3.1 Опис роботи приладу на підставі електричної принципової схеми

Схема електрична принципова наведена в Додатку 2.

Для формування прямокутних імпульсів на частоті 4 МГц використовуємо генератор типу К555ЛА3 на логічних елементах DD1.1 і DD1.2 з кварцовою стабілізацією. Резистор R1 переводить елементи в активний режим. Для підстроювання частоти резонансу використовується змінний конденсатор С1. На виході генератора отримуємо сигнал U1 (рис. 8).

 

Рис. 8. Епюри напружень

Сигнал U1 надходить на синхронізуючий вхід тригера типу К555ТМ2 DD2, на виходах якого формуються протифазні імпульси напруги U2 і U3 з частотою 2 МГц. Ці напруги через елементи DD1.4 і DD1.5 і резистори R3 і R4 надходять на транзистори (КТ316А) VT1 і VT2, що працюють у ключовому режимі і навантажені на трансформатор Т1. До вторинної обмотки трансформатора Т1 підключений випромінюючий перетворювач BQ1. Прийомний перетворювач BQ2 підключений до входу прийомного тракту через розділовий трансформатор Т2. Трансформатори Т1 і Т2 забезпечують додаткову гальванічну розв'язку акустичних перетворювачів від електронних блоків приладу.

В якості приймального блоку DA1 використовуємо мікросхему К174ХА2.

3.2 Розрахунок основних параметрів схеми

Частота генератора - 4 МГц. Задамо = 10пФ. Знаючи співвідношення для часу періоду (час від початку одного імпульсу до початку наступного), можна знайти опір .

Зробимо розрахунок транзисторів та (рис. 9).

Робоча частота дорівнює МГц. Тоді:

 Знайдемо тривалість імпульсу, знаючи період (рис. 10).

 

 

Рис. 9. Трансформатор Т1 і транзистори VT1 і VT2

Рис. 10. Період і час імпульсу

Транзистори повинні задовольняти умови .

Для нашого випадку виберемо транзистор типу КТ316А і проведемо розрахунок величини часу наростання (за цим параметром можна буде судити про правильність вибору типу транзистора).

Час наростання можна знайти, використовуючи формули:

,

де - коефіцієнт трансформації;

           - Напруга збудження транзистора;

           - Гранична напруга переходу база - емітер кремнієвого транзистора;

         власні параметри транзистора.

Транзистор типу КТ316А має наступні параметри:

.

Враховуючи, що отримаємо:

 

 Таким чином, видно, що розрахована величина часу наростання менше необхідної величини ; отже, тип транзистора нами обраний правильно.

Зробимо розрахунок трансформатора.

Індуктивність первинної обмотки визначимо з умови:

  

де - приведене до первинної обмотки до опірного навантаження.

.

Далі наведемо розрахунок типорозміру магнітодроту і його початкової магнітної проникливості .

де -середня ефективна лінія (см);

-площа поперечного розрізу(см²);

-число витків.

Знайдемо магнітноопроникливість:

Обираємо типорозмір К .

Таким чином, трансформатор представляє собой магнітнопровод типорозміру К , тип ферітанікелево – цинковий, із магнітною проникливістю , числом витків , .

  .

3.3 Розрахунок надійності електричної схеми

Проблема забезпечення надійності пов'язана з усіма етапами створення виробу і всім періодом його практичного використання. Надійність виробу закладається в процесі його конструювання і розрахунку та забезпечується в процесі його виготовлення шляхом правильного вибору технології виробництва, контролю якості вихідних матеріалів, напівфабрикатів та готової продукції, контролю режимів і умов виготовлення.

Знаючи елементну базу електричної схеми, можна розрахувати її надійність.

Працездатність системи оцінюється як добуток ймовірностей безвідмовної роботи елементів:

,

  , де

   - Ймовірність безвідмовної роботи i-го елемента.

Система, як і елемент, може знаходитися в одному з двох несумісних станів: відмови або працездатності. Відповідно,

  , де

   - Ймовірність відмови системи, що визначається за виразом:

 

При довільному законі розподілу часу розробки до відмови для кожного з елементів:

  , де

   - Інтенсивність відмов i-го елемента.

Імовірність безвідмовної роботи системи відповідно запишеться:

 

За останнім висловом можна визначити ймовірність безвідмовної роботи системи до першої відмови при будь-якому законі зміни інтенсивності відмов в часі кожного з n елементів.

Для найбільш застосовуваної умови вираз для ймовірності безвідмовної роботи системи матиме вигляд:

  , де

можна представити як інтенсивність відмов системи, зведеної до еквівалентного елементу з інтенсивністю відмов:

 

Для нашого випадку розрахунок надійності системи буде виконувати в розрахунку на 1 рік. У розрахунку будемо використовувати номінальні значення інтенсивності відмов елементів.

Дані для визначення інтенсивності відмов наведено в Табл.3.

Таблиця 3

Визначення інтенсивності відмов

№п/п	Назва елементу	Кількість елементів шт.	Інтенсивність відмов в нормальному режимі,	Інтенсивність відмов,
1	Задавальний генератор	1	0,35	0,35
2	Резистор	32	0,043	1,376
3	Мікросхема	5	0,013	0,065
4	Транзистор	4	0,84	3,36
5	Діод	5	0,2	1
6	Конденсатор	16	0,06	0,9

Розраховужмо вірогідність безвідмовної роботи протягом заданого періоду наробітку (8760 годин).

.

Середній час нарабітку до відмови становить:

Таким чином, розрахунок показав, що надійність схеми доволі висока.

Висновок

За допомогою електричної принципової схеми ми виконали опис роботи приладу та зробили розрахунок основних параметрів схеми після чого було виконано розрахунок надійності електричної схеми, де ми побачили, що схема має середній час наробітку до відмови, приблизно, 16 років. Таких результатів нам більш ніж достатньо.

РОЗДІЛ 4. РОЗРОБКА КОНСТРУКЦІЇ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ДАТЧИКА- ПРИЛАДУ ДЛЯ ВИМІРЮВАННЯ КРОВОТОКУ