【国家标准(GB)】 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

GB/T18271.2—2000
本标准是根据国际电工委员会IEC61298-2：1995《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》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GB/T1《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A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A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、杨昌馄、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。I
GB/T18271.2—2000
IEC前言
iiKAoNhiKAca-
1）EC（国际电工委员会）是一个由各个国家电工委员会（IEC国家委员会）组成的世界性标准化组织。正C的自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。正C为了达到此自的，也为厂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EC国家委员会都可以参与国际标准的制定工作。与EC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。IEC与国际标准化组织(ISO)按照双方达成的协议紧密合作。2）EC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。3）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。4）为了促进国际上的统一，IEC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IEC国际标准。EC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IEC61298-2由IECTC65“工业过程测量和控制”所属65B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
65B/229/DIS
表决报告
65B/248/RVD
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。IEC61298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1部分：总则；
第2部分：参比条件下的试验；
第3部分：影响量影响的试验；
第4部分：评定报告的内容。
附录A仅供参考。
IEC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IEC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。
一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。1
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2部分：参比条件下的试验
Process measurement and control devices-General methods andprocedures forevaluatingperformancePart 2:Tests under reference conditions1范围
GB/T18271.2—2000
idtIEC61298-2:1995
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2部分论述了在参比条件下进行的试验。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。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。GB4793.1—1995测量、控制和试验室用电气设备安全要求第1部分：通用要求(idtIEC61010-1:1990)
GB/T17212—1998工业过程测量和控制术语和定义（idtIEC60902：1987）GB/T18271一2000过程测量和控制装置通用性能评定方法和程序第1部分：总则(idtIEC61298-1:1995)
9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JB/T8209—1999
(neqIEC60546:1976)
3定义
下列定义适用于本标准，其中标有*号的定义与GB/T17212的定义一致，只是在GB/T17212中另有附加注释。
3.1被试装置DUTdeviceundertestDUT被试验的装置。
3.2变量*variable
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）。3.3信号*signal
国家质量技术监督局2000-12-11批准2001-08-01实施
GB/T18271.2-—2000
-iiKAoNniKAca-
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。3.4范围range
所研究的量的上、下限所限定的数值区间。3.5量程*span
给定范围上、下限值之间的代数差。3.6设定点”setpoint
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。3.7不精确度”inaccuracy
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。
3.8误差*error
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。3.9最大测量误差maximummeasurederror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。3.10不一致性non-conformity
致性的偏差。
3.11非线性non-linearity
线性度的偏差。
1GB/T17212中有线性度的定义。2不一致性和非线性不包括回差。3.12不重复性non-repeatability见GB/T17212对重复性误差的定义3.13回差*hysteresis
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。3.14死区*deadband
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。3.15可调性adjustability
调整调节机构造成的输出的最小可能变化。3.16时滞*deadtime
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GB/T17212-1998中图1-2。
3.17上升时间*rise time
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10%)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90%）的瞬间为止的时间间隔。见GB/T17212一1998中图1-2。
3.18建立时间settingtime
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1%。3.19阶跃响应时间stepresponsetime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90%的时间间隔。见GB/T17212—1998中图1-2。
3.20时间常数*timeconstant
GB/T18271.2—2000
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63.2%所需的时间。3.21瞬时过冲*transientovershoot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。
3.22意外事件unexpectedevent
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。3.23试验程序testprocedure
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。
4与精确度有关的因素
4.1试验程序和有关事项
4.1.1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，则进行第组试验时应不做任何调整。4.1.1.1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GB/T18271.1—2000第5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。
4.1.1.2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A，B、C和D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1进行调整。
表1量程和范围下限值调整器的设定试验类别
性能评定
型式试验
例行试验
抽样试验
可调量程
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A：量程调整设定在制造厂的最大和最小值及一个中间值上。零点下降和/或零点提升
设定B：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C：除试验大纲另有规定外，量程应是制造厂设定的值。设定D：除试验大纲另有规定外，范围下限值应是制造厂设定的值。4.1.2预调循环wwW.bzxz.Net
记录观察值之前，被试装置应经过预调（见GB/T18271.1一2000的7.12），并在每个方向上作三个全范围行程的运行。
4.1.3测量循环和试验点的数量
GB/T18271.2-—2000
应验证被试装置在整个范围内增大和减小数值时的性能。iiKAoNhiKAca-
考虑到GB/T18271.1—2000中5.2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，0%和100%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2的规定。
4.1.4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，RS232、EEE488)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“1”和0”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。4.1.5测量程序
首先应测量输入量程0%后面的第一个有效标度值（例如输入量程的10%，见表2）。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100%。在此点上测量以后，缓慢地将输入信号降低到100%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0%，从而闭合一个测量循环。
表2测量循环与试验点的数量和试验点的位置试验类型
性能评定
型式试验
例行试验
抽样试验
测量循环数量
4.1.6被测值的处理
试验点数量
试验点的位置（输入量程的%）
0——20—40—6080—100
0-10—20—30—40—5060—70—80—90—1000—25—50—75—100
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GB/T18271.1—2000中的7.16)。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3)，平均值以图形表示(见图1)。4.1.7确定与精确度有关的因素
由于测量次数有限（见4.1.3），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。4.1.7.1不精确度
确定不精确度的方法是从表3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。4.1.7.2测量误差
确定测量误差的方法是从表3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4
数值。
4.1.7.3非线性
GB/T18271.2-—2000
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3和图1）。表3典型装置误差一览表
世程的
不血复性 - 0. 05%
第2陌环
第德环
误差（基程的贤)
回苯=[ 22不
-0, 20
--0, =3
.·0. 22
带环说差一死区
不辅矿度=-心2%,十心, 26%
— 0. 08
循环平琦
.d. 23
总平均
— 0. 175
.- 0. 200
品大测年误差一
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。
a）端基非线性
画一条在范围王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。
b）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。
c）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
17IEC61298-2：1995原文有误。5
基非线性。
4.1.7.4不一致性
GB/T18271.2—2000
下行程均位
-iiKAoNniKAca-
①效比量续性=±0. 18%
每端点掌线性=-0.28%11
卡萨府
上行程平监值
零基其转性—±0.21%
基直线
等基直性
独正直践
图1误差曲线
教人证是的百功
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。4.1.7.5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3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4.2.2所述的常规死区试验法加以确定。4.1.7.6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3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。
4.1.8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3和图1相对应的图表表示，并列入试验报告。采用说明：
IEC61298-2：1995原文有误。
GB/T18271.2-—2000
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4.1.7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：a）不精确度（包括回差和不重复性)和回差；或b）测量误差（包括回差)和回差，或c）非线性/不一致性（不包括回差）、回差和死区。4.2确定死区的特定试验程序和有关事项4.2.1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4.1.1（表1)和4.1.2中确定与精确度有关因素的范围和方法相同。
4.2.2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10%、50%和90%三个试验点上按下列程序各测量三次死区：
a）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b）记录输入值；
c）缓慢减小(或增大)输入，直至观察到可察觉的输出变化；d）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b)与d)之差)就是该点的死区。4.2.3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。5动态特性
5.1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GB/T18271.1一2000中5.2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。
5.2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。7
GB/T18271.2—2000
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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0.1uF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。5.3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20%，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10%，或者相位滞后为300%。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2)：增益
相心拍
图2频率响应两例
a）在对数标度上依据频率绘出相对零频率增益的增益，b）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：
a）相对增益为0.7时的频率；
b）相位滞后为45°时的频率，
c）相位滞后为90°时的频率；
d）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JB/T8209）。5.4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。
GB/T18271.2—2000
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：
a）相当于80%输出量程的阶跃，输出从10%变化至90%，然后从90%至10%b）相当于10%输出量程的一系列阶跃，输出按下列顺序向上和向下变化：5%至15%，45%至55%，85%至95%。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1%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3)。注：也可以测量阶跃响应时间或时间常数。输入信
产生指定输出响应的输久肾能
出实化的%
出响压
降时过种
规定用
量起的士1%
最祥态输出
上升附间
前妖响应时间
出亚时瓦
最在位
时间程数
图3阶跃输入响应两例
6功能特性
6.1概述
GB/T18271.2—2000
iiKAoNhiKAca-
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。
6.2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4所示的配置，以100%输入电平进行。电表
图4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：Rn=En(R/E)
式中：Rin——输入电阻，2；
R——串接电阻，；
Ein—一被试装置的电压输入信号，VE.——串接电阻两端的电压降，V。6.3电动装置的绝缘
6.3.1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GB4793.1。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32℃～38℃（热带型装置为42℃～48℃)的干燥箱内放置4h，然后在温度相同而相对湿度为90%至95%的环境下再放置24h，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。6.3.2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500V。
在施加规定试验电压至少30s后，该绝缘电阻值应列入试验报告。6.3.3绝缘强度
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