自動化儀表型式檢驗測試初探

張樂（福州大學物理與信息工程學院，福建 福州 350108）

自動化儀表型式檢驗測試初探

張樂
（福州大學物理與信息工程學院，福建 福州 350108）

我國自動化儀表與測量控制正處在高速發(fā)展的時期，型式檢驗測試對自動化儀表的安全性、統(tǒng)一性、可靠性起到了關鍵的作用，可進一步推動儀表行業(yè)的迅速發(fā)展，提高儀表生產的安全穩(wěn)定，對其他類似儀表的型式檢驗測試也有一定的參考作用。本文主要闡述多種自動化儀表的型式檢驗測試的標準、使用設備、方法步驟及遇到的問題和解決方法。

型式檢驗；自動化儀表；測試

自動化儀表系統(tǒng)是工業(yè)生產過程檢測、控制、優(yōu)化、調度、管理和決策功能實現(xiàn)的重要裝備。日趨智能化、網(wǎng)絡化和集成化的自動化儀表系統(tǒng)在國家科技、產業(yè)經濟、國防和社會發(fā)展中正發(fā)揮著前所未有的作用。

鑒于自動化儀表和系統(tǒng)在許多應用領域中執(zhí)行其安全功能，因此自20世紀90年代以來，自動化儀表和系統(tǒng)安全功能的可靠性和持續(xù)有效性引起了國際間安全專家和學者的普遍關注。而自動化儀表的安全性問題必須在出廠之前進行型式檢驗才可以有效地避免發(fā)生。

型式檢驗包括精度（準確度）、溫度漂移、群脈沖干擾、絕緣電阻、絕緣強度、雷擊浪涌、靜電放電等項目。本文針對部分自動化儀表包括數(shù)字顯示控制儀、無紙記錄儀、溫濕度變送顯示儀、流量計算控制儀、多路巡檢控制儀等，對照相應標準，編制型式檢驗測試的具體方法和步驟，以及在測試過程中遇到的問題及其解決的方法進行了初步的探索。

一、檢驗測試方法

（一）精度（準確度）測試

根據(jù)標準 《GB/T 13639-2008工業(yè)過程測量和控制系統(tǒng)用模擬輸入數(shù)字式指示儀》，選取具有代表性的基本誤差測試、重復性誤差測試和死區(qū)誤差測試等三種檢驗測試方法。

1.基本誤差測試

將被測儀表的輸入端子與信號源相連接。被測儀表的輸入信號主要是熱電偶、熱電阻、直流電流和直流電壓；熱電偶、電壓、電流信號采用熱工信號校驗儀作為信號源，熱電阻信號采用標準電阻箱作為信號源。

熱電偶信號包括:B、S、K、E、T、J、W等；

熱電阻信號包括:Pt100、Pt100.1（輸入信號與Pt100是一致的，只是顯示精度高，測量范圍小）、Cu50等；

電流信號:4-20m A、0-10m A；

電壓信號:0-5V、1-5V（部分被測儀表的輸入電流電壓信號測量范圍有不同，但都是線性信號，所以測試方法是相同的）。

觀察顯示值與被測量真值的偏差，記錄偏差值并計算出相對誤差。

相對誤差=（顯示值-真值）/測試信號的全范圍量程值

一般每種信號每個通道測試5個點，5個點最好平均分布在整個量程范圍內，每個點獨立計算相對誤差。被測試儀表的最大相對誤差不大于精確度要求，則該儀表為合格。

（二）重復性誤差測試

在測試基本誤差的同時進行，重復測試每個測試點三次，記錄與第一次測試的偏差值，為重復性誤差值，不大于一個分辨力值為合格。

（三）死區(qū)誤差測試

在測試基本誤差的同時進行，按最小信號量的改變遞增或遞減信號源的輸入值，觀察被測儀表顯示值是否隨著信號源輸入值的改變而逐一遞增或遞減。如果沒有，則存在死區(qū)誤差，顯示值不確定度的那部分數(shù)值誤差為死區(qū)誤差值。如果有誤差值超過要求，首先確認接線是否可靠牢固，然后確認信號源的準確性，最后確認操作時沒有誤操作。如排除測試操作方面的問題，則考慮是儀表本身的問題。一般是以下幾個方面:采樣電阻精度的選擇，DA芯片的反應速度，以及軟件的編寫失誤等。

二、溫度漂移測試

根據(jù)標準《JB/T 9233.6-1999工業(yè)自動化儀表通用試驗方法環(huán)境溫度影響》，測試時，將被測儀表放入溫控箱內，輸入信號線與被測儀表的接線端子相連，延長出溫控箱，再連接信號源，此時信號源在溫控箱外部。溫度漂移測試選擇的信號分度號一般是K和Pt100，此兩種信號為常用的熱電偶與熱電阻信號，而且相對精度要求較高。一共記錄五個測試點，測試點的選擇與基本誤差測試相同，每個測試點先記錄常溫時的被測儀表顯示值，再記錄60度時的顯示值，最后記錄-20度時的顯示值。

如果測試沒有通過，則檢查輸入信號線與被測儀表的接線端子是否連接可靠，不能用常規(guī)的接線夾子直接與儀表測試端子相夾固定，而要用測試端子的螺絲旋緊導線引出，再用接線夾子與導線金屬端相夾固定。每次改變溫度，必須等儀表內外溫度穩(wěn)定后再記錄顯示值，時間一般要達到一個半小時以上，時間過短則測試結果不準確。除了操作失誤外，造成溫漂測試不合格的原因，一般是以下幾個方面:采樣電阻的溫漂、電源芯片的工作溫度范圍等。

三、群脈沖干擾測試

參考標準《GB/T 17626.4-2008電磁兼容試驗和測量技術電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗》中對群脈沖干擾的相關要求及定義，針對被測儀表供電方式不同，一般分為AC220V和DC24V供電兩種測試方式。AC220V供電的被測儀表直接將供電電源接到群脈沖發(fā)生器提供的AC220V電源上，電源干擾分為火線（L）、零線（N）和地線（PE），有的測試儀表沒有地線的端子，可外接地線進行測試。DC24V供電的被測儀表，電源干擾是采用將開關直流電源的24V輸出電源信號線通過耦合夾與POUT的信號干擾疊加，再與被測儀表相接。不可直接將開關直流電源的220V供電電壓與群脈沖發(fā)生器提供的AC220V相接，因為開關直流電源內部存在隔離屏蔽，影響測試結果。

輸入信號直接通過耦合夾與POUT的信號干擾疊加。熱電偶、電壓、電流的信號源不能采用熱工信號校驗儀，而必須采用干電池和電位器等提供毫伏信號的自制設備，因為校驗儀本身會被干擾而影響測試結果，熱電阻信號的信號源為標準電阻箱。

一般要測試4種群脈沖干擾:電源正干擾、電源負干擾、信號正干擾、信號負干擾。

先選擇脈沖干擾信號的種類、峰值電壓、頻率和測試時間，在這里我們以等級3級為例，設定峰值電壓為2000V，頻率選擇5KHz、時間為120s，應記錄被測儀表在正常顯示時顯示值的最大變化量，根據(jù)基本誤差的相對誤差公式進行計算，相對誤差小于等于標準值為合格。

如果被測儀表出現(xiàn)死機和重啟等無法記錄數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，則峰值電壓值降低100V后重新測試，直到被測儀表可正常顯示數(shù)據(jù)為止，并記錄誤差不超過標準值的峰值電壓值，此時峰值電壓值小于2000V的標準，此情況為不合格，需改進被測儀表。

改進時首先排除連線錯誤，確認所有的連線沒有重疊交叉造成額外干擾后仍存在干擾現(xiàn)象，則考慮是儀表隔離電感的繞組、隔離電容的容值、線路板的走線等方面存在問題。快速解決的辦法，可以在CPU或主要AD芯片的電源端加104瓷介電容接地，或將供電電源后級輸出端直接加短線接入芯片電源端。

四、絕緣電阻、絕緣強度測試

根據(jù)標準《GB/T 15479-1995工業(yè)自動化儀表絕緣電阻、絕緣強度技術要求試驗方法》，此部分檢驗測試分為以下兩種:

（一）絕緣電阻測試

將兆歐表的測試夾子夾在測試儀表的被測端子之間，搖動兆歐表，記錄顯示的電阻值。

在一般試驗大氣條件下進行絕緣電阻試驗。測試被測儀表的輸入端、輸出端、電源端和外殼，各端子之間的絕緣電阻值應大于標準值。

示值超差先考慮接線的可靠或測試了錯誤的端子，或端子與外殼的間距不夠。

（二）絕緣強度測試

將耐壓測試儀的測試夾子固定在被測儀表的輸入端、輸出端、電源端和外殼兩兩相接，慢慢調節(jié)電壓旋鈕至標準值，觀察耐壓測試儀的漏電電流表，應不超過規(guī)定電流值，保持1m in，被測儀表不應出現(xiàn)擊穿或飛弧，否則為不合格。

測試時，輸入、輸出端一般選擇負端，電源端則選擇接地端。

測試時注意安全，接線的夾子必須可靠牢固，如被測儀表不合格，一般是變壓器的隔離繞制問題，或線路板的走線太近造成。

五、雷擊浪涌測試

根據(jù)標準《GB/T 17626.5-2008電磁兼容試驗和測量技術浪涌（沖擊）抗擾度試驗》，用長度≥20cm、直徑≥3mm的導線，將雷擊浪涌發(fā)生器提供的電源與被測儀表相連，接好線后，將被測儀表放入箱式防護蓋中。上電后設置參數(shù)，測試次數(shù)與間隔選擇默認值（次數(shù)為10、間隔為2m in），測試電壓從1000V開始每500V遞增。被測儀表不損壞的最大測試電壓值為通過的雷擊浪涌測試值。

測試時，測試夾子要夾好，線不能交叉重疊，夾子要盡量分開，否則會造成短路，被測儀表外殼要完整，否則可能會發(fā)生爆炸，一般通過接入防雷管來解決儀表的不合格問題。

六、靜電放電測試

根據(jù)標準《GB/T 17626.2-2006電磁兼容試驗和測量技術 靜電放電抗擾度試驗》的相關要求及定義，測試前先將靜電放電發(fā)生器的接地線與大地（金屬板）相連，上電后設置輸出的測試電壓值參數(shù)，測試電壓可從1000V開始每1000V遞增，測試次數(shù)和間隔以及測試的種類可根據(jù)不同產品的需要進行選擇（空氣放電或接觸放電，10次間隔1s或200次間隔20m s等）。

空氣放電測試是用圓金屬頭，接觸被測儀表外殼表面的空隙處（如按鍵、氣窗等）進行；接觸放電測試是用尖金屬頭，直接接觸被測儀表外接端子或外殼的金屬部分進行。

如果出現(xiàn)不合格現(xiàn)象，首先要確認接地可靠，設置參數(shù)無誤，測試部位準確。如排除測試操作方面的問題，則考慮以下幾個方面:線路板的走線，及組裝的工藝等。

TH

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1673-0046（2016）3-0183-02