基于LabVIEW的熱電偶溫度記錄儀

1、本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 題 目：基于 LabVIEW 的熱電偶 溫度記錄儀 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專 業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器 班 級(jí)：測(cè)控 06-3 班 指導(dǎo)教師： 摘摘 要要 溫度是表征設(shè)備狀態(tài)的重要物理量，也是傳熱學(xué)中進(jìn)行分析計(jì)算的重要參數(shù)，溫度測(cè)試 及記錄是工業(yè)應(yīng)用與教學(xué)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常遇到的問(wèn)題。 本設(shè)計(jì)采用基于LabVIEW的熱電偶溫度記錄儀來(lái)實(shí)現(xiàn)熱電偶溫度記錄。設(shè)計(jì)分為硬件 設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)兩部分。硬件主要是由熱電偶溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、PC機(jī)組成，主要 實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)的采集、轉(zhuǎn)換、處理等功能。采用LabVIEW8.5 進(jìn)行圖形化編程設(shè)計(jì)了前面板。 可以通過(guò)用戶登錄界面進(jìn)入系統(tǒng)，前面

2、板設(shè)計(jì)包括溫度采集、溫度記錄、溫度查詢?nèi)糠帧?在程序框圖設(shè)計(jì)中，編寫了用戶管理、DAQ采集、通道選擇、數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)、數(shù)據(jù)庫(kù)寫入、 數(shù)據(jù)庫(kù)查詢等子VI，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于四個(gè)不同通道的數(shù)據(jù)采集、記錄、實(shí)時(shí)顯示、報(bào)警及查詢等 功能。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：Lab VIEW；虛擬儀器；溫度；采集；記錄 Abstract Temperature not only is an important characterization of physical equipment, but also is the heat transfer analysis in an important parameter .The te

3、st and record the temperature industrial applications are often experiment with teaching problems. This set of virtual instrument which is based on the thermocouple temperature recorder, is record the temperature of thermocouple. Design is divided into hardware design and software design .Hardware w

4、as designed by the thermocouple temperature sensor, data acquisition cards, PC systems, etc. It is mainly temperature signal acquisition, transformation, processing and other functions .Software design used LabVIEW8.5 graphical programming software. The interface can be displayed Temperature acquisi

5、tion, temperature records and temperature query through user-side. In program design, I prepared a sub-VI (user management, DAQ acquisition, channel selection, database access, database write database query). And they achieved the four different channels for data collection, recording, real-time dis

6、play, alarm and inquiry functions. Key words: Lab VIEW; Virtual instrument; temperature; collection; Records 目錄目錄 摘 要.I Abstract.II 第一章 緒論.1 1.1 溫度記錄儀的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀.1 1.2 溫度記錄儀分類與應(yīng)用.2 1.3 研究背景及意義.2 1.3.1 研究背景.2 1.3.2 研究意義.3 1.4 虛擬儀器技術(shù).3 1.4.1 虛擬儀器的概念.4 1.4.2 虛擬儀器的結(jié)構(gòu).4 1.4.3 虛擬儀器的技術(shù)優(yōu)勢(shì).5 1.5 本章小結(jié).6 第二章 溫度記錄

7、儀方案比較與選擇.8 2.1 有紙溫度記錄儀.8 2.2 無(wú)紙溫度記錄儀.8 2.3 方案比較與選擇.8 2.4 總體方案設(shè)計(jì).9 2.5 本章小結(jié).10 第三章 熱電偶溫度記錄儀硬件設(shè)計(jì).11 3.1 熱電偶型號(hào)的選擇.11 3.1.1 熱電偶的發(fā)展現(xiàn)狀.11 3.1.2 熱電偶的發(fā)展趨勢(shì).12 3.2 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償與線性化處理方法.13 3.2.1 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償原理.13 3.2.2 LT1025 的結(jié)構(gòu)和工作原理.13 3.2.3 LT1025 在 K 型熱電偶測(cè)溫中的應(yīng)用.14 3.2.4 LT1025 在 S 型熱電偶測(cè)溫中的應(yīng)用.15 3.3 數(shù)據(jù)采集卡的選擇.15 3

8、.4 本章小結(jié).16 第四章 熱電偶溫度記錄儀軟件設(shè)計(jì).17 4.1 熱電偶溫度記錄儀的軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖.17 4.2 軟件前面板設(shè)計(jì).17 4.2.1 用戶登錄前面板.17 4.2.2 溫度采集前面板設(shè)計(jì).18 4.2.3 溫度記錄前面板設(shè)計(jì).19 4.2.4 溫度查詢前面板設(shè)計(jì).20 4.3 程序框圖設(shè)計(jì).21 4.3.1 用戶登錄模塊程序設(shè)計(jì).22 4.3.2 通道選擇模塊程序設(shè)計(jì).24 4.3.3 溫度采集模塊程序設(shè)計(jì).24 4.3.4 溫度報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì).25 4.3.5 數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)模塊程序設(shè)計(jì).25 4.3.6 數(shù)據(jù)庫(kù)寫入模塊程序設(shè)計(jì).26 4.3.7 數(shù)據(jù)庫(kù)查詢模塊程序設(shè)計(jì).27

9、 4.4 系統(tǒng)程序調(diào)試.28 4.5 本章小結(jié).30 第五章 總結(jié).32 參考文獻(xiàn).33 附錄 主程序圖.35 致謝.36 第一章第一章 緒論緒論 1.1 溫度記錄儀的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀溫度記錄儀的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀 溫度記錄儀是測(cè)量物體冷熱程度的工業(yè)自動(dòng)化儀表，一般的溫度測(cè)量?jī)x表都有檢測(cè)和顯 示兩個(gè)部分。 最早的溫度測(cè)量?jī)x表，是意大利人伽利略于 1592 年創(chuàng)造的。它是一個(gè)帶細(xì)長(zhǎng)頸的大玻 璃泡，倒置在一個(gè)盛有葡萄酒的容器中，從其中抽出一部分空氣，酒面就上升到細(xì)頸內(nèi)。當(dāng) 外界溫度改變時(shí)，細(xì)頸內(nèi)的酒面因玻璃泡內(nèi)的空氣熱脹冷縮而隨之升降，因而酒面的高低就 可以表示溫度的高低，實(shí)際上這是一個(gè)沒(méi)有刻度的指示器

10、。 1709 年，德國(guó)的華倫海特于荷蘭首次創(chuàng)立溫標(biāo)，隨后他又經(jīng)過(guò)多年的分度研究，到 1714 年制成了以水的冰點(diǎn)為 32 度、沸點(diǎn)為 212 度、中間分為 180 度的水銀溫度記錄儀，即 至今仍沿用的華氏溫度計(jì)。 1742 年，瑞典的攝爾西烏斯制成另一種水銀溫度計(jì)，溫濕度記錄儀以水的冰點(diǎn)為 100 度、沸點(diǎn)作為 0 度。到 1745 年，瑞典的林奈將這兩個(gè)固定點(diǎn)顛倒過(guò)來(lái)，這種溫度計(jì)就是至 今仍沿用的攝氏溫度計(jì)。 早在 1735 年，就有人嘗試?yán)媒饘侔羰軣崤蛎浀脑?，制造溫度?jì)，到 18 世紀(jì)末，出 現(xiàn)了雙金屬溫度計(jì)；1802 年，查理斯定律確立之后，氣體溫度計(jì)也隨之得到改進(jìn)和發(fā)展， 其精確度

11、和測(cè)溫范圍都超過(guò)了水銀溫度計(jì)。 1821 年，德國(guó)的塞貝克發(fā)現(xiàn)熱電效應(yīng)；同年，英國(guó)的戴維發(fā)現(xiàn)金屬電阻隨溫度變化的 規(guī)律，這以后就出現(xiàn)了熱電偶溫度計(jì)和熱電阻溫度計(jì)。1876 年，德國(guó)的西門子制造出第一 支鉑電阻溫度計(jì)。 國(guó)際現(xiàn)代通用的溫標(biāo)是 1967 年第 13 次國(guó)際權(quán)度大會(huì)通過(guò)的 ，1968 年國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)。 它以 13 個(gè)純物質(zhì)的相變點(diǎn)，如氫三相點(diǎn)，即氫的固、液、氣三態(tài)共存點(diǎn)(-25934)；水三 相點(diǎn)(0.01)和金凝固點(diǎn)(1064.43)等，作為定義固定點(diǎn)來(lái)復(fù)現(xiàn)熱力學(xué)溫度的1。 溫度是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)試驗(yàn)以及日常生活中需要普遍進(jìn)行測(cè)量和控制的一個(gè)重要物理 量。溫度的宏觀概念是冷熱程度的

12、表示，溫度的微觀概念是大量分子運(yùn)動(dòng)平均強(qiáng)的表示。分 子運(yùn)動(dòng)愈激烈其溫度表現(xiàn)越高。在工業(yè)過(guò)程控制中，溫度也是一個(gè)重要的測(cè)量參數(shù)。 隨著對(duì)生產(chǎn)效率的要求不斷提高，對(duì)溫度檢測(cè)的要求也越來(lái)越高，融合現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)和 控制理論的智能檢測(cè)是當(dāng)今溫度檢測(cè)的趨勢(shì)，研究和開(kāi)發(fā)適用場(chǎng)合多樣化、測(cè)溫對(duì)象多樣化、 檢測(cè)設(shè)備數(shù)字化以及檢測(cè)元件新型化的測(cè)溫儀表是國(guó)內(nèi)外測(cè)溫儀表研究的重點(diǎn)。 根據(jù)上述要求，國(guó)內(nèi)外溫度儀表將向以下幾方面發(fā)展: （1）繼續(xù)生產(chǎn)應(yīng)用廣泛的傳統(tǒng)溫度檢測(cè)元件，如:熱電偶、熱敏電阻等。 （2）加強(qiáng)新原理、新材料、新工藝的開(kāi)發(fā)，如近來(lái)已開(kāi)發(fā)的炭化硅薄膜熱敏電阻溫度 檢測(cè)器，厚膜、薄膜鉑電阻溫度檢測(cè)器，硅單晶

13、熱敏電阻溫度檢測(cè)器等。 （3）向智能化、集成化方向發(fā)展，新產(chǎn)品不僅要具有檢測(cè)功能，又要具有判斷和指令 等多功能，采用微機(jī)向智能化方向發(fā)展2。 1.2 溫度記錄儀分類與應(yīng)用溫度記錄儀分類與應(yīng)用 溫度記錄儀分類： 按記錄媒介分：有紙溫度記錄儀、無(wú)紙溫度記錄儀；其中有紙溫度記錄儀又分為：長(zhǎng)圖 溫度記錄儀、圓圖溫度記錄儀。 按通道分：?jiǎn)瓮ǖ罍囟扔涗泝x、雙通道溫度記錄儀、多通道溫度記錄儀。 早期的溫度記錄儀都是有紙類型的，隨著計(jì)算機(jī)的普及和廣泛應(yīng)用，無(wú)紙溫度記錄儀產(chǎn) 生，并因?yàn)槠涓鼫?zhǔn)確地?cái)?shù)據(jù)記錄、更方便的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、更便捷的數(shù)據(jù)分析功能，所占市場(chǎng)份 額逐年猛增；近幾年推出的帶 USB 接口的無(wú)紙記錄儀更是

14、極大地方便了數(shù)據(jù)的下載和保存。 但是由于在某些場(chǎng)合目前有關(guān)規(guī)定必須使用有紙溫度記錄儀，比如：醫(yī)療上用的高溫殺 菌鍋、低溫冷藏、用于出口的食品生產(chǎn)等；以及有紙溫度記錄儀無(wú)需電腦知識(shí)而適應(yīng)于一些 低知識(shí)水準(zhǔn)員工操作的管理和控制，有紙溫度記錄儀一時(shí)還無(wú)法被無(wú)紙記錄儀完全替代3。 1.3 研究背景及意義研究背景及意義 隨著現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的不斷發(fā)展，以 LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench ) 為軟件平臺(tái)虛擬儀器測(cè)量技術(shù)正在現(xiàn)代測(cè)控領(lǐng)域占據(jù)越來(lái)越重要的位置。在熱 電偶溫度記錄工作中，應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)可以提高工作效率，節(jié)約成

15、本和提高準(zhǔn)確性。因此 如何能將熱電偶溫度測(cè)量記錄及其技術(shù)有效的與 LabVIEW 虛擬儀器相結(jié)合就成了溫度測(cè)試 領(lǐng)域的一個(gè)新課題，對(duì)測(cè)控技術(shù)的發(fā)展具有相當(dāng)積極的意義。 1.3.1 研究背景研究背景 溫度是表征設(shè)備狀態(tài)的重要物理量，也是傳熱學(xué)中進(jìn)行分析計(jì)算的重要參數(shù)，溫度測(cè)試 及記錄是工業(yè)應(yīng)用與教學(xué)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常遇到的問(wèn)題。 早期的溫度記錄儀都是有紙類型的，隨著計(jì)算機(jī)的普及和廣泛應(yīng)用，無(wú)紙溫度記錄儀產(chǎn) 生，并因?yàn)槠涓鼫?zhǔn)確地?cái)?shù)據(jù)記錄、更方便的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、更便捷的數(shù)據(jù)分析功能，所占市場(chǎng)份 額逐年猛增；近兩年推出的帶 USB 接口的無(wú)紙記錄儀更是極大的方便了數(shù)據(jù)的下載和保存4。 然而由于在某些場(chǎng)合目前有關(guān)規(guī)

16、定必須使用有紙溫度記錄儀，比如：醫(yī)療上用的高溫殺菌鍋、 低溫冷藏、用于出口的食品生產(chǎn)等；以及有紙溫度記錄儀無(wú)須電腦知識(shí)而適用于一些低知識(shí) 水準(zhǔn)員工操作場(chǎng)合的管理和控制，因此有紙溫度記錄儀一時(shí)還無(wú)法被無(wú)紙記錄儀完全替代。 進(jìn)入 21 世紀(jì)以來(lái)， 作為測(cè)試技術(shù)的一個(gè)分支， 虛擬儀器的開(kāi)發(fā)和研制在國(guó)內(nèi)得到了飛 速的發(fā)展。虛擬儀器是利用計(jì)算機(jī)顯示器的顯示功能來(lái)模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板， 以多種 形式表達(dá)輸出檢測(cè)結(jié)果， 利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟件功能實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)的運(yùn)算、分析、處理， 并利用 I/O 接口設(shè)備完成信號(hào)的采集、測(cè)量與調(diào)理，從而完成各種測(cè)試功能的計(jì)算機(jī)儀器系 統(tǒng)。 1.3.2 研究意義研究意義 隨著現(xiàn)

17、代控制技術(shù)的發(fā)展，在工業(yè)控制領(lǐng)域需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，例如在發(fā)電 廠、鋼鐵廠、化工領(lǐng)域的生產(chǎn)中都需要對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采集，而溫度采集又是其中極為 重要的部分。目前，溫度測(cè)量主要采用玻璃液體溫度計(jì)，人工觀測(cè)。這種測(cè)量方式，一方面 給偏遠(yuǎn)地區(qū)的觀測(cè)人員帶來(lái)諸多不便；另一方面，測(cè)量精度受人為因素影響，測(cè)量誤差大。 因此，有必要采用效率和自動(dòng)化水平更高的新的測(cè)量手段。在農(nóng)業(yè)方面，溫度的變化影響作 物的發(fā)芽、幼苗的成長(zhǎng)、作物的開(kāi)花、果實(shí)的成熟，等等。對(duì)于不同的作物，其適宜的生長(zhǎng) 溫度總是在一個(gè)范圍。超過(guò)這個(gè)范圍，作物或許會(huì)成活，但是其生長(zhǎng)的規(guī)律將發(fā)生明顯的變 化，這對(duì)于作物能夠優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的目標(biāo)相

18、距甚遠(yuǎn)，因此， 實(shí)時(shí)獲取作物生長(zhǎng)的環(huán)境溫度， 對(duì)超過(guò)作物生長(zhǎng)適宜范圍的溫度能夠報(bào)警非常重要。同時(shí)，作物的適宜溫度范圍可以由檢測(cè) 人員根據(jù)實(shí)際情況加以改變。 以 LabVIEW 為代表的圖形化語(yǔ)言，又稱為 G 語(yǔ)言。使用這種語(yǔ)言編程的時(shí)候，基本上 不需要編寫程序代碼，而是“繪制”程序流程圖。利用 LabVIEW，可以產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)行的可 執(zhí)行文件。它遵循“軟件即儀器”的概念，將計(jì)算機(jī)資源、儀器測(cè)/控硬件和用于數(shù)據(jù)分析、 過(guò)程通信及圖形用戶界面的軟件進(jìn)行有效結(jié)合，從而大大減少了儀器的硬件資源，并可以按 照用戶的需要定義儀器功能和結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)用戶自己的儀器5。所以，在熱電偶溫度記錄工作 中，應(yīng)用虛擬儀器技

19、術(shù)可以提高工作效率，節(jié)約成本和提高準(zhǔn)確性。因此如何能將熱電偶溫 度測(cè)量記錄及其技術(shù)有效的與 LabVIEW 虛擬儀器相結(jié)合就成了溫度測(cè)試領(lǐng)域的一個(gè)新課題， 對(duì)測(cè)控技術(shù)的發(fā)展具有相當(dāng)積極的意義。 1.4 虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù) 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、微電子技術(shù)的高速發(fā)展，儀器測(cè)量技術(shù)也開(kāi)始由傳統(tǒng)儀器向 計(jì)算機(jī)化方向邁進(jìn)。20 世紀(jì) 80 年代中期，美國(guó)國(guó)家儀器公司（National Instrument 簡(jiǎn)稱 NI）首先提出了“軟件就是儀器”這一虛擬儀器簡(jiǎn)稱概念，并隨之推出第一批實(shí)用成果。這 一創(chuàng)新使得用戶能夠根據(jù)自己的需要定義儀器功能，而不像傳統(tǒng)儀器那樣受到廠商的限制。 虛擬儀器的出現(xiàn)徹

20、底改變了傳統(tǒng)的儀器觀念，開(kāi)辟了測(cè)控技術(shù)的新紀(jì)元。 1.4.1 虛擬儀器的概念虛擬儀器的概念 所謂虛擬儀器，就是在通用的計(jì)算機(jī)平臺(tái)上定義和設(shè)計(jì)等同常規(guī)儀器的各種功能，用戶操 作計(jì)算機(jī)的同時(shí)就是在使用一臺(tái)專門的電子儀器。虛擬儀器以計(jì)算機(jī)為核心，充分利用計(jì)算 機(jī)強(qiáng)大的圖形界面和數(shù)據(jù)處理能力，提供對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的分析處理和顯示功能。虛擬儀器技術(shù) 強(qiáng)調(diào)軟件在測(cè)控系統(tǒng)中的重要的地位，但也并不排斥測(cè)試硬件平臺(tái)的重要性。虛擬儀器測(cè)控 系統(tǒng)通過(guò)信號(hào)采集設(shè)備和調(diào)理設(shè)備將計(jì)算機(jī)硬件和被測(cè)量硬件連接起來(lái)，再通過(guò)軟件取代常 規(guī)儀器硬件，將計(jì)算機(jī)硬件資源與儀器硬件有機(jī)地融合為一體，從而把計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算處 理能力和儀器硬件的

21、測(cè)量、控制能力結(jié)合在一起，大大縮小了儀器硬件的成本和體積，并通 過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)以及分析處理6。 1.4.2 虛擬儀器的結(jié)構(gòu)虛擬儀器的結(jié)構(gòu) 虛擬儀器由硬件和軟件兩部分組成。 虛擬儀器的硬件主體是電子計(jì)算機(jī)，通常是個(gè)人計(jì)算機(jī)，也可以是任何通用電子計(jì)算機(jī)。 為計(jì)算機(jī)配置的電子測(cè)量?jī)x器硬件模塊是各種傳感器、信號(hào)調(diào)理器、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、 數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)、數(shù)據(jù)采集卡(DAQ)等。電子計(jì)算機(jī)及其配置的電子測(cè)量?jī)x器硬件模 塊組成了虛擬儀器測(cè)試硬件平臺(tái)的基礎(chǔ)。虛擬儀器還可以選配開(kāi)發(fā)廠家提供的系統(tǒng)硬件模塊， 組成更為完善的硬件平臺(tái)。 按照測(cè)控功能硬件的不同，VI 可分為 G

22、PIB、VXI、PXI 和 DAQ 四種標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)。 （1）GPIB（General purpose Interface Bus）通用接口總線，是計(jì)算機(jī)和儀器間的標(biāo)準(zhǔn)通 訊協(xié)議。GPIB 的硬件規(guī)格和軟件協(xié)議己納入國(guó)際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) IEEE488.1 和 IEEE 488.2。它是 最早的儀器總線，目前多數(shù)儀器都配置了遵循 IEEE 488 的 GPIB 接口。典型的 GPIB 測(cè)試系 統(tǒng)包括一臺(tái)計(jì)算機(jī)、一塊 GPIB 接口卡和若干臺(tái) GPIB 儀器。GPIB 儀器覆蓋了從比較便宜的 到非常昂貴的儀器。但是 GPIB 的數(shù)據(jù)傳輸速度一般低于 500kb/s，不大適合于對(duì)系統(tǒng)速度 要求較高的應(yīng)用。

23、 （2）VXI（VME bus Extension for instrumentation）即 VME 總線在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展，是 1987 年在 VME 總線、Euro card 標(biāo)準(zhǔn)(機(jī)械結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn))和 IEEE 488 等標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，由主要 儀器制造商共同制訂的開(kāi)放性儀器總線標(biāo)準(zhǔn)。VXI 系統(tǒng)最多可包含 256 個(gè)裝置，主要由主機(jī) 箱、 “0 槽”控制器、具有多種功能的模塊儀器、驅(qū)動(dòng)軟件和系統(tǒng)應(yīng)用軟件等組成。系統(tǒng)中 各功能模塊可隨意更換，即插即用，可隨意組成新系統(tǒng)。VXI 的價(jià)格相對(duì)較高，適合于尖端 的測(cè)試領(lǐng)域。 （3）PXI （PCI extension for Instrumentat

24、ion）PCI 在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展，是 NI 公司于 1997 年發(fā)布的一種新的開(kāi)放性、模塊化儀器總線規(guī)范。其核心是 Compact PCI 結(jié)構(gòu)和 Microsoft Windows 軟件。 （4）DAQ （Data Acquisition）數(shù)據(jù)采集，指的是基于計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)總線（如 ISA、PCI、PC/104 等）的內(nèi)置功能插卡。它更加充分地利用計(jì)算機(jī)的資源，大大增加了測(cè) 試系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性。利用 DAQ 可方便快速地組建基于計(jì)算機(jī)的儀器（Computer- Based Instruments） ，實(shí)現(xiàn)“一機(jī)多型”和“一機(jī)多用” 6。 1.4.3 虛擬儀器的技術(shù)優(yōu)勢(shì)虛擬儀器的技術(shù)優(yōu)勢(shì) 虛擬

25、儀器的國(guó)內(nèi)外發(fā)展呈現(xiàn)兩條主線：一是 GPIBVXIPXI 總線方式,二是 PC 插卡式 LPT 并行口式串口 USB 方式IEEE 標(biāo)準(zhǔn)的 1394 口方式。 美國(guó) NI 公司開(kāi)發(fā)的 LabVIEW 和中國(guó) COINV 開(kāi)發(fā)的 DASP 虛擬儀器平臺(tái)是國(guó)內(nèi)外具有 代表性的兩個(gè)平臺(tái)，其軟件各有特點(diǎn)，互相不能替代、功能互補(bǔ)。LabVIEW 平臺(tái)是一個(gè)在 國(guó)內(nèi)外具有相當(dāng)影響和大量用戶的虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)，它對(duì)于一般儀器的開(kāi)發(fā)商、學(xué)校儀器 制造專業(yè)的教學(xué)以及一些特殊的用戶是適宜的，但由于它是用于虛擬儀器二次開(kāi)發(fā)的軟件， 而非可最終直接使用的儀器，這對(duì)大量的一般直接用戶即只想用虛擬儀器馬上直接測(cè)試分析 試

26、驗(yàn)結(jié)果的用戶，有不方便的地方，也有局限性。DASP 平臺(tái)它是直接面向最終用戶的虛擬 儀器庫(kù)，直接可以使用，不需要再進(jìn)行編程加工，用起來(lái)非常的快捷方便，精度又很高，用 戶拿起來(lái)就可直接使用，但對(duì)于專業(yè)儀器開(kāi)發(fā)商或者儀器行業(yè)自己需開(kāi)發(fā)虛擬儀器的用戶， 有一定的局限性。 和常規(guī)儀器技術(shù)相比，NI 虛擬儀器技術(shù)有四大優(yōu)勢(shì)7： （1）性能高 虛擬儀器技術(shù)是在 PC 技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，所以完全繼承了以現(xiàn)成即用的 PC 技 術(shù)為主導(dǎo)的最新商業(yè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，包括功能超卓的處理器和文件 I/O，使您在數(shù)據(jù)高速導(dǎo)入 磁盤的同時(shí)就能實(shí)時(shí)地進(jìn)行復(fù)雜的分析。此外，不斷發(fā)展的因特網(wǎng)和越來(lái)越快的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 使得虛擬儀器

27、技術(shù)展現(xiàn)其更強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。 （2）擴(kuò)展性強(qiáng) NI 的軟硬件工具使得工程師和科學(xué)家們不再受硬件儀器的限制。這些都得益于 NI 軟件 的靈活性，我們要做的只是更新計(jì)算機(jī)或測(cè)量硬件，就能以最少的硬件投資和極少的、甚至 無(wú)需軟件上的升級(jí)即可改進(jìn)自己的系統(tǒng)。在利用最新科技的時(shí)候，還可以把它們集成到現(xiàn)有 的測(cè)量設(shè)備，最終以較少的成本加速產(chǎn)品的設(shè)計(jì)時(shí)間。 （3）開(kāi)發(fā)時(shí)間少 在驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用兩個(gè)層面上，NI 高效的軟件構(gòu)架能與計(jì)算機(jī)、儀器儀表和通訊方面的最 新技術(shù)結(jié)合在一起。NI 設(shè)計(jì)這一軟件構(gòu)架的初衷就是為了方便用戶的操作，同時(shí)還提供了 靈活性和強(qiáng)大的功能，使用戶輕松地配置、創(chuàng)建、發(fā)布、維護(hù)和修改高性能、低成本的

28、測(cè)量 和控制解決方案。 （4）無(wú)縫集成 虛擬儀器技術(shù)從本質(zhì)上說(shuō)是一個(gè)集成的軟硬件概念。隨著產(chǎn)品在功能上不斷地趨于復(fù)雜， 工程師們通常需要集成多個(gè)測(cè)量設(shè)備來(lái)滿足完整的測(cè)試需求，而連接和集成這些不同設(shè)備總 是要耗費(fèi)大量的時(shí)間。NI 的虛擬儀器軟件平臺(tái)為所有的 IO 設(shè)備提供了標(biāo)準(zhǔn)的接口，幫助用 戶輕松地將多個(gè)測(cè)量設(shè)備集成到單個(gè)系統(tǒng)，減少了任務(wù)的復(fù)雜性。 1.5 本章小結(jié)本章小結(jié) 溫度是表征設(shè)備狀態(tài)的重要物理量，也是傳熱學(xué)中進(jìn)行分析計(jì)算的重要參數(shù)，溫度采集 及記錄是工業(yè)應(yīng)用與教學(xué)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常遇到的問(wèn)題。 為了解決上述這些問(wèn)題，早期儀器儀表的開(kāi)發(fā)者采用了有紙記錄儀，隨著計(jì)算機(jī)的普及 和廣泛應(yīng)用，無(wú)紙溫度

29、記錄儀產(chǎn)生，并因?yàn)槠涓鼫?zhǔn)確地?cái)?shù)據(jù)記錄、更方便的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、更便 捷的數(shù)據(jù)分析功能，所占市場(chǎng)份額逐年猛增。進(jìn)入 21 世紀(jì)以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技 術(shù)、微電子技術(shù)的高速發(fā)展，儀器測(cè)量技術(shù)也開(kāi)始由傳統(tǒng)儀器向計(jì)算機(jī)化方向邁進(jìn)。 和常規(guī)儀器技術(shù)相比，虛擬儀器技術(shù)有四大優(yōu)勢(shì)：性能高、擴(kuò)展性強(qiáng)、開(kāi)發(fā)時(shí)間少、無(wú) 縫集成。例如利用 LabVIEW，可以產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行文件。它遵循“軟件即儀器”的 概念，將計(jì)算機(jī)資源、儀器測(cè)/控硬件和用于數(shù)據(jù)分析、過(guò)程通信及圖形用戶界面的軟件進(jìn) 行有效結(jié)合，從而大大減少了儀器的硬件資源，并可以按照用戶的需要定義儀器功能、結(jié)構(gòu)， 設(shè)計(jì)用戶自己的儀器。這一創(chuàng)新使得用戶能夠根據(jù)

30、自己的需要定義儀器功能，而不像傳統(tǒng)儀 器那樣受到廠商的限制。 虛擬儀器的出現(xiàn)徹底改變了傳統(tǒng)的儀器觀念，開(kāi)辟了測(cè)控技術(shù)的新紀(jì)元。因此在熱電偶 溫度記錄工作中，如何能將熱電偶溫度采集記錄技術(shù)有效的與 LabVIEW 虛擬儀器相結(jié)合就 成了溫度采集及記錄領(lǐng)域的一個(gè)新課題，對(duì)測(cè)控技術(shù)的發(fā)展具有相當(dāng)積極的意義。 第二章第二章 溫度記錄儀方案比較與選擇溫度記錄儀方案比較與選擇 2.1 有紙溫度記錄儀有紙溫度記錄儀 有紙記錄儀以獨(dú)特的熱打印記錄方式和先進(jìn)的微處理器控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)與倫比 的高記錄清晰度、高精度、高可靠性、多功能且便于操作。可連續(xù)記錄和數(shù)字打印。 該儀表的每個(gè)通道均可直接選擇接收多種熱電偶、

31、 熱電阻、電壓和電流信號(hào)，并可 對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字顯示及進(jìn)行趨勢(shì)記錄和數(shù)字記錄，能在本身打印的100mm 寬的紙 格上同時(shí)記錄刻度值、時(shí)間及每一個(gè)信號(hào)的曲線，并將通道號(hào)印在各通道的軌跡旁?？?通過(guò)鍵盤設(shè)定測(cè)量信號(hào)種類、小數(shù)點(diǎn)位置、顯示范圍、記錄邊界、報(bào)警值、回差、系統(tǒng) 誤差的校正、記錄標(biāo)尺、數(shù)據(jù)打印間隔、走紙速度、打印深度及時(shí)間等參數(shù)，并對(duì)所設(shè) 參數(shù)加以保護(hù)。廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、石油、化工、冶金、電力等行業(yè)及科研單位。 STR1000 有紙記錄儀具有以下顯著特點(diǎn) ：高可靠性 、支持網(wǎng)絡(luò)功能 、強(qiáng)大的運(yùn)算 功能、多樣的顯示功能 、友好的人機(jī)界面，操作更簡(jiǎn)便 、豐富的報(bào)警功能 、豐富的記 錄和打印功能

32、 、高可靠性、采用完全隔離技術(shù) 8。 2.2 無(wú)紙溫度記錄儀無(wú)紙溫度記錄儀 熱電偶測(cè)溫儀的硬件由熱電偶傳感器、集成溫度傳感器 AD590、信號(hào)調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采 集卡及 PC 四部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2.1。 前置放大濾波 AD590 PCI 6221 數(shù)據(jù)采 集卡 PC機(jī) 前置放大 圖 2.1 熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 熱電偶采集被測(cè)溫度信號(hào)并將其轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，經(jīng)儀表放大器放大，濾波電路濾波后 輸入到數(shù)據(jù)采集卡，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳給 PC。 集成溫度傳感器 AD590 測(cè)量實(shí)時(shí)環(huán)境溫度實(shí)現(xiàn)冷端溫度補(bǔ)償。AD590 是由美國(guó)模擬器 件公司（AD）生產(chǎn)的恒流源式模擬集成溫度傳感器的特點(diǎn)，測(cè)量誤差小

33、、采用二次查表法 加線性插值實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量與顯示9。 2.3 方案比較與選擇方案比較與選擇 早期的溫度記錄儀都是有紙類型的，隨著計(jì)算機(jī)的普及和廣泛應(yīng)用，無(wú)紙溫度記錄儀產(chǎn) 生，并因?yàn)槠涓鼫?zhǔn)確地?cái)?shù)據(jù)記錄、更方便的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、更便捷的數(shù)據(jù)分析功能，所占市場(chǎng)份 額逐年猛增。虛擬儀器的設(shè)計(jì)中，硬件要求很低，成本低廉，程序?yàn)閳D形化語(yǔ)言，編程容易。 這樣，在儀器儀表的設(shè)計(jì)中，就可以省不少開(kāi)發(fā)時(shí)間和不必要的浪費(fèi)。除此之外，基于虛擬 儀器的溫度記錄儀的設(shè)計(jì)中，用戶還可以根據(jù)自己的需要定義儀器的功能，設(shè)計(jì)出符合自己 要求的儀器儀表來(lái)。這樣的虛擬儀器開(kāi)發(fā)周期短，效率高。 綜上所述，本設(shè)計(jì)采用 LabVIEW 來(lái)實(shí)現(xiàn)熱

34、電偶溫度的記錄。 2.4 總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì) 在工業(yè)過(guò)程控制中，溫度是一個(gè)重要的測(cè)量參數(shù)，而熱電偶具有準(zhǔn)確度高、測(cè)溫范圍廣 和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，使其成為工業(yè)應(yīng)用中溫度測(cè)量的首選。本設(shè)計(jì)針對(duì)傳統(tǒng)熱電偶非線性和 冷端溫度補(bǔ)償方法的不足，為準(zhǔn)確測(cè)量溫度，將傳統(tǒng)的熱電偶測(cè)溫技術(shù)與 LabVIEW 相結(jié)合 起來(lái)，通過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)行 LabVIEW 程序來(lái)分析處理輸入數(shù)據(jù)，最終由計(jì)算機(jī)顯示結(jié)果。利用 LabVIEW 實(shí)現(xiàn)了非線性和冷端溫度的高精度實(shí)時(shí)補(bǔ)償。 熱電偶對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫度的測(cè)量、信號(hào)的調(diào)理到數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)處理，最后到執(zhí)行 機(jī)構(gòu)構(gòu)成了一個(gè)完整的溫度測(cè)量與控制系統(tǒng)。應(yīng)用了軟件的特點(diǎn)直接進(jìn)行溫度的測(cè)

35、量。硬件 中只需要把熱電偶的兩個(gè)接線端口接到數(shù)據(jù)采集卡上就行。運(yùn)行程序，就可以得出實(shí)際的溫 度。系統(tǒng)基本原理圖如圖 2.2 所示。 基于LT1025的K型熱 電偶信號(hào)調(diào)理電路 PCI 6221 數(shù)據(jù) 采集卡 基于LT1025的K型熱 電偶信號(hào)調(diào)理電路 基于LT1025的S型熱 電偶信號(hào)調(diào)理電路 基于LT1025的S型熱 電偶信號(hào)調(diào)理電路 PC ( 基于 LabVIEW 的熱電偶溫度 記錄儀) ai0 ai1 ai2 ai3 K K S S 圖 2.2 熱電偶溫度記錄儀系統(tǒng)原理圖 溫度由熱電偶從熱端進(jìn)行采集，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后，將數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)采集卡。用基于 LT1025 的信號(hào)調(diào)理電路實(shí)現(xiàn)冷端溫度補(bǔ)

36、償與線性化處理。 LT1025 是美國(guó) LINEAR 公司生產(chǎn)的低功耗熱電偶冷端補(bǔ)償專用集成芯片，它既可用于 E、J、K、R、S 和 T 型熱電偶的冷端補(bǔ)償，又可構(gòu)成攝氏溫度計(jì)，還可用于溫度補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò) 中。其溫度補(bǔ)償準(zhǔn)確度高達(dá) 0.5 。內(nèi)部自帶特殊的非線性校正電路，以確保在整個(gè)溫度 測(cè)量范圍內(nèi) LT1025 都具有較高的補(bǔ)償準(zhǔn)確度。 LT1025 是專用的熱電偶冷端溫度補(bǔ)償集成電路芯片，內(nèi)部自帶特殊的非線性校正電路， 在 070補(bǔ)償范圍內(nèi)具有很高的溫度補(bǔ)償準(zhǔn)確度，其補(bǔ)償絕對(duì)誤差小于 0.5；該芯片的補(bǔ) 償輸出信號(hào)為低阻抗，且獨(dú)立于供電電壓；它可和各種熱電偶配套使用，所構(gòu)成的測(cè)溫系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、

37、成本低廉、不需要調(diào)節(jié)，可廣泛應(yīng)用于電子測(cè)量、工業(yè)儀表等領(lǐng)域的溫度測(cè)量。 本系統(tǒng)采用 NI 公司生產(chǎn)的 PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡，即應(yīng)用虛擬儀器 PC_DAQ 系統(tǒng)。 PC_DAQ 系統(tǒng)是以數(shù)據(jù)采集板、信號(hào)調(diào)理電路和計(jì)算機(jī)為儀器硬件平臺(tái)組成的插卡式虛擬儀 器系統(tǒng)。采用 PCI 計(jì)算機(jī)本身的總線，故將數(shù)據(jù)采集卡(DAQ)插入計(jì)算機(jī)的空槽中即可。 PCI6221 是一種低廉的 M 系列數(shù)據(jù)采集卡，在計(jì)算機(jī)上使用的板卡。它可以采集模擬 信號(hào)，數(shù)字信號(hào)，擁有定時(shí)器的功能，同時(shí)還具有模擬輸出的功能，該數(shù)據(jù)采集卡具有高性 能的數(shù)據(jù)采集與控制功能。 2.5 本章小結(jié)本章小結(jié) 溫度記錄儀分為有紙記錄儀和無(wú)紙記

38、錄儀，早期的溫度記錄儀都是有紙類型的，隨著計(jì) 算機(jī)的普及和廣泛應(yīng)用，無(wú)紙溫度記錄儀產(chǎn)生，并因?yàn)槠涓鼫?zhǔn)確地?cái)?shù)據(jù)記錄、更方便的數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)、更便捷的數(shù)據(jù)分析功能，所占市場(chǎng)份額逐年猛增。本設(shè)計(jì)采用基于 LabVIEW 的熱電 偶溫度記錄儀，在熱電偶溫度記錄儀的設(shè)計(jì)中運(yùn)用到了基于 LT1025 的測(cè)溫電路與 PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡對(duì)數(shù)據(jù)的采集。 第三章第三章 熱電偶溫度記錄儀硬件設(shè)計(jì)熱電偶溫度記錄儀硬件設(shè)計(jì) 3.1 熱電偶型號(hào)的選擇熱電偶型號(hào)的選擇 工藝上比較成熟是標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，其能批量生產(chǎn)、性能穩(wěn)定、應(yīng)用廣泛而且具有統(tǒng)一的 分度表，并已列入國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)文件中的熱電偶。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶可以互相交換，精

39、度有一 定的保證。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）共推薦了 8 種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶的名稱，分 度號(hào)，測(cè)量范圍，精確度等級(jí)及允許偏差如表 3.1 所示。 表 3.1 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶分度表10 分 度 號(hào) 熱電偶識(shí)別測(cè)溫范圍（）C對(duì)分度表允許偏差（）C 熱電偶名稱 新極 性 識(shí)別 E(100,0) （mV） 長(zhǎng)期短期 等 級(jí) 使用溫度允差 正亮白硬 6001.5C 鉑銠10-鉑S 負(fù)亮白軟 0.646013001600III 600 0.25%t 正較硬1100 0.25%t 正較硬6009004C 鉑銠30-鉑B 負(fù)稍軟 0.33016001800III 800 0.5%t 正不親磁II-401

40、3002.5C 鎳鉻-鎳硅K 負(fù)稍親磁 4.096012001300 III-200-402.5C 正不親磁I-4011001.5C鎳鉻硅-鎳 硅 N 負(fù)稍親磁 2.774-20012001300 II-4013002.5C 正暗綠II409002.5C 鎳鉻-康銅E 負(fù)亮黃 6.319-200760850 III-200402.5C 正紅色I(xiàn)I-403501C 銅-康銅T 負(fù)銀白色 4.279-200350400 III-200401C 正親磁 鐵-康銅J 負(fù)不親磁 5.269-200600750II-407502.5C 本設(shè)計(jì)選用比較常用的 S 型熱電偶與 K 型熱電偶，S 型熱電偶具有準(zhǔn)

41、確度高，穩(wěn)定性好 ，測(cè)溫溫區(qū)寬，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)； K 型熱電偶的測(cè)溫范圍寬、線性度好、熱電動(dòng)勢(shì)較大 、靈敏度高、抗氧化能力較強(qiáng)，在氧化和還原氣氛中輸出熱電勢(shì)都比較穩(wěn)定。 3.1.1 熱電偶的發(fā)展現(xiàn)狀熱電偶的發(fā)展現(xiàn)狀 熱電偶由兩種不同金屬或合金組成閉合回路。它們的一端通常焊接在一起形成接點(diǎn)，稱 為測(cè)量端(工作端或熱端)。而另一端置于被測(cè)溫場(chǎng)中其參考端恒定在某一溫度下(通常為0)， 然后通過(guò)連接導(dǎo)線與測(cè)量?jī)x表相連。由于熱電偶兩端所處的溫度不同，在熱電偶中就有電動(dòng) 勢(shì)產(chǎn)生用測(cè)量?jī)x表測(cè)得電動(dòng)勢(shì)的數(shù)值后，便可間接知道相應(yīng)的溫度或者直接由測(cè)量?jī)x表指示 出溫度。 熱電偶作為測(cè)溫元件，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、

42、使用方便、測(cè)溫精度較高，可就地測(cè)量 和遠(yuǎn)傳。在工作時(shí)，只要與顯示儀表配合即可測(cè)量氣體、液體、固體的溫度。熱電偶可以用 來(lái)測(cè)量-2001600范圍內(nèi)的溫度，有些熱電偶甚至可測(cè)量2000以上溫度。所以熱電偶是 使用最廣泛的測(cè)溫元件之一。通過(guò)熱電偶冷端補(bǔ)償進(jìn)行溫度測(cè)量是一種傳統(tǒng)、有效的方法， 廣大技術(shù)工作人員在實(shí)際的測(cè)量檢測(cè)中已經(jīng)積累了較多的經(jīng)驗(yàn)11。 然而廣泛應(yīng)用于工業(yè)和科研中的熱電偶傳感器。由于受到測(cè)量環(huán)境、介質(zhì)氣氛、使用溫 度以及絕緣材料和保護(hù)套管材料玷污等情況的影響，使用一段時(shí)間后，其熱電特性會(huì)發(fā)生變 化。當(dāng)熱電特性變化超過(guò)規(guī)定的范圍時(shí)，熱電偶指示的溫度便會(huì)失真，測(cè)溫誤差越來(lái)越大12。 除此

43、之外由于熱電偶熱電勢(shì)和溫度之間的非線性以及冷端溫度的不穩(wěn)定，影響了測(cè)溫精度。 傳統(tǒng)的冷端及非線性補(bǔ)償方法主要有以下兩種:一是基于硬件的補(bǔ)償，但補(bǔ)償電路復(fù)雜， 成本較高，精度不夠；二是基于軟件的補(bǔ)償，通過(guò)微機(jī)進(jìn)行擬合或插值實(shí)現(xiàn)修正，普通的軟 件補(bǔ)償對(duì)工作人員編程能力要求較高，計(jì)算量大，實(shí)時(shí)性不是很好。因此，傳統(tǒng)補(bǔ)償方法在 很多場(chǎng)合已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代測(cè)溫的要求13。 3.1.2 熱電偶的發(fā)展趨勢(shì)熱電偶的發(fā)展趨勢(shì) 國(guó)內(nèi)外的許多研究機(jī)構(gòu)和制造商,根據(jù)工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化的檢測(cè)和控制要求,不斷設(shè)計(jì)和制 造出許多新的熱電偶、熱電阻,目前的發(fā)展趨勢(shì)大致如下。 （1）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)鎧裝化 鎧裝熱電偶與熱電阻具有壽命長(zhǎng)、可彎

44、曲、熱響應(yīng)時(shí)間小、耐震動(dòng)等的優(yōu)點(diǎn),倍受用戶 的青睞。它也將逐步地代替過(guò)去用絕緣瓷珠穿絲的裝配結(jié)構(gòu)型式。 （2）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)安裝套管化 由于熱電偶與熱電阻檢測(cè)元件實(shí)現(xiàn)了鎧裝化,因此可以做到整機(jī)與套管分離成兩部分,用 戶可以預(yù)先將套管安裝在工業(yè)過(guò)程設(shè)備上,熱電偶或熱電阻可以在不停機(jī)情況下安裝或拆卸, 設(shè)備中的介質(zhì)不會(huì)泄漏,既可靠又安全。 （3）檢測(cè)、信號(hào)轉(zhuǎn)換和現(xiàn)場(chǎng)顯示一體化 隨著電子產(chǎn)品小型化,原來(lái)作為直流420mA或15V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)傳輸?shù)臒犭娕蓟驘犭娮?系列的溫度變送器(實(shí)際上應(yīng)該叫信號(hào)轉(zhuǎn)換器)也已小型化,可以安裝在現(xiàn)場(chǎng)的熱電偶或熱電 阻接線盒內(nèi)與熱電偶或熱電阻成為一體。對(duì)于熱電偶來(lái)說(shuō)只需用兩根普通導(dǎo)

45、線連接而不必使 用較為昂貴的補(bǔ)償導(dǎo)線；對(duì)于熱電阻來(lái)說(shuō)不必再使用三根導(dǎo)線檢測(cè)。信號(hào)轉(zhuǎn)換和顯示成為一 體的帶轉(zhuǎn)換器和帶顯示的熱電偶與熱電阻則可滿足現(xiàn)場(chǎng)顯示需要14。 近年來(lái),現(xiàn)場(chǎng)總線已廣泛應(yīng)用于許多自動(dòng)化控制領(lǐng)域,帶智能型轉(zhuǎn)換器的熱電偶與熱電阻 也已面世。它采用二線制420mA或數(shù)字化輸出,通過(guò)手持終端操作器接在420mA任意位 置,實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)通訊的現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)距離重調(diào)。它還具有PID的控制功能。在這種情況下, 420mA作為控制輸出,過(guò)程變量是測(cè)量的溫度值,設(shè)置則可由操作者直接或使用一個(gè)可組態(tài) 的設(shè)置操作器來(lái)調(diào)整,其輸出信號(hào)可接到執(zhí)行單元；同時(shí)信號(hào)的數(shù)字部分提供過(guò)程變量、輸 出、設(shè)置和其他轉(zhuǎn)換參數(shù)

46、或PID參數(shù)。 3.2 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償與線性化處理方法熱電偶冷端溫度補(bǔ)償與線性化處理方法 本設(shè)計(jì)用 LT1025 來(lái)實(shí)現(xiàn)冷端溫度補(bǔ)償，由于 LT1025 內(nèi)部自帶特殊的非線性校正電路， 本設(shè)計(jì) LT1025 實(shí)現(xiàn)線性化處理。LT1025 是美國(guó) LINEAR 公司生產(chǎn)的低功耗熱電偶冷端補(bǔ)償 專用集成芯片，它既可用于 E、J、K、R、S 和 T 型熱電偶的冷端補(bǔ)償，又可構(gòu)成攝氏溫度 計(jì)，還可用于溫度補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中。其溫度補(bǔ)償準(zhǔn)確度高達(dá) 0.5 。 3.2.1 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償原理熱電偶冷端溫度補(bǔ)償原理 在熱電偶冷熱端電勢(shì)關(guān)系中，有如下公式： (,0)= (,0)+ (0,0) 其中，t 為實(shí)測(cè)

47、溫度； t0為冷端溫度； 為冷端溫度為 0時(shí)，熱電偶電勢(shì)輸出； (,0) 為冷端溫度為 t0時(shí)，熱電偶電勢(shì)輸出；為冷端補(bǔ)償電勢(shì)。上式中可 (,0)(0,0)(,0) 以直接從熱電偶輸出中檢測(cè)到，只要獲取冷端溫度 t0，就可以由分度表?yè)Q算出,進(jìn)而 (0,0) 求出。完成了冷端電勢(shì)補(bǔ)償，并通過(guò)分度表可換算出實(shí)測(cè)溫度 t15。 (,0) 3.2.2 LT1025 的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理 LT1025 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 3.1 所示。它主要由溫度傳感器、非線性校正電路，即弓 形校正電壓、緩沖器以及精密電阻分壓器組成。LT1025 的供電電壓為:436V，典型供電電 流為 80A。當(dāng)供電電壓

48、低于 10V 時(shí)，其芯片內(nèi)部功耗引起的溫升小于 0.1緩沖器的作用 是提高輸出能力，輸出為低阻抗，且獨(dú)立于供電電壓。緩沖器的輸出分為兩路：一路以 10mV/直接從端口輸出;另一路通過(guò)精密電阻分壓器輸出，用于和不同型號(hào)的熱電偶相配。 LT1025 的工作溫度范圍為 070。 圖 3.1 LT1025 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖16 在寬溫度范圍內(nèi)，U 由于熱電偶的斜率會(huì)變化，從而產(chǎn)生相對(duì)于固定斜率的準(zhǔn)拋物線式 測(cè)溫誤差。為消除該項(xiàng)影響，在 LT1025 中專門設(shè)計(jì)了一個(gè)非線性校正電路，其原理如下： = + ( 25)2 式中： 系數(shù). 單位為 mV/ 修正系數(shù). 單位為 mV/2 U補(bǔ)償器輸出.單位為 mV

49、 T被測(cè)對(duì)象的溫度. 單位為 式中第一項(xiàng)為相對(duì)于 0 的線性項(xiàng)，第二項(xiàng)為相對(duì)于室溫的偏差二次非線性修正項(xiàng)， 其實(shí)質(zhì)為拋物線方程。在 05的溫度范圍內(nèi)，各熱電偶的最佳修正 系數(shù)分為 6.610-4(E)、 4.810-4(J)、4.310-4(K)、1.910-3(R)、1.910-3 (S)、110-3 (T)。當(dāng)直接輸出 10 mV/ 時(shí)，最佳修正系數(shù)為 5.510-4。在測(cè)溫要求不高時(shí)，各熱電偶的修正系數(shù)可近似認(rèn)為 5.510-4。這樣的電路結(jié)構(gòu)使得 LT1025 在一個(gè)很寬的溫度范圍內(nèi)均保持足夠高的補(bǔ)償準(zhǔn) 確度，其補(bǔ)償誤差控制面板管理工具數(shù)據(jù)源（ODBC） ，建立一個(gè)新的系統(tǒng) DSN 并

50、將名稱填寫到上面系統(tǒng) DNS 名對(duì)話框內(nèi)：選擇 AddMicrosoft Access Driver (*.mdb)， 數(shù)據(jù)源名稱為math，數(shù)據(jù)庫(kù)選擇 math.mdb。點(diǎn)擊 OK 完成設(shè)置。設(shè)置完成之后就可以在溫 度查詢前面板中查詢用戶需要的溫度數(shù)據(jù)信息。 4.3 程序框圖設(shè)計(jì)程序框圖設(shè)計(jì) LabVIEW 的源程序?yàn)榭驁D式的，且提供了非常豐富的庫(kù)函數(shù)，從數(shù)據(jù)采集到儀器控制， 從信號(hào)產(chǎn)生到信號(hào)處理，從數(shù)據(jù)分析到圖形顯示，從文件讀寫到網(wǎng)絡(luò)通信，多種多樣，大大 提高了用戶編程的效率，減輕了編程工作量。在本設(shè)計(jì)中，采用模塊化設(shè)計(jì)，并由用戶登錄、 數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)、通道選擇、數(shù)據(jù)采集、線性化、溫度報(bào)警、數(shù)

51、據(jù)庫(kù)寫入和數(shù)據(jù)庫(kù)查詢模塊組成 了虛擬熱電偶溫度記錄儀的整個(gè)程序。 在程序框圖中，各功能實(shí)現(xiàn)也都比較簡(jiǎn)單，在程序開(kāi)發(fā)環(huán)境界面上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵在函數(shù) 中都可以找到想要的模塊。由于設(shè)計(jì)中體現(xiàn)了四通道的設(shè)計(jì)思路，有很多程序是重復(fù)的，所 以我把部分程序編輯成為了子 VI，在程序中反復(fù)調(diào)用。具體方法和源程序代碼將在下文做 詳細(xì)介紹。 4.3.1 用戶登錄模塊程序設(shè)計(jì)用戶登錄模塊程序設(shè)計(jì) 為了實(shí)現(xiàn)對(duì)軟件程序和數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的有效保護(hù)，設(shè)計(jì)了用戶登錄模塊。模塊的作用可以 使軟件的前面板在不登錄的情況下隱藏在選項(xiàng)卡，在登錄的前提下就可以自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到軟件的 操作界面。在登錄后還可以對(duì)對(duì)用戶進(jìn)行用戶添加，密碼修改等管理。用

52、戶登錄程序設(shè)計(jì)思 路如圖 4.6 所示。 圖 4.6 用戶登錄 圖 4.6 中采用了用戶登錄子 VI 即 user login 圖標(biāo)，當(dāng)用戶名輸入的時(shí)候程序先通過(guò)數(shù)據(jù) 庫(kù)訪問(wèn)子 VI 檢查數(shù)據(jù)庫(kù)里的用戶數(shù)據(jù)是否為空，若為空，將一個(gè)真值送入條件結(jié)構(gòu)，在條 件結(jié)構(gòu)中通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)子 VI 將一個(gè)用戶名為 Admin，密碼為的數(shù)據(jù)寫入到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)， 并通過(guò)單按鈕對(duì)話框提示用戶相關(guān)信息。倘若數(shù)據(jù)庫(kù)里的用戶數(shù)據(jù)不為空，就將一個(gè)假值送 入條件結(jié)構(gòu)，在條件結(jié)構(gòu)中通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢子 VI 查詢數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)應(yīng)用戶下的密碼，并與輸入 的密碼進(jìn)行比對(duì)，如果相等用戶登錄成功，不相等則通過(guò)單按鈕對(duì)話框提示用戶密碼出錯(cuò)。 當(dāng)

53、用戶名與密碼一致的時(shí)候，用戶登錄子 VI 向條件結(jié)構(gòu)送入一個(gè)真，此時(shí)將名字為數(shù) 據(jù)顯示 2 的選項(xiàng)板打開(kāi)，并允許使用用戶管理，添加用戶和修改密碼。倘若用戶登錄子 VI 向條件結(jié)構(gòu)送一個(gè)假，事件結(jié)構(gòu)停止運(yùn)行。 為了密碼的安全，需要修改用戶的密碼，此部分的設(shè)計(jì)思路如圖 4.7 所示。 圖 4.7 密碼修改 如上圖，設(shè)計(jì)使用了 user new pw 子 VI 實(shí)現(xiàn)對(duì)密碼的修改。在這個(gè)子 VI 中將第一對(duì)話 框里的密碼通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)子 VI 寫入到數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)應(yīng)用戶的密碼字段內(nèi)，覆蓋原密碼。這 是在第二對(duì)話框里的密碼與第一對(duì)話框密碼一致的情況下寫入條件結(jié)構(gòu)真的的時(shí)候只執(zhí)行的。 但是如果兩個(gè)對(duì)話框輸入的

54、不一致，則返回一個(gè)假，條件結(jié)構(gòu)則通過(guò)單按鈕對(duì)話框提示用戶 密碼不正確。 為了更多用戶對(duì)程序的需求，可以在登錄的狀態(tài)下添加新用戶。此部分設(shè)計(jì)思路如圖 4.8 所示。 圖 4.8 用戶管理 4.3.2 通道選擇模塊程序設(shè)計(jì)通道選擇模塊程序設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)中考慮到，四個(gè)通道的數(shù)據(jù)采集需要對(duì)每個(gè)同通道的開(kāi)閉進(jìn)行操作。于是，在 PCI6221 板卡的 16 個(gè)輸入通道中選擇了前四個(gè)，即 ai0ai3，對(duì)應(yīng)的物理通道 current physical Channel(s)分別是：Dev1/ai0、Dev1/ai1、 Dev1/ai2、Dev1/ai3 進(jìn)行操作。具體程序 如圖 4.9 所示。 圖 4.9 通道

55、選擇模塊 通道選擇模塊的設(shè)計(jì)為了更好的在編寫程序中的使用，同樣將程序編輯成為了子 VI。 圖 4.9 即為通道選擇子 VI 模塊的程序，其主要使用了編程當(dāng)中的條件結(jié)構(gòu)。布爾數(shù)組轉(zhuǎn)化 成數(shù)值輸入條件結(jié)構(gòu)，與條件結(jié)構(gòu)中的選擇一一對(duì)應(yīng)，即通道 1 對(duì)應(yīng) Dev1/ai0，通道 2 對(duì)應(yīng) Dev1/ai1 通道 3 對(duì)應(yīng) Dev1/ai2，通道 4 對(duì)應(yīng) Dev1/ai3，這個(gè)時(shí)候，通道選擇模塊完成對(duì)通道 物理地址的選擇，與通道開(kāi)關(guān)一一對(duì)應(yīng)起來(lái)。 4.3.3 溫度采集模塊程序設(shè)計(jì)溫度采集模塊程序設(shè)計(jì) 虛擬熱電偶溫度記錄儀設(shè)計(jì)中，要對(duì)四個(gè)個(gè)通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、報(bào)警、查詢的前提是 對(duì)數(shù)據(jù)的采集。在前面的通

56、道的選擇模塊實(shí)現(xiàn)其功能之后，再將選擇到的對(duì)應(yīng)通道的數(shù)據(jù)進(jìn) 行采集，就是目前設(shè)計(jì)的目的。數(shù)據(jù)的采集模塊使用很普遍，在很多的相關(guān)資料中都可以見(jiàn) 到該模塊的設(shè)計(jì)方案，溫度采集子 VI (DAQ 采集.VI) 模塊的程序如圖 4.10 所示。 圖 4.10 溫度采集模塊 正如上圖所示，將通道選擇模塊的輸出的物理通道地址送進(jìn) DAQmx Create Virtual Channel 模塊（DAQ 創(chuàng)建虛擬通道模塊）的 physical channels 并將單位設(shè)置為伏特（Volts） 最大值設(shè)置為 10V，最小設(shè)置為-10V。將輸出送進(jìn) DAQmx Timing 模塊（DAQmx 定時(shí)模塊） 再將數(shù)據(jù)

57、輸入 DAQmx Configure Input Buffer 模塊（DAQmx 設(shè)定輸入緩沖器模塊）大小設(shè) 定為 50000。然后再將數(shù)據(jù)送入 DAQmx Start Task 模塊（DAQmx 開(kāi)始工作模塊）完成數(shù)據(jù) 的采集。 4.3.4 溫度報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì)溫度報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì) 為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的溫度實(shí)時(shí)記錄及報(bào)警設(shè)計(jì)了以下程序，如圖 4.11 所示。 圖 4.11 溫度報(bào)警模塊 正如上圖所示，將動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)組，此時(shí)溫度波形數(shù)據(jù)已經(jīng)數(shù)據(jù)化，為了對(duì)數(shù)組中 的每一個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度上限和下限比較判斷是否超出設(shè)定值，是否該報(bào)警，將轉(zhuǎn)化成的數(shù)組 數(shù)據(jù)采用數(shù)組大小記錄數(shù)組的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)來(lái)設(shè)定 FOR 循環(huán)

58、的次數(shù)。這樣，每次數(shù)組輸出一個(gè) 數(shù)據(jù)就執(zhí)行內(nèi)部程序一次，達(dá)到對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的目的。這樣的思路可以做到第 i 次循 環(huán)就是取到的數(shù)組中的第 i 個(gè)數(shù)據(jù)，因此將數(shù)組直接送入到數(shù)組索引里的輸入端并將循環(huán)次 數(shù)也送進(jìn)去，這樣第 i 次循環(huán)時(shí)的數(shù)據(jù)就是第 i 個(gè)數(shù)據(jù)的單個(gè)操作過(guò)程。接入溫度計(jì)可以實(shí) 時(shí)顯示測(cè)量溫度。上限報(bào)警設(shè)計(jì)中將數(shù)據(jù)和輸入溫度上限設(shè)定值進(jìn)行比較，如果大于，則報(bào) 警，上限報(bào)警燈閃爍，小于什么都不做。下限報(bào)警設(shè)計(jì)中將數(shù)據(jù)和輸入溫度下限設(shè)定值進(jìn)行 比較，如果小于，則報(bào)警，上限報(bào)警燈閃爍，大于什么都不做。 4.3.5 數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)模塊程序設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)模塊程序設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)中，我們需要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)

59、進(jìn)行操作，比如溫度數(shù)據(jù)的記錄與查詢等，都需要對(duì)數(shù)據(jù) 庫(kù)訪問(wèn)。因?yàn)槌Ｐ枰{(diào)用，所以將這部分程序做成了數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)子 VI，其程序如圖 4.12 所 示。 圖 4.12 數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)模塊 上圖即為數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)模塊，本模塊使用很普遍，在很多資料中都可以找到一模一樣的程 序，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)的自主性加了條件結(jié)構(gòu)，當(dāng)執(zhí)行布爾送返回一個(gè)真時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù) 訪問(wèn)模塊就執(zhí)行輸入的數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)命令，執(zhí)行用戶想要的數(shù)據(jù)庫(kù)操作。當(dāng)執(zhí)行布爾返回一個(gè) 假時(shí)，程序什么都不做，這樣對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作就有了用戶的選擇性。數(shù)據(jù)返回布爾即 Return Data 是控制模塊是否將數(shù)據(jù)輸出的模塊，在數(shù)據(jù)查詢時(shí)要設(shè)置為真。DNS 的設(shè)置已近在前

60、 面進(jìn)行了詳細(xì)敘述，這里只是強(qiáng)調(diào)如果 DNS 不設(shè)置，在程序運(yùn)行時(shí)會(huì)提示數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)出錯(cuò)。 4.3.6 數(shù)據(jù)庫(kù)寫入模塊程序設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)寫入模塊程序設(shè)計(jì) 在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄之后，為了以后因工業(yè)需要對(duì)四個(gè)通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢分析，就 必須考慮對(duì)溫度的記錄存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分主要利用 LabVIEW 與數(shù)據(jù)庫(kù)接口程序，將采集 的原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到 Access 數(shù)據(jù)庫(kù)中，供后續(xù)的結(jié)果查詢和數(shù)據(jù)分析。為了實(shí)現(xiàn) LabVIEW 對(duì) Access 數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)，要先建立一個(gè)數(shù)據(jù)源（ODBC） ，并通過(guò) DSN 來(lái)標(biāo)識(shí) ODBC。這里 我使用了微軟的數(shù)據(jù)庫(kù)軟件 Access，并將文件命名為 math，將采集到的溫度數(shù)