3.2 Дослідження принципової схеми вимірювального каналу

Метою дослідження принципової схеми вимірювального каналу є доказ відповідності формул оброблення результату, виведених в другому розділі, дійсним значенням напруг і струмів у схемі вимірювального каналу. Дослідження принципової схеми вимірювального каналу проведемо за допомогою електронного імітатора Electronic Workbench EWB-5.12.

Для початку дослідимо канал вимірювання струму короткого замикання. Для цього складемо в середовищі Electronic Workbench EWB-5.12 принципову схему каналу вимірювання струму короткого замикання, що подана на рисунку 3.1.

Для дослідження задамо струми, генеровані фотодіодом 0, 5 і 10 мкА. В результаті отримаємо на виході напруги 1,340 В, 1,005 В; 0,6702 В відповідно, які внесемо в таблицю 3.4. Підставивши ці значення напруг у (2.3), отримаємо значення поданого на вхід схеми значення струму. Віднявши, отримаємо абсолютну похибку, яку запишемо у відповідний стовпчик таблиці 3.4.

Таблиця 3.4 – Результати моделювання каналу вимірювання струму схеми рисунка 2.8

Заданий струм фотодіода	Напруга на виході	Результат розрахунку згідно (2.3)	Абсолютна похибка
0	1,340 В	1,3414 В	1,4 мВ
5 мкА	1,005 В	1,0061 В	1,1 мВ
10 мкА	0,6702 В	0,6707 В	0,5 мВ

Як видно з результатів порівняння, отриманих в таблиці 3.4, похибка має мультиплікативний характер, її можна пояснити обмеженим вхідним опором вольтметрів при великому вихідному опорі подільника напруги. Однак похибка практично не перевищує 0,1 %, крім того, при налаштуванні схеми за допомогою взірцевих засобів, ця похибка буде частково врахована. Тому цією похибкою, порівняно з похибками взірцевих фотосенсорів (близько 1 %), можна нехтувати. Це означає, що відповідний канал схеми рисунка 2.8 є правильним, а відповідні формули оброблення результатів вимірювання коректними.

Далі дослідимо канал вимірювання спаду напруги на фотодіоді. Для цього складемо в середовищі Electronic Workbench EWB-5.12 принципову схему каналу вимірювання спаду напруги на фотодіоді, що подана на рисунку 3.2.

Рисунок 3.1 – Принципова схема каналу вимірювання струму короткого замикання

Рисунок 3.2 – Принципова схема каналу вимірювання спаду напруги на фотодіоді

Для дослідження задамо спади напруги на фотодіоді рівними 0,5 В, 0,6 В, 0,7 В і 0,8 В. В результаті отримаємо на виході напруги, які внесемо в таблицю 3.5. Порівнявши подані значення напруг з отриманими обчисленими значеннями та віднявши, отримаємо абсолютну похибку каналу вимірювання спаду напруги на фотодіоді.

Таблиця 3.5 – Результати моделювання каналу вимірювання спаду напруги на фотодіоді схеми рисунка 2.8

Заданий спади напруги на фотодіоді	Напруга на виході	Обчислене значення	Абсолютна похибка
0,5 В	134,0 мВ	134,14 мВ	0,14 мВ
0,6 В	160,8 мВ	160,92 мВ	0,12 мВ
0,7 В	187,7 мВ	187,8 мВ	0,1 мВ
0,8 В	214,5 мВ	214,63 мВ	0,13 мВ

Як видно з результатів порівняння, отриманих в таблиці 3.5, похибка має адитивний характер, її також можна пояснити обмеженим вхідним опором вольтметрів при великому вихідному опорі подільника напруги. Адитивний характер похибки можна пояснити доволі вузькими межами зміни напруги на фотодіоді. Однак похибка практично не перевищує 0,1 %, крім того, при налаштуванні схеми за допомогою взірцевих засобів, ця похибка буде частково врахована. Тому цією похибкою, порівняно з похибками взірцевих фотосенсорів (близько 1 %), можна нехтувати. Це означає, що відповідний канал схеми рисунка 2.8 є правильним, а відповідні формули оброблення результатів вимірювання коректними.