GBT 18271.2-2000 过程测量和控制装置 通用性能评定方法和程序 第2部分：参比条件下的试验

'前言本标准是根据国际电工委员会过程测量和控制装置通用性能评定方法和程序第部分参比条件下的试验制定的在技术内容与该国际标准等同在编辑方面作了编辑性修改为符合标准化工作导则系列标准中规定的编写格式和使用方便本标准在引用标准和附录中列出了所涉及的国际标准与相应的国家标准之间的关系在引用标准一章中采用了指定的引导语本标准的附录是提示的附录本标准由国家机械工业局提出本标准由全国工业过程测量和控制标准化技术委员会归口本标准由上海工业自动化仪表研究所负责起草参加起草单位重庆工业自动化仪表研究所西安工业自动化仪表研究所北京机械工业自动化研究所上海工业自动化仪表股份有限公司重庆川仪股份有限公司西仪集团有限责任公司上海远东仪表厂本标准主要起草人陈诗恩邵志勇参加起草人周雪莲罗娟杨昌梁永和李毓模于美梅陈才龙本标准委托上海工业自动化仪表研究所负责解释 前言国际电工委员会是一个由各个国家电工委员会国家委员会组成的世界性标准化组织的目标是促进国际上对电工电子领域的有关标准化问题进行合作为了达到此目的也为了其他各种活动而出版国际标准国际标准的制定工作是委托技术委员会进行的对所制定标准感兴趣的任何一个国家委员会都可以参与国际标准的制定工作与有关联系的国际组织政府机构和非官方组织也可以参与标准制定工作与国际标准化组织按照双方达成的协议紧密合作有关技术问题的正式决议或协议是由各技术委员会代表了对这些问题特别关切的所有国家委员会提出的这些决议和协议尽可能地表达了对所涉及的问题在国际上的一致意见这些决议或协议以标准技术报告或导则的形式出版并以推荐标准的形式供国际上使用并在此意义上为各国家委员会所承认为了促进国际上的统一各国家委员会承诺在其国家或区域标准中最大限度地采用国际标准标准与相应的国家或区域标准之间如有不一致之处应在国家标准或区域标准中明确指出国际标准由工业过程测量和控制所属分委员会装置制定本标准的文本以下列文件为依据国际标准草案表决报告有关表决批准本标准的详细情况可参见上表指明的表决报告的总标题为过程测量和控制装置通用性能评定方法和程序由以下四部分组成第部分总则第部分参比条件下的试验第部分影响量影响的试验第部分评定报告的内容附录仅供参考引言制定本标准的本意并不是用本标准来代替现有的各种性能评定标准而是打算供各技术委员会或其他标准化组织今后制定过程装置评定标准时作为一个参考文件使用现有标准在制修定时都要考虑本标准的规定今后在制定新的相关标准时应以本通用标准化为依据如下所述凡本标准已涉及的试验方法和试验程序新标准应以引用本标准相关条文的方式加以规定或说明凡本标准未涉及的特定试验方法或试验程序应尽可能按本标准所述准则加以制定和规定如果新制定标准在概念上或意义上引入与本标准内容有不一致之处应注明并说明理由 中华人民共和国国家标准过程测量和控制装置通用性能评定方法和程序第部分参比条件下的试验范围本标准规定了对过程测量和控制装置进行功能和性能特性试验以及编写试验报告的通用方法和程序本标准规定的试验方法和程序适用于任何一种试验或任何一类过程测量和控制装置这些试验适用于任何具有特定的输入输出变量且输入输出变量之间具有特定关系传递函数的过程测量和控制装置包括模拟装置和数字装置对于需要做特殊试验项目的装置应按照本标准并结合对此类特殊试验项目有专门规定的产品标准进行试验本标准第部分论述了在参比条件下进行的试验引用标准下列标准所包含的条文通过在本标准中引用而构成为本标准的条文本标准出版时所示版本均为有效所有标准都会被修订使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性测量控制和试验室用电气设备安全要求第部分通用要求工业过程测量和控制术语和定义过程测量和控制装置通用性能评定方法和程序第部分总则工业过程控制用电动和气动输入输出模拟信号调节器性能评定方法定义下列定义适用于本标准其中标有号的定义与的定义一致只是在中另有附加注释被试装置被试验的装置变量其值可变且通常可测出的量或状态例如温度流量速度信号等信号国家质量技术监督局批准实施 其一个或多个参数载有信号所表示的一个或多个变量的信息的物理变量范围所研究的量的上下限所限定的数值区间量程给定范围上下限值之间的代数差设定点代表参比变量的信号注它可以手动设定也可自动设定或程序设定不精确度在规定的条件下按规定程序测试一个装置时所观察到的偏离规定特性曲线的最大正偏差和负偏差误差被测变量的被测值与真值之间的代数差注当被测值大于真值时误差为正值误差一般以相应理想量程的百分数表示最大测量误差每一测量点上上行程或下行程平均值的最大正或负误差值不一致性一致性的偏差非线性线性度的偏差注中有线性度的定义不一致性和非线性不包括回差不重复性见对重复性误差的定义回差装置或仪表依据施加输入值的方向顺序给出对应于其输入值的不同输出值的特性死区输入变量的变化不致引起输出变量有任何可察觉变化的有限数值区间可调性调整调节机构造成的输出的最小可能变化时滞从输入变量产生变化的瞬间起至输出变量开始变化的瞬间为止的时间间隔见中图上升时间在阶跃响应中从由零开始的输出信号达到最终稳态值规定的小百分数例如的瞬间起至第一次达到该最终稳态值的规定大百分数例如的瞬间为止的时间间隔见中图建立时间从输入信号的阶跃变化起到由此产生的输出信号的变化偏离其最终稳态值不超过规定允差的瞬间为止的时间间隔本标准采用的允差为阶跃响应时间从输入信号的阶跃变化起到系统的输出变化第一次达到最终稳态值的的时间间隔见中图时间常数 由阶跃或脉冲输入引起的一阶线性系统的输出完成总上升或总下降所需的时间瞬时过冲在阶跃响应中输出变量偏离最终稳态值的最大瞬态偏差以最终稳态值与初始稳态值之差的百分数表示意外事件评定期间发生的需要由制造厂修复的装置破损工作失效异常或意外损坏试验程序评定开始之前由制造厂试验实验室与买方用户间商定的有关将要进行的试验和每项试验的条件的说明与精确度有关的因素试验程序和有关事项试验范围的选择对于具有切换范围或度盘设定例如增益的被试装置应在各个范围和设定值上重复试验如果被试装置是经过校准的则进行第一组试验时应不做任何调整准则测量时装置应在最少数量的校准设定值下工作这是根据试验大纲要求确定装置在各种规定工作设定值下的性能所必需的见第章对量程和范围下限值实际可调的装置进行试验时试验量可能会大得难以进行在这种情况下应先进行初步的试验以确定改变量程和范围下限值对被测特性的影响在能够从少量的试验中可靠地推导出装置特性的情况下就能够删除试验大纲规定的某些试验例如只要量程保持不变选择范围上下限值就不会对回差造成显著影响因而往往可以从单一量程设定值的多次测量中断定同量程不同范围的回差但试验报告应指明每一个调整设定的被测参数相关值以便能参照装置的同一个调整值确定不精确度回差等各种数值量程和范围下限值调整器的设定除试验大纲另有规定外对与精确度有关的因素进行试验时调整器应设定在下列和四个设定值上当量程和或范围下限值调整器除了做制造允差的调整外还可做进一步调整时应按表进行调整表量程和范围下限值调整器的设定试验类别可调量程零点下降和或零点提升性能评定型式试验例行试验抽样试验注有关动态性能功能特性和漂移方面的试验请参阅本标准的相应条文设定量程调整设定在制造厂的最大和最小值及一个中间值上设定通常只在无零点下降或提升的一个范围下限值上进行试验但如果影响较显著则可能需要在最大和最小设定值上做进一步试验设定除试验大纲另有规定外量程应是制造厂设定的值设定除试验大纲另有规定外范围下限值应是制造厂设定的值预调循环记录观察值之前被试装置应经过预调见的并在每个方向上作三个全范围行程的运行 测量循环和试验点的数量应验证被试装置在整个范围内增大和减小数值时的性能考虑到中所列出的经济方面的因素测量循环和试验点的数量应尽可能最少试验点的数量和位置应与试验的类型要求的精确度以及被评定的特性相协调每一个预定试验点其上升和下降试验点的数量应相同和除外这两个点只在向下行程或上行程移动时才能达到测量循环和试验点的数量取决于所考虑试验的类型除特殊类型的装置另有规定外其值和位置见表的规定具有数字输入或输出情况下的附加试验为保证协议符合国际标准例如或者完全由被试装置供货方规定的协议必需经过试验验证通过试验确认被试装置在参比条件下能按协议规定正常工作无误差或在供货方规定的误差率之内应确定逻辑和的电平还应对显示误差数字段缺损等亮度对比度以及亮度对比度消失前的视角做相应的试验应记录校正率并附显示精确度误差测量程序首先应测量输入量程后面的第一个有效标度值例如输入量程的见表试验开始时先产生一个相当于范围下限值的输入信号然后将此输入信号缓慢增大无过冲达到第一个试验点适当稳定一段时间后记录输入和输出信号的相应值然后使输入信号缓慢增大无过冲达到下一个试验点的值稳定一段时间后记录输出信号的相应值在每一个预定值上重复上述过程直至达到输入量程的在此点上测量以后缓慢地将输入信号降低到输入量程的下一个试验值再依次降至其他每一个值直到降低至输入量程的从而闭合一个测量循环表测量循环与试验点的数量和试验点的位置试验类型测量循环数量试验点数量试验点的位置输入量程的性能评定或型式试验例行试验抽样试验被测值的处理记录上行程和下行程各试验点上取得的输出信号值与相应的理想值之差作为输出误差输出误差一般应以理想输出量程的百分数表示而有些装置例如记录仪增益可调的装置则以标称输入量程的百分数表示更为便利见中的对于每一个试验点应从连续循环中分别获取的上行程和下行程误差的读数求出上行程及下行程的平均值再从这些平均值中得出该试验点的平均值将由此获得的所有误差值列表见表平均值以图形表示见图确定与精确度有关的因素由于测量次数有限见因此必须以简单的数学方法而不采用统计学方法处理误差确定与精确度有关的因素下列条文对不同的处理方法做了说明不精确度确定不精确度的方法是从表中分别选择任一试验循环中增加或减少输入时任一被测值对理想值的最大正和负偏差并以理想输出量程的百分数表示和列入报告测量误差确定测量误差的方法是从表的平均上行程误差和平均下行程误差中选择偏离最大的正或负 数值非线性对于输入输出为线性关系的装置可以根据相应上行程和下行程平均误差的总的平均值绘制出曲线根据此曲线确定非线性见表和图表典型装置误差一览表平均曲线与选定直线之间的最大正或负偏差以理想输出量程的百分数表示即是非线性其与死区和回差无关端基非线性画一条在范围上限值和范围下限值上与平均校准曲线相吻合的直线就可以确定端基非线性注对于在工厂内进行校准并在现场进行调整的情况下只有端基非线性具有实际意义有时也可采用其他非线性表示方法独立非线性在平均曲线上画一条直线使最大偏差为最小时就可以确定独立非线性此直线不必是水平的或通过平均校准曲线的端点零基非线性画一条直线在范围下限值零点上与平均校准曲线相吻合并使最大偏差为最小时就可以确定零采用说明原文有误 基非线性图误差曲线不一致性输入输出为非线性关系例如对数平方根等的装置可采用术语不一致性端基不一致性独立不一致性和零基不一致性不一致性采取与非线性相同的程序确定和表示回差回差是同一试验点上任何一个试验循环中相邻的上行程输出与下行程输出之差可直接从表所示的偏差值中确定从全部试验循环中观察到的最大值以理想输出量程的百分数表示并列入试验报告如有需要从给定试验点相应回差值中减去死区值就可确定滞环误差其最大值可以按理想输出量程的百分数表示列入试验报告注死区可通过所述的常规死区试验法加以确定不重复性不重复性是在相同的工作条件下以相同的输入值从一个方向做全范围移动时在短时间内对输出做多次连续测量取得的极限值之间的代数差不重复性通常以理想输出量程的百分数表示且不包括回差不重复性直接从表中确定分别考虑上行程曲线和下行程曲线观察任何一个输入值的各个输出值之间以理想输出量程的百分数表示的最大差从上行程值或下行程值中得出的最大值就作为不重复性列入试验报告测量结果的表示方法试验期间取得的测量结果应该以与表和图相对应的图表表示并列入试验报告采用说明原文有误 不精确度或测量误差或不一致性以及回差和不重复性的值应根据确定并以表格形式列入试验报告与精确度有关因素的对应值由制造厂规定这些数值应以表格形式列于试验确定的数值旁制造厂可能会把与精确度有关的项目表示为不精确度包括回差和不重复性和回差或测量误差包括回差和回差或非线性不一致性不包括回差回差和死区确定死区的特定试验程序和有关事项选择试验范围和预调测量死区所采用的范围及预调方法与表和中确定与精确度有关因素的范围和方法相同测量程序除已知死区不明显外应按下列方法测量应在量程的和三个试验点上按下列程序各测量三次死区缓慢增大或减小被试装置的输入变量直至观察到可察觉的输出变化记录输入值缓慢减小或增大输入直至观察到可察觉的输出变化记录输入值在每一个方向的全范围移动中至少各试验点必需观察和记录三次最好五次使输入信号发生变化的增量上述与之差就是该点的死区测量结果的表示方法每一试验点的最大死区值应以理想输入量程的百分数表示以表格形式列入试验报告试验报告应将总的最大值作为该被试装置的死区如果制造厂规定了死区值则该值应列入试验确定的数值旁动态特性概述这一部分的目的是提供数据以一种统一的可比较方式来表征被试装置的动态性能正弦波和阶跃输入信号可按要求用于动态响应试验通常正弦波试验数据最适用于数学分析控制问题的图解以及线性系统动态性能的表征阶跃试验能实现对时滞的测量并对被试装置的非线性做定性评定为使试验的次数切合实际根据中的要求绝大多数装置只需采用一个输出负载值和最少量的输入信号组合已知从规定的阶跃和正弦波试验中取得的数据还不足以完整地描述被试装置的非线性但本标准旨在提供适用于确定简单装置的动态特性的可比较数据和复杂装置定性表示在特殊情况下试验大纲可以规定更为详细的试验注规定的输出负载和输入信号电平足以为最常见的试验要求提供有效数据和在受异常大且变化不定的信号作用方面的定性表示通用试验程序和有关事项试验时量程应调整到约为最大与最小量程的平均值范围下限值大致设定在其允许调整范围的中点如果具备可调功能例如滤波器阻尼器可改变被试装置的动态特性试验时应将这些调整器首先设定为其影响最小必要时然后再设定为其影响最大 对电输出装置进行动态性能评估试验时可在电阻负载上跨接一个电容器来模拟电输出上的实际负载试验大纲规定有其他值的除外频率响应由一个函数发生器在被试装置的输入上施加一个正弦信号正弦信号的峰峰幅值应不超过量程的但必须能满足有效测量的需要并不引起输出的失真或饱和输入信号的频率应从低到足以确定静态增益的初始值起以增量方式递增到一个较高的频率使输出衰减到小于其初始幅值的或者相位滞后为在每一个频率阶跃上至少应同时记录一个完整的输入输出循环这些试验的结果应以图解法按下列形式表示见图图频率响应两例在对数标度上依据频率绘出相对零频率增益的增益在对数标度上依据频率绘出输入输出之间的相位滞后从图中得出以下结果相对增益为时的频率相位滞后为时的频率相位滞后为时的频率最大相对增益和相对应的频率及相位角注上述推荐频率范围和阶跃不适用于控制器见阶跃响应在被试装置的输入上施加一系列的阶跃变化与被试装置的响应时间相比阶跃输入的上升时间应该短 输入阶跃与输出响应应该记录在一起施加的输入阶跃如下所示相当于输出量程的阶跃输出从变化至然后从至相当于输出量程的一系列阶跃输出按下列顺序向上和向下变化至至至应测量每一种试验条件下输出达到并保持偏离最终稳态值在输出量程的内的时间建立时间应说明时滞和瞬时过冲若有的话的总量见图注也可以测量阶跃响应时间或时间常数图阶跃输入响应两例 功能特性概述仅有某些试验项目要求被试装置通电在进行这些试验时增益量程应调整到约为最大与最小量程的平均值范围下限值大致设定在其允许调整范围的中点然后再进一步确定每一项试验各自的其他设定值电动装置的输入电阻本试验适用于电压或电流输入装置以确定装置输入端对直流输入信号呈现的有效电阻试验采用如图所示的配置以输入电平进行图输入电阻试验配置试验时在装置的输入电路上串接一个电阻测量此串接电阻两端的电压降然后测量此电阻的实际值根据下试计算出输入电阻式中输入电阻串接电阻被试装置的电压输入信号串接电阻两端的电压降电动装置的绝缘概述这些试验仅仅是简单的电气安全检查列入这些试验的目的既不在于对装置的安全性能做正式评估也不准备将试验结果作为设计规范对于全面考虑装置设计中有关安全方面的问题可参阅试验的目的主要是确定电路对装置外壳的绝缘程度以及电路与外壳之间在承受较高电压时装置的本质安全性能装置的绝缘必须具备足以防止击穿的绝缘强度和防止过量泄漏电流或热击穿的绝缘电阻在对绝缘进行型式试验之前装置应在温度为热带型装置为的干燥箱内放置然后在温度相同而相对湿度为至的环境下再放置在随后的试验过程中均应保持此湿度试验应在高相对湿度条件下进行绝缘电阻被试装置按正常工作状态准备测量每一个对地绝缘的输入和输出电路的绝缘电阻试验应在不接通电源的被试装置上进行依次在短路的输入输出或电源各端子与接地的外壳之间施加直流试验电压为避免电压冲击施加的试验电压应逐渐升高到规定值完成试验以后应逐渐降低除另有约定外公称直流试验电压应为在施加规定试验电压至少后该绝缘电阻值应列入试验报告绝缘强度 试验电压的有效值应参照被试装置的额定电压或绝缘电压值和制造厂规定的安全等级或加以确定见表试验时被试装置装入机箱若有但不接通电源将试验电压依次施加在短路的输入输出和电源各端子与地之间每次试验时试验不直接涉及的机箱和端子应连在一起接地试验电压实质上是正弦波交流电压频率为主电源频率表绝缘强度试验电压额定电压或绝缘电压直流或交流有效值试验电压交流有效值安全等级逐步升高试验电压至规定值并保持电压上升时应不出现明显的瞬变试验期间应不出现击穿或飞弧功耗电功耗本试验在导致被试装置功耗最大的输入和负载条件下进行如果是交流供电应测量消耗的伏安并需考虑测量有效均方根值测量应在公称电压和频率以及制造厂规定的最高电压和最低频率下进行如果是直流供电应在公称电源电压下测量消耗的瓦特耗气量本试验是在稳态输入条件下测量被试装置的耗气量测量时输出应接至一密封的容器以确保输出无空气流出应在公称气源压力下测量并记录导致最大耗气量的输入时的耗气量耗气量应以记录参比条件下见的直流电输出装置的输出纹波应在最小和最大负载条件下以和的输入信号测量并记录输出的任何纹波含量的最大峰峰值和主频率分量气动装置的气流量特性初始设定气流量特性是输送排出的输出气流量与输入偏差的关系见图注通常只要以一个量程值因为增益的变化只会影响输入标度而不会影响特性的波形或最大气流量值和一个推荐供气压力值就能测出气流量特性如有需要还可在规定最大和最小供气压力条件下测量最大输送排出气流量值输出管线上宜安装进排气装置和测量装置其安装方式如图所示应确保管道配置不影响试验结果特别要避免管道长口径小确保试验使用的气源减压器的流通能力大于制造厂规定的被试装置的最大输送流量关闭和两个阀门见图对被试装置做必要的预调然后固定调整输入信号使输出信号等于量程的读出输入信号调整值作为如有需要可在和输出设定上重复试验 图测量气流量特性的试验配置输送流量确保阀关闭逐渐打开阀形成一个小输送流量重新调整输入信号使输出信号再与量程的相等记下此值作为由下式确定输入信号的偏差以相同方式将流量增大至最大流量揭示出输入信号偏差的不连续性重新关闭阀最大输送流量是输出信号能重新平衡到量程的这一先前值的最大流量注增大的流量超过了此值会导致输出值降低无法通过进一步调整输入信号重新平衡排出流量确保阀关闭逐渐打开阀向被试装置输送一个小排出流量按所述程序确定达到最大流量时输入信号的偏差值最大排出流量是输出信号能重新平衡到量程的这一先前值的最大流量注增大的流量超过了此值会导致输出值升高且无法通过进一步调整输入信号重新平衡数据表示法数据必须按图的方式标绘图典型的气流量特性 根据试验结果图表确定以下内容最大输送流量较小输送流量时的偏差最大排出流量较小排出流量时的偏差输出继动死区的高度输入量程的百分数及相应的输送或排出空气流量输出继动死区是图所示流量特性中的突变记录标准条件温度和压力下的流量值调整后的增益和气源压力值也应列入试验报告范围下限值和量程的调整极限范围下限值和量程的调整可分为两类一类是为补偿制造允差或其他小偏差而设计的调整另一类是为提升或下降输入信号范围以适应规定输出范围而设计的调整在某些情况下补偿允差的调整是由制造厂进行的调好以后调整器被密封但如果调整器可供用户调整则必须经过试验以确定调整极限确定范围下限值和量程调整极限的试验应包括对范围下限值和量程调整的四种极端设定组合的试验如果被试装置有独立的提升和下降调整则应结合调整被试装置范围下限值的试验对此性能进行一次试验即在对各个范围下限值调整有附加影响的方向上把提升下降调整设定在每一个极端值上此方法能确定被试装置的绝对范围下限值调整能力切换差本试验所确定的是刚好能触发切换动作的输入值与刚好能撤消切换动作的输入值之差见中图试验至少应在输入量程的和这三个切换点上进行应逐渐改变输入信号直至触发切换然后反向逐渐改变输入信号直至撤消切换两个输入电平的代数差就是切换差以理想输入量程的百分数表示如果具有切换差可调的切换应以最小和最大切换差调整值进行试验漂移始动漂移本试验应测量被试装置接通能源以后输出的变化试验之前被试装置应不接通能源置于周围环境条件或制造厂推荐的条件下至少量程应调整到约为最大与最小量程的平均值范围下限值大致设定在其允许调整范围的中点接通被试装置能源向其施加一个的输入信号并监视输出直到输出稳定周期最长记录测量值并将输出达到并维持在制造厂规定的极限范围内所需的时间作为始动漂移列入报告长期漂移被试装置工作天如有可能输入信号应稳定维持在相当于量程的量程应调整到约为最大和最小量程的平均值范围下限值大致设定在其允许调整范围的中点对于具有间歇或采样输入或者不能维持恒定试验输入信号例如某些分析器的装置每天至少应施加一次相当于量程的的输入最好每个工作日都测量输入和输出并通过计算输入的任何微小变化确定并修正输出漂移必须注意不使除时间以外的周围环境条件引起的变化掩盖长期漂移的影响应在天试验周期开始之前及结束之后立即测量并记录范围下限值和量程 附录提示的附录参考文献电工电子产品基本环境试验规程试验低温试验方法电工电子产品基本环境试验规程试验高温试验方法电工电子产品环境试验第二部分试验方法试验和导则倾跌与翻倒主要用于设备型样品电工电子产品环境试验第二部分试验方法试验和导则振动正弦电工电子产品基本环境试验规程试验温度变化试验方法工业过程测量和控制系统用电动和气动模拟记录仪和指示仪性能评定方法电磁兼容性试验和测量技术静电放电抗扰度试验电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验工业过程测量和控制装置工作条件第部分气候条件工业过程测量和控制系统用位式控制器性能评定方法'