水银温度计自动读数及数据处理系统

摘 要 本文简要江苏省计量科学研究院水银温度计自动读数及数据处理系统，改进传统的人工望远镜读取水银温度计的示值的方式，避免人为因素对温度计检测结果的影响。

关键词 自动；改进

中图分类号 TP 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)122-0118-01

1 项目的设计思想

本项目的设计思想主要有两方面：1）从实际工作出发，实现水银温度计的自动化检测，简化观测步骤，提高工作效率。2）将温度计的示值通过图像采集设备放大后，清晰地显示在计算机屏幕上，减小人员读数误差。

2 关键技术

2.1 计算机辅助设计技术

运用机械设计软件设计自动检测装置的模型，包括传动齿轮、起固定作用的底座。两者都是基于原油槽装置的二次设计加工，难度较大。特别是齿轮的形状要与原插盘契合，需综合考虑形状、厚度、材质等多方面因素。

2.2 自动化控制技术

采用电机控制插盘的旋转，利用光电传感探头定位齿轮转动的角度，以确保每支温度计能准确清晰地出现在摄像头的视野里。

2.3 系统软件开发技术

基于VS平台开发温度计自动测试系统软件，在友好的交互式界面上，检测人员可以方便的控制油槽插盘的走位，清晰地读取温度示值，并生成测试报告。

创新点：温度计检测的自动化实现；采用光电传感器来实现插盘旋转的准确定位。

3 技术内容

3.1 研究如何实现温度计插盘的自动旋转

最初我们设计了利用3根支撑棒在周围带动插盘的方案，但经过实验发现，支撑棒占据了很多的空间，影响到人员的操作方便，加之温度计为玻璃制品，易碎，风险较大。通过向有关专家咨询，课题组决定在插盘表面叠加一圈齿轮，在侧面安装光电传感器来控制齿轮的走位。

3.2 研究齿轮的设计加工

原先插盘的切割并不规整，甚至插盘不是一个正圆形。加之插盘上插温度计的插孔为两组分布，分别是半径为5 mm的小孔8个和半径为8 mm的大孔6个，更加大了齿轮处理的难度。齿轮的厚度也是我们考虑的重点，只有足够的厚度才能带动整个插盘的转动，但是在玻璃温度计的检定规程中有明确的要求：温度计露出恒温槽盖面的液柱的高度不得大于10个分度值。所以我们使用精密的量测工具和计算机辅助技术设计了一个精密的齿轮模型，送到专业的机械实验室进行加工。齿轮材质选取刚性较大的金属，尽可能减小齿轮的厚度，保证温度计插深的条件下，不影响读数。在设计过程中也考虑了装置的美观性，通过巧妙构思合理布局，做到了尽可能小地改动原有设备，装置零部件也尽量做到小巧美观。

3.3 研究如何避免油槽高温对电机的影响

齿轮设计并安装好后，计划用电机带动，电机需要安装在专门设计的底座上，为了保证刚性，该底座原计划采用金属材料加工。但后来想到由于实验的恒温槽为油槽，在工作时恒温槽的表面温度最高能达到250度左右，这个温度通过金属底座传导，肯定会损伤电机。如何避免高温对步进电机的影响呢？经讨论，课题组一定要利用刚性较大的隔热材料隔开步进电机和恒温油槽，走访了市场后，我们最终选定了外形美观，耐热性好的四氯化碳进行隔热。大量的实践证明，四氯化碳在接触到高温后仍然保持良好的刚性，隔热效果好，步进电机工作没有受到油槽高温的影响。

3.4 研究选择合适功能的图像采集设备

选择何种摄像头进行读数？因为资金有限，我们没有选择带自动对焦与跟踪功能的摄像头。因为温度计的刻度方式比较单一，刻度颜色比较单一，温度计的介质的颜色对读数不构成任何影响，所以我们选择了一款分辨率适中的摄像头进行读数，大量的实验证明，这种摄像头能够满足日常检定的需求。

3.5 研究测试系统软件的开发

硬件设计完成后，我们编写了系统软件，通过通信板卡实现对电机转动的远程控制，同时自动采集工业摄像头的数据画面，达到自动化检测的目的。另外考虑到计算机位离恒温槽较近，课题组还设计了远程遥控的方式控制步进电机，为以后项目的进一步改造打下基础。

4 实际试验数据

分别使用通过工业摄像头利用电脑屏幕和直接利用读数望远镜两种方法对本所二等标准水印温度计进行观测，对其测量值进行分析，看其是否满足估读误差的技术指标，该试验需要在同一天，同一条件下进行重复试验。（表1、表2）

5 结论

通过试验数据发现，通过工业摄像头利用电脑屏幕读取的数据，与直接利用读数望远镜读取的数据基本相同，说明水银温度计自动读数及数据处理系统在读书方法上完全可以替代传统的望远镜读数系统。

参考文献

[1]徐邦荃,张锦泽.模糊控制在炉温控制系统中的试验研究[J].华中理工大学学报,1994.