Разработка устройства контроля радиоактивных дымов

                         

 

 

 

    Введение 

 

В современном мире человека окружает огромное количество источников радиоактивных полей , но в отличие от радиационных полей,  созданных внешними источниками, радиоактивный дым состоит из самих этих источников: значительная часть радионуклидов, содержащихся в древесине, торфе, в поверхностных слоях почвы и др., при пожаре обращается в свободно перемещающееся облако мельчайших радиоактивных частиц.

И хотя внешне такое облако может никак себя не проявлять (его  излучение маскируется естественным радиационным фоном), опасность состоит  в том, что, сближаясь вплотную с  лёгочной тканью, каждая его частица  способна нанести ей такие повреждения, какие могут возникнуть лишь при мощном внешнем облучении.

 

Классический способ обнаружения  радиоактивных дымов состоит  в просачивании значительных объёмов воздуха через накапливающий фильтр. Концентрируясь на нём, радиоактивные частицы создают поле, которое может быть зарегистрировано даже бытовым дозиметром.

 

 Поэтому цель моего  курсового , разработка устройства контроля радиоактивных дымов .

При этом устройство должно быть экономически выгодным , и достаточно простым как в разработке так при эксплуатации и дальнейшей утилизации. Так как активная частица может быть обнаружена и непосредственно: при сближении со счётчиком Гейгера она обязательно "отметится" компактной "пачкой" импульсов.

Этот принцип положен в основу предлагаемого устройства, схему которого мы расмотрим далее.

Проектирование устройство контроля радиоактивных дымов базируется на анализе схемы электрической принципиальной и технических требований на устройство и сопровождается оценкой элементной базы, компоновкой, разработкой сборочных и детальных чертежей, выбором электрических соединений, материалов конструкции и покрытий, а так же расчетами , проводимыми при конструировании с технико-экономическим обоснованием разрабатываемой конструкции.

Основными исходными  данными для выполнения дипломного проекта являются:

1. схема электрическая принципиальная устройства контроля  радиоактивных дымов;
2. конструкторские требования: компоновочные данные (габариты и масса) показатели надежности;
3. электрические требования с указанием данных, наиболее характерных для разрабатываемого устройства;
4. условия эксплуатации задаются объектом эксплуатации данное устройство принадлежит к бытовым.
5. Технико-экономические требования задаются серийностью производства устройства и группой изделия в зависимости от стоимости его разработки и производства.

Данное изделие  может помочь решить целый ряд  вопросов:

1. Распознание наиболее активных частиц на различных расстояниях
2. Обработка и получение данных о частице
3. Подача  сигнала (о опасности  активных частиц)
4. Передача сигнала на устройство поглощения радиоактивных частиц

 

 

 

 

 

1.Анализ технического  задания 

1.1 Назначение и общая  характеристика

Основное назначение разрабатываемого устройство :

-Обнаружение активных  частиц

-Распознание 

-Контроль

-Нейтрализации либо передача  сигнала на накапливающий фильтр  для перекачки воздуха. 

 

При этом необходимо что  бы он выполнял следующие функции: 1)распознавал  количество дымов содержащихся в  воздухе;

2)обнаружение наиболее  активных частиц ;

3)подача сигнала для  окружающих.

 

Работа данного прибора  направлена , именно на предупреждение окружающих, поэтому необходимо позаботиться что бы сигнал был достаточно слышимым , но не вызывал неприятных ощущений , так как при работе он будет  постоянно «сигналить» но это  свидетельствует лишь о том что  прибор работает , а вот много  кратное учащение сигнала свидетельствует  о большой загрязненности воздуха..

 

Зависимости от эксплуатации прибора , необходимо позаботиться его  герметизации при использовании  на открытом воздухе, или упрощение  корпуса при использовании в  бытовых условиях.

1.2 Требование по устойчивости к внешним воздействиям

Проектируемое устройство является бытовой радиоэлектронной аппаратурой (используется на открытом воздухе )и  в соответствии с ГОСТ 15150-69 должно отвечать следующим параметрам :

-Температура                                                                         -20…40*С

-Относительная влажность  при температуре 25*С            93%

-Значение пониженного  атмосферного давления при температуре  25*С(+-)10*С  70кПа(525мм рт.ст.)

При этом нормальными климатическими условиями являются:

-Температура                       5…20*С

-Относительная влажность  при температуре 25*С        40…75%

-Атмосферное давление                                                   86..106кПа(650..800 мм  рт. ст )

 

 

1.3 Требование к надежности:

Все внешние элементы технических  средств системы, находящиеся под  напряжением, должны иметь защиту от случайного прикосновения, а сами технические  средства иметь зануление или  защитное заземление в соответствии с ГОСТ 21317-84..

По  ГОСТ 21317-84 должно соответствовать следующим условиям эксплуатации:

А) испытания на воздействия повышенной влажности:

- относительная влажность воздуха 80%,

- температура окружающей среды +25°С,

- время выдержки 48 ч;

в) испытания на воздействие  повышенной температуры:

- рабочая температура 40°С,

- время выдержки 6 ч;

г) испытания на воздействие  пониженной температуры:

- предельная температура  –45°С,

- время выдержки 6 ч;

д) испытания на воздействие  пониженного атмосферного давления:

- температура среды –10°С,

- атмосферное давление 6,1*104 Па,

- время выдержки 6 ч;

е) испытания на прочность  при транспортировании:

- длина ударного импульса от 5 до 10 мс,

- частота ударов 40-80 Гц,

- пиковое ударное ускорение 5 g.

Климатическое исполнение       УХЛ 4.1 ГОСТ 15150-89:

- значение температуры воздуха от +1°С до +40°С;

- относительная влажность воздуха при температуре 25°С 45..80 %;

- атмосферное давление (8,36..10,6)*104 Па.

 

Система электропитания должна обеспечивать защитное отключение при  перегрузках и коротких замыканиях в цепях нагрузки, а также аварийное  ручное отключение. 

Общие требования пожарной безопасности должны соответствовать  нормам на бытовое электрооборудование. В случае возгорания не должно выделяться ядовитых газов и дымов. После  снятия электропитания должно быть допустимо  применение любых средств пожаротушения.  

Факторы, оказывающие вредные  воздействия на здоровье со стороны  всех элементов системы (в том  числе инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновское и электромагнитное излучения, вибрация, шум, электростатические поля, ультразвук строчной частоты  и т.д.), не должны превышать действующих  норм.

 

 

 

 

 

 

 

2.Анализ  схемы электрической  принципиальной

Схема нашего устройства содержит два одновибратора (на элементах DD1.1, DD1.2

и DD2.2, DD2,4), мультивибратор ( DD1 .3,DD1.4), два инвертора (DD2.1, DD2.З),счётчик-дешифратор DD3 и электронный ключ на полевом  транзисторе W'l ,управляющий работой  активного (встроенным генератором  ЗЧ) пьезоэлектрического звукоизлучателя  НА1 .

На вход устройства поступают  импульсы отрицательной полярности синода счётчика Гейгера СБМ20.

Постоянная времени вибратора, собранного на элементах DD1.1 и DD'|.2, близка к так называемому "мёртвому" времени счётчика (время его нечувствительности после срабатывания; уСБМ20 - 0,19 мс).

Длительность импульса одного вибратора приблизительно равна 0,7С2R3 (при указанных на схеме номиналах  элементов - около 0,1 4 мс).Время, отведённое для работы счётчика DDЗ в режиме накопления, - Tn"" задаёт мультивибратор на элементах DD'l .3 и DD'l 4.Период следования его импульсов Т""" =,|,4С4Rб = 2 с.

Каждый спад напряжения  на выходе DD1.3 преобразуется в короткий (примерно 0,05 мс) импульс на входе R счётчика DDЗ, который возвращает его в исходное (нулевое) состояние. Число импульсов  в "пачке" N"мп, на которое должно реагировать устройство,  подключением объединённых входов элементаDD2.З к  соответствующему выходу счётчика DD3 (здесь  это - выход 5).

Напряжение высокого уровня (лог. 1 ) возникает на нём лишь в  том случае, если принятая "пачка" состоит из пяти импульсов. Высокий  уровень запускает одновибратор на элементах DD2,2 и DD2.4, и он формирует  импульс длительностью приблизительно 0,7СбR7 = 0,7 с. В результате открывается транзистор VT] и включённый в его стоковую цепь звука излучатель НА1 сигнализирует о появлении тревожной "пачки" импульсов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Выбор и описание конструкции  изделия

3..1 Выбор элементной базы

 

Для проектируемого устройства выбираем следующие резисторы при  этом они  должны  обладать следующими характеристиками быть:

1. устойчивость к внешним погодным факторам
2. Устойчивость к радиоактивным частицам
3. Стабильная работа при различных колебаниях температур

 

1)Все резисторы МЛI С2-3З  или им подобные:

-температура окружающей  среды *С от -60 до +70;

-предельное рабочее напряжение  постоянного и переменного тока  В    250;

-минимальная наработка  на отказ, ч                   1800;

-срок хранения, лет                                                15;

-номинальная мощность                                       0,125...2

- Номинальное сопротивление , Ом                    8,2 Ом...10 Мом

- Допуск, %                                                            5; 10; 20

- ТКС, (10e-4)/K                                                    +-(10...12)

- Максимальное напряжение, В                           200...750

- Температурный диапазон, гр. С                         -60...+125                            

 

 

Для проектируемого устройства необходимо выбирать конденсаторы

1. конденсатор С1 - КД-2(Керамические дисковые), низкая цена при хорошем качестве.

Основные параметры которого:

А)Диапазон номинальных значений емкости:          

1 пФ ч 0,22 мкФ 

Б)Температурный диапазон:           

 –25°С ч +85°С 

В)Тип диэлектрика:

NPO, N80 ч N750, SL, Y5P, Z5U, Z5V

Г)Точность:

±5%, ±10%, ±20%, –20% ч +80%

Д)Рабочее напряжение:

16В, 25В, 50В, 100В

 

2)С5 - оксидный импортный, низковольтные.

У такого конденсатора  относительно большие потери, но в отличие от других типов низковольтных конденсаторов  имеет несравнимо большие заряды и большие емкости (от единиц до сотен  тысяч микрофарад).

 

Основные параметры :

 

1)Диапазон номинальных  значений емкости:           1 пФ ч 0,22 мкФ 

2)Температурный диапазон:                                        –25°С ч +85°С 

3)Тип диэлектрика:                                                          Оксидный

4)Точность                                                                     ±20%, –20% ч +60%

5)Рабочее напряжение:                                                     16В, 25В, 

 

3)остальные - любые керамические (КМ)

 

Транзисторы в разрабатываемом  устройстве лучше брать:

1. Транзистор КП5O4А

Таблица 1.1 Параметры транзисторов

Параметр	КП504А	КП504Б
Максимальное напряжение сток-исток	240V	200V
Максимальное напряжение исток-затвор	±20V
Максимальный ток стока (постоянный)	180mA
Максимальный ток стока (импульсный)	1,0A	2,0A
Максимальная рассеиваемая мощность	0,5W
Ток утечки затвора	<0,02µA
Пороговое напряжение на затворе	1,0..3,0V
Сопротивление сток-исток (откр.)	10 om
Аналог	ZVN2120
Диапазон рабочих температур	-55..+150°С

 

 

 

 

 

Звукоизлучатель наиболее подходящий для устройства должен обладать основными  свойствами:

-Обладать довольно громким  сигналом 

-Не вызывать неприятных ощущений

-Помехозащищенность

-Долгий срок службы 

-Устойчивость к климатическим  условиям

Наиболее подходящим является РК-21NЗOРМ.

 

3.2 Обоснование выбора  материалов и покрытий.

Детали устройства монтируют  на печатной плате , изготовленной из фольгированного с обеих сторон стеклотекстолита толщиной 1,5 мм.