沈阳计量检定院 辽宁沈阳
摘要：现有的酸度（pH）计和离子计检定仪比传统的电位差计检定方法方便了很多，但仍然是人工记录数据，按照检定规程，检定一台酸度计或离子计要近百个检定数据，检定人员要花大量的时间进行数据记录处理，计算结果较容易出差错。基于此，本文提出了一种应用图像识别技术，它通过CCD成像系统自动识别酸度计或离子计的显示值，并自动记录检定数据功能的全自动酸度计/离子计检定装置。本酸度计计量检定装置可对各种数显pH计和离子计进行检定，具有很高的准确度和稳定性，能自动记录检定数据、自动进行数据处理、自动进行检定结果准确度判断。实现无纸化自动检定方法，提高检定工作技术水平和检定工作效率，具有一定的实用性和广泛的推广价值。
关键词：酸度计；计量检定装置；设计；研究
1 概述
酸度计是化学实验设备中最常见的一种，与我们的生活息息相关；广泛应用科研、环保、食品、化工、医药、农业、水产养殖等几乎所有的领域，为了保证酸度计的量值准确一致，满足各行各业的需要，必须研制出准确度高、操作简单、携带方便的计量标准器对酸度计进行量值溯源、计量检定或检定。
传统的电计检定方法是采用通用电位差计输出的mV信号检定酸度（pH）计和离子计的电计。现在市场上已经有的专用酸度（pH）计和离子计检定仪比传统的电位差计检定方法方便了很多。但仍然是人工记录数据，按照检定规程，检定一台pH计或离子计要近百个检定数据，检定人员要花大量的时间进行数据记录处理，计算结果较容易出差错。
2 酸度计的计量检定方法
酸度计的计量检定方法为：首先，确保被检定的酸度（pH）计外观性能正常。其次，按国家计量检定规程及说明书要求将酸度（pH）计检定仪与酸度（pH）计连接，接通开关，仪器补偿温度及电阻均按规程设置。根据仪器说明书检定仪器后，用检定仪向电计依次输入标准信号，记录下电计示值，计算电计示值误差。再次，将电计改为检测档，调节检定仪，使其输出毫伏电位信号，输入仪器，测量并记录电计读数。计算电计示值与相应输入毫伏值之间的误差。在对上述两项主要项目进行完检定后，应根据国家计量检定规程分别对电计输入电流、电计输入阻抗引起的示值误差、电计温度补偿器引起的示值误差、电计示值重复性等项目进行检定，记录下每一项的示值误差，这将是对被检定的酸度（pH）计的性能的评价依据。
完成以上步骤后，对被检定的酸度（pH）计的主机部分的检定过程结束，将对仪器示值误差及重复性进行检定。仪器示值误差是指将与仪器配套使用的电极部分与主机连接，采用国家计量检定规程规定的标准溶液对仪器及电极进行检定后，使用电极对另一标准溶液进行检测，测得实际值与标准值之差，即为该台酸度（pH）计的仪器示值误差。仪器的示值重复性则是重复操作上述过程次，以单次测量的标准偏差表示重复性。
3 酸度计计量检定装置的设计
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图1为酸度计计量检定装置示意图
如图1所示，图1为酸度计计量检定装置示意图，该应用图像识别技术的全自动pH计/离子计检定装置包括带有显示屏的计算机、CCD成像系统、信号发生器和计算机接口电路，计算机接口电路包括USB总线。计算机1为上位机，信号发生器2为下位机，计算机1连接信号发生器2，信号发生器2与待检定的酸度（pH）计或离子计连接，CCD成像系统与计算机1连接，CCD成像系统的摄像头对准待检定的酸度计或离子计LED或LCD显示屏，上位机通过USB总线控制下位机，使其信号发生器2按照计量检定规程的要求输出各种标准信号，被检定的酸度（pH）计或离子计接收到标准信号后，会通过LED或LCD显示出来实际测定值，CCD成像系统3通过摄取LED或LCD显示出来的实际测定值的图像信号后并将此图像信号转换为数字图像信号输入计算机，计算机接收到来自CCD成像系统3的数字图像后通过图像识别算法将图像中的酸度计或离子计实际测定数值识别出来并记录在计算机1上，计算机系统通过控制程序根据识别算法识别出的酸度（pH）计或离子计实际测定数值与信号发生器2按照计量检定规程的要求输出各种标准信号值进行对比计算，以此计算值判断酸度（pH）计或离子计的等级。
4 CCD成像系统的研究
数字图像处理是通过计算机完成的，首先需要数字图像获取工具得到数字图像，图像获取工具可以将模拟图像转换为数字图像，也可以直接通过图像获取工具直接产生数字图像。数字图像产生后，传输到计算机中，通过计算机中的图像处理软件或是编写的图像处理程序对图像进行处理，专业应用还可以通过图像处理工作站对专业图像处理。数字图像处理需要对大量的数据进行运算，所以通常需要计算机的计算速度快、内存空间大和大的硬盘储存能力。经过处理的图像主要通过显示器显示出来。
模板匹配字符识别算法。在实际应用中，为了提高识别的正确率，往往需要使用大的模板或多个模板进行匹配，处理时间则随着模板的增大以及模板个数的增加而增加。模板匹配字符识别算法的实现方法是计算输入模式与样本之间的相似性，取相似性最大的样本为输入模式所属类别。该方法识别速度快，但是对噪点比较敏感。模板匹配是显示屏字符识别最简单的方法之一。虽然在通常情况下用于匹配的图像各自的成像条件存在差异，产生较大的噪声干扰，或像经预处理和规格化处理后，使得像的灰度或像素点的位置发生改变，但是在实际设计模板的时候，是根据各区域形状固有的特点，突出各类似区域之间的差别，并将容易由处理过程引起的噪声和位移等因素都考虑进去，按照一些基于图像不变特性所设计的特征量来构建模板，就可以避免上述问题。神经网络字符识别算法是目前比较流行的算法，但是由于模板匹配简单，所以在此次算法中选择模版匹配算法。
5 结语
酸度（pH）计和离子计是一种常见的化学计量仪器，酸度（pH）计和离子计由酸度（pH）/离子电极传感器和电计组成。从国家到省、市、县及企业的计量部门都开展酸度（pH）计和离子计的检定。本文设计的酸度计计量检定装置具有自动控制标准信号发生器的输出，自动识别酸度（pH）计或离子计的显示值，并自动记录检定数据、自动进行数据处理、自动进行检定结果准确度的优点。实现无纸化自动检定方法，提高检定工作技术水平和检定工作效率，具有一定的实用性和广泛的推广价值。
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作者简介：
李光，单位：沈阳计量测试院，高级工程师，研究方向：计量器具的检定、检定与研究。