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【摘 要】针对指针类压力表自动采集过程中常见的系统泄漏、自动读数、规格型号繁多等问题，在技术方案上，提出三点法图像处理技术、基于单片机技术终端控制采集技术、系统泄漏处理机制、后序遍历法标准压力控制等的解决方案，进一步使指针类压力表自动采集技术与相关硬件设计更科学合理，符合JJG52-2013国家检定规程。
【关键词】压力表;自动采集;视觉读数
Research on automatic collection technology of pointer pressure gauge
Xin Chen 1 Junyan Xie 2
（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
在所有壓力指示类仪表中，指针式压力表占绝大部分，并广泛应用在易燃、易爆、有毒物质的生产、储存、运输等危险场所的安全防护和医疗卫生等众多领域，起到保护人民健康和生命、财产安全的作用。现有指针类压力表检定方法依据现有规程JJG 52-2013弹性元件式一般压力表、压力真空表和真空表检定规程，主要靠计量人员目力观察读数，这种方法效率低，人为误差大。开发研制新的指针类压力表采集技术，从本质上提高压力表计量的效率和质量，降低检定人员的劳动强度，成为很多计量、科研机构研究和探索方向。
1 国内外技术水平现状及研发难点
1）国内外计量机构对压力表的计量大多处于人工操作计量阶段。
2）国内外现无用于多规格指针式压力表批量检定的设备或者技术。
3）国内大多数压力表计量设备生产商现有技术只对单一规格压力表可实现2台左右的半自动检测，且对被检表无法实现独立控制。当出现不同规格时，实现批量检测需提供不同压力源，在规格较多的前提下，成本过高变得不可实现。
4）现有的半自动检测系统无法推广应用的主要原因是并没有提升实际效率，加上一些异常处理，甚至比人工操作更慢。真正意义上的自动化批量检定系统难以实现有以下原因：
（1）现有的指针式压力表批量自动检定系统都是基于由主控机直接处理光电采集后的媒体流，位图处理软件都是用同步处理的方式来工作，当被检表数量增大时，主机要排队处理每个采集器传回来的位图文件，这个处理时间会随数据量增多而大大提升，导致处理时间冗长。例如：实现20个表的自动化处理，每个表10个检定点，就是200个图像要同时处理，加上泄露与规格型号的确定，一共会有240张位图文件要同时处理，就按1张/秒的无异常处理计算，也会超过4分钟，如果再加上异常处理，时间就会更长，不可能实现效率提升。
（2）对系统泄露处理的技术不成熟，必须手工干预，这也是自动化批量检定系统难以解决的问题。
（3）对不同规格型号的无法实现自动化处理，不同规格型号的表，量程、分度值、被检点、允差以及准确度等级都是不一样的，批量处理算法不成熟，如果按现有的处理办法，必须同一规格型号分别处理，不仅降低了效率还增加了硬件成本。
（4）现有的图像识别处理技术，针对压力表的，识别率不高，特别是对有“缩格”零位的压力表，识别率就更低，因为有“缩格”零位的压力表在整个量程范围的角度与示值对应关系并不是均匀分布的，这样就导致按角度估算示值就会带会误差，当“缩格”区别越大，误差就越大。
2采取的技术路线及技术关键
针对指针式压力表检定自动采集面临的几个难题，采用的技术路线主要包括独创的三点法图像处理技术、基于单片机技术终端控制采集技术、系统泄漏处理机制、后序遍历法标准压力控制。
2.1三点法图像处理算法
对现有的指针式仪表光电采集算法进行了大量的研究，利用C++软件，结合压力表自身的特点，独创了三点图像处理算法，采取全量程第二点、上限点和中心轴点为三点位置，计算出示值与角度对应的系数，这个系数对于每个压力表都是固定的，通过获得固定的系数，得到公式（1） 其中，
為压力示值，
为压力示值与角度对应的系数，
为角度值。
根据公式（1）测试出角度值最终获得示值的读数，在此基础上，写入压力表不同规格型号的读数规则，使最终读数符合压力表检定规程的要求。三点图像处理算法还解决因为压力零位区间“缩格”带来的整个量程范围内角度分布不均匀问题，对压力表进行光电采集（如图2所示）采用我们三点图像处理算法后，读数的准确度大大提升。
2.2 基于单片机技术终端控制采集技术
现有的批量压力图像处理技术，都是基于由主机对回传的图像进行处理，当要处理的图像数量多时，主机处理时间就会变长，如果有异常情况要处理时，主机的负担就进一步加重。项目组针对这一问题，采用了基于单片机技术终端采集技术，单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，将三点图像处理算法与电磁阀以及轻敲位移的模拟器的控制算法，集中在每一台终端的单片机里（见图3），单片机采用通讯接口RJ11，直接连交换机，交换机再直接与主机相连，由单片机在终端处理完图像后直接将数值发送到主机，并处理由主机发出的控制指令。使用单片机技术可以大大提升整个系统对批量处理的运行速度，也可以减轻异常处理对主机的负担。
2.3 系统泄漏处理机制
压力表批量处理一个难点就是系统泄漏，当系统（如图4）某一处产生泄漏时，如果不能快速处理，在第一时间查找到泄漏点，并关闭泄漏点，那整个系统将无法正法工作。传统的判断与处理泄漏的方法是眼看耳听、或者用气体标识、或者用肥皂水等，这些方法都是需要人工参与，都不适用于本项目。针对这种情况，项目采用的方法是：每个被检压力表的接头下都安装一个压力电磁阀开关，开关的控制集成在终端的单片机里，由主机发出控制指令;电磁阀与被检表之间预留出一个空间足够的腔体，运行开始时，先进行泄漏测试。
泄漏测试过程：确定系统最小量程的上限压力值输出一个压力->保压三分钟->主机发出关闭所有电磁阀开关的指令，关系管路所有被检表的电磁阀->主机发出采集被检表读数指令，采集数据->将采集的示值与第一步输出的系统最小量程的上限压力值进行比较->示值为零或者大于最大允许误差绝对值时，判定为泄漏点，泄漏点电磁阀锁死并在主机上报警。
2.4后序遍历法标准压力控制
批量处理系统是要处理不同规格型号的压力表，它们由不同的单位送检，排序是杂乱无章的，装在系统中后，每个压力表被检点是不一样的，对标准压力值输出要求也是不一样的。采用了后序遍历法标准压力控制的方法，利用对压力控制器的改造，输出系统设定的压力值，完成测试。后序遍历法的原理是首先遍历左子树，然后遍历右子树，最后访问根结点，在遍历左、右子树时，仍然先遍历左子树，然后遍历右子树，最后遍历根结点。
具体方法如图5所示：确定被检表的规格型号->根据规格型号依据检定规程列入所有的被检点->去重（将所有检定点中重复的去掉，如图5中测试点3）->分左右树，从左到右为量程从低到高排列->按后序遍历法标准压力进行输出，每个点间隔时间与持续时间调节至最佳，在保证效率的同时，保证压力源持续稳定的输出->每个压力表采集后的值与标准值进行比较，最终得到示值误差。
3 结语
随着压力表检定量的增大，利用科学而合理的方法，研制出高效的压力表检定装置，有很高的社会效益。本文对压力表全自动批量检定装置研制进行深入分析，针对现有装置技术没有解决的问题提供了较科学合理的方法，通过三点法图像处理技术、基于单片机技术终端控制采集技术、系统泄漏处理机制、后序遍历法标准压力控制、可扩展式系统架构的技术路线，完成自动化压力表批量检定装置设计。
参考文献：
[1]压力表的检定校准及常见故障处理方法[J].卢彬，张炳帅.河南科技.2018（35）
[2] 压力表检定中数据判读及测试问题的解决[J].苏城，迟琨，祝大伟.计测技术.2016（02）
[3]压力表检定结果快速判定技巧[J].邓小羊.中国计量.2018（06）
[4]压力表检定及常见问题处理措施[J].方桂青.科技视界.2018（19）
[5]压力表计量检定与校准方法[J].陈菊.中国质量技术监督.2017（01）
（作者单位：上海市计量测试技术研究院在线通用所）
【关键词】压力表;自动采集;视觉读数
Research on automatic collection technology of pointer pressure gauge
Xin Chen 1 Junyan Xie 2
（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
在所有壓力指示类仪表中，指针式压力表占绝大部分，并广泛应用在易燃、易爆、有毒物质的生产、储存、运输等危险场所的安全防护和医疗卫生等众多领域，起到保护人民健康和生命、财产安全的作用。现有指针类压力表检定方法依据现有规程JJG 52-2013弹性元件式一般压力表、压力真空表和真空表检定规程，主要靠计量人员目力观察读数，这种方法效率低，人为误差大。开发研制新的指针类压力表采集技术，从本质上提高压力表计量的效率和质量，降低检定人员的劳动强度，成为很多计量、科研机构研究和探索方向。
1 国内外技术水平现状及研发难点
1）国内外计量机构对压力表的计量大多处于人工操作计量阶段。
2）国内外现无用于多规格指针式压力表批量检定的设备或者技术。
3）国内大多数压力表计量设备生产商现有技术只对单一规格压力表可实现2台左右的半自动检测，且对被检表无法实现独立控制。当出现不同规格时，实现批量检测需提供不同压力源，在规格较多的前提下，成本过高变得不可实现。
4）现有的半自动检测系统无法推广应用的主要原因是并没有提升实际效率，加上一些异常处理，甚至比人工操作更慢。真正意义上的自动化批量检定系统难以实现有以下原因：
（1）现有的指针式压力表批量自动检定系统都是基于由主控机直接处理光电采集后的媒体流，位图处理软件都是用同步处理的方式来工作，当被检表数量增大时，主机要排队处理每个采集器传回来的位图文件，这个处理时间会随数据量增多而大大提升，导致处理时间冗长。例如：实现20个表的自动化处理，每个表10个检定点，就是200个图像要同时处理，加上泄露与规格型号的确定，一共会有240张位图文件要同时处理，就按1张/秒的无异常处理计算，也会超过4分钟，如果再加上异常处理，时间就会更长，不可能实现效率提升。
（2）对系统泄露处理的技术不成熟，必须手工干预，这也是自动化批量检定系统难以解决的问题。
（3）对不同规格型号的无法实现自动化处理，不同规格型号的表，量程、分度值、被检点、允差以及准确度等级都是不一样的，批量处理算法不成熟，如果按现有的处理办法，必须同一规格型号分别处理，不仅降低了效率还增加了硬件成本。
（4）现有的图像识别处理技术，针对压力表的，识别率不高，特别是对有“缩格”零位的压力表，识别率就更低，因为有“缩格”零位的压力表在整个量程范围的角度与示值对应关系并不是均匀分布的，这样就导致按角度估算示值就会带会误差，当“缩格”区别越大，误差就越大。
2采取的技术路线及技术关键
针对指针式压力表检定自动采集面临的几个难题，采用的技术路线主要包括独创的三点法图像处理技术、基于单片机技术终端控制采集技术、系统泄漏处理机制、后序遍历法标准压力控制。
2.1三点法图像处理算法
对现有的指针式仪表光电采集算法进行了大量的研究，利用C++软件，结合压力表自身的特点，独创了三点图像处理算法，采取全量程第二点、上限点和中心轴点为三点位置，计算出示值与角度对应的系数，这个系数对于每个压力表都是固定的，通过获得固定的系数，得到公式（1） 其中，
為压力示值，为压力示值与角度对应的系数，为角度值。
根据公式（1）测试出角度值最终获得示值的读数，在此基础上，写入压力表不同规格型号的读数规则，使最终读数符合压力表检定规程的要求。三点图像处理算法还解决因为压力零位区间“缩格”带来的整个量程范围内角度分布不均匀问题，对压力表进行光电采集（如图2所示）采用我们三点图像处理算法后，读数的准确度大大提升。
2.2 基于单片机技术终端控制采集技术
现有的批量压力图像处理技术，都是基于由主机对回传的图像进行处理，当要处理的图像数量多时，主机处理时间就会变长，如果有异常情况要处理时，主机的负担就进一步加重。项目组针对这一问题，采用了基于单片机技术终端采集技术，单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，将三点图像处理算法与电磁阀以及轻敲位移的模拟器的控制算法，集中在每一台终端的单片机里（见图3），单片机采用通讯接口RJ11，直接连交换机，交换机再直接与主机相连，由单片机在终端处理完图像后直接将数值发送到主机，并处理由主机发出的控制指令。使用单片机技术可以大大提升整个系统对批量处理的运行速度，也可以减轻异常处理对主机的负担。
2.3 系统泄漏处理机制
压力表批量处理一个难点就是系统泄漏，当系统（如图4）某一处产生泄漏时，如果不能快速处理，在第一时间查找到泄漏点，并关闭泄漏点，那整个系统将无法正法工作。传统的判断与处理泄漏的方法是眼看耳听、或者用气体标识、或者用肥皂水等，这些方法都是需要人工参与，都不适用于本项目。针对这种情况，项目采用的方法是：每个被检压力表的接头下都安装一个压力电磁阀开关，开关的控制集成在终端的单片机里，由主机发出控制指令;电磁阀与被检表之间预留出一个空间足够的腔体，运行开始时，先进行泄漏测试。
泄漏测试过程：确定系统最小量程的上限压力值输出一个压力->保压三分钟->主机发出关闭所有电磁阀开关的指令，关系管路所有被检表的电磁阀->主机发出采集被检表读数指令，采集数据->将采集的示值与第一步输出的系统最小量程的上限压力值进行比较->示值为零或者大于最大允许误差绝对值时，判定为泄漏点，泄漏点电磁阀锁死并在主机上报警。
2.4后序遍历法标准压力控制
批量处理系统是要处理不同规格型号的压力表，它们由不同的单位送检，排序是杂乱无章的，装在系统中后，每个压力表被检点是不一样的，对标准压力值输出要求也是不一样的。采用了后序遍历法标准压力控制的方法，利用对压力控制器的改造，输出系统设定的压力值，完成测试。后序遍历法的原理是首先遍历左子树，然后遍历右子树，最后访问根结点，在遍历左、右子树时，仍然先遍历左子树，然后遍历右子树，最后遍历根结点。
具体方法如图5所示：确定被检表的规格型号->根据规格型号依据检定规程列入所有的被检点->去重（将所有检定点中重复的去掉，如图5中测试点3）->分左右树，从左到右为量程从低到高排列->按后序遍历法标准压力进行输出，每个点间隔时间与持续时间调节至最佳，在保证效率的同时，保证压力源持续稳定的输出->每个压力表采集后的值与标准值进行比较，最终得到示值误差。
3 结语
随着压力表检定量的增大，利用科学而合理的方法，研制出高效的压力表检定装置，有很高的社会效益。本文对压力表全自动批量检定装置研制进行深入分析，针对现有装置技术没有解决的问题提供了较科学合理的方法，通过三点法图像处理技术、基于单片机技术终端控制采集技术、系统泄漏处理机制、后序遍历法标准压力控制、可扩展式系统架构的技术路线，完成自动化压力表批量检定装置设计。
参考文献：
[1]压力表的检定校准及常见故障处理方法[J].卢彬，张炳帅.河南科技.2018（35）
[2] 压力表检定中数据判读及测试问题的解决[J].苏城，迟琨，祝大伟.计测技术.2016（02）
[3]压力表检定结果快速判定技巧[J].邓小羊.中国计量.2018（06）
[4]压力表检定及常见问题处理措施[J].方桂青.科技视界.2018（19）
[5]压力表计量检定与校准方法[J].陈菊.中国质量技术监督.2017（01）
（作者单位：上海市计量测试技术研究院在线通用所）