一種油料電導率儀的自動檢定方法

2011-05-03 09:11:54徐大剛武文順陳方汀胡國星

中國測試 2011年4期

徐大剛，武文順，陳方汀，胡國星，拓銳

（中國兵器工業第五三研究所，山東濟南 250031）

0 引言

油料電導率儀是一種廣泛用于測量輕質石油產品安全參數的專用儀器，通過測定油料電導率可以了解輕質石油產品在使用和運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生[1-2]。

輕質油料電導率儀是一種高阻測量儀器，其測量范圍一般在1～1 999 pS。通常采用專用高阻值電阻箱對油料電導率儀進行檢定，這種專用電阻箱內一般放置5～10個阻值在1～20GΩ之間的高阻值電阻，通過旋轉波段開關選擇不同的輸出值。油料電導率儀的自動檢定方法一直是一個較難解決的問題。

該文采用LabVIEW編程軟件對直流模擬電導裝置輸出進行控制方法，實現了油料電導率儀的自動檢定[3]。該方法可以根據檢定人員的需要設定任意的檢定點，在啟動檢定程序后，通過控制軟件可以自動將設定的檢定點按照一定的順序自動完成并能夠自動保存檢定結果。

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行編程。該軟件采用了大量的模塊化編程工具以及數據流顯示和程序流顯示，使編程和調試過程非常方便直觀。在開放的LabVIEW軟件環境下，控制軟件與測量設備的鏈接變得簡單。另外，LabVIEW軟件還具有大量的數學運算工具，有很好的界面設計和豐富的顯示方式。

1.2 GPIB接口

GPIB接口是一種并行接口總線，該總線具有數據傳送速度快、有效數據率高、驅動能力和抗干擾能力強的優點[4]。通信距離可以達到20m，總線可以掛接15臺儀器或設備，最高傳輸速率可以達到8MB/s。

2 油料電導率儀自動檢定原理

采用直流模擬電導裝置替代傳統的專用電阻箱作為標準高阻輸出，用GPIB接口把計算機與直流模擬電導連接，通過視頻采集電路把輕質油料電導率儀的顯示圖像輸出到計算機的數據接口[5]。

輕質油料電導率儀自動檢定主要由以下步驟組成：

（1）把直流模擬電導裝置的輸出與被檢定的油料電導率儀連接。

（2）對于無數字輸出接口的油料電導率儀，把視頻采集電路的圖像采集鏡頭對準油料電導率儀的顯示窗口。

（3）用GPIB接口卡把直流模擬電導裝置和視頻采集電路的數據接口分別與上位機的數據接口連接。

（4）通過編制的控制軟件使直流模擬電導裝置自動輸出預先設置的電導值。

（5）LabVIEW控制軟件定時啟動視頻采集電路，拍攝記錄檢定結果。

2.1 硬件電路設計

通過GPIB接口卡將計算機和直流模擬電導裝置進行連接，利用GPIB總線技術實現直流模擬電導的控制、測試和數據處理。系統基本硬件結構如圖1所示。

圖1 系統硬件示意圖

圖1中的GPIB和視頻采集卡通過USB口和計算機進行數據交換，直流模擬電導通過IEE488接口與GPIB進行連接。直流模擬電導的電導輸出通過連線把標準電導輸出到被檢定的油料電導率儀，視頻采集卡把油料電導率儀的顯示數據進行記錄并傳輸到計算機。

2.2 軟件設計

油料電導率儀自動檢定系統的核心功能是通過LabVIEW語言編制的VI程序實現的[6]。該控制軟件分為參數設置、儀器控制、圖像采集3個模塊。

參數設置模塊主要負責軟件的人機交互功能，在前面板顯示檢定過程的可控變量，即檢定點的數量、檢定值的大小以及檢定時間間隔等參數，并在自動檢定過程開始前由用戶在前面板輸入。上述可控變量參數可以方便地進行保存，每次啟動該程序時，程序將自動填入上次的變量參數。需要修改時，可以進入參數改變界面。

儀器控制模塊負責軟件的邏輯運行和通信功能，用戶在前面板輸入的測試參數經由控制模塊翻譯成儀器的通信控制指令，再由GPIB總線發送至直流模擬電導，從而控制其輸出高阻的阻值范圍和時間。此外，程序運行時的過程控制和錯誤處理也是由儀器控制模塊完成。

圖像采集模塊負責圖像采集和存儲功能，直流模擬電導輸出的阻值被油料電導率儀測定后再由圖像采集設備采集顯示的圖像，同時采集的圖像會顯示在控制程序的用戶界面，軟件自動以采集的日期時間為名稱命名采集到的圖像，并且存儲到特定文件夾內。

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

控制軟件在主結構上采用了精確定時While循環+順序結構的方式。采用精確定時While循環而非for循環可保證測試過程中檢定時間點的準確性；在程序的后期調試過程中，發現直流模擬電導對控制指令的容錯性較差，當一條控制指令的內容過長或者相鄰兩條指令的間隔過短都會造成直流模擬電導的運行錯誤。因此，程序最后選擇了在While循環內部采用順序結構，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間延遲，結果證明這種結構很好地控制了直流模擬電導運行過程中錯誤的發生。

良好的程序結構設計保證了整個檢定流程的準確無誤，從而間接確保了所采集的圖象數據的一致性和準確性，大大降低了人工采集數據的不確定性和不可控因素的不利影響。程序的整體結構如圖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裝置從0～1999 pS這9個點自動進行輸出[7-8]。

軟件運行后，程序自動將輸出順序、間隔時間和檢定點的設置值都設置完畢。如果需要改變其中的參數，可以通過編輯源程序進行。用鼠標點擊顯示面板上方的?按鈕，自動檢定開始。0pS綠色指示燈首先點亮，表示輸出為0 pS。當所有的綠色指示燈全部變綠時，檢定結束。更換下一個被檢油料電導率儀時再次用鼠標點擊顯示面板上方的?按鈕。1999pS點是因為視頻采集卡需要在被檢儀器穩定后才可以進行圖像采集。因此必須在1 000 pS結束點后面多設置一個點，才能夠采集到1 000 pS的顯示數據。