自动化仪表型式检验测试初探

张乐（福州大学物理与信息工程学院，福建 福州 350108）

自动化仪表型式检验测试初探

张乐
（福州大学物理与信息工程学院，福建 福州 350108）

我国自动化仪表与测量控制正处在高速发展的时期，型式检验测试对自动化仪表的安全性、统一性、可靠性起到了关键的作用，可进一步推动仪表行业的迅速发展，提高仪表生产的安全稳定，对其他类似仪表的型式检验测试也有一定的参考作用。本文主要阐述多种自动化仪表的型式检验测试的标准、使用设备、方法步骤及遇到的问题和解决方法。

型式检验；自动化仪表；测试

自动化仪表系统是工业生产过程检测、控制、优化、调度、管理和决策功能实现的重要装备。日趋智能化、网络化和集成化的自动化仪表系统在国家科技、产业经济、国防和社会发展中正发挥着前所未有的作用。

鉴于自动化仪表和系统在许多应用领域中执行其安全功能，因此自20世纪90年代以来，自动化仪表和系统安全功能的可靠性和持续有效性引起了国际间安全专家和学者的普遍关注。而自动化仪表的安全性问题必须在出厂之前进行型式检验才可以有效地避免发生。

型式检验包括精度（准确度）、温度漂移、群脉冲干扰、绝缘电阻、绝缘强度、雷击浪涌、静电放电等项目。本文针对部分自动化仪表包括数字显示控制仪、无纸记录仪、温湿度变送显示仪、流量计算控制仪、多路巡检控制仪等，对照相应标准，编制型式检验测试的具体方法和步骤，以及在测试过程中遇到的问题及其解决的方法进行了初步的探索。

一、检验测试方法

（一）精度（准确度）测试

根据标准 《GB/T 13639-2008工业过程测量和控制系统用模拟输入数字式指示仪》，选取具有代表性的基本误差测试、重复性误差测试和死区误差测试等三种检验测试方法。

1.基本误差测试

将被测仪表的输入端子与信号源相连接。被测仪表的输入信号主要是热电偶、热电阻、直流电流和直流电压；热电偶、电压、电流信号采用热工信号校验仪作为信号源，热电阻信号采用标准电阻箱作为信号源。

热电偶信号包括:B、S、K、E、T、J、W等；

热电阻信号包括:Pt100、Pt100.1（输入信号与Pt100是一致的，只是显示精度高，测量范围小）、Cu50等；

电流信号:4-20m A、0-10m A；

电压信号:0-5V、1-5V（部分被测仪表的输入电流电压信号测量范围有不同，但都是线性信号，所以测试方法是相同的）。

观察显示值与被测量真值的偏差，记录偏差值并计算出相对误差。

相对误差=（显示值-真值）/测试信号的全范围量程值

一般每种信号每个通道测试5个点，5个点最好平均分布在整个量程范围内，每个点独立计算相对误差。被测试仪表的最大相对误差不大于精确度要求，则该仪表为合格。

（二）重复性误差测试

在测试基本误差的同时进行，重复测试每个测试点三次，记录与第一次测试的偏差值，为重复性误差值，不大于一个分辨力值为合格。

（三）死区误差测试

在测试基本误差的同时进行，按最小信号量的改变递增或递减信号源的输入值，观察被测仪表显示值是否随着信号源输入值的改变而逐一递增或递减。如果没有，则存在死区误差，显示值不确定度的那部分数值误差为死区误差值。如果有误差值超过要求，首先确认接线是否可靠牢固，然后确认信号源的准确性，最后确认操作时没有误操作。如排除测试操作方面的问题，则考虑是仪表本身的问题。一般是以下几个方面:采样电阻精度的选择，DA芯片的反应速度，以及软件的编写失误等。

二、温度漂移测试

根据标准《JB/T 9233.6-1999工业自动化仪表通用试验方法环境温度影响》，测试时，将被测仪表放入温控箱内，输入信号线与被测仪表的接线端子相连，延长出温控箱，再连接信号源，此时信号源在温控箱外部。温度漂移测试选择的信号分度号一般是K和Pt100，此两种信号为常用的热电偶与热电阻信号，而且相对精度要求较高。一共记录五个测试点，测试点的选择与基本误差测试相同，每个测试点先记录常温时的被测仪表显示值，再记录60度时的显示值，最后记录-20度时的显示值。

如果测试没有通过，则检查输入信号线与被测仪表的接线端子是否连接可靠，不能用常规的接线夹子直接与仪表测试端子相夹固定，而要用测试端子的螺丝旋紧导线引出，再用接线夹子与导线金属端相夹固定。每次改变温度，必须等仪表内外温度稳定后再记录显示值，时间一般要达到一个半小时以上，时间过短则测试结果不准确。除了操作失误外，造成温漂测试不合格的原因，一般是以下几个方面:采样电阻的温漂、电源芯片的工作温度范围等。

三、群脉冲干扰测试

参考标准《GB/T 17626.4-2008电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验》中对群脉冲干扰的相关要求及定义，针对被测仪表供电方式不同，一般分为AC220V和DC24V供电两种测试方式。AC220V供电的被测仪表直接将供电电源接到群脉冲发生器提供的AC220V电源上，电源干扰分为火线（L）、零线（N）和地线（PE），有的测试仪表没有地线的端子，可外接地线进行测试。DC24V供电的被测仪表，电源干扰是采用将开关直流电源的24V输出电源信号线通过耦合夹与POUT的信号干扰叠加，再与被测仪表相接。不可直接将开关直流电源的220V供电电压与群脉冲发生器提供的AC220V相接，因为开关直流电源内部存在隔离屏蔽，影响测试结果。

输入信号直接通过耦合夹与POUT的信号干扰叠加。热电偶、电压、电流的信号源不能采用热工信号校验仪，而必须采用干电池和电位器等提供毫伏信号的自制设备，因为校验仪本身会被干扰而影响测试结果，热电阻信号的信号源为标准电阻箱。

一般要测试4种群脉冲干扰:电源正干扰、电源负干扰、信号正干扰、信号负干扰。

先选择脉冲干扰信号的种类、峰值电压、频率和测试时间，在这里我们以等级3级为例，设定峰值电压为2000V，频率选择5KHz、时间为120s，应记录被测仪表在正常显示时显示值的最大变化量，根据基本误差的相对误差公式进行计算，相对误差小于等于标准值为合格。

如果被测仪表出现死机和重启等无法记录数据的现象，则峰值电压值降低100V后重新测试，直到被测仪表可正常显示数据为止，并记录误差不超过标准值的峰值电压值，此时峰值电压值小于2000V的标准，此情况为不合格，需改进被测仪表。

改进时首先排除连线错误，确认所有的连线没有重叠交叉造成额外干扰后仍存在干扰现象，则考虑是仪表隔离电感的绕组、隔离电容的容值、线路板的走线等方面存在问题。快速解决的办法，可以在CPU或主要AD芯片的电源端加104瓷介电容接地，或将供电电源后级输出端直接加短线接入芯片电源端。

四、绝缘电阻、绝缘强度测试

根据标准《GB/T 15479-1995工业自动化仪表绝缘电阻、绝缘强度技术要求试验方法》，此部分检验测试分为以下两种:

（一）绝缘电阻测试

将兆欧表的测试夹子夹在测试仪表的被测端子之间，摇动兆欧表，记录显示的电阻值。

在一般试验大气条件下进行绝缘电阻试验。测试被测仪表的输入端、输出端、电源端和外壳，各端子之间的绝缘电阻值应大于标准值。

示值超差先考虑接线的可靠或测试了错误的端子，或端子与外壳的间距不够。

（二）绝缘强度测试

将耐压测试仪的测试夹子固定在被测仪表的输入端、输出端、电源端和外壳两两相接，慢慢调节电压旋钮至标准值，观察耐压测试仪的漏电电流表，应不超过规定电流值，保持1m in，被测仪表不应出现击穿或飞弧，否则为不合格。

测试时，输入、输出端一般选择负端，电源端则选择接地端。

测试时注意安全，接线的夹子必须可靠牢固，如被测仪表不合格，一般是变压器的隔离绕制问题，或线路板的走线太近造成。

五、雷击浪涌测试

根据标准《GB/T 17626.5-2008电磁兼容试验和测量技术浪涌（冲击）抗扰度试验》，用长度≥20cm、直径≥3mm的导线，将雷击浪涌发生器提供的电源与被测仪表相连，接好线后，将被测仪表放入箱式防护盖中。上电后设置参数，测试次数与间隔选择默认值（次数为10、间隔为2m in），测试电压从1000V开始每500V递增。被测仪表不损坏的最大测试电压值为通过的雷击浪涌测试值。

测试时，测试夹子要夹好，线不能交叉重叠，夹子要尽量分开，否则会造成短路，被测仪表外壳要完整，否则可能会发生爆炸，一般通过接入防雷管来解决仪表的不合格问题。

六、静电放电测试

根据标准《GB/T 17626.2-2006电磁兼容试验和测量技术 静电放电抗扰度试验》的相关要求及定义，测试前先将静电放电发生器的接地线与大地（金属板）相连，上电后设置输出的测试电压值参数，测试电压可从1000V开始每1000V递增，测试次数和间隔以及测试的种类可根据不同产品的需要进行选择（空气放电或接触放电，10次间隔1s或200次间隔20m s等）。

空气放电测试是用圆金属头，接触被测仪表外壳表面的空隙处（如按键、气窗等）进行；接触放电测试是用尖金属头，直接接触被测仪表外接端子或外壳的金属部分进行。

如果出现不合格现象，首先要确认接地可靠，设置参数无误，测试部位准确。如排除测试操作方面的问题，则考虑以下几个方面:线路板的走线，及组装的工艺等。

TH

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1673-0046（2016）3-0183-02