Погрешность, вносимая барьерами БИ-003 и БИ-004 в измерительный канал, состоит из двух основных составляющих:

1. δут - погрешность от токов утечки;
2. δпс - погрешность от проходного сопротивления плеч барьера.

Приведенная погрешность δ, вносимая барьером, вычисляется по следующей формуле:
δ=δут+δпс         (1)

Ниже рассмотрим каждую составляющую в отдельности.

Для ограничения напряжения искробезопасными величинами в схему БИ-003 (БИ-004) входят диоды (стабилитроны) между сигнальными линиями и контуром заземления. Хотя в рабочем режиме эти диоды закрыты, имеет место ток утечки через них. Чем этот ток больше, тем меньше ток через датчик и тем меньше, соответственно, напряжение на входе вторичного измерительного преобразователя. Ток утечки, в свою очередь, тем больше, чем больше напряжение на шунтирующих элементах. Таким образом, данная составляющая погрешности зависит от измерительного тока, генерируемого вторичным измерительным преобразователем,
и от сопротивления терморезистора. Данная погрешность достигает максимума на верхней границе диапазона измерения. Приведенная погрешность от токов утечки, выраженная в процентах, вычисляется следующим образом:
(2)

Где Rmax и Rmin – максимальное и минимальное сопротивление терморезистора;
I0 – ток опроса; Iут – ток утечки диодов (стабилитронов).
Ток I0 опроса термопреобразователя определяется паспортными характеристиками вторичного измерительного преобразователя.
Значение Rmax и Rmin определяют, исходя из диапазона измерения температуры и градуировочных характеристик термопреобразователя сопротивления. Для стандартных термопреобразователей градуировочные таблицы приведены в ГОСТ 6651-94. Ток утечки диодов ( Iут ), как было указано выше, есть функция от падения напряжения на терморезисторе ( Ux ). Поэтому сначала необходимо определить Ux по следующей формуле:
Ux=Rmax+I0 (3)

Далее, по значению Ux вычисляют ток утечки по формуле 4 для БИ-003 и по формуле 5 для БИ-004:

Полученные данные подставляют в формулу 2.

ВНИМАНИЕ:

• В формулe 4 значение Ux необходимо подставлять в вольтах, а полученный результат будет выражен в миллиамперах.
• Значение Ux должно лежать в пределах 0 … 1В для БИ-003 и 0 … 3В для БИ-004

Теоретически измерительный сигнал в четырехпроводной схеме включения не зависит от абсолютного значения сопротивлений линий связи. Однако для выполнения этого условия требуется наличие идеального источника тока в составе вторичного измерительного преобразователя. Реальный источник тока работает только на ограниченную нагрузку. При увеличении сопротивления цепи датчика выше значения, предусмотренного разработчиком преобразователя, погрешность измерения резко возрастает. К сожалению, практически все изготовители вторичных измерительных преобразователей не нормируют сопротивление
линии связи, на которое они рассчитывают свои изделия. Как показали наши эксперименты с продукцией ведущих мировых производителей, значимая погрешность появляется при увеличении сопротивления одной линии связи свыше 30-40 Ом. Если не задаваться проблемами искрозащиты, такое сопротивление вполне достаточно, так как сопротивление реальных линий связи составляет единицы ом. Таким образом, может возникнуть коллизия: барьер сам по себе имеет малую погрешность и измерительный преобразователь сам по себе точный, а включив их вместе, получаем большую погрешность от их взаимодействия.
Т.к. погрешность от проходного сопротивления плеч целиком и полностью зависит от характеристик вторичного измерительного преобразователя, привести методику ее расчета не представляется возможным. Тем не менее, важно отметить следующий факт: если суммарное сопротивление линии связи и плеча барьера не превышает критического порога для данного конкретного типа
вторичных преобразователей, то погрешностью от проходного сопротивления плеча барьера можно пренебречь. Убедиться в отсутствии значимой погрешности от сопротивления плеча барьера можно экспериментальным путем, включив вместо каждого плеча барьера резистор (19 Ом для БИ- 003).

Исходные данные:

Используемый барьер: БИ-004
Диапазон измерения температуры: -100°С … +100°С
Тип датчика: ТСМ 100П (α=1,391).
Ток опроса вторичного преобразователя: 1 мА.
Сопротивление линии связи: ≤ 1,5 Ом.

Вычисление погрешности от токов утечки

Определим по таблицам, приведенным в ГОСТ 6651-94, значения Rmax и Rmin, исходя из заданного диапазона измерения температуры и типа датчика. Получаем следующие значения Rmin = 64,59 Ом; Rmax= 139, 11 Ом. Далее определим падение напряжения на терморезисторе в точке диапазона измерения с максимальным сопротивлением датчика, т.е. в точке +100°С. Значение сопротивления термопреобразователя в этой точке нам уже известно, это Rmax= 139, 11 Ом.

Значение тока опроса I0 = 1 мА. Подставим эти значения в формулу 3 и получим падение напряжения
Ux =139,11 мВ.

Теперь определим ток утечки, используя формулу 4. Подставив в нее необходимые значения, получаем Iут=1,5х10-5 мА.

Теперь определим саму погрешность от тока утечки. Подставив все необходимые значения в формулу 2, получаем δут=0,03%

Вычисление погрешности от проходного сопротивления плеч

Для определенности будем считать, что экспериментально подтвержден факт незначимости погрешности от проходного сопротивления плеч барьера. Следовательно, примем значение δпс равное нулю.

Вычисление суммарной погрешности

Подставим значения всех составляющих погрешности в формулу 1. Погрешность, вносимая барьером, составляет δ=0,03%