一种油料电导率仪的自动检定方法

徐大刚，武文顺，陈方汀，胡国星，拓 锐

（中国兵器工业第五三研究所，山东 济南 250031）

0 引 言

油料电导率仪是一种广泛用于测量轻质石油产品安全参数的专用仪器，通过测定油料电导率可以了解轻质石油产品在使用和运输过程中因静电电荷积累形成情况，从而可以有效防止油料静电事故发生[1-2]。

轻质油料电导率仪是一种高阻测量仪器，其测量范围一般在1～1 999 pS。通常采用专用高阻值电阻箱对油料电导率仪进行检定，这种专用电阻箱内一般放置5～10个阻值在1～20GΩ之间的高阻值电阻，通过旋转波段开关选择不同的输出值。油料电导率仪的自动检定方法一直是一个较难解决的问题。

该文采用LabVIEW编程软件对直流模拟电导装置输出进行控制方法，实现了油料电导率仪的自动检定[3]。该方法可以根据检定人员的需要设定任意的检定点，在启动检定程序后，通过控制软件可以自动将设定的检定点按照一定的顺序自动完成并能够自动保存检定结果。

1 LabVIEW编程原理及GPIB接口

1.1 LabVIEW编程原理

LabVIEW软件采用可视化编程语言进行编程。该软件采用了大量的模块化编程工具以及数据流显示和程序流显示，使编程和调试过程非常方便直观。在开放的LabVIEW软件环境下，控制软件与测量设备的链接变得简单。另外，LabVIEW软件还具有大量的数学运算工具，有很好的界面设计和丰富的显示方式。

1.2 GPIB接口

GPIB接口是一种并行接口总线，该总线具有数据传送速度快、有效数据率高、驱动能力和抗干扰能力强的优点[4]。通信距离可以达到20m，总线可以挂接15台仪器或设备，最高传输速率可以达到8MB/s。

2 油料电导率仪自动检定原理

采用直流模拟电导装置替代传统的专用电阻箱作为标准高阻输出，用GPIB接口把计算机与直流模拟电导连接，通过视频采集电路把轻质油料电导率仪的显示图像输出到计算机的数据接口[5]。

轻质油料电导率仪自动检定主要由以下步骤组成：

（1）把直流模拟电导装置的输出与被检定的油料电导率仪连接。

（2）对于无数字输出接口的油料电导率仪，把视频采集电路的图像采集镜头对准油料电导率仪的显示窗口。

（3）用GPIB接口卡把直流模拟电导装置和视频采集电路的数据接口分别与上位机的数据接口连接。

（4）通过编制的控制软件使直流模拟电导装置自动输出预先设置的电导值。

（5）LabVIEW控制软件定时启动视频采集电路，拍摄记录检定结果。

2.1 硬件电路设计

通过GPIB接口卡将计算机和直流模拟电导装置进行连接，利用GPIB总线技术实现直流模拟电导的控制、测试和数据处理。系统基本硬件结构如图1所示。

图1 系统硬件示意图

图1中的GPIB和视频采集卡通过USB口和计算机进行数据交换，直流模拟电导通过IEE488接口与GPIB进行连接。直流模拟电导的电导输出通过连线把标准电导输出到被检定的油料电导率仪，视频采集卡把油料电导率仪的显示数据进行记录并传输到计算机。

2.2 软件设计

油料电导率仪自动检定系统的核心功能是通过LabVIEW语言编制的VI程序实现的[6]。该控制软件分为参数设置、仪器控制、图像采集3个模块。

参数设置模块主要负责软件的人机交互功能，在前面板显示检定过程的可控变量，即检定点的数量、检定值的大小以及检定时间间隔等参数，并在自动检定过程开始前由用户在前面板输入。上述可控变量参数可以方便地进行保存，每次启动该程序时，程序将自动填入上次的变量参数。需要修改时，可以进入参数改变界面。

仪器控制模块负责软件的逻辑运行和通信功能，用户在前面板输入的测试参数经由控制模块翻译成仪器的通信控制指令，再由GPIB总线发送至直流模拟电导，从而控制其输出高阻的阻值范围和时间。此外，程序运行时的过程控制和错误处理也是由仪器控制模块完成。

图像采集模块负责图像采集和存储功能，直流模拟电导输出的阻值被油料电导率仪测定后再由图像采集设备采集显示的图像，同时采集的图像会显示在控制程序的用户界面，软件自动以采集的日期时间为名称命名采集到的图像，并且存储到特定文件夹内。

3个模块之间功能明确，没有交集，方便软件的后期维护和升级。例如，要升级图像采集模块使之能自动从采集的图像中提取数据信息，则只需要用新的VI模块替换原有的图像采集模块即可，而不需将整个程序重写，这无疑大大降低了软件的二次开发成本。

控制软件在主结构上采用了精确定时While循环+顺序结构的方式。采用精确定时While循环而非for循环可保证测试过程中检定时间点的准确性；在程序的后期调试过程中，发现直流模拟电导对控制指令的容错性较差，当一条控制指令的内容过长或者相邻两条指令的间隔过短都会造成直流模拟电导的运行错误。因此，程序最后选择了在While循环内部采用顺序结构，将一条完整的控制指令分割成两条，并且在每条指令完成后都加入时间延迟，结果证明这种结构很好地控制了直流模拟电导运行过程中错误的发生。

良好的程序结构设计保证了整个检定流程的准确无误，从而间接确保了所采集的图象数据的一致性和准确性，大大降低了人工采集数据的不确定性和不可控因素的不利影响。程序的整体结构如图2所示。

3 检定过程

图3是控制软件的控制界面图。从图中可以看出，该软件可以控制直流模拟电导装置从0～1999 pS这9个点自动进行输出[7-8]。

软件运行后，程序自动将输出顺序、间隔时间和检定点的设置值都设置完毕。如果需要改变其中的参数，可以通过编辑源程序进行。用鼠标点击显示面板上方的⇨按钮，自动检定开始。0pS绿色指示灯首先点亮，表示输出为0 pS。当所有的绿色指示灯全部变绿时，检定结束。更换下一个被检油料电导率仪时再次用鼠标点击显示面板上方的⇨按钮。1999pS点是因为视频采集卡需要在被检仪器稳定后才可以进行图像采集。因此必须在1 000 pS结束点后面多设置一个点，才能够采集到1 000 pS的显示数据。

图2 软件结构图

图3 控制软件的控制界面图

油料电导率仪的检定结果通过视频采集系统被计算机自动记录，记录格式见图4。检定员可以通过图4计算油料电导率仪的显示单元检定结果[9]。如果需要其他点的检定数据，可以通过修改程序进行调整。

图4 检定结果记录图

4 结束语

采用LabVIEW软件编制的自动控制程序，具有编程简洁、使用方便的优点。同时采用直流模拟电导装置可以方便地进行计算机自动控制，较好地解决了过去油料电导率仪无法自动检定的问题。该方法对油料电导率仪的生产厂家和检定机构提高检定效率很有帮助，并且能有效减少检定过程的人为干扰，提高检定结果的可靠性。

[1]朱成章.油料化验[M].北京：中国矿业大学出版社，1995.

[2]GB/T 6539—1986轻质石油产品电导率测量方法[S].北京：中国计量出版社，1986.

[3]胡卓林，孙蓟沙，黎琼炜.基于LabVIEW的自动检定系统[J].计量与测试技术，2008，35（9）：46-47.

[4]雷雨.基于GPIB总线的接口模块的研究[J].西华大学学报：自然科学版，2006，25（4）：95-97.

[5]徐大刚.LabVIEW在电导率综合检定平台的应用[J].化学分析计量，2009，18（4）：62-65.

[6]陈锡辉.LabVIEW 8.2程序设计[M].北京：清华大学出版社，2007.

[7]GJB/J3049—1997轻质油料电导率仪检定规程[S].北京：国防工业出版社，1997.

[8]JJG 982—2003直流电阻箱检定规程[S].北京：中国计量出版社，2003.

[9]陈宽基.计量测试技术手册[M].北京：中国计量出版社，1997.