电动执行机构死区响应测试技术与标准应用研究

一、死区的基本概念及其对系统性能的影响

死区是电动执行机构关键的性能指标，特指输入信号发生变化时，执行机构输出未能产生相应动作的输入信号范围。在这一范围内，无论输入信号如何变化，执行机构的输出都保持恒定不变。死区的大小主要取决于执行机构的设计精度以及所用传感器的灵敏度水平。

死区对控制系统性能的负面影响不容忽视。过大的死区会显著降低执行机构的响应速度和控制精度，导致整个控制系统出现明显的滞后现象。在极端情况下，死区还可能引发系统振荡或稳定性问题，严重影响控制系统的可靠性和准确性。

在工业自动化领域，电动执行机构死区的精确测试与合理控制对保障整个控制系统的工作效率与稳定性具有至关重要的意义。死区会导致执行机构无法准确执行控制指令，进而影响产品质量、降低生产效率，并增加设备维护成本，甚至可能对整个生产系统的安全性构成威胁。

二、GB/T 28279-2023标准下的死区测试方法

1. 测试基本原理

根据GB/T 28279-2023标准的要求，电动执行机构死区测试需在特定测试点进行，通常选择行程的25%、50%和75%三个位置作为基本测试点。测试时需缓慢调整输入信号，精确测量执行机构开始产生动作的临界点。

测试过程中，首先需缓慢增大或减小输入信号（建议以0.01的步长调整），直到执行机构的输出轴产生肉眼可观察到的行程变化，记录此时的输入信号值I1。随后，沿相反方向以相同方式改变输入信号，再次观察到输出轴动作时记录输入信号值I2。

2. 死区计算公式

根据标准定义，死区值可通过以下公式计算：

Δ=I∣I1−I2∣×100%

其中，$\Delta$为死区值（%），I为输入信号范围。当输入信号范围为0-20mA时，I取20；当输入信号范围为4-20mA时，I取16。

测试结果判定需参照JB/T 8219-2016的6.1.4规定，检查死区值是否符合相应精度等级的要求。不同精度等级的执行机构对应不同的死区允许范围，这是评估产品合格与否的关键依据。

三、测试环境与设备要求

1. 测试环境条件

死区测试应在标准环境下进行，包括环境温度（20±5）℃、相对湿度不大于85%RH的稳定环境。测试现场应保持清洁、安静、光线充足，无显著振动和电磁干扰，确保测试结果的准确性和可靠性。

测试电源应保持稳定，220VAC电源波动不应超过额定值的10%，24VDC电源波动不应超过5%。气源应清洁、干燥，露点至少比最低环境温度低10℃，气源压力波动不应超过额定值的10%。

2. 测试设备要求

死区测试所需设备包括高精度信号发生器、数字万用表、位移测量仪器等。标准仪表和仪器应具备有效的检定合格证书，其基本误差的绝对值不应超过被校仪表基本误差绝对值的1/3。

对于高端执行机构，推荐使用非接触式测量系统，如激光位移传感器或高精度机器视觉系统，这些设备能够自动记录输出轴的微小位移，大大提高测试精度和效率。

四、测试流程与操作规范

1. 测试前准备

测试前需对执行机构进行外观检查，确保设备完整无损、附件齐全、铭牌清晰、封印完好。同时检查电气绝缘性能，用500V兆欧表测量接线端子对地绝缘电阻，应大于20MΩ。

设备预热是确保测试准确性的重要环节。执行机构应在试验环境下放置2小时以上，测试前后仪表需预热15分钟以上，预热后进行不少于3次的全范围运动，然后才开始正式测试。

2. 具体测试步骤

• 测试点选择：在执行机构的25%、50%和75%行程位置分别进行测试。

  
  

• 输入信号控制：缓慢增加或减小输入信号（步长0.01），直到观察到输出轴开始动作为止。

  
  

• 数据记录：记录两个方向上的临界点信号值I1和I2，每个测试点应重复测量3-4次以提高准确性。

  
  

• 实时监控：测试过程中需同时监测并记录环境温度、湿度和电源电压等参数，以便对异常数据进行修正分析。

  
  

表1：电动执行机构死区测试记录表示例

五、测试数据处理与分析

1. 数据有效性验证

测试完成后，需对采集数据的有效性进行验证。检查数据的变化趋势是否符合预期，剔除因外界干扰导致的明显异常数据点。对于重复性差的测试点，应重新进行测试，确保结果的可靠性。

数据分析时，应计算每个测试点多次测量的死区平均值，并与标准规定的允许值进行比较。同时，还需分析死区在执行机构全行程范围内的一致性，评估产品的综合性能。

2. 不确定度评估

测试结果应包含不确定度评估。考虑标准器误差、环境条件波动、读数误差等因素对死区测试结果的影响。扩展不确定度应小于死区允许值的1/3，确保测试结果的可信度。

六、死区调整与优化策略

针对测试中发现的死区超标问题，可采取多种调整策略。通过优化机械结构，减小齿轮间隙和传动链中的空程，可有效降低死区。此外，调整传感器的灵敏度或更换更灵敏的传感器也是常用的死区减小方法。

控制策略优化是减小死区的另一重要途径。在控制系统中引入PID调节器，特别是合理设置微分参数，可有效补偿系统死区。此外，采用前馈控制或自适应控制算法，也能显著降低死区对系统性能的影响。

定期维护保养对维持执行机构低死区运行至关重要。包括保持执行器清洁干燥，定期检查机械结构的磨损情况，消除过度间隙和摩擦力，以及保持控制信号的稳定性。

七、行业应用与标准实施建议

1. 不同行业的死区要求

各工业领域对执行机构死区的要求存在差异。化工行业因介质的腐蚀性和毒性，需要选择耐腐蚀、死区小的执行机构；食品行业关注卫生要求，需选择密封性好、易于清洁的产品；而医疗行业则要求极高的精度和可靠性。

针对特定应用场景，死区要求也会有所不同。对于精确控制场合（如精细化工、制药工艺），死区通常需控制在0.5%以下；而对于一般开关控制，1%-2%的死区可能是可以接受的。

2. 标准实施建议

GB/T 28279-202标准的有效实施需要生产企业、用户和检测机构的共同参与。生产企业应建立完善的质量管理体系，对每台出厂产品进行死区测试；用户单位需制定科学的验收规范，定期对在役设备进行性能检测；检测机构则应严格遵循标准方法，确保测试结果的准确性和公正性。

数字化转型背景下，执行机构死区测试也将向智能化方向发展。通过集成传感器和通信接口，实现死区的在线监测和预测性维护，结合数字孪生技术，在虚拟空间中模拟和优化执行机构性能，将是未来的重要趋势。

结语

电动执行机构死区响应测试是评估其性能和质量的重要手段，GB/T 28279-2023标准为测试提供了科学规范的方法依据。通过严格遵循标准要求，采用精确的测试设备和方法，可以准确评估执行机构的死区特性，为产品质量控制和应用选型提供可靠依据。

随着工业自动化技术的不断发展，对执行机构控制精度的要求将越来越高，死区测试技术也需不断创新和完善。未来，随着传感器技术、数字孪生技术和人工智能技术的发展，死区测试将更加精准、高效，为电动执行机构在各工业领域的可靠应用提供有力支撑。