数字温度指示调节仪自动校准系统的研究*

余时帆 崔 超 熊玉亭 成英淑

（浙江省计量科学研究院，杭州310013）

数字温度指示调节仪自动校准系统的研究*

余时帆 崔 超 熊玉亭 成英淑

（浙江省计量科学研究院，杭州310013）

以Fluke 525A多功能校准器作为校准数字温度指示调节仪的计量标准器，开发建立了Fluke 525A与工控机之间基于RS232通讯协议的串口通讯；采用CCD图像传感器等相关技术对数字温度指示调节仪显示值进行图像采集，对图像进行识别和处理后，通过halcon图像处理库函数将CCD图像模拟信号转换为数字信号；通过工控机中校准软件的编写，实现了校准系统的自动控制、数据的自动处理和原始记录的自动生成等功能。

Fluke 525A；串口通讯；CCD技术；图像处理

0 引言

本文依据国家计量检定规程JJG 617—1996《数字温度指示调节仪》与JJG 74—2005《工业过程测量记录仪》，基于Fluke 525A多功能校准器，采用CCD等相关技术，通过工控机（IPC）实现了Fluke 525A与IPC以及CCD与IPC之间的通讯，完成了数字温度指示调节仪的自动校准。开发框架图如图1所示。

图1 自动校准系统框架图

本系统可实现以下功能：工控机（IPC）控制Fluke 525A不同信号的输出；CCD摄像头对被校仪表图像进行采集，并且通过图像采集卡传送到IPC；在IPC中对图像进行处理［1］，将图像信号转换成可识别［2］的数字信号，生成符合计量检定规程要求的校准原始数据，并且进行打印。

1 Fluke 525A与工控机（IPC）

1.1 Fluke525A多功能校准器

Fluke 525A多功能校准器是美国FLUKE公司生产的用于温度二次仪表校准的精密实验室仪器。在温度输出方面，Fluke 525A可以模拟不同类型的热电偶信号（B、C、K、E、J、S、T等）输出，也可以模拟不同类型的热电阻信号（Pt100、Cu50等）输出，还可以输出标准信号如直流电压值、电流值、电阻值等。Fluke 525A提供的输出类型，足以满足校准的需求。因此，本文选择其作为数字温度指示调节仪校准的计量标准器，如图2所示。

图2 Fluke 525A前后面板示意图

1.2 工控机（IPC）

为了提高系统的稳定性和抗干扰性，采用研华PCI－1610A型工控机（IPC）。RS232引脚定义图如图3所示。

1.3 Fluke525A通讯协议简介

本文列出Fluke 525A通讯协议一些基本命令以及程序语句，如表1所示。

表1 Fluke 525A基本命令以及程序语句举例

图3 RS 232引脚定义图

2 CCD等图像采集系统与IPC通讯的实现

2.1 CCD图像传感器［3］

CCD与CMOS传感器是被普遍采用的两种图像传感器，两者都是利用感光二极管进行光电转换，将图像转换为数字数据。CCD传感器在灵敏度、分辨率、噪声控制和图像品质等方面具有较大的优势，本文选用CCD作为图像传感器。

2.2 DMK23G274工业相机

本文采用IMAGINGSOURCE公司生产的DMK23G274工业相机，该相机集成了CCD图像传感器与图像采集卡，配置GIGE接口［4］，通信距离可达100 m。GIGE接口对IP地址、控制协议、流协议和bootstrap寄存器进行了定义，方便可靠地实现工业相机与IPC之间的通讯。

3 程序运行与实验结果

3.1 自动校准实验结果

在工业过程测量和控制系统中，绝大多数的数字温度仪表采用LED显示方式，较少采用LCD光显示，因此本文选取3只较为典型的LED显示的数字温度仪表（7段5数字和4数字LED显示），如图4所示。在完成IPC与Fluke 525A以及IPC与工业相机的通讯连接后依据国家计量检定规程JJG 617—1996，采用输入基准法［5－6］进行实验。具体实验过程如下：

图4 选取的LED显示仪表

图5 DMK23G274系列工业相机调试图

1）实验前，相机的调试

首先调整仪表的位置、高度、距离等，使得相机可以完整地采集到仪表的显示值；然后通过调节相机增益、曝光两个参量，使得图像采集［7］清晰、明亮；最后在自动校准程序软件中选取识别区域，就可以完成显示数据的准确采集。调试过程如图5所示。

2）自动校准进程

相机调试完成之后，在软件中选择相应的功能并设置相应的参数，点击“开始校准”进入自动校准程序。

3.2 实验验证

按照JJG 617—1996，采用人工校准方法，对3只数字温度指示调节仪按照相同的校准方法进行了再次校准实验。该校准结果与自动校准系统结果的验证结果如表2所示。

表2 验证结果℃

由表2可见，当输入类型为铂电阻时，两者结果无差异；当输入类型为热电偶时，两者差值为0.1℃，该差值远小于校准结果的扩展不确定度，表明该自动校准系统是准确、可靠的。

另外，在自动校准时，为使仪表显示值充分稳定，消除因短时波动带来的1个字的偏差，因此在软件中增加了“切换延时设置”功能，延时时间可以在0～9999s之间设定。通过大量的实验证明：只要延时时间≥30s，自动校准结果与手动校准结果完全一致无误差。

4 结束语

数字温度指示调节仪自动校准系统的运行实践证明了该系统提高了校准的可靠性和工作效率，本校准系统的工作效率比人工校准提高了3倍以上，展示了自动校准系统的优越性。该系统还需要在以下几个方面开展研究：

1）该系统解决了数字显示温度仪表的自动校准系统，下一步研究重点是模拟指针式温度仪表的自动校准。

2）由于工业相机的限制，系统只能满足实验室内单次单台仪表的自动校准工作。因此，如果要实现多台数字温度指示调节仪的“流水线式”自动校准，还需要在自动导轨、步进电机等技术方面做进一步的研究。

3）工业现场使用的数字温度仪表容易受到各种因素的影响，存在较大的不确定性，因此，课题的另一个研究方向是恶劣环境条件的现场自动校准。

［1］王学影，张洪涛.基于图像处理的CCD摄像机自动调焦方法研究［J］.计量技术，2005（8）：16－18

［2］于正林，姜涛，曹国华.图像识别在指示表检定中的应用［J］.计量学报，2006，27（3）：232－235

［3］牛晓聪，桑顺，喻成侠.CMOS与CCD传感器深度解析［S］.商情，2011（24）

［4］花再军，黄凤辰，陈钊.GIGE Vision接口摄像机及其应用［S］.微型机与应用，2011（21）

［5］JJG 617—1996数字温度指示调节仪检定规程［S］.北京：中国计量出版社，1997

［6］JJG 74—2005工业过程测量记录仪检定规程［S］.北京：中国计量出版社，2005

10.3969／j.issn.1000－0771.2013.4.20

浙江省质量技术监督系统科研计划项目（0110205）