Оптимизация системы магнитной ориентации наноспутника за счёт выбора материала сердечника катушек исполнительного устройства

Работа из раздела: «Физика и энергетика»

/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

'НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 'МИСиС'

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

на тему: ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ МАГНИТНОЙ ОРИЕНТАЦИИ НАНОСПУТНИКА ЗА СЧЁТ ВЫБОРА МАТЕРИАЛА СЕРДЕЧНИКА КАТУШЕК ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА

Студент Н.А. Юданов

Руководитель работы

А.Т. Морченко

Начальник структурного подразделения

Аннотация

Целью настоящей дипломной работы является выбор материалов для сердечника устройства магнитной ориентации наноспутника и разработка их конфигурации для обеспечения минимальных массогабаритных и мощностных показателей и максимального значения управляющего магнитного момента, а также проработка вариантов компенсации остаточной намагниченности сердечника.

Работа состоит из введения, аналитического обзора литературы, теоретической, экспериментальной и экономической частей, разделов по безопасности жизнедеятельности, охране окружающей среды, выводов и списка использованных источников.

Дипломная работа изложена на 83 листах, содержит 18 рисунков, 25 таблиц и список использованных источников из 21 наименования.

Содержание

Введение

1. Аналитический обзор литературы

1.1 Методы магнитного управления ориентацией наноспутника

1.2 Соленоид

1.3 Природа магнетизма магнитных материалов

1.4 Классификация и обзор магнитных материалов пригодных для использования в качестве сердечника

1.5 Потери в магнитных катушках

1.6 Размагничивающее поле. Размагничивающий фактор

1.7 Остаточная намагниченность

1.8 Обзор материалов, используемых для изготовления обмотки катушки

1.9 Температурная зависимость намагниченности и сопротивления

2. Теоретическая часть

2.1 Теоретический расчет параметров магнитной катушки

2.1.1 Постановка основных задач расчета

2.1.2 Исходные данные

2.1.3 Оценка и расчёт минимально необходимого магнитного момента

2.1.4 Расчет параметров и выбор материалов магнитного устройства

2.1.5 Анализ результатов расчета

2.2 Обзор вариантов компенсации остаточной намагниченности

3. Экспериментальная часть

3.1 Методика исследования

3.1.1 Объекты исследования

3.1.2 Аппаратура для проведения исследования

3.1.3 Последовательность выполнения, полученные результаты

3.2 Анализ результатов эксперимента

4. Безопасность жизнедеятельности

4.1 Идентификация опасных и вредных производственных факторов

4.2 Характеристика используемых веществ и материалов

4.2.1 Физические и химические характеристики

4.2.2 Характеристики токсичности

4.2.3 Характеристика пожаровзрывоопасности

4.3 Санитарно-технические требования

4.3.1 Требования к планировке помещения

4.3.2 Требования к микроклимату помещения

4.3.3 Требования к освещению лаборатории

4.3.4 Разработка мер защиты от опасных и вредных факторов

4.4 Безопасность жизнедеятельности в чрезвычайных ситуациях

4.4.1 Категория помещения по взрывопожарной и пожарной опасности

4.5 Специальная разработка по обеспечению безопасности: 'расчет защитного заземления'

4.6 Выводы по безопасности жизнедеятельности

5. Охрана окружающей среды

5.1 Охрана окружающей среды

5.2 Выводы по охране окружающей среды

6. Экономическая часть

6.1 Технико-экономическое обоснование НИР

6.2 Сметная стоимость проведения исследования

6.2.1 Расчет затрат на материалы

6.2.2 Расчёт затрат на заработанную плату исполнителей дипломной НИР и единого социального налога.

6.2.3 Расчет энергетических затрат

6.2.4 Расчет затрат, связанных с использованием оборудования и приборов

6.2.5 Расчет накладных расходов

6.2.6 Расчет суммарных затрат на выполнение работы

6.3 Оценка эффективности результатов выполнения теоретической исследовательской дипломной работы

6.4 Выводы по экономической части

Заключение и выводы

Список использованных источников

Введение

Вступление в третье тысячелетие совпало с новым этапом развития технологий миниатюрных космических аппаратов - микро- и наноспутников. Наноспутники - это аппараты массой 1-10 кг с коротким сроком активного существования на орбите.

Малые космические аппараты уже активно используются для дистанционного зондирования Земли, экологического мониторинга, прогноза землетрясений, исследования ионосферы. Об этом говорил заместитель генерального конструктора ФГУП 'Российский научно-исследовательский институт космического приборостроения' ('РНИИ КП') доктор технических наук Арнольд Селиванов на открывшейся в Московском Доме ученых 5-й научно практической конференции 'Микротехнологии в авиации и космонавтике'. Он подчеркнул, что если в 90-е годы прошлого века созданием миниатюрных космических аппаратов занимались, главным образом, университеты и небольшие частные компании, то в 2000-х годах к подобными разработками активно и успешно подключились крупные корпорации. Наноспутники ничуть не хуже своих больших собратьев, зато стоимости запусков в десятки раз дешевле, а при отказе наноспутника и попадании его в плотные слои атмосферы, он полностью сгорает не оставляя крупных обломком тем самым безопасен неуправляемый полёт. Группировки таких спутников могут использоваться для искусственного зондирования Земли, навигации, Интернета, телевидения и телефонии. У нас пионером в этой области можно считать ФГУП РНИИ КП, которое разработало и уже осуществляет программу создания и применения технологических наноспутников серии 'ТНС', предназначенных для летной отработки перспективных космических аппаратов и базовых технологий для них. На наноспутнике ТНС-0 №1, успешно запущенном с борта МКС, уже испытана новая технология управления полетом космических аппаратов через спутниковую систему ГЛОБАЛСТАР. Сейчас специалисты института работают над следующими образцами наноспутников: ТНС-0 №2, на котором также будет отрабатываться технология управления космическими аппаратами через глобальные телекоммуникационные сети при помощи магнитных систем управления, ТНС-1 и ТНС-2 - для проведения целого комплекса различных технологических и исследовательских задач.

Первый удачный опыт запуска технологического наноспутника ТНС-0 был произведен российским космонавтом Салижаном Шариповым 28 марта 2005 года во время выхода в открытый космос. Аппарат ТНС-0 №1 имел малый энергетический ресурс, поэтому при проектировании конструкции его преемника - технологического спутника следующего поколения, были предприняты меры по увеличению срока его работы на орбите. В состав наноспутника ТНС-0 №2 входят: система магнитной ориентации и стабилизации, датчики солнца и горизонта, мощная электробатарея, аппаратуры спутниковой связи 'Глобалстар' и УКВ. По последним подсчётам его масса составит 4,7 кг.

Вывод на орбиту наноспутника ТНС-0 № 2 в кооперации с Бременским университетом (Германия) запланирован на вторую половину 2010 года.

Подобного рода разработки ведутся не только в России. 24 апреля 2008 г. НАСА совместно с компанией M2MI и исследовательским центром им. Эймса приступили к разработке сверхмалого наноспутника для создания коммуникационной космической системы 5-го поколения (5G).

Основная сегодняшняя задача - уменьшение массы, габаритов и энергетических характеристик микро- и наноспутников :

Уменьшение массы и габаритов связано с тем, что стоимость вывода на орбиту 1 кг полезного груза остаётся очень высокой (Союз-ТМА - 10 тыс. дол. США, Протон - 5 тыс. дол. США). Снижение массы также упрощает управление спутником. Поэтому целесообразно максимально ее уменьшить.

Энергопотребление. Поскольку наноспутник обладает малой массой, размер аккумуляторной батареи и её ёмкость тоже не велики. В таком случае дефицит электропитания может привести к полной потере спутника, следовательно, нужно максимально эффективно использовать электропитание.

Целью данной работы является уменьшение массы и энергопотребления системы магнитного управления наноспутника ТНС-0 №2.

Для достижения указанной цели в работе решаются следующие задачи: выбор материалов сердечника и обмотки, расчёт параметров катушки, компенсация остаточной намагниченности, выбор конструктивного исполнения катушки и способа её установки.

1. Аналитический обзор литературы

1.1 Методы магнитного управления ориентацией наноспутника

В связи с отсутствием требований по высокоточной ориентации и сложных разворотов на серии первых наноспутников ТНС для ориентации была выбрана пассивная магнитная система [1]. Она обладает невысокой производительностью, но при этом не нуждается в запитывании от бортовой сети. Отсутствие потребляемой мощности является её основным достоинством, так как наноспутник оснащён аккумулятором невысокой ёмкости. Пассивная система магнитной ориентации обеспечивает ориентацию вектора индукции наноспутника вдоль вектора магнитной индукции геомагнитного поля Земли. При этом пассивная система решает две основные проблемы: обеспечение восстанавливающего и демпфирующих моментов. Проблема обеспечения восстанавливающего момента решается с помощью постоянного магнита. Для решения проблемы рассеяния энергии возмущённого движения спутника относительно его центра масс выбрано демпфирующее устройство, состоящее из пермаллоевых стержней из магнитомягкого материала, перемагничивающихся в геомагнитном поле при вращении спутника относительно силовой линии поля [2]. На рисунке 2 показано расположение пермаллоевых стержней и магнита.

Однако наряду с вышеупомянутыми достоинствами у пассивной системы ориентации есть и ряд недостатков, связанных с неэффективностью такой системы при высоких угловых скоростях вращения, а также вращения вокруг оси индукции собственного магнитного поля спутника. Активно-пассивная система магнитной ориентации не обладает подобными недостатками, но она находится в проектном варианте и требует проведения НИР и ОКР. Подобного рода недостатки неприемлемы в аппаратах с коротким сроком активного существования. Магнитные катушки обеспечивают быструю ориентацию и стабилизацию спутника сразу после его запуска. А пассивная магнитная система лишь помогает удерживать его в течение дальнейшего полёта. Активно-пассивная система состоит из пассивной системы и двух электромагнитных катушек с взаимно перпендикулярным расположением векторов магнитной индукции, при этом вектор одной из них располагается вдоль вектора магнитной индукции постоянного магнита (рисунок 3). Для минимизации массы, габаритов, мощности потребления необходимо проведение НИР.

Магнитные катушки могут включаться и выключаться по радиокомандам, а также работать в импульсном режиме (для уменьшения среднего магнитного момента в целях более точной коррекции спутника при минимальных затратах электроэнергии). В работе [3] был проведён расчет необходимого магнитного момента электромагнитной катушки активно-пассивной системы управления. При массе спутника в 3 кг, радиусе вращения 0,1 м, и периоде вращения 3 мин, магнитный момент будет равен 0,24А?м² [3]. При изменении исходных данных или условий (увеличении массы, уменьшении периода или увеличении радиуса вращения спутника) величина требуемого магнитного момента (необходимого и достаточного для управления спутником) будет возрастать. В работе [3] проведён расчет самой катушки, как с сердечником, так и без него. Расчет катушки без сердечника при заданных параметрах (магнитный момент 0,29 А?м², мощность 0,3 Вт, диаметр 0,135 м) дал результат: масса 38 г, длина катушки 0,112 м, диаметр провода 0,11 мм. Расчет катушки с сердечником по этой работе не дал положительного результата, так как в ней была допущена ошибка, а именно, не был учтён размагничивающий фактор сердечника, который снижает магнитный момент вплоть до полной компенсации положительного эффекта от применения сердечника, сколь ни была бы высока магнитная проницаемость его материала. В настоящей дипломной работе эта ошибка исправлена, в результате чего получены достоверные значения магнитного момента катушки с сердечником.

1.2 Соленоид

Соленоидом называют длинную цилиндрическую катушку, состоящую из некоторого числа витков проволоки, намотанной по винтовой линии. Магнитное поле, которое создается проходящим через эти витки электрическим током, можно представить себе как результат сложения полей, создаваемых отдельными, рядом стоящими витками тока. Когда длина катушки значительно превосходит ее диаметр, то внутри соленоида силовые линии поля имеют вид прямых, параллельных его оси. Это означает, что во всех точках внутри соленоида магнитная индукция поля имеет одно и то же направление: она параллельна оси соленоида. Только вблизи концов соленоида линии магнитного поля искривляются. Вне соленоида магнитное поле подобно полю полосового магнита: его силовые линии тянутся от одного конца (полюса) соленоида к другому. На рисунке 4 показан соленоид: а - с железными опилками, б - в разрезе. Форма линий вне соленоида также тождественна форме линий соответствующего полосового магнита. Обычный соленоид наматывается на немагнитном каркасе, магнитный материал с высокой магнитной проницаемостью, помещённый внутрь соленоида значительно усиливает его магнитные свойства. Поэтому для увеличения магнитного момента катушки управления целесообразно использовать сердечник из намагничивающегося материала.

Магнитный момент соленоида рассчитывается по формуле:

, (1)

где: I - ток, А;

S_ср - средняя площадь намотки, м²;

N - число витков, шт.

1.3 Природа магнетизма магнитных материалов

Для обоснования выбора материала сердечника катушек рассмотрим основные понятия магнетизма. Магнитные свойства вещества обусловлены спиновым и орбитальным магнитными моментами электронов, а также магнитными моментами ядер атомов. Последние весьма малы, поэтому для магнитных материалов имеет смысл говорить лишь о магнетизме электронной оболочки, которая, собственно, и определяет магнитные свойства вещества. Опыты по изучению гиромагнитного эффекта показали, что у некоторых металлов спиновый магнитный момент играет основную роль в создании магнитного момента атома. Чтобы атом в целом имел магнитный момент, должны быть нескомпенсированы магнитные моменты спинов. Это возможно в атомах с незаполненными оболочками. К ним относятся элементы переходной группы, редкоземельные элементы и др. Однако наличие незаполненных оболочек в атоме еще не является достаточным условием для существования ферромагнетизма. Между спинами соседних атомов должно существовать еще сильное электрическое взаимодействие квантовомеханической природы (так называемые обменные силы). Это приводит к возникновению самопроизвольной намагниченности, когда магнитные моменты атомов ориентируются в очень малых объемах (доменах) в одном направлении, например у ферромагнетиков, или в противоположных направлениях - у антиферромагнетиков.

Если внешнее магнитное поле отсутствует, то результирующий магнитный момент вещества будет равен нулю. При наложении магнитного поля каждый атом дает составляющую магнитного момента по направлению поля, и появляется результирующий магнитный момент. Магнитное состояние вещества характеризуется величиной результирующего магнитного момента, отнесенного к единице объема, к единице массы или к грамм-атому вещества. Результирующий магнитный момент единицы объема называется намагниченностью вещества и обозначается буквой J. Если величина магнитного момента относится к единице массы тела, то имеем массовую или удельную намагниченность. Между намагниченностью и внешним магнитным полем имеется простая связь вида:

J = ч? ? H, (2)

где: J - намагниченность, А/м;

ч - магнитная восприимчивость вещества;

Н - поле, А/м.

Величина восприимчивости диа- и парамагнитных веществ очень мала (10^-3-10^-6), причем у диамагнетиков она отрицательна (ч <0). У ферромагнетиков и ферримагнетиков (к последним относятся, в частности, и ферриты) ч >> 1, причем соотношение (1.9) является нелинейным, так как существует сильная зависимость магнитной восприимчивости от напряженности магнитного поля ч = ч (H), при этом восприимчивость этих веществ достигает очень больших значений (до 10⁶). Если такое вещество поместить во внешнее магнитное поле, то внутри этого вещества магнитные моменты атомов создадут свои магнитные поля, которые будут складываться, в результате чего возникнет внутреннее дополнительное поле. Это поле складывается с внешним магнитным полем. Среднее магнитное поле в веществе характеризуется так называемой магнитной индукцией и обозначается буквой 'В'. Магнитная индукция характеризует магнитное состояние вещества в некотором бесконечно малом объеме. Она является функцией внешнего магнитного поля и определяется соотношением:

В = м?м₀?Н = м₀(Н+J) = м₀?Н(1+ч), (3)

где: В - магнитная индукция, Тл;

м₀ - магнитная постоянная (магнитная проницаемость вакуума).

ч = м - 1. (4)

На рисунке 5 показана зависимость намагниченности от величины напряжённости магнитного поля в ферромагнетиках и ферримагнетиках (начальная или основная кривая намагничивания).

Кривую намагниченности ферромагнетиков можно разделить на несколько участков, которые характеризуются определенными процессами намагничивания. В области начального или обратимого намагничивания (участок 1) магнитная восприимчивость ч_а и проницаемость м_а являются постоянными величинами. Изменение намагниченности в этой области происходит в основном за счет обратимых процессов, которые обусловлены упругим смещением границ между областями самопроизвольной намагниченности.

Вторая область кривой намагничивания (область Рэлея) характеризуется тем, что в этой области намагничивания основную роль играют процессы инверсии. Здесь происходит ступенчатое изменение направления вектора самопроизвольного намагничивания внутри домена, причем процесс изменения намагниченности не является полностью обратимым. В этой области намагниченность подчиняется закону Рэлея. Третья область кривой соответствует быстрому возрастанию намагниченности, изменение которой имеет здесь ступенчатый вид (скачки Баркгаузена), что связано с необратимым смещением границ между областями самопроизвольной намагниченности (участок 3). В магнитотвердых материалах могут заметную роль играть также процессы инверсии. Процессы, обусловливающие изменение намагниченности на этом участке, необратимы. В области приближения к насыщению (IV) изменение намагниченности объясняется главным образом процессом вращения, когда направление вектора намагниченности самопроизвольных областей приближается к направлению внешнего поля. На последнем участке (5) с увеличением поля наблюдается слабый рост намагниченности (парапроцесс). Увеличение намагниченности здесь происходит за счет подавления разориентирующего действия тепловых колебаний магнитных моментов атомов, подобно тому, как это происходит в парамагнетиках.

Если после получения основной кривой намагничивания постепенно уменьшать значение магнитного поля, то ход кривой намагничивания в обратном направлении (кривая размагничивания) не будет совпадать с основной кривой. Поэтому для одних и тех же значений напряженности магнитного поля получаются различные значения намагниченности. Это явление называется магнитным гистерезисом. Значение намагниченности, получаемое при снижении напряженности внешнего поля до нуля, называется остаточной намагниченностью J_r. Она обычно меньше значения насыщения J_r. Для того, чтобы снизить намагниченность J тела, предварительно намагниченного до насыщения, до нуля, к нему необходимо приложить магнитное поле обратного направления с величиной напряженности Н_с, называемой коэрцитивной силой. Для кривой намагничивания, построенной в координатах В(Н), водится понятие коэрцитивной силы по индукции - это такое размагничивающее внешнее поле, которое необходимо приложить к ферромагнетику, чтобы довести до нуля индукцию магнитного поля В внутри него: Н_с^В ? H_c^J, но все же Н_с^В < H_c^J.

1.4 Классификация и обзор сильномагнитных материалов, пригодных для использования в качестве сердечника

Применяемые в электротехнике и электронной технике магнитные материалы подразделяют на две основные группы: магнитотвердые и магнитомягкие. В отдельную группу выделяют материалы специального назначения.

К магнитотвердым относят материалы с большой коэрцитивной силой Н_с. Они перемагничиваются лишь в очень сильных магнитных полях и служат для изготовления постоянных магнитов.

К магнитомягким относят материалы с малой коэрцитивной силой и высокой магнитной проницаемостью. Они обладают способностью намагничиваться до насыщения в слабых магнитных полях, характеризуются узкой петлей гистерезиса и малыми потерями на перемагничивание. Магнитомягкие материалы используются в основном в качестве различных магнитопроводов: сердечников дросселей, трансформаторов, электромагнитов, магнитных систем электроизмерительных приборов.

Условно магнитомягкими считают материалы, у которых Н_с < 800 А/м, а магнитотвердыми - с Н_с > 4 кА/м. Необходимо, однако, отметить, что у лучших магнитомягких материалов коэрцитивная сила может составлять менее 1 А/м, а в лучших магнитотвердых материалах ее значение превышает 500 кА/м. По масштабам применения в электронной технике среди материалов специального назначения следует выделить материалы с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ), ферриты для устройств сверхвысокочастотного диапазона и магнитострикционные материалы.

Рассмотрим явление магнитного гистерезиса подробнее. Если первоначально ненамагниченный ферромагнетик намагничивать, увеличивая поле от нуля до значения, при котором наступает насыщение (рис. 6), а затем изменять его от H до -H, то размагничивание и перемагничивание (обратная кривая В(Н)) пойдет не по первоначальному пути, а выше, и в конце концов тело намагнитится в обратном направлении. Если же теперь снова изменять поле в сторону положительных его значений (от -H до +H), магнетик из состояния с максимальным отрицательным значением магнитной индукции (намагниченности) будет переходить к состоянию с положительной индукцией по кривой намагничивания, лежащей ниже - из третьего квадранта в первый через четвертый квадрант. Получившуюся замкнутую кривую называют петлей гистерезиса. В том случае, когда в крайних точках достигается насыщение, получается максимальная петля гистерезиса. Когда же в крайних точках насыщения нет, получатся аналогичные петли гистерезиса, но меньшего размера, как бы вписанные в максимальную петлю - это частные петли гистерезиса.

В данной работе для создания магнитного устройства, обладающего минимальными значениями массы и остаточной намагниченности при выключенной катушке и максимальным магнитным моментом при включении катушки, необходимо подобрать магнитный материал сердечника, обладающий как можно меньшими значениями плотности и коэрцитивной силы при большой магнитной проницаемости.

В таблице 1 приведены магнитомягкие материалы с магнитной проницаемостью, коэрцитивной силой и плотностью.

Таблица 1 - Магнитомягкие материалы и их параметры

Материал	Магнитная проницаемость (мнач ммакс)	Коэрцитивная сила (Нс), Э (1/4 кА/м)	Плотность (с), г/см3
Сталь Э31	250 - 5500	0,55	7,7
Сталь Э41	300 - 6000	0,45	7,7
Сталь Э42	400 - 7500	0,4	7,7
Сталь Э45	600 - 10000	0,25	7,7
Сталь Э310	1000 - 30000	0,12	7,7
Сплав 79НМ	20000 - 100000	0,03	8,6
Сплав 80НХС	30000 - 120000	0,015	8,6
Сплав 50НСХ	3000 - 30000	0,2	8,6
Сплав 65НП	3000 - 100000	0,1	8,6
Сплав 50НП	2000 - 20000	0,2	8,6
78,5% Ni-пермаллой	10000 - 100000	0,025	8,8
Эл. тех. железо	5000 - 15000	0,36	8,6
Альсифер	117000	0,022	7,9
Пермендюр	400 - 4000	0,05	8,2
Сплав AMAG 200 (нанокрист Fe)	30000 - 600000	0,015	7,3
супермаллой	30000 - 900000	0,004	8,6

1.5 Потери в магнитных материалах

В переменных полях площадь петли гистерезиса увеличивается за счет потерь на гистерезис Р_г, потерь на вихревые токи Р_в и дополнительных потерь Р_д. Такая петля называется динамической, а суммарные потери полными или суммарными. Потери на гистерезис, отнесенные к единице объема материала (удельные потери) (Вт/м³):

, (5)

где: dB - дифференциал по индукции.

Эти же потери можно отнести к единице массы (Вт/кг):

, (6)

где: ??- плотность материала, кг/м³.

Чтобы уменьшить потери на гистерезис, используют магнитные материалы с возможно малой коэрцитивной силой. Для этого путем отжига снимают внутренние напряжения в материале, уменьшают число дислокаций и других дефектов и укрупняют зерна.

Эти потери обусловлены в первую очередь инерционностью процессов перемагничивания доменов (затрата тепловой энергии на передвижения границ слабозакрепленных доменов при изменении поля).

1.6 Размагничивающее поле. Размагничивающий фактор

Намагниченность ферромагнитного образца зависит не только от магнитной восприимчивости вещества, из которого он сделан, но и от его геометрической формы.

Рисунок 7 - Схематичное изображение образца с намагниченностью J во внешнем поле H_b с размагничивающим полем Н_d

Дело в том, что на противоположных концах намагниченного образца индуцируются магнитные заряды (рисунок 7), которые внутри образца создают собственное магнитное поле Н_d, которое называется размагничивающим. Таким образом, согласно принципу суперпозиции полей, истинное поле внутри образца определяется суммой внешнего и размагничивающего полей:

H_i = H_b + Н_d, (7)

где: Н_i - результирующее поле, А/м;

H_b - внешнее магнитное поле, А/м;

Н_d - размагничивающее поле, А/м.

Размагничивающее поле Н_d можно выразить через намагниченность J по формуле:

H_d = -N?J, (8)

где: N - размагничивающий фактор;

J - намагниченность образца, А?м².

Формула (7) может быть переписана в виде:

, (9)

где: i, j = x,y,z;

H_di - проекция размагничивающего поля на ось i, А/м;

J_j - проекция намагниченности на ось j, А?м².

Компоненты тензора N(r) - размагничивающие коэффициенты N_ij - зависят от формы образца и его ориентации относительно внешнего поля; их можно рассчитать по формуле:

, (10)

где: x_i, x_j = x, y, z и интегрирование ведется по объему образца V.

Если намагничивать один и тот же образец, прикладывая внешнее магнитное поле в различных направлениях, то конфигурация поверхностных зарядов будет каждый раз иная и, соответственно, поле H_d будет каждый раз другим. Такая анизотропия образцов называется анизотропией формы.

В простейшем частном случае, когда образец оказался однородно намагничен в однородном поле и направление намагниченности противоположно направлению размагничивающего поля, размагничивающий фактор можно считать константой:

Н_d= - N?J , (11)

где: H_d - размагничивающее поле, А/м;

J - намагниченность образца, А?м^2.

Таким образом, для внутреннего поля получаем:

H_i= H_b - N?J, (12)

По определению магнитной восприимчивости ч=J/H, поэтому, зная зависимость намагниченности образца от внешнего магнитного поля J(H_b), можно найти восприимчивость материала, из которого сделан образец:

ч (H_i)=J(H_b)/[H_b -N?J(H_b)], (13)

В общем случае зависимость размагничивающего поля H_d от намагниченности J очень сложна. Но можно показать, что образцы эллипсоидальной формы и близкой к ней при намагничивании в однородном внешнем поле H_b намагничиваются однородно. Если систему координат выбрать так, чтобы ее оси совпали с главными осями эллипсоида (a,b,c), то в тензоре N отличными от нуля будут только диагональные компоненты, и

N_а+N_b+N_c = 1, (14)

где: N_a, N_b, N_c - размагничивающий фактор вдоль направлений а, b, с.

Если образец имеет форму шара, то N_a = N_b = N_c = 1/3.

Для бесконечной пластины, расположенной нормально к оси OZ (оси с), справедливо N_a = N_b = 0, N_c = 1.

Для бесконечного цилиндра (с > ?) N_a = N_b = 1/2, N_c = 0.

Для образцов цилиндрической формы, конечной высоты, намагничиваемых вдоль оси цилиндра, совпадающей с осью с, N_a = N_b = 0, а N_c = N_f можно считать зависящим только от отношения длины образца L к его диаметру d. Чем больше отношение L/d, тем меньше N_f. При этом в отличие от тел эллипсоидальной формы распределение намагниченности в цилиндре не является однородным, и значение размагничивающего фактора будет зависеть от того, что понимается под намагниченностью образца - ее значение в центральной части или усредненное по объему. В Таблице 2 приведены значения размагничивающего фактора N_f для цилиндрических образцов с различным отношением длины к диаметру, рассчитанные по формуле (15), применимой во втором случае, поскольку интересующая нас величина магнитного момента управляющей катушки определяется усредненным, а не максимальным значением намагниченности сердечника:

N_f = (2,72lg(LD) - 0,69)/(LD)², (15)

где: LD - отношение длины сердечника к его поперечному сечению;

N_f - размагничивающий фактор.

Данная формула точно описывает лишь часть функции, а именно 8?LD?28, в области с меньшими значениями LD необходимо учитывать неоднородность поля внутри сердечника и дефекты поверхности сердечника, что весьма затруднительно. Область значений LD>28 тоже описывается более сложной формулой и является наименее интересной, так как такой сердечник будет обладать большими габаритами и массой.

Таблица 2 - Значения размагничивающего фактора для цилиндрического образца с различным отношением длины к диаметру (L/d)

L/d	Nf
10	0,0203
20	0,00715
25	0,005
30	0,00366
40	0,002182
50	0,001457
60	0,001043
80	0,0006528
100	0,000414

Таким образом, с точки зрения минимизации влияния размагничивающего фактора на эффективность магнитной катушки ее сердечник должен обладать максимальным отношением длины к диаметру поперечного сечения (L/d). При минимальном же соотношении L/d (в случае плоского диска) сердечник даже с высокой магнитной проницаемостью не будет обеспечивать ощутимое усиление магнитного поля (магнитного момента), следовательно, его применение не будет оправданным из-за ослабления поля катушки размагничивающим полем магнитных полюсов.

1.7 Остаточная намагниченность

Остаточная намагниченность - это намагниченность J_r, которую имеет ферромагнитный материал при снижении до нуля напряжённости внешнего поля, первоначально намагничивающего образец. Остаточная намагниченность зависит как от магнитных свойств материала, так и от его магнитной предыстории -- характера предыдущих воздействий на него магнитного поля. Величина остаточной намагниченности конкретных ферромагнитных образцов существенно зависит от их формы, так как сказывается действие размагничивающего фактора. Наиболее устойчивой остаточной намагниченностью обладают высококоэрцитивные ферромагнетики. При нагревании ферромагнетиков до температуры, превышающей точку Кюри, они теряют ферромагнитные свойства, а вместе с тем и остаточную намагниченность. К уменьшению остаточной намагниченности приводят также механические сотрясения и вибрации.

1.8 Обзор материалов, используемых для изготовления обмотки катушки

Как видно из формулы (1), для достижения больших значений магнитного момента и напряжённости магнитного поля при небольших значениях тока в катушке, необходимо намотать большое число витков. Обмотка с большим числом витков провода с малым поперечным сечением будет обладать большим сопротивлением. Сопротивление провода R можно вычислить по формуле:

, (16)

где: с - удельное сопротивление материала, Ом?см;

L - длина, см;

S - поперечное сечение провода, см².

Из формулы (16) видно, что для минимизации потерь в обмотке надо уменьшать длину провода (число витков или радиус намотки провода), но это приведёт и к снижению магнитного момента, а увеличение сечения провода приведёт к возрастанию массы и габаритов катушки. Таким образом, остаётся один параметр, который не повлияет на другие характеристики и при помощи которого можно минимизировать потери в обмотке - это удельное сопротивление. Из формулы (16) видно, что для минимизации сопротивления необходимо выбирать материал с наименьшим значением удельного сопротивления. В таблице 3 приведены характеристики материалов, выпускаемых виде металлического провода.

Таблица 3 - Параметры различных металлов

Материал	Удельное сопротивление при 20оС, 10-6 Ом?см	Плотность, г/см3	Магнитная проницаемость
Алюминий	2,69	2,7	1,000023
Медь	1,67	8,9	0,99999
Нихром Х15Н60 (NiCrFe)	110	7,8	500
Сталь Х18H25	20,2	7,5-7,8	1000

Из вышеперечисленных материалов больше всего подходит медь, так как у нее минимальное значение удельного сопротивления. Однако при этом медь обладает и высокой плотностью, но поскольку объём, занимаемый обмоткой, как правило, намного меньше, чем объем сердечника, то и вклад в общую массу катушки она тоже даёт очень малый. Медь - это диамагнетик (м < 1), поэтому для того, чтобы не снижать магнитную проницаемость сердечника, не следует наматывать катушки с большим числом слоёв.

При намотке катушки способом 'виток к витку' или на электропроводящее основание необходимо, чтобы наматываемый провод имел внешнюю изоляцию. Изоляция должна быть рассчитана на напряжение не менее двух-трёх напряжений питания, это связано обратным выбросом ЭДС самоиндукции при переходном процессе в катушке, величина которого может достигать значения нескольких напряжений питания. При этом необходим двойной запас диэлектрической прочности. У каждого витка есть изоляция, следовательно, соседние витки разделены двумя слоями изоляции. Проведём обзор медных проводов, выпускаемых с изоляцией (таблица 4)

Таблица 4 - Обзор медных проводов, выпускаемых с изоляцией

Марка провода	Dмин Dмакс, мм	Прочность изоляции, В	Ресурс, ч
ПЭЛ	0,06 - 3,0	40 - 2000	80000
ПЭВ-1	0,02 - 2,5	60 - 2500	100000
ПЭВ-2	0,05 - 2,5	130 - 3500	100000
ПЭЛШО	0,06 - 1,5	250 - 2500	100000
ПЭВЛО	0,06 - 1,8	200 - 2800	110000

Таблица 4 содержит минимальный и максимальный диаметры, минимальное напряжение пробоя одного слоя изоляции, минимальную наработку в часах при максимальной рабочей температуре магнитной катушки (+50 ^оС).

1.9 Температурная зависимость намагниченности и сопротивления

Магнитная катушка обладает двумя температурными зависимостями: температурной зависимостью намагниченности сердечника и температурной зависимостью сопротивления обмотки. Рассмотрим их в отдельности.

Температурная зависимость намагниченности. Вещества, обладающие ферромагнетизмом, сохраняют эту особенность лишь в некотором интервале температур. При нагревании выше некоторой температуры, носящей название температуры Кюри ферромагнетика, ферромагнетизм исчезает, и вещество становится парамагнетиком. С помощью рентгеноструктурного анализа было установлено, что подобное превращение не сопровождается изменением структуры кристалла. Исчезновение ферромагнитных свойств происходит в некотором отношении постепенно. На рисунке 8 показана зависимость намагниченности насыщения Fe от температуры. Она резко уменьшается при приближении к температуре Кюри. Её принято определять точкой пересечения линейного продолжения наиболее крутого участка спада кривой намагничивания с осью абсцисс. Реально же получается некоторый 'хвост' кривой J_s = f(Т). Хотя в большой степени появление подобного 'хвоста' можно отнести за счёт неоднородности материала и несовершенства техники измерения, несомненно, что и при возможно более тщательном исключении этих побочных обстоятельств явление постепенного перехода имеет место[7].

В результате того, что намагниченность начинает резко убывать вблизи точки Кюри, необходимо подбирать магнитный материал сердечника, учитывая температурные условия эксплуатации магнитной катушки.

а - для ферромагнетика, б - для ферримагнетика.

Рисунок 8 - Температурная зависимость намагниченности

Температурная зависимость сопротивления. Электронный газ в металлах является вырожденным, и основным механизмом рассеяния электронов в области высоких температур является рассеяние на фононах.

При понижении температуры до абсолютного нуля сопротивление нормальных металлов стремится к постоянному значению ? остаточному сопротивлению. Исключением из этого правила являются сверхпроводящие металлы и сплавы, в которых сопротивление исчезает ниже некоторой критической температуры Т_св (температура перехода в сверхпроводящее состояние).

При увеличении температуры, отклонение удельного сопротивления от линейной зависимости у большинства металлов наступает вблизи температуры плавления Т_пл. Некоторое отступление от линейной зависимости может наблюдаться у ферромагнитных металлов, в которых происходит дополнительное рассеяние электронов на нарушениях спинового порядка.

При Т > Т1, когда спектр колебаний возбужден полностью, увеличение амплитуды колебаний с ростом температуры приводит к линейному росту сопротивления примерно до Т_пл - область 2 рисунка 9. С ростом температуры увеличивается амплитуда колебаний атомов решётки и электрон испытывает большее рассеяние (рассеяние на фононах решётки), приводящее к изменению направления движения, конечным значениям длины свободного пробега и проводимости металла. Энергия электронов проводимости в металлах составляет 3-15 эВ, что соответствует длинам волн 3-7 A. Поэтому любые нарушения периодичности или тепловые колебания атомов (фононов) вызывают рост удельного сопротивления металла.

Важной характеристикой металлов является температурный коэффициент удельного электрического сопротивления, показывающий относительное изменение удельного сопротивления при изменении температуры на один Кельвин (градус):

, (17)

где: ?_? - температурный коэффициент удельного сопротивления;

с - удельное сопротивление, Ом?м;

dс - приращение сопротивления, Ом?м;

dT - изменение температуры, ^oC.

?_? ? положительно, когда удельное сопротивление возрастает при повышении температуры. Очевидно, что величина ?_? также является функцией температуры. В области 3 линейной зависимости ?(T) (см. рисунок 9) выполняется соотношение:

, (18)

где: ?_? - остаточное удельное сопротивление, Ом?см (для меди ?_? = 1,58?10^-6 Ом?см);

? - температурный коэффициент удельного сопротивления (для меди ? = 0,0043);

Т - температура, ^oC;

? ? удельное сопротивление при температуре T, Ом?см.

Параметры магнитного устройства не должны зависеть от температуры, поэтому необходимо применять материал для обмотки с малым температурным коэффициентом или использовать устройство его компенсации, либо проводить расчет для температур с наихудшими параметрами магнитного устройства.

2. Теоретическая часть

2.1 Теоретический расчет параметров магнитной катушки

2.1.1 Постановка основных задач расчета

В разделе 1.1 была описана магнитная система управления спутником. На рисунке 3 показано расположение постоянного магнита магнитных катушек. Перпендикулярная ориентация катушек друг относительно друга была выбрана для их наименьшего взаимовлияния друг на друга. Параллельная ориентация вектора магнитной индукции одной из катушек относительно вектора постоянного магнита выбрана для его полной компенсации либо для его усиления, в зависимости от необходимого манёвра. Для проведения дальнейших расчётов катушку с параллельно ориентированным вектором магнитной индукции относительно постоянного магнита назовём катушкой 1, а с перпендикулярно ориентированным - катушкой 2.

2.1.2 Исходные данные

Параметры спутника ТНС-0 №2:

- масса - 5 кг;

- габариты: длина 280 мм, внутренний диаметр 180 мм;

- длина продольного пермаллоевого стержня 240 мм;

- диаметр стержня 4 мм

- максимальный радиус относительно оси вращения 140 мм;

- период вращения 2,5 мин;

- напряжение питания 12 В;

- диапазон рабочих температур: -40 +50 (наихудшая для магнитного устройства +50 ^оС).

Вспомогательные данные и константы:

- экваториальное значение геомагнитного поля Земли 200 А/м;

- магнитная проницаемость вакуума 1,26?10^-6

Поскольку мы не располагаем данными о величине требуемого магнитного момента, необходимо провести его расчет с подстановкой известных исходных данных.

2.1.3 Оценка и расчёт минимально необходимых значений магнитного момента катушек системы управления

Магнитный момент катушки 1 с параллельно ориентированным вектором магнитной индукции должен быть не меньше магнитного момента постоянного магнита. Магнитный момент постоянного магнита равен 2,2 А?м², следовательно, магнитная катушка 1 должна обладать магнитным моментом не менее 2,2 А?м².

В работе [3] был проведён расчет электромагнитной катушки активно-пассивной системы управления. Для массы спутника в 3 кг, радиуса вращения 0,1 м, и периода вращения 3 мин, рассчитывались параметры магнитной катушки с магнитным моментом, равным 0,24 А?м².

По окончании разработки спутника его масса увеличилась до 5 кг, длина до 28 см, положение центра масс было выбрано по центру конструкции (радиус вращения 14 см), а результат лётных испытаний ТНС-0 №1 дал период вращения, равный 2,5 мин. Следовательно, для решения задачи необходимо рассчитать новое значение требуемого магнитного момента.

Рассчитаем минимально необходимый магнитный момент для катушки 2 с перпендикулярно ориентированным вектором магнитной индукции относительно оси спутника.

Для простоты расчетов предположим, что угол между векторами индукции геомагнитного поля Земли и спутника прямой. Тогда механический момент можно рассчитать по формуле:

М = М_м ?В, (19)

где: М_м - магнитный момент, А?м²;

В - индукция поля, А/м.

М = J_m ? е, (20)

где: J_m - момент инерции, кг?м²;

е - угловое ускорение, рад/с².

е = р ? щ² , (21)

где: щ - циклическая частота, Гц.

щ = 2р/Т_сп, (22)

где Т_сп - период колебаний спутника, с.

Jm = m_сп ? R_V²/2, (23)

где: m_сп - масса спутника, кг;

R_V - радиус относительно оси вращения, м.

В результате получаем выражение для напряженности поля:

, (24)

где: м₀ - проницаемость вакуума, м₀ = 1,26?10^-6.

Из формулы 24 выразим магнитный момент:

. (25)

Подставив значения указанные выше в формулу (25), получим величину магнитного момента равную 1,071 А?m². Из формулы 25 видно, что чем меньше период вращения (больше круговая частота), тем больший необходим магнитный момент. Необходимо учитывать и ограничения габаритов, массы, и тока потребления, нужно максимально минимизировать значения этих параметров, при этом получить максимальный магнитный момент. Подобный расчёт был проведён в работе [3], там рассчитывалась катушка без сердечника с магнитным моментом 0,29 А?м², в результате её масса равнялась 38 г, диаметр 13,5 см, длина 11,5 см. Поскольку в связи с изменением некоторых параметров спутника изменился требуемый магнитный момент возникает необходимость проведения нового расчета параметров магнитной катушки и выбора наиболее подходящих материалов.

2.1.4 Расчет параметров и выбор материалов магнитного устройства

В настоящее время в связи с изменением исходных параметров спутника необходимо разработать магнитные катушки с меньшими габаритами и массой и большим магнитным моментом.

Задачу оптимизации можно решить несколькими методами: графическим, математическим и аналитическим.

Математический метод является наиболее точным и сложным и требует знания специальной среды разработки (программы MathLab) на профессиональном уровне, при этом в результате последующего подсчёта с подстановкой уточнённых (округление диаметра провода, числа витков и др.) данных даёт результаты графического метода.

Аналитический метод является самым простым, но при этом он не учитывает всех особенностей зависимостей функций друг от друга, поэтому является наименее объективным для оптимизации вычислений.

Воспользуемся графическим методом как наиболее простым и точным, этот метод заключается в построении графиков для последующего анализа и поиска оптимальных значений функции.

Для проведении автоматизированных расчетов в программе MathCad необходимо учесть размагничивающий фактор сердечника, толщину лакового покрытия провода, зависимость магнитной проницаемости от величины поля. Для этого опишем зависимости этих функций.

Выбор материала обмотки. В разделе 1.8 был проведён обзор материалов пригодных для применения в качестве обмотки, в результате, выбрана была медь так как она обладает наименьшим удельным сопротивлением. В таблице 4 был проведён обзор медных проводов с изоляцией. Для получения минимальной массы и габаритов применим провод с наименьшей толщиной изоляции и удовлетворяющий пробойному напряжению. Выберем провод ПЭВ-1 для использования в расчётах, а после получения расчётных данных о катушке, проверим удовлетворяет ли пробойное напряжение изоляции провода рабочему режиму магнитной катушки.

Определение зависимости толщины слоя лака от диаметра провода.

По таблице приведённой в технических условиях на провод ПЭВ-1 рассчитаем долю лака по формуле (26) для нескольких значений диаметра, составим таблицу 5 и построим график зависимости доли лака от диаметра провода.

D_л = (D_п - D_ж) / D_ж (26)

где: D_л - относительная доля лака;

D_п - диаметр провода с лаком, мм;

D_ж - диаметр жилы провода, мм,

Таблица 5 - Значения диаметров провода с лаком и без него

Диаметр жилы (мм)	Диаметр провода с лаком (мм)	Относительная доля лака
0,02	0,025	0,25
0,03	0,037	0,233333
0,04	0,05	0,25
0,06	0,074	0,233333
0,08	0,098	0,225
0,09	0,11	0,222222
0,14	0,166	0,185714
0,16	0,187	0,16875
0,2	0,23	0,15
0,3	0,337	0,123333
0,38	0,421	0,107895
0,45	0,495	0,1
0,6	0,653	0,088333
0,71	0,767	0,080282
1	1,068	0,068
1,4	1,479	0,056429

Рисунок 10 - График зависимости доли лака от диаметра провода

По графику определим линию тренда и функцию описывающую её:

y = 0,238x⁴ - 0,8979x³ + 1,239x² - 0,7813x + 0,2712 (27)

где: x - диаметр жилы

у - объёмная доля лака.

Формулу (27) применим для дальнейших расчетов в программе MathCad.

Оценка влияния величины размагничивающего фактора от соотношения длины к поперечному сечению.

В разделе 1.6 были описаны размагничивающее поле и размагничивающий фактор и была составлена таблица 2 по формуле (15) для образца цилиндрической формы с зависимостью величины размагничивающего фактора от соотношения длины к площади поперечного сечения. Из формулы (15) и таблицы 2 видно, что для уменьшения влияния действия размагничивающего поля сердечника необходимо использовать максимально возможную длину сердечника. В разделе 1.1 описана магнитная система управления наноспутником в которой описаны требования к расположению катушек на спутнике. При этом целесообразно задаться максимальными длинами катушек и провести подбор их оптимальных значений диаметров для получения минимальных значений тока потребления и массы с получением максимального магнитного момента

Выбор материала сердечника. В разделе 1.4 таблице 1 среди перечисленных материалов для изготовления сердечника более всего подходят сплавы 79НМ и супермаллой, так как обладают малой коэрцитивной силой, высокой начальной и максимальной магнитной проницаемостью.

Оценка зависимости магнитной проницаемости от величины поля.

1 - супермаллой, 2 - пермаллой 79НМ

Рисунок 11 - Зависимость магнитной проницаемости от величины поля

В разделе 1.8 проведён обзор медных поводов с изоляцией. Среди приведённых типов провода более всего подходит провод марки ПЭВ-1 так как он обладает большой наработкой, малой толщиной лака, провод всех диаметров удовлетворяет пробойному напряжению, выпускается в расширенном диапазоне диаметров.

По формуле (18) посчитаем удельное сопротивление медного провода при максимальной рабочей температуре (+50С) так как при максимальной температуре будут максимальные потери в обмотке и как видно из формул (1) и (39) минимальный магнитный момент.

?_к ? 1.58?10^-6?1?0.0043?50?;

?_к = 1.919?10^-6 Ом?см.

Определим габариты магнитных катушек.

В качестве сердечника катушки 1 целесообразно использовать продольный магнитный стержень пассивно-магнитной системы ориентации, поскольку он выполнен из пермаллоя 79НМ, как отмечалось выше это один из наиболее подходящих сплавов. К тому же он предусмотрен конструкцией, а значит, его масса уже в конструкции учтена, следовательно, масса катушки 1 будет состоять только из массы самой обмотки.

Поскольку катушка 2 расположена перпендикулярно к катушке 1 то её длину ограничивает диаметр наноспутника. Использовать в качестве сердечника поперечные стержни невозможно, поскольку они имеют большое число сварных швов и расположены близко друг к другу в ряд, а такое расположение увеличивает размагничивающий фактор. Определимся с диаметром сердечника, поскольку магнитный момент сердечника намного больше чем обмотки (при больших соотношениях длинны к диаметру). Как видно из формул (1), (44), (45) магнитный момент сердечника зависит от его объема и размагничивающего фактора при постоянном поле катушки. По формулам (15), (26), (27), (32) - (39) построим графики зависимости обратного размагничивающего фактора и объёма сердечника от его диаметра (рисунок 12)

Рисунок 12 - График зависимости объёма и обратного размагничивающего фактора от диаметра и длины

Исходя из графика, на рисунке 12, выбираем диаметр сердечника равный 0,5 см.

Зная диаметр и длину сердечника, требуемый магнитный момент, параметры материала сердечника, из формул (1), (2), (15), (26), (27) - (45) составим систему уравнений с двумя неизвестными (диаметр и число витков). Очевидно, что есть несколько решений, но нас интересует только то, при котором ток потребления минимален. Для этого построим график зависимости тока от числа витков.

Рисунок 13 - График зависимости размагничивающего фактора от диаметра и длины

Из графика видно, что ток уменьшается при увеличении числа витков. Следовательно, из нескольких решений выбираем решение с большим числом витков и меньшим диаметром провода. Это значения: диаметр 0,0799 мм и 0,078 мм, число витков 6625 и 1245 для катушки 1 и 2 соответственно. По техническим условиям на провод ПЭВ-1 [21] подберем наиболее близкий по диаметру провод в сторону увеличения. Это провод 0,08 мм для двух катушек, округлим число витков до 10 в большую сторону, получим 6630 и 1250 соответственно.

Теперь проведём уточнённое вычисление магнитного момента, тока потребления, массы, габаритов магнитных катушек.

Для этого воспользуемся формулами: (1), (2), (15), (26), (27) - (45).

Находим массу сердечника и катушки по формулам:

m_с = ?_с ? L_с / S_с, (28)

где: m_с - масса сердечника, г;

?_с - плотность материала сердечника для супермаллоя, ?_с = 8,6 г/см³;

L_с - длина сердечника, см;

S_с - площадь поперечного сечения сердечника, см².

m_к = ?_к ? N ? L_в / S_ж , (29)

где: m_к - масса катушки, г;

?_к - плотность материала обмотки для меди, ?_к = 8,96 г/см³;

L_в - длина вика, см;

N - число витков, шт;

S_ж - площадь поперечного сечения металлической жилы провода, см².

Полная масса катушки рассчитывается по формуле:

m = m_s + m_k . (31)

Число слоёв намотки провода:

N_сл = D_п ?N / L_c, (32)

где: D_п - диаметр провода найденный по формуле (26), см;

L_с - длина сердечника, см.

Зная число слоёв вычислим максимальную площадь поперечного сечения катушки:

, (33)

где: N_сл - число слоёв, шт.

Средняя площадь поперечного сечения катушки

S_ср = (S_max +S_c)/2 , (34)

где: S_max - максимальная площадь поперечного сечения катушки.

По средней площади посчитаем средний диаметр:

, (35)

где: S_ср - средняя площадь поперечного сечения катушки.

Средняя длина витка:

L_в = р?D_ср, (36)

где: D_ср - средний диаметр катушки.

Для вычисления размагничивающего фактора сердечника по формуле (15) необходимо рассчитать отношение длины к диаметру (LD).

LD = L_c/D_с. (37)

Как отмечалось выше про отношение длины к диаметру в дальнейших расчётах примем его равным 9.

Сопротивление катушки:

, (38)

где: R - сопротивление катушки, Ом;

с_э - удельное сопротивление материала катушки, Ом?см.

Вычислим величину постоянного тока:

, (39)

где: I - ток, А;

U - напряжение питания, В.

Магнитный момент катушки:

, (40)

где: S_ср - средняя площадь поперечного сечения катушки, см².

Напряжённость магнитного поля создаваемого катушкой, А/м:

, (41)

где: L_с - длина сердечника (катушки), см.

Расчёт величины истинной напряжённости магнитного поля:

, (42)

где: Н_b - напряжённость магнитного поля создаваемого катушкой, А/м;

N_f - размагничивающий фактор.

Намагниченность сердечника в поле H_i, А/м:

, (43)

где: H_i - истинная величина магнитного поля, А/м.

Магнитный момент сердечника:

, (44)

где: J - намагниченность сердечника, А/м.

Общий магнитный момент магнитной катушки:

M_М = М_МК + М_МС. (45)

Проведенный расчёт в программе MathCad с применением формул (1), (2), (15), (26), (27), (28) - (45), дал следующий результат для двух магнитных катушек;

для катушки 1:

- магнитный момент = 2,2 А?м.²

- число слоёв обмотки провода = 3

- масса медного провода = 4,02 г.

- потребляемый ток = 35 мА.

- объём катушки с сердечником = 2,89?10^-6 м.

для катушки 2:

- магнитный момент = 1,09 А?м.²

- число слоёв обмотки провода = 7

- масса = 40 г.

- потребляемый ток = 14 мА.

- объём катушки с сердечником = 3,53?10^-6 м.

2.1.5 Анализ результатов расчета

Применение сердечника в данном расчете позволило уменьшить массу для катушки 1 в 9 раза, объём занимаемый катушкой в 10 раз у двух катушек, и увеличить магнитный момент в 4 и 9 раз для магнитных катушек 2 и 1 соответственно. В качестве сердечника магнитной катушки 1 применён магнитомягкий материал с малой коэрцитивной силой (пермаллой 79 НМ), для катушки 2 - супермаллой, обладающий меньшей коэрцетивной силой и большей проницаемостью по сравнению с пермаллоем.

Но даже небольшое значение остаточной намагниченности сердечника через длительное время может негативно сказаться на правильность ориентации спутника, поэтому необходимо её снизить до нуля. Проведём обзор методов компенсации остаточной намагниченности.

2.2 Обзор вариантов компенсации остаточной намагниченности

В нашем случае коэрцитивная сила является весьма вредным фактором, от которого необходимо избавиться, так как при отключении питания с катушки она не должна обладать магнитным моментом, который и является элементом управления ориентацией. Избавиться от коэрцитивной силы можно несколькими способами

- используя магнитомягкие материалы сердечника.

- за счёт размагничивающего фактора, у катушек с малым значением

- замыканием ЭДС самоиндукции в контуре катушки.

- дополнительная электронная схема размагничивания с независимой обмоткой

Применение магнитомягких материалов. Магнитомягкие материалы обладают высокими значениями магнитной проницаемости и малой коэрцитивной силой, но поскольку сердечник работает в сильных магнитных полях и намагничивается до насыщения, то после пропадания поля катушки он всё же немного остаётся намагничен и полного исчезновения поля не происходит, что недопустимо. Данный метод необходимо использовать в совокупности с другими методами.

За счёт размагничивающего фактора, который зависит от геометрии сердечника катушки от соотношения длины к диаметру (L/D). Физика данного процесса состоит в том, что на торцах сердечника образуются закруглённые магнитные силовые линии которые замыкают края сердечника катушки. Они сильно ослабляют вырабатываемое катушкой магнитное поле. Чем сердечник короче и чем больше его диаметр, тем больше действие размагничивающего поля. После пропадания внешнего поля, размагничивающее поле начинает размагничивать сердечник, что и требуется, но оно также действует и во внешнем поле, тем самым ослабляя поле катушки. Поэтому использование сердечника с большим размагничивающим полем не целесообразно, так как они не будут давать ощутимого усиления магнитного момента. А сам метод слабо эффективен при использовании длиных и тонких сердечников.

Замыканием ЭДС самоиндукции. Наиболее эффективный способ борьбы с остаточной намагниченностью, не обладает зависимостью от геометрии или типа сердечника. Не требует потребления дополнительной энергии, саморегулируемый, не требует контроля проведения процесса.

Рассмотрим принцип работы. При появлении тока в цепи катушки возникает напряжённость магнитного поля, вызывая рост индукции магнитного поля, точки 1-2 рисунок 14. При пропадании тока в цепи поле падает, а индукция не падает до конца, а переходит в точку Bc, это и есть остаточная намагниченность, точки 2-3. Как известно при пропадании тока, индуктивность стремится вернуть его обратно, возникает ЭДС самоиндукции с обратной полярностью. При замыкании выводов катушки между собой в момент возникновения ЭДС самоиндукции, импульс ЭДС начнёт перемагничивать катушку в противоположенную сторону. После перемагничивания сердечника в противоположную сторону пропадание первого импульса ЭДС самоиндукции вызовер появление второго противоположенной полярности первому и так будет продолжаться до тех пор пока потери полностью не уничтожат это ЭДС самоиндукции. При этом частота перемагничивания будет соответствовать собственной резонансной частоте катушки. В катушке без сердечника будут действовать только потери в сопротивлении обмотки, а в катушке с сердечником ещё и потери на перемагничивание сердечника, у магнитомягких сердечников потери будут меньше чем у магнитотвёрдых.

Дополнительная электронная схема размагничивания с независимой обмоткой. Является самым эффективным вариантом, но требует дополнительного усложнения схемы и мамой катушки, что не благоприятно сказывается на надёжности космического аппарата, так как увеличение числа элементов и паяных соединений, уменьшает надёжность.

В результате учитывая все достоинства и недостатки перечисленных методов за основной возьмём метод замыкания ЭДС самоиндукции.

3. Экспериментальная часть

3.1 Методика исследования

В данном разделе работы проводится исследование компенсации остаточной намагниченности катушки с сердечником.

3.1.1 Объекты исследования

Для исследования были выбраны сердечники из пермаллоя 79 НМ и электротехнической стали Э31 диаметром 12 мм, длиной 15 и 20 см соответственно, катушка, содержащая 11000 витков провода ПЭВ-1 сечением 0,063мм с сопротивлением обмотки 3800 Ом, длиной 14мм и внутренним диаметром 12мм.

3.1.2 Аппаратура для проведения исследования

Генератор импульсный Г5-54. Генератор импульсный, среднечастотный, с регулировкой амплитуды, частоты и скважности. Источник питания (постоянного тока) Б5-7. Источник питания постоянного тока имеет один выход, ручку регулировки напряжения до 30В, автомат защиты от перегрузки на 3А. Макетная плата. Выполнена на протравленном текстолите с установленными на ней органами управления (кнопками, переключателями) разъёмами для подключения питания, генератора, исследуемой катушки. Она представляет собой усилитель тока для катушки, собрана на микросхеме логической инверсии и транзисторном ключе. Плату можно установить в несколько режимов (конденсатор, диод, КМОП-выход). Режим 'конденсатор' тогда параллельно катушке будет включен конденсатор. В этом режиме после подачи импульса тока в катушке не будет появления ЭДС самоиндукции (рисунок 15). Данный режим необходим для намагничивания сердечника и определения его остаточной намагниченности.

Режим 'диод' включает параллельно катушке диод обратной полярностью, тем самым диод замыкает через себя обратный импульс ЭДС самоиндукции катушки.

Режим 'КМОП выход', предназначен для подключения катушки непосредственно к выходу микросхемы логики имеющий КМОП выход. В этом режиме сразу же после окончания импульса тока выход микросхемы переключается в состояние логического нуля замыкая тем самым оба вывода катушки между собой. Данный режим имеет ограничение по току в 25 мА, а если учесть, что ЭДС самоиндукции может превосходить подаваемое напряжение, то получим значение не более 10 мА.

Осциллограф С1-96 двулучевой, высокоомный вход, обладает высокой чувствительностью и широкой полосой пропускания частот.

Магнитометр HMR2300 высокочувствительный измеритель магнитной индукции, со шкалой от -2000 мГс до +2000 мГс. Имеет три датчика ориентированных друг относительно друга перпендикулярно. Не имеет собственных органов отображения информации, отображение обеспечивается через ПК. Питается напряжением 12 В, потребляет 26 мА, подключается к ПК через СОМ-порт. Прибор обладает не высокой скоростью оцифровки (1Гц).

3.1.3 Последовательность выполнения, результаты экспериментов

Настройка магнитометра. Поскольку магнитометр обладает высокой чувствительностью, а большинство приборов в лаборатории во время работы излучают свои магнитные поля, то существует необходимость откалибровать. Для этого находим место на рабочем столе, где магнитометр показывает наименьшее значение магнитного поля, при этом на магнитометре должен быть установлен образец исследования (сердечник из материала с наибольшей магнитной проницаемостью) для усиления внешних полей. После фиксирования первого значения, переворачиваем сердечник другой стороной и записываем второе значение. Среднее значение показаний магнитометра будем считать за 'ноль'. Зафиксируем положение магнитометра. Поскольку магнитометр двухполярный (векторный), условимся считать положительным направление магнитного поля в сторону магнитометра, а от него - отрицательным.

Выполнение опыта №1. Подключаем приборы по рисунку 16. Целью данного опыта является, изучение влияния ЭДС самоиндукции на намагниченность сердечника. Выбираем сердечник с наибольшей магнитной проницаемостью (пермаллой 79НМ). Измерительную катушку, состоящую из 30 витков, подключаем к осциллографу. Она фиксирует изменение магнитного поля и намагниченности сердечника, отображая сигнал на осциллографе (рисунок 17). Импульсный сигнал с генератора через макетную плату усиливается и подается на катушку. А параллельно катушке подключаем диод в обратном направлении.

Рисунок 17 - Сигнал измерительной катушки.

По форме сигнала измерительной катушки видно, что сердечник перемагничивается за счёт ЭДС самоиндукции, следовательно необходимо провести опыт по измерению остаточной намагниченности после перемагничивания.

Выполнение опыта №2. Подключаем приборы по рисунку 18 . Целью данного опыта является получение численных данных о величине остаточной намагниченности косвенным методом. Для этого выбираем сердечник для исследования с наибольшей коэрцитивной силой (сердечник из электротехнической стали Э31).

Ставим на макетной плате режим - 'конденсатор', нажав кнопку макетной платы намагничиваем сердечник. После отпускания кнопки напряжение падает не мгновенно, а плавно по кривой разряда конденсатора. В этом случае в катушке не будет проходить переходной процесс с появлением ЭДС самоиндукции а сам сердечник останется намагниченным. Сделаем три замера, составим таблицу куда и запишем средне значение остаточной намагниченности, изменив полярность подключения катушки повторим эксперимент (таблица 6).

Переключаем макетную плату в режим 'диод' повторяем проделанный эксперимент, данные заносим в таблицу 6. В данном режиме в катушке возникает ЭДС самоиндукции отрицательный импульс которой замыкается через диод и перемагничивает сердечник.

Переключаем макетную плату в режим 'КМОП-выход' повторяем проделанный эксперимент, данные заносим в таблицу 6. В данном режиме в катушке возникает ЭДС самоиндукции, которая замыкается через выход микросхемы.

Таблица 6 - Данные с косвенными измерениями остаточной намагниченности

Номер опыта	Режим	Полярность включения катушки	Величина магнитного поля на расстоянии 5мм от торца сердечника до сенсора измерителя.
			мГс	А/м
1	Конденсатор	+	+30	0,375
2	Конденсатор	-	-30	-0,375
3	Диод	+	-2	-0,015
4	Диод	-	+2	0,015
5	КМОП выход	+	0	0
6	КМОП выход	-	0	0

Повторное проведение эксперимента с применением сердечника из пермаллоя 79 НМ не дало положительных результатов.

3.2 Анализ результатов эксперимента

Из проделанных опытов со стальным сердечником видно, что при включении конденсатора магнитометр показывает максимальную остаточную намагниченность сердечника. При включении диода происходит однократное перемагничивание с противоположенным знаком магнитного момента. А при включении КМОП выхода происходит целая серия перемагничивании, в результате действия которых остаточная намагниченность полностью пропадает.

Следовательно, наиболее эффективный метод компенсации остаточной намагниченности сердечника, - это использование КМОП-выхода для управления магнитной катушкой.

А эксперимент с применением сердечника из пермаллоя 79 НМ не дал положительных результатов по причине его малой коэрцитивной силы и высокого размагничивающего поля.

4. Безопасность жизнедеятельности

Целью данного раздела является проведение анализа операций, производимых при выполнении дипломной работы, для выявления опасных и вредных производственных факторов (ОВПФ), действующих на организм исследователя.

При выполнении работы крайне важно правильное соблюдение всех правил безопасности при работе в лаборатории, необходимо выявить опасные и вредные факторы, которые могут влиять на организм и трудоспособность человека. Также важно правильно подобрать условия труда, так как их анализ имеет основное значение для разработки всех мероприятий, обеспечивающих защиту работающих от опасных и вредных производственных факторов. Условия труда представляют собой комплекс производительных факторов, оказывающих влияние на здоровье и работоспособность человека в процессе труда.

Таким образом, этот раздел направлен на создание безопасных, безвредных и благоприятных для человека условий труда, разработку мер защиты от выявленных опасных и вредных производственных факторов.

4.1 Идентификация опасных и вредных производственных факторов

В разделе дается перечень всех опасных и вредных производственных факторов, которые могут сопутствовать каждой из выполняемых в работе операций или проявляться при практическом использовании результатов работы. Номенклатура и классификация опасных и вредных факторов соответствуют ГОСТ 12.0.003-74[7]. При выполнении данной НИР были выявлены опасные и вредные производственные факторы согласно ГОСТ 12.0.003-74[7]. Которые приведены в таблице 7.

Таблица 7 - Анализ опасных и вредных факторов

операция	Оборудование и материалы	Вредный фактор	Нормативный параметр
		классификация	перечень
Работа с ПК	ПК	Физический Физический	Повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание, которое может произойти через тело человека U = 220 B, I = 1 А Повышенный уровень электромагнитных излучений Е = 12 В/м	U = 2,0 В I ? 0,3 мА при f = 50 Гц E = 2,5 В/м H = 25 нТл при f = 5 - 2000 Гц. E = 25 B/м, H = 250 нТл при f = 2 - 400 кГц
		Психофи- зиологический	Напряжение зрения	Через каждый час работы нужен 15 минутный перерыв
Работа с макетом	Макет	Физический	Повышенный уровень электромагнитных излучений Е = 12 В/м	E = 25 B/м, H = 250 нТл при f = 2 - 400 кГц
		Физический	Повышенное значение напряжения в электрической цепи,	U = 2,0 В I ? 0,3 мА при
			замыкание, которое может произойти через тело человека U = 220 B, I = 0,1 А	f = 50 Гц
		Психофи- зиологический	Напряжение зрения	Через каждый час работы нужен 15 минутный перерыв
	Измерительная аппаратура	Физический	Повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание, которое может произойти через тело человека U = 220 B, I = 1 А	U = 2,0 В I ? 0,3 мА при f = 50 Гц

4.2 Характеристика используемых веществ и материалов

Характеристика используемых в работе веществ и материалов (исходных и образующихся в результате их взаимодействия) должна содержать сведения, необходимые для составления 'Паспорта безопасности вещества (материала)', в соответствии с ГОСТ Р 50587-93[8]. Кроме того, могут быть рассмотрены характеристики побочных и промежуточных продуктов, которые могут выделяться или накапливаться в технологических процессах и производственных отходов.

В 'Паспорт безопасности вещества' вносятся физические и химические свойства вещества и сведения о его стабильности и химической активности, которые могут быть взяты из справочников по физико-химическим свойствам, характеристики токсичности; характеристики взрывопожароопасности.

4.2.1 Физические и химические характеристики

Основные физические и химические характеристики приведены в таблице 8. Так как эти свойства должны характеризовать степень опасности утечки вещества из оборудования и емкостей, а также возможность и пути их попадания в организм, сведения об агрегатном состоянии и давлении паров приводятся как при комнатной температуре, так и при температуре проведения эксперимента.

Таблица 8 - Основные физические и химические характеристики.

Фактор Материал	Железо	Медь	Пермаллой
Физическое состояние при Н.У., цвет	Твёрдый металл серебристого цвета.	Твёрдый металл жёлто-рыжего цвета	Твёрдый металл серебристого цвета
рH водного раствора	Не образует	Не образует	Не образует
Температура кипения (плавления)	2750о C (1539о) C	2600о C (1084о C)	1820о C (1500о C)
Окислит. св-ва	Нет.	Нет.	Нет.
Давление паров при н. у. (при +50С)	___	___	___
Плотность	7,87 г/см3	8,96 г/см3	7,6 г/см3
Растворимость	Не растворим	Не растворим	Не растворим
Проводимость	10 000 000 (Омм)-1	58 800 000 (Омм)-1	10 750 000 (Омм)-1
Проницаемость	До 8000 (безразмер)	? 1 (безразмер)	От 10 до 1000

4.2.2 Характеристики токсичности

Характеристики токсичности, содержащиеся в ГОСТ12.1.005-88[9]: величина предельно допустимой концентрации (ПДК), класс опасности, особенности действия на организм указаны в таблице 9 .

Таблица 9 - Классификация веществ по направленности воздействия и токсичности

Вещество	Группа	Направление воздействия	Краткое описание воздействия	Токсичность	Класс опас- ности	ПДК мг/м3
Железо	Нет	-	Не воздействует	Не токсичен	4	4
Медь	Нет	-	Не воздействует	Не токсичен	4	0,5
Пермаллой (Fe-Ni)	Аллерген	Вызывает изменение реактивной способности организма.	При длительном контакте с веществом возможна аллергическая реакция (покраснение кожи, появление сыпи, зуд).	Не токсичен	3	0,05

4.2.3 Характеристика пожаровзрывоопасности

Показатели пожаровзрывоопасности включаются в 'Паспорт безопасности вещества'. В число таких показателей входят температуры вспышки и воспламенения, состояние при воспламенении (твердое вещество, жидкость, газ), окислительные свойства. Более детально номенклатуру показателей пожаровзрывоопасности определяет ГОСТ 12.1.044-89[10].

В данной научно-исследовательской работе (НИР) горючие и взрывоопасные газы, жидкости и твёрдые вещества не применяются, однако, в лабораторном помещении имеются горючие материалы (мебель, бумага, покрытие пола и т.п.), поэтому оно относится к категории В.

4.3 Санитарно-технические требования

В этом параграфе кратко излагаются требования к устройству и санитарно-техническому оборудованию лаборатории, в которой выполняются основные операции экспериментальной части работы.

Основная задача этого параграфа - указать санитарные требования для обеспечения благоприятных условий труда.

4.3.1 Требования к планировке помещения

Лаборатория для проведения экспериментальной части исследования располагается на территории кафедры ТМЭ Московского Государственного Института Стали и Сплавов (МИСиС) и является специально оборудованным помещением для проведения научных исследований, экспериментальных опытов.

Тип лаборатории - физическая, площадь помещения 25 м², объём - 75 м³.

Число одновременно работающих сотрудников - 2 (сотрудник и дипломник). В результате на каждого работающего сотрудника приходится 12,5 м².

Таблица 10 - Перечень оборудования

Наименование	Тип
Источник питания	Б5-7
Источник питания	Б5-8
Осциллограф	С1-96
Микроскоп	МБС-9
Генератор импульсный	Г5-54
Вольтметр	В7-22
ЭВМ	P4-1.6/256
Прибор измерительный	Ц4353
Частотомер	Ч3-66

Таблица 11 - Параметры помещения и его нормы

Параметр	Величина	Норма
Площадь на 1 сотрудника (м2/чел)	12	?12
Высота помещения	3	?2,7
Ширина проходов	2,5	?1,5
Расстояние между столами с ЭВМ	2	?2

4.3.2 Требования к микроклимату помещения

Нормирование параметров микроклимата производится в соответствии с ГОСТ12.1.005-88[9]. В таблице 12 указаны оптимальные значения температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в рабочей зоне в зависимости от периода года и категории выполняемых работ по тяжести, а также допустимая интенсивность теплового излучения. В помещениях с ПЭВМ должны обеспечиваться оптимальные параметры микроклимата для категории 1а и 1б. Данная лаборатория относится к категории 1б.

Таблица 12 - Оптимальные и допустимые метеоусловия помещения лаборатории

Наименование параметра	Холодный период	Теплый период
	Оптимальные условия	Допустимые условия	Оптимальные условия	Допустимые условия
Температура воздуха, °С	20 - 23	19 - 25	22 - 25	менее 28
Относительная влажность, %	40 - 60	менее 75	40 - 60	менее 65
Скорость движения воздуха, м•c-1	менее 0,2	менее 0,2	менее 0,2	менее 0,2

Основные санитарно-технические устройства, используемые для поддержания оптимальных параметров микроклимата: общеобменная вентиляция, устройства отопления.

Отопление отвечает требованиям ГОСТ 12.1.005-88 [9], тип теплоносителя - вода, тип нагревательного устройства - радиатор МС140-500-0.9-7, 7-ми секционный ГОСТ 8690-94 [11].

Общеобменная вентиляция отвечает требованиям тех же нормативных документов: кратность воздухообмена по вытяжке более 5 раз в час.

4.3.3 Требования к освещению лаборатории

Для создания благоприятных условий труда большое значение имеет освещение. В лаборатории кроме естественного предусмотрено и искусственное освещение. Искусственное освещение является комбинированным, состоит из общего и местного. Общее искусственное освещение создается люминесцентными лампами, которые устанавливаются в верхней части помещения параллельно стене с оконными проемами, что позволяет отключать их последовательно в зависимости от изменения естественного освещения. Местное искусственное освещение создается настольными лампами накаливания, концентрирующими световой поток непосредственно на рабочем месте. Оно применяется в комбинации с общим освещением, что исключает затемнение, повышает контрастность предметов в поле зрения, снижает утомляемость зрения.

Естественное освещение помещений проектируется в соответствии с действующими строительными нормами и правилами (СНиП 23-05-95 [6]). Естественное освещение должно осуществляться через светопроемы, ориентированные преимущественно на север и северо-восток, и обеспечивать коэффициент естественной освещенности (КЕО) не ниже 1,2 % в зонах с устойчивым снежным покровом и не ниже 1,5 % на остальной территории.

В зависимости от характера и точности выполняемых работ выбирается освещение лаборатории, и нормируются его параметры в соответствии со строительными нормами и правилами. Освещённость лаборатории зависит от характеристик зрительных работ, наименьшего размера объекта, контраста объекта с фоном, характеристик фона. В СНиП 23-05-95 [6] указана освещённость для заданных параметров зрительных работ.

Освещенность помещения нормируется согласно сведениям в таблицах 13 и 14.

Таблица 13 - Нормирование освещенности в условиях естественного источника света

Выполняемая операция	Разряд работ	Наименьший размер объекта, мм	КЕО
Проведение эксперимента	А1	0,15 - 0,3	1,5
Запись и обработка результатов	Б1	0,3 - 0,5	1,0

Таблица 14 - Нормирование освещенности в условиях искусственного источника света

Выполняемая операция	Разряд работ	Кп	Освещенность, лк
Проведение эксперимента	А1	10%	500
Запись и обработка результатов	Б1	15%	300

Расчет необходимой естественной освещенности производится по формуле:

S₀ = (S_n · e_n · Ю₀ · K_зд)/(r₁ · t₀ · 100), (46)

где: S₀ - необходимый размер светового проема, м²;

S_n - площадь комнаты, S_n =25 м²;

Ю₀ - коэффициент, учитывающий расположение фронтальной стены, Ю₀ = 6,5;

К_зд - коэффициент, учитывающий затемнение окон противоположным зданием, К_зд = 1;

r₁ - коэффициент, учитывающий освещенность за счет отражения светового потока от внутренних поверхностей помещения, r₁ = 5;

t₀ - общий коэффициент, учитывающий светопропускающую способность светового проема, t₀ = 0,8;

e_n - коэффициент естественной освещенности, е_n = 100%.

Необходимый размер светового проема естественной освещенности равен:

S₀ = (25 · 100 · 6,5 · 1)/(5 · 0,8 · 100);

S₀ = 40,6 м²

Из расчета видно, что естественного освещения недостаточно для создания необходимой освещенности, т.к. реальная площадь оконных проемов составляет 9 м².

Следовательно, необходимо искусственное освещение. Для расчёта лабораторного освещения был выбран метод расчёта по коэффициенту использования светового потока.

Общее освещение обеспечивают 6 двухламповых люминесцентных светильников, установленных на потолке. В светильнике используются лампы белого света ЛБ - 80 со световым потоком 5220 лм. Необходимое количество светильников рассчитывается по формуле:

N = ESK_запZ/(Ф_лnз), (47)

где: Е - нормированное значение освещённости, Е = 500 лк;

S - площадь освещаемого помещения, S = 25 м²;

- коэффициент запаса, = 1,5;

Z - коэффициент минимальной освещённости, Z = 1,2;

- световой поток одной лампы, = 5220 лк;

n - количество ламп в одном светильнике, n = 2 шт.;

?- коэффициент использования светового потока от источника.

Определяем индекс помещения по формуле:

I = S/((A+B)H), (48)

где: S - площадь комнаты, S = 25 м²;

А - ширина комнаты, А = 4 м;

В - длина комнаты, В = 6,25 м;

Н_т - высота подвеса светильника над рабочей поверхностью, Н_т =3 м.

I = 25/((4+6,25)3);

I = 0,81.

По индексу помещения определяем коэффициент использования светового потока от источника: = 0,41.

N = 500·25·1,5·1,2/(5220·2·0,41);

N = 5,25 шт.;

N ? 6 шт.

Необходимо 6 светильников.

Рассчитаем суммарную мощность осветительных установок по формуле:

Р = Р_л • N_cв • n

где: Р_л - мощность лампы, Р_л = 80Вт;

- необходимое число светильников в помещении, = 6 шт.;

n - количество ламп в светильнике.

Р = 8062;

Р = 960 Вт.

Реально установлено 8 светильников. Следовательно, они обеспечивают необходимую освещенность, нормированную СНиП 23-05-95.

4.3.4 Разработка мер защиты от опасных и вредных факторов

Целью этого параграфа является оценка эффективности средств защиты, предусмотренных в конструкции оборудования, выбор и разработка дополнительных мероприятий и технических средств защиты. Проведен обоснованный выбор мер защиты от всех опасных и вредных факторов, и показано, что эти меры гарантируют снижение их уровня до допустимых пределов как при обычных условиях, так и при авариях.

Организационные меры: персонал должен быть ознакомлен с инструкциями по технике безопасности в полном объеме. Необходим постоянный контроль за состоянием оборудования: не допускать загрязнения рабочих поверхностей и попадания влаги на установку; проверка соединения корпуса установок и приборов с заземляющим проводом; не допускать сильных перегибов электрических проводов, а также повреждений изоляции.

Таблица 15 - Разработка мер защиты от опасных и вредных произв. Факторов

4.4 Безопасность жизнедеятельности в чрезвычайных ситуациях

Мероприятия по обеспечению безопасности в чрезвычайных ситуациях описываются в той мере, в которой они связаны с характером выполняемых работ и свойствами используемых материалов.

Как правило, широкомасштабные загрязнения при тех количествах токсичных и радиоактивных веществ, которые используются в лаборатории, маловероятны, поэтому достаточно описать меры безопасности и экозащитные мероприятия при авариях оборудования и утечке химических и радиоактивных веществ, предусмотрев систему сигнализации и оповещения об авариях.

4.4.1 Категория помещения по взрывопожарной и пожарной опасности

Исходя из характеристик веществ, находящихся в помещении, все помещения по СП 12.13130.2009 [12] классифицируются по категориям: А, Б, В(1-4), Г.

В разделе 2,3 был определён класс пожаровзрывоопасности 'В'. Этот класс содержит в себе 4 категории (1-4), в зависимости от количества горючего материала в помещении.

Определение пожароопасной категории помещения осуществляется путем сравнения максимального значения удельной временной пожарной нагрузки на любом из участков с величиной удельной пожарной нагрузки, приведенной в таблице 16.

Таблица 16 - Определение категории пожароопасных помещений

Наименование категории	Удельная пожарная нагрузка, МДж/м
В1 В2 ВЗ В4	>2200 1401-2200 181-1401 1-181

Пожарная нагрузка помещений может включать в себя различные сочетания горючих и трудногорючих жидкостей и твердых материалов в пределах пожароопасного участка и определяется по формуле:

Q = У G_j•Q_H^P , (50)

где: G - количество j -того материала пожарной нагрузки, кг;

Q_H^p - низшая теплота сгорания j -того материала, кДж/кг.

Удельная пожарная нагрузка q определяется по формуле:

q = Q/S, (51)

где: Q - пожарная нагрузка помещений, кДж;

S - площадь размещения пожарной нагрузки, м².

Если по указанной методике помещение отнесено к категориям В2 или ВЗ, то проверяется выполнение условия: Q > 0,64qH.

В том случае, когда это условие не выполняется, помещение относят соответственно к категориям В1 или В2. В таблице 17 приведены значения теплоты сгорания и массы горючих материалов, находящихся в лаборатории.

Таблица 17 - Перечень пожароопасных материалов их теплоты сгорания и количества

Материал	Теплота сгорания, кДж/кг	Общая масса, кг
Алюминий	31087	15
Бумага	20000	100
Дерево	19000	200

Подставив значения из таблицы 17 в формулу 50, получим:

Q = 31087*15 + 20000*100 + 19000*200;

Q = 6266305 кДж;

Q = 6266,305 МДж;

q = 6266,305 / 25;

q = 250,7 Мдж/м²,

что соответствует категории 'В3'.

Это означает, что помещение относится к категории 'В3' (пожароопасные), согласно техническому регламенту о требованиях пожарной безопасности СП12.13130.2009 [12].

В комплекс противопожарных мероприятий входит предупреждение пожара: создание условий нормальной эксплуатации, обеспечение быстрой локализации и тушение пожара.

Основной причиной возгорания в лаборатории может явиться неисправность электрического оборудования. Для предупреждения пожара установки оборудованы защитными блоками, в лаборатории установлена система пожарной связи и сигнализации, ручные углекислотные огнетушители ОУ - 5.

4.5 Специальная разработка по обеспечению безопасности: 'расчет защитного заземления'

Исходные данные:

- грунт, чернозём 30 Ом·м;

- напряжение, 220 В;

- расположение, в ряд;

- длина элемента, 2,9 м;

- диаметр стержня, 15 мм;

- заглубление, 0,6 м;

- ширина полосы, 60 мм;

- естественный заземлитель, фундамент;

- площадь сечения, 80 мм².

Проведение расчета:

а) Максимально допустимое сопротивление заземления, R_н = 4 Ом;

б) Расчет удельного сопротивления грунта (с) для зоны 1:

, (52)

где: с_таб - табличное значение удельного сопротивления соответствующего грунта, Ом·м;

Ш - коэффициент зоны.

;

Ом·м.

в) Определим возможность использования для устройства заземлителя существующих естественных заземлителей:

, (53)

где: S - площадь сечения, м².

;

Ом.

г) Определим требуемое сопротивление искусственного заземления:

, (54)

где: R_Е - сопротивление естественного заземлителя, Ом;

R_H - максимально допустимое сопротивление заземления, Ом.

;

Ом.

д) Выберем расположение заземлителей - в ряд.

е) Выбираем тип и размеры одиночного заземлителя:

длинна элемента, L=2,9 м;

диаметр стержня, d =15 мм;

средняя глубина заземлителя, t₀=0,6 м.

ж) Определим сопротивление растеканию тока:

, (55)

где: L - длинна элемента, м;

d - диаметр стержня, м;

t - средняя глубина заземлителя, м.

, (56)

где: t₀ - заглубление, м.

;

м;

;

;

;

Ом;

;

;

Ом.

з) Определим предварительное количество электродов:

; (57)

;

м.

, (58)

где: - расстояние между соседними электродами, м;

- предварительное количество электродов, шт.

;

шт.

и) Общее электрическое сопротивление вертикальных электродов:

, (59)

где: R_э - сопротивление электрода, Ом;

з₀ - коэффициент использования вертикального электрода, з₀ = 0,83;

n - количество электродов, n = 3 шт.

;

Ом.

к) Определим сопротивление горизонтальной соединительной полосы (R_г):

; (60

; (61)

;

м.

, (62)

где: b - ширина полосы, м.

;

м;

;

Ом;

Определим сопротивление горизонтальной соединительной полосы:

, (62)

где: R_г - сопротивление горизонтальной соединительной полосы.

;

Ом.

л) Общее сопротивление искусственного заземления:

;

;

;

Ом.

; (63)

;

;

Вывод: полученное заземление сопротивлением 2,318 Ом удовлетворяет требованиям безопасности, таким образом для реализации заземления необходимо установить в ряд 6 электродов длинной 2,9м и диаметром 15мм при заглублении 0,6м.

4.6 Выводы по безопасности жизнедеятельности

В данном разделе проведен анализ операций, производимых при выполнении дипломной работы.

Выявлены опасные и вредные производственные факторы, которые были классифицированы по классам и даны предельно допустимые дозы и нормируемые значения параметров. Также предложены меры защиты от этих факторов.

Приведены оптимальные и допустимые метеоусловия помещения лаборатории с учетом категории работ по тяжести.

Проведена классификация лаборатории по опасности поражения электрическим током.

Произведен расчет необходимой естественной и искусственной освещенности лаборатории и приведены нормируемые параметры.

Произведен расчет защитного заземления.

Проведена оценка пожаровзрывоопасности лаборатории.

5. Охрана окружающей среды

5.1 Охрана окружающей среды

Охрана окружающей среды - предотвращение загрязнения окружающей среды токсичными и радиоактивными веществами, а также ограничение энергетических воздействий (электромагнитных полей, ионизирующих излучений, тепловых выделений, шума, тепловых выделений и т.п.) до допустимых пределов - должна быть обеспечена как при нормальном проведении работ, так и в случае возникновения аварий и чрезвычайных ситуаций.

Задачей этого параграфа является предотвращение утечки в окружающую среду токсичных веществ в концентрациях и количествах, превышающих предельно допустимые значения и поступления в нее радиоактивных веществ.

Поскольку в данной НИР работы с токсичными и радиоактивными веществами не проводятся, то дальнейшая оценка возможного уровня загрязнения проводиться не будет.

5.2 Выводы по охране окружающей среды

В данном разделе учтены опасные и вредные производственные факторы, проявившиеся при выполнении дипломной работы и представляющие опасность для окружающей среды.

Определено, что данная работа не наносит ущерба окружающей среде.

6. Экономическая часть

6.1 Технико-экономическое обоснование НИР

Данная работа проводится впервые и находится на стадии лабораторных исследований, а так же является теоретической НИР. Поскольку в последние годы микроэлектроника шагнула далеко вперёд, стало возможным изготовление нового класса спутников - наноспутников. Наноспутники это аппараты весом 1-10 кг, с коротким сроком активного существования на орбите. Поскольку аппаратам требуется магнитная система ориентации, а работы в данной области не проводились, целью данной работы является выбор материалов и конструкции магнитной катушки управления наноспутником. Необходимость подобной работы связана с тем, что требуется решить три основные задачи:

- Уменьшение веса и габаритов связано с тем, что стоимость вывода на орбиту 1 кг полезного груза остаётся очень высока, (Союз-ТМА 10 тыс. долл. США; Протон 5тыс. долл. США) поэтому целесообразно максимально уменьшить вес спутника. Уменьшение веса, так же упрощает управление спутником.

- Энергопотребление. Поскольку наноспутник обладает малой массой, размер АКБ и его ёмкость тоже не велика. В таком случае дефицит электропитания может привести к полной потере спутника, следовательно, нужно максимально эффективно использовать электропитание.

- Компенсация остаточной намагниченности сердечника, является одной из основных задач. Применение сердечника сильно увеличивает магнитный момент катушки, уменьшает её габариты и массу, но появляется один не благоприятный фактор, это его остаточная намагниченность, который может сбить спутник с заданной орбиты. Следовательно, надо разработать несколько вариантов его компенсации.

Задачи решаются путём выбора материалов сердечника и обмотки, геометрии, конструктивного исполнения катушки и её способа включения и установки.

6.2 Сметная стоимость проведения исследования

6.2.1 Расчет затрат на материалы

Затраты на материалы, сырье, покупные комплектующие изделия и полуфабрикаты определяются исходя из количества израсходованных на исследование ресурсов в натуральном выражении, цен ресурсов, количества возвратных материалов, их цен и транспортно-заготовительных расходов (порядка 10% от стоимости материалов).

Таблица 18 - Материальные затраты на выполнение НИР

6.2.2 Расчет затрат на заработную плату исполнителей дипломной НИР и единого социального налога

Заработная плата руководителя работы и консультантов по разделам рассчитывается исходя из стоимости одного учебного часа и количества часов, затраченных преподавателями на руководство и консультации:

ЗП = f_часt, (64)

где: f_час - часовая ставка руководителя работы или консультанта, руб./ч;

Затраты других исполнителей темы определяется из фактически затраченного времени. ЕСН - 26% от основной заработной платы.

Таблица 19 - Затраты на оплату труда исполнителей НИР

6.2.3 Расчет энергетических затрат

Составим таблицу с перечнем оборудования и его мощностью, всё применённое оборудование маломощное. Для удобства работы а также для уменьшения энергетических затрат вместо стационарного ПК в НИР применён ноутбук. Подсчитаем время использования оборудования: 8-ми часовой рабочий день делится на 2 части, 4 часа на теоретические расчеты и 4 часа на эксперименты, помножим на число дней получим 400.

Таблица 20 - Затраты на электроэнергию

Расход электроэнергии определяется по паспортам электроприборов. Затраты на электроэнергию рассчитываются по формуле:

З_э = УP_it_iЦ , (65)

где: P_i - мощность электроприбора по паспорту, кВт;

t_i - время использования электрооборудования при выполнении дипломной работы, ч;

Ц - цена за 1 кВт*ч, руб.

Так как в работе нет надобности исследовать температурные характеристики материалов, в перечне оборудования нет высокомощных нагревателей, результате, получаются достаточно низкие расходы на электроэнергию.

6.2.4 Расчет затрат, связанных с использованием оборудования и приборов

Составим сводную таблицу с применённым оборудованием и его стоимостью.

Таблица 21 - Амортизационные отчисления

Эти затраты определяются в виде амортизации по формуле:

З_ам = Коб ? Hам ? Тоб / (365 ? 100) , (66)

где: Kоб - стоимость единицы оборудования или прибора, руб.;

Нам - норма амортизации оборудования или прибора, %;

Тоб - время использования оборудования, дни.

6.2.5 Расчет накладных расходов

Накладные расходы (на управление, малоценный и быстроизнашивающийся инструмент, содержание лабораторий, библиотек, отопление, освещение, воду, обучение студентов и т.д.) определяются исходя из установленного для каждого конкретного предприятия процента от стоимости НИР или от суммы заработной платы исполнителей (без ЕСН). Для МИСиС процент накладных расходов составляет 20% от стоимости НИР.

Стоимость накладных расходов = (1342+60792+434,36+1315,03) ?0,2 =12736,68.

6.2.6 Расчет суммарных затрат на выполнение работы

Таблица 22 - Стоимость проведения НИР

Наименование затрат	Сумма, руб.	Доля в общих затратах, %
Затраты на сырье, материалы и транспортно-заготовительные расходы	1342	1,76
Заработная плата	60792	79,6
Энергетические затраты	434,36	0,6
Амортизационные отчисления	1315,03	1,47
Накладные расходы	12736,68	16,66
Итого	76361,07	100

6.3 Оценка эффективности результатов выполнения теоретической исследовательской дипломной работы

В настоящее время не представляется возможным дать количественную оценку экономической эффективности результатов научно-исследовательской работы (НИР) в связи с отсутствием необходимой информации. Поскольку данная работа проводится впервые и находится на стадии лабораторных исследований, а так же является теоретической НИР.

А в данном случае отсутствия необходимой информации по количественной оценке экономической эффективности результатов теоретической работы производится качественная оценка научно-технической эффективности этих результатов. Она носит экспертно-вероятностной характер и может быть произведена методами экспертных оценок, к примеру, посредством априорного ранжирования оценок экспертов методом ранговых корреляций.

Принципы метода ранговых корреляций, примеры его практического использования в отрасли для разработки экономико-математических моделей трудоемкости проведения НИР, а также фондоемкости изготовления продукции хорошо известны.

Для проведения экспертной оценки можно использовать представленные в таблице 23 девять основных факторов, характеризующих научно-техническую и экономическую эффективность теоретических работ. Факторы имеют разные знаки включения в результирующий показатель эффективности, а также соответствующие корректировочные коэффициенты. Различие знаков отражает влияние того или иного фактора на результирующий показатель эффективности: знак 'плюс' характеризует положительное влияние, знак 'минус' - отрицательное. Корректировочные коэффициенты характеризуют значимость рассматриваемых факторов с точки зрения комплексной оценки научно-технической и экономической эффективности работ. Корректировочные коэффициенты являются своеобразными 'рангами', их значения приняты от 1,0 до 1,4.

Таблица 23 - Основные факторы, характеризующие научно-техническую и экономическую эффективность теоретических работ

В таблице 24 представлена расшифровка факторов с соответствующими внутрифакторными рангами. Структура рангов каждого фактора построена по прямой (в отличие от обратной) пятибалльной системе: чем выше, по мнению эксперта характеристика уровня рассматриваемого фактора применительно к данной работе, тем больше значение внутрифакторного ранга этой работа (от 1 до 5).

Использование при проведении коллективной экспертной оценки 'двойных рангов' (т.е. внутрифакторных и межфакторных), а также различных знаков влияния и сравнительно большого количества основных факторов позволяет, по нашему мнению, добиться большей степени вероятности достоверной оценки результирующей научно-технической и экономической эффективности работ. Естественно, сами величины названных элементов системы коллективной экспертной оценки по мере приобретения опыта и дополнительной информации могут уточняться и совершенствоваться.

Таблица 24 - Применённые факторы, и их ранги

Выбранные подходящие факторы подставим в формулу.

Величина результирующей комплексной балльной оценки научно-технической и экономической эффективности теоретических работ определяется по формуле:

(67)

где: Э_i-дифференцированная оценка научно-технической и экономической эффективности теоретической работы по характеризующему ее i-му основному фактору, баллы (Э = 1…5; знаки влияния факторов на Э_т: + или -);

К_i - корректировочной коэффициент эффективности i-го фактора, учитывающий степень влияния этого фактора на результирующий показатель эффективности Э_т (К_i = 1,0…1,4);

n - число учитываемых основных i-х факторов, характеризующих рассматриваемую эффективность Э_т (n = 9).

С учетом знаков влияния факторов на Э_т значений коэффициентов К_i и количества основных факторов формулу (4.57) можно представить в развернутом виде:

(68)

где: значения рангов (количество баллов) Э₁, ..., Э₉ определяются по данным таблицы 24:

_;

_.

На основе полученных значений Э_т определяются соответствующие уровни научно-технической и экономической эффективности теоретических работ. Рекомендуется четыре уровня эффективности: низкая, средняя, высокая, очень высокая. Уровни представлены в таблице 25

Таблица 25 - Уровни балльной оценки научно-технической и экономической эффективности теоретических работ

Работа считается соответствующей предъявленным требованиям в том случае, когда величина ее результирующей эффективности Э_т является положительной (Э_т > 0). Если значение Э_т ? 0, то такая работа будет иметь низкую эффективность и, следовательно, ее проведение нецелесообразно. Большинство теоретических работ, проводимых в отраслях НИИ и КБ, имеют среднюю эффективность (значения Э_т от 0,001 до 1,99).

Данная работа относится к высоко эффективной со значением оценки научно-технической и экономической эффективности +2,11

6.4 Выводы по экономической части

Проведённые исследования показали, что эта дипломная работа является экономически целесообразной и актуальной. Результаты работы показали, что путём оптимального выбора материалов и конструкции возможно изготовить магнитную катушку удовлетворяющую всем заданным параметрам технического задания.

Затраты на проведения дипломной работы составили: 76361,07 руб. Рассчитанная смета затрат таблица 22 показывает, что основной статьёй затрат является заработанная плата - 60792 рублей, что составляет 79,6 % от общей суммы затрат на проведение дипломной работы, это говорит о значительных расходах на оплату труда. Подобное распределение затрат можно объяснить тем, что данная исследовательская работа является очень трудоёмкой, это и объясняет большие затраты на заработную плату.

Была проведена качественная научно-техническая оценка эффективности данной НИР. Для оценки экономической эффективности был выбран метод бальной оценки теоретической работы. В результате экономическая эффективность рассчитанная данным методом составила +2,11.

Таким образом, можно сказать, что данная научно-исследовательская работа в целом эффективна, так как в ходе исследования были достигнуты все ожидаемые результаты как с исследовательской так и с экономической точки зрения.

Заключение и выводы

В данной работе был проведён обзор литературы по интересующим материалам, результате анализа которых был проведён выбор материалов сердечника и обмотки катушки. В расчётной части работы проведён расчёт параметров магнитных катушек, который дал требуемый результат в сочетании с выбранными материалами. Проведённый обзор методов компенсации остаточной намагниченности и их эффективности, был экспериментально проверен в экспериментальной чести работы. В разделе безопасности жизнедеятельности в качестве специальной разработки была проведена разработка защитного заземления. А в экономической части составлена смета затрат на проведение данной работы.

Список использованных источников

магнитный наноспутник сердечник сопротивление

1 Пассивная магнитная система ориентации первого российского наноспутника ТНС-0/ Н.В.Куприянова, М.Ю.Овчинников, В.И. Пеньков, А.С. Селиванов; Препринт ИПМ им.М.В.Келдыша. - 2005. - №46.

2 Анализ вращательного движения первого российского наноспутника ТНС-0 по результатам лётных испытаний/ А.А.Ильин, Н.В.Куприянова, М.Ю.Овчинников, В.И. Пеньков, А.С. Селиванов; Препринт ИПМ им.М.В.Келдыша. - 2006. - №18.

3 Расчёт токовых катушек для управления макетом спутника в лабораторных условиях И.Е.Зараменских, М.Ю.Овчинников; Препринт ИПМ им.М.В.Келдыша. - 2005. - №93.

4 В.И. Чечерников, Магнитные измерения. - Москва, 1969.

5 Е.С.Боровик, В.В.Еременко, А.С.Мильнер, Лекции по магнетизму, 3-е издание. - Москва, 2005.

6 Метрологическое обеспечение безопасности труда/ Под ред. И. Х. Сологяна. - М.: Изд-во стандартов, 1989.

7 Безопасность жизнедеятельности в металлургии: Учебник для вузов / Л. С. Стрижко, Е. П. Потоцкий, И. В. Бабайцев и др.; Под ред. Л. С. Стрижко. - М.: Металлургия, 1996.

8 Безопасность труда на производстве. Защитные устройства: Справочное пособие / Колл. авт.; Под ред. Б.М. Злобинского. - М.: Металлургия, 1971.

9 СНиП 2.01.02-85. Противопожарные нормы/ Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986.

10 СНиП 2.04.05-91. Отопление, вентиляция и кондиционирование/ Госстрой СССР. - М.: ГУП ЦПП, 1999.

11 СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение/Минстрой России. - М.: ГП ЦПП, 1995.

12 ГОСТ 12.0.003-74. Система стандартов безопасности труда. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация. - Переизд. Авг. 2004 с изм.1. - М.: Стандартинформ, 2007.

13 ГОСТ Р 50587-93. Паспорт безопасности вещества (материала). Основные положения. Информация по обеспечению безопасности при производстве, применении, хранении, транспортировании, утилизации. - М.: Изд-во стандартов, 1993.

14 ГОСТ 12.1.005-88. Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. - Переизд. Янв. 2008 с изм.1.. - М.: Стандартинформ, 2008..

15 ГОСТ 12.1.044-89. ССБТ. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения. - М.: Изд-во стандартов, 1990.

16 ГОСТ 31311-2005. Радиаторы отопительные чугунные. Технические условия. - М.: Стандартинформ, 2005.

17 СП12.13130.2009. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности. - Москва, МЧС России, 2009.

18 Экономика и организация производства/ Л. А. Фёдоров; В. В. Голубцов; учебное пособие МИСиС. - 2005.

19 Экономика и организация производства/ М. О. Вихрова; учебно-методическое пособие МИСиС. - 2006.

20 Определение экономической эффективности НИР и ОКР/ гиредмет. - 2003 г.

21 ГОСТ 7262 - 05. Провода медные, изолированные лаком ВЛ - 931. Технические условия. - М.: Стандартинформ, 2005.