数字温度指示调节仪检定规程.docx

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数字温度指示调节仪检定规程

《数字温度指示调节仪检定规程》

 

本规程适用于新制造、使用中和修理后的与热电偶或热电阻配用,并具有模拟一数字转换器的数字温度指示及指示调节仪的检定。

也适用于以直流电流、电压和电阻作为模拟电信号输人的数字指示及指示调节仪的检定。

数字温度指示及指示调节仪(以下简称仪表)包括台式、盘装式和便携式的仪表。

一、概述

仪表配热电偶或热电阻用以测量温度,辅以相应的执行机构组成温度控制系统。

接受标准化模拟直流电信号或其他产生电阻变化的传感器的信号就可以测量和控制其他物理量。

图1数字温度指示调节仪原理框图

不带微处理器的仪表,通常用运算放大器和中、大规模集成电路来实现;带微处理器的仪表,是借助软件的方式来实现原理框图中的有关功能。

控制模式的信号输出可分为两大类:

断续的(继电器触点等开关量信号)和连续的(如:

0~10mA和4~20mA等直流电信号)。

按调节规律,通常有位式、时间比例、比例积分微分(PID)等。

二、技术要求

(一)仪表指示部分

1外观

1.1仪表的外形结构应完好。

仪表的名称、型号、规格、测量范围、分度号、制造厂名或商标、出厂编号、制造年月等均应有明确的标记。

1.2仪表外露部件(端钮、面板、开关等)不应松动、破损;数字指示面板不应有影响读数的缺陷。

1.3仪表倾斜时内部不应有零件松动的响声。

1.4各开关、旋钮在规定的状态时,应具有相应的功能和一定的调节范围。

1.5仪表显示值应清晰、无叠字、亮度应均匀,不应有不亮、缺笔画等现象;小数点和极性、过载的状态显示应正确。

2绝缘电阻

在环境温度为15~35℃ ,相对湿度45%~75%的条件下,仪表的电源、输人、输出、接地端子(或外壳)相互之间(输人端子与输出端子间不隔离的除外)的绝缘电阻应不低于20兆欧。

3绝缘强度

在环境温度为15~35℃ ,相对湿度45%~ 75%的条件下,仪表的电源、输人、输出、接地端子(或外壳)相互之间(输人端子与输出端子间不隔离的除外)施加表1所规定的试验电压,保持1min应不出现击穿或飞弧现象。

4基本误差

仪表的允许基本误差可有三种绝对误差的表示方式。

仪表端子电压公称值(V)

试验电压(V)

0<U<60

500

60≤U<130

1000

130≤U<250

1500

4.1用含有准确度等级的表示方式

△=±a%FS

(1)

式中:

△—允许基本误差(℃)(应化整到末位数与分辨力相一致);

a'—准确度等级。

选取数为0.1,0.2,(0.3),0.5,1.0;

FS—仪表的量程,即测量范围上、下限之差(℃)。

4.2用与仪表量程及分辨力有关的表示方式

△=±(a'%FS+b)

(2)

式中:

b—仪表显示的分辨力(℃):

a—除量化误差以外的最大综合误差系数。

选取数与a相同。

只有当b不大于0.1a'%FS时,a’才可以作为准确度等级。

4.3用允许的温度误差值表示方式

△=±N

式中:

N—允许的温度误差值(℃)。

5分辨力

仪表读数在末位上变化一个计数顺序所对应的输人变化值(换算成相应的温度值)应符合下列要求:

5.1当b>0.2a%FS时,应不超过︱1士0.3︱b;下限值小于℃的仪表,则0℃点上应不超过︱2士0.6︱b。

5.2当0.1a%FS<b≤0.2a%FS时,应不超过︱1士0.5︱b;下限值小于0℃的仪表,则0℃点上应不超过︱2士1.0︱b。

5.3b≤0.1a%FS的仪表,可不进行该项目的检定。

6稳定度误差

6.1显示值的波动

6.1.1仪表不允许作间隔计数顺序的跳动。

6.1.2显示值的波动量一般不能大于其分辨力,而对于分辨力很高的仪表(b<0.1a%FS),波动量也不能大于两个分辨力。

波动量以波动偏离波动中值的大小来衡量。

6.2短时间示值漂移,1h内示值漂移不能大于允许基本误差的1/4。

7连续运行

仪表在24 连续工作后,其基本误差仍应符合第4条的要求。

(二)仪表位式控制部分

8设定点误差

8.1模拟方式设定的仪表,其设定点误差zt应不超过式(4)的要求。

△1=士a1%FS(4)

8.2数字方式设定的仪表,其设定点误差a,应不超过式(5)的要求。

△1=士(a1%FS+b)(5)

8.3数字方式设定的仪表,其设定值能够测量的,则可以用设定点偏差来表征仪表控制点的偏离程度,其允许值的表示方式同式(5)。

8.4设定点的最大综合误差系数a:

通常与a,a′相等。

9切换差

9.1切换差一般应不大于a1%FS;量程大于1000℃的仪表,应不大于0.5a1%FS。

9.2切换差可调的仪表,应满足切换差调整范围的要求;有切换差设定标度值的仪表,除制造厂另有规定外,其设定值的允差一般不超过切换差设定值的士25%。

(三)仪表时间比例控制部分

10设定点误差

10.1模拟方式设定的仪表,其设定点误差乙:

应不超过式(6)的要求:

△2=士a2%FS(6)

10.2数字方式设定的仪表,其设定点误差乙:

应不超过式(7)的要求:

△2=士(a2%FS+b)(7)

10.3数字方式设定的仪表,其设定值能够测量的,则可以用设定点偏差来表征仪表控制点的偏离程度。

其允许值的表示方式同式(7)。

10.4设定点的最大综合误差系数a2通常与a、a′相等。

11比例带

11.1比例带是固定值的仪表,其额定值通常有4%、10%、20%。

实际的比例带应在(1士0.25)P尸范围内;小于10%的,实际的比例带应在(1士0.5)P尸范围内(P为额定比例带)。

具有比例带范围值的仪表,实际比例带应在该范围之内。

11.2比例带可调的仪表,实际比例带的上、下限应能覆盖可调范围,具有比例带设定标度值的仪表,实际比例带与比例带设定值的偏差,一般不超过设定值的1/4;小于10%的比例带,最多不超过设定值的1/2

12零周期

12.1零周期是固定值的仪表,其额定值通常有2.5s,5s,10s,20s,30s,40s,50s,60s八种。

小于10s(含10s )的实际零周期应在(1土0.5)T0范围内;大于20s(含20s)的实际零周期应在(1士0.25)T0范围内(T。

为额定零周期)。

具有零周期范围值的仪表,实际零周期应在该范围之内。

12.2零周期可调的仪表,实际零周期的上、下限应能覆盖可调范围。

具有零周期设定标度值的仪表,实际零周期与零周期设定值的偏差(除制造厂另有规定外)一般不超过设定值的1/4;小于10s的零周期,最多不超过设定值的1/2。

13手动再调

具有手动再调的仪表,当偏差为零时,只改变手动再调信号,输出的时间比值ρ应能在0-1之间变化。

有手动再调功能的仪表,可不进行设定点误差的检定。

(四)仪表连续及断续(二位式)比例积分微分控制部分

14静差

14.1模拟方式设定的仪表其静差△3应不超过式(8)的要求。

△3=士a3%FS(8)

14.2数字方式设定的仪表,其静差。

△3应不超过式(9)的要求。

△3=士(a3%FS+b)(9)

14.3输出稳态时的最大综合误差系数a3通常与a,a′相等。

15输出及其输出阶跃响应

15.1PID连续控制的仪表在输出负载为1kΩ(输出为0mA-10mA的仪表)或500Ω(输出为4mA-20mA的仪表)时,其输出电流为(0-10)mA,或(4-20) mA。

上限值、下限值的误差均不超过输出量程的士1%。

PID断续控制的仪表,输出端通、断(或高低电平)的时间比值ρ为0-1。

15.2仪表在开环情况下,输出的阶跃响应具有正常的比例、积分、微分输出特性。

输出特性曲线如图2所示。

图2

(纵坐标中的I。

为连续输出的电流,ρ为断续输出的时间比值)

16比例带

16.1比例带是固定值的仪表,实际比例带应在(1士0.25)P范围内;比例带小于等于10%的应在(1士0.5)P范围内,或指定的范围内。

断续PID的仪表其允差可比连续PID的仪表扩大一倍。

16.2比例带可调的仪表,实际比例带的上、下限应能覆盖可调范围。

有比例带设定标度值的仪表,实际比例带与比例带设定值的偏差,除制造厂另有规定外,一般不超过设定值的0.5(P为5%一10%处);断续PID的仪表一般不超过设定值的4/5。

17再调时间(积分时间)T1

17.1再调时间固定的仪表,实际再调时间应在(1士0.5)T1,范围内,或指定的范围内。

17.2再调时间可调的仪表,实际再调时间的上、下限应能覆盖可调范围。

有再调时间设定标度值的仪表,实际再调时间与再调时间设定值的偏差,除制造厂另有规定外,一般不超过设定值的0.5(T1为2min时);断续PID控制的仪表一般不超过设定值的0.8。

18预调时间(微分时间)TD

18.1预调时间固定的仪表,实际预调时间应在(1土0.5)TD 范围内,或指定的范围内。

18.2预调时间可调的仪表,实际预调时间的上、下限应能覆盖可调范围。

有预调时间设定标度值的仪表,实际预调时间与预调时间设定值的偏差,除制造厂另有规定外,一般不超过设定值的0.5(TD为1min)。

18.3断续PID榨制的仪表不讲行该项目的检定。

三、检定条件

19检定设备

检定仪表时所需的标准仪器及设备见表2。

选用的标准器,包括整个检定设备的总不确定度应小于被检仪表允许误差的0.2,对于0.1级的被检仪表应小于其允许误差的1/3\。

20环境条件与动力条件

20.1环境温度:

(20士2)℃〔0.5级、1.0级的仪表环境温度为(20士5)℃。

表2

序号

仪器设备名称

技术要求

用途

备注

1

标准直流电压源或直流低电势电位差计

1、误差小于被检仪表允差的0.2,分辨力小于被检仪表分辨力的0.1

2、直流低电势电位差计作信号源使用时,其输出阻抗不能大于100Ω

配热电偶的仪表及电压、电流输入型仪表检定用标准器

1、检定具有参考端温度自动补偿的仪表时,标准设备的误差应包括补偿导线的冰槽的误差(约士0.25℃)

2、直流低电势电位差计不推荐作信号源使用

2

直流标准电流源

3

数字电压表

4

直流毫伏发生器

1、能连续输出0-80mV

2、稳定度和交流波纹应尽可能小,不足以使分辨力高于一个数量级的标准仪表末位数产生波动

5

直流电阻箱

误差小于被检仪表允差的0.2,分辨力小于被检仪表分辨力的0.1

配热电阻仪表及电阻输人型仪表检定用标准器

6

补偿导线及0℃恒温器

补偿导线20℃的修正值

具有参考端温度自动补偿仪表检定用连接导线

7

三根连接导线

阻值按说明书中确定,三根连接导线阻值之差不能超过仪表允许误差的0.1(其大小按量程中△R/△t最小的进行换算)

配三线制热电阻仪表检定用连接导线

阻值无明确规定时每根连接导线应在0一5Ω之间选配

8

频率周期多功能测试分析仪(ρ值测量仪)

ρ值测量范围0.005-0.995允许误差士0.001

检定时间比例仪表及PID继续控制仪表的设定点误差、阶跃响应、静差用。

9

秒表

最小分度不大于0.1s

10

自动电位差计(长图)

测量范围:

0-10mADC

0-20mADC

准确度:

0.5级

走纸速度不低于20mm/min

测量输出电流和记录阶跃响应曲线

不记录时可用0.5级相应测量范围的直流电流表

11

绝缘电阻表

输出电压:

500VDC,100VDC

准确度:

10级

检定绝缘电阻

12

耐电压试验仪

输出电压:

(0-1500)V

频率:

(45-55)Hz

输出功率:

不低于0.25Kw

检定绝缘强度

13

交流稳压源

输出电压:

220V

输出功率:

不低于1Kw

电压稳定度:

1%

仪表供电电源

20.2相对湿度:

45%-75%。

20.3仪表的供电电源:

电压变化不超过额定值的士1%;频率变化不超过额定值的士1%。

20.4除地磁场外,无影响仪表正常检定的外磁场。

四、检定项目和检定方法

21检定项目

仪表的检定项目见表3。

表3

仪表种类

仪表指示部分

位式控制部分

时间比例

控制部分

PID控制部分

项次

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

检定项目

外观

基本误差

分辨力

稳定度误差

连续运行

绝缘电阻

绝缘强度

设定点误差

切换差

设定点误差

比例带

零周期

手动再调

静差

输出范围机输出阶跃响应

比例带

再调时间

预调时间

检定类别

新制造

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

修理后

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

使用中

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

注:

表中“+”表示应检定,“—”表示可不检定。

(一)仪表指示部分的检定

22外观检查

按第1条中的要求用目力观察;1.4及1.5款可在基本误差和设定点误差的检定过程中观察。

23绝缘电阻的检定

仪表电源开关处于接通位置,将各电路本身端钮短路,对于供电电源为(50-500)V范围内的仪表,必须采用额定直流电压为500V的绝缘电阻表(供电电源小于50V的仪表采用额定直流电压为100V的绝缘电阻表)按第3条规定的部位进行测量。

测量时,应稳定5s,读取绝缘电阻值。

24绝缘强度的检定

仪表电源开关处于接通位置,将各电路本身端钮短路,按第3条规定的部位,在耐电压试验仪上进行测量。

测量时试验电压应从零开始增加,在(5-10)s内平滑均匀地升至试验电压规定值(误差不大于10%),保持1min后,平滑均匀地降低电压至零,切断试验电源。

注:

为保护仪表在试验时不被击穿损坏,可使用具有报警电流设定的耐电压试验仪。

设定值一般为10mA。

使用该仪器时,以是否报警作为判断绝缘强度合格与否的依据。

25基本误差的检定

25.1按规定接线

25.1.1具有热电偶参考端温度自动补偿的仪表,检定时所用的标准器和接线如图3所示。

图3

25.1.2不具有热电偶参考端温度自动补偿的仪表(包括直流电压输人的仪表),检定时所用的标准器和接线如图4所示。

图4

25.1.3输人为直流电流信号的仪表,检定时所用的标准器和接线如图5所示。

图5

25.1.4与热电阻配合使用的仪表,包括与电阻型传感器配合使用的仪表,检定时所用的标准器和接线如图6所示。

R为连接导线的阻值。

图6

25.2通电预热和调整

接通电源后,按生产厂规定的时间预热,如果没有明确规定,一般预热15min.具有参考端温度自动补偿的仪表可预热30min,然后进行基本误差的检定。

对具有外部“调零”及“调满度”的仪表,允许在预热后进行预调。

但在检定过程中不允许再调。

25.3检定点的选择

检定点不应少于5点,一般应选择包括上、下限在内的,原则上均匀的整十或整百摄氏度点。

25.4检定方法

25.4.1寻找转换点法(示值基准法)

从下限开始增大输人信号(上行程时),找出各被检点附近转换点的值,直至上限;然后减小输入信号(下行程时),找出各被检点附近转换点的值,直至下限。

用同样的方法重复测量一次。

取二次测量中误差最大的作为该仪表的最大基本误差。

转换点的寻找方法:

如图7所示,上行程时,增大输人信号,当指示值接近被检点时应缓慢改变输入量,依次找到A1,A2;下行程时,减小输人信号,当指示值接近被检点时应缓慢改变输人量,依次找到A1′,A2′。

A1为上行程时,指示值刚能稳定在被检点温度值的输人信号值;A1'为下行程时,指示值刚能稳定在被检点温度值的输人信号值;A2为上行程时,离开被检点,转换到下一值时(包括两值间的波动)的输入信号值;A2'为下行程时,离开被检点,转换到下一值时(包括两值间的波动)的输入信号值。

图7两个被检点(100℃和400℃)的检定情况

图7中被检点为100℃时的基本误差:

100℃-99.1℃=0.9℃(取最大值)

被检点为100℃时的基本误差:

400℃-400.8℃=-0.8℃(取最大值)

检定时,下限值只进行A2和A1'的寻找;上限值只进行A1和A2'的寻找。

若仪表的滞后误差很小,对判断不产生疑义时(即A1与A2'之差及A1'与A2之差很小,小于仪表允许基本误差的0.1时),可以在上、下行程中只寻找A1A1'两点来计算被检点的基本误差。

25.4.2输人被检点标称电量值法(输人基准法)

若仪表的分辨力小于其允许基本误差的0.2时(见附录2),允许采用此方法;使用中的仪表也可采用此方法。

但对检定结果产生疑义时及在仲裁检定时,仍应采用寻找转换点法进行检定。

方法:

从下限开始增大输人信号(上行程时),分别给仪表输入各被检点温度所对应的标称电量值,读取仪表相应的指示值,直至上限;然后减小输人信号(下行程时),分别给仪表输人各被检点温度所对应的标称电量值,读取仪表相应的指示值,直至下限。

下限值只进行下行程的检定,上限值只进行上行程的检定。

用同样的方法重复测量一次,取二次测量中误差最大的作为该仪表的最大基本误差。

采用此方法进行检定的仪表可不进行分辨力的检定。

25.5基本误差的计算

25.1寻找转换点法检定时,按式(10)、式(11)计算:

△A=Ad-(As+e)(10)

△t=△A/(

)tī(11)

式中:

△A ̄ ̄用电量值表示的基本误差(mV,Ω);

△t ̄ ̄换算成温度值的基本误差(℃);

Ad ̄ ̄被检点温度对应的标称电量值(mV,Ω);

As ̄ ̄检定时标准仪器的示值(mV,Ω);

)tī ̄ ̄被检点tī的电量值一温度变化率(mV/℃,Ω/℃);

e ̄ ̄对具有参考端温度自动补偿的仪表,e表示补偿导线20℃时的修正值(mV);不具有参考端温度自动补偿的仪表e为0。

25.5.2输入被检点标称电量值法检定时,按式(12)计算:

△t=td—〔ts+e/(

)t〕士b(12)

式中:

td—仪表显示的温度值(℃);

ts—标准仪器输人的电量值所对应的被检温度值(℃);

士b-b的定义同式(2)。

十、一符号应与前2项的计算结果的符号相一致。

26分辨力的检定

仪表分辨力的检定与基本误差的检定同时进行。

按25.5.1项的检定方法,求出上行程时的转换点A2与A1点对应的输人电量值之差及下行程时转换点A1'与A2'点对应的输人电量值之差。

按式(13)、式(14)换算成相应的温度值。

该值为仪表显示改变一个分辨力值所对应的实际值,应符合第5条要求。

△t=︱A1—A2︱/(

)tī(13)

△t'=︱A1'—A2'︱/(

)tī(14)

△t—上行程时,仪表显示改变一个分辨力值所对应的实际值(℃);

△t'—下行程时,仪表显示改变一个分辨力值所对应的实际值(℃)

A1,A2,A1',A2'—分别表示转换点A1,A2,A1',A2'各点在标准器上读得的各点电量值(mV,Ω)。

27稳定度的检定

27.1显示值波动

仪表经预热后,输人信号使仪表显示值稳定在量程的80%处,在10min内,显示值不允许有间隔计数顺序的跳动,读取波动范围δt,以δt/2作为该仪表的波动量。

27.2短时间示值漂移

仪表预热后输入50%量程所对应的电量值,读取此值t0,以后每隔10min测量一次(测量值tī为1min之内5次仪表读数的平均值),历时1h,取tī与t。

之差绝对值

最大的值,作为该仪表短时间示值漂移量。

28连续运行

给仪表输人一个量程80%的信号,连续运行24h后按25.4款的方法在仪表量程的20%和80%附近测量基本误差。

(二)仪表位式控制部分的检定

29设定点误差的检定

29.1检定应在仪表量程的10%、50%、90%附近的设定点上进行。

切换差可调的仪表将切换差设在中间位置。

29.2增大输入信号,使显示值缓慢接近设定值,当输出状态改变时,读取仪表示值,或输人电量值。

然后缓慢减小输人信号,当输出状态改变时,读取仪表的示值或输人电量值。

一般只进行一个上下循环的检定。

如果有疑义或仲裁时,必须进行上述三个循环的检定。

数字方式设定的仪表,其设定值能够测量的,当检定结果产生疑义需仲裁时,应将设定的输人信号调整在设定值的转换点上进行。

29.3多位控制作用的仪表,应对每位的检定点按上述两位控制作用的检定方法分别进行检定。

29.4位式控制作报警作用的仪表,上限报警点只要测得上切换值,下限报警点只要测得下切换值。

29.5设定点误差按式(15)计算:

△sw={

+e-Asp}/(

)tī(15)

式中:

△sw—位式控制的设定点误差(℃);

sw1、

sw2一分别为上、下行程输出状态改变时读得的输人电量值的平均值(mV,Ω);

Asp—设定点温度对应的标称电量值(mV,Ω )。

29.6可以用设定点偏差表示的仪表,设定点偏差按式(16)计算:

△sw′=

-tsp(16)

式中:

△sw′—位式控制的设定点偏差(℃);

—分别为上、下行程输出状态改变时读得仪表示值的平均值(℃);

tsp—设定点温度值(℃)。

29.7报警设定点误差(偏差)的计算只要将式(15)和式(16)中切换中值换成上(或下)切换时的输入电量值(或仪表显示值)即可。

30切换差的检定

30.1切换差的检定可与设定点误差检定同时进行

30.2切换差可调的仪表应在仪表量程50%的设定点上进行最大、最小切换差的检定。

计算切换差可调范围或切换差设定值的误差。

同时按式(15)或式(16)计算不同切换差时的设定点误差或设定点偏差。

30.3切换差按式(17)、式(18)计算:

:

△sd=︱

︱/(

)tī(17)

或△sd=︱

︱(18)

仪表时间比例控制部分的检定

31设定点误差的检定

31.1检定应在仪表量程的10%、50%、90%附近的设定点上进行。

31.2比例带可调的仪表将比例带设在最大位置;零周期可调的仪表将零周期设在最小位置。

如制造厂另有规定,则按规定设置。

31.3将仪表的输出端(通断型输出的常开触点两端)接到ρ值测量仪的输人端。

输人信号使显示值缓慢接近设定值,当时间比值ρ稳定在0.5士△ρ。

(允差值△P见附录4)时读取仪表示值或输人电量值。

当仪表的零周期满足附录5要求时,也可用秒表测量输出端的断续时间来计算ρ值。

有疑义时仍需用ρ值测量仪。

31.4数字方式设定的仪表,其设定值能够测量的,当检定结果产生疑义需仲裁时,应将设定点的输人信号调整在设定值的转换点上进行。

31.5设定点误差按式(19)计算:

△st=(Ah+e-Asp)/(

)tī(19)

式中:

△st—时间比例控制的设定点误差(℃)

Ah—ρ为0.5时输人的电量值(mV,Ω)。

31.6用设定点偏差表示的仪表,设定点偏差按式(20)计算:

△st′=tdh-tsp(20)

式中:

△st′—设定点偏差(℃)

tdh—ρ为0.5时仪表的显示值(℃)

31.7当比例带较大,使检定设定点误差时所需的△ρ很小难以保证时,可按附录6的方法进行检定。

32比例带的检定

32.1将设定点置于量程的50%检定点上,周期可调的仪表,将周期处于中间位置。

32.2输入信号使时间比值ρ为1,对于非等周期的仪表需保持一段时间(一般取

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