指針類壓力表自動采集技術方法研究

陳鑫 謝軍燕

【摘 ?要】針對指針類壓力表自動采集過程中常見的系統泄漏、自動讀數、規格型號繁多等問題，在技術方案上，提出三點法圖像處理技術、基于單片機技術終端控制采集技術、系統泄漏處理機制、后序遍歷法標準壓力控制等的解決方案，進一步使指針類壓力表自動采集技術與相關硬件設計更科學合理，符合JJG52-2013國家檢定規程。

【關鍵詞】壓力表;自動采集;視覺讀數

Research on automatic collection technology of pointer pressure gauge

Xin Chen ?Junyan Xie

（Shanghai Institute of Metrology and testing technology，Shanghai 203201）

Abstract：In view of the common problems of system leakage，automatic reading，various specifications and models in the process of automatic collection of pointer type pressure gauge，this paper puts forward three-point image processing technology，terminal control collection technology based on single-chip microcomputer technology，system leakage processing mechanism，standard pressure control of post chronology and other solutions in the technical scheme，so as to further enable the automatic collection technology of pointer type pressure gauge It is more scientific and reasonable with the related hardware design，and conforms to jjg52-2013 national verification regulation.

Keywords：Pressure gauge;automatic collection;visual reading

0引言

在所有壓力指示類儀表中，指針式壓力表占絕大部分，并廣泛應用在易燃、易爆、有毒物質的生產、儲存、運輸等危險場所的安全防護和醫療衛生等眾多領域，起到保護人民健康和生命、財產安全的作用。現有指針類壓力表檢定方法依據現有規程JJG 52-2013彈性元件式一般壓力表、壓力真空表和真空表檢定規程，主要靠計量人員目力觀察讀數，這種方法效率低，人為誤差大。開發研制新的指針類壓力表采集技術，從本質上提高壓力表計量的效率和質量，降低檢定人員的勞動強度，成為很多計量、科研機構研究和探索方向。

1 國內外技術水平現狀及研發難點

1）國內外計量機構對壓力表的計量大多處于人工操作計量階段。

2）國內外現無用于多規格指針式壓力表批量檢定的設備或者技術。

3）國內大多數壓力表計量設備生產商現有技術只對單一規格壓力表可實現2臺左右的半自動檢測，且對被檢表無法實現獨立控制。當出現不同規格時，實現批量檢測需提供不同壓力源，在規格較多的前提下，成本過高變得不可實現。

4）現有的半自動檢測系統無法推廣應用的主要原因是并沒有提升實際效率，加上一些異常處理，甚至比人工操作更慢。真正意義上的自動化批量檢定系統難以實現有以下原因：

（1）現有的指針式壓力表批量自動檢定系統都是基于由主控機直接處理光電采集后的媒體流，位圖處理軟件都是用同步處理的方式來工作，當被檢表數量增大時，主機要排隊處理每個采集器傳回來的位圖文件，這個處理時間會隨數據量增多而大大提升，導致處理時間冗長。例如：實現20個表的自動化處理，每個表10個檢定點，就是200個圖像要同時處理，加上泄露與規格型號的確定，一共會有240張位圖文件要同時處理，就按1張/秒的無異常處理計算，也會超過4分鐘，如果再加上異常處理，時間就會更長，不可能實現效率提升。

（2）對系統泄露處理的技術不成熟，必須手工干預，這也是自動化批量檢定系統難以解決的問題。

（3）對不同規格型號的無法實現自動化處理，不同規格型號的表，量程、分度值、被檢點、允差以及準確度等級都是不一樣的，批量處理算法不成熟，如果按現有的處理辦法，必須同一規格型號分別處理，不僅降低了效率還增加了硬件成本。

（4）現有的圖像識別處理技術，針對壓力表的，識別率不高，特別是對有“縮格”零位的壓力表，識別率就更低，因為有“縮格”零位的壓力表在整個量程范圍的角度與示值對應關系并不是均勻分布的，這樣就導致按角度估算示值就會帶會誤差，當“縮格”區別越大，誤差就越大。

2采取的技術路線及技術關鍵

針對指針式壓力表檢定自動采集面臨的幾個難題，采用的技術路線主要包括獨創的三點法圖像處理技術、基于單片機技術終端控制采集技術、系統泄漏處理機制、后序遍歷法標準壓力控制。

2.1三點法圖像處理算法

對現有的指針式儀表光電采集算法進行了大量的研究，利用C++軟件，結合壓力表自身的特點，獨創了三點圖像處理算法，采取全量程第二點、上限點和中心軸點為三點位置，計算出示值與角度對應的系數，這個系數對于每個壓力表都是固定的，通過獲得固定的系數，得到公式（1）

其中，為壓力示值，為壓力示值與角度對應的系數，為角度值。

根據公式（1）測試出角度值最終獲得示值的讀數，在此基礎上，寫入壓力表不同規格型號的讀數規則，使最終讀數符合壓力表檢定規程的要求。三點圖像處理算法還解決因為壓力零位區間“縮格”帶來的整個量程范圍內角度分布不均勻問題，對壓力表進行光電采集（如圖2所示）采用我們三點圖像處理算法后，讀數的準確度大大提升。

2.2 基于單片機技術終端控制采集技術

現有的批量壓力圖像處理技術，都是基于由主機對回傳的圖像進行處理，當要處理的圖像數量多時，主機處理時間就會變長，如果有異常情況要處理時，主機的負擔就進一步加重。項目組針對這一問題，采用了基于單片機技術終端采集技術，單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優點，將三點圖像處理算法與電磁閥以及輕敲位移的模擬器的控制算法，集中在每一臺終端的單片機里（見圖3），單片機采用通訊接口RJ11，直接連交換機，交換機再直接與主機相連，由單片機在終端處理完圖像后直接將數值發送到主機，并處理由主機發出的控制指令。使用單片機技術可以大大提升整個系統對批量處理的運行速度，也可以減輕異常處理對主機的負擔。

2.3 系統泄漏處理機制

壓力表批量處理一個難點就是系統泄漏，當系統（如圖4）某一處產生泄漏時，如果不能快速處理，在第一時間查找到泄漏點，并關閉泄漏點，那整個系統將無法正法工作。傳統的判斷與處理泄漏的方法是眼看耳聽、或者用氣體標識、或者用肥皂水等，這些方法都是需要人工參與，都不適用于本項目。針對這種情況，項目采用的方法是：每個被檢壓力表的接頭下都安裝一個壓力電磁閥開關，開關的控制集成在終端的單片機里，由主機發出控制指令;電磁閥與被檢表之間預留出一個空間足夠的腔體，運行開始時，先進行泄漏測試。

泄漏測試過程：確定系統最小量程的上限壓力值輸出一個壓力->保壓三分鐘->主機發出關閉所有電磁閥開關的指令，關系管路所有被檢表的電磁閥->主機發出采集被檢表讀數指令，采集數據->將采集的示值與第一步輸出的系統最小量程的上限壓力值進行比較->示值為零或者大于最大允許誤差絕對值時，判定為泄漏點，泄漏點電磁閥鎖死并在主機上報警。

2.4后序遍歷法標準壓力控制

批量處理系統是要處理不同規格型號的壓力表，它們由不同的單位送檢，排序是雜亂無章的，裝在系統中后，每個壓力表被檢點是不一樣的，對標準壓力值輸出要求也是不一樣的。采用了后序遍歷法標準壓力控制的方法，利用對壓力控制器的改造，輸出系統設定的壓力值，完成測試。后序遍歷法的原理是首先遍歷左子樹，然后遍歷右子樹，最后訪問根結點，在遍歷左、右子樹時，仍然先遍歷左子樹，然后遍歷右子樹，最后遍歷根結點。

具體方法如圖5所示：確定被檢表的規格型號->根據規格型號依據檢定規程列入所有的被檢點->去重（將所有檢定點中重復的去掉，如圖5中測試點3）->分左右樹，從左到右為量程從低到高排列->按后序遍歷法標準壓力進行輸出，每個點間隔時間與持續時間調節至最佳，在保證效率的同時，保證壓力源持續穩定的輸出->每個壓力表采集后的值與標準值進行比較，最終得到示值誤差。

3 結語

隨著壓力表檢定量的增大，利用科學而合理的方法，研制出高效的壓力表檢定裝置，有很高的社會效益。本文對壓力表全自動批量檢定裝置研制進行深入分析，針對現有裝置技術沒有解決的問題提供了較科學合理的方法，通過三點法圖像處理技術、基于單片機技術終端控制采集技術、系統泄漏處理機制、后序遍歷法標準壓力控制、可擴展式系統架構的技術路線，完成自動化壓力表批量檢定裝置設計。

參考文獻：

[1]壓力表的檢定校準及常見故障處理方法[J].盧彬，張炳帥.河南科技.2018（35）

[2] 壓力表檢定中數據判讀及測試問題的解決[J].蘇城，遲琨，祝大偉.計測技術.2016（02）

[3]壓力表檢定結果快速判定技巧[J].鄧小羊.中國計量.2018（06）

[4]壓力表檢定及常見問題處理措施[J].方桂青.科技視界.2018（19）

[5]壓力表計量檢定與校準方法[J].陳菊.中國質量技術監督.2017（01）

（作者單位：上海市計量測試技術研究院在線通用所）