Устройства контроля прозрачности жидкости

Устройства контроля прозрачности жидкости

Содержание

Введение

1. Обзор и сравнительный анализ

.1 Анализ объекта контроля

.2 Анализ методов измерения и средств, история измерения мутности

1.3 Анализ известных моделей волоконно-оптических датчиков и турбидиметров

. Разработка прибора

.1 Моделирование измерительного тракта

.2 Разработка и расчет оптико-волоконной схемы датчика

.3 Разработка структурной схемы прибора

.4 Разработка электрической принципиальной схемы прибора

.5 Разработка электрической принципиальной схемы стабилизированного источника питания

.6 Разработка блока обработки информации

.7 Разработка конструкции датчика и описание принципа его работы

. Разработка методики контроля и метрологического обеспечения

.1 Разработка методики

.2 Разработка метрологического обеспечения

. Экономическое обоснование проекта

.1 Общая постановка задачи экономического обоснования

4.2 Расчет трудоемкости контроля

.3 Расчет единовременных затрат

.4 Расчет годовых текущих издержек

.5 Расчет показателей экономической эффективности

5. Безопасность и экологичность проекта

5.1 Идентификация и анализ опасных и вредных факторов

5.2 Организационные, технологические и иные решения по устранению опасных и вредных факторов

.3 Разработка мер безопасности при эксплуатации устройства

. Энерго- и ресурсосбережение

Заключение

Список использованных источников

Приложение

Введение

На сегодняшний день качество выпускаемой продукции выступает как важнейшая характеристика производства, которая определяет эффективность технологии и оборудования, структуру и организацию управления. Создание качества продукции осуществляется на стадиях всего производственного процесса, который включает в себя: проектирование, конструкцию, материалы, технологию изготовления, оборудование и транспортировку, систему обслуживания при дальнейшей эксплуатации. Грамотный подход к управлению качеством позволяет увеличить срок службы машин и механизмов, снизить энергетические затраты и материалоемкость, увеличить производительность труда, гарантировать конкурентоспособность продукции и обеспечить на нее спрос.

В производственной практике часто приходится сталкиваться с определением малых количеств (следов) веществ [1]. При эксплуатации различных машин, редукторов, механизмов с гидравликой, используются разнообразные технические среды и масла с различной вязкостью и химическим составом . Эти объекты контроля являются изменяющимися во времени и пространстве. Современная техника, технологии неразрушающего контроля, обеспечивают оценку реального состояния среды без изменения её структуры, свойств и других параметров влияющих на работоспособность. Со временем при работе оборудования меняются свойства технических сред и масел, тем самым образуя промежуточные мутные смеси. Друг в друге эти смеси нерастворимы и образуют неоднородные полидисперсные системы, которые отрицательно влияют на работоспособность оборудования, что и отражается на качестве выпускаемой продукции.

Одной из главных задач мутнометрии неоднородных сред является выявление технологических признаков зарождающейся неоднородной среды, на данный момент стоит задача установления реальных сроков эксплуатации машин и механизмов по фактическому состоянию применяемых в них технических сред и масел. На данный момент затраты на фильтрацию либо замену смазочно-охлаждающих сред во многих случаях превышают расходы на оценку их текущего состояния, а дороговизна ремонтно-восстановительных работ машин и механизмов зачастую превышает материальные, трудовые и финансовые затраты на оперативный контроль и мониторинг технических масел и жидкостей. Поэтому многофакторная зависимость состояния таких сред требует совершенствования контрольно-измерительной аппаратуры для эффективной оценки и установления сроков эксплуатации в реальных условиях.

Диагностика состояния и свойств технических сред и масел позволяют нам выявить причины, появления, и развития различных отклонений, сказывающихся на нормированном ресурсе безотказной работы оборудования и машин. В современных условиях хозяйствования при жестких требованиях рыночной экономики, конкуренции, особое значение имеет комплекс экономических, организационно-технических, правовых, экологических и эргономических мероприятий, направленных на повышение технической оснащенности технологического контроля и обеспечения качества выпускаемой продукции на рынок. Контроль является важнейшей составляющей частью производственного процесса, он включает в себя всю совокупность приемов и способов выполнения контрольно-измерительных операций, это операции по обнаружению признаков мутной среды, поиску и распознаванию зарождающихся дисперсных образований технологической природы. Так и устанавливается любое несоответствие текущих свойств технических сред и масел.

Контроль технических сред и масел отличается своей трудоемкостью и затратностью. Обычно это нелегкий и весьма напряженный труд, особенно в условиях эксплуатации реальных объектов. Современные лаборатории отличаются не только условиями, но и повышенными метрологическими требованиями и оснащением. На современном уровне развития наряду с информационными критериями по проявляемости и выявляемости признаков мутной среды в большей мере учитываются технико-экономические параметры приборов. В первую очередь наиболее употребительными и конкурентоспособными являются компактные, не массогабаритные и низко энергозатратные и нематериалоемкие, надежные в эксплуатации и простые в обслуживании оптические индикаторы и мутномеры различных фирм.

В последнее время в области производства средств измерения мутности наблюдался высокий прогресс, который определял спрос на такое оборудование. Это объясняется не только технологическими потребностями многих отраслей, а так же связано, с появлением во многих странах различных природоохранных и санитарно-гигиенических нормативных актов, регламентирующих измерения мутности воды и других технических жидкостей. До этого мутномеры считались экспрессным, но малонадежным, низкотехнологичным источником информации о составе вещества по сравнению, например, с различными спектроаналитическими средствами или химическим анализом специлизированных лабораторий.

Ранее внедрению мутномеров препятствовали их относительно высокая стоимость, низкая метрологическая надежность и необходимость затрат времени и средств на их эксплуатацию, что не делало их такими актуальными как сейчас.

На данный момент положение меняется гораздо лучше. Теперь создаются датчики на базе различных схем, повышающих метрологическую надежность мутномеров которые обеспечивают инвариантность измерений. Улучшилась элементная база: появились относительно дешевые экономичные, миниатюрные, высокостабильные излучатели и фотоприемники, часто используются волоконно-оптические технологии которые почти не имеют светопотерь и невосприимчивость к электромагнитным помехам. Микропроцессоры позволяют быстро обрабатывать сигналы на месте в соответствии с запоминаемыми градуировочными характеристиками и передавать готовый результат, а также обеспечивают возможность создания весьма компактных конструкций приборов. Современные приборы имеют встроенный микропроцессор, индикатор, и интерфейс. Стала более простой калибровка приборов, что гораздо экономит время. Намного улучшается и положение дел в области обеспечения единства измерений мутности, внедряются новые прогрессивные различные международные стандарты. Что и позволяет сделать вывод о хороших дальнейших перспективах производства средств измерения мутности различного назначения, а так же необходимости дальнейших разработок в этом направлении.

1. Обзор и сравнительный анализ

.1 Анализ объекта контроля

В данном дипломном проекте требуется разработать двухканальный волоконно-оптический турбидиметр для оперативного контроля прозрачности технических жидкостей, объектами для контроля являются различные технические жидкости. Основным показателем качества жидкости является наличие различных мелких частиц, примесей, и других неоднородностей которые отрицательно влияют на работу различных механизмов и машин.

К неоднородным техническим средам можно отнести различные масла, технические жидкости, смазки. Как в процессе эксплуатации технических средств, так и при воздействиях окружающей среды, однородные технические среды изменяют свои свойства и характеристики. Например, изменяются физико-механические свойства от нормируемых значений, после чего рассматриваются как неоднородности. Степень таких неоднородностей определяет качественные показатели работоспособности отдельного узла, блока, агрегата или технологической операции. По состоянию жидких сред, таких как технических масел, коллоидных растворов, эмульсий, суспензий, можно оценить работоспособность оборудования.

Проведем анализ для таких неоднородных технических сред как моторное масло и осадительная ванна. Чтобы обеспечить хорошее качество продукции в формовании вискозных волокон и пленок кислотно-солевым способом, наиболее важное значение имеет состояние осадительной ванны, которая влияет на качество продукции [2]. В процессе гидролиза гемицеллюлозы или волокон образуются различные примеси из материала волокон, кусочков регенерированной целлюлозы, сульфидов тяжелых металлов, элементарной серы и побочных веществ в проходящих химических реакциях. Побочные механические примеси удерживаются на свежесформированном волокне, тем самым снижая их качество и засоряют фильтры, по этим причинам ухудшается процесс вытяжки волокон, снижается прочность, повышается ворсистость и вероятность обрывов волокон. В основном тяжелые механические примеси скапливаются на внутренних поверхностях желобов прядильных машин, ухудшая при этом непрерывную циркуляцию осадительной ванны, тем самым повышая риск выхода из строя.

Разнородность осадительной ванны определяется гомогенными компонентами жидкой фазы и разнородными неоднородностями в виде взвесей. Светотехнические характеристики неоднородной осадительной ванны, состоящей из многообразных химически не реагирующих между собой неоднородностей, описываются следующим выражением:

 (1.1)

где Ф₀ - поток излучения воздействующий на среду,

Ф_ui - поток излучения, пропускаемый i-ой неоднородностью,

D(λ) - оптическая плотность i-ой неоднородности.

Соответственно для коэффициента пропускания имеем:

 (1.2)

где Ф_ui - прошедший через среду информативный поток по i-ой неоднородности,

Ф₀ - поток излучения воздействующий на среду,

Характер несущего информацию излучения определяется ослаблением воздействующего потока с пропусканием и поглощением излучения каждой компонентой неоднородной среды. Тем не менее, воздействующее излучение с фиксированными спектрально-энергетическими характеристиками (в некотором диапазоне) для стандартной среды практически не меняется.

Исходя из этого основная первичная информация о неоднородной среде формируется именно неоднородностями среды. Решающим фактором в ослаблении светового потока средой является дисперсная фаза, зависящая от концентрации С_дф неоднородностей в исследуемом объеме. Так же на чувствительность информативного излучения к неоднородностям влияет спектральный состав этого излучения. Если в длинноволновой области зависимость τ проявляется значительно слабее от λ, то в коротковолновой области эффект замутнения среды сказывается сильнее. Однако в коротковолновом диапазоне в большей мере проявляется нелинейность характеристики . Ограничивая спектрально-энергетический диапазон воздействующего излучения, добиваются требуемой чувствительности при допустимой нелинейности.

Очистку осадительной ванны производят на кислотной станции по результатам периодического контроля проб путем забора непосредственно из корыта и доставки проб в лабораторию на исследование. Успех таких способов и технологий операционного контроля во многом определяется качеством подготовки и восстановления осадительной ванны. Только оперативный контроль должен обеспечивать процесс формования достоверной и своевременной технологической информацией. Осадительная ванна является неоднородной средой, и ее качество определяется инородными частицами, включающими в себя различные органические и неорганические вещества. Исследованиями частиц дисперсной фазы проанализированы форма и размеры дисперсности, а также статистика распределения их параметров приведена в таблице 1.1. Статистика показывает, что дисперсность осадительной ванны в основном определяется неоднородными частицами размером до 10 мкм.

Таблица 1.1

Статистика неоднородностей осадительной ванны

Дисперсность, мкм	0,05-0,1	0,1-0,15	0,15-0,5	0,5-1,0	1,0-10,0	10,0-65	65 и более
Содержание в пробе, %	27	24,4	9	0,6	28	8,4	7,3

Анализы проб осадительной ванны показывают, что дисперсная фаза в виде механических примесей группируются в зависимости от их размеров. Более мелкие неоднородности в пробах группируются в интервале 0,05 ÷ 0,1 мкм (рисунок 1.1), а крупные частицы группируются в интервале 1 ÷10 мкм (рисунок 1.2).

Рисунок 1.1 - Характер изменения мелких неоднородностей в пробах осадительной ванны

Рисунок 1.2 - Характер изменения крупных неоднородностей в пробах осадительной ванны

Процедура определения состояния осадительной ванны усложняется многообразием анализируемых проб, различием свойств составляющих фракций, пределами измерений и технологиями контроля, которые строятся на физических или физико-химических особенностях среды, зависящих от соотношения сплошной однородной и случайно распределенной дисперсной фаз. При выборе технологий и средств определяющее значение имеет контраст неоднородности с весьма существенными различиями информативных признаков жидкой и твердой фаз осадительной ванны. Обычно в качестве такого признака используются различия плотностей жидкой и твердой фаз, которые для реальных сред отличаются.

Плотность дисперсной составляющей ρ_с обычно выражают через объемную С_v или весовую С_q концентрации, т. е.:

,

где ρ_т , ρ_ж - соответственно, плотность жидкой и твердой фаз.

При сравнении плотностей весьма значима стабильность жидкой фазы и постоянства ρ_ж. При этом, жидкая фаза осадительной ванны как динамическая галогенная система в процессе формирования изменяется вследствие различных химических реакций. Для текущей оценки технологического состояния действующей осадительной ванны необходимо оперативно сопоставлять плотности ρ_ж и ρ_т, но такой принцип оценки осадительной ванны не обеспечивает оперативности и достоверности получаемых результатов и сложен в практике.

Технологии контроля осадительной ванны на основе признака проводимости (удельной электро- и теплопроводности, диэлектрической и магнитной проницаемости и других физических особенностей) строятся на основе формального совпадения зависимостей скалярных и векторных полей потоков электрического тока магнитной индукции и тепла в зависимости от удельных свойств неоднородностей, их состава и концентрации.

Однако на электропроводность осадительной ванны и ее проводимость значительное влияние оказывает содержание серной кислоты и сульфидов, особенно натрия и цинка. Эти признаки концентрации фазы зависят незначительно, что ограничивает информативность таких способов и технологий контроля. Следует добавить, что громоздкость, инерционность и энергозатратность как и колометрических способов мутнометрии ограничивают их применимость для задач оперативного контроля. Главное значение в техническом состоянии эксплуатируемой среды имеют инородные включения в виде топлива, воды и механических примесей. Эти включения попадают на механизмы, и влияют на работоспособность различных агрегатов, что влияет на эксплуатацию технических средств [2].

Совокупности инородных включений в однородной среде при неблагоприятном их сочетании обуславливают ее предельное состояние и соответственно работоспособность машин и агрегатов. Накапливающиеся неоднородности характеризуются пространственно-временным распределением в технологическом объеме и выявляются путем забора проб используемых сред и масел для статистических исследований их свойств.

Для интегральной оценки наличия неоднородностей в однородной структуре работающих технических масел принимается изменяющаяся прозрачность элементарного объема их. Механические примеси, характеризующие неоднородную среду используемых масел, разделены на три группы по их экстремальным размерам. В пределах от 5-15 мкм неоднородности объединены в группу мелких частиц, от 15-25 мкм - в группу средних частиц и от 25-50 и выше - в группу крупных частиц.

Качество масел определяется оценкой обусловленной комплексом единичных показателей, на критерий и число таких показателей влияют тип масла, условия и время производства, эксплуатация. Эти показатели для используемых масел служат своеобразным индикатором не только физико-технических свойств самих масел, но и эксплуатационного состояния механизмов, для смазки которых они предназначены. При ненормальной работе систем охлаждения, топливоподачи или воздухоочистки в масле появляются охлаждающая жидкость, топливо и абразивные частицы, наличие которых вызывает повышенный износ трущихся поверхностей. Технические среды стареют и загрязняются в большинстве случаев постепенно и очень важен их мониторинг в работающем состоянии, поэтому оперативный и экспресс-контроль отдельных выборочных показателей позволяет рационально строить информационно-преобразовательный процесс на одном или комплексе технологических признаков.

Состояние объекта определяется спектральными характеристиками, которые отображают характер спектрально-энергетического взаимодействия неоднородных технических сред с оптическим излучением, изменяющимся по спектру в большом диапазоне [3].

Для выбора метода и параметров оптического контроля получены спектральные характеристики различных технических масел (гидравлического и моторного) и проанализированы полученные результаты. На рисунках 1.3 и 1.4 представлены спектральные характеристики технических масел и растворителей в диапазоне 500 − 1000 нм. Оптическая плотность D измерялась в пробах масел в разведенном 1:20 состоянии при оптическом пути 5 мм.

Рисунок 1.3 - Спектральная характеристика моторного масла

Рисунок 1.4 - Спектральная характеристика растворителей (нефрас, керосин, бензин)

В двух графиках наблюдается наличие неровностей в диапазоне 900−950 нм. Наиболее равномерной спектральной характеристикой отличается нефрас, который может быть рекомендован при контроле разбавленных образцов масла. При введении растворителя в моторное масло равномерность спектральной характеристики уменьшается, эта же закономерность прослеживается и при увеличении доли растворителя. От степени загрязнения моторного масла изменяется чувствительность спектральной характеристики и происходит нивелирование ее неравномерности в диапазоне 900−950 нм. А в загрязненном гидравлическом масле в этом спектральном диапазоне такая неравномерность не меняется и остается той же. Гидравлическое масло отличается разнообразием цветов (например, АМГ-10Е, применяемое в гидросистемах военных самолетов имеет ярко выраженный красный оттенок) вследствие применения присадок, что существенно влияет на его спектральную характеристику.

Компрессорное и моторное масла по своим спектральным характеристикам ничем не отличаются, а осевое выглядит как загрязненное гидравлическое масло. При проведении экспериментов установлено, что различия спектральных характеристик моторного масла с добавлением 5% солярки и чистого масла незначительны. Исследование экспериментально полученных спектральных характеристик различного вида масел и осадительной ванны показывает, что максимальная информация о характере взаимодействия оптического излучения с неоднородностями технических сред и масел сосредоточена в диапазоне 800−1000 нм, однако в спектральном диапазоне 900−950 нм проявляется неравномерность (нелинейность) и в графиках наблюдаются провалы. Наиболее информативным для обследуемых технических сред и масел является диапазон ближнего инфракрасного излучения с длиной войны λ = 880 нм. Влияние цвета масел сглаживается на этой длине волны и на технически реализуемой толщине просвечиваемого слоя контролируемых сред обеспечивается необходимая чувствительность.

.2 Анализ методов измерения и средств, история измерения мутности

Мутность - это результат взаимодействия между светом и взвешенными в воде частицами. Луч света проходящий через абсолютно чистую жидкость остается практически неизменным, хотя, даже в абсолютно чистой воде, молекулы вызывают рассеяние света на некоторый, хоть и очень малый, угол. Когда в образце присутствуют взвешенные твердые частицы, тогда результат взаимодействия образца с проходящим светом зависит от размера, формы и состава частиц, а также от длины волны (цвета) падающего света. Когда мельчайшие частицы взаимодействуют с падающим светом происходит следующее: частица поглощает энергию света и затем, сама становясь точечным источником, излучает свет во все стороны. Распределение рассеянного света определяется отношением размера частицы к длине волны. Мелкие частицы размером много меньше, чем длина волны падающего света дают почти симметричное рассеяние, количество света, излучаемого вперед и назад, почти одинаково. Свет, излучаемый из разных мест частицы, создает интерференционные картины, которые складываются в направлении прохождения падающего света. Поэтому интенсивность света, рассеиваемого "вперед" больше, чем интенсивность света, рассеиваемого "назад" и по другим направлениям. Помимо того, мелкие частицы хорошо рассеивают коротковолновый свет (синий), при этом не оказывая воздействия на длинноволновый (красный). А так же наоборот: крупные частицы рассеивают красный свет лучше, чем синий [4].

На распределение и интенсивность рассеяния также влияют форма частиц и коэффициент преломления. Частицы сферической формы рассеивают "вперед" больше света, нежели частицы в форме колец или игл. Угол характеризует коэффициент преломления частиц, на который отклоняется луч света, проходящего через границу с другой средой, например, жидкостью. Для того чтобы рассеяние было возможно, коэффициент преломления частиц должен отличаться от коэффициента преломления жидкости. Выходит, что, чем сильнее различаются коэффициенты преломления жидкости и взвешенных частиц - тем сильнее рассеяние.

Так же имеет значение при детектировании рассеянного света цвет взвешенных твердых частиц и жидкости. Окрашенное вещество поглощает свет в определенных диапазонах видимой области спектра, изменяя тем самым свойства как проходящего, так и отраженного света, поэтому часть рассеянного света не попадает на детектор.

При росте концентрации частиц растет и интенсивность рассеяния света. Рассеянный свет попадает на большее количество частиц, из-за чего будет происходить множественное рассеяние и поглощение света. Если концентрация частиц превосходит определенное значение, определяемый уровень проходящего и рассеянного света резко падает. Полученное значение является верхней границей измерения мутности. Уменьшение оптического пути уменьшает количество частиц между источником света и детектором, и позволяет расширить диапазон измерений.

История измерения мутности относятся к 1900 году, когда Уиппл и Джексон разработали стандарт суспензии, содержащей 1000 миллионных долей (ppm) кизельгура (диатомитовой земли) в дистиллированной воде. Разбавление этой суспензии позволило создать так называемую "кремнеземную" шкалу мутности на основе ряда стандартных суспензий для калибровки турбидиметров того времени [5]. Джексон воспользовался этой шкалой для работы с существовавшим тогда прибором диафанометром и создал то, что известно под названием "свечной турбидиметр Джексона". Он состоял из специальной свечи и плоскодонной колбы. Джексон откалибровал его в единицах ppm по мутности взешенного кремнезема. Для определения мутности образец медленно наливали в колбу до тех пор, пока изображение пламени, наблюдаемое сверху не превращалось в бесформенное свечение. Погасание образа происходило, когда сравнивались интенсивность рассеянного света с интенсивностью света проходящего. Высота жидкости в колбе затем переводилась в единицы кремнеземной шкалы, а мутность определялась в джексоновских единицах мутности (JTU). Тем не менее, устойчивого состава стандартов достичь было трудно, поскольку их готовили из различных природных материалов - сукновальной глины, каолина, донных отложений.

О стандартах мутности. В 1926 году Кингсбери и Кларк создали формазин, который является почти идеальным веществом для приготовления стандартных суспензий. Для приготовления формазина требуется растворить точную навеску 5,00 г сульфата гидразина и 50,00 г гексаметилентетрамина в одном литре дистиллированной воды. Раствор становится мутным после выстаивания в течение 48 часов при 25°С. При идеальных температурных условиях и освещении эта смесь может быть приготовлена многократно с точностью ± 1%. Формазин - единственный стандарт, который можно приготовить из контролируемых исходных веществ. Все прочие стандарты, альтернативные или вторичные следует контролировать по формазину. Первичные стандарты мутности, получаемые прямым синтезом суспензии формазина в приняты водном хозяйстве и других связанных отраслях промышленности .Формазин обладает несколькими свойствами, которые делают его идеальным стандартом для турбидиметрии. Во-первых, его можно воспроизводимо готовить из контролируемых исходных веществ. Во-вторых, физические свойства желательны для стандарта в турбидиметрии. Формазин - это полимер, состоящий из цепочек разной длины, которые свернуты в различных конфигурациях. Это дает широкий спектр фирм и размеров частиц от менее 0,1 до более 10 мкм. Исследования распределения частиц по размерам показывают нерегулярное распределение в различных стандартах, но статистика нефелометрических определений воспроизводима. Такое множество форм и размеров частиц хорошо аналитически сочетается с возможными размерами и формами частиц в реальных образцах. Благодаря хорошей воспроизводимости рассеяния белого света в формазиновой суспензии, приборы, использующие в качестве источника света лампу накаливания, калибруются с высокой точностью и хорошей воспроизводимостью. Многообразие форм и размеров частиц в стандартах на основе формазина приводит к статистически воспроизводимому рассеянию света в турбидиметрах всех типов и моделей. Благодаря воспроизводимости рассеяния и возможности контролировать процесс приготовления формазина, способы калибровки турбидиметров и критерии эффективности были повсеместно приведены к данному стандарту.

1.3 Анализ известных моделей волоконно-оптических датчиков и турбидиметров

В общем случае существующие приборы для измерения жидких сред называют концентратомерами. Концентратомеры это приборы для определения концентрации суспензии или массовой доли взвешенных частиц в суспензии. Рассмотрим некоторые из них.

Кондуктометры - идеальное средство для контроля количества растворенных солей и взвешенных частиц в воде (рисунок 1.5). Кондуктометры незаменимы для контроля промышленных трубопроводов или вод, для водной флоры и фауны [6]. Данные приборы предназначены для непрерывного измерения и двухпредельной сигнализации отклонений удельной электропроводимости воды от заданного значения в процессах водоподготовки и контроля водного режима ТЭС.

Рисунок 1.5 - Кондуктометры

Все более широкое применение в приборостроении находят методы контроля, основанные на взаимодействии неоднородной среды с излучением различного спектра. Первичная информация о параметрах такой среды формируется при ее взаимодействии со стимулирующим излучением. Оптическая информация охватывает как видимую область длин волн (0,35-0,76 мкм), так и ультрафиолетовую часть спектра с длинами волн в ближнем ультрафиолетовом диапазоне. Технически сложно реализуема область спектра меньше 0,2 (20 нм) из-за поглощения кислородом воздуха. Инфракрасная область с длинами волн от 0,8 мкм и выше отличается большей информационной способностью и практически более приемлемым является диапазон излучений с длиной волны меньше либо равной 50 мкм.

Примыкающее к оптическому диапазону длинноволновое, микроволновое и коротковолновое рентгеновское излучение не относятся к оптическим методам, так как для их моделирования необходимы другие не оптические законы преломления, отражения и рассеяния.

При взаимодействии оптического излучения с неоднородной средой параметры электромагнитной волны определенной частоты (скорость распространения, амплитуда) могут изменяться, так как частота является неизменной. Хотя влияние этого эффекта и не велико, но оно ограничивает точность как моделирования, так и измерений.

По характеру отраженного излучения оценивается блеск и цвет жидкости. При этом излучение может отражаться регулярно или диффузно.

Для оценки состояния неоднородных сред используются оптические методы измерения и контроля их параметров. Прямые измерения концентрации, формы и размеров инородных частиц в виде сухого остатка, приходящегося на определенный объем жидкости, весьма трудоемкие и применяются в аналитическом приборостроении при научных исследованиях и разработках новых методов и средств. Более распространены косвенные измерения, когда мутность исследуемой жидкости оценивается по характеру взаимодействия мутной среды с оптическим излучением. Каждая среда (вещество) при определенных условиях измерения имеет специфичную величину коэффициента преломления.

Приборы, основанные на таком принципе - рефрактометры (рисунок 1.6), широко используются для идентификации и маркировки (классификации - распознавания) веществ [7]. Рефрактометры применяются: в промышленных и научных лабораториях; в пищевой промышленности (сахарные заводы, кондитерские фабрики, молочные комбинаты) для анализа продуктов и сырья, полуфабрикатов, кулинарных и мучных изделий); в медицине для определения белка в моче, сыворотке крови, субретинальной и других жидких средах; в фармацевтической промышленности для исследования водных растворов лекарственных препаратов.

Рисунок 1.6 - Рефрактометры лабораторный и портативные

Однако моделирование информационных процессов рефрактометрии для многокомпонентных смесей и растворов представляет определенные трудности.

Поляриметры (рисунок 1.7), основанные на принципах измерения оптической активности веществ, используются для определения концентрации и идентификации исследуемых сред.

Рисунок 1.7 - Поляриметры

Спектральная фотометрия основывается на функциональной зависимости излучаемого или трансформируемого средой оптического излучения от состояния этой среды. По потоку излучения, испускаемого или поглощаемого средой, оценивается количество, размеры и концентрация частиц в мутной среде. Спектрофотометры позволяют обнаружить вещество по спектру поглощения, а также идентифицировать посторонние включения различию их спектров поглощения в заданной области длин волн.

Для непрерывных измерений концентрации мелкодисперсных сред, содержание твердых частиц в которых составляет 100 мг/л и менее, наиболее эффективны и перспективны оптические концентратомеры. Воспринимающие рассеянное дисперсной средой в боковом направлении - нефелометры или прошедшего через нее излучения - турбидиметры.

В нефелометрах (рисунок 1.8) используется зависимость информативного излучения рассеяния от определенного угла к направлению потока воздействующего излучения. На этой основе строятся информационно-измерительные приборы для определения мутности, а также концентрации и распределения частиц. По всей природе нефелометры являются средствами относительных измерений, что требует наличия определенных эталонов (стандартов) мутности. Эти стандарты по форме, размерам и распределению частиц, а также по коэффициенту преломления должны строго согласовываться с характеристиками контролируемой жидкости.

Рисунок 1.8 - Нефелометры

На зависимости коэффициента рассеяния от размеров, формы, числа частиц и от разности коэффициентов преломления среды и частиц основывается оптический метод измерения мутности - турбидиметрический. Сущность метода состоит в следующем: если через мутную среду пропускать световой поток, то часть света рассеивается взвешенными частицами и чем выше концентрация взвеси в контролируемой среде, тем большая часть света его рассеивается. При этом, мерой концентрации взвешенных частиц является ослабление интенсивности прошедшего через слой контролируемой среды светового потока.

, (1.2.1)

где Фо - воздействующий световой поток

Для контроля концентрации дисперсной среды (нерастворенных взвешенных частиц) в жидкостях данный метод применяется довольно широко. Турбидиметры широко применяются для контроля мутности, являющейся комплексной характеристикой содержания твердой фазы средой. Диапазон измерения прибора позволяет работать со средами от низкой до высокой степени мутности.

Выше рассмотренные оптические концентратомеры имеют определенные ограничения в применении при исследовании дисперсных сред, а именно: невозможность учета эффекта многократного рассеивания, необходимость многократного разведения пробы перед измерением, сложность и длительность процесса пробоподготовки, что приводит к необратимым изменениям пробы, длительность и сложность контрольно-измерительного процесса. Учитывая, что исследуемые дисперсные системы относятся к быстро переменным термодинамическим системам, необходимо, чтобы измерительная система воспринимала количественную измерительную информацию непосредственно от объекта измерения в режиме реального времени.

Анализ известных моделей волоконно-оптических датчиков и портативных турбидиметров. Проанализируем существующие на рынке приборы и датчики для измерения мутности различных фирм.

Портативный турбидиметр 299-10 (рисунок 1.9). Прибор для определения мутности растворов совмещает в себе точность показаний, присущую лабораторным приборам и портативность приборов, используемых на месторождениях [8]. Это идеальное решение для контроля и регулирования качества анализов жидкостей, для экологических передвижных лабораторий.

Рисунок 1.9 - Портативный турбидиметр 299-10

Широкий диапазон замера 0-1100 NTU (нефелометрическая единица мутности), микропроцессор позволяет автоматически переключать пределы измерений на протяжении всей шкалы. Прямой вывод цифровых показаний с минимальным разрешением 0,01 и точностью ±2% или 0,05 NTU. Многоканальный оптический детектор обеспечивает продолжительную стабильность и уменьшает рассеянное световое излучение и световые помехи. Все данные являются усредненными значениями, взятыми в течение 5 секунд. Данный процесс делает минимальными колебания показаний, присущие большим частицам и позволяет производить измерения быстро и с высокой воспроизводимостью. Процедура калибровки проста и проводится с помощью кнопок задания значений параметров, до их соответствия стандартам. Микропроцессор настроен в соответствии с заданной калибровочной кривой. Интерфейс RS232 предназначен для подключения прибора к регистратору данных или компьютеру. Прибор питается как от щелочной батареи 9 В, а также через адаптер. Необходимое напряжение в сети 120В/60Гц или 220В/50Гц.

Промышленный турбидиметр Trb 8300 (рисунок 1.10)

Рисунок 1.10 - Промышленный турбидиметр Trb 8300

Трансмиттер Trb 8300 используется для преобразования сигнала, поступающего от турбидиметрических датчиков серии InPro 8050, InPro 8100, InPro 8200 с последующим отображением данных на ЖК-дисплее в виде стандартных единиц измерения (FTU, NTU, EBC, ppm, %, г/л).В трансмиттере установлен светодиод, излучающий свет с длиной волны, лежащей в ближней ИК области (880 нм), и фотодиод, регистрирующий рассеянный свет, поступающий по оптоволоконному кабелю от турбидиметрического датчика, под углом 180°.

Ручная калибровка» осуществляется путем непосредственного ввода данных датчика: значение нулевой точки и крутизны, определенные заранее на заводе-изготовителе или в лаборатории. Калибровка по образцу» по одной точке осуществляется без извлечения датчика из измеряемой среды, турбидиметрический анализ данной среды проводится эталонным прибором с последующим вводом полученного значения в трансмиттер Trb 8300. Многоточечная калибровка» позволяет добиться максимальной точности измерений. Калибровка проводится по 2, 3, 4 или 5 точкам. Четыре свободно масштабируемых токовых выходных сигнала (0)4…20 мА, с настраиваемыми функциями «линейная», «билинейная», «логарифмическая» или «автоматическое масштабирование», позволяют максимально точно передавать любые измеренные значения. Четыре пары релейных контактов с программируемой задержкой и гистерезисом дают возможность использовать данный трансмиттер в контуре автоматического регулирования: 1 реле - аварийная сигнализация, 1 реле - промывка, 2 реле предельных значений.

Функция «HOLD» обеспечивает «замораживание»выходных сигналов при настройке и калибровке для предотвращения ложного срабатывания оборудования [9].

Наличие интерфейса RS232 позволяет передавать данные на ПК. Три независимо программируемых набора параметров позволяют использовать один прибор для решения различных задач, например, для контроля различных сред в одной точке технологической линии. Технические характеристики приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2

Технические характеристики портативного турбидиметра 299-10

Характеристика	Значение
Диапазон измерений	5…4000 FTU и 0…30 г/л с датчиком InPro 8200 10…4000 FTU и 0…250 г/л с датчиками InPro 8050, InPro 8100
Выбор единиц измерения	FTU, NTU, EBC, г/л, %, ppm
Входы	4 входных сигнала (0…5В) 1 вход для переключения прибора в режим «HOLD» 3 входа для переключения на различные наборы параметров
Наборы параметров	3 независимых набора параметров
Калибровка	Ручной ввод данных датчика Калибровка по образцу Многоточечная калибровка (до 5 точек) Заводская калибровка
Класс промышленной защиты	IP 65
Выходные сигналы	4 свободно масштабируемых токовых сигнала (0)4…20 мА для передачи различных измеряемых величин, максимум 500 Ом
Релейные контакты	4 релейных контакта: 1 аварийная сигнализация, 1 промывка, 2 предельные значения
Дисплей	ЖК дисплей с подсветкой
Интерфейс	RS 232 для обновления версии программного обеспечения трансмиттера и передачи данных на ПК
Класс промышленной защиты	IP 65
Условия эксплуатации	−10…50°С, 0…80%
Материал корпус	Химически стойки пластик, устойчивый к воздействию УФ
Размеры и вес	125×114×162 мм, 1 кг
Питание	100…240 В переменного тока, 47…63 Гц

Мутномер-Турбидиметр ИМП 2А (рисунок 1.11) - это автономный погружной измеритель мутности, который используется для изучения потоков осадочного вещества в толще вод.

Его использование позволяет проводить изучение:

взвешенного вещества всех видов (при классификации водных масс и исследовании их трансформации в проливах; в устьях рек; в прибрежных стоках);

абразионно-аккумуляционных процессов с определением локальных абразионных участков и направлений переноса взвешенного осадочного материала и последующего его аккумулирования;

литодинамических процессов, с учетом абразии берегов и вовлечения во взвешенное состояние донных осадков;

процесса переноса загрязнений из прибрежных источников;

исследования абразионно - аккумуляционных процессов участков побережья;

потока взвешенных наносов и его трансформации;

выявления локальных участков загрязнения прибрежных вод;

Рисунок 1.11 - Мутномер-Турбидиметр ИМП 2А

Мутномер-Турбидиметр ИМП 2А является незаменимым прибором для проведения экологического мониторинга [10].

Достоинствами данного мутномера являются автономность и устойчивость к загрязнению иллюминаторов. Загрязнение иллюминаторов приводит к ослаблению измеряемого светового потока и в традиционных мутномерах анализируется как повышение мутности водной среды - что приводит к значительной погрешности измерения мутности водной среды. Применение разработанных особой конструкции и методики позволило исключить влияние поверхностной пленки и загрязнения иллюминаторов на результат измерения. Простота, быстродействие, линейность во всем диапазоне измерений. Работа «in situ» (непосредственно в исследуемой жидкости).

Компактный инфракрасный турбидиметр Aqulalytic AL250T-IR, который разработан, чтобы обеспечить быстрое, точное локальное тестирование (рисунок 1.12). Прибор измеряет рассеянный свет под углом 90°, как предусмотрено в EN ISO 27 027.

Рисунок 1.12 - Инфракрасный турбидиметр Aqulalytic AL250T-IR

Диапазон измерения колеблется от 0.01 до 1100 TE/F = NTU = FNU, что позволяет использовать прибор в диапазоне от питьевой воды до сточных вод. Поскольку для измерения используется инфракрасный свет, прибор может применяться для исследования окрашенных и бесцветных жидкостей. Стандарты, требуемые для калибровки прибора, также поставляются. Второй способ регулирования обеспечивает альтернативное регулирование с определенными пользователем стандартами мутности [11]. Содержание пакета: турбидиметр AL250T-IR как описано выше, 4 стандарта мутности <0.1, 20, 200 и 800NTU. Технические характеристики приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3

Характеристики инфракрасного турбидиметра Aqulalytic AL250T-IR

ХарактеристикаЗначение
Цикл измерения:	Приблизительно 9 секунд
Дисплей	ЖК
Оптика:	При компенсации температуры
Клавиатура:	4 кнопочная мембранная из поликарбоната
Диапазон измерения:	0.01 - 1100NTU (автодиапазон)
Решение:	0.01- 9.99NTU = 0.01NTU 10.0 - 99.9NTU = 0.1NTU 100 - 1100NTU = 1NTU
Точность:	±2.5% от измеряемой величины или ±0.01 NTU (0 - 500 NTU) ±5% (500 -1100NTU)
Материал корпуса:	ABS
Размеры:	190 x 110 x 55 мм
Вес:	0,4 кг
Окружающая температура:	от 0 до 40°C
Влажность	30-90%
Тестирование оборудования:	Программное обеспечение поддерживает пользовательское регулирование с T-CAL-standards
Соответсвует:	DIN EN 50081-1, VDE 0839 часть 81-1: 1993-03, DIN EN 50082-2, VDE 0839 часть 82-2: 1996-02

93703 - портативный микропроцессорный турбидиметр (мутномер), обеспечивающий лабораторную точность измерений и в полевых условиях (рисунок 1.13). Переносной мутномер работает в широком диапазоне от 0 до 1000 FTU (NTU), для большей точности измерительный диапазон разбит на два поддиапазона: от 0 до 50 FTU с разрешением 0.01 FTU и от 50 до 1000 FTU с разрешением 1 FTU.

Рисунок 1.13 - Портативный микропроцессорный турбидиметр HI 93703

Фотодиодный источник излучения: в отличие от других турбидиметров источником излучения в этой модели является инфракрасный фотодиод, имеющий длительный срок службы и обеспечивающий постоянную интенсивность излучения в течении всего срока. Максимум испускания находится при 890 нм, что обеспечивает требуемую интенсивность рассеянного света даже в образцах с низкой мутностью, а также уменьшает мешающее влияние окраски растворов.

Простота: прибор предельно прост в эксплуатации. Все операции выполняются с помощью четырех кнопок. Сообщения о неисправностях отражаются в виде кодов ошибок на дисплее. Хранение калибровочных данных: модель отвечает требованиям GLP (good laboratory practice), она автоматически сохраняет данные последней калибровки [12]. Технические характеристики приведены в таблице 1.4.

Таблица 1.4

Характеристики портативного микропроцессорного турбидиметра HI 93703

Параметр	Диапазон измерения
Диапазон	0.00 ..50.00 FTU / 50 .. 1000 FTU
Разрешение	0.01/1 FTU
Точность	±0.5 FTU или ±5% (наибольшее)
Источник излучения	высокоэмиссионный ИК-фотодиод
Детектор излучения	силиконовая фотоячейка

Портативный мутномер TN100IR (Eutech Instruments, США)

Рисунок 1.14 - Портативный мутномер TN100IR

Компактность прибора позволяет проводить измерения непосредственно в месте отбора проб в соответствии с требованиями ДСТУ ISO 7027-2003. TN100IR. Водоустойчивый портативный турбидиметр (рисунок 1.14) В комплект поставки входит прочный кейс для переноски комплекта, 4 калибровочных стандарта, 3 рабочих кюветы, батареи и руководство пользователя [13].

Технические характеристики:

портативный нефелометр с инфракрасным источником света - стандарт ISO 7027 (DIN EN 27027);

Полная пыле- и влагозащита, класс защиты - IP 67. При падении в воду прибор плавает на поверхности;

Автоматическая калибровка по 4 точкам;

В комплект входит прочный кейс для переноски комплекта, калибровочных стандарта, 3 рабочих кюветы, батареи и руководство пользователя;

Функция экономии заряда батарей - 1: 200 измерений;

Большой легко читаемый дисплей;

Автодиагностика с выдачей на дисплей сообщений о состоянии прибора.

Портативный турбидиметр (мутномер) Turb 355 T (WTW) с питанием от батарей и ИК-светодиодом (860 нм) для измерения в соответсвии с требованниями ISO 7027 / DIN/EN 27 027 (EN ISO 7027) основан на нефелометрическом принципе с диапазоном измерения от 0 до 1100 NTU (рисунок 1.15). Функция AutoRange служит для автоматического переключения диапазонов. Для калибровки переносного мутномера WTW применяется простая и удобная функция линеаризации по 1 ... 4 точкам [14]. Мутномер Turb 355 поставляется в удобном кейсе. В комплекте все необходимые принадлежности (калибровочные стандарты 0,02 - 10,0 и 1000 NTU, пустые кюветы и батарейки). Питание прибора от 4 батареек. Технические характеристики приведены в таблице 1.5.

Рисунок 1.15 - Портативный турбидиметр Turb 355 T (WTW)

Таблица 1.5

Характеристики портативного турбидиметра Turb 355 T (WTW)

Технические характеристики	Значение
Принцип действия	нефелометрический (светорассеяние под углом 90°)
Источник света:	ИК-светодиод (860 нм)
Диапазоны измерений:	0 … 1100 NTU с автоматическим выбором диапазона (Auto Range)
Разрешение:	0.01 NTU в диапазоне 0.00 ... 9.99 NTU 0.1 NTU в диапазоне 10.0 ... 99.9 NTU 01 NTU в диапазоне 100 … 1100 NTU
Погрешнось:	±2% от измеряемого значения, но не лучше ±0.01 NTU в диапазоне 0 ... 500 NTU ±3% от измеряемого значения в диапазоне 500 ... 1100 NTU
Воспроизводимость:	<±1% от измеряемого значения, но не лучше ±0.01 NTU
Калибровка:	Автоматическая 1 … 4-точечная
Диапазон температур:	0 ... +50 °C
Сертификация:	CE, TUV/GS, ГОСТ
Питание:	4 щелочных микро (ААА) батарейки, с ресурсом примерно на 1000 измерений
Класс защиты:	Соответствует IP 67

Высокоточный портативный мутномер (турбидиметр) серии 2100 P предназначен для полевых и лабораторных измерений мутности с высокой точностью. В компактном прочном корпусе объединены совершенная оптика и высококлассная электроника, что делает этот прибор лучшим в своем классе [15]. Несколько вариантов калибровки, низкое энергопотребление, широкие возможности диагностики, простота эксплуатации - главные отличительные черты портативного турбидиметра HACH 2100 P (рисунок 1.16).Источником света для модели 2100 P-IS является ИК-светодиод.

Приборы 2100 P внесен в Госреестр средств измерений Российской Федерации за №26091-03 и допущен к применению на территории Российской Федерации. Технические характеристики приведены в таблице 1.6.

Рисунок 1.16 - Мутнометр (турбидиметр) серии 2100 P

Таблица 1.6

Технические характеристики мутнометр (турбидиметр) серии 2100 P

Технические характеристики	Значение
Принцип действия	нефелометрический относительный
Единицы измерения:	NTU
Диапазоны измерений (режим NTU)	0 - 9.99; 0 - 99.9; 0 - 1000
Точность измерения мутности	±2% …3%
Воспроизводимость	±1%
Калибровка	По формазиновым первичным стандартам (NTU)
Источник света	высокоинтенсивный светодиод (860 нм)
Потребляемая мощность	4 батарейки АА
Корпус	ABS пластик

Высокоточный лабораторный мутномер TURB 555 IR с широким диапазоном измерения от 0,0001 до 10000 NTU

Могут применяться для анализа мутности в любых областях: от контроля качества сверхчистых и питьевых вод в фармацевтике и пищевой промышленности до мониторинга сточных вод. Измерительная система мутномера состоит из четырех детекторов, которые позволяют производить не только нефелометрические (под углом 90°) измерения, но и расчет отношения светорассеяния под различными углами, и измерения в режиме пропускания, что позволяет свести к минимуму влияние цветности образца, расширить диапазон производимых измерений и увеличить их точность [16]. Технические характеристики приведены в таблице 1.7.

Таблица 1.7

Технические характеристики портативный турбидиметра Turb 555 IR

Технические характеристики	Значение
Принцип действия	Нефелометрический соотношение пропускание
Источник света:	ИК-светодиод
Диапазоны измерений: NTU: FNU: EBC: Nephelos: FAU:	0... 10000 0... 10000 0 ... 2450 - 0 ... 10000
Разрешение:	0.0001 NTU в диапазоне 0.0001 ... 9.9999 NTU 0.001 NTU в диапазоне 10.000 ... 99.999 NTU 0.01 NTU в диапазоне 100.0 ... 999.99 NTU 0.1 NTU в диапазоне 1000.0 … 9999.9 NTU
Погрешнось:	0 ... 1000 NTU: ±2% от измеряемого значения, но не лучше ±0.01 NTU 1000 ... 4000 NTU: ±5% от измеряемого значения 4000 ... 10000 NTU: ±10% от измеряемого значения
Воспроизводимость:	<±1% от измеряемого значения, но не лучше ±0.01 NTU
Калибровка:	Автоматическая 1 … 5-точечная
Сертификация:	CE, TUV/GS, UL, CSA, ГОСТ
Питание:	Встроенный адаптер на 100 - 240В±10% / 47 - 63 Гц
Интерфейс:	RS 232 двунаправленный

Нефелометрический анализатор мутности Lovibond TurbiDirect

Компания Tintometer GmbH, это новый прибора для измерения мутности жидкостей - Lovibond TurbiDirect.

Нефелометр Lovibond TurbiDirect - это высокоточный инструмент для лабораторного и мобильного использования. Прибор измеряет мутность жидкостей в соответствии с требованиями ИСО 7027 (ISO 7027) в нефелометрических единицах (свет, рассеянный под углом 90 градусов). Инфракрасный источник света (860 нм) позволяет проводить измерения как окрашенных, так и бесцветных образцов. Автоматический выбор диапазона позволяет измерять мутность в диапазоне от 0,01 до 1100 нефелометрических единиц (NTU). Точность измерений нефелометра Lovibond TurbiDirect составляет ±2% в диапазоне до 500 NTU и ±3% в диапазоне свыше 500 NTU [17].

Основные конструктивные особенности нефелометра:

) большой графический дисплей;

) влагозащищенные кюветное отделение и батарейный отсек;

) возможность работы как от сети, так и от батарей;

) наличие функции автоматического отключения;

) возможность обновления ПО через Интернет;

) кислотостойкая мембранная клавиатура.

Технические характеристики приведены в таблице 1.8.

Таблица 1.8

Технические характеристики	Значение
Принцип работы	нефелометрический
Источник света	ИК (860 нм)
Объем образца	около 12 мл
Диапазон	01…1100 NTU
Точность	±2 % от значения или 0,01 (0…500) ±3 % от значения в диапазоне (500…1100)
Память	на 1000 измерений, включая порядковый номер, дату и время измерения
Интерфейс	RS232
Требования к внешним условиям	5…40°С при 30…90% относительной влажности
Питание	7 NiCd батарей, сетевой адаптер, литиевая батарея для хранения данных
Вес (с батареями), г	около 1000
Размеры (Ш х В х Д), мм	256 х 195 х 70

DTF16 Haze Control - это высокоточная система измерения и контроля мутности

Данная система представляет собой трехлучевую оптическую конструкцию, которая служит для точного измерения светового потока как в прямом (11°), так и в боковом направлении (90°), осуществляя, одновременно, световую компенсацию (рисунок 1.19). Это позволяет эффективно измерять широкий диапазон частиц, замутняющих поток жидкости в трубопроводе, и обеспечивать нефелометрические результаты, требуемые большинством инструкций [18].

Комбинация оптики точного рассеивания света и оптимальной геометрии корпуса не дают случайному внутреннему или внешнему рассеянному свету отрицательно повлиять на измерения. Разнообразные помехи, такие как цвет образца или изменения цвета не влияют на измеряемые значения. Cистема контроля мутности обладает автоматически настраиваемой установкой нуля без дрейфа.

Корпус системы Haze Control изготовлен из гигиенической нержавеющей стали, а оптические окна сделаны из цельного кристаллического сапфира для наилучшей устойчивости к истиранию и коррозии. Сварные концы могут быть адаптированы к любым стандартным трубам.

Измерение мутности Dual Angle Haze Control / DTF16. Типичные области применения:

. Контроль замутнения пивного фильтра

. Изменение мутности в жидкостях с низкой концентрацией

. 90 ° и 11 ° углы рассеивания

. Измерение прозрачности жидкости

Основные технические характеристики:

. Минимальный диапазон: 0 - 0,05 об/мин. DE

. Максимальный диапазон: 0 - 500 об/мин. DE

. Длина волны: 590 - 1100 нм

. Рабочая температура: -20 - +120 ° C

Анализатор жидкости турбидиметрический АЖТ-94 предназначен для непрерывного измерения мутности вод и контроля концентраций взвешенных в жидкостях частиц. Градуировка и поверка с использованием ГСО 7271-96 и контрольных суспензий [19]. Технические характеристики приведены в таблице 1.9.

Таблица 1.9

Турбидиметрический анализатор жидкости АЖТ-94

Характеристика	Значение
Диапазоны измерения по суспензии формазина, ЕМФ	0,3-80
Диапазоны измерения по суспензии каолина, мг/л	0,2-35
Предел допускаемой основной приведенной погрешности от верхнего предела измерения, %	2,5
Потребляемая мощность, В·А	не более 16
Объем проточной кюветы, л	0,2-0,7
Габариты выносного оптического датчика, мм	300x330x150
Компенсация загрязнения оптическая и/или электронная, %	97-30
Время уст. показаний при расходе 1,2 л/мин (по уровню 0.9), мин	2-3
Температура окружающей среды ( для электронного блока), °C	5-45
Линейная по пропусканию шкала: цифровой индикатор на передней панели, %	3-100
токовая петля (диапазон на 100 %), мА	4-20
Логарифмическая шкала (линейная по концентрации): цифровой индикатор , оптич. плотность D	0,01-1,3
вторая токовая петля, мА	4-20
Контроль по уменьшению пропускания, %	95-10
Контроль по превышению пропускания, %	15-95
Потребляемая мощность, ВXА, не более	16
Объем проточной кюветы, л	0,2-0,7
Габариты электронного блока, мм	310х170х95

Мутномер (анализатор мутности жидких сред) ИКО-14 предназначен для непрерывного измерения мутности технических и сточных вод, а также для контроля других жидкостей по параметру мутности (рисунок 1.21). Мутномер может быть использован в качестве измерителя концентрации взвешенных частиц в жидкостях после предварительной градуировки непосредственно на месте эксплуатации [20].

Область применения: предприятия пищевой, химической, целлюлозно-бумажной промышленности, водные хозяйства, комплексный экологический мониторинг водных сред.

Принцип действия мутномера ИКО-14 основан на измерении величины диффузного отражения взвешенными в жидкости частицами оптического излучения ИК-диапазона. ИК-излучение от полупроводникового светодиода направляется через кварцевое окно в поток исследуемой жидкости. Отраженное взвешенными частицами излучение частично возвращается через то же окно в датчик и попадает на фотоприемник. После усиления и аналого-цифрового преобразования сигнал с фотоприемника подается на микропроцессор, расположенный в электронном блоке. Микропроцессор обрабатывает полученный сигнал и выдает рассчитанное значение мутности на дисплей и токовый выход.

Способ установки: оптический датчик прибора ИКО-14 устанавливается непосредственно на трубопровод при помощи шарового крана, входящего в комплект поставки. Шаровой кран вваривается в трубопровод перед монтажом прибора. В комплект прибора также входит съемник, позволяющий устанавливать и извлекать датчик из трубопровода, находящегося под давлением до 10 атм. без остановки технологического процесса. Электронный блок размещается на расстоянии до 10 метров от оптического датчика. Технические характеристики ИКО-14 приведены в таблице 1.10.

Таблица 1.10

Технические характеристики ИКО-14

Параметр	Значение
Диапазон измерений по шкале формазиновой суспензии	0-4000 ЕМФ
Пределы основой приведенной погрешности	± 4 %
Постоянная времени прибора (устанавливается программно)	3-999 сек
Габаритные размеры: - оптического датчика - измерительного блока - шарового крана - длина соединительного кабеля	110х350 мм 300х200х190 мм 300х180х110 мм 10 м
Масса, не более: - оптического датчика (нерж. сталь или титан) - измерительного блока (поликарбонат) - шарового крана (нерж. сталь или титан)	3 кг 3 кг 5 кг
Допустимые параметры окружающей среды: - влажность - температура	до 95% при 20°C 0 ... +70°С
Питание	220 В, 50 Гц
Потребляемая мощность	не более 20 ВА

Микропроцессорный датчик мутности (турбидиметр) 1720E SC для промышленных контроллеров производства фирмы «HACH-LANGE»

Назначение и области применения: мониторинговые системы контроля мутности чистых жидкостей и контроль качества фильтрации на станциях водоподготовки [21].

Достоинства: наличие широкого диапазона измерений с низким порогом детектирования взвешенных частиц, функция компенсации пузырьков воздуха, возможность подключать датчик к контроллерам моделей SC 200 и SC 1000. Технические характеристики приведены в таблице 1.11.

Таблица 1.11

Технические характеристики микропроцессорного датчика мутности 1720E SC

Параметр	Значение
Метод измерения	светорассеяние под углом 90° по USEPA 180.1 (вольфрамовая лампа накаливания белого света)
Диапазон измерения, NTU (FNU, TE/F, EMF)	0,0001...100
Разрешение, mNTU	0,0001
Время отклика, с	6, 30, 60, 90 (настраивается)
Компенсация пузырьков воздуха	механическая, через специальный уловитель пузырьков
Калибровка	заводская; проверка по стандартам (ГСО или STABL CAL)
Требования к образцу: скорость потока образца, л/мин температура, °С	0,25...0,75 до +50
Температура эксплуатации, °С	+2...+40
Класс защиты	IP 66 (NEMA 4X)
Размеры, мм	525×305×406
Масса, кг	4,54

Переносной турбидиметр модель ИП-3М (рисунок 1.23) предназначен для контроля мутности жидких сред путем измерения интенсивности светового луча, прошедшего через измеряемую среду. Назначение ИП-3М - контроль прозрачности технических жидкостей [22].

Технические характеристики ИП-3М:

прибор позволяет проводить сравнительный анализ прозрачности исследуемых образцов. В качестве измерительного устройства используются волоконно-оптические датчики с постоянной или переменной длиной оптического пути. Датчики могут выпускаться в химически стойком исполнении. Данный прибор состоит из блока индикации и выносного оптического датчика соединенных гибким кабелем. Рабочая часть датчика выполнена в полужестком исполнении и допускает отклонение от первоначального положения не более чем на 110 градусов без нарушения эксплуатационных характеристик.

питание: 9 В;

диапазон измерения: 0-1000 FTU;

погрешность измерения: ±3,5 - 0±10 %;

длины волн излучения: 470-940 нм;

длины рабочих частей датчиков: 150-700 мм;

диаметры рабочих частей датчиков: 10-14 мм;

температурный диапазон: 5-130 °С.

режим работы: индикаторный

время непрерывной работы: 50 ч

Турбидиметрический датчик InPro 8400 (рисунки 1.24 - 1.27) определяет отношение величин светового потока, рассеянного под углом 12° к потоку нерассеянного света, прошедшего через раствор. InPro 8400 предназначен для определения низкой концентрации взвешенных частиц 0…400 FTU (0…100 EBC) [23].

Рисунок 1.24 - Принцип работы турбидиметрического датчика InPro 8400

Конструктивно данный тип датчика представляет собой проточную ячейку для монтажа непосредственно в трубопровод различного диаметра. Датчик устойчив к стерилизации и к многократному воздействию процедуры «очистки на месте» (CIP). Технические характеристики приведены в таблице 1.12.

Таблица 1.12

Технические характеристики датчика InPro 8400

Технические характеристики	Значение
Тип	Используется принцип компенсации измерений: отношение рассеянного света (под углом в 12°) к прямо прошедшему свету
Диапазон измерений	0…400 FTU, 0…100 EBC, 0…1000 ppm или 0…1,0 г/л
Диапазон рабочих температур	0…140°С
Диапазон давления	До 16 бар в зависимости от конструкции и варианта монтажа
Стерилизуемые	Да (140°С)
CIP устойчивые	Да
Класс промышленной защиты	IP 65
Различные варианты монтажа	Фланец DIN 2633, ANSI, APV, Tuchenhagen varivent, Neumo BioControl
Тип кабеля	Длина 5…100 м
Размеры датчика	Различные размеры в зависимости от типа монтажа
Материал корпуса	Нержавеющая сталь (1.4404 или 316SS)
Материалы уплотнений	Viton, Kalrez, FDA
Материал защитной втулки/окна	Сапфир

Ниже представлены варианты конструкции датчика InPro 8400.

Мутномер WQ770 и волоконно-оптический датчик для измерения мутности WQ710 [24]. Очень точный датчик для контроля мутности способен погружаться в жидкость непосредственно на месте проведения контроля. Предназначен для качественного контроля грунтовых и сточных вод, индустриальный контроль. Используется кабель с низким напряжением.

Мутнометр WQ770 сочетается с датчиком WQ710 (рисунок 1.28). Пульт управления содержит внутреннею 9-вольтовую батарею. Переносной портативный мутнометр отображает результаты измерений в нефелометрических единицах (NTU). Прибор также имеет способность автоматически отключаться для сохранения энергии батареи.

Выводы:

Рассмотрен анализ объекта контроля, его характеристики и область применения, а так же был произведен обзор существующих методов измерения мутности и возможности использования волоконно-оптических систем связи в таких измерениях. Рассмотрены существующие приборы измерения мутности жидких технических сред, и их возможности. На основе произведенных исследований была поставлена задача дипломного проектирования и возможные пути ее решения. Целью дипломного проектирования является разработка прибора на основе волоконно-оптических систем, определение метрологических характеристик и достоинств по сравнению с существующими приборами измерения мутности. Было выявлено, что описанные приборы обладают существенным недостатком, а именно необходимостью отбора проб. Этот недостаток вызывает неудобства и потерю времени. Возникает необходимость разработки турбидиметра с выносным датчиком, с помощью которого можно будет осуществлять экспресс-контроль жидкостей, путем погружения датчика в объект контроля, что значительно упростит процесс контроля и повысит его эффективность.

Задачи проектирования:

разработать турбидиметр с выносным датчиком для осуществления экспресс - контроля в заводских условиях;

разработать двухканальный волоконно-оптический датчик, такой датчик позволит анализировать прозрачность технических жидкостей, как в прямом так и в обратном направлениях (на случай если засорится один из каналов);

прибор должен иметь малое энергопотребление.

- разрабатываемый прибор должен иметь малые габариты и вес;

На основе проведённого анализа для дальнейшего проектирования выбираем портативный турбидиметр. Он позволит проводить анализ прозрачности. В качестве измерительного устройства будет использоваться волоконно-оптический датчик который будет регистрировать как прошедшее так и отраженное (рассеянное в обратном направлении ) излучение.

2. Разработка прибора

.1 Моделирование измерительного тракта

Оптико-волоконный канал спектрально-энергетической трансформации информативных излучений представляет совокупность отдельных взаимосогласованных электрических, электронных, световодных и других элементов. В общем случае в системно воспринимающих, преобразующих и передающих информацию элементах, световодная система оптических волокон является определяющим фактором. В оптико-волоконных структурах ориентированно преобразующих и передающих оптическую информацию посредством функциональных элементов выходная величина может быть представлена формулой:

, (2.1)

где − поток излучателя воздействующего излучения;

 − коэффициент спектрального согласования элементов параметрической цепи преобразования;

 − функция передачи оптического тракта;

− спектральная чувствительность фотоприемника.

Если , функция преобразования определяется параметрами основной составляющей световодного тракта F_а(x₁...x_n). Математическое выражение функции передачи оптического тракта может быть получено на основе теории геометрической оптики. При переходе от схем с единичными моноволокнами к жгутам световодов предполагается, что весь свет от источника воспринимается входным торцом жгута, т.е. лучистый поток заключен в конусе φ_а апертуры А (рисунок 2.1). Тогда сила излучения в направлении φ на выходе n_i-го световода излучателя для  определяется выражением:

 (2.2)

Освещенность жгутов оптических волокон с нерегулярной укладкой моноволокон на основе эффекта «симметризации лучей», усредняется по всей площади выходного торца жгута. И диаграмма направленности r_i-го волокна описывается выражением:

, (2.3)

где S_пр - площадь торца передающего канала.

Однако световой поток, прошедший через среду, взаимодействует снеоднородностями и в отображаемом ими информативном излучении отклик в приемный световод дадут те элементарные потоки, у которых угол отражения находится в интервале φ₀ ≤ φ_m, где φ_m - максимальный угол. Значительное влияние оказывает относительное расположение световодов, элементарного объема и состояние отражающей (рассеивающей) среды [25]. Мощность элементарных световых потоков, излучаемых с площадки rdrdθ и воспринимаемых приемным световодом, определяются соотношением:

, (2.4)

где − угловая длина дуги, определяющая часть полного элементарного потока dP(φ), которая после отражения воспринимается входным торцом приемного световода (рисунок 2.1);

 − светопропускание излучающего и приемного световодов.

Вклад в формируемое информативное излучение приемного световода дадут после отражения лишь элементарные потоки с углом отражения φ₀ ≤ φ_m, а мощность излучения, воспринимаемого приемным световодом при расположении их торцов в одной плоскости, определяется произведением энергетической освещенности приемного торца на площадь S его освещенной области.

.2 Разработка и расчет оптико-волоконной схемы датчика

В мутнометрии источниками монохроматических излучений преимущественно применяются светоизлучающие диоды - светодиоды. Они излучают свет в очень узкой области спектра по сравнению с нагретой добела нитью накаливания лампы. По сравнению с лампой накаливания светодиоду той же интенсивности требуется значительно меньшая мощность, что повышает их долговечность, обеспечивает малое энергопотребление, компактность и негабаритность. Эти преимущества определяют эффективность применения светодиодов в оптико-волоконной мутнометрии. В качестве источника излучения применим инфракрасный круглый светодиод диаметром 3 мм L-34SF4BT (рисунок 2.2) производства компании Kingbright, его характеристики приведены в таблице 2.1 [26].

Таблица 2.1

Характеристики светодиода L-34SF4BT

Параметр	Значение
Длина волны, нм	880
Угол излучения,°	50
Поток излучения, мВт	30
Номинальный рабочий ток, мА	50
Материал	Gа Al As

Рисунок 2.2 - Эскиз светодиода фирмы Kingbright L-34SF4BT

Преимуществом обладают в конструкциях волоконно-оптических датчиков прозрачности и мутномерах фотодиоды. Полупроводниковые приборы типа фотодиодов (кремниевых или германиевых) имеют высокую интегральную чувствительность, линейность, небольшие рабочие напряжения, малые массогабаритные параметры, что обеспечивает им широкое применение в конструкциях оптико-волоконных мутномеров. В качестве приёмника излучения используем фотодиоды ФД 256 (рисунок 2.3) [27].

Рисунок 2.3 - Эскиз фотодиода ФД 256

Основные технические параметры фотодиода ФД-256:

) Площадь фоточувствительного элемента (эффективная), 1,4х1,4 мм2;

) Рабочее напряжение, 8В;

) Диапазон спектральной чувствительности, 0,4-1,1 мкм;

) Максимум спектральной характеристики, 0,8-0,9 мкм;

) Темновой ток, 5 нА;

) Интегральная токовая чувствительность, 0,02 мкА/лк;

) Собственная постоянная времени (U = 8 В), нс, не более 10;

) Собственная постоянная времени (U = 60 В), нс, не более 2;

) Корпус - металлический;

) Электрическая плотность изоляции В, не менее 180;

) Масса, 1 г.

На рисунке 2.4 приведены спектральные характеристики светодиода и фотодиода.

Рисунок 2.4 - Спектральные характеристики светодиода и фотодиода

Аккумуляторная батарея. В данном приборе используется перезаряжаемая аккумуляторная батарея UltraFire BRC 18650 она оснащена защитой платы (ПП) на отрицательном полюсе [28]. PCB может защитить батарею от перегрузки, более-разгрузочных работ, перегрузки и короткого замыкания, которое может сделать батарею безопаснее и более длительный срок службы. Аккумулятор (рисунок 2.5) является экологически чистым и идеально подходит для энергопотребляемых устройств. Напряжение: 3.7V. Фактическая емкость: 4000mAh. Встроенная защита PCB платы. Для беспрерывной работы прибора 5 часов, требуется два аккумулятора, соединенных последовательно.

Рисунок 2.5 - Аккумуляторная батарея

Технические характеристики аккумуляторной батареи UltraFire BRC 18650 приведены в таблице 2.2 [28].

Таблица 2.2

Характеристики аккумуляторной батареи.

Параметр	Значение
Аккумулятор	UltraFire BRC 18650
Тип аккумулятора	4000 мАч
Напряжение	3,7 В
Ресурс	800 циклов
Размер, мм	6,8×1,8×1,8
Вес	93г

Литий-ионный аккумулятор (Li-ion) - тип электрического аккумулятора, который широко распространён в современной бытовой электронной технике и находит свое применение в качестве источника энергии в электромобилях и накопителях энергии в энергетических системах. Это самый популярный тип аккумуляторов в таких устройствах как сотовые телефоны, ноутбуки, электромобили, приборы, цифровые фотоаппараты и видеокамеры [29]. Аккумуляторы крайне чувствительны к превышению напряжения при заряде, аккумулятор может загореться. Поэтому в корпус аккумуляторов встраивают специальную миниатюрную электронную плату, которая защищает аккумулятор от превышения напряжения заряда. Также эта плата может опционально контролировать температуру аккумулятора, отключая его при перегреве, ограничивать глубину разряда и ток потребления. Для беспрерывной работы прибора 5 часов, требуется два аккумулятора.

Разработана оптическая схема датчика, представлена на чертеже 200102.00.00.000 ЛЗ. Данная схема приведена на рисунке 2.6.

Рисунок 2.6 - Оптическая схема датчика:

-светодиод, 2-излучающий световод, 3-неоднородная среда, 4-световоды приемники, 5-фотодиоды

Где Pu - мощность светодиода; Pвых - мощность излучения на фотодиоде;  - коэффициент светопропускания для среды, световода-излучателя и световода-приемника соответственно; Pвых - мощность излучения на фотодиоде.

Световодный тракт представляет собой оптическую систему элементов геометрической и волоконной оптики, с помощью которых отображаемое средой излучение воспринимается, преобразуется и передается с представлением его некоторого отображения [30]. Оптическое волокно обычно бывает одного из двух типов: одномодовое, в котором распространяется только одна мода (тип распределения передаваемого электромагнитного поля), и многомодовое - с передачей множества (около сотни) мод. Конструктивно эти типы волокон различаются только диаметром сердечника - световедущей части, внутри которой коэффициент преломления чуть выше, чем в периферийной части - оболочке (рисунок 2.7).

Рисунок 2.7 - оптическое волокно: а - одномодовое, б - многомодовое

В нашем случае случае реализуется многоканальная схема преобразований, т.е. излучение от нескольких источников с выбранными спектрально-энергетическими параметрами передается по излучающему световоду с направленным воздействием в неоднородную среду. Тем самым формируемое при взаимодействии с контролируемой средой информативное излучение передается по приемному световоду непосредственно на фотоприемник.

Сама модель функции преобразования выходного оптического сигнала от множества параметров внешних факторов выражается зависимостью [31]:

_вых(х₁,х₂...х_n)=F_вх·А(х₁,х₂...х_n) · В(х₁,х₂...х_n) · С(у₁,у₂...у_n), (2.5)

где А(x₁,x₂...x_n) - функция передачи оптического тракта;

В(x₁,x₂...x_n) - функция передачи контролируемой среды;

С(y₁,y₂...y_n) - функция влияния внешних факторов на параметры преобразователя;_вх - входной поток излучения;_вых - выходной поток излучения.

Для приблизительного расчета первичного преобразователя датчика с применением отражателя выведена формула:

 (2.6)

где R_пр - радиус приемного световода;- расстояние до отражателя(база датчика)(1…30 мм);- апертурный угол;_изл - радиус излучающего световода (0,2… 3 мм);₁ - коэффициент ввода излучения в световод (0,7…0,95);₂ - коэффициент пропускания световодов (0,55);₃ - коэффициент отражения отражателя;₄ - коэффициент ввода излучения в фотоприемник (0,98);₅ - коэффициент спектрального согласования фотоприемника и

излучателя (0,3…0,9);₆ - коэффициент пропускания излучения средой;_вх - входной поток излучения (10мВт);_вых - выходной поток излучения.

В таблице 2.3 представлены коэффициенты преломления некоторых исследуемых жидкостей и апертурные углы световодов.

Таблица 2.3

Коэффициенты преломления некоторых исследуемых жидкостей и апертурные углы световодов

Среда	Коэффициент преломления	Угол, градусы
Ацетон	1,360	23,2
Бензин	1,41 1,38	22,3 22,9
Вода	1,333	23,7
Глицерин	1,47	21,4
Спирт этиловый	1,362	23,2
Спирт метиловый	1,33	23,8
Молоко	1,35 1,36	23,4 23,2
Эфир	1,35	23,4

Приведем графики зависимости коэффициента передачи оптического канала от диаметров световодов и апертурных углов в различных средах.

Рисунок 2.8 - Зависимость коэффициента передачи оптического канала от диаметров световодов и апертурных углов в масле (1мм; 2мм; 3мм)

Рисунок 2.9 - Зависимость коэффициента передачи оптического канала от диаметров световодов и апертурных углов в воде (1мм; 2мм; 3мм)

На функцию передачи контролируемой среды оказывают влияние спектральные характеристики объекта контроля и наличие дисперсной фазы в нем. На рисунке 2.10-2.2.16 представлены спектральные характеристики различных масел, а также жидкостей используемых в качестве растворителей.

Рисунок 2.10 - Спектральная характеристика осевого масла

Рисунок 2.11 - Спектральная характеристика компрессорного масла

Рисунок 2.12 - Спектральная характеристика моторного масла тепловоза

Рисунок 2.13 - Спектральная характеристика моторного масла (синтетика)

Рисунок 2.14 - Спектральная характеристика моторного загрязненного масла

Рисунок 2.15 - Спектральная характеристика растворителей (нефрас, керосин, бензин)

Рисунок 2.16 - Спектральная характеристика разведенного моторного масла в пропорции 1:20

- угол наклона графика к оси ординат изменяется в зависимости от степени загрязнения масла;

- технические масла имеют более равномерную спектральную характеристику чем растворители;

- при растворении проб загрязненного масла в растворителях неравномерность характеристики увеличивается с увеличением концентрации растворителя;

- неравномерность спектральной характеристики в диапазоне 900-930 нм присуща практически всем моторным маслам;

- коэффициент пропускания технического масла уменьшается обратно пропорционально длине волны зондирующего излучения.

Анализ полученных спектральных характеристик позволяет сделать следующие выводы: контроль состояния технических масел выносными

датчиками наиболее рационален при длине волны зондирующего излучения 880, 960, 940 нм, на этих длинах волн толщина просвечиваемого слоя может быть максимально возможной.

Также присутствие в масле необходимых присадок вызывает существенные изменения спектральной характеристике. Следовательно, представляется возможным осуществлять контроль параметров технического масла путем зондирования на трех-четырех длинах волн (видимый и ИК-спектр).

С точки зрения согласования тракта фотодиод- световод диаметр световода должен быть меньше либо равен диаметру приемной линзы фотодиода, а для согласования тракта светодиод - световод диаметр излучающего световода должен быть больше либо равен диаметру светодиода. Однако увеличение диаметра приемного световода приводит и к увеличению сторонней засветки фотодиода.

В одноканальных оптических схемах датчиков с отражающим элементом, есть один существенный недостаток: вследствие наличия больших площадей оптических элементов датчики использующие эти оптические схемы больше подвержены их загрязнению. И следовательно их применение в жидких средах, где часто возникает этот фактор имеет существенное влияние нецелесообразно.

На основе проведенного анализа делаем следующие выводы: для проектируемого прибора наиболее перспективной является оптическая схема двухканального датчика. Поскольку в процессе проведения экспресс-контроля загрязнение торцов световодов можно не учитывать, а нестабильность светового потока источника излучения компенсируются в электронном тракте.

.3 Разработка структурной схемы прибора

Структурная схема прибора представлена на чертеже 200102 00.00.000 С1 Основными структурными элементами проектируемого прибора будут следующие: микропроцессор (МП) или центральное процессорное устройство (ЦПУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), устройство отображения информации (УОИ), электрически перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство (ЭППЗУ), измерительный преобразователь (ИП), масштабирующий усилитель (МУ), аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), клавиатура (КЛ). Электрическая связь между перечисленными элементами осуществляется посредством совокупности проводников, объединенных по функциональному назначению и называемых шинами адреса (ША), данных (ШД) и управления (ШУ). Передача данных между отдельными элементами может осуществляться также в последовательном коде по двухпроводной шине I²C. Устройство сопряжения (УС) обеспечивает выработку сигналов для последовательного обмена информацией между ЦПУ и персональной ЭВМ в формате RS232.

ОЗУ выполняет функцию временного хранения данных. ПЗУ служит для хранения выполняемых ЦПУ программ. Для записи результатов измерения применяется ЭППЗУ, которое обеспечивает запись информации в его ячейки в процессе работы прибора без использования специальных программирующих устройств, а также длительное хранение данных после отключения источника питания. Управление прибором осуществляется при помощи КЛ. УОИ предназначено для отображения измерительной и вспомогательной информации в форме, удобной для считывания пользователем.

По ША осуществляется передача сигналов от МП к внешним устройствам. Она является однонаправленной. Совокупность этих сигналов представляет собой многоразрядные двоичные числа. Эти числа являются системными адресами внешних устройств, входящих в состав микропроцессорной системы (МПС).

ШД представляет собой совокупность фиксированного числа проводников, по которым осуществляется передача данных от ЦПУ к внешним устройствам и наоборот, то есть она является двунаправленной. Совокупность сигналов передаётся по ШД одновременно (в параллельном коде) и представляет собой многоразрядные двоичные числа. Числа, передаваемые по ШД - это информация, которая обрабатывается МПС.

По ШУ передаются сигналы, синхронизирующие во времени обмен данными между ЦПУ и внешними устройствами.

.4 Разработка электрической принципиальной схемы прибора

Выбор и описание элементов:

Микросхема 80С31ВН. Данная микросхема представляет собой высокопроизводительный 8-разрядный КМОП микрокомпьютер. Микросхема конструктивно оформлена в 40- контактном пластиковом корпусе типа DIP.

Основные параметры:

полная совместимость с микроконтроллерами семейства MCS-51;

перепрограммируемое запоминающее устройство на 4 Кбайта с

возможностью программирования “в системе”;

диапазон частот тактового генератора 0-24 МГц;

трехуровневая защита программной памяти;

128 байт внутреннего ОЗУ;

32 программируемых линии ввода/вывода;

два 16-битных таймера-счетчика;

6 источников прерываний;

режимы пониженного потребления питания.

Условное графическое обозначение микросхемы представлено на рисунке 2.16.

Рисунок 2.16 - Условное обозначение микросхемы МП 80C31ВН

Назначение выводов микросхемы 80С31ВН:

P1.0-P1.7 - восьми разрядный двунаправленный порт P1. Каждый вывод этого порта может быть подключен максимум к четырем выводам микросхем (МС) ТТЛ;

RST - вход сигнала общего сброса;

EA - сигнал блокировки работы с внутренним ПЗУ;

Р3.0-Р3.7 - двунаправленный восьмиразрядный порт Р3, выводы которого имеют следующие дополнительные функции:

Р3.0 (RxD) - вход последовательного порта;

Р3.1 (ТxD) - выход последовательного порта;

Р3.2 (INT0) - вход внешнего прерывания 0;

Р3.3 (INT1) - вход внешнего прерывания 1;

Р3.4 (T0) - вход таймера/счетчика 0;

Р3.5 (T1) - вход таймера/счетчика 1;

Р3.6 (WR) - выход сигнала для синхронизации записи данных, выводимых из МП во внешнее устройство;

Р3.7 (RD) - выход сигнала для синхронизации чтения данных и пересылки их из внешнего устройства в МП;

P2.0-P2.7 - восьмиразрядный двунаправленный порт P2, на этих выводах формируется старший байт адреса (А8-А15);

P0.0-P0.7 - восьмиразрядный двунаправленный порт P0, каждый вывод этого порта может быть подключен максимум к восьми выводам МС ТТЛ. На выводах этого порта появляются выходные сигналы младшего байта адреса, который должен быть зафиксирован во внешнем регистре, после чего через этот порт осуществляется обмен данными между МП и внешними устройствами.

PSEN - выходной сигнал, разрешающий работу внешнего ПЗУ;- выходной сигнал, разрешающий фиксацию младшего байта адреса во внешнем регистре;

Выводы VCC и GND - для подключения к источнику питания;, X2 - выводы для подключения кварцевого резонатора.

Кварцевый резонатор является внешним элементом встроенного в микросхему микропроцессора генератора тактовых импульсов. Схема подключения кварцевого резонатора представлена на рисунке 2.17.

Рисунок 2.17 - Схема подключения кварцевого резонатора к микросхеме 80С31ВН

Кварцевый резонатор ZQ1 выбираем с частотой 11,059МГц, а конденсаторы С1 и С2 по 33пФ в соответствии с рекомендациями производителя микросхем 80С31ВН. Выводы X1 и X2 подсоединяются к выводам 19 и 18 микросхемы соответственно.

Микросхема КР558РР2. Микросхема выполняет функцию постоянного запоминающего устройства. Она является перепрограммируемым ПЗУ с записью и стиранием электрическими сигналами (группа ЭС).

Таблица 2.3

Основные характеристики микросхемы

Тип микросхемы	Емкость, байт	t в.а., мкс	Рпот, мВт	Uпот, В	Uпр, В	t пр, с	t стир., с
КР558РР2	2к	0.35	480	5	18	20	1

Условное графическое обозначение микросхемы представлено на рисунке 2.18.

Рисунок 2.18 - Условное обозначение МС ПЗУ КР558РР2

Назначение выводов микросхемы КР558РР2 :

- А0-А10 - адресные входы;

D0-D7 - выходы данных;

ОЕ - разрешение по выходу;

CS - выбор микросхемы;

Uсс - напряжение питания;

UPG - напряжение программирования;

0 V- общий вывод;

Микросхема М27128А. Выполняет функцию ПЗУ. Микросхема является перепрограммируемым ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием, она предназначена для длительного хранения данных как во включенном, так и при отключенном состоянии прибора. Данная микросхема обладает расширенными возможностями и емкостью доступной памяти 16 Кбайт. Условное обозначение её представлено на рисунке 2.19.

Рисунок 2.19 - Условное обозначение МС ПЗУ М27128А

Назначение выводов микросхемы:

А0…А13 - адресные входы;

D0…D7 - выходы данных;

RD - вход разрешения считывания;

CS - выбор микросхемы;

PGM - вывод, на который подается последовательность прямоугольных импульсов длительностью 1мс в режиме записи. В режиме считывания этот вывод подключается к выводу 28(VCC).

Upr - при чтении подается +5В, при перепрограммировании +12,5В.

VCC - питание +5В;

GND - общий вывод.

Микросхема AT24C16. Представляет собой электрически стираемое и перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство (ЭППЗУ), имеющее организацию 2048 слов по 8 байт (2Кбайта). Условное обозначение микросхемы приведено на рисунке 2.20.

оптический волоконный метрологический мутномер

Рисунок 2.20. -Условное обозначение МС ЭППЗУ AT24C16

Назначение выводов:

VCC - питание +5В;

GND - общий вывод;

SDA - последовательная двунаправленная шина данных I²C;

SCL - цифровой вход тактовых импульсов интерфейса I²C;

А0…А2 - три программируемых бита адреса микросхемы для последовательного интерфейса I²C;

WP - запрет записи.

Микросхема КР537РУ17. Она состоит из накопителя, выполненного на КМОП-элементах памяти, формирователей адреса строк и столбцов, дешифратора строк на 8 входа и 256 выходов, дешифратора столбцов на 4 входа и 16 выходов, предназначенных для выбора одного 8-разрядного слова из накопителя.

Основные характеристики микросхемы:

информационная емкость - 8 кб;

время выборки сигнала - не более 200 нс;

напряжение питания - +5 В

Потребляемая мощность:

в режиме обращения - 470 мВт;

в режиме хранения:

при Ucc=5,5 В - 22 мВт;

при Uсс=2 В1 - 1 мВт;

диапазон температур - (-10--+70)°С;

выходной ток - 5 мА.

Условное обозначение микросхемы приведено на рисунке 2.21.

Рисунок 2.21 -Условное обозначение МС ОЗУ КР537РУ17

Назначение выводов:

А0 - А12 - адресные входы;

DI0 - DI7 - вход - выход данных;

СОЕ - разрешение по выходу;

CS1, CS2 - выбор микросхемы;

Uсс - напряжение питания;

WR/RD - сигнал записи - считывания;

0 V- общий вывод;

Микросхема К555ИД7 - двоично - десятичный дешифратор - мультиплексор, преобразующий трехразрядный код А0…А2 в напряжение низкого уровня, появляющееся на одном из восьми выходов 0…7. Условное обозначение микросхемы приведено на рисунке 2.22.

Основные электрические параметры:

выходное напряжение………0,48-2,9 В

входной ток…………………-0,36-+0,02 мА

ток потребления…………….10 мА

время задержки ………...…..41 нс

Рисунок 2.22 - Условное обозначение МС дешифратора К555ИД7

Назначение выводов:

Е1, Е2, Е3- входы управления;

А0, А1, А2- информационные входы;

0 - 7 - входы дешифратора;

+U - напряжение питания;

0 V- общий вывод.

Микросхема КР1533ИР23. Микросхема КР1533ИР23 - это восьмиразрядные регистры на D-триггерах с динамическим С-входом. Условное обозначение микросхемы приведено на рисунке 2.23.

Основные электрические параметры:

выходное напряжение - (0,4-2,4) В;

входной ток - (-0,2 -- +0,02) мА;

ток потребления - 31 мА;

время задержки регистра - 19 нс.

Рисунок 2.23 -Условное обозначение МС регистра К555ИД7

Назначение выводов:- разрешение по выходу;

D0 - D7 - информационные входы;- Q7 - прямые выходы;

С - вход синхронизации;

Микросхема К572ПВ3. Микросхема К572ПВ3 - микросхема, работающая в составе микропроцессорной системы.

Основные электрические параметры.

диапазон преобразования:

в десятичной форме…………………..0…255

в двоичной форме……………….........00000000…11111111

ток потребления..…….........................4 мА

напряжение питания…..……………..+5В

опорное напряжение…….....................-10 В

время преобразования………………...7,5 мкс

Условное обозначение микросхемы приведено на рисунке 2.24.

Рисунок 2.24 -Условное обозначение МС АЦП К572ПВ3

Назначение выводов:

AI1, AI2 - аналоговые входы;

GA - аналоговая земля;

UR - вход для подачи опорного напряжения;

RD - цифровая земля;- выбор микросхемы;- информационный выход;

D0 - D7 - цифровые выходы;

+U - напряжение питания;

V - общий вывод.

Микросхема К555ЛЕ1. Содержит 4 логических элемента 2ИЛИ-НЕ. Условное обозначение её приведено на рисунке 2.25. Микросхема размещена в 14-контактном пластиковом корпусе DIP

Рисунок 2.25. - Условное обозначение МС К555ЛЕ1

АЛС 335 Б. Одноразрядные цифро-буквенные индикаторы с высотой цифры 11мм из семи сегментов. Изготавливаются на основе светодиодных структур галлий - фосфор - мышьяк. Выпускаются в пластмассовом корпусе

Основные параметры:

сила света одного сегмента при I=20 мА - 0,15 мкд;

сила света децимальной точки при I=20 мА - 0,05 мкд;

постоянное прямое напряжение при I=20 мА - 2,5 В;

максимум спектрального распределения излучения на длине волны - 0,65-0,67 мкм;

постоянный прямой ток через один сегмент:

при Токр<35°С - 25 мА;

при Токр=70°С - 7,5 мА;

мощность рассеяния индикатора:

при Токр<35°С - 500 мВт;

при Токр=70°С - 150 мВт;

постоянное обратное напряжении - 5 В;

диапазон рабочей температуры окружающей среды - (-60+70)°С.

Условное обозначение микросхемы приведено на рисунке 2.26.

Рисунок 2.26 -Условное обозначение МС ЦОУ АЛС 335 Б

Микросхема МАХ 232. Микросхема фирмы MAXIM. Содержит 2 приемника и 2 передатчика интерфейса RS-232С, который имеет форму 25-контактного разъема типа D.

Основные параметры:

скорость передачи информации - 116 кБ/с;

напряжение питания - 5В;

потребляемый ток - 4мА;

количество конденсаторов - 5;

номинальная емкость конденсаторов - 10мФ.

Условное обозначение микросхемы приведено на рисунке 2.27.

Рисунок 2.27 - Условное обозначение микросхемы MAX 232

Назначение выводов:

T1IN, T2IN. R1OUT. R2OUT - выводы, подключаемые к микропроцессору;

- T1OUT, T2OUT. R1IN. R2IN - выводы, подключаемые к RS - 232;

- C1+, С1-, С2+, С2-, V+, V- - выводы для подключения конденсаторов;

Uсс - напряжение питания;

GND - общий вывод.

Расчет токоограничивающих резисторов. Чтобы обеспечить токовый режим каждого цифробуквенного индикатора, необходимо рассчитать токоограничивающие резисторы R11-R18.

_пр = 2В; Е = 5В; I_пр = 10мА.

 (2.7)

Остальные резисторы R12-R18 будут такие же, значит примем резисторы R11-R18 равными 300 Ом.

Разработка усилителя. После преобразования неэлектрической величины в электрическую с помощью ИП, полученный полезный сигнал необходимо усилить при помощи усилителя.

Усилитель. В качестве усилителя сигналов, полученных с фотодиода, используется операционныйусилитель LM317Т. На рисунке 2.28 представлена схема включения усилителя.

Рисунок 2.28 - Схема подключения усилителя

Произведем расчет согласующего усилителя:

(2.8)

где S_λmax - максимальнаяинтегральная чувствительность фотоприемника, S_λmax = 0,6 А/Вт;

S_λотн - относительная чувствительность фотоприемника на определенной длине волны, А/Вт.

Найдем значение I для используемых длин волн:

для излучения на длине волны λ = 913 нм

I = 0,6•0,56 •10^-3•0,5 = 0,168 мА;

Далее необходимо рассчитать сопротивление обратной связиR_ос:

R_ос=U_вых/I; (2.9)

где U_вых - выходное напряжение (U_вых= 0,5-1 В).

Решая обратную задачу, получим, что необходимо выбрать резистор сопротивлением R_ос = 600 кОм.

Расчет потребляемой мощности осуществляется по следующей формуле:

 (2.10)

где I- суммарный ток, мА;

U- напряжение питания, U = 7,4В.

Найдем I, суммируя все токи:

I = 150 + 0,07 + 4 + 11 + 13 + 20 + 0,2 + 1,5 • 3 + 0,6 = 203,37 мА.

Подставив полученное значение в формулу 3.5, получим мощность, потребляемую всеми элементами:

.

Основные характеристики усилителяLM317Т представлены в таблице 4.5.

Таблица 4.5

Основные характеристики усилителя LM317Т

Параметры	Значение
Количество каналов	2
Напряжение питания, В	3…32
Частота, МГц	3
Напряжение смещения, мВ	0,8 - 0,9 мкм
Температурный диапазон, С	0…+70

Коэффициент усиления такого усилителя описывается следующим выражением:

К_У = 1 + R₁/R₂ (2.11)

Для расчета коэффициентов усиления определим сначала необходимое напряжение на входах АЦП₁и АЦП₂.Максимальное значение напряжения на выходе датчика U_Д1 = 152 мВ; предел измерения линейного размера дефекта равен от 0 до 25 с дискретностью 0,1 мм, а максимальное значение напряжения на выходе датчика U_Д2 = 85 мВ. Исходя из этого, определим максимальное число, которое должно быть на выходе АЦП:

Так как АЦП К572ПВ3 8-разрядный,то максимальное десятичное число, которое может быть получено в результате преобразования аналогового сигнала в цифровой код - 255, что соответствует максимальному входному напряжению -10В. Определим теперь необходимое напряжение на входе АЦП₁, которому будет соответствовать число N₁ = 1,5.

U_max1 = (В). (2.12)

Для N₂ = 1800:

U_max2=(В). (2.13)

Тогда коэффициент усиления с учетом (2.8) для усилителя DA1 будет равен

. (2.14)

а для усилителя DA2

. (2.15)

С учетом (2.11), (2.13) и (2.14) рассчитаем сопротивления резисторов: для усилителя сигнала, поступающего с датчика измерения R1=620(Ом), R2=1(кОм), а для усилителя сигнала, поступающего с датчика измерения линейного размера дефекта: R3=11(кОм), R4=1(кОм). Резисторы R2, R4 выбираем подстроечными, чтобы при настройке можно было точно выставить полученные значения коэффициентов усиления.

Электрическая принципиальная схема прибора разработана в соответствии с его структурной схемой и представлена на чертеже 200102.01.00.000 ЭЗ.

После включения питания на вывод 9 (RST) МС DD1 подается сигнал высокого уровня, после чего параметры всей микропроцессорной системы (МПС) устанавливаются в исходное состояние. Для сброса МПС в исходное состояние во время работы прибора используется клавиша «RESET» (SB1). К выводам Х1 и Х2 МС DD1 подключен кварцевый резонатор, с помощью которого формируется последовательность прямоугольных импульсов, вырабатываемых встроенным в МП генератором тактовых импульсов. Он синхронизирует во времени работу всех элементов МПС. Порт Р0 в МП DD1 используется для выдачи младшего байта адреса и для обмена данными. Для того чтобы зафиксировать младший байт адреса используется МС DD3 - восьмиразрядный регистр. При подаче стробирующего импульса на вывод 11 (С) микросхемы DD3 с выхода АLE (вывод 30) МП DD1 происходит фиксация младшего байта адреса. После этого порт Р0 DD1 используется для обмена данными с внешними устройствами. На выводах DD3 формируется младший байт системной шины адреса А0 - А7. Старший байт шины адреса А8 - А15 начинается с выводов порта Р2 МП DD1.

В качестве микросхем ПЗУ используются микросхемы DD5 и DD7. Для разделения их адресных пространств используем микросхему DD6.1. Выбор МС ПЗУ осуществляется адресным выводом А14. Если A14 = «0», то используется МС DD7, а если A14 = «1», то используется МС DD5.На ее адресные входы А0-А15 поступают сигналы с системной ША. Выводы D0…D7 соединены с выводами порта Р0 МП DD1. Считывание данных происходит при подаче сигнала на вывод 20 (ОЕ) МС DD5 или на вывод 22 (ОЕ) МС DD7, в зависимости, какая микросхема находится в активном состоянии, который формируется на выводе 29(PSEN) МС DD1. В микросхемах DD5 и DD7 хранятся программы, выполняемые МПС.

Активизация МС ОЗУ DD9 происходит при одновременной подаче сигнала низкого уровня на вывод 20(СS1) и сигнала высокого уровня на вывод 26 (CS2). Это осуществляется при помощи микросхемы DD6.2. Чтение данных из МС DD9 осуществляется при подаче сигнала высокого уровня на её вывод 27 (WR/RD) , который формируется на выводе 17(P3.7/RD) МС DD1. При записи данных в ОЗУ, подается сигнал низкого уровня на вывод 27 (WR/RD) МС DD9 с вывода 16(P3.6/WR) МП DD1.

Процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой начинается при поступлении на вывод 5(ВU1) АЦП DA3 и на вывод 5(BU2) АЦП DA4 импульса длительностью более 7,5мкс. Эти импульсы формируется программно на выводах 12(P3.2) и 13 (P3.3) МС DD1. Если же импульсы не подается, то преобразование происходит непрерывно. АЦП DA3 и DA4 преобразуют аналоговые сигналы, поступающий на входы Ain1 или Ain2 (выводы 13), в двоичное число и записывают его в ячейку внутреннего ОЗУ АЦП DA3 и DA4. Передача данных в МП DD1 осуществляется по шине I²C (проводники SDA и SCL). Сигналы на вход Ain1 DA3 и на вход Ain2 DA4 поступают с выходов операционных усилителей DA1 и DA2 соответственно, которые применяются для усиления полезного сигнала, полученного с первичного преобразователя. Шина I²C начинается с выводов 14(Р3.4) и 15(Р3.5) МП DD1. Удобства применения шины I²C очевидны - малое количество проводников и достаточно высокая скорость побитного обмена между МП и внешними устройствами, простота аппаратной реализации линий связи. Для записи и хранения результатов измерения используется микросхема электрически перепрограммируемого ПЗУ DD11. Управление этой микросхемой происходит по шине I²C.

Выводы порта Р1 (P1.0…P1.6) МП DD1 используются для подключения клавиатуры. Управление клавиатурой осуществляется программным путем. Клавиша «Пуск»(SB1) используется для перевода прибора в режим работы. Клавиша «Измерение» переводит прибор в режим измерения. Клавиша «Чтение» - для вывода результатов измерений на УОИ. Клавиши «Грубо» и «Точно» - для перехода к следующему или предыдущему значению результата измерения, записанного в памяти. Клавиша «Запись»(SB5) - для записи чисел в ППЗУ. Клавиша «Сброс»(SB12) используется для переключения клавиатуры в числовой режим, то есть для использования клавиш не как функциональных, а для ввода цифр от 0 до 9 (соответственно клавиши SB2 - SB11).

После обработки и анализа полученной измерительной информации осуществляется вывод конечного значения результата измерения на индикаторы HG1-HG4. Для управления символьными индикаторами HG1- HG4 используется регистр DD8. Прибор подключается к компьютеру по последовательному интерфейсу RS-232 (XS3) с использованием линий приема/передачи данных (TXD/RXD), а также управляющих линий RTS и CTS.

Расчет потребляемой прибором мощности:

Для обеспечения функционирования прибора на его питающие выводы необходимо подать напряжение +5В.Рассчитаем суммарный ток, потребляемый прибором от источника с выходным напряжением +5В. Для этого из паспортных данных определим ток, потребляемый каждой микросхемой в отдельности. Эти данные приведены в таблице 2.4.

Таблица 2.4

Токи, потребляемые микросхемами

Микросхема	Потребляемый ток
80С31ВН	18 мА
КР558РР2	96 мА
М27128А	85 мА
КР537РУ17	94 мА
КР1533ИР23 (2 шт.)	62 мА
К555ИД7	10 мА
АЛС335Б (4 шт.)	320 мА
К572ПВ3 (2 шт.)	8 мА
К555ЛЕ1	20 мА
К155ЛЛ1	9,8 мА
АТ24С16	3 мА
МАХ222	4 мА
МХ9002 (2 шт.)	950 мкА

Суммарный ток будет равен  (2.13)

Рассчитаем мощность, потребляемую прибором.

. (2.14)

Так как прибор должен питаться от переменного сетевого напряжения 220В, а также от автономного источника, то в составе источника питания должны быть следующие элементы: понижающий трансформатор, диодный выпрямитель переменного напряжения, конденсатор для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, устройство, стабилизирующее напряжение на нагрузке, аккумуляторная батарея.

.5 Разработка электрической принципиальной схемы стабилизированного источника питания

Электрическая принципиальная схема стабилизированного источника питания изображена на чертеже 200102 03.00.000 ЭЗ.

Переменное сетевое напряжение 220 (В) понижается трансформатором ТU1 , затем выпрямляется диодными сборками VD1 КЦ412А и VD2 КЦ407А. Конденсаторы С1-C4 сглаживают пульсацию выпрямленного напряжения. Далее выпрямленное напряжение подается на микросхемы стабилизатора напряжения DA1 К142ЕН5А и DA2 К142ЕН8Б. В данной схеме предусмотрено автономное питание от аккумулятора GB1. Переход на автономное питание производится нажатием кнопки SB1.

.6 Разработка блока обработки информации

Сборочный чертеж блока обработки измерительных сигналов представлен на чертеже 200102.00.00.000 СБ. Блок электронный выполнен в виде переносного прибора. Он состоит из корпуса в сборе 1 и установленными внутри печатной платы 4 и трансформатора 20, которые крепятся к основанию корпуса с помощью полок 6, а также винтов 11, шайб 15 и гаек 13. На передней панели расположены органы управления - плата клавиатуры 3, регулирования - подстроечный резистор 17, с помощью которого устанавливается режим генератора, близкий к критическому и плата индикации 2, которая как и плата клавиатуры крепится к панели с помощью винтов 10, шайб 15 и гаек 13.Также на передней панели находятся тумблер «сеть» 21 и индикаторный светодиод 19,который сигнализирует о включении питания. На задней панели - разъем 18 для подключения щупа, который крепится к задней панели с помощью винтов 9, шайб 14 и гаек 12, предохранитель 16 и втулка 5 для подсоединения шнура питания.

.7 Разработка конструкции датчика и описание принципа его работы

В разработанном приборе будем применять двухканальный датчик, работающий на прошедшем и рассеянном в обратном направлении излучении. Сборочный чертеж волоконно-оптического датчика представлен на чертеже 200102 01.00.000 СБ.

Датчик должен работать следующим образом: модулированное оптическое излучение от светодиода L-34SF4BT попадает на торец передающего световода. После чего излучение проходит через контролируемую техническую жидкость и попадает на световод который работает в обратном направлении, далее излучение попадает на фотодиод ФД 256. Еще часть излучения попадвет в приемный световод, который дальее раздваивается, и излучение попадает на приемные фотодиоды. Далее полученная информация обрабатывается микропроцессорной системой.

Конструкция схемы датчика представлена на рисунке 2.37.

Рисунок 2.37 - Конструкционная схема датчика: 1 - излучающий световод; 2 - приемные световоды; 3 - техническая жидкость; 4 - приемный световод

Выводы:

В пункте «Моделирование измерительного тракта» были выделены основные элементы, показана измерительная схема и особенности измерительного тракта;

Был произведен расчет оптико-волоконной схемы датчика, выбран источник и приемники излучения, приведены их технические параметры, а так же спектральные характеристики. Приведен расчет выходного потока, т.е. потока, который попадает на фотоприемник. Выбран источник питания.

Разработана оптическая схема датчика.

Представлены спектральные характеристики различных технических жидкостей и произведен их анализ.

Разработана структурная схема прибора, рассмотрено подробное управление прибором.

Была произведена разработка электрической принципиальной схемы прибора, осуществлен выбор и описание элементов.

Разработана электрическая принципиальная схема стабилизированного источника питания.

Представлен блок обработки измерительных сигналов, а так же его электрическая часть.

Разработана конструкция датчика, описан принцип его работы.

3. Разработка методики и метрологического обеспечения

.1 Разработка методики

При применении прибора необходимо учитывать следующие особенности: для анализа состояния жидких сред необходимо провести определение наличия и количественных показателей состава дисперсной фазы (взвесей, твердых частиц).

К работе с прибором допускаются лица имеющие подготовку по эксплуатации приборов для оптических измерений. Оператор должен знать основные методические правила, принцип действия средств измерения и вспомогательных устройств, применяемых для отбора проб на мутность, уметь обращаться с этими средствами измерения и вспомогательными устройствами, знать условия выполнения измерений при различных климатических условиях. Подключить выносной датчик, включить прибор и дать ему прогреться 7-10 мин, промыть оптику спиртом. Подготовка прибора к работе: 1) Протереть оптические элементы датчика ватной палочкой смоченной в спирте. Применение для этих целей тряпок, ветоши запрещается; 2) Подключить выносной датчик к прибору; 3) Включить прибор; 4) Прогреть прибор 5 мин; 5) Подготовка эталонной жидкости. В качестве эталонной жидкости применяется уайт-спирит.

Калибровка прибора.

Ввести щуп в эталонный образец жидкости (относительно которого происходит анализ) и настроить уровень сигнала до появления показаний 100.0 %. Ввести щуп в исследуемый образец и считать показания. Во время калибровки и контрольных операций не допускать попадание на оптическую часть щупа прямых солнечных лучей.

настроить, путем вращения рукояток «Грубо», «Точно» на панели прибора, уровень сигнала до появления значения 100.0 % на цифровом индикаторе. Если во время калибровки и контрольных операций присутствует попадание на оптическую часть датчика прямых солнечных лучей, то необходимо выбрать соответствующую программу. Полученный результат фиксируется в памяти прибора;

нажать кнопку «Сброс».

Проведение контроля:

нажать кнопку «Пуск», после чего прибор готов к работе в заданном режиме;

ввести датчик в контролируемую жидкость;

на цифровом индикаторе устройства отображается полученный результат контролируемой жидкости в процентном соотношении относительно эталонного образца;

зафиксировать полученное значение, нажатием кнопки «Стоп».

Рекомендуется после каждого измерения промыть оптическую часть датчика в спирте или уайт-спирите, а при контроле сильно загрязненных жидкостей протереть оптические части прибора ватной палочкой смоченной в спирте.

Если температурный перепад между местом настройки и местом измерения составляет более 15 градусов Цельсия необходимо повторить калибровочные операции.

После проведения работ отключить прибор, отсоединить выносной датчик, насухо протереть рабочую часть датчика (не касаясь оптики) , промыть оптику спиртом, протереть ватной палочкой, и поместить прибор в место хранения.

.2 Разработка метрологического обеспечения

Основные задачи метрологического обеспечения на промышленном предприятии в соответствии с ГОСТ 1.25-76 изложены следующим образом [32]:

а) проведение анализа состояния измерений, разработка на его основе и осуществление мероприятий по совершенствованию метрологического обеспечения, участие в разработке и выполнении заданий, предусмотренных комплексными программами метрологического обеспечения отрасли;

б) установление рациональной номенклатуры измеряемых параметров и оптимальных норм точности измерений;

в) проведение работ по созданию и внедрению современных методик выполнения измерений и средств измерений, испытаний и контроля по установлению рациональной номенклатуры применяемых средств измерений и поверочной аппаратуры;

г) внедрение государственных и отраслевых стандартов, разработка и внедрение стандартов предприятия, регламентирующих нормы точности измерений, методик выполнения измерений и других положений метрологического обеспечения разработки, производства, испытаний и эксплуатация продукции на предприятии или закрепленных за ним видов деятельности;

д) проведение метрологической экспертизы проектов нормативно-технической, конструкторской и технологической документации;

е) поверка и метрологическая аттестация применяемых средств измерений;

ж) контроль за производством, состоянием, применением и ремонтом средств измерений и соблюдением метрологических правил, требований норм на предприятии.

При проведении поверки проводят следующие операции:

а) внешний осмотр;

б) опробование - проверка общего функционирования;

в) определение метрологических характеристик - определение основной абсолютной погрешности.

Если при проведении той или иной операции поверки получен отрицательный результат, дальнейшую поверку прекращают.

При проведении поверки соблюдают следующие требования безопасности: не прилагать больших усилий к органам управления прибора, содержать его в чистоте, не подвергать ударам, не допускать падения.

При проведении поверки необходимо соблюдать следующие условия:

температура окружающей среды, ^оС: 20±5;

диапазон относительной влажности окружающего воздуха, %: до 90;

диапазон атмосферного давления, кПа: от 84 до 106,7.

Перед проведением поверки выполняют следующие подготовительные работы:

заряжают встроенную аккумуляторную батарею прибора;

проверяют наличие паспортов и сроков годности средств поверки.

При внешнем осмотре устанавливают соответствие прибора следующим требованиям:

отсутствие внешних повреждений, влияющих на работоспособность прибора;

исправность органов управления;

соответствие маркировки требованиям нормативных документов;

четкость надписей на панелях.

Оформление результатов поверки. Положительные результаты первичной поверки прибора оформляются записью в таблице поверки паспорта прибора и нанесением оттиска поверочного клейма или печатью, удостоверенной подписью поверителя. Положительные результаты периодической поверки оформляются записью в таблице поверки паспорта прибора и нанесением оттиска поверочного клейма и (или) выдачей свидетельства о поверке установленной формы.

В паспорт прибора, признанного годным к эксплуатации, заносят результаты поверки в виде таблицы. При отрицательных результатах поверки прибор не допускают к дальнейшей эксплуатации, в паспорт вносят запись о непригодности к эксплуатации, клеймо предыдущей поверки гасят, свидетельство аннулируют. На прибор выдают извещение о непригодности.

Одним из методов поверки прибора является метод сличения, он не требует сложного оборудования и высокой квалификации поверителя. В качестве образцовых приборов могут быть выбраны лабораторные мутномеры с пределом допускаемого значения основной погрешности не более ±1%. Перед началом эксплуатации прибора необходимо построить градуировочные зависимости образцового прибора и рабочих средств измерений. Для градуировки прибора следует использовать стандартные образцы с известными значениями мутности. Для этих целей могут быть использованы следующие стандарты мутности:

) Формазин является почти идеальным веществом для приготовления стандартных суспензий. Для его приготовления требуется растворить точную навеску 5,00 г сульфата гидразина и 50,00 г гексаметилентетрамина в одном литре дистиллированной воды. Его можно воспроизводимо готовить из контролируемых исходных веществ. Формазин - это полимер, состоящий из цепочек разной длины, которые свернуты в различных конфигурациях. Это дает широкий спектр фирм и размеров частиц от менее 0,1 до более 10 мкм.

) Стабилизированные стандарты мутности на основе формазина StabCal^™. Это относительно новые стандарты, разработанные для калибровки или проверки характеристик любого турбидиметра. Стандарты мутности StabCal^™ имеют ряд преимуществ: они стабильны, как минимум, два года; стандарты StabCal^™ уже готовы к использованию, от пользователя требуется только тщательно перемешать стандарт перед использованием. Это уменьшает воздействие на стандарт, уменьшает возможность загрязнения стандарта и экономит время, которое иначе пришлось бы тратить на приготовление этих стандартов точным разбавлением [33].

Выводы по разделу:

В данном разделе произведена разработка методики проведения измерения и контроля, ее особенности, определен порядок работы с портативным турбидиметром. Определены основные требования к дефектоскописту. Рассмотрена подготовка прибора к работе и настройка. Описано подробное проведение контроля. Были разработаны рекомендации при работе с прибором. Кроме того была разработано метрологическое обеспечение, изложены основные задачи с соответствии с ГОСТ. Рассмотрены методы поверки и оформление результатов поверки прибора. Определены основные стандарты мутности.

4. Экономическое обоснование проекта

.1 Общая постановка задачи экономического обоснования

В процессе разработки диплома необходимо разработать двухканальный волоконно-оптический турбидиметр для оперативного контроля прозрачности технических жидкостей.

Используем методику сравнительной экономической эффективности. За базу сравнения примем турбидиметр ИП-3М [34], в связи с тем, что данный прибор в настоящее время получил широкое распространение для измерения мутности жидкостей и имеет наиболее близкие к спроектированному устройству характеристики.

.2 Расчет трудоемкости контроля

Потребность в контрольных операциях по объекту контроля оценивается величиной такта в минутах по следующей формуле [35]:

(4.1)

где F_Д - годовой действительный фонд оборудования (рабочего места контролера), ч;

К_Н - коэффициент, учитывающий неравномерность поступления объекта контроля, (среднесерийное производство К_Н = 0,9);

А_Г - годовая программа выпуска объекта контроля, (4000 шт.);

d_К - коэффициент (доля) выборочности контроля, (d_К=1).

Величина годового действительного фонда рабочего места контролера определяется по следующей формуле 4.2:

(4.2)

где F_СМ - номинальный сменный фонд работы - 8 ч;

К_СМ - коэффициент сменности - число смен работы в течение рабочего дня (К_СМ = 1);

К_ВП - коэффициент, учитывающий внутрисменные простои по организационно-техническим причинам (среднесерийное производство - 0,9);

К_ПР - коэффициент, учитывающий долю времени простоев в плановых ремонтах (К_ПР = 0,06).

 - число рабочих дней в 2013 году (=252 дней );

Исходя из формулы (4.1) рассчитаем потребное время поступления одного объекта на контроль:

Величина годового действительного фонда рабочего в часах определяется по следующей формуле:

где D_ОТ - длительность очередного отпуска, D_ОТ = 18 дн., которая может быть увеличена с учетом условий труда контролера;

D_УП - потери времени по уважительным причинам, D_УП = 6 дн.

Норма штучно-калькуляционного времени рассчитывается по формуле:

t_ШК = t_ПЗ + t_ОП + t_ОБ,ОТЛ= t_ПЗ + t_ОП+0,16·t_ОП , (4.3)

где t_ПЗ - подготовительно-заключительное время на один объект контроля, ч/шт.

t_ОП - оперативное время на операцию, ч/шт.

t_{ОБ, ОТЛ} - время обслуживания, на отдых и личные надобности (определяется как доля от оперативного времени в размере 0,12-0,16).

Рассчитаем трудоемкость операций по проектам:

Базовый:

Проведение измерений:

Т_ПЗ = 0,33 ч;

t_ОП = 0,42 ч;

 ч.

Проектный:

Проведение измерений:

Т_ПЗ = 0,27 ч;

t_ОП = 0,32 ч;

ч.

Подготовительно-заключительное и оперативное время принято в соответствии с методикой и условиями контроля.

Результаты расчёта трудоёмкости контроля приведены в таблице 4.2.

Уменьшение подготовительно-заключительного и оперативного времени проектном варианте по сравнению с базовым связано с применением в конструкции проектного прибора элементов волоконной оптики и современных цифровых микросхем, что увеличивает его быстродействие примерно на 30%.

Таблица 4.2

Трудоемкость контроля

Наименование операции	tШК, ч
	базовый	проектный
Проведение измерений	0,51	0,39
Величина такта	0,59

.3 Расчет единовременных затрат

По вариантам сравнения единовременные затраты (инвестиции) складываются из следующих основных элементов. Единовременные затраты рассчитываются по элементам [36]:

, (4.4)

где - стоимость оборудования, рос.руб.;

- стоимость потребной площади здания, рос.руб.;

- стоимость в социально-культурную сферу, рос.руб.;

- затраты на исследование, проектирование и освоение, рос.руб..

Затраты в оборудование определяются по формуле:

, (4.5)

где  - принятое количество оборудования, шт;

 - цена единицы оборудования, рос.руб.;

 - коэффициент, учитывающий занятость оборудования на i-той операции по данному объекту контроля,

;

а_тi, а_мi - коэффициенты, учитывающие транспортно-заготови-тельные расходы, затраты на монтаж и отладку оборудования (а_тi = 0,1; а_мi=0,15).

Количество средств контроля по операциям определяем по формуле:

 (4.6)

Получаем:

Базовый вариант:

, = 1 шт.; (К_зi=0,86).

Проектный вариант:

,  = 1 шт.; (К_зi=0,65).

Цена базового варианта - 17661 рос.руб. Цена проектного варианта примем 16761 рос.руб., так как его конструкция простая и затраты на изготовление меньше.

Базовый:

= 1×17661×(1+0,1+0,15)×0,86 = 18985 (рос.руб.).

Проектный:

= 1×16761×(1+0,1+0,15)×0,65 = 13618 (рос.руб.).

Затраты в здания определяются по формуле:

, (4.7)

где  - габаритная площадь i-ой операции,  примем 4 м²,  примем 3 м²

 - коэффициент, учитывающий дополнительную пл производственная площадь рабочего места на i-ой операции,

 - цена квадратного метра здания производственного назначения (=200 долл.=8500 рос. руб.);

 - коэффициент, учитывающий занятость здания работой на i-той операции;

 - коэффициент, учитывающий площадь под складирование материалов для контроля;

 - число рабочих на i-ой операции

- норматив площади служебно-бытового назначения на одного рабочего (5 м²);

 - цена одного квадратного метра здания служебно-бытового назначения (=240 долл.=7800 рос.руб.);

Рассчитаем затраты в здания:

Базовый:

Проектный:

Затраты на исследование и проектирование:

 (4.8)

где  - трудоемкость проектирования по k-му виду работ (3 мес.);

 - сметная стоимость одного человека-час проектирования, которая рассчитывается по формуле [37]:

 (4.9)

где - часовая тарифная ставка 1-го разряда (определяется делением принятой на период проектирования месячной ставки 1-го разряда на месячный фонд рабочего времени 168 ч), р.;

 - тарифный коэффициент проектировщика, ();

- коэффициент премирования, ();

 - коэффициент, учитывающий дополнительную заработную плату, ();

 - коэффициент, учитывающий отчисления в фонд социального обеспечения, ();

 - коэффициент, учитывающий накладные расходы, ()

З_т= З/F_м,

где З - месячная тарифная ставка первого разряда (6300 рос.руб.);

F_м - месячный фонд рабочего времени.

Тогда:

З_т= 6300/168 = 37,5 (рос.руб.).

Т_пр= 3 × F_пр = 3×168 = 504 ч.

Подставим:

( рос. руб./час).

( рос. руб.).

Результаты расчёта единовременных затрат приведены в таблице 4.3.

Таблица 4.3

Единовременные затраты, (рос. руб.)

Наименование затрат	Величина затрат по вариантам
	базовый	проектный
Затраты в оборудование, рос.руб.	18985	13618
Затраты в здания, рос.руб.	96275	86287
Затраты на исследование и проектирование, рос. руб.	---	155120
Итого единовременных затрат, рос. руб.	115260	255025

4.4 Расчет годовых текущих издержек

Годовые текущие издержки на контроль рассчитываются по формуле:

     (4.10)

где  - годовые затраты на материалы (основные и вспомогательные материалы, покупные полуфабрикаты, комплектующие изделия), отсутствуют.

И_З - годовые затраты на заработную плату основным рабочим (операторам) с начислениями, рос. руб.;

И_Э - годовые затраты на электроэнергию, рос. руб.;

И_А - годовые затраты на амортизацию, рос. руб.;

И_РО - годовые затраты на ремонт и содержание оборудования, рос. руб.;

И_РЗ - годовые затраты на ремонт и содержание зданий, рос. руб.;

И_НР - годовые накладные расходы по обслуживанию и управлению производства, рос. руб.

Годовой фонд оплаты для сдельщиков с начислениями рассчитывается суммированием по i-м операциям:

(4. (4.11)

где t_штi - норма штучного времени по i-й операции, ч;

З_Т - часовая тарифная ставка 1-го разряда - 40,45 рос. руб.;

-численность звена на i-й операции, чел. =1;

К_Тi - тарифный коэффициент разряда по i-й операции - 2,047(по Единой тарифной сетке РФ для 10-го разряда);

К_Пi - коэффициент премирования по i-й операции - 0,5;

К_Д - коэффициент, учитывающий дополнительную заработную плату - 0,1;

К_СС - коэффициент, учитывающий отчисления в фонд социальной защиты - 0,30;

А_Г - годовая программа выпуска, (3600шт).

 рос. руб.

рос. руб.

Годовые издержки потребляемой электроэнергии, если оборудование работает в режиме прямого включения - выключения по каждому объекту контроля, рассчитываются по формуле 4.12:

(4.12)

где t_ШКi - норма штучно-калькуляционного времени на i-й операции, ч;_i - потребляемая мощность оборудования на i-й операции, кВт (W_Б=0,04кВт; W_П=0,06кВт);

К_wi - коэффициент, учитывающий использование потребляемой мощности на i-й операции - 0,8;

К_ti - коэффициент, учитывающий использование мощности во времени на i-й операции

(К_ti =t_Oi/ t_Шкi) (, )

К_п - коэффициент, учитывающий величину потерь в заводских сетях (К_п = 1,05);

Р_э - цена (тариф) за один кВт - ч. потребленной электроэнергии . (Р=3,2 рос. руб./кВт - ч);

h - коэффициент полезного действия установки - 0,9.

 рос. руб.

 рос. руб.

Годовые затраты на амортизацию основных средств и нематериальных активов рассчитывается по формуле 4.13:

 (4.13)

где  - стоимость единовременных затрат на к-ый тип, вид или группу основных средств и нематериальных активов, р;

t_слк^Н - нормативный срок службы к-го типа, вида или однородной группы основных средств и нематериальных активов, лет;

 рос.руб

 рос.руб

Годовые издержки на ремонт и содержание оборудования рассчитываются по формуле для стационарного оборудования 4.14:

 (4.14)

где К_О - стоимость используемого оборудования, р.

k_ИР - коэффициент использования оборудования по режиму работы(k_ИР = 0,5 при К_СМ=1)

 рос. руб.

рос. руб.

Годовые затраты на ремонт и содержание зданий рассчитываются по формуле 4.15.

(4.15)

где Н_рз - норматив на ремонт и содержание здания, % (принимается в пределах от 2,2 до 3,0 процентов).

 рос. руб.

рос. руб.

Годовые накладные расходы складываются из следующих статей затрат: на управление (И_У), освещение (И_ОС), воду на бытовые нужды (И^Б_В), теплоэнергии на горячую воду (И^ГВ_ТЭ), отопление (И^ОТ_ТЭ), вентиляцию (И^ВТ_ТЭ):

 (4.16)

Затраты на управление рассчитываются по формуле 4.17:

И_У=И_З·К_КУ (4.17)

где К_{КУ -} коэффициент, учитывающий косвенные расходы по управлению - 0,3.

 рос. руб.

 рос. руб.

Затраты на освещение рассчитываются по формуле 4.18:

 (4.18)

где W_S - норма освещенности, кВт/м² (W_S = 0,04 кВт/м²);

-годовой осветительный фонд =700ч;

S - площадь зданий производственных и служебно-бытовых,м².

рос.руб.

 рос. руб.

Затраты на воду на бытовые нужды рассчитываются по формуле 4.19:

 (4.19)

где Р^Б_В - цена воды на бытовые нужды, руб./м³ (Р^Б_В = 5 рос. руб./м³);

Н^б_в - норма расхода воды на бытовые нужды за сутки на одного работника, м³ (Н^б_в =0,03 м³);

Ч_Р - численность рабочих, чел

 рос. руб.

Затраты на воду на горячую воду рассчитываются по формуле 4.20:

 (4.20)

где Р_ВГ - цена (тариф) на горячую воду, Р_ВГ= 82 р./м³), рос. руб/м³ в РФ;

Н_ВБ - норма расхода воды горячей за сутки на одногорабочего,Н_ВБ=0,05 м³.

рос. руб.

Затраты на отопление рассчитываются по формуле 4.21:

 (4.21)

где Р_ТЭ - цена (тариф) на тепловую энергию, (1240 рос. руб. / Гкал в РФ);

q_ЗДО - удельная характеристика теплопроводности здания, q_ЗДО = 0,40 ккал/(м³•ч ^оС);

V_ЗД - объем здания по наружному обмеру, V_ЗД =S•H (где высота Н от 4 до 6 м), м³;

t_ВН, t_Н - температура воздуха внутри помещения и снаружи здания, t_ВН = +20 ^o C, t_Н = - 10 ^o;

F_ОТ - отопительный период за год, F_ОТ = 4320 ч.

рос. руб.

 рос. руб.

Затраты на вентиляцию рассчитываются по формуле 4.22:

 (4.22)

где q_ЗДВ - удельная тепловая характеристика здания при вентиляции, q_ЗДВ = 0,15 ккал/(м³•ч ^оС);

t_ВН, t_Н - температура воздуха вытяжного, снаружи здания, t_ВН = +20 ^o C, t_Н = - 1,5 ^o C;

F_ВТ - продолжительность работы вентиляционной системы в течение года, F_ВТ =1200 ч;

К_ПТ - коэффициент, учитывающий потери тепла, К_ПТ = 1,18.

рос. руб.

рос. руб.

Затраты на отчисления земельного налога рассчитываются по формуле 4.23:

 (4.23)

где Р_ЗН - ставка земельного налога на 1 м² площади зданий производственных и служебно-бытовых Р_ЗН = 96 рос. руб;

рос. руб.

рос. руб.

Таким образом, исходя из полученных значений, годовые накладные расходы рассчитываются по формуле 4.16.

 рос. руб.

 рос. руб.

Результаты расчетов по статьям текущих издержек сводятся в таблицу 4.4:

Таблица 4.4

Годовые текущие издержки на контроль, (рос. руб.)

Наименование статей издержек	Величина по вариантам,
	Базовый	Проектный
Затраты на заработную плату с начислениями , рос. руб.181160	58018
Затраты на электроэнергию , рос. руб.85	25
Затраты на амортизацию ИА, рос. руб	2733	31420
Затраты на ремонт и содержание оборудования , рос. руб.2033	1191
Затраты на ремонт и содержание зданий , рос. руб.1544	1365
Накладные расходы , рос. руб.52404	16804
Итого (И)	239959	108823

4.5 Расчет показателей экономической эффективности

Экономический результат единовременных затрат по сравниваемым вариантам на основании данных из таблицы определяется по формуле 4.24:

 (4.24)

=255025-115260= 139765 (рос. руб.)

В случае положительной величины  предприятие по принятым техническим решениям несет дополнительные капитальные вложения (инвестиции).

Годовой экономический эффект определяется как разность приведенных затрат (З^Б_Г, З^П_Г).

 (4.25)

Годовые эксплуатационные затраты:

(рос. руб.).

(рос. руб.).

Годовой экономический эффект равен:

=219810-103022= 116788 (рос. руб.)

Так как единовременные затраты по базовому варианту превышают проектный вариант (К^Б > К^П), то срок окупаемости дополнительных единовременных затрат рассчитывать не нужно.

Рассчитаем срок окупаемости дополнительных единовременных затрат по формуле 4.26:

 (4.26)

 лет

Т.к 1,19<6 то это подтверждает целесообразность проектного варианта.

Таблица 4.6

Технико-экономические показатели сравниваемых вариантов

Наименование показателей	Значения по вариантам
	базовый	проектный
1. Срок службы, лет	6	5
2. Годовая программа контроля АГ, штук	4000	4000
3. Норма штучно-калькуляционн. времени tШК, мин	0,51	0,39
4. Площадь рабочего места контролера, м	4	3
5. Потребляемая мощность средств контроля Wi, Вт	5	3,6
6. Единовременные затраты К, тыс.рос.руб.	115	255
7. Годовые текущие издержки И, тыс.рос.руб.	219	103
8. Экономический результат единовременных затрат, тыс.рос.руб.	-	139
9. Годовые эксплуатационные затраты ЗГ, тыс.рос.руб.	219	103
10. Срок окупаемости дополнительных затрат, лет	-	1,19
11 Экономичесий эффект, рос.руб.: За год За весь срок службы	-	116788
	-	583940

Выводы:

На основании экономического обоснования разработки данного устройства можно сделать вывод, что внедрение устройства для измерения мутности масла дает положительный экономический эффект. Экономический эффект получен за счет уменьшения трудоемкости, стоимости проектируемой установки и значительного увеличения производительности.

На основании данных приведенных в таблицы 4.6 можно сделать следующие выводы:

полностью оправдалась целесообразность принятых в дипломном проекте технических решений, так как годовой экономический эффект составил 116788 рос.руб. Экономический эффект получен за счет уменьшения трудоемкости, стоимости проектируемой установки и значительного увеличения производительности;

за весь срок службы разрабатываемого прибора (5 лет) экономический эффект составил 583940 рос. руб.

текущие издержки проектного варианта ниже аналогичных величин издержек базового варианта на 116788 рос. руб;

единовременные затраты проектного варианта больше единовременных затрат базового варианта на 140 тыс. рос .руб.

5. Безопасность и экологичность проекта

.1 Идентификация и анализ опасных и вредных факторов

Проектирование приборов ведётся в соответствии с утверждёнными правилами, нормами и ГОСТами.

Вопросы охраны труда рассматриваются в тесной связи с улучшением условий труда, снижением нервно-психологических нагрузок и рядом других факторов. Поэтому задача охраны труда состоит в том, чтобы свести к минимуму вероятность поражения или заболевания работающего с одновременным обеспечением комфорта при максимальной производительности труда.

Идентификация опасных и вредных производственных факторов произведена в соответствии с ГОСТ 12.0.003.-74 [38]. Выделяют физические, химические, биологические и психофизиологические факторы [39].

) Физические факторы. При работе с разрабатываемым прибором вредным фактором является недостаточная освещенность. Недостаточная освещенность вызывает преждевременное зрительное утомление. При недостаточной освещенности производственных цехов промышленных предприятий у рабочих ухудшается зрение, уменьшается производительность труда и снижается качество выпускаемой продукции.

Сам прибор не является источником шума, но при проведении контроля вблизи работающих технических установок на оператора возможно воздействие шума. Неправильный шумовой и вибрационный режимы в рабочей зоне, а также влияние внешней обстановки, приводят к утомлению слухового аппарата работника, что при длительном воздействии может сказаться на профессиональных качествах специалиста. Допустимый уровень шума в рабочей зоне, не должен превышать 50 дБ, в соответствии с ГОСТ 12.1.005-88 [40].

) Химические факторы. При проведении контроля объектов нефтегазовой и химической промышленности возможно отравление парами контролируемых жидкостей. Симптомы отравления зависят от вида и количества вещества, попавшего внутрь, индивидуальных особенностей пострадавшего и его возраста. Симптомы отравления могут быть незначительными, но неприятными, например зуд, сухость во рту, нечеткость зрения, боль, а могут и представлять опасность для жизни: например дезориентация, кома, нарушение сердечного ритма, затруднение дыхания и выраженное возбуждение.

) Психофизиологические факторы. При работе с прибором в положении стоя и на корточках, ноги оператора будут быстро уставать. Поэтому наиболее удобным положением для дефектоскописта будет являться сидячее положение. На рабочем месте следует предусмотреть установку стола и стула для расположения на них оборудования и дефектоскописта.

Биологические и психофизиологические факторы опасного воздействия в разработанном устройстве отсутствуют.

.2 Организационные, технологические и иные решения по устранению опасных и вредных факторов

Вредные и опасные факторы определяются как производственные факторы, воздействие которых на работающего в определенных условиях приводит к травме или другому внезапному резкому ухудшению здоровья и, соответственно, приводит к заболеванию или снижению работоспособности. Поэтому, большое значение занимает вопрос об устранении или уменьшении воздействия опасных и вредных факторов. Определенные требования к воздуху рабочей зоны: оптимальные и допустимые величины температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха устанавливаются с учетом сезонов года и соответствуют нормам. Согласно ГОСТ 12.4.021-75 обеспечение нормализации микроклимата на рабочем месте осуществляется при помощи отопления, кондиционирования воздуха и вентиляции помещений [41]. По ГОСТ 12.1.005-88 благоприятным микроклиматом будет считаться состояние окружающей среды при температуре 21-25^оС, относительной влажности 40-60% и скорости движения воздуха 0,1 м/с. При этом разность температур на уровне пола и головы сидящего работника не более 3^oС. Обязательна ежедневная влажная уборка рабочего места.

Освещение на производстве является важнейшим показателем гигиены труда. В качестве искусственного источника света наиболее эффективно использовать люминесцентные лампы, срок службы которых 14000 часов и световая отдача - 100 лм/Вт, что экономичнее и выгоднее по сравнению с лампами накаливания. По СНБ 2.04.05-98 нормы освещенности табло прибора должны быть от 100 до 250 лк [42].

 (5.1)

где Е_н - нормируемая освещенность, лк;

К_з - коэффициент запаса;

коэффициент дополнительной освещенности, создаваемой удаленными светильниками и отраженным светом (принимается от 1 до 1,2);

условная освещенность в контрольной точке от суммарного действия «ближайших» светильников, лк;

e_i - условная освещенность от i-го источника (можно определить по пространственным кривым равных значений освещенности (изолюкс)).

Некоторые светильники местного освещения предназначены для освещения определенного оборудования. Расчет осветительной установки для этих светильников не производят.

В последнее время для светотехнических расчетов широко применяют компьютер, что позволило перейти к использованию аналитического представления кривых силы света (КСС) и, таким образом, к выполнению светотехнических расчетов только аналитическим методом. Для замены расчетов освещенности с использованием пространственных изолюкс используют способ расчета, основанный на применении интерполяционных формул в виде тригонометрических полиномов [43].

В связи с вышесказанным, в данном проекте расчет освещенности проводился с помощью специализированной программы CWETD. Результаты расчетов приведены в приложении А.

.3 Разработка мер безопасности при эксплуатации устройства

Общие требования по охране труда. К проведению работ допускаются специально подготовленные работники, сдавшие соответствующие испытания, прошедшие производственную стажировку с опытным работником в течении двух месяцев и имеющих удостоверение установленной формы. К работе с устройством работник может приступить после прохождения вводного инструктажа и первичного инструктажа на рабочем месте. Работник один раз в шесть месяцев должен получить повторный инструктаж. В дальнейшем эти работники проходят периодические медицинские осмотры в установленном порядке и подвергаются периодическим проверкам знаний.

Работник, работающий с прибором, должен обеспечиваться следующими средствами индивидуальной защиты (СИЗ): костюмом хлопчатобумажный с маслонефтезащитной пропиткой; ботинками юфтевыми на маслобензостойкой подошве; фартуком прорезиненным; рукавицами комбинированными; перчатками хлопчатобумажными в комплекте с перчатками резиновыми; нарукавниками прорезиненными; жилетом сигнальным. Зимой дополнительно должен обеспечиваться курткой на утепляющей прокладке.

Личную одежду и спецодежду необходимо хранить отдельно в шкафчиках в гардеробной. Работник обязан следить за исправностью спецодежды, своевременно сдавая ее в стирку и ремонт, а также содержать шкафчик в чистоте и порядке.

Работник должен иметь определенное рабочее место, расположенное в соответствии с установленными технологическим процессом. Вспомогательный для контроля инструмент должен храниться на рабочем месте в шкафу или в специально отведенном помещении.

Работник должен знать:

правила оказания первой (до/врачебной) помощи пострадавшему при несчастном случае;

действие на человека опасных и вредных производственных факторов, возникающих во время работы;

требования техники безопасности, производственной санитарии и пожарной безопасности.

Работник должен:

выполнять только порученную ему начальником работу;

владеть безопасными приемами труда;

содержать в исправном состоянии и чистоте закрепленное за ним рабочее место, инструмент, приспособления, а также средства индивидуальной защиты;

использовать в работе только исправный инструмент;

носить инструмент и измерительные приборы в специальных ящиках или сумках;

выполнять требования запрещающих, предупреждающих, указательных и предписывающих знаков и надписей, а также сигналов, подаваемых крановщиками, водителями других транспортных средств и работниками, занятыми ремонтными работами на территории предприятия;

проходить по территории предприятия по установленным маршрутам, пешеходным дорожкам, тоннелям, проходам и переходам;

быть предельно внимательным в местах движения транспорта;

соблюдать правила внутреннего трудового распорядка.

Работнику запрещается:

работать в болезненном состоянии, а также в состоянии алкогольного или наркотического опьянения;

использовать переносные светильники без предохранительных сеток, поврежденной вилкой и изоляцией проводов;

работать без средств индивидуальной защиты;

употреблять психотропные или токсические вещества на рабочем месте или в рабочее время.

Работник обязан соблюдать следующие требования пожарной безопасности:

не пользоваться открытым огнем при проверке прибора и во время работы на нем;

обо всех неисправностях немедленно сообщать непосредственному начальнику;

курить только в отведенных и приспособленных для этого местах;

знать и уметь пользоваться первичными средствами пожаротушения.

Работникам принимать пищу следует только в столовых, буфетах или специально отведенных для этого комнатах, имеющих соответствующее оборудование. Перед едой необходимо тщательно вымыть руки теплой водой с мылом.

В случае получения травмы или заболевания работник должен прекратить работу, поставить в известность руководителя работ и обратиться за помощью в медпункт.

При обнаружении нарушений настоящей Инструкции, а также неисправностей оборудования, инструмента, защитных приспособлений, средств пожаротушения работник обязан без промедления сообщить об этом своему непосредственному начальнику, а в его отсутствие вышестоящему руководителю.

Знание и выполнение работником требований настоящей Инструкции является служебной обязанностью, а их нарушение влечет за собой ответственность в соответствии с законодательством.

Требования по охране труда перед началом работы. Работнику запрещается приступать к работе без средств индивидуальной защиты.

Перед работой работник должен предварительно осмотреть рабочее место, убедиться в отсутствии посторонних предметов, проверить состояние чистоты оптических частей прибора, а также наличие заряда аккумуляторной батареи, проверить и убедиться в исправности приточно-вытяжной вентиляции, проверить освещение рабочего места.

Перед включением прибора, работник проводит визуальный осмотр на предмет поломки, и только после производит включение прибора. Включив прибор, следует проверить показания на соответствие данным, указанным в технической документации на прибор. Запрещается применять для контроля прибор, показания которого не соответствуют технической документации.

Если при работе прибора наблюдаются неисправности и отклонения в его работе, работник обязан выключить прибор, чтобы предотвратить негативные последствия и незамедлительно сообщить об этом непосредственному начальнику.

Требования по охране труда при выполнении работ. При работе с прибором следует пользоваться руководством по его эксплуатации.

Работник обязан содержать свое рабочее место в чистоте и порядке, не загромождая его посторонними предметами.

В процессе проведения контроля работник должен четко соблюдать все нормы и требования, описанные в методике контроля.

Работник должен точно следить за проводимыми операциями, а в случае возникновения неисправности - знать меры по их устранению.

В процессе проведения контроля и хранении прибора должно быть обеспечено его устойчивое положение, удобные для работы условия.

При работе с прибором необходимо соблюдать следующие меры предосторожности:

в процессе эксплуатации не прилагать больших усилий к органам управления прибора, содержать его в чистоте, не подвергать ударам, не допускать падения;

техническое обслуживание прибора производить при отключенном напряжении питания;

не допускать к работе посторонних лиц.

Требования по охране труда в аварийных ситуациях. При возникновении аварийной ситуации работник обязан прекратить работу, немедленно сообщить о случившемся непосредственному начальнику или вышестоящему руководителю и далее выполнять его указания по предупреждению несчастных случаев или устранению возникшей аварийной ситуации.

При возникновении пожара необходимо:

сообщить инженеру группы, начальнику лаборатории и в пожарную часть;

вызвать МЧС по тел.101;

эвакуировать людей из помещения согласно плану эвакуации;

принять меры по ликвидации очага возгорания с использованием пожарного инвентаря, имеющегося в лаборатории;

при наличии небольшого очага пламени можно воспользоваться подручными средствами с целью прекращения доступа воздуха к объекту возгорания; перед тушением электроустановок их необходимо отключить от сети. Небольшие загорания могут быть ликвидированы с помощью углекислотных и порошковых огнетушителей. Такими огнетушителями можно тушить восгорания электроустановок, находящихся под напряжением.

в случае травмы одного из работников лаборатории - оказать первую медицинскую помощь и сообщить в медицинский пункт.

При поражении электрическим током, прежде всего, необходимо прекратить действие тока (отключить напряжение, перерубить провод) соблюдая при этом меры безопасности и не прикасаясь к пострадавшему голыми руками, пока он находиться под действием тока.

При поражении током высокого напряжения или молнией пострадавшему, несмотря на отсутствие признаков жизни, надо немедленно делать искусственное дыхание и одновременно массаж сердца. Искусственное дыхание и массаж сердца делается до тех пор, пока не восстановиться естественное дыхание или до прибытия врача, которого вызвать по телефону 103.

После того, как пострадавший придет в сознание, необходимо на место электрического ожога наложить стерильную повязку и принять меры по устранению возможных при падении механических повреждений (ушибов, переломов). Пострадавшего от электротравмы независимо от его самочувствия и отсутствия жалоб следует направить в лечебное учреждение.

Требования по охране труда по окончании работы. По окончании работы работник должен:

отключить прибор, провести профилактические работы в соответствии с требованиями технической документации на прибор;

убрать инструмент, приборы в специально предназначенные для них места или кладовые;

снять спецодежду и средства индивидуальной защиты, убрать в шкаф в гардеробной;

вымыть руки, лицо и другие загрязненные части тела водой с мылом или принять душ.

По окончании смены рабочий обязан привести в порядок рабочее место. Сообщить принимающему смену или начальнику смены обо всех неисправностях и нарушениях техники безопасности, замеченных во время работы, и о принятых мерах по их устранению. Необходимо сделать запись в журнале.

Выводы по разделу:

В разделе «Безопасность и экологичность проекта» были выделены основные вредные и опасные факторы при работе с прибором. Даны рекомендации по устранению этих факторов. Также в разделе «Организационные, технологические и иные решения по устранению опасных и вредных факторов» при помощи программы SWETD был произведен расчет освещения в цеху размерами 30х45х6 м. Разработаны рекомендации по безопасности эксплуатации данного прибора, что уменьшает потенциальную опасность при обращении с ним. Прибор не влияет на окружающую среду и не представляет никакой опасности для нее. Все мероприятия разрешены согласно требованиям действующих нормативных документов.

6. Энерго- и ресурсосбережение

Энергосбережение - это реализация производственных, научных, технических, организационных, экономических и правовых мер, имеющих целью достижение экономически обоснованного значения эффективности использования энергетических ресурсов. Основными направлениями энергосбережения в промышленности является:

структурная перестройка предприятий, направленная на выпуск менее энергоёмкой, конкурентоспособной продукции;

модернизация и техническое перевооружение производств на базе наукоёмких ресурсо- и энергосберегающих и экологически чистых технологий;

совершенствование существующих схем энергоснабжения предприятий;

использование вторичных ресурсов и альтернативных видов топлива, в т.ч. горючих отходов производства;

применение источников энергии с высокоэффективными термодинамическими циклами;

применение эффективных систем теплоснабжения, освещения, вентиляции, горячего водоснабжения [44].

Темой данного дипломного проекта является разработка двухканального волоконно-оптического турбидиметра для оперативного контроля прозрачности технических жидкостей. Определение реальных сроков использования смазочно-охлаждающих и других технических сред имеет важное хозяйственно-экономическое значение. В решении этой задачи для оперативной оценки фактического состояния неоднородных сред используются различные технологии и средства. И в этих технологиях наиболее употребляемой является замена неоднородных сред по нормируемому ресурсу.

В большинстве случаев замена смазочно-охлаждающих сред не гарантирует эффективную работоспособность машин, агрегатов и техпроцессов. Поэтому для предупреждения выхода таких сред (и обеспечения производительной работы оборудования) из нормированного состояния необходима своевременная и достоверная первичная информация. Ее наличие позволяет использовать среды и эксплуатировать оборудование по реальному состоянию и возможно дольше. Смазочно-охлаждающие среды, как активная часть технологических процессов, влияют и на производственный процесс, его эффективность и рентабельность. Досрочная замена, как и продолжительное использование с нарушением установленных регламентов снижают потенциальные возможности производства и не исключают аварийных ситуаций.

Возникновение аварийных ситуаций приводит к огромным материальным и энергетическим потерям. Состояние и свойства технических сред и масел позволяют выявить причины и механизмы появления и развития различных отклонений, сказывающихся на нормированном ресурсе безотказной работы оборудования.

Поэтому для более эффективного производства и решения вопросов о сроках службы и замены смазочно-охлаждающих сред необходим оперативный технологический контроль их реального состояния. И даже регламентная замена неизбежно снижает эффективность использования дорогостоящих масел и сказывается на работоспособности машин и оборудования. Многофакторная зависимость качества смазочно-охлаждающих сред требует более совершенной аппаратуры для обеспечения минимальных затрат по их оценке и установления срока эксплуатации в реальных условиях производства. Сроки эксплуатации связаны с затратами на контроль, слив, фильтрацию. И с ростом интенсивности работы и увеличения срока службы машин и оборудования текущие затраты на смазочно-охлаждающие среды существенно возрастают. С увеличением продолжительности работы машин и оборудования ухудшается режим их эксплуатации и возрастают затраты на их контроль и регулировку. При этом снижается эффективность использования смазочно-охлаждающих сред.

Особенно в условиях эксплуатации многофакторные зависимости текущего состояния масел и технических сред проявляются при технологической наладке, при заправке и регулировке, при техническом осмотре и ремонте. Основные отказы строительно-дорожных машин обусловлены наличием воды и инородных включений в используемом масле. Они оказывают отрицательное влияние и на работу гидроаппаратуры [45].

При неблагоприятном сочетании факторов, влияющих на текущее состояние масел, они раньше доходят до предельного состояния своей работоспособности. С другой стороны, иногда к моменту регламентной замены, масло имеет большой качественный запас и не требует замены. На интенсивности загрязнений технических сред особенно сказывается режим работы. При движении транспортного средства по грунтовой дороге (и бездорожью) значительно возрастает нагрузка на двигатель и цилиндропоршневую группу по сравнению с перемещением его на тоже расстояние по дороге с твердым покрытием. Интенсивность старения масел в двигателях с наработкой перед капитальным ремонтом в несколько раз превышает ее по сравнению с интенсивностью старения в новом двигателе [46].

Несомненно затраты на фильтрацию и замену смазочно-охлаждающих сред превышают расходы на оценку их текущего состояния. Однако дороговизна ремонтно-восстановительных работ нередко превышает материальные, трудовые и финансовые затраты на оперативный контроль и диагностику смазочно-охлаждающих сред. Выбор технологий и средств оценки состояния неоднородных сред определяется их объемами, периодичностью и ответственностью. Сама по себе оценка и контроль представляют весьма трудоемкий и рутинный процесс.

Разработанное устройство позволяет своевременно получать и отрабатывать информацию уже при появлении аномальных отклонений состояния контролируемой среды, исключая критические и аварийные ситуации и тем самым исключает материальные затраты на ремонт и восстановление, а также затраты на энергоресурсы.

Заключение

В настоящем дипломном проекте разработано устройство для оперативного контроля прозрачности технических жидкостей.

В ходе работы над дипломным проектом проведен анализ литературных источников по современному состоянию контроля технических жидкостей и масел. В результате проведенного анализа рассмотрены существующие методы и приборы для достижения этих целей и определены направления для дальнейшего проектирования.

Произведено моделирование измерительного тракта. Для контроля прозрачных масел разработана оптическая схема датчика

Разработан алгоритм обработки измерительных сигналов. Разработаны структурная схемы устройства и электрическая принципиальная схема блока обработки информации. В процессе проектирования произведены необходимые расчёты по механической и электронной части устройства.

Разработана методика проведения измерений данным устройством, определен порядок работы с датчиком, разработаны рекомендации при работе с прибором.

Устройство является компактным и переносным, имеет питание как от сети, так и от аккумуляторных батарей, что обеспечивает ему многофункциональность и способность применения в различных условиях, а также в различных областях науки и промышленности.

По своей конструкции и цене разработанное устройство не уступает своим зарубежным аналогам.

Определены основные вредные и опасные факторы при работе со спроектированным устройством. Даны некоторые рекомендации по устранению этих факторов. Разработаны рекомендации по безопасной эксплуатации данного устройства, что уменьшает потенциальную опасность при обращении с ним.

При проведении технико-экономического анализа и возможностей внедрения на производстве рассчитаны затраты и издержки на производство и использование. На основании полученных данных можно сделать вывод о получении значительного экономического эффекта в размере 116788 рос. руб. за год и 583940 за 5 лет. Разработанное устройство является энерго- и ресурсосберегающим

Список использованных источников

1.   Булатов, М.И. Практическое руководство по фотометрическим методам анализа -5-е изд., перераб.- Л.: Химия, 1986. - 432 с.

2.      Папков, С.П. Физико-химические основы переработки растворов полимеров, 1971, 372 с.

.        Библиотека электронных ресурсов НИУ ИТМО Аспирантура [Электрон. ресурс] / Ред. В. Трофимов. - М., 2009

.        Секарин, К.Г. Психология зрительного восприятия неоднородности свойств объекта в системах неразрушающего контроля // Научно-технический вестник СПб ГУ ИТМО: Современная оптика, 2007. вып. 43. с. 100-109.

.        Булатов, М.И. Практическое руководство по фотоколориметрическим и спектрофотометрическим методам анализа, изд. 4-е, пер. и доп., Л., «Хиимя», 1976. -376с.

.        Марков, А.П. Анализ схем световодных преобразователей / А.П. Марков, А.Г. Старовойтов, А.И. Потапов − Неразрушающий контроль и диагностика окружающей среды, материалов и промышленных изделий: межвузовский сб. Вып. 10. - СПб.: СЗТУ, 2004. - c. 3−12.

.        Бутусов, М.М. Волоконно-оптические системы передачи. -М.: Радио и связь, 1992 -416с.

.        Марков, А.П. Анализ схем световодных преобразователей / А.П. Марков, А.Г. Старовойтов, А.И. Потапов − Неразрушающий контроль и диагностика окружающей среды, материалов и промышленных изделий: межвузовский сб. Вып. 10. - СПб.: СЗТУ, 2004. - c. 3−12.

.        ГОСТ 1.25-76. Государственная система стандартизации. Метрологическое обеспечение. Основные положения.

.        Васильєв, В.П. Аналитическая химия. В 2 ч. Ч. 2. Физико-химические методы анализа: Учеб. для Химко-технол. спец. вузов. - М.: Высш. шк., 1989. - 384с

.        Тренихин, А.П. Организационно-экономическая часть дипломного проекта: методические указания для студентов специальности 1-54 01 02 «Методы прибора контроля качества и диагностики состояния объектов» / А.П. Тренихин − Могилев: Белорусско-Российский университет, 2004г. - 23 с.

.        Тренихин, А.П. Организация производства: Методические указания к выполнению курсовой работы для студентов специальности 1-54 01 02 «Методы прибора контроля качества и диагностики состояния объектов» / 13. А.П. Тренихин − Могилев: Белорусско-Российский университет, 2008г. - 31с.

14. ГОСТ 12.0.003-74 ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация. - М. Издательство стандартов, 1975. - 11с.

ГОСТ 12.0.003-74. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация. - М.: Изд-во стандартов, 1980. - 4 с.

.     ГОСТ12.1.005-88. ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. - Мн. Издательство стандартов, 1988. - 25с.

17.    ГОСТ 12.4.021-75. ССБТ. Системы вентиляционные. Общие требования. - Мн. Издательство стандартов, 1975. - 25с

.        СНБ 2.04.05-98.ССТБ. Естественное и искусственное освещение. - Мн. Издательство стандартов, 1998. - 24с.

.        ГОСТ 12.4.021-75. ССБТ. Системы вентиляционные. Общие требования. - Мн. Издательство стандартов, 1975. - 25с.

.        Акимова, Т.А. Основы экоразвития. Учебное пособие. - М.: Издательство Российской экономической академии им. Г.В. Плеханова, 1994. - 312 с.

.        Максименко, А.Н. Оптико-волоконный контроль технических сред и масел строительно-дорожных машин и агрегатов / А.Н. Максименко, А.П. Марков, А.Г. Старовойтов - Метрология и приборостроение. − 2005. − №3.- с. 20−24

.        Гурьянов, Ю.А. О критериях предельного загрязнения моторного масла топливом / Ю.А. Гурьянов − Химия и технология топлив и масел, 2007. - №1.

Приложение А (обязательное)

Программа CWETD

Расчет освещения

Искусственное освещение

Исходные данные

Вид помещения, цехи - инструментальные, сборочные, механические

Разряд зрительной работы - 4

Длина помещения или пролёта, м - 45

Высота помещения, м - 6

Высота условного рабочего места, м - 0,8

Ширина помещения, м - 30

Контраст объекта с фоном - средний

Характеристика фона - средний

Характеристика зрительной работы - требуется цветоразличение

Характеристика помещения - с нормальными условиями

Расположение оборудования - у стен

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ

Расчёт общего равномерного освещения

Нормированная освещенность для общего равномерного освещения, лк- 200

Тип светильника - ППБ71 2*40 УХ4

Источник света - люминесцентные лампы (ЛЛ)

Мощность лампы, Вт - 40

Количество ламп в светильнике - 2

Высота светильника над рабочей поверхностью, м - 4,4

Световой поток, лм - 2100

Количество рядов - 4

Количество светильников в ряду - 14

Общее количество ламп - 112

Мощность осветительной установки, Вт - 4480