智能壓力表檢定儀的設(shè)計

　　摘 要：本文介紹了一款新的經(jīng)濟(jì)型的智能壓力表檢定儀的設(shè)計，該檢定儀可以完成檢定指針式普通壓力表、精密壓力表、壓力傳感器、壓力變送器的全自動檢定，操作方便、檢定精度高，測量重復(fù)性小，穩(wěn)定性好。開發(fā)軟件用采用美國NI公司的LabVIEW2011可視化開發(fā)系統(tǒng)，具有良好的人機(jī)交流界面。
　　關(guān)鍵詞：壓力表檢定儀 計量檢測 圖像處理
　　中圖分類號：TH812文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791（2012）09（a）-0167-02
　　壓力表是工業(yè)生產(chǎn)中重要的壓力測量儀表，廣泛用于熱力管網(wǎng)、供水供氣、輸油等系統(tǒng)，幾乎應(yīng)用于工業(yè)流程各個環(huán)節(jié)領(lǐng)域。故壓力表的準(zhǔn)確性對生產(chǎn)、安全、防護(hù)等有著重要的影響。壓力表的檢定工作也顯得格外重要，但是傳統(tǒng)的壓力表檢定在計量領(lǐng)域一直是一個耗時、耗力、相當(dāng)繁瑣的工作，檢定壓力表的方法基本是用連通管將被檢壓力表和一塊測量范圍相近的精密壓力表相連，通過手動增壓對壓力表各受檢點進(jìn)行數(shù)據(jù)比對來確定示值誤差、回程差等指標(biāo)。此種方法勞動強(qiáng)度大，耗時，效率低。由于檢定時人眼讀數(shù)，長時間檢定后估讀誤差會偏大，眼睛疲勞，在一定程度上影響檢定結(jié)果和勞動效率。隨著控制技術(shù)及圖像處理技術(shù)的發(fā)展，壓力表檢定近年來也逐步實現(xiàn)了半自動化到全自動化的發(fā)展，目前投入使用的產(chǎn)品也有，本文就該類檢定儀進(jìn)行研究，設(shè)計出一款新型全自動智能壓力表檢定儀，他是基于壓力源控制技術(shù)、圖像處理技術(shù)及數(shù)據(jù)處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，能夠有效提高檢定的精度，減少工作強(qiáng)度，同時測量結(jié)果的不確定度也有所減小，勞動效率也有較大提高。該檢定儀進(jìn)行壓力表檢定時只需要檢定人員按要求安裝好壓力表，調(diào)整好攝像頭位置即可，檢定儀完成整個檢定過程，輸出結(jié)果，檢定時間約1分鐘，在大批量的壓力表檢定時更能顯示出他的優(yōu)勢。
　　1 智能壓力表檢定儀的總體要求和性能指標(biāo)
　　該智能壓力表檢定儀可以用于精密壓力表、普通壓力表、壓力傳感器、壓力變送器、壓力調(diào)節(jié)閥等檢定，用戶只要按要求安裝被檢壓力表，將CCD攝像頭瞄準(zhǔn)壓力表表盤，按要求選擇相應(yīng)壓力表類型點擊“開始”鍵，壓力表檢定儀即能完成相關(guān)指標(biāo)檢定。該儀器同時具有手動檢定功能，在某些特殊惡劣環(huán)境下，可以選擇手動檢定工作方式。
　　該壓力表檢定儀的技術(shù)參數(shù)要求能達(dá)到表1所示指標(biāo)。
　　以上技術(shù)指標(biāo)能夠完全滿足壓力表檢定規(guī)程要求，本設(shè)計根據(jù)以上技術(shù)指標(biāo)完成各硬件、軟件設(shè)計與配件選取。
　　2 壓力表檢定儀的結(jié)構(gòu)組成
　　該檢定儀是一款全自動壓力表校驗儀器，該儀器由壓力控制技術(shù)、CCD攝像技術(shù)及圖像處理技術(shù)基礎(chǔ)上設(shè)計而成，實現(xiàn)指針式壓力表的檢定（如圖1）。
　　2.1 壓力控制系統(tǒng)
　　檢定儀的壓力控制系統(tǒng)包括壓力產(chǎn)生模塊和壓力控制部分組成，主要是有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動活塞壓力計來增壓與調(diào)壓，控制系統(tǒng)中用0.05%精密壓力表測量實時壓力，反饋給控制系統(tǒng)達(dá)到閉環(huán)控制?；钊麎毫τ嬤x用0.05%等級，檢定時電機(jī)驅(qū)動先大步加壓，待加壓至被檢表量程90%時變?yōu)榉€(wěn)步小步進(jìn)增壓，保證系統(tǒng)靜態(tài)壓力精度及壓力產(chǎn)生的快速性，又不會引起過沖[1]。為防止被檢表過壓沖壞，該控制系統(tǒng)設(shè)定最高壓力保護(hù)設(shè)計，根據(jù)被檢表的量程設(shè)定活塞壓力計的增壓最高上限，當(dāng)壓力增至上限值時自動停止增壓。步進(jìn)電機(jī)采用森創(chuàng)兩相混合步進(jìn)電機(jī)，穩(wěn)定性好，驅(qū)動精度高，響應(yīng)速度快，通過驅(qū)動控制器最小可以達(dá)到0.01°的控制精度。
　　2.2 CCD攝像與采集系統(tǒng)
　　本部分由CCD攝像頭對準(zhǔn)壓力表表盤，對壓力表各受檢點位置實時拍攝，待壓力升至被檢點時采集數(shù)據(jù)。本設(shè)計中選用MV-VS130FM/FC高分辨率黑白/彩色工業(yè)數(shù)字CCD攝像機(jī)，最高分辨率為1280×1024，象素尺寸4.65μm，黑白輸出，清晰度大于960線，12位數(shù)據(jù)輸出，具有較好的數(shù)據(jù)交換接口。
　　2.3 圖像處理
　　該部分主要由圖像獲取、圖像采集、圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、圖像預(yù)處理組成。由CCD攝像頭獲取的圖像經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡采集并傳輸給計算機(jī)，圖像進(jìn)行預(yù)處理，主要包括邊緣檢測、圖像銳化、閥值分割等，使原始圖像成為清晰的，對比度良好的可處理圖像。經(jīng)過處理后的圖像數(shù)據(jù)獲取表盤位置、示值刻度線、指針位置等主要參數(shù)，最終計算檢定點的示值。
　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
　　該設(shè)計系統(tǒng)開發(fā)軟件采用LabVIEW 2011可視化開發(fā)系統(tǒng)，直觀的用戶界面，對圖像處理功能較好，同時應(yīng)用C語言對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理將結(jié)果輸出。考慮大多檢定機(jī)構(gòu)需要做原始記錄，該設(shè)計中將數(shù)據(jù)及處理結(jié)果與原始記錄相銜接，可以實現(xiàn)檢定結(jié)果用原始記錄的格式輸出并保存副本，為檢定人員節(jié)省原始記錄的編寫，進(jìn)一步提高檢定員勞動效率。
　　4 計量性能驗證
　　4.1 重復(fù)性試驗
　　選取一計量性能較穩(wěn)定的0.4級精密壓力表，按照要求安裝后重復(fù)性條件下重復(fù)檢測8次，將8次數(shù)據(jù)輸出進(jìn)行統(tǒng)計分析，各個受檢點將8次數(shù)據(jù)分別計算實驗標(biāo)準(zhǔn)差，結(jié)果均小于0.5%，符合最初設(shè)計要求。
　　4.2 穩(wěn)定性試驗
　　通常計量領(lǐng)域?qū)Ψ€(wěn)定性考核方法主要有兩種方式：（1）高一等級標(biāo)準(zhǔn)溯源方法，（2）用穩(wěn)定的計量器具每間隔某一時間對考核對象進(jìn)行檢測，連續(xù)檢測三次以上。根據(jù)具體情況，該穩(wěn)定性考核選用第二種方法，選擇一0.4級精密壓力表，每隔一個月用該檢定儀進(jìn)行檢定一次檢測，連續(xù)觀測三個月，四次試驗中最大值與最小值之差均小于精密壓力表的最大示值誤差。符合JJF1033-2008計量標(biāo)準(zhǔn)考核要求。
　　5 結(jié)語
　　本設(shè)計達(dá)到壓力表檢定及不確定度規(guī)范要求，作為檢定儀器，其具有較高的精度等級，同時操作簡單，性能穩(wěn)定，重復(fù)測量能力較強(qiáng)，同時具有良好的人機(jī)溝通能力，一定程度的減小了勞動強(qiáng)度，且勞動效率也大大提高，有較好的使用價值。
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