J BT8222-1999-工业过程测量和控制系统用电动和气动模拟计算器性能评定方法.pdf

'IC525.仓如N18中华人民共和国机械行业标准JB/T8222一一1999工业过程测量和控制系统用电动和气动模拟计算器性能评定方法Methodsofevaluatingtheperformanceofelectricalandpneumaticanaloguecomputingunitforuseinindustrial一processmeasurementandcontrolsystems1999一08一06发布2000一01一01实施国家机械工业局发布 JB/T8222--1999前言本标准是对JB/T8222-95《工业过程测量和控制系统用电动和气动模拟计算器性能评定方法》的修订。修订时，对原标准作了编辑性修改，主要技术内容没有变化。本标准自实施之日起，代替JB/r8222-950本标准的附录A是标准的附录。本标准由全国工业过程测量和控制标准化技术委员会提出。本标准由全国工业过程测量和控制标准化技术委员会第二分技术委员会归口。本标准负责起草单位:重庆工业自动化仪表研究所。 中华人民共和国机械行业标准工业过程测量和控制系统用JB/T8222~一1999电动和气动模拟计算器性能评定方法代替几TS刃2一~处Methodsofevalnafngtheperformanceofelectricalandpnetunaticanaloguecomputingunitforuseinindustrial一processmeasurementandcontrolsystems范国本标准为模拟计算器性能评定规定了统一的试验方法。本标准适用于符合下列规定的计算器:。)工业过程测量和控制系统用;b)输人输出信号符合GB/T777《工业自动化仪表用模拟气动信号》或GB/T3369,(工业自动化议表用模拟直流电流信号》或GB/T337以工业自动化仪表用模拟直流电压信号》的规定;c)运算方式为加减、乘除或开方;d)一般工作条件下使用。对输人输出为其它模拟信号的计算器或其它运算方式(如比值运算)的计算器，也可参照采用对特殊工作条件下使用以及其它型式的计算器，可根据计算器的具体情况，选用标准中适用的试验以及补充所需要的附加试验。2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，所示版本均为有效二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。GB/T2828-1987逐批检查计数抽样程序及抽样表(适用于连续批的检查)GB/"P4451-1984工业自动化仪表振动(正弦)试验方法78/T8209-1999工业过程控制用电动和气动输人输出模拟信号调节器性能评定方法3基本关系式a)加减运算式:Y=【艺士K.;X，」1C(1)b)乘除运算式:Y=K。赞*。··.....................................·一‘2)c)开方运算式:Y二K。产厂万士C...................................................(3)式中:Y—输出信号;X,X,,瓜，X,—输人信号;国家机械工业局1999一08一06批准200)一01一01实施 7B/T8222-1999K=—加减系数(i二I,0,3,"n);C—偏置值;n—通道数;Km—乘除系数;K,—开方系数。注:基本关系式均为典型示例，其中参数均以各参数量程的百分数表示4定义GB/F809规定的定义也适用于本标准，下列定义仅适用于本标准4.1加减系数K,加减器中J用来确定输人信号参与运算有效程序的预置系数。注:“天’表示第1通道的加减系数，“K二。为ICo%，表示第i通道的输人信号不被衰减。4.2乘除系数K二乘除器中，用来确定运算结果与输出之间比例关系的预置系数4.3开方系数K,开方器中，用来确定运算结果与输出之间比例关系的预置系数。4.4偏置值C用来对计算器输出进行偏置的常数。45小信号切除性能开方器输人信号小于一定值时，输出为0%的性能。5试验条件51环境条件5.1.1标准大气条件温度:209C;相对湿度:65%;大气压力:101.3kPao5.1.2参比大气条件计算器的参比性能应在下述大气条件下进行试验:温度:200Ct2C;相对湿度,(65土5)"/o;大气压力:86kPa一I肠好a.用于热带、亚热带或其它特殊环境的计算器，其参比大气条件按有关标准规定。5.1.3一般试验大气条件当试验不可能或没必要在参比大气条件下进行试验时可在下述大气条件下进行:温度:15℃一35"C;相对湿度:45%一75%;大气压力:86kPa一1060ao任何试验期间，允许温度最大变化率为1`C/mina51.4其它环境条件外界磁场;除地磁场外，应使其它外界磁场小到可以忽略不计;机械振动:应使机械振动减小到可以忽略不计。 JB/T8222-19995.2动力条件5.2.，公称值应符合有关标准或由制造广与用户协商确定。5.2.2允差5.2.2.1电源允差电压:士1%;频率:士1%};谐波含量:小于5%(交流电源)纹波:小于0.1%(直流电源)5.2.2.2气源允差压力:士1%;温度:环境温度士2`C;湿度:在工作压力下，露点至少比计算器壳体温度低10`cI无油、无灰尘。注当含油量不大于lc.T/"}，含灰尘微粒不大于3P.时，就可认为“无油、无灰尘53其它条件5.3.1负载阻抗负载阻抗应以制造厂规定值为参比值，如果制造厂规定的是允许范围，则:输出信号为直流电压的计算器，负载阻抗取制造厂规定范围的最小值为参比值;输出信号为直流电流的计算器，负载阻抗取制造厂规定范围的最大值为参比值;涂非制造r另有规定，气动计算器的负载应采用长8m,内径a二的管道.后接气容20w_召53.2测量系统的误差限供测试用约测量系统误差限，应在试验报告中加以说明，旦应小于或等于被测计算器所规定误兰浪阴L/4533工作位置试验时，计算器的位置应符合制造f一规定的正常工作位置，其倾斜度不得超过3"05.3一4对输人信号要求输人信号应不受影响量的影啊，也不得有影响测量的干扰和疚动。535预热(适用于电动计算器)除非条文中另有规定，电动汗算器注接通电源后应按制造厂规定的时间预热Ixr果制造厂禾作舰定.则允许预热3cmin.54试验中的一般规定:)在本标准规定的各项试验开始和改变运算方式之前，允许调整零点和量程，使实际与理想的上、下限值相接近二但在评定报告中应说明实际情况;b)除非另有规定，试验结果应按被测参数量程的百分数表示;c)除非另有规定，计算器的偏置值均置于0%a;d、当规定有性能指标时，应将指标与试验结果列人同一表格内。6与精确度有关的试验6，1总则6.1.1计算器基本误差、回差及重复性的测试均从计算器输人输出特性试验中进行，输人输出特性试验的选择应从最能反映计算器基本性能为原则。各种计算器输人输出特性试验的规定可见附录A(标准的附录)。 JBiT8222-19996.1.2测试时，应使测试设备充分稳定，所有影响测试的条件应随时观察升记录。6.1.3试验点应包括上、下限值在内的至少五个点(不包括能使输出信号超出量程范围以及规定不计精确度的输人信号值)，各试验点所对应的输出信号值应尽量均匀分布于整个量程范围内。6.1.4试验时，输人信号应按初始输人信号变化的同一方向缓慢地逼近试验点，不允许有过冲现象。6.1.5在各试验点上，输人信号应保持稳定，直到被试计算器输出稳定为止。6.1.6试验时不允许有敲打或振动计算器的现象。6.2测量循环输人输出特性试验时，以输人信号上、下行程为一个循环，作不少于三个循环的试验，观察并记录对应每个试验点的输出信号值。6.3误差表各试验点测出的实际输出值与理想输出值之间的差值即为误差;将实际输出值大于理想输出值定义为正误差，反之为负误差。计算每个试验点测得的误差值，并分别计算上、下行程的平均误差，误差均以输出量程的百分数表示，列出误差表。误差表示例见表1.表1误差(输出量程的%)输人第1循环第2循环第3循环平均误差呢上行程下行程上行程下行程上行程下行程上行程下行程一0.04一0.05一0.06一0.05020+0.13十0.23+0.08十0.26十0.09+0.26一0.10+0.25+0.13一0.07+0.15一0.04+0.17一0.05+0.1540一0.0450一0.02一0.16+0.01一0.14+0.01一0.160.00一0.18一0.12一0.25一0.10一0.23一0.08一0.25一0.1060一0.2780一0.27一0.17一0.26一0.15一0左一0.13-0.25一0.15100+0.的+0.11+0.10+0.10基本误差限t0.5基本误差+-0.267(试。点260%)回差允许值0.5回差0.20(试验点40%)重复性允许值0.15重复性0.022(试验点20%)6.4基本误差基本误差由所有测得的误差值中取绝对值最大的正、负误差表示，如表1所示。对于输人信号范围内，不同段有不同基本误差限要求时，则应根据各输人信号所在段测得的误差值中分别取绝对值最大的正、负误差表示。6.5回差回差由各试验点的上行程平均误差与下行程平均误差之间的最大差值来确定，如表1所示。当输人信号范围内有不同基本误差限要求时，则仅在基本误差限要求高的范围内计算回差。6.6重复性重复性是在多次试验循环中，由同一试验点、同一行程的误差值与平均误差值之差的均方根值来计算，并以输出量程的百分数来表示，以最大误差来确定。对输人信号范围内有不同基本误差限要求时，则仅对基本误差限要求高的范围内计算重复性。重复性的计算见式(4):{5o",(X‘-X)，，一1‘:二二‘es叫一一-一~······。·······。···。·············。，···。··⋯⋯t4)，一凡沙凡r丫逮下式中:Y—重复性; JB/T8222--1999一一一一N=重复次数;Y;—某试验点某行程某次循环测得的误差值;于—与上述同一试验点同一行程各次循环测得的误差平均值。注由本条确定的重复性，仅用作同类仪表性能比较之用，不能作为使用中可观察到的重复性的统计上的有效度量6.7死区计算器的死区应在输出量程的上限值附近(如90%)和中点上进行。测量步骤如下:a)缓慢增大(或减小)输人信号，记下当输出有可以测出的微小变化时所对应的输人信号值:b)缓慢减小(或增大)输人信号，记下当输出又有可以测出的微小变化时所对应输人信号值。两次记下的输人信号值之差，即为死区。上述试验重复进行三次，以最大死区列人报告。对有数个输人通道的计算器，通常仅选择主通道(即第一通道)进行试验。对死区小于0.1%的计算器，可免去本条试验。6}8小信号切除性能(仅对电动开方器)将输人信号从090缓慢增大。当输出从0%突变到某值时，记录对应的输人信号值。再将输人信号缓慢减小。当输出突变到0%时，记录对应的输人信号值。两次记录的输人信号值均称为小信号切除点，其值应在制造厂规定的范围内。69加减系数标度误差〔仅对加减系数可调的计算器)先取任一输人通道，将其系数置于最大标度值。运算方式为’‘加”，加人输人信号，使输出稳定在量怪的100900缓5改变该通道的系数标度示值，以上、下行程为一循环，至少作三个循环试验，每行程甲选择包括极限值在内的不少于五个固定试验点:试验点应均匀分布于全量程，测量每个试验点对应的输出值。系数标度误差以输出量程的百分数表示，并以理想r1出值大于实T输出定义为正误差，反之为负误老:c对各输人通道的系数标度，重复上述试验。计算各试验点的平均误差，以最大平均误差列人报告6.10偏置值范围(仅对偏置值可调的计算器)调整输人信号，将计算器输出信号稳定在量程的0%，调整正向偏置值，测量输出最大变化值。再调整输人信号将计算器输出稳定在量程的100%a，调整反向偏置值，再次测量输出最大变化值输出信号的变化范围均应满足偏置可调范围的要求。7影响量试验7.1总则除非条文另有规定，影响量对计算器的影响均以输出变化量来确定，并且对各输人通道均输人适当的输人信号，使输出值稳定在量程的50%,然后进行各项影响量试验。如果希望评定开方器小信号切除性能受影响量的影响，经制造厂同意也可进行。7.2气候影响7.2.1环境温度环境温度试验时，温度应按下列顺序变化:十20`C，+40"C，十5590，十20`C,0}C，一101C，一25"C,+VC,上述温度中，应包括制造厂工作条件规定温度范围的上、下限值，对超过规定的正常工作温度范围的温度不进行试验。在上述每一个温度值应有足够时间保温，使计算器各部分温度恒定，每档温度允差士2"C. JB/T8222-1999上述温度变化试验应连续两个循环，两个循环中对计算器不作仕何调整。在每次保温临近结束时，测出计算器的输出值。计算相邻两档温度之间平均每变化10℃时输出的变化量以两次循环中，对应变温区间测出平均变化量来表示温度影响。又么2相对湿度(仅对电动计算器)首牛亦叁比女气条件下测得计算器输出值。然后使环境温度升到40_马℃，相对湿度为91%一95%,保持24h，临近结束时测出计算器的输出值。对工作在环境空气湿度可能发生饱和场所的计算器，应接受下列附加试验。在上述试验结束后，使箱子保持密闭。缓慢降温，在不少于1h的时间内降温到25℃以下，使箱内空气湿度饱和，然后再次测出计算器的输出值。试验后，再在参比条件下放置24h,测量计算器输出值。将计算器的输出最大变化量及试验后观察的有无跳火花痕迹和元件损坏情况列人报告。7.3机械影响7.3.1安装位置本项试验主要是了解计算器从正常工作位置发生倾斜所引起的输出变化。使计算器从正常工作位置向前、后、左、右各作一次100的倾斜(或按制造厂所规定的最大倾斜度)，分别测出输出的最大变化量,7.3.2{顷跌本项试验模拟检修或使用操作过程中，因不慎使计算器发生倾斜跌落在台面上，目的是了解机械牢固性。先将计算器按正常位置安放在平滑、坚硬又牢固的混凝土或钢板台面上。将一底边提起，使其与台面距离为25m.50nun,1COmni的高度(由制造厂与评定者商定，选其一种高度)，或者使底面与台面有30。的夹角，选择两者中倾斜度小的一种，然后让计算器自由倾跌到台面上。四条底边均按上述方法试验一次。试验后，测量输出变化量，检查机械损坏情况。7.3.3机械振动本试验目的在于确定机械振动对计算器输出的影响及机械牢固性。试验时，将计算器按说明书规定安装在振动台上，要求振动台、安装板、安装托架(不包括计算器立身附带的安装附件)均应有足够的刚度，使传到计算器上的振动变化最小。计算器应在三个互相垂直的轴线(其中一个为铅垂方向)上承受正弦振动，试验先在一个方向上，按下述三个阶段进行，再在另两个方向上重复上述试骏，三个方向试验结束后作最终检查。第一阶段寻找初始谐振本阶段试验的目的是了解计算器机械振动的响应，测定机械谐振频率，为寻找最终谐振收集资料。试验的频率范围、振幅及加速度可以从表2选取，也可按GB/T_4451规定选取，必要时，也可由制造厂与用户协商确定。表2频率范围峰值振幅峰值加速度安装场所>firT.rl，.120.079.8控制室(一般应用)与现场(低振动水平)10一150现场(一般应用)与管道(低振动水平)10-5000.1419.6管道(一般应用)与极端振动水平10一2以刀0.2129.4注:表中公称交越频率为601z，当振动频率低于交越频率时，应恒定峰值振幅;当振动频率高于交越频率时，应恒定峰值加速度。 JB/T8222-1999试验应根据选定的频率范围，按对数规律连续扫频，扫频速率约为每分钟0.5个倍频程，扫频期间应记录机械谐振频率输出值以及引起输出值有明显变化时所对应的频率值。第二阶段耐振性试验按第一阶段找出的最高机械谐振频率，作半小时或按GB/T4351中所选等级规定的时间的耐振性试验，如果第一阶段没找到机械谐振点，则按振动试验选定频率范围的上限值进行振动。第三阶段寻找最终谐振按第一个阶段相同方法重复进行一次试验。将第三阶段测得的机械谐振频率、使输出值有明显变化的频率值与第一阶段测得值进行比较，如有较大变化，则应列人报告。因这种变化可能是由导致机械结构开始破裂的非弹性形变所引起的。最终测量:振动试验后，应检查计算器的机械情况是否良好，并再次测量输出值。将输出值的最大变化量、机械谐振频率及机械损坏情况列人报告。7.4动力源影响7.4.，动力源变化本项试验是测量在动力源发生下列变化的所有组合情况下，计算器输出的变化量。:、交流电源有电压公称值、上限值及下限值、频率公称值、上限值及下限值共九种组合(具体值白产品工作条件确定);b)直流电源有电压公称值、上限值及下限值三种情况(具体值由产品工作条件确定〕;。、气源有压力公称值、上限值及下限值三种情况(具体值由产品工作条件确定)。测量在各种情况下计算器输出值。将输出值调整到量程的100%，电源电压、频率或气压值定在下限值，再次测量输出值。最后确定输出值的最大变化量。7.4.2电源短时中断(仅对电动计算器)本试验目的是了解计算器由规定电源切换到备用电源时对计算器影响的程度。对中断时间规定如下:直流供电的计算器为:5ms,20ms,looms,200ms,Morns;交流洪电的计算器为:20ms,100ms,200rs,500rs;侧量由于电源中断而引起的:a)输出最大瞬时变化量;b)持续时间(输出达到并能保持与稳态值相关1%以内所需时间);。)输出永久变化量。上述每一中断时间一般应进行10次试验，对交流供电的计算器，若能在电源峰值处中断时，可减少为两次。两次试验的时间间隔应不少于对应中断时间的10倍。7.4.3电源低降(仅对电动计算器)试验时，应将输出稳定在量程的上限值。将电源电压突降至公称值的75%，保持5s，记录低降前后的输出变化量，降低与恢复瞬间的输出瞬时变化量及持续时间。7.4.4电源瞬时过压(仅对交流供电的计算器)在计算器电源端，引人由电容器或其它等效方法产生的尖峰脉冲，能量为0.17,幅值分别为电源电压公称值的100%,200%,300%及500%o为对电源设备加以保护，在电源设备电压输出处应串联不少于50WH的扼流圈。如果尖峰脉冲能施加到极性相同的电源峰值处，则上述每个幅值的过压试验可分别进行两次，否则应进行10次。记录计算器输出瞬时变化值及永久变化量。7.4.5电源反向保护(仅对直流供电计算器) .扭/T8222-1999-不再电源压的上限值反向施加于计算器，然后恢复正常供电，测出输出变化量7.5电干扰(仅适用于电动计算器)7.5.1共模干扰本试验仅适用于输人输出端对地绝缘的电动计算器。试验接线方法如图1所示。图1共模干扰试验接线示意图先将电压有效值为250V(或制造厂规定的较小值)、频率为电网频率的正弦干扰信号，依次加到每个渝人端子、输出端子与接地端子之间，同时改变干扰信号的相位(0"-360").再用直流电压代替交流干扰信号，依次加到上述规定端子之间，其中当制造厂禾作具体规定时，直流电三摇值应取50V或输人量程的1000倍，两者选较小值，并且分别以正向及反向形式施加于计算器对于-E.流输入的计算器，试验时，在信号源两端应并联10!,F电容;对电压输人的计算器，试验时，便信号源对颊率为电网频率时的交流阻抗不大于1001-试验中，应测量计算器输出变化量及交流纹波含量。7.5.2串模干扰r项试验仅适用于输人端对地绝缘的电动计算器。本项试验主要模拟输人信号中含有与电网频率相同的交流分量时对计算器的影响试验按图2所示方法接线。图2串模干扰试验接线示意图将计算器输出信号分别稳定在量程的10%及90%o从Id2(或1012)电阻两端，取出与电网频率相同的串模干扰电压，串联咋用于计算器输人端，逐渐增大干扰甩压幅值，并改变其相位(0"-360")，记录当输出变化为量程的0.5%时对应的干扰电压幅值及相位。-试验中，当干扰信号幅值已达到制造厂规定值，而计算器输出还未达到量程的0.5%变化量时，即可停止试验。对于电流输人的计算器，在信号源两端应并联1WF电容;对电压输入的计算器，信号源对频率为电网频率的交流阻抗应不大于1000.试验中，还应测量输出交流纹波含量。7.5.3外磁场干扰 JB/T8222-1999将计算器置于磁场强度为《)OA/m,频率与电网频率相同的交变磁场中，分别在相互垂直的三个磁场方向上改变相位(O0一3600),测量输出变化量。将输出分别稳定在量程的10%与90%，重复上述试验，测出输出最大变化量。7.5.4射频干扰射频干扰对输出的影响，由制造厂和用户双方专门协商。使用频率为27MHz一300MHz，额定输出功率为1W的便携式发报机，将夭线放在离计算器约0.5m的周围移动，测量计算器输出变化量。7.6接线影响本试验仅适用于输人、输出端对地绝缘的电动计算器。将对地绝缘的输人、输出端依次接地，测量计算器输出最大变化量。7.7负载阻抗变化影响(仅对电动计算器)使计算器负载电阻从制造厂规定的一个极限值，变化到另一个极限值，测出输出变化量。除非制造厂另有规定，还应进行各为Imin的负载开路与短路试验，然后再测量输出变化量7.8工作寿命加速试验对计算器施加交变信号，使输人值以量程的50%为中点，峰峰值约为量程的50%,频率为0.5Hz作正弦交变变化。试验连续运行7d，每8h一12h中断一次交变信号，以便测量输出变化量。7.9输人过范围影响将计算器的可调系数均置于100%，调整各通道输人信号，使输出稳定在量程的50%,再将计算器一个输人通道信号调整到量程150%，维持Imin,然后恢复到原来值，稳定5min后，测量输出变化量。输人信号范围下限值不为零(系指实际值为零，而不是指0%)的计算器，则还应将输人信号调整到零，维持lmin，然后恢复到原来值，稳定5min后，测量输出变化量。每个输人通道均应进行上述试验。7.10始动漂移试验前将计算器在参比大气条件下放置24h,然后接通动力源，并加人使输出为量程的25%(开方器为50%)的输人信号，过5min,lh和4h后，分别测量输出值。再切断动力源和信号源，在参比大气条件下再放置24h，然后接通动力源并加人使输出为量程的90%的输人信号，重复上述试验。将5min和Ih测得的输出值，与4h后测得值相比较，其最大差值即为始动漂移。注:应该注意，每次侧试时，应首先使测试设备预热德定.防止由于测试设备本身的漂移使测量结果带来误差。7.11长期漂移在参比条件下，对计算器加人输人信号，使输出信号稳定在量程的90%。运行24h后测量输出值，然后长期运行7d一30d，每天测量输出值，将最后一次与第一次测得输出值的差值定为长期漂移量。8输出特性及能源消耗8.1输排气量(仅对气动计算器)试验按图3所示方法接线:图3输排气量试验接线示意图 JB/r8222-1999一下而蔺骊蔽疏百豪葫不不丽)而石翻翁压稳定在量程的10%,50%及90%的输人信号(对开方器可免做其中输出稳压量程的10%的输人信号的试验)。首先缓慢打开输气阀，测量每个输气量下对应的输出压力;然后关闭输气阀，缓慢打开排气阀，测量每个排气量对应的输出压力。根据测试数据，画出如图4所示的压力一流量曲线，根据曲线确定:突变产珍出继动死区)图4压力一流量曲线a)z大输气量(输出压力为2OkPa);b)最大排气量(输出压力为1co1:Pa);c)输气量从0.2,T/h变为0.4时A(标准大气条件)时输出压力的变化:a)排气量从0分/h变为0.4时}r.标准大气条件)时输出压力的变化;。)突变(即输出继动死区)阶跃高度(以输出量程的百分数表示)和相应的输排气量对不带放大器的气动计算器，不做本条试验注试验时气源玉力应保待为公称值8.2稳态耗气量(仅对气动计算器)计算器输出与密封气容相连，并确保输出接头与气容无泄漏，将输出分别稳定在量程的10"0,50%及90%，测出最大稳态耗气量。83耗电量(仅对电动计算器)将计算器输出稳定在100%，测量计算器耗电量。再在电源电压为上限值及电源频率为下限值条件下重复上述测试，最后取最大值列人报告。8.4输出交流分量(仅对电动计算器)使计算器输出分别稳定在量程的10%,50%及90%,测出输出交流分量中的峰峰值、有效值及电网频率含量，均以输出量程的百分数表示。当有脉冲信号叠加在输出端时，可在输出端并联500pF电容，并规定测试仪器的通频带。9安全试验 JB/T8222一一1999有关安全的试验，在型式试验时，应紧接在相对湿度试验后进行。9.1绝缘电阻本试验适用于电源对地绝缘的电动计算器。试验应用试验电压为直流500V的兆欧表进行测量。应该测试的接线端子不少于如下规定:a)供源端子短接—接地端;b)其余端子短接—接地端;。)输人端子短接—输出端子短接(此项适用于输人输出绝缘的计算器)。9.2绝缘强度本试验适用于电源对地绝缘的电动计算器。绝缘强度试验采用与电网频率相同的正弦交流电，试验电压大小应根据被测端子所处的工作电压，从表3中选取。表3电压公称值(有效值或直流)U试验电压VkVL",600.5印