1、中华人民共和国国家标准电工和电子测量设备性能表示代替国家技术监督局 批准 实施引言与本标准现行方法的相互关系不论环境 供电电源和任何其他性能特性为模拟实际工作条件而发生各种变化时 均不应超过技术规范中规定的性能特性值误差的两个极限值 因此当已知一个过程或系统允许的总误差时 就可以选择具有适当准确度的测量设备或系统在电子测量设备领域 第一版已认可了固有误差和影响误差的概念并已用于规定工作误差体系 在按照环境严酷等级工作分组确定的范围内影响量值的最不利组合情况下 此误差是有效的对于测量一种现象中的几个参数的设备来说 该体系是适用的 但是 影响条件的最不利组合的确定及试验条件组合的产生是困难的和不经
2、济的在电工测量仪表领域例如 认可了固有误差和变动量的概念并用于规定准确度等级的体系这些等级与 中规定的影响量的范围有关 但与具体的环境无关 制造厂和用户双方的观点都认为该体系是适用的特别是出于经济的原因固有误差比较容易确定且适用于交收试验和仲裁试验 但它不能对在实际使用中较不利条件下可能发生的性能的下降提供任何信息 尽管如此当影响量是从基准值向 产品标准包括具体仪器中规定范围的一个或另一个值变化时 通过确定每个独立的影响量产生的误差变化 变动量 此系统可以提供一些有关工作误差的提示 然而 由于所有其他的影响量都保持在他们的基准值下就不能确定几个影响量同时从其基准值偏离的结果在分析设备领域中 目
3、前还没有一个固定的主导体系 在过程控制设备领域中 基本采用固有误差和变动量的概念与测量设备所公认的量不同 影响量更为重要对于制造厂来说要符合不同购买者不同学科有矛盾的要求是不可能的 因此 必需采用一种通用的误差概念 该误差概念适用于广泛测量领域内的不同应用情况引用文件下列 标准涉及与性能及误差有关的项目国际电工词汇直接作用模拟指示电子测量仪器及其附件基本环境试验规程试验用标准大气条件直接作用记录式电子测量仪器及其附件非直接作用电子测量仪器外壳防护等级的分类工业过程测量和控制设备的工作条件交流电量变换为直流电量的电测量变换器环境条件分类 第 部分环境参数及其严酷等级的组别的分类与供电网络干扰有关
4、的 标准家用电器和类似电气设备在供电系统产生的干扰第 部分定义第 部分谐波第 部分 电压波动用于测定家用电器和类似电气设备干扰特性的基准阻抗的条件低压电源和信号线的短时瞬态测量方法导则第一篇 总 则范围本标准适用下列各类型电气和电子设备和仪器及其附件的性能规范测量电量的 指示和记录仪器提供被测量的供给仪器 例如信号发生器和一些电源用电气方法测量非电量的不包括任何像传感器那样提供一个非电量的电模拟装置部件 条件是此设备没有相应的 产品标准或它的电气电子部件的要求与此标准相抵触 该性能的表示只包括电气或电子部分目的本标准为设备在其范围内误差的要求和测量确保一致提供方法 所有其他必需的要求留给相应的
5、产品标准该 产品标准适用于本标准范围内具体类型的设备例如性能特性和其测量范围影响量和其规定工作范围的选择留给 产品标准量 值和范围的规定和测量在制造厂测量设备的技术规范中 用性能特性的误差极限的表述来规定性能参数误差极限的规范提供下列数据中的一种固有误差和变动量的极限工作误差极限值采用统计方法由上述 计算最不利状态误差由上述 计算应对制造厂所考虑的每一个影响量规定出一个基准值或基准范围和一个工作范围规定每一个影响量的极限条件和贮存及运输条件也是有用的误差极限值是基于固有误差和变动量的测量 再进行一些必要的计算来确定的规定工作误差极限值时 采用在额定工作条件内推荐的测量和计算方法提供 的概率 使
6、误差保持在极限值范围内见附录第二篇 定 义定义下列定义适用于本标准真值 和表征某量在所处的条件下完善地确定的量值注 一个量的真值是一个理想的概念一般来说无法精确得知国际通用计量学基本名词约定真值 已修订的足够接近一个量的真值的值从使用这个值的目的来说 这两个值的差可以忽略不计注一个量的约定真值 对于各种具体的情况 通常借助某些方法和使用适当准确度的仪器来确定由于真值无法精确得知 为了简便起见在不造成混乱的情况下可以把约定真值叫做真值准值一个明确规定的值以此值为基准去定义准值误差注 例如 这个值可以是被测值 测量范围的上限值 刻度范围预置值或其他明确规定的数值额定值 已修订的制造厂对设备或仪器的
7、一个规定的工作条件所给定的一个量值范围是两个极限值之间的区域用所考虑的量的上 下极限值来表示注 术语 范围通常与一个修饰词联用 它可以适用于一个性能特性 一个影响量等性能仪器所完成的预期功能的程度性能特性为了确定设备的性能给它规定的某个量用值 公差范围来描述注同一个量本标准中 依据其应用可以作为 性能特性 也可作为 被测量或供给量 也可以作为 影响量另外术语 性能特性 还包括量的商 如每单位长度电压影响量 已修订的不是被测量的量但影响被测量的数值或测量设备的指示值注对设备来说 一个影响量可能是外部的 也可能是内部的当性能特性的值在它的测量范围内改变时它可能影响到另一个性能特性的误差被测量或它本
8、身的参数可以起影响量的作用 例如一个电压表由于非线性被测电压值可能产生一个附加误差它的频率也可能引起附加误差基准条件 已修订的规定了公差的基准值和基准范围的一组影响量和性能特性的适当集合按此规定固有误差基准值 已修订的一组基准条件中的一个规定值注 一个基准值应有公差基准范围 已修订的一组基准条件中的一个值的规定范围额定工作条件是性能特性的规定测量范围和影响量的规定工作范围的集合 在此范围内规定和确定仪器的变动量或工作误差规定工作范围一个单一影响量的数值范围它构成额定工作条件的一部分注 工作范围是一个与使用的 标称范围 和 额定使用范围 相类似的概念规定测量范围 已修订的被测量的一组数值在此范围
9、内测量仪器的误差应在规定的极限之内注一个仪器可以有几个规定测量范围规定测量范围可能小于指示值范围这一术语曾被称为 有效范围极限条件 已修订的工作状态下测量仪器能经受住的极端条件 当它接着工作在额定工作条件下时不致损坏和降低其计量性能贮存和运输条件非工作状态下测量仪器能经受住的极端条件当它接着工作在额定工作条件下时不致损坏和降低其计量性能测量仪器的 绝对误差测量仪器的指示值减去被测量的 约定真值注 对于一个供给量 此指示值是它的标称值或刻度值相对误差 已修订的误差以被测量或供给量的单位表示与约定真值之比准值误差测量仪器的误差除以仪器规定的准值固有误差 已修订的在基准条件下测量仪器或供给仪器的误差
10、注 由磨损引起的误差是固有误差的一部分变动量 已修订的当一个单一影响量相继取两个不同值时指示或记录仪器被测量的同一个值的示值差 或供给仪器的 约定真值的示值差工作误差在额定工作条件内任意一点上得到的性能特性的误差注 在工作范围内 某些影响量值的组合点上 工作误差会产生极端值不考虑符号误差极限制造厂对工作在规定条件下的设备给定的误差的两个极值正和负第三篇 细 则值和范围的规定制造厂应对他认为适合于具体设备的性能特性的全部量给出额定值或规定测量范围当规定性能特性的误差极限时 制造厂应对他所考虑的每一个影响量给出一个基准值或一个基准范围和或规定工作范围 规定的工作范围应包括全部基准范围并通常至少在一
11、个方向上超出基准范围如果某一性能特性作为影响量它的测量范围就是它规定的工作范围如果某一性能特性表现为影响量 应确定它的基准值或基准范围 除非这与它的测量范围相同对任一未加规定的影响量它的基准值或基准范围则被认为是其工作范围第 章提供了用于合格试验的一些共用的影响量的基准值和基准范围 在产品标准中不强制包括这些值和范围注 如果仪器的使用条件中有一个以上规定的影响量处于它们的基准值和基准范围之外变动量可能超出它规定的极限制造厂应对每个确定的影响量规定极限条件 贮存和运输条件如果没有规定范围则认为额定工作条件就是极限条件并且包括贮存和运输条件产品标准的要求适合本标准范围的包括各种设备的 产品标准的起
12、草人应当遵守此处规定的准则特别是以下几点一个 产品标准应给出包括相应性能特性和影响量的详细要求并给出用于确定误差极限方式的内容 见第 章 它还应包括极限条件和贮存运输条件一个 产品标准不应与本标准的任何要求相抵触误差极限的规定如果有一个关于设备的 产品标准则应依据该产品标准规定性能特性的误差极限对于所有其他的设备 误差极限的规定可以给出几种方式中的一种 这些方式在 至 中被称为方式 和固有误差和变动量的极限 方式固有误差极限根据基准条件确定 变动量极限根据额定工作条件确定此方式通常用于确定仪器的准确度等级极限则包含在分级中工作误差极限方式工作误差极限根据额定工作条件确定 此极限是以规定的固有误
13、差和变动量的极限 方式 为基础的 通过计算以便提供一个使误差保持在规定极限内的确定的概率附录 给出概率为 的推荐计算公式 如果不使用这些公式 制造厂应给出其他使用的方法并说明它的概率的值如果此计算结果比第 条的最不利状态误差更差 那就选择最不利状态误差来作为工作误差 当固有误差或单一变动量是结果的主要原因时这种情况是可能发生的最不利状态误差方式最不利状态误差根据额定工作条件并以上述方式 的固有误差和变动量的极限为基础确定的将固有误差和变动量的最不利极限值的模进行算术相加 来计算最不利状态误差最不利状态误差表明的结果不取决于统计结果 几乎所有条件下它不代表实际误差 而且很可能过于保守给出工作误差
14、或最不利状态误差后 还可以给出固有误差和变动量的极限注 当没有说明固有误差和变动量的极限时制造厂应按要求提供对于一个性能特性 可以对应几组规定的额定工作条件 来规定几个工作误差极限误差可以规定为绝对误差也可以规定为相对误差 在有些情况下误差的一部分表示为相对误差而另一部分表示为绝对误差 例如 在这种情况下 依据第 条计算工作误差和依据第 条计算最不利状态误差时 应分别计算固有误差和变动量的相对部分和绝对部分应明确规定相对误差或准值误差参照值 当给一个具体的性能特性规定一个以上的误差极限时应使用同一个数值影响量的选择误差极限越小 仔细选择影响量就越重要 作为指南下面叙述了各种影响量影响量可以是测
15、量设备外部的或内部的 设备外部的是环境特性 供电电源或时间例如温度 电源电压 从通电开始经历的时间设备内部的影响量有几种信号参数作为影响量例如信号参数频率 影响电压表的性能特性 电压示值除了一个要测误差的性能特性之外的其他性能特性作为影响量例如电压表的性能特性积分时间均方根值 平均值峰值影响有关的性能特性电压示值 还有信号发生器的输出功率影响性能特性频率要测误差的性能特性自身可以作为影响量 这种影响是由于超出基准范围之外但处于测量范围之内的非线性引起的例如一个数字多用表的电压测量范围为 它的基准值规定为 在测量范围内性能特性 电压示值 作为它自己的影响量第四篇 合格试验的程序总的原则合格试验包
16、括确定固有误差和变动量以便证实仪器的误差是否符合规定的误差极限 相应的应使用 的试验方法只有规定了极限数值的项目才能作为试验项目 没有极限数值的项目仅进行简单的检查如果规定了极限合格试验应在本篇指定的条件下进行固有误差和变动量的测量每一规定的性能特性的固有误差应在基准条件下测量 见第 章应测量每一规定的性能特性的变动量极限 当一个影响量在它的工作范围内连续取两个不同的数值时测量性能特性的变动量 如下所述当测量由一个有基准值的影响量引起的变动量时应首先在影响量的基准值上测定误差然后测定在工作范围内任一点上 高于或低于基准值 的最大误差 则变动量是基准值上的误差与工作范围内任何其他误差的最大差值
17、不考虑符号当测量由一个有基准范围的影响量引起的变动量时应首先在基准范围的两个极限值测定误差再测定工作范围内任一点上高于或低于基准范围的最大误差确定基准范围的一个极限值上的误差与相邻的规定工作范围部分内任何其他误差之间的最大差值不考虑符号 再确定与基准范围另一极限值相邻的规定工作范围那部分最大差值 取两个差值 不考虑符号的较大值确定为变动量 见表 的图 和图当一个性能特性作为一个影响量时变动量在规定的测量范围内测定 见表 中的图 和图除了一个被测的影响量外其他所有影响量都处在它们的基准条件内 并保持恒定 性能特性置于它的测量范围内并不要有意去变动对于变动量 表 概括了简单型和几种复杂型及测量它们
18、的条件使用附录 的符号 通常可以忽略任何符合下列条件的变动量固有误差和变动量在稳态条件下有效注 术语 稳态适用于一个量突变后的平衡条件固有误差和变动量在统计概念上应是相互独立的如果由两个影响量相加所引起的总效应 除非其效应很小否则认为影响量的效应是独立的可能是冒险的 如果这些变动量是可与固有误差相比的则在它们的每个极限值上用两个影响量进行组合试验是实用的 见附录表 测量变动量的值和范围图 影响量具有基准值规定工作范围的下限规定工作范围的上限基准值第一个测量点图 影响量具有基准范围规定工作范围的下限规定工作范围的上限基准范围的下限 为确定在 范围内变动量的第一个测量点基准范围的上限 为确定在 范
19、围内变动量的第一个测量点图 性能特性具有基准值规定测量范围的下限规定测量范围的上限基准值第一个测量点图 性能特性具有基准范围规定工作范围的下限规定工作范围的上限基准范围的下限 为确定在 范围内变动量的第一个测量点基准范围的上限为确定在 范围内变动量的第一个测量点表 变动量可能的型式及产生的效应引起变动量的原因 效 应型式 简单变动量一个影响量在 和 图 或 和图 范围内的变化 性能特性指示值或供给值的变化型式 二阶变动量一个影响量的变化 如上述型式 另一个影响量的变动量的变化 一个变动量的变动量表 完引起变动量的原因 效 应型式 型式 和型式 组合的变动量两个影响量同时变化 上述型式 与型式
20、的和型式 由非线性引起的变动量性能特性在 和 图 或 和图 范围内的变化 性能特性的指示值相对误差的变化注 表 中涉及的图可在表 中找到表 变动量的测量条件对于型式 见表 所有其他影响量都在基准条件内并保持恒定性能特性处在规定的测量范围内并不得有意改变 这些数值的任何组合应在它们的允许范围内对型式 见表 影响变动量的影响量处在它的工作范围内 所有其他条件与型式 相同对型式 见表 两个影响量的值同时改变以便确定变动量的极值 所有其他条件与型式 相同对型式 见表 如果存在影响变动量的影响量 则这些影响量处于它们规定的工作范围内并保持恒定 所有其他影响量处于它们的基准条件内并保持恒定 所有影响量的任
21、何组合都在它们的允许范围内符合规定误差极限的确认与第 章所述的规定误差极限而列的几种方式相对应用以确认性能特性的误差不超过规定的极限的要求如下对于规定固有误差和变动量 方式测得的固有误差和变动量应处于它们给定的极限内对于规定工作误差 方式测得的固有误差和变动量应处于它们给定的极限内或在额定工作条件内在影响量数值的任意组合上测得的工作误差应处于它们给定的极限内方法 和 原则上等效但方法 在大多数情况下费用很高而且有时不可能实现对于规定最不利状态误差 方式测得的固有误差和变动量经计算后应在所采用的极限内 见破坏性环境试验按下述条件经过规定的时间进行试验来确定设备在额定工作条件下 是否满足其给定的相
22、关的性能用任意个规定的影响量在极限条件内任何可能的取值上工作之后在非工作状态下经受了规定影响量在贮存和运输条件内 假定的任何可能值的条件之后设备暴露后应接受开关和其他机械部件损坏情况的检查检查设备的工作情况应符合所有规定的性能要求测试设备影响的考虑通常应使用对被测值影响不明显 或仅可计算出 的测量仪器进行测试 原则上在测试中使用的这些测量仪器产生的误差与测定的误差相比应可以忽略不计当测量仪器的误差不能忽略时 应采用下述原则 目的在于使制造厂不把超差的仪器交货 且使用方不把未超差仪器拒收如果对于一个给出的性能特性其给定的允许误差为 而相应的测试方法的误差是 那么制造方的误差极限应为 且使用方的误
23、差极限应为相对于 而言 值应尽可能的小 当 与 的比值趋近于 时在非常准确的测试方法的高费用且有时工作很麻烦与准确度有疑义的被测仪器之间作一个折衷是必要的 否则 制造厂合格的仪器可能不能交货 或者用户可能接收事实上不合格的仪器的比值最好是 这样 通常就可以忽略不计 由于高费用或缺乏可应用的技术 这样高的比率往往是难以做到的而较低的比率如 或 常常是可以做到的受试设备的条件设备包括附件进行合格试验之前 应按制造方的说明书做好使用前的准备 要考虑到预热时间和预调工作在试验期间使用者可以在制造厂规定的期间内反复进行调节 如果使用者这样的调节不影响检测的误差则可在任何适当的期间进行 除了测量零点漂移之
24、外需要时可调节模拟式指针的机械零点当明确规定误差极限只有在使用者调节后才有效时 应进行调节 使用者调节后应立即进行测量 以免受漂移 如果有 的影响按要求制造厂应说明 对使用可更换电池工作的设备进行基准条件下的电气试验时 是否允许用外部直流电源代替电池 此电源在电压和阻抗上应与电池等效基准工作条件在本篇叙述的用于合格试验而建立的基准条件中温度 相对湿度及大气压的基准范围优先选自任何其他影响量的基准范围不包括对任何性能特性的误差具有任何明显影响的值注 对于大多数实际情况 此范围可以理解为不包括导致的差的增加超过在没有影响量情况下得到的固有误差的的值按要求 制造厂应说明他为其产品规定的任何影响量的基
25、准值或基准范围作为指南一些可能影响测量设备性能的影响量列举如下气候影响量环境温度大气相对湿度大气压高度太阳辐射的热效应环境空气的速度沙与尘盐雾污染气体或水蒸气液态水 凝露 雾滴水或溅水结冰霉菌机械影响量工作位置通风振动机械冲击声压电源影响量电压频率失真因数瞬态干扰供电电源的源阻抗保护导体的电位直流电源的纹波场与辐射作为影响量电场磁场电磁场电离辐射附录标准的附录工作误差的统计计算在本附录中固有误差和变动量都称作部分误差推荐公式公式 和 假定部分误差在统计上是独立的公式 此公式用于部分误差的极限相对于零为非对称时式中 工作误差的下限工作误差的上限算术平均值试验的标准偏差部分误差规定的下限部分误差规
26、定的上限部分误差的下标号公式 如果部分误差的极限相对于零是对称的 则可使用该公式的简化形式即注 公式 就是在计算总误差中经常应用的部分误差的平方和 它的不同仅在于系数 此系数保证了公式和 计算极限值时超出这些值的可能性同样都是很小的计算基础每个部分误差可以看作一个随机变量 它不超过其给定的容差极限 和 对于大多数部分误差而言这是仅可确信的一条 这是由于测量设备的制造期间 只有这些容差极限作为与设备性能有关的试验判据基于上述情况部分误差 以相同的概率在 区间的每个位置出现的假设 从本质上讲 比服从正态分布的假设更不利 而且前一个假设比 仅位于区间的极限上的假设更为现实用这种均匀分布的假设并运用统
27、计规则就能推导出进一步的关系并可以计算出每一个部分误差的平均值和标准偏差 于是就可以计算工作误差的分布参数 根据统计学的中心极限原理 包含在工作误差内的固有误差和所有变动量的任意和是一个渐近的正态分布 一个预先指定的与正态分布相关的概率这里是 能够用来形成一个置信区间平均来说它包括随机可变的工作误差所有值的这由 章中给出的公式来实现如果需要预先指定不同于 的概率 在公式 的第二项里 等于 的系数 可以改变 举一些例子如下不超过极限的概率 系数 超过极限的概率超过极限值的概率的含义在 章计算工作误差的规则中 当假设测量的固有误差和变动量真正符合的均匀分布时 超过计算的极限值的概率大约在 然而 连
28、续生产的方法通常不允许这样的分布 由于这些情况这就出现了超过极限值的真实概率问题 这个问题是无法解答的 只有一些情况是可以确定的 一方面可以考虑在工作条件内的测量条件 第二个方面可考虑用相同型号的测量仪器 以使这些规定的工作误差极限是有效的如果对一个测量从这两个方面任意进行选择即测量条件以及测量设备 那么 超过工作误差的极限值的出现概率就明显小于 如果测量条件的选择不是任意的 但可优先选择避开极端值来代替选择测量条件 那么超过极限值的概率还会进一步减小 如果测量主要在极端测量条件下进行那么可能达到甚至超过 的值附录提示的附录第一版的环境要求几个现有的依据 第一版而定的 标准 要求制造厂按照三个
29、已知的严酷等级即使用组和 组去规定具体的影响量的值和范围第一版的三个使用组如下适合于在室内使用 并在实验室和工厂通常条件下 且要小心操作设备适合于在具有防止出现环境的全部极限值的环境中使用并在 组和 组之间的操作条件下适合于在室外使用 且在设备可能易受粗暴操作的区域里可以预见现有标准不久就要修订以便采用本标准中阐述的体系 在此期间也应了解本标准的要求如下基准值和基准范围应按照本标准第 章进行选择 并且额定使用范围工作极限范围及贮存和运输极限范围应按照此附录中出现的可选使用组来选择注在此附录中没有提到第 章中出现的一些影响量的一部分或全部范围 原因是 第一版已说明它们尚在研究中运用中 可忽略 一
30、词意味着所指的忽略量对误差没有重要影响 见 的注气候条件环境温度额定使用范围工作极限范围在本标准中称为 极限条件除非另作说明它等于额定使用范围贮存和运输极限范围 在本标准中称为贮存和运输条件空气相对湿度由于温度和湿度的极端值不大可能同时出现如果有的话对于连续工作制造厂可以规定可能施加的时间极限 并应规定其组合的极限值额定使用范围 排除凝露包括凝露包括凝露气压高度额定使用范围达和 达太阳辐射的热效应额定使用范围 和 没有直接照射太阳辐射加上环境温度的组合效应不应使表面温度超过单独由 的环境温度造成的温度环境空气的速度额定使用范围 和空气的砂尘含量额定使用范围 和 可忽略的含量制造厂规定的含量空气
31、中的盐雾含量额定使用范围 和 可忽略的含量制造厂规定的被验证的防护空气中污染气体或水蒸气的含量额定使用范围 由制造厂规定空气中的液态水的含量额定使用范围 可忽略的含量滴水溅水注防溅水不意味着密封在国际电气设备合格认证委员会 标准第 部分第 章中给出了防滴水和防溅水装置的说明机械条件工作位置额定使用范围 和 基准位置基准位置通风额定使用范围 和 可忽略的堵塞在通风不被堵塞的情况下 通风的障碍加上环境温度不应使表面温度超过单独由 的环境温度造成的温度振动额定使用范围 可忽略的值和 由制造厂规定供电电源条件供电电源电压 考虑到波形失真 见表表直流和交流均方根值额定电压的百分数交流峰值额定电压的百分数额定使用范围工作极限范围本标准称作极限条件 除非另有说明它等于额定使用范围供电电源频率额定使用范围 和 额定值额定值交流供电电源的失真失真用一个因子 来描述 波形应保持在下式的包络形状里和额定使用范围和当设备与供电电源连接时 值是有效的注上述公式适用于半波或全波 取决于零交点是否等间距如果交流峰值电压超过 规定的值则不能使用该电源而尚在研究中其他失真交流供电电源中的脉冲和尖峰暂时包括在 条中在考虑中在考虑中直流电源的纹波额定使用范围 电源电压的电源电压的电源电压的工作极限范围电源电压的给出的值是用直流供电电源平均值的百分数表示的纹波电压的峰峰值
