Измерительный преобразователь переменного тока

6 КОНСТРУКТИВНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ УСТРОЙСТВА

 

Разрабатываемый измерительный  преобразователь будет состоять из печатной платы, на которой смонтированы все компоненты устройства, помещенной в корпус.

Наиболее важными факторами, влияющими на разработку конструкций печатных плат и их топологий являются, конфигурации выводов активных компонентов и шаг между ними, особенно для тех микросхем и их корпусов, конструкция которых определяется необходимой плотностью компоновки и, соответственно, плотностью монтажа. Эти факторы определяют облик конструкции печатной платы.

Размеры печатных проводников  по длине и ширине выбираются с  позиций обеспечения электрических  требовании по плотности тока, омическому сопротивлению, реализации специальных  электрических параметров и механической устойчивости. С другой стороны, эти требования должны соответствовать разрешающей способности печатного рисунка. Последнее обстоятельство определяется принятым методом изготовления печатной платы и адгезионными свойствами базового материала.

Элементы проводящего  рисунка, кроме экранов, шин заземления, концевых печатных контактов и технологических  печатных проводников, располагают:

- от края печатной платы  на расстоянии не менее толщины  печатной платы с учетом допуска на размеры сторон;

- от края паза, выреза, неметаллизированного отверстия диаметром более 1,5 мм на расстоянии не менее 0,8 мм;

- для печатных плат  толщиной менее 1 мм - с учетом  указанных допусков.

Размещение элементов  проводящего рисунка необходимо осуществлять с учетом обеспечения  необходимой электрической прочности  изоляции .

Рассчитаем размеры печатной платы. Для этого найдем площадь, занимаемую всеми элементами схемы приемника. В таблице 6.1 представлен расчет площади, занимаемой всеми элементами схемы.

 

 

 

 

 

 

Таблица 6.1 – Площадь элементов

 

Наименование	Количество, шт	Общая площадь, мм2
Микросхема MCP6004	1	51.9
Микросхема TL082ID	1	31
Микросхема PIC16F1827	1	118.965
Микросхема HEF4066BT	1	49.59
Микросхема TL431IPK	1	17.336
Диоды BAV 99	5	37.5
Стабилизатор L78L15ABD	1	0.2
Стабилизатор L78L05ABUTR	5	21
Резисторы:RC 3216 J	2	55.68
КонденсаторыСТ4 1206 Y684 Z	15	72
Конденсаторы электролитические	9	78.5
Понижающий трансформатор	1	724.29
Трансформатор тока	1	48
Транзистор BC846	1	3.796
ИТОГО		1309.757

 

Из таблицы 6.1 видно, что суммарная площадь всех элементов схемы составляет 1309.757 мм². Площадь печатной платы определяется по формуле:

 

(6.1)

 

где – суммарная площадь элементов схемы;

 – коэффициент заполнения печатной платы, лежащий в пределах 2..4.

Выбираем  равным 3, тогда мм².

Выберем плату размером 80х42 мм (S = 3360 мм²).

Рассчитаем коэффициент  заполнения основной печатной платы  по площади:

(6.2)

 

где – установочная площадь j-того ЭРИ;

n – количество ЭРИ;

 – площадь печатной  платы.

 

 

 

Вес печатной платы определяется по формуле:

 

(6.3)

 

где – плотность материала платы, в данном случае стеклотекстолит (0.00155 г/мм);

 – объём платы, мм².

Объём платы равен толщине  платы, умноженной на её площадь. Толщина  платы равна 1.5 мм, следовательно объём платы равен:

 

(6.4)

 

где - толщина печатной платы.

 

 

 

Исходя из этого, рассчитаем массу печатной платы:

 

 

 

Корпус устройства должен быть технологичным, экономически выгодным, обеспечивать возможность сборки схемы, контроль, подстройку и  ремонт. При  выборе материала корпуса необходимо учитывать требования уменьшения массы, снижения стоимости изготовления, соответствия температурных коэффициентов линейного  расширения материалов корпуса и  плат, возможность пайки и хорошую  теплопроводность.

По типу конструкции корпуса  подразделяются на коробчатые, рамочные, пенальные, пластинчатые, составные и др.

По рассчитанным размерам печатной платы, а также, исходя из перечисленных выше требований, выберем корпус, имеющий внутренние размеры 81 х 72 x 44 мм. Внутреннее пространство удобно для размещения сборки схемs. Внешний вид корпуса выглядит в соответствии с рисунком 6.1.[16]

 

 

Рисунок 6.1 – внешний вид корпуса

 

Габаритные и установочные размеры представлен на рисунке 6.2.

 

 

Рисунок 6.2 - Габаритные и установочные размеры корпуса

 

ИП конструктивно состоит  из следующих основных узлов:

- основания с клеммной  колодкой. В клеммной колодке  размещены зажимы для подключения  внешних цепей; 

- крышки корпуса; 

- крышки клеммной колодки; 

- печатной платы с элементами  схемы; 

- трансформатора, установленного  в основании. 

Основание с клеммной колодкой, крышка корпуса, крышка клеммной колодки выполнены из изоляционного материала. 

7 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

7.1 Экономическое обоснование

 

Электроэнергетика — это  ведущая область энергетики, охватывающая производство электроэнергии на электростанциях  и её доставку потребителям по линиям электропередачи, тем самым обеспечивая  электрификацию потребителей.

В настоящее время без  электроэнергии наша жизнь немыслима. Электроэнергетика - это составляющая всех сфер человечества: промышленности, науки, сельского хозяйства  и  даже космоса. Такое распространение  объясняется ее уникальными свойствами:

- возможность превращаться  в другую энергию (тепловую, механическую  и другие);

- способность легко передаваться  на огромные расстояния в больших  количествах.

Развитие электроэнергетики  на современном этапе сопровождается увеличением значений рабочих напряжений и токов. Это требует переоснащения  энергетики и промышленности измерительными устройствами с более совершенными принципами измерения.

В системе мероприятий  по экономии и рациональному использованию  энергоресурсов важное место занимают вопросы повышения точности и  расширения диапазона измерения  токов. Это связано, например, с установлением  оптимальных режимов работы оборудования и ведения технологических процессов. [17]

В настоящее время существует множество устройств, с приемлемой точностью, надёжностью и широким  диапазоном измеряемых токов.

Проектируемое устройство должно обладать всеми основными качествами существующих аналогичных измерительных  преобразователей переменного тока, но, при этом, необходимо снизить  стоимость устройства либо модернизировать его, качественно улучшив параметры системы, сохранив при этом прежнюю цену.

В данном дипломном проекте  производится разработка макетного  образца измерительного преобразователя  переменного тока.

Перечень работ с указанием  квалификации исполнителей, численностью персонала и длительностью представлен в таблице 7.1.

 

 

 

Таблица 7.1 – Перечень работ с указанием квалификации исполнителей, численностью персонала и длительностью

 

Виды работ	Исполнители	Длительность работ, дней	Численность, человек	Трудоемкость, чел/дней
1	2	3	4	5
Составление и утверждение ТЗ	Ведущий специалист	1	1	1
Изучение ТЗ	Инженер	2	1	2
Обзор аналогов, проверка на патентную  чистоту	Инженер	5	1	5
Расширенное техническое задание	Ведущий специалист	1	1	1
	Инженер	1	1	1
Анализ структурной, функциональной и электрической схем прибора	Инженер	5	1	5
Выбор и обоснование элементной базы	Инженер	4	1	4
Анализ эксплуатационных требований к изделию	Инженер	3	1	3
Внешнее конструирование	Инженер	3	1	3
Разработка алгоритма цифровой обработки  данных	Инженер	1	1	1
Прошивка микроконтроллера	Инженер	2	1	2
Выбор предварительного варианта компоновки изделия	Инженер	3	1	3
Выбор типа электрического монтажа	Инженер	1	1	1
Выбор способов защиты изделия от дестабилизирующих факторов	Инженер	1	1	1
Описание выбранного варианта компоновки изделия	Инженер	1	1	1
Разработка корпуса и внешних  органов управления	Инженер	3	1	3
Расчет элементов конструкции	Инженер	4	1	4
Утверждение результатов технического проекта	Ведущий специалист	1	1	1
	Инженер	1	1	1

7.2 Составление сметы затрат

 

Целью экономического расчета  в данном дипломном проекте является определение величины затрат на производство макетного образца измерительного преобразователя переменного тока. Для оценки эффективности разработки необходимо составить смету затрат на ОКР. Смета затрат на стадии изготовления макетного образца будет содержать следующие статьи калькуляции:

• материалы, комплектующие РЭА;
• электроэнергия
• амортизация спецоборудования;
• основная заработная плата;
• дополнительная заработная плата;
• отчисления в фонд социальной защиты населения;
• накладные расходы.

7.2.1 Материалы и комплектующие

 

Определение стоимости затрат на материалы, инструменты и комплектующие  изделия производится в таблицах 7.2, 7.3 и 7.4.

 

Таблица 7.2 – Стоимость материалов, необходимых для производства изделия

 

Наименование материала	Единица измерения	Цена, руб.	Норма расхода (в ед. изм.)	Стоимость, руб.
1	2	3	4	5
Печатные платы	дм2	32 300	0,375	12 150
Припой ПОС – 61	кг	398 100	0,007254	2 900
Флюс	л	8700	0,00558	50
Монтажный провод	м	400	0,6	250
Итого:				15 350

 

Таблица 7.3 – Стоимость приобретенных инструментов

 

Наименование	Количество, шт.	Цена, руб.	Стоимость, руб.
1	2	3	4
Нож	1	9 000	9 000
Пинцет ППМ 120	1	12 000	12 000
Плоскогубцы	1	35 000	35 000
Бокорезы	1	25 000	25 000
Итого			81 000

 

 

 

Таблица 7.4 – Стоимость покупных изделий и комплектующих

 

Наименование комплектующих	Ед. изм.	Количество	Цена за единицу комплектующего, руб.	Суммарная стоимость комплектующих  на изделие, руб.
1	2	3	4	5
Точный резистор	шт.	9	100	900
Неточный резистор	шт.	19	100	1 900
Керамический конденсатор	шт.	15	100	1 500
Электролитический конденсатор	шт.	9	200	1 800
Диод	шт.	5	200	1 000
Стабилизатор LM78L15	шт.	2	1 000	2 000
Стабилизатор LM78L05IPK	шт.	1	4350	4350
Операционный усилитель MCP6004	шт.	1	5500	5500
Операционный усилитель TL082	шт.	1	2700	2700
Микроконтроллер	шт.	1	13 300	13 300
ИС стандартной логики HEF4066	шт.	1	1250	1250
Микросхема TL431IPK	шт.	1	1350	1350
Трансформатор входной	шт.	1	17 400	17 400
Трансформатор питания	шт.	1	60 000	60 000
Транзистор	шт.	2	250	500
Корпус	шт.	1	32 300	32 300
Итого:				147 750