全自动压力校验仪的设计 手持全自动压力校验仪
摘要：文章针对传统压力校验仪进行自动化改造，采用了当今最新的自动调焦系统、图像识别技术、先进的机械电子技术以及数控造压系统，实现了压力表读数的数字化和检定过程的自动化，具有高精度﹑高效率﹑操作灵活﹑使用方便、全过程自动化等特点。
关键词：压力表；自动校验；自动识别；数控造压
中图分类号：TP216 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）20-0030-03
在工业生产、国防建设、科学研究、日常生活与医疗卫生等领域中，压力是一个非常重要的检测参数。压力仪器仪表或装置设施是对生产或试验过程中的压力信号进行显示、记录、监控、调节的设备，其性能直接关系到产品和科研成果的质量。为了给生产和科研过程提供质量保证，就一定要确保压力仪器仪表或装置设施的精度、可靠性等性能。压力仪器仪表的精度会随时间的推移发生变化，所以，必须要对压力仪表进行定期的压力校验。传统的压力校验仪大都采用人手调节、人眼识别和手动敲击的方式，不仅劳动强度大、工作条件差、校验效率低，而目读数容易受人为主观因素的影响，准确度很难得到保证。随着自动化技术和压力传感器技术的不断发展，自动进行压力校验已经成为可能。当前，国内外也出现了一些自动压力校验装置，但这些校验装置仍然处于半自动化状态。针对此，设计了全自动压力校验仪。本次设计采用当今最新的自动调焦系统、图像识别技术，先进的机械电子技术以及数控造压系统，具有高精度、高效率、操作灵活、使用方便、全过程自动化等特点。
1 全自动压力校验仪工作原理
全自动压力校验仪采用CCD摄像代替人眼、精密伺服电机代替人工造压、计算机代替人脑，实现了全程自动化。每次最多可同时检测4个同规格的压力表。
操作者装好压力仪表后，在调焦软件2.0界面上输入被检表参数，点击“自动调焦”按钮，控制系统将驱动电机工作。电机推动推杆及CCD镜头进行前、后、上、下运动，使压力仪表在计算机屏幕上的显示达到最清晰的效果。
调焦过程结束后，进入仪表检定阶段。在计算机上输入检定参数，开始检定后，计算机向控制箱的微处理器发出检定命令，伺服电机驱动仪器加压系统，使其产生压力变化。图像处理系统实时拍摄压力表表盘图像并识别出每个检定点的压力值读数，该识别结果与压力传感模块标准相比较后，得出压力表的各项示值误差，按照相应的检定规程，对所得数据计算并做出检定结论。形成检定记录或报表，并及时打印出来。
其工作原理示意图如下：
图1 工作原理示意图
2 自动调焦系统的设计
压力校验仪一般的校验范围在40MPa以上，特别是油田用压力校验仪所处环境较为恶劣，所以对自动识别系统的要求比较苛刻。
本次设计的全自动压力校验仪自动识别系统和以往的普通校验仪不同。它是采用性能稳定可靠、易于安装、相机结构紧凑、结实不易损坏、连续工作时间长、可在较差的环境下使用的工业CCD摄像系统来代替操纵者的人工识别，运动中采用伺服电机和滚珠丝杆导轨，如图2所示。通过伺服电机的传动，带动滚珠丝杆上的滑块移动，然后通过滑块带动摄像头移动的距离来实现摄像头对压力表的调焦过程。
1. 仪表底座；2. 垂直推杆；3. 垂直滑块；4. 水平横向导轨；5. 水平滑块；6. 水平机架；7. 摄像机架；8. CCD摄像机
图2 调焦结构原理示意图
3 检定系统的设计
高精度数字采集系统：由压力传感器和数据采集卡组成。系统通过采集精度达0.05%的压力传感器信号，通过24位A/D传输给单片机。
电控造压系统：由微处理器和功能板组成。采集系统采集的压力信号通过PID算法精准控制系统压力的升降，并把标准压力数据传送于计算机。微处理器采用单片机技术，增压速度快，控压平稳。机械造压部分采用进口高密封材料，低噪音且无泄漏。仪器电路关键部分全部采用集成元件，大大提高了系统的可靠性，且抗干扰性能极佳。
软件图像处理系统：计算机软件由Windows软件开发而成，它符合目前国内全部压力仪表检定规程。本仪器软件升级很方便，能更好适应国家检定规程的变更。
4 总体设计
图3 全自动压力校验仪总图
识别范围：
0～60MPa压力表，表盘直径0～250mm。
分辨率：1/10000；图像分率：0.1分格；测量精度：0.05%。
测试环境：温度：20℃；湿度：60%RH。
微机接口：RS232（9针）。
例如对0～6MPa压力进行测试，测试结果如下：
表 1 0～6MPa测试结果
标准压力值 模块值（正程） 模块值（反程）
0.0000MPa 0.0000MPa -0.0002MPa
0.6000MPa 0.6003MPa 0.6004MPa
1.2000MPa 1.2009MPa 1.2003MPa
1.8000MPa 1.8009MPa 1.8004MPa
2.4000MPa 2.4009MPa 2.4001MPa
3.0000MPa 3.0010MPa 3.0005MPa
3.6000MPa 3.6011MPa 3.6002MPa
4.2000MPa 4.2013MPa 4.2005MPa
4.8000MPa 4.8012MPa 4.8007MPa
5.4000MPa 5.4005MPa 5.4005MPa
6.0000MPa 6.0007MPa 6.0006MPa
测试结果：误差范围0.05%F.S。
5 结论
在这次设计中，主要的工作原理是通过伺服电机的传动，带动滚珠丝杆上的滑块移动，然后通过滑块带动摄像头移动的距离来实现摄像头对压力表的调焦过程。伺服电机有很好的控制精度，通过脉冲的方式可以很好地控制滑块的位移；滚珠丝杆有很好的空间性，在最小的工作空间里完成最大的工作任务；CCD摄像头具有高性能的处理系统，可以满足设计中对压力表的调焦和校验工作。数控造压系统实现了精确压力控制，基于计算机的鉴定系统可实现数据分析处理及打印工作。经测试误差范围0.05%F.S。
参考文献
[1] 魏晓克．压力仪表的半自动检定系统优化设计[J]．电子仪器仪表用户，2000，（4）．
[2] 邓星钟，周祖德，邓坚．机电传动控制（第二版）[M]．武汉：华中理工大学出版社，1998．
[3] 米本和也．CCD/CMOS图像传感器基础与应用[M]．北京：科学出版社，2006．
（责任编辑：周加转）