一種油料電導(dǎo)率儀的自動檢定方法

徐大剛，武文順，陳方汀，胡國星，拓 銳

（中國兵器工業(yè)第五三研究所，山東 濟南 250031）

0 引 言

油料電導(dǎo)率儀是一種廣泛用于測量輕質(zhì)石油產(chǎn)品安全參數(shù)的專用儀器，通過測定油料電導(dǎo)率可以了解輕質(zhì)石油產(chǎn)品在使用和運輸過程中因靜電電荷積累形成情況，從而可以有效防止油料靜電事故發(fā)生[1-2]。

輕質(zhì)油料電導(dǎo)率儀是一種高阻測量儀器，其測量范圍一般在1～1 999 pS。通常采用專用高阻值電阻箱對油料電導(dǎo)率儀進行檢定，這種專用電阻箱內(nèi)一般放置5～10個阻值在1～20GΩ之間的高阻值電阻，通過旋轉(zhuǎn)波段開關(guān)選擇不同的輸出值。油料電導(dǎo)率儀的自動檢定方法一直是一個較難解決的問題。

該文采用LabVIEW編程軟件對直流模擬電導(dǎo)裝置輸出進行控制方法，實現(xiàn)了油料電導(dǎo)率儀的自動檢定[3]。該方法可以根據(jù)檢定人員的需要設(shè)定任意的檢定點，在啟動檢定程序后，通過控制軟件可以自動將設(shè)定的檢定點按照一定的順序自動完成并能夠自動保存檢定結(jié)果。

1 LabVIEW編程原理及GPIB接口

1.1 LabVIEW編程原理

LabVIEW軟件采用可視化編程語言進行編程。該軟件采用了大量的模塊化編程工具以及數(shù)據(jù)流顯示和程序流顯示，使編程和調(diào)試過程非常方便直觀。在開放的LabVIEW軟件環(huán)境下，控制軟件與測量設(shè)備的鏈接變得簡單。另外，LabVIEW軟件還具有大量的數(shù)學(xué)運算工具，有很好的界面設(shè)計和豐富的顯示方式。

1.2 GPIB接口

GPIB接口是一種并行接口總線，該總線具有數(shù)據(jù)傳送速度快、有效數(shù)據(jù)率高、驅(qū)動能力和抗干擾能力強的優(yōu)點[4]。通信距離可以達到20m，總線可以掛接15臺儀器或設(shè)備，最高傳輸速率可以達到8MB/s。

2 油料電導(dǎo)率儀自動檢定原理

采用直流模擬電導(dǎo)裝置替代傳統(tǒng)的專用電阻箱作為標(biāo)準(zhǔn)高阻輸出，用GPIB接口把計算機與直流模擬電導(dǎo)連接，通過視頻采集電路把輕質(zhì)油料電導(dǎo)率儀的顯示圖像輸出到計算機的數(shù)據(jù)接口[5]。

輕質(zhì)油料電導(dǎo)率儀自動檢定主要由以下步驟組成：

（1）把直流模擬電導(dǎo)裝置的輸出與被檢定的油料電導(dǎo)率儀連接。

（2）對于無數(shù)字輸出接口的油料電導(dǎo)率儀，把視頻采集電路的圖像采集鏡頭對準(zhǔn)油料電導(dǎo)率儀的顯示窗口。

（3）用GPIB接口卡把直流模擬電導(dǎo)裝置和視頻采集電路的數(shù)據(jù)接口分別與上位機的數(shù)據(jù)接口連接。

（4）通過編制的控制軟件使直流模擬電導(dǎo)裝置自動輸出預(yù)先設(shè)置的電導(dǎo)值。

（5）LabVIEW控制軟件定時啟動視頻采集電路，拍攝記錄檢定結(jié)果。

2.1 硬件電路設(shè)計

通過GPIB接口卡將計算機和直流模擬電導(dǎo)裝置進行連接，利用GPIB總線技術(shù)實現(xiàn)直流模擬電導(dǎo)的控制、測試和數(shù)據(jù)處理。系統(tǒng)基本硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件示意圖

圖1中的GPIB和視頻采集卡通過USB口和計算機進行數(shù)據(jù)交換，直流模擬電導(dǎo)通過IEE488接口與GPIB進行連接。直流模擬電導(dǎo)的電導(dǎo)輸出通過連線把標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)輸出到被檢定的油料電導(dǎo)率儀，視頻采集卡把油料電導(dǎo)率儀的顯示數(shù)據(jù)進行記錄并傳輸?shù)接嬎銠C。

2.2 軟件設(shè)計

油料電導(dǎo)率儀自動檢定系統(tǒng)的核心功能是通過LabVIEW語言編制的VI程序?qū)崿F(xiàn)的[6]。該控制軟件分為參數(shù)設(shè)置、儀器控制、圖像采集3個模塊。

參數(shù)設(shè)置模塊主要負(fù)責(zé)軟件的人機交互功能，在前面板顯示檢定過程的可控變量，即檢定點的數(shù)量、檢定值的大小以及檢定時間間隔等參數(shù)，并在自動檢定過程開始前由用戶在前面板輸入。上述可控變量參數(shù)可以方便地進行保存，每次啟動該程序時，程序?qū)⒆詣犹钊肷洗蔚淖兞繀?shù)。需要修改時，可以進入?yún)?shù)改變界面。

儀器控制模塊負(fù)責(zé)軟件的邏輯運行和通信功能，用戶在前面板輸入的測試參數(shù)經(jīng)由控制模塊翻譯成儀器的通信控制指令，再由GPIB總線發(fā)送至直流模擬電導(dǎo)，從而控制其輸出高阻的阻值范圍和時間。此外，程序運行時的過程控制和錯誤處理也是由儀器控制模塊完成。

圖像采集模塊負(fù)責(zé)圖像采集和存儲功能，直流模擬電導(dǎo)輸出的阻值被油料電導(dǎo)率儀測定后再由圖像采集設(shè)備采集顯示的圖像，同時采集的圖像會顯示在控制程序的用戶界面，軟件自動以采集的日期時間為名稱命名采集到的圖像，并且存儲到特定文件夾內(nèi)。

3個模塊之間功能明確，沒有交集，方便軟件的后期維護和升級。例如，要升級圖像采集模塊使之能自動從采集的圖像中提取數(shù)據(jù)信息，則只需要用新的VI模塊替換原有的圖像采集模塊即可，而不需將整個程序重寫，這無疑大大降低了軟件的二次開發(fā)成本。

控制軟件在主結(jié)構(gòu)上采用了精確定時While循環(huán)+順序結(jié)構(gòu)的方式。采用精確定時While循環(huán)而非for循環(huán)可保證測試過程中檢定時間點的準(zhǔn)確性；在程序的后期調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)直流模擬電導(dǎo)對控制指令的容錯性較差，當(dāng)一條控制指令的內(nèi)容過長或者相鄰兩條指令的間隔過短都會造成直流模擬電導(dǎo)的運行錯誤。因此，程序最后選擇了在While循環(huán)內(nèi)部采用順序結(jié)構(gòu)，將一條完整的控制指令分割成兩條，并且在每條指令完成后都加入時間延遲，結(jié)果證明這種結(jié)構(gòu)很好地控制了直流模擬電導(dǎo)運行過程中錯誤的發(fā)生。

良好的程序結(jié)構(gòu)設(shè)計保證了整個檢定流程的準(zhǔn)確無誤，從而間接確保了所采集的圖象數(shù)據(jù)的一致性和準(zhǔn)確性，大大降低了人工采集數(shù)據(jù)的不確定性和不可控因素的不利影響。程序的整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3 檢定過程

圖3是控制軟件的控制界面圖。從圖中可以看出，該軟件可以控制直流模擬電導(dǎo)裝置從0～1999 pS這9個點自動進行輸出[7-8]。

軟件運行后，程序自動將輸出順序、間隔時間和檢定點的設(shè)置值都設(shè)置完畢。如果需要改變其中的參數(shù)，可以通過編輯源程序進行。用鼠標(biāo)點擊顯示面板上方的?按鈕，自動檢定開始。0pS綠色指示燈首先點亮，表示輸出為0 pS。當(dāng)所有的綠色指示燈全部變綠時，檢定結(jié)束。更換下一個被檢油料電導(dǎo)率儀時再次用鼠標(biāo)點擊顯示面板上方的?按鈕。1999pS點是因為視頻采集卡需要在被檢儀器穩(wěn)定后才可以進行圖像采集。因此必須在1 000 pS結(jié)束點后面多設(shè)置一個點，才能夠采集到1 000 pS的顯示數(shù)據(jù)。

圖2 軟件結(jié)構(gòu)圖

圖3 控制軟件的控制界面圖

油料電導(dǎo)率儀的檢定結(jié)果通過視頻采集系統(tǒng)被計算機自動記錄，記錄格式見圖4。檢定員可以通過圖4計算油料電導(dǎo)率儀的顯示單元檢定結(jié)果[9]。如果需要其他點的檢定數(shù)據(jù)，可以通過修改程序進行調(diào)整。

圖4 檢定結(jié)果記錄圖

4 結(jié)束語

采用LabVIEW軟件編制的自動控制程序，具有編程簡潔、使用方便的優(yōu)點。同時采用直流模擬電導(dǎo)裝置可以方便地進行計算機自動控制，較好地解決了過去油料電導(dǎo)率儀無法自動檢定的問題。該方法對油料電導(dǎo)率儀的生產(chǎn)廠家和檢定機構(gòu)提高檢定效率很有幫助，并且能有效減少檢定過程的人為干擾，提高檢定結(jié)果的可靠性。

[1]朱成章.油料化驗[M].北京：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1995.

[2]GB/T 6539—1986輕質(zhì)石油產(chǎn)品電導(dǎo)率測量方法[S].北京：中國計量出版社，1986.

[3]胡卓林，孫薊沙，黎瓊煒.基于LabVIEW的自動檢定系統(tǒng)[J].計量與測試技術(shù)，2008，35（9）：46-47.

[4]雷雨.基于GPIB總線的接口模塊的研究[J].西華大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2006，25（4）：95-97.

[5]徐大剛.LabVIEW在電導(dǎo)率綜合檢定平臺的應(yīng)用[J].化學(xué)分析計量，2009，18（4）：62-65.

[6]陳錫輝.LabVIEW 8.2程序設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[7]GJB/J3049—1997輕質(zhì)油料電導(dǎo)率儀檢定規(guī)程[S].北京：國防工業(yè)出版社，1997.

[8]JJG 982—2003直流電阻箱檢定規(guī)程[S].北京：中國計量出版社，2003.

[9]陳寬基.計量測試技術(shù)手冊[M].北京：中國計量出版社，1997.