智能壓力表檢定儀應(yīng)用實(shí)踐微探
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 不確定性也有所減小，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。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)、C⑶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。
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。活塞壓力計(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) 引起過沖。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(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，
通過驅(qū)動(dòng)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(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(XD攝像 機(jī)，最高分辨率為1280X1024，象素尺寸4.65 um，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 言對(duì)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(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。
這就要從壓力表的敏感元件一彈簧管談起：檢定一塊壓 力表是否合格，就是要看儀表是否達(dá)到其本身的精度等級(jí)。 而彈簧式壓力儀表精度的高低主要與壓力表彈簧管的靈敏 度、彈性滯后、彈性后效以殘余變形量的大小等特性有關(guān)。 其中彈簧管的靈敏度取決于制造管子的材料、管壁的厚薄、 管子的截面形狀以及彈簧管彎角半徑的大小，當(dāng)管子投影成 以后，其靈敏度也就確定了。因此彈簧式壓力儀表精度的高 低，是由儀表本身結(jié)構(gòu)在校驗(yàn)中所產(chǎn)生的誤差來決定的，而 誤差的來源主要取決于彈性敏感元件在壓力或疏空作用后 所產(chǎn)生的彈性后效、彈性滯后和殘余變形量的大小。而這些 彈性敏感元件的主要特性造成彈簧式壓力儀表的示值誤差、 只有在其極限壓力（或疏空）下工作一段時(shí)間即耐壓，才能 最充分地顯示出來，同時(shí)可借此檢定彈簧管的滲漏情況。
4.計(jì)量性能驗(yàn)證
4.1重復(fù)性試驗(yàn)
選取計(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-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。
5.結(jié)語
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。
