智能壓力表檢定儀應用實踐微探
本文介紹了一款新的經(jīng)濟型的智能壓力表檢定儀的設計，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)，具有良好的人機交流界面。
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)，幾乎應用于工業(yè)流程各個 環(huán)節(jié)領域。故壓力表的準確性對生產(chǎn)、安全、防護等有著重 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域一直是一個耗時、耗力、相當繁瑣的 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 各受檢點進行數(shù)據(jù)比對來確定示值誤差、回程差等指標。此 種方法勞動強度大，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。隨著控制技術及圖像處理技術的 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行 研宄，設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、圖像處理技術及數(shù)據(jù)處理技術的基礎上， 能夠有效提高檢定的精度，減少工作強度，同時測量結(jié)果的 不確定性也有所減小，勞動效率也有較大提高。該檢定儀進 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
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攝像頭瞄準壓力表表盤，按要 求選擇相應壓力表類型點擊“開始”鍵，壓力表檢定儀即能 完成相關指標檢定。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。以上技術指 標能夠完全滿足壓力表檢定規(guī)程要求，本設計根據(jù)以上技術 指標完成各硬件、軟件設計與配件選取。
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、C⑶攝像技術及圖像處理技術基礎上設計而成， 實現(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，主要是有步進電機驅(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)達到閉環(huán)控制?；钊麎毫τ嬤x用0.05%等級，檢定時電 機驅(qū)動先大步加壓，待加壓至被檢表量程90%時變?yōu)榉€(wěn)步進 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。為防止被檢表過壓沖壞，該控制系統(tǒng)設定最高壓 力保護設計，根據(jù)被檢表的量程設定活塞壓力計的增壓最高 上限，當壓力增至上限值時自動停止增壓。步進電機采用森 創(chuàng)兩相混合步進電機，穩(wěn)定性好，驅(qū)動精度高，響應速度快，
通過驅(qū)動控制器最小可以達到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)。本設計中 選用MV-VS130FM/FC高分辨率黑白/彩色工業(yè)數(shù)字(XD攝像 機，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，圖像進行預處理，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)軟件設計
該設計系統(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，同時應用C語 言對采集數(shù)據(jù)進行處理將結(jié)果輸出。考慮大多檢定機構(gòu)需要 做原始記錄，該設計中將數(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，進一步提高檢定員勞動效率。
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到其本身的精度等級。 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。 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）下工作一段時間即耐壓，才能 最充分地顯示出來，同時可借此檢定彈簧管的滲漏情況。
4.計量性能驗證
4.1重復性試驗
選取計量性能較穩(wěn)定的0. 4級精密壓力表，按照要求安 裝后重復性條件下重復檢測8次，將8次數(shù)據(jù)輸出進行統(tǒng)計 分析，各個受檢點將8次數(shù)據(jù)分別計算實驗標準差，結(jié)果均 小于0. 5%，符合最初設計要求。
4.2穩(wěn)定性試驗
通常計量領域?qū)Ψ€(wěn)定性考核方法主要有兩種方式：（1) 高等級標準溯源方法，（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-0. 4級精密壓力表， 每隔一個月用該檢定儀進行檢定一次檢測，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。
5.結(jié)語
本設計達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， 重復測量能力較強，同時具有良好的人機溝通能力，一定程 度的減小了勞動強度，且勞動效率也大大提高，有較好的使 用價值。
