0.2	2.35	8.225	0.2
VT1, VT2	BC547	2	25.12	125.6	0.4	50.24	251.2	0.8
VT3	КТ31	1	49	245	1	49	245	1
XL1	ED- 500V	2	192	1920	8	384	3840	16
Итого		Sуст. мм		Vуст. мм		Масса г.
		972.37		8169.425		31.6

2.3 Расчет конструктивных показателей

Конструктивные показатели электронного устройства предназначены для правильного выбора размеров печатной платы, рационального использования площади поверхности печатной платы, правильного размещения радиоэлементов на печатной плате. Коэффициент используемой площади печатной платы[5]:

                                                                                             (2.4)

где,

- суммарная установочная площадь  радиоэлементов, равна- 972.37 мм

- площадь печатной платы по ГОСТу, равна – 1600 мм

                                            972,37/ 1600= 0,61

Расчет показывает, что радиоэлементы и крепеж занимают 61% от площади печатной платы. Под трассировку и проводники отведено 39% площади. Такое значение коэффициента объясняется тем, что обеспечение технологичности изготовления печатной платы ее размеры были увеличены.

Коэффициент используемого объема печатной платы [5]:

                                                                                           (2.5)

где,

- суммарный установочный объем радиоэлементов, равен- 8169,425мм

Объем печатной платы  [5]:

                                              (2.6)

где,

- высота самого высокого радиоэлемента, равна- 13 мм

                                          = 1600 ∙ 13= 20800 мм

                                          = 8169,425/ 20800= 0,39

Расчет показывает, что радиоэлементы и крепеж занимают 39% от объема печатной платы, что разброс высот радиоэлементов от 5 до 13 мм. Такое значение коэффициента обусловлено тем, что сравнительно большой объем занимают радиоэлементы с высотой не более 10 мм. 

Плотность упаковки печатной платы [5]:

                                                                                                           (2.7)

где, - количество радиоэлементов, размещенных на печатной плате, равно- 11 шт.

 11/ 1600= 0,0069∙ 100= 0,69 шт/ см

Расчет показывает, что на каждом квадратном сантиметр размещается 0,69 радиоэлемента. Учитывая, что элементы занимают 61% площади печатной платы (коэффициент Ks’) и, что в схеме используются стандартные элементы, то такое значение коэффициента плотности упаковки объяснимо.

2.5 Расчет частоты вибрации печатной платы

Частота вибрации печатной платы зависит от:

- размеров печатной платы

- материала печатной платы

- массы печатной платы

- способа крепления печатной платы

- количества элементов, размещенных на печатной плате

Формула расчета частоты вибрации печатной платы [5]:

                                                                                                          (2.11)

где,

- коэффициент, учитывающий способ крепления печатной платы

 - большая сторона печатной платы, м

 - жесткость печатной платы, Н/м

 - масса печатной платы, вместе с установленными на ней элементами, кг

- коэффициент, учитывающий материал печатной платы

 - относительная приведенная масса, показывает равномерность размещения радиоэлементов на печатной плате

Исходя из того что печатная плата закреплена по 4 углам, то коэффициент Kа будет равен = 9, 87∙ (1+ А² / В² )

где,  А и В- стороны печатной платы. Так как печатная плата квадратная , то ее стороны одинаковы, равны- 40 мм.

Kа= 9, 87∙ ( 1+ 40²/ 40²)= 19,74

Формула расчета жесткости печатной платы [5]:

                                                                    Н/м                                (2.12)

где,  – модуль упругости материала печатной платы, равен 3,3 ∙ 10¹⁰ Н/м²  

 – толщина печатной платы, равна- 1,5 ∙ 10^{-3 м}

 – коэффициент Пуассона, отношение продольной деформации к поперечной, равен- 0,279

D = 1.478 ∙ 10⁷ H/м

Формула расчета коэффициента, учитывающего материал печатной платы [5]:

                                                                                                        (2.13)

где,  – модуль упругости стали, равен- 2,47 ∙ 10³ Н/м²

- плотность материала печатной платы, равна- 2,47∙ 10³ кг/ м³

 - плотность стали, равна- 7,8∙ 10³ кг/ м³

 = 2.07∙ 10³ кг/ м³

Формула расчета относительной приведенной массы [5]:

                                                                                            (2.14)

где, Мэрэ‘– приведенная масса радиоэлементов, показывающая какая доля массы радиоэлементов приходится на единицу площади, кг/м²

Мп.п. – масса печатной платы, кг

Формула расчета приведенной массы радиоэлемента[5]:

                                                                                                             (2.15)

где,

- суммарная масса радиоэлементов, равна- 0,0316 кг

Sп.п. – площадь печатной платы, равна- 1,6 ∙10^-3 м²

 = 1,975

Формула расчета массы печатной платы [5]:

                                                                                   (2.16)     

                                 Мп.п= 0,062

Формула расчета полной массы печатной платы с радиоэлементами[5]:

                              m= Мп.п+ ∑mкгэрэ, кг

                                  m= 0.125кг                                        (2.17)

                                                   = 134∙ 10³ Гц

Вывод: Исходя из полученных расчетов частоты вибрации печатной платы убедились, что данное устройство не нуждается в дополнительной виброзащите.

Расчет и анализ надежности

Задачей данного расчета является определение времени безотказной работы проектируемого прибора.

Надежность – свойство системы (элемента) выполнять заданные функции при определенных условиях эксплуатации.

Проектируемый прибор с точки зрения теории надежности можно рассматривать как систему с последовательным соединением элементов, т.е. делаются допущения, что выход любого элемента стенда приводит к отказу всего устройства.

Произведем расчет надежности прибора. Последовательность расчета при этом следующая:

1 По заданной принципиальной электрической схеме подсчитывается общее количество элементов по группам (резисторы, конденсаторы, микросхемы и т.д.)

2 все элементы разбиваются на группы. В одну группу включаются все одиночные элементы;

3 по справочным таблицам находим значения интенсивности отказов элементов;

4 Определение интенсивности отказов по каждой группе элементов и общую интенсивность отказов по каждой группе элементов и общую нестабильность отказов прибора. Результат поместим в таблицу 2.2

Далее выполняются необходимые расчеты в соответствии с приведенным примером.

Пример 2

                                                                              (2.18)

где ,  – число однотипных элементов i-той группы

         – число групп (типов) элементов в системе

       – интенсивность отказов i-ого элемента

        – поправочный коэффициент

 Определим наработку на отказ по формуле:

                                                                                            (2.19)

Определим вероятность безотказной работы на заданное время t:

                                                                                  (2.20)

Таблица 2.2 – Интенсивности отказов элементов

Группа элементов	Кол-во Ni (шт)	Интенсивность (1/час)	Поправочный коэффициент	Общая интенсивность (1/час)
Плата	1	0,2	1	0,2
Пайка	974	0,01	1	9,74
Микросхемы	4	0,007	0,85	0,11
Резисторы	6	0,05	0,6	0,18
Конденсаторы (керамические)	2	0,1	0,9	0,18
Диоды	10	0,2	0,8	1,6
				11,91

Наработка на отказ равна:

  в час                          (2.21)

Вероятность безотказной работы равна:

             (2.22)

Заключение и выводы

В проекте разработан микропроцессорный прибор удовлетворяющий требованиям технического задания. Во введении обосновывается актуальность темы проекта. В проекте произведен обзор существующих методов (или приборов) измерения заданного параметра. Разработана конструкция прибора. Рассчитаны габаритные размеры печатной платы и надежность прибора.

 4 Литература

Основная

1 С.М. Латыев Констрирование точных (оптических) приборов.

Политехника 2007 г.

2 К. Уорден Новые интелектуальные материалы и конструкции М.: Техносфера 2006.

3 Орлов П.П. Основы конструирования М.: Машиностроение, 2004.

     4 Полещук Н.Н., Савельев В.А.

      Самоучитель AutoCAD 2004 –СПб.: БХВ Петербург. - 2004

    Дополнительная

      5 Фрумкин Г.Д. - Расчет и конструирование радиоаппаратуры МЛ 1989 г.

 6 Конструирование приборов в 2 - х томах /Под. ред В. Краузе. Пер с нем. – Л.: Машиностроение, 1987.

7 Милосердин Ю.В., Кречко Ю.А. Основы конструирования измерительных приборов Л.: Машиностроение , 1985.

Приложение А