一種油料電導(dǎo)率儀的自動(dòng)檢定方法

徐大剛，武文順，陳方汀，胡國星，拓 銳

（中國兵器工業(yè)第五三研究所，山東 濟(jì)南 250031）

0 引 言

油料電導(dǎo)率儀是一種廣泛用于測(cè)量輕質(zhì)石油產(chǎn)品安全參數(shù)的專用儀器，通過測(cè)定油料電導(dǎo)率可以了解輕質(zhì)石油產(chǎn)品在使用和運(yùn)輸過程中因靜電電荷積累形成情況，從而可以有效防止油料靜電事故發(fā)生[1-2]。

輕質(zhì)油料電導(dǎo)率儀是一種高阻測(cè)量?jī)x器，其測(cè)量范圍一般在1～1 999 pS。通常采用專用高阻值電阻箱對(duì)油料電導(dǎo)率儀進(jìn)行檢定，這種專用電阻箱內(nèi)一般放置5～10個(gè)阻值在1～20GΩ之間的高阻值電阻，通過旋轉(zhuǎn)波段開關(guān)選擇不同的輸出值。油料電導(dǎo)率儀的自動(dòng)檢定方法一直是一個(gè)較難解決的問題。

該文采用LabVIEW編程軟件對(duì)直流模擬電導(dǎo)裝置輸出進(jìn)行控制方法，實(shí)現(xiàn)了油料電導(dǎo)率儀的自動(dòng)檢定[3]。該方法可以根據(jù)檢定人員的需要設(shè)定任意的檢定點(diǎn)，在啟動(dòng)檢定程序后，通過控制軟件可以自動(dòng)將設(shè)定的檢定點(diǎn)按照一定的順序自動(dòng)完成并能夠自動(dòng)保存檢定結(jié)果。

1 LabVIEW編程原理及GPIB接口

1.1 LabVIEW編程原理

LabVIEW軟件采用可視化編程語言進(jìn)行編程。該軟件采用了大量的模塊化編程工具以及數(shù)據(jù)流顯示和程序流顯示，使編程和調(diào)試過程非常方便直觀。在開放的LabVIEW軟件環(huán)境下，控制軟件與測(cè)量設(shè)備的鏈接變得簡(jiǎn)單。另外，LabVIEW軟件還具有大量的數(shù)學(xué)運(yùn)算工具，有很好的界面設(shè)計(jì)和豐富的顯示方式。

1.2 GPIB接口

GPIB接口是一種并行接口總線，該總線具有數(shù)據(jù)傳送速度快、有效數(shù)據(jù)率高、驅(qū)動(dòng)能力和抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)[4]。通信距離可以達(dá)到20m，總線可以掛接15臺(tái)儀器或設(shè)備，最高傳輸速率可以達(dá)到8MB/s。

2 油料電導(dǎo)率儀自動(dòng)檢定原理

采用直流模擬電導(dǎo)裝置替代傳統(tǒng)的專用電阻箱作為標(biāo)準(zhǔn)高阻輸出，用GPIB接口把計(jì)算機(jī)與直流模擬電導(dǎo)連接，通過視頻采集電路把輕質(zhì)油料電導(dǎo)率儀的顯示圖像輸出到計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)接口[5]。

輕質(zhì)油料電導(dǎo)率儀自動(dòng)檢定主要由以下步驟組成：

（1）把直流模擬電導(dǎo)裝置的輸出與被檢定的油料電導(dǎo)率儀連接。

（2）對(duì)于無數(shù)字輸出接口的油料電導(dǎo)率儀，把視頻采集電路的圖像采集鏡頭對(duì)準(zhǔn)油料電導(dǎo)率儀的顯示窗口。

（3）用GPIB接口卡把直流模擬電導(dǎo)裝置和視頻采集電路的數(shù)據(jù)接口分別與上位機(jī)的數(shù)據(jù)接口連接。

（4）通過編制的控制軟件使直流模擬電導(dǎo)裝置自動(dòng)輸出預(yù)先設(shè)置的電導(dǎo)值。

（5）LabVIEW控制軟件定時(shí)啟動(dòng)視頻采集電路，拍攝記錄檢定結(jié)果。

2.1 硬件電路設(shè)計(jì)

通過GPIB接口卡將計(jì)算機(jī)和直流模擬電導(dǎo)裝置進(jìn)行連接，利用GPIB總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)直流模擬電導(dǎo)的控制、測(cè)試和數(shù)據(jù)處理。系統(tǒng)基本硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件示意圖

圖1中的GPIB和視頻采集卡通過USB口和計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，直流模擬電導(dǎo)通過IEE488接口與GPIB進(jìn)行連接。直流模擬電導(dǎo)的電導(dǎo)輸出通過連線把標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)輸出到被檢定的油料電導(dǎo)率儀，視頻采集卡把油料電導(dǎo)率儀的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄并傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

油料電導(dǎo)率儀自動(dòng)檢定系統(tǒng)的核心功能是通過LabVIEW語言編制的VI程序?qū)崿F(xiàn)的[6]。該控制軟件分為參數(shù)設(shè)置、儀器控制、圖像采集3個(gè)模塊。

參數(shù)設(shè)置模塊主要負(fù)責(zé)軟件的人機(jī)交互功能，在前面板顯示檢定過程的可控變量，即檢定點(diǎn)的數(shù)量、檢定值的大小以及檢定時(shí)間間隔等參數(shù)，并在自動(dòng)檢定過程開始前由用戶在前面板輸入。上述可控變量參數(shù)可以方便地進(jìn)行保存，每次啟動(dòng)該程序時(shí)，程序?qū)⒆詣?dòng)填入上次的變量參數(shù)。需要修改時(shí)，可以進(jìn)入?yún)?shù)改變界面。

儀器控制模塊負(fù)責(zé)軟件的邏輯運(yùn)行和通信功能，用戶在前面板輸入的測(cè)試參數(shù)經(jīng)由控制模塊翻譯成儀器的通信控制指令，再由GPIB總線發(fā)送至直流模擬電導(dǎo)，從而控制其輸出高阻的阻值范圍和時(shí)間。此外，程序運(yùn)行時(shí)的過程控制和錯(cuò)誤處理也是由儀器控制模塊完成。

圖像采集模塊負(fù)責(zé)圖像采集和存儲(chǔ)功能，直流模擬電導(dǎo)輸出的阻值被油料電導(dǎo)率儀測(cè)定后再由圖像采集設(shè)備采集顯示的圖像，同時(shí)采集的圖像會(huì)顯示在控制程序的用戶界面，軟件自動(dòng)以采集的日期時(shí)間為名稱命名采集到的圖像，并且存儲(chǔ)到特定文件夾內(nèi)。

3個(gè)模塊之間功能明確，沒有交集，方便軟件的后期維護(hù)和升級(jí)。例如，要升級(jí)圖像采集模塊使之能自動(dòng)從采集的圖像中提取數(shù)據(jù)信息，則只需要用新的VI模塊替換原有的圖像采集模塊即可，而不需將整個(gè)程序重寫，這無疑大大降低了軟件的二次開發(fā)成本。

控制軟件在主結(jié)構(gòu)上采用了精確定時(shí)While循環(huán)+順序結(jié)構(gòu)的方式。采用精確定時(shí)While循環(huán)而非for循環(huán)可保證測(cè)試過程中檢定時(shí)間點(diǎn)的準(zhǔn)確性；在程序的后期調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)直流模擬電導(dǎo)對(duì)控制指令的容錯(cuò)性較差，當(dāng)一條控制指令的內(nèi)容過長或者相鄰兩條指令的間隔過短都會(huì)造成直流模擬電導(dǎo)的運(yùn)行錯(cuò)誤。因此，程序最后選擇了在While循環(huán)內(nèi)部采用順序結(jié)構(gòu)，將一條完整的控制指令分割成兩條，并且在每條指令完成后都加入時(shí)間延遲，結(jié)果證明這種結(jié)構(gòu)很好地控制了直流模擬電導(dǎo)運(yùn)行過程中錯(cuò)誤的發(fā)生。

良好的程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保證了整個(gè)檢定流程的準(zhǔn)確無誤，從而間接確保了所采集的圖象數(shù)據(jù)的一致性和準(zhǔn)確性，大大降低了人工采集數(shù)據(jù)的不確定性和不可控因素的不利影響。程序的整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3 檢定過程

圖3是控制軟件的控制界面圖。從圖中可以看出，該軟件可以控制直流模擬電導(dǎo)裝置從0～1999 pS這9個(gè)點(diǎn)自動(dòng)進(jìn)行輸出[7-8]。

軟件運(yùn)行后，程序自動(dòng)將輸出順序、間隔時(shí)間和檢定點(diǎn)的設(shè)置值都設(shè)置完畢。如果需要改變其中的參數(shù)，可以通過編輯源程序進(jìn)行。用鼠標(biāo)點(diǎn)擊顯示面板上方的?按鈕，自動(dòng)檢定開始。0pS綠色指示燈首先點(diǎn)亮，表示輸出為0 pS。當(dāng)所有的綠色指示燈全部變綠時(shí)，檢定結(jié)束。更換下一個(gè)被檢油料電導(dǎo)率儀時(shí)再次用鼠標(biāo)點(diǎn)擊顯示面板上方的?按鈕。1999pS點(diǎn)是因?yàn)橐曨l采集卡需要在被檢儀器穩(wěn)定后才可以進(jìn)行圖像采集。因此必須在1 000 pS結(jié)束點(diǎn)后面多設(shè)置一個(gè)點(diǎn)，才能夠采集到1 000 pS的顯示數(shù)據(jù)。

圖2 軟件結(jié)構(gòu)圖

圖3 控制軟件的控制界面圖

油料電導(dǎo)率儀的檢定結(jié)果通過視頻采集系統(tǒng)被計(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄，記錄格式見圖4。檢定員可以通過圖4計(jì)算油料電導(dǎo)率儀的顯示單元檢定結(jié)果[9]。如果需要其他點(diǎn)的檢定數(shù)據(jù)，可以通過修改程序進(jìn)行調(diào)整。

圖4 檢定結(jié)果記錄圖

4 結(jié)束語

采用LabVIEW軟件編制的自動(dòng)控制程序，具有編程簡(jiǎn)潔、使用方便的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)采用直流模擬電導(dǎo)裝置可以方便地進(jìn)行計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，較好地解決了過去油料電導(dǎo)率儀無法自動(dòng)檢定的問題。該方法對(duì)油料電導(dǎo)率儀的生產(chǎn)廠家和檢定機(jī)構(gòu)提高檢定效率很有幫助，并且能有效減少檢定過程的人為干擾，提高檢定結(jié)果的可靠性。

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