CN205748719U - 恒温槽玻璃温度计的检定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了恒温槽玻璃温度计的检定装置，包括摄像头、运动控制模块及电脑，所述摄像头分别与运动控制模块、电脑连接；所述运动控制模块用于控制摄像头移动到合适位置或控制温度计浸没在合适深度以采集温度计的模糊图像，所述电脑利用摄像头所采集的模糊图像中的液柱高度、刻度线分布、示数字符识别被检温度计的当前温度。该检定装置通过摄像头获取温度计的模糊图像，然后对模糊图像中的刻度线区域、字符区域、液柱区域等进行处理，实现了玻璃液体温度计上残缺字符的正确识别，识别的正确率在96％左右，对温度计读数准确率达到95％。

Description

恒温槽玻璃温度计的检定装置

技术领域

本实用新型涉及用于标准恒温槽的玻璃温度计的检定装置。

背景技术

玻璃液体温度计是指利用在透明玻璃感温泡和毛细管内的感温液体随被测介质温度的变化而热胀冷缩的作用来测量温度的一种测量仪表。1593年著名科学家伽利略利用空气的热胀冷缩发明第一台温度测量仪；1631年，法国化学家詹·雷伊使用水作为感温液体制造出现代温度计的雏形；1659年，法国天文学家博里安使用水银作为感温液体制造了第一支水银温度计。几个世纪以来，人类一直使用水银温度计或者酒精温度计作为主要的测温仪表。按照使用方法的不同，玻璃液体温度计可以分为全浸式温度计和局浸式温度计两种，全浸式温度计在测量液体时需要将玻璃温度计全部放入被测物中，局浸式只需浸入温度计上标明的指定位置即可；按结构也可以分为棒式温度计和内标式温度计。棒式温度按照刻度面形式又可分为酸蚀刻度和丝印刻度，酸蚀刻度是一种腐蚀雕刻技术，将刻度值写在玻璃棒上，丝印刻度采用丝网印刷工艺将数字线条图形印在玻璃上，然后经过热处理形成了红褐色、黑色等色彩的釉面效果。此外还可以按照分度值、用途等不同进行分类。

随着科学技术的发展，近现代又出现了多种测温仪表。1、利用被测物体热辐射测量温度：物质的热运动是产生热辐射的根源，热辐射的量主要由物体的温度和材料本身的性质决定，温度这个物理量对热辐射现象起着决定性的作用，通过测量热辐射就能计算出被测物体的温度。利用该原理制造的测温仪表有：红外测温仪、光谱温度计、比色温度计等。它们都具有非接触式的特点，即不用将仪表放入被测物中或者不用与被测物表面接触。2、利用导电介质温度特性测量温度：例如利用阻值随温度变化的材料制成的热电阻，利用塞贝克效应的热电偶等等，它们能方便的把温度值转换成电信号，因此特别容易应用在自动化系统中，目前市场上大部分电子体温计都是属于此类温度计。除此之外，科研人员依然在研究新的测温原理。

对比其他测温仪表，虽然玻璃液体温度计具有易碎、易受人为因素差影响等缺点，但是它也具有以下几个优点：1、玻璃液体温度计的历史悠久，产业化时间长，制造工艺成熟，制造成本十分低廉。2、玻璃的结构比较致密，水银的性能非常稳定，所以玻璃液体温度计具有示值精确、稳定性高等特点。以上两个优点是其他测温仪表所无法比拟的。3、玻璃液体温度计不需要外接电源，不需要其他电路或者设备的辅助，便携性、易用性强。基于以上几个特性，玻璃液体温度计在生产生活中的应用十分广泛。

根据《中华人民共和国计量法》第九条：县级以上人民政府计量行政部门对社会公用计量标准器具，部门和企业、事业单位使用的最高计量标准器具，以及用于贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境检测方面的列入强制检定目录的工作计量器具，实行强制检定。未按照规定申请检定或者检定不合格的，不得使用。以及《中华人民共和国计量法》第十六条：进口的计量器具，必须经省级以上人民政府计量行政部门检定合格后，方可销售。《中华人民共和国计量法》提到的《中华人民共和国强制检定的工作计量器具明细目录》中明确提到玻璃液体温度计用于贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测的，均实行强制检定。

目前国内外计量机构中，玻璃液体温度计的检定装置主要还是使用手动检定。按照现有检定规程，一根常规的玻璃温度计要检定3～5个点左右，每个检定点要手动设定恒温槽的温度、待恒温槽的温度稳定10分钟以上之后才可读取温度计的温度。读取示数时精密温度计读数4次，普通温度计读数2次，其顺序为：标准→被检1→被检2→……被检n，然后再按照相反顺序读数返回到标准，分别计算算术平均值，得到标准温度计合被检温度计的示值。按照规程中的检定方法，检定过程中要来回移动固定温度计的托盘，调整水银温度计的插入深度，而且读数时需要检定人员监守在检定装置旁边，等待恒温槽的温度稳定在默认温度，待温度稳定之后按照相关规程直接或者使用辅助放大工具读取示数。可以说，玻璃液体温度计的检定是一个即费时又费力的工作，检定效率非常低。

伴随科技的发展，研究人员一直在试图改进质检系统中的检定装置，通过对检定装置的改进，减轻检定人员的工作负担，提高工作效率。改进的主要方式有：

1、计算机辅助管理软件的应用，待检设备收发管理、检定数据管理、检定证书打印，这种方式实现简单，能快速有效的减小检定人员在数据处理方面的工作量，同时也能防止因为检定人员计算错误引起的检定失误。

2、用数字仪表代替非数字式仪表，同时通过定制的软件对数据进行自动记录处理。用CST2002型智能数字压力校验仪替代原始的活塞式压力计，通过串口实现上位机软件和数字压力校验仪的通讯，通过通讯控制压力检验仪的设定值，当校验仪的压力值稳定之后，鉴定人员及时读取被测压力表的读数并记录到管理软件里。当完成鉴定之后，可以进行数据计算和检定证书填写等后续处理工作。

以上两种改进方式虽然在一定程度上减小了鉴定人员的工作量，但是对实际检定工作的效率提升作用有限，究其原因，即使检定仪器由非数字更换为数字式仪表，但是被检仪表依然是非数字式，检定人员依然要人工读取被检仪表的读数。目前，大部分检定装置都存在类似的问题，检验仪实现了数字化，但是无法自动的读取非数字化被检仪表的读数并且需要检定人员长期守候在检定装置周围，极大的制约了检定工作的自动化。为了突破这些制约因素，国内外不少学者开始将机器视觉及无线技术引入到检定过程中，希望用机器视觉技术代替人工读数工作，用无线技术使检定人员无需看守检定过程。

从20世纪50～60年代，美国的一些学者开始开展机器视觉研究以来，机器视觉获得了蓬勃发展，新概念、新理论不断涌现，现在，机器视觉仍然是一个非常活跃的研究领域，与之相关的学科涉及：图像模糊方法处理、计算机图形学、模式识别、人工智能、人工神经元网络等。目前，机器视觉已经得到了广泛的应用，国外不少公司已经开发了很多基于机器视觉技术的智能系统，例如：金属板表面自动控伤系统，智能交通管理系统，大型工件平行度、垂直度测量仪，金属表面的裂纹测量，布匹缺陷检测系统等。近几年来，国内外不少学者开始将机器视觉技术用于检定系统中。

目前，有些利用机器视觉技术开设计了一套指针式电压表精度自动化检定系统，采集到电压表图像模糊方法并处理之后，根据指标转过的角度和电压表量程计算出被测电压表的读数存在一个严重的缺点，即读数是在被测电压表的分度均匀的假设下计算出来的，对于类似电阻表这样分度不均匀的仪表束手无策。还有利用图像模糊方法处理技术，实现水银温度计的准确读数，但是读数的结果和标准偏差已经基本和肉眼持平。当下，制约因素已经演变为，如何对图像模糊方法都的刻度的标定，即如何识别被测仪表上的标度值，利用BP神经网络来识别标度值，但是BP神经网络存在收敛速度慢，局部极值等缺点，并且需要大量的样本进行训练，识别效果对样本的依赖性较强。

目前，玻璃液体温度计、指针式压力表仪表未能实现自动读数，并且被测量物理量(温度、压力等)需要较长的变化时间，检定人员不仅需要及时读取读数、记录读数，为了缩短检定时间还必须守候在检定装置旁边，以便于在被测物理量稳定之后及时读数。这些工作不仅枯燥乏味，更重要的是严重降低了检定的准确度和效率，而且人工读数受检定人员的影响较大，对检定人员的个人素质要求较高。为了改变这一现状，提高检定人员的工作效率，很有必要设计一套自动识别玻璃液体温度计的检定方案，使其具有自动读数功能。

申请号为CN201110131986.2、名称为“一种标准恒温槽触摸屏智能测控及自动计量检定系统”的发明专利申请，提及了一种标准恒温槽触摸屏测控及自动计量检定装置，主要通过程序设定升温、采集、识别、比较、处理数据，自动完成对各类被检温度仪表进行检定，适用于升温波动度小的检定温场；但未提及玻璃温度计读数的自动检定，也不具有自动读数功能。

发明内容

本实用新型为解决现有技术所存在的技术问题，提出恒温槽玻璃温度计的检定装置，该检定装置通过摄像头获取温度计的模糊图像，然后对模糊图像中的刻度线区域、字符区域、液柱区域等进行处理，实现了玻璃液体温度计上残缺字符的正确识别，识别的正确率在96％左右，对温度计读数准确率达到95％。

本实用新型采用如下技术方案：恒温槽玻璃温度计的检定装置，包括摄像头、运动控制模块及电脑，所述摄像头分别与运动控制模块、电脑连接；所述运动控制模块用于控制摄像头移动到合适位置或控制温度计浸没在合适深度以采集温度计的模糊图像，所述电脑利用摄像头所采集的模糊图像中的液柱高度、刻度线分布、示数字符识别被检温度计的当前温度。

优选地，本实用新型恒温槽玻璃温度计的检定装置还包括与所述电脑连接的实时视频监控模块。

优选地，本实用新型恒温槽玻璃温度计的检定装置还包括设置在恒温槽的槽盖上的摄像头固定座。

所述摄像头与电脑之间通过USB接口连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

1、本实用新型通过摄像头获取温度计的模糊图像，然后对模糊图像中的刻度线区域、字符区域、液柱区域等进行处理，实现了玻璃液体温度计上残缺字符的正确识别，识别的正确率在96％左右，对温度计读数准确率达到95％。

2、本实用新型对传统的恒温水槽进行了改进，在槽盖上增加了摄像头固定座用于固定摄像头，从而增加了自动读数功能。

3、本实用新型设有实时视频监控模块，方便了检定人员同时对多个需要监守的检定装置进行监控，实现了检定过程的全自动化。

附图说明

图1是本实用新型的恒温水槽结构图；

图2是本实用新型的电路方框图；

图中：1搅拌电机；2盛水桶；3加热器；4搅拌器；5保温层；6工作室区间；7溢水管；8石棉板；9温度计插盘；10铂热电阻；11摄像头固定座；12水槽控制台；13控制台屏幕；14玻璃温度计；15摄像头；16电脑；

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的具体实施方式不局限于此。

实施例

本实用新型以传统标准恒温槽为平台进行开发，为了增加自动读数功能，对恒温水槽进行了改进，在槽盖上增加了摄像头固定座11用于固定摄像头，如图1所示，摄像头输出接口接入控制台的电脑进行模糊图像的采集和处理，摄像头与电脑之间使用USB接口连接。摄像头对准温度计插盘上的待检温度计靠近插盘的部分，这种安装方式适合全浸式温度计的检定。水槽的加热筒内为工作室区间6，在加热筒内、外都充满水，搅拌器4装在加热筒的下部，搅拌叶与磁钢固定在同一轴体上，搅拌电机1装在槽体下部，电机轴的顶端装有磁钢，当电机转动时带动轴上的磁钢随之转动，从而带动搅拌叶转动，推动加热筒内部的水自下而上流动，流向筒外又自上而下流动，如此循环往复。对筒内受加热丝加热的水进行搅拌，使温度均匀，水槽工作室上部是温度计插盘9和石棉板8，5为保温层，溢水管7装在上部，工作室中的水加热后液面升高，当升到超出溢水管中溢流管时，水经溢流管流出，注入盛水桶2。利用铂热电阻10的反馈信息，恒温槽加热丝和恒温槽控制器可把槽内介质加热并控制在室温到95℃的任意温度点。水槽控制台的主要部件是温度控制器，可控硅及电器开关控制加热功率，早期的控制台用的是DWT-702控制器。

本专利围绕以计算机替代人工进行玻璃液体温度计检定这个核心目标展开研究，同时为方便检定人员同时对多个需要监守的检定装置进行监控，增加了实时视频监控模块。为实现检定过程的全自动化，本实用新型检定装置可分解为以下三大模块：

1、运动控制模块

对于局浸式温度计，温度计浸入恒温槽液面的长度在检定过程中始终恒定，随着恒温槽温度的升高，温度计液柱高度持续升高，而且送检温度计的长度有长有短，加之摄像头取景范围及模糊图像采集需求的限制，摄像头和温度计同时保持固定进行模糊图像采集的方案不可行。需要增加一个运动控制模块控制摄像头的移动，根据不同的温度检定点让摄像头移动到合适的位置进行模糊图像的采集。

对于全浸式温度计，根据检定规程，温度计浸没长度根据待检温度点不同而不同。此时随着温度升高，需要调整温度计的浸没深度。因此必须要一个运动控制模块完成调整温度计浸没深度的工作。

综上所述，全自动玻璃液体温度计检定装置必需一个运动控制模块，用于调整检定过程中摄像头或者温度计的方位。该运动控制模块的控制精度受下文所述的读数模块影响，当读数模块可以准确消除视差时，运动控制精度可以适当降低。

2、读数模块

玻璃液体温度计读数模块是本专利的核心部分之一，该模块的性能决定了整个检定装置的检定精度和性能。该模块负责控制摄像头采集温度计的模糊图像，利用模糊图像中的液柱高度、刻度线分布、示数字符等信息识别计算被检温度计的当前温度。

本实用新型所阐述的读数模块要求运动控制模块可以正确调整温度计或者摄像头的方位使得摄像头采集到的模糊图像中包含了2个或者3个数字符号、液柱末端、较为清晰刻度线。读数模块的硬件设备包括摄像头15和电脑16，读数模块通过电脑16与下文所述实时视频监控模块连接。

3、实时视频监控模块

该模块是一个辅助模块，由于检定过程中存在很多不确定因素，例如运动控制模块失效使得方位控制失败；温度计偏倒或者出现遮蔽物使得摄像头无法采集到合适的模糊图像；由于检定装置的不完善对于各种不确定事件无法做出正确及时的处理。另外在实际检定过程中，部分其他检定装置需要检定人员监守在装置旁边，因此该监控应该预留接口方便对其进行扩展，对多个设备进行监控。

上述三大模块中，运动控制模块和读数模块关系较为密切，二者互相影响；实时视频监控模块在功能上相对独立，但是在功能实现上与读数模块存在较强的联系：两个模块共用一个摄像头，共享摄像头输出的模糊图像，读数模块要求采集模糊图像的尺寸尽量大，即在相同空间范围内采集到的像素点数尽量高，以提高读数精度，但是这样增加了监控模块传输能力的要求。

本实施例选用了瑞士的罗技电子公司的高清网络摄像头Pro C920对温度计模糊图像进行采集。该摄像头具有一下特点：1、具有20步自动对焦功能的卡尔·蔡司镜头，具有300万物理像素，具有光线不足自动更正功能；2、经过认证的高速USB 2.0(支持USB 3.0)，支持热插入，免驱动；3、可以采集多种尺寸(最小160*90到最大2304*1536)、多种格式(I420、RGB24、MJPG)的模糊图像。

玻璃温度计上主要分为三个区域：刻度线区域、字符区域、液柱区域。并且在读数的时候，液柱一般都是夹在刻度线和字符之间，并且为了减小对字符识别的干扰，液柱不能和字符重合，但是液柱可以和刻度线区域重合，因为通过形态学操作可以很容易把刻度线和液柱区分开来。因此，本实用新型设计的读数模块在安装时有一个特殊要求：液柱不能和示数字符重合。这样既提高了字符识别的准确性，降低了字符识别算法的复杂度，同时也降低了字符区域分割的难度。

字符区域的上边缘取液柱区域的下边缘，竖直高度取刻度线区域高度的1.5倍。如果在检测到温度计下边缘的情况下，则取液柱区域下边缘到温度计下边缘的区域。然后使用投影法对该区域进行切割，对切割后的字符进行识别，判断出温度计的当前温度。

本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.恒温槽玻璃温度计的检定装置，其特征在于，包括摄像头、运动控制模块及电脑，所述摄像头分别与运动控制模块、电脑连接；所述运动控制模块用于控制摄像头移动到合适位置或控制温度计浸没在合适深度以采集温度计的模糊图像，所述电脑利用摄像头所采集的模糊图像中的液柱高度、刻度线分布、示数字符识别被检温度计的当前温度。

2.根据权利要求1所述检定装置，其特征在于，所述恒温槽玻璃温度计的检定装置还包括与所述电脑连接的实时视频监控模块。

3.根据权利要求1所述检定装置，其特征在于，所述恒温槽玻璃温度计的检定装置还包括设置在恒温槽的槽盖上的摄像头固定座。

4.根据权利要求1所述检定装置，其特征在于，所述摄像头与电脑之间通过USB接口连接。