智能壓力表檢定儀的設(shè)計(jì)
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(jì),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(dòng)檢定,操作方便、檢定精度高,測(cè)量重復(fù)性小,穩(wěn)定性好。開發(fā)軟件用采用美國(guó)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。
壓力表是工業(yè)生產(chǎn)中重要的壓力測(cè) 量?jī)x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(gè)環(huán)節(jié) 領(lǐng)域。故壓力表的準(zhǔn)確性對(duì)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(jì)量領(lǐng)域一直是一個(gè)耗時(shí)、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(cè)量范圍相 近的精密壓力表相連,通過(guò)手動(dòng)增壓對(duì)壓 力表各受檢點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)來(lái)確定示值 誤差、回程差等指標(biāo)。此種方法勞動(dòng)強(qiáng)度 大，耗時(shí)，效率低。由于檢定時(shí)人眼讀數(shù), 長(zhǎng)時(shí)間檢定后估讀誤差會(huì)偏大，眼睛疲 勞,在一定程度上影響檢定結(jié)果和勞動(dòng)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(lái)也逐步實(shí)現(xiàn)了半自 動(dòng)化到全自動(dòng)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)行研宄, 設(shè)計(jì)出一款新型全自動(dòng)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(shí)測(cè) 量結(jié)果的不確定度也有所減小,勞動(dòng)效率 也有較大提高。該檢定儀進(jìn)行壓力表檢定 時(shí)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(gè) 檢定過(guò)程,輸出結(jié)果，檢定時(shí)間約1分鐘， 在大批量的壓力表檢定時(shí)更能顯示出他 的優(yōu)勢(shì)。
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(diǎn)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(shí)具有手動(dòng)檢定功能,在某些 特殊惡劣環(huán)境下,可以選擇手動(dòng)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(jì)根據(jù)以上技術(shù)指標(biāo)完 成各硬件、軟件設(shè)計(jì)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(dòng)壓力表校驗(yàn)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(jì)而成,實(shí)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(dòng)活塞壓力計(jì)來(lái)增壓與調(diào)壓,控制 系統(tǒng)中用0.05%精密壓力表測(cè)量實(shí)時(shí)壓力, 反饋給控制系統(tǒng)達(dá)到閉環(huán)控制?；钊麎毫?/span> 計(jì)選用0.05%等級(jí),檢定時(shí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)先大步 加壓,待加壓至被檢表量程90%時(shí)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(huì)引起過(guò)沖[1]。為防 止被檢表過(guò)壓沖壞,該控制系統(tǒng)設(shè)定最高 壓力保護(hù)設(shè)計(jì),根據(jù)被檢表的量程設(shè)定活 塞壓力計(jì)的增壓最高上限，當(dāng)壓力增至上 限值時(shí)自動(dòng)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(dòng)精度 高,響應(yīng)速度快,通過(guò)驅(qū)動(dòng)控制器最小可以 達(dá)到0.01°的控制精度。
2.2CCD攝像與采集系統(tǒng)
本部分由CCD攝像頭對(duì)準(zhǔn)壓力表表 盤，對(duì)壓力表各受檢點(diǎn)位置實(shí)時(shí)拍攝,待壓 力升至被檢點(diǎn)時(shí)采集數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)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 X 1024,象素尺寸4.65 y m,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(jì)算機(jī)，圖像進(jìn)行預(yù)處理，主要包括邊緣檢 測(cè)、圖像銳化、閥值分割等，使原始圖像成 為清晰的，對(duì)比度良好的可處理圖像。經(jīng)過(guò) 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(jì)算檢定 點(diǎn)的示值。
3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
該設(shè)計(jì)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(duì) 圖像處理功能較好，同時(shí)應(yīng)用C語(yǔ)言對(duì)采集 數(shù)據(jù)進(jìn)行處理將結(jié)果輸出?？紤]大多檢定 機(jī)構(gòu)需要做原始記錄，該設(shè)計(jì)中將數(shù)據(jù)及 處理結(jié)果與原始記錄相銜接，可以實(shí)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(dòng)效率。
4.計(jì)量性能驗(yàn)證
4.1重復(fù)性試驗(yàn)
選取一計(jì)量性能較穩(wěn)定的0.4級(jí)精密 壓力表，按照要求安裝后重復(fù)性條件下重 復(fù)檢測(cè)8次，將8次數(shù)據(jù)輸出進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析， 各個(gè)受檢點(diǎn)將8次數(shù)據(jù)分別計(jì)算實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) 差，結(jié)果均小于0.5%，符合最初設(shè)計(jì)要求。
4.2穩(wěn)定性試驗(yàn)
通常計(jì)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(jí)標(biāo)準(zhǔn)溯源方法，
(2)用穩(wěn)定的計(jì)量器具每間隔某一時(shí)間對(duì)考 核對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)，連續(xù)檢測(cè)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(jí)精密壓力表，每隔一個(gè)月用該 檢定儀進(jìn)行檢定一次檢測(cè)，連續(xù)觀測(cè)三個(gè) 月，四次試驗(yàn)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(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核要求。
5.結(jié)語(yǔ)
本設(shè)計(jì)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(jí)，同時(shí)操作簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，重復(fù)測(cè)量 能力較強(qiáng)，同時(shí)具有良好的人機(jī)溝通能力， 一定程度的減小了勞動(dòng)強(qiáng)度，且勞動(dòng)效率 也大大提高，有較好的使用價(jià)值。
