Дипломная работа (ВКР) — колледж, техникум на тему Совершенствование процесса поиска неисправностей (наименование электронного устройства, измерительного оборудования, компьютерной или микропроцессорной системы)

Содержание:

Введение……………………………………………………………………………………………….. 4

Глава I. Выбор
технологии поиска неисправностей конденсаторов для модернизации…………………………………………………………………………………………………………… 7

1.1 Актуальность темы………………………………………………………………………….. 7

1.2 Анализ технологий
поиска неисправности конденсаторов…………………….. 8

1.2.1 Параметры
конденсаторов……………………………………………………………. 8

1.2.2 Технологии
измерения емкости конденсаторов…………………………….. 13

1.2.3 Типичные
неисправности конденсаторов……………………………………… 29

1.2.4 Поиск
неисправностей конденсаторов………………………………………….. 30

1.3 Обзор существующих
устройств………………………………………………………. 32

1.3.1 ЭПС-метр Mega328……………………………………………………………………. 32

1.3.2 Тестер
радиокомпонентов LCR_T4……………………………………………… 33

1.3.3 Измеритель ЭСР со
стрелочным индикатором………………………………. 35

1.4 Постановка задачи………………………………………………………………………….. 38

Глава II. Модернизация
технологии поиска неисправностей конденсаторов…. 39

2.1 Разработка
структурной схемы модернизированного устройства…………. 39

2.2 Разработка
алгоритма работы модернизированного устройства…………… 41

2.3 Разработка
принципиальной схемы модернизированного устройства…… 43

2.3.1 Выбор
микроконтроллера…………………………………………………………… 43

2.3.2 Выбор индикатора…………………………………………………………………….. 48

2.3.3 Схема измерения
ЭСР………………………………………………………………… 50

2.3.4 Схема измерения
емкости конденсатора………………………………………. 52

Заключение………………………………………………………………………………………….. 54

Глоссарий…………………………………………………………………………………………….. 57

Список использованных
источников……………………………………………………….. 58

Список сокращений………………………………………………………………………………. 60

Приложение А Схема
электрическая структурная…………………………………….. 61

Приложение Б Алгоритм
работы устройства…………………………………………….. 62

Приложение В Схема
электрическая принципиальная……………………………….. 63

Приложение Г Перечень
элементов…………………………………………………………. 64

Введение:

Электролитические конденсаторы — это быстростареющие
электронные компоненты. В любом устройстве, где они есть, с течением времени
происходит ухудшение работы, качественных характеристик. Это обуславливается
изменившими свои характеристики конденсаторами внутри.

Электролитические конденсаторы стареют несколькими
способами: они могут быть в обрыве или стать электрически проводящими,
пропуская постоянный ток, что может вызвать разогрев, вздутие и даже взрыв. Они
могут менять емкостные значения. Но самый распространенный способ, которым они
деградируют, безусловно, является чрезмерное увеличение эквивалентного
последовательного сопротивления (ЭПС), заключающийся в нежелательном внутреннем
сопротивлении, которое последовательно появляется с желаемой емкостью на заданной
частоте.

ЭПС электролитического конденсатора, как правило, лишь
небольшая доля Ом для высокоемкостного конденсатора с низким уровнем
напряжения, и может составлять до двух или трех Ом для низкой емкости при
высоком напряжении. Когда стареет конденсатор, это сопротивление растет, и
очень часто делает это так, что оборудование полностью перестает
функционировать или даже взрывается.

Очень часто конденсаторы увеличивают сопротивление ЭПС до
100 раз от их нормального сопротивления, в то время как их емкость остается
хорошей. При измерении емкости они покажут близкое к правильному значению, но
они уже не годные. Именно для этих целей и используют измерительные приборы,
измеряющие эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора, почти
независимо от его емкости. Дополнительным преимуществом измерителей ЭПС
является то, что почти во всех случаях они могут проверять конденсаторы, находящиеся
в цепи.

Именно поэтому темой данной работы является
совершенствование процесса поиска неисправностей конденсаторов в электротехнических
устройствах.

Объект
исследования – это устройство
для поиска неисправностей конденсаторов.

Предмет
исследования – это совершенствование
процесса поиска неисправностей конденсаторов в электротехнических устройствах.

Цель
исследования – это модернизация технологии поиска неисправностей конденсаторов с применением
микропроцессорной техники на базе измерителя ЭСР
со стрелочным индикатором.

Задачи исследования:

— сбор информации о конденсаторах, их неисправностях;

— анализ способов поиска неисправностей конденсаторов;

— обзор существующих технологий поиска неисправностей
конденсаторов;

— выбор технологии поиска неисправностей конденсаторов для
модернизации;

— разработка структурной схемы модернизированного устройства;

— разработка алгоритма работы модернизированного устройства;

— реализация модернизированного устройства в виде
принципиальной электрической схемы.

Методы исследования:

— анализ источников и научной литературы;

— обобщение отечественной и зарубежной практики;

— анализ технологий поиска неисправностей;

— анализ результатов деятельности.

Практическая значимость:
разработанное устройство для поиска неисправностей конденсаторов в виде
принципиальной схемы и описания алгоритма работы.

Выпускная квалификационная работа состоит из введения, двух
глав, заключения и приложений. Объем работы – 57 страниц. Она содержит 27
рисунков, 10 литературных источников и 2 приложения.

Заключение:

В ходе работы над выпускной
квалификационной работы была иследована тема
совершенствования процесса поиска неисправностей конденсаторов в
элетротехнических устройствах.

Данная тема является достаточно актуальной, потому что почти
во всех электро-технических устройствах есть конденсаторы. А с течением времени
может происходить ухудшение их работы, их качественных характеристик. Например,
у электролитических конденсаторов могут быть такие изменения, как увеличение
электрической проводимости, что повлечет за собой то, что конденсатор будет
пропускать постоянный ток, вызывающий разогрев, вздутие и даже взрыв элемента.
Также у конденсаторов может быть обрыв, который 
характеризуется отсутствием емкости. Если номинальная емкость
конденсатора  ниже 20 мкФ, то
единственным способом проверки будет измерение емкости.

Возможной неисправностью может быть и просто изменение
емкости. В этом случае издели вроде бы исправно, но работает не так, как
требуется, что зачастую также может приводить к проблемам и убыткам от его
использования.

Однако самой распространенной неисправностью считается
чрезмерное увеличение эквивалентного последовательного сопротивления
конденсатора, приводящего к появлению внутреннего сопротивления вместе с
желаемой емкостью на заданной частоте.

Особенно этот дефект доставляет большие неудобства для  электролитических конденсаторов, работающих в
силовых импульсных устройствах на переменном токе. Различные производители
конденсаторов по разному относятся к значениям частоты, на которой должна
определяться величина ЭПС, но частота эта не должна быть ниже 30кГц.

Именно поэтому я занялся поисками методов совершенствования
процесса диагностики неисправностей
конденсаторов. Во время работы над
ВКР я рассмотрел возможные причины неисправности конденсаторов, на какие
параметры они влияют, каким образом происходит измерение этих параметров, и
какие схемы обычно используют. Проанализировал технологии для определения емкости
конденсаторов, а именно:  непосредственной
оценки емкости (микрофарадометры); сравнения (мосты переменного тока);
косвенного измерения переменным током (метод амперметра и вольтметра, метод
ваттметра); измерение на постоянном токе с помощью баллистического
гальванометра. В результате аналза определил, что для измерения емкости буду
использовать технологию непосредственной оценки емкости.

Также рассмотрел
несколько достаточно распространенных существующих приборов по поиску
неисправностей конденсаторов, и нашел прибор-аналог для усовершенствования — измеритель
ЭСР со стрелочным индикатором, который модернизирован мной следующим образом:

— в измерительную схему кроме схемы измерения ЭСР добавлена
схема измерения емкости;

— управляющая и вычислительная часть выполнена с помощью
микроконтроллера;

— результаты измерения выводятся на жидко-кристаллический
индикатор.

Таким образом, в данной ВКР мной была проведена
модернизация устройства микрофарадметра на платформе Arduino.
Усовершенствованное устройство поможет выявить изменения в емкости и
комплексном сопротивлении этих элементов с целью поиска неисправных
электролитических конденсаторов без выпаиваниях их из платы.

Объектом исследования было устройство для поиска неисправностей
конденсаторов.

Целью работы была модернизация технологии поиска
неисправностей конденсаторов
с применением микропроцессорной техники на
базе измерителя ЭСР со стрелочным индикатором.

В
результате мной были решены следующие задачи исследования:

— сбор информации о конденсаторах, их неисправностях;

— анализ способов поиска неисправностей конденсаторов;

— обзор существующих технологий поиска неисправностей
конденсаторов;

— выбор технологии поиска неисправностей конденсаторов для
модернизации;

— разработка структурной схемы модернизированного устройства;

— разработка алгоритма работы модернизированного устройства;

— реализация модернизированного устройства в виде
принципиальной электрической схемы.

Практическая
значимость данной работы это модернизированное устройство для поиска
неисправностей конденсаторов в виде принципиальной схемы и описания алгоритма
работы.

Данное устройство
предназначено для
применения при разработке и ремонте электротехнической продукции и для собственных нужд населения.

В данном устройстве мной реализовано два
режима работы. В первом режиме сигнал с измерительной цепи подается на
аналоговый вход микроконтроллера, где преобразуется из аналогового вида в
цифровой и сохраняется в памяти. После определенного количества измерений
результат усредняется, вычисляется ЭПС и выдается на индикатор. Таким образом,
пользователь может определять степень неисправности конденсатора.

Также неисправности конденсаторов
можно определить, измерив его емкость и сравнив с маркированной. Для этого
устройство переводится в режим измерения, генератор подает импульс, по времени
отклика которого вычисляется текущая емкость конденсатора и выводится
пользователю. После чего он может делать выводы о степени пригодности
исследуемого элемента.

При выполнении выпускной
квалификационной работы мной был получен большой опыт
разработки различных схем (электрических структурной и принципиальной, блок
схемы алгоритма), выполненных по всем стандартам оформления документации.

Таким образом, могу сделать вывод, что
разработанный проект полностью удовлетворяет поставленной задаче.

Фрагмент текста работы:

Глава I. Выбор технологии поиска неисправностей
конденсаторов для модернизации

 1.1
Актуальность темы

В любом устройстве, где есть конденсаторы, с течением
времени происходит ухудшение работы, качественных характеристик. Это
обуславливается изменившими свои характеристики конденсаторами внутри.

У электролитических конденсаторов могут быть такие
изменения, как обрыв или увеличение электрической проводимости [1]. Во втором случае конденсатор будет
пропускать постоянный ток, вызывающий разогрев, вздутие и даже взрыв элемента.
Также конденсаторы могут менять емкостные значения, что не самым положительным
образом сказывается на параметрах радиотехнического устройства, приводя к его
неправильной работе, а иногда и к поломке. Однако самой распространенной
неисправностью считается чрезмерное увеличение эквивалентного последовательного
сопротивления конденсатора, приводящего к появлению внутреннего сопротивления
вместе с желаемой емкостью на заданной частоте.

Особенно этот дефект доставляет большие неудобства для  электролитических конденсаторов, работающих в
силовых импульсных устройствах на переменном токе. Различные производители
конденсаторов по разному относятся к значениям частоты, на которой должна
определяться величина ЭПС, но частота эта не должна быть ниже 30кГц [2].

Величина ЭПС в некоторой степени связана с основным
параметром конденсатора — емкостью, но доказано, что конденсатор может быть
неисправным из-за большого собственного значения ЭПС, даже при наличии
заявленной емкости. В технической литературе [1,2] и на страницах технических
сайтов [3,5] описано немало случаев полной нетрудоспособности устройств из-за
завышенной величины ЭПС электролитических конденсаторов. В различных электронно-технических журналах [1,5] и
страницах сайтов [3,4], посвященных электронике, приводятся схемы приборов
различной сложности и функциональности для определения величины ЭПС
конденсаторов.

Также еще
одной причиной того, что тема актуальна, можно назвать то, что чаще всего конденсаторы маркируются достаточно сложным и непонятным непосвященному человеку образом. Это затрудняет использование неизвестных (или даже непромаркированных) конденсаторов в дальнейших проектах,
поскольку узнать их емкость не так-то
просто,