《傳感器與測試技術(shù)技能實習》報告

《傳感器與測試技術(shù)技能實習》報告《傳感器與測試技術(shù)技能實習》報告學(xué)院：工學(xué)部1專業(yè)：機械電子工程1班級：14機工A1x姓名：陳偉倫x學(xué)號：201448122721指導(dǎo)教師：楊淑珍程慧慧1日期：2017年6月26日-7月7日目錄TOC\o"1-2"\u一、實訓(xùn)要求 2二、設(shè)計思路 21.測量原理 22.測試系統(tǒng)框圖 3三、硬件選用 31.傳感器的選擇及介紹 32.電流轉(zhuǎn)電壓模塊特點及相關(guān)參數(shù) 73.采集卡：NationalInstruments-NIUSB-6001 84.實驗器材： 12四、電路設(shè)計 12五、軟件設(shè)計流程圖 13六、LabVIEW程序設(shè)計 141.LabVIEW介紹 142.軟件特點： 143.LabVIEW程序介紹 154.程序圖標介紹 185.前面板界面 206.系統(tǒng)接通后的波形圖 207.主程序 22七、小結(jié)和體會 22一、實訓(xùn)要求基于Lanview設(shè)計一個能實時監(jiān)測管道里水流量的溫度和大小，并能預(yù)警。具體技術(shù)要求：1、能實現(xiàn)采集并顯示了兩個信號的波形；2、能實現(xiàn)溫度的標定；3、能對兩個量大小進行實現(xiàn)超限預(yù)警，上下限用戶可以設(shè)定；4、生成當前測試報告，包括相應(yīng)的波形；5、其他自行設(shè)計相關(guān)功能。=2\*CHINESENUM3二、設(shè)計思路測量原理溫度測量原理：我們使用熱電阻傳感器來測量溫度，這種傳感器的原理是利用鉑制成的電阻的阻值會隨著溫度的變化而改變。流量測量原理：我們使用渦輪流量計來測量流量，當被測流體通過渦輪流量計時，流體通過導(dǎo)流器沖擊渦輪葉片，由于渦輪葉片與流體流向間有一傾角“塞塔”，流體的沖擊力對渦輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，使渦輪克服機械摩擦阻力距和流動阻力距而轉(zhuǎn)動。在一定范圍內(nèi)，對于一定黏度的流體介質(zhì)，渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度與通過渦輪的流量成正比。按流量測量的不同方法，流量可分為體積流量（單位有m3/s）和質(zhì)量流量（單位kg/s）。公式1：qv=f/K；公式2：qm=qvρ式中qv,qm分別為體積流量，m3/s，質(zhì)量流量，kg/s；f為流量計輸出信號的頻率，Hz；K為流量計的儀表系數(shù)，P/m3。測試系統(tǒng)框圖三、硬件選用1.傳感器的選擇及介紹（1）溫度傳感器：我們選用YCHSM-100型的Pt100溫度傳感器（圖1），因為鉑電阻在氧化性介質(zhì)中，甚至高溫下其物理、化學(xué)性質(zhì)都非常穩(wěn)定，因此它具有精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠的特點。Pt100溫度傳感器的主要技術(shù)參數(shù)如下： -200<t<0

℃

Rt=R0[1+At+Bt^2+C(t-100)t^3]0<t<850

℃

Rt=R0（1+At+Bt^2)

Rt在t℃時的電阻值

R0在0℃時的電阻值測量范圍：-200℃～+850℃；允許偏差值△℃：A級±（0.15＋0.002│t│）B級±（0.30＋0.005│t│）；熱響應(yīng)時間<30s；最小置入深度：熱電阻的最小置入深度≥200mm；允通電流≤5mA。Pt100溫度傳感器測量原理：pt100是鉑熱電阻，它的阻值會隨著溫度的變化而改變。PT后的100即表示它在0℃時阻值為100歐姆，在100℃時它的阻值約為138.5歐姆。鉑制成的熱電阻其阻值與溫度關(guān)系呈線性，近似直線，區(qū)別在于鉑的純度越高，其精度越高，其分度表按下列Rt-t關(guān)系建立-200<t<0

℃

Rt=R0[1+At+Bt^2+C(t-100)t^3]0<t<850

℃

Rt=R0（1+At+Bt^2)

式中：T——攝氏溫度Ro——零攝氏度時的電阻值，如Pt100的Ro即為100B、C——規(guī)定系數(shù)當溫度變化時，鉑電阻的阻值隨之變化，通過溫度變送器轉(zhuǎn)化為電壓量輸出。接線圖如圖2：YCHSM-100型溫度傳感器（圖1）（圖2）本實驗采取輸出電壓型接線法，因為采集卡所能檢測到的信號是電壓信號。（2）流量傳感器：我們采用LWGYC-10型智能渦輪流量計。LWGY系列渦輪流量傳感器基于力矩平衡原理，屬于速度式流量儀表。傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、輕巧、精度高、復(fù)現(xiàn)性好、反應(yīng)靈敏，安裝維護使用方便等特點。廣泛用于石油、化工、冶金、供水、制藥、環(huán)保等行業(yè)。傳感器與顯示儀表配套使用，適用于測量封閉管道中無腐蝕，無纖維、顆粒等雜質(zhì)，粘度小于5xm2/s的液體介質(zhì)。LWGYC-10型渦輪流量傳感器的主要參數(shù)：顯示變送型：24VDC供電，液晶顯示瞬時和累積流量，4~20mA兩線制信號輸出精度等級；A：精度0.5級，B：精度1級；傳感器主體材質(zhì)：304不銹鋼；葉輪材質(zhì)：2Cr13；DN4-DN40口徑螺紋連接傳感器的最大工作壓力為6.3Mpa；DN15-DN80口徑法蘭連接傳感器的最大工作壓力為2.5Mpa；DN100-DN200口徑法蘭連接傳感器的最大工作壓力為1.6Mpa；DN4—DN10口徑的傳感器帶有前后直管段、過濾器（Y字型）；可測介質(zhì)溫度：-20～＋80℃；可測介質(zhì)粘度：＜5xm2/s；使用環(huán)境相對濕度：5%～90%；使用環(huán)境溫度：-20～＋55℃。LWGYC-10型渦輪流量計測量的原理：液體介質(zhì)流經(jīng)傳感器殼體，由于葉輪的葉片與流向形成特定的角度，流體的沖力使葉片具有轉(zhuǎn)動力矩，克服摩擦力矩和流體阻力之后葉片旋轉(zhuǎn)，在力矩平衡后轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速與流速成正比，由于葉片有導(dǎo)磁性，它處于信號檢測器的磁場中，旋轉(zhuǎn)的葉片切割磁力線，周期性的改變著線圈的磁通量，從而使線圈兩端感應(yīng)出電脈沖信號。信號經(jīng)過放大器的放大整形，形成有一定幅度的連續(xù)的矩形脈沖波，可傳輸至顯示儀表，顯示出流體的瞬時流量或總量。在一定流量范圍內(nèi)，脈沖頻率f與流經(jīng)傳感器的流體的瞬時流量Q成正比，流量方程為

：

f—脈沖頻率[Hz]；k—傳感器的儀表系數(shù)[1/m3]或[1/L]Q—流體的瞬時流量[m3/h]或[L/h]3600—換算系數(shù)每臺傳感器的儀表系數(shù)k略有不同，這是由制造廠家通過流量裝置實流校驗得出，打印于合格證書中。對于流量計我們使用二線制的接線法，將流量信號轉(zhuǎn)化為電流信號后，經(jīng)過4~20mA電流轉(zhuǎn)電壓模塊后轉(zhuǎn)化成電壓信號，再輸入到采集卡中，因為采集卡無法檢測到電流信號，只能檢測到電壓信號。LWGY10型渦輪流量傳感器電流轉(zhuǎn)電壓模塊特點及相關(guān)參數(shù)供電電壓工作范圍直流7V~30V輸出電壓信號0~2.5V、3.3V、5V、10V、15V。輸入電流4-20ma或0-20ma（實際可以超過范圍）。零點和滿量程都可以調(diào)整(電位器調(diào)節(jié)）。帶有隔離性質(zhì)，非光耦隔離。模塊尺寸：3.3*2.5cm產(chǎn)品封裝圖：電流轉(zhuǎn)電壓模塊電流轉(zhuǎn)電壓模塊3.采集卡：NationalInstruments-NIUSB-6001（1）采集卡的作用：采集卡主要是捕獲外界光電、視頻、音頻等模擬信號并將其數(shù)字化導(dǎo)入計算機進行數(shù)字處理的捕獲設(shè)備，主要用圖像采集卡、視頻采集卡、音頻采集卡（比如聲卡）、數(shù)據(jù)采集卡等。由于數(shù)據(jù)采集卡等工業(yè)采集卡并不常用，因此，一般采集卡默認為靜態(tài)圖像采集卡、動態(tài)視頻采集卡。所以采集卡又稱視頻捕捉卡，用它可以獲取數(shù)字化視頻信息，并將其存儲和播放出來。很多視頻采集卡能在捕捉視頻信息的同時獲得伴音，使音頻部分和視頻部分在數(shù)字化時同步保存、同步播放。視頻采集卡，英文全稱為：“VideoCaptureCard”，其功能是將視頻信號和音頻信號采集到電腦中，以數(shù)據(jù)文件的形式保存在硬盤上。NIUSB-6001為全速USB設(shè)備，可用作8個單端模擬輸入(AI)通道或被配置為4個差分通道。設(shè)備還包含2個模擬輸出(AO)通道、13個數(shù)字輸入/輸出(DIO)通道和1個32位計數(shù)器。采集卡的引腳定義：②規(guī)范概要及特性產(chǎn)品系列：多功能DAQ測量類型：數(shù)字、電壓尺寸外形：USB操作系統(tǒng)：WindowsRoHS規(guī)范：是隔離型：否產(chǎn)品認證：RoHS模擬輸入單端通道：8差分通道：4模擬輸入分辨率：14bits最大電壓范圍：-10V-10V里程數(shù)量：1同步采樣*：否最大帶寬：300kHZ輸入阻抗：1GOhm模擬輸出通道數(shù)：2分辨率：14bits修正率：5kS/s定時：硬件輸出阻抗：0.2Ohm數(shù)字I/O雙向通道：13定時：軟件邏輯電平：LVTTL、TTL數(shù)字輸入輸入類型：源電流、漏電流計數(shù)器/定時器看門狗定時器：否計數(shù)器：1緩沖操作：否反跳/故障排除：否脈沖發(fā)生：否大?。?2bits物理規(guī)格USB電源：總線供電部件框圖：引腳和信號說明信號名稱參考方向說明信息AIGND--模擬輸入地－單端模擬輸入測量的參考地。AI<0..7>AIGND輸出模擬輸入通道0至7－對于單端測量，每個信號均對應(yīng)一個模擬輸入電壓通道。對于差分測量，AI0和AI4分別為差分模擬輸入通道0的正負輸入端。下列信號組也分別對應(yīng)相應(yīng)的差分輸入通道：AI<1,5>、AI<2,6>和AI<3,7>。AOGND--模擬輸出地－模擬輸出的參考地。AO<0,1>AOGND輸出模擬輸出通道0和1－提供AO通道的電壓輸出。P0.<0..7>DGND輸入或

輸出端口0信號I/O通道0至7－可分別將每個信號配置為輸入或輸出。P1.<0..3>DGND輸入或

輸出端口1信號I/O通道0至3－可分別將每個信號配置為輸入或輸出。P2.0DGND輸入或

輸出端口2信號I/O通道0－可分別將每個信號

配置為輸入或輸出。PFI0,1DGND輸入可編程函數(shù)接口或數(shù)字I/O通道－邊沿計數(shù)

器輸入或數(shù)字觸發(fā)器輸出。DGND--數(shù)字地－數(shù)字信號的參考地。+5vDGND輸出+5V電源－提供+5V電壓，驅(qū)動能力可達

150mA。USB-6001采集卡供電：本采集卡直接使用USB供電，通過USB線接到電腦即可。實驗器材：5V、12V、24V電源各一個，閥門2個，4~20mA電流轉(zhuǎn)電壓模塊，5V繼電器模塊，WS249可調(diào)泵，LWGYC-10流量計，YCHSM-100溫度傳感器，水桶、橡皮軟管若干，導(dǎo)線若干。電路設(shè)計1.系統(tǒng)總電路的設(shè)計24V5V24V5V2.實物連接圖:五、軟件設(shè)計流程圖六、LabVIEW程序設(shè)計1.LabVIEW介紹LabVIEW（LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench）是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器（NI）公司研制開發(fā)，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計算機語言的顯著區(qū)別是：其他計算機語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。LabVIEW軟件是NI設(shè)計平臺的核心，也是開發(fā)測量或控制系統(tǒng)的理想選擇。LabVIEW開發(fā)環(huán)境集成了工程師和科學(xué)家快速構(gòu)建各種應(yīng)用所需的所有工具，旨在幫助工程師和科學(xué)家解決問題、提高生產(chǎn)力和不斷創(chuàng)新。與C和BASIC

一樣，LabVIEW也是通用的編程系統(tǒng)，有一個完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫。LabVIEW的函數(shù)庫包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲，等等。LabVIEW也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設(shè)置斷點、以動畫方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序（子VI）的結(jié)果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調(diào)試。LabVIEW是一種用圖標代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言。傳統(tǒng)文本編程語言根據(jù)語句和指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序，而LabVIEW則采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點之間的數(shù)據(jù)流向決定了VI及函數(shù)的執(zhí)行順序。VI指虛擬儀器，是LabVIEW的程序模塊。LabVIEW提供很多外觀與傳統(tǒng)儀器（如示波器、萬用表）類似的控件，可用來方便地創(chuàng)建用戶界面。用戶界面在LabVIEW中被稱為前面板。使用圖標和連線，可以通過編程對前面板上的對象進行控制。這就是圖形化源代碼，又稱G代碼。LabVIEW的圖形化源代碼在某種程度上類似于流程圖，因此又被稱作程序框圖代碼。軟件特點：盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件。可充分發(fā)揮計算機的能力，有強大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強的儀器。并且用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。3.LabVIEW程序介紹（1）信號輸入部分先將傳感器中對應(yīng)接口的信號新建一個【DAQ助手】（右鍵-Express-輸入）。經(jīng)過一個【從動態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換】將采集到的動態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)組，再用【索引數(shù)組】將兩個傳感器的信號分離成兩個數(shù)組，一個為溫度信號的電壓值數(shù)組，一個為流量信號的電壓值數(shù)組。（2）溫度信號處理部分經(jīng)過【索引數(shù)組】后通過y=20x-0.1輸出成溫度信號的波形，波形信號通過連線輸送到【波形圖表】、【溫度計】，再通過【數(shù)組插入】。用【反饋節(jié)點】保存VI或循環(huán)上一次的運行數(shù)據(jù)，可以使溫度數(shù)據(jù)輸入到數(shù)組。（3）流量信號處理部分經(jīng)過【索引數(shù)組】后通過y=300.4x-331.6輸出成流量信號的波形，波形信號通過連線輸送到【流量計】、【波形圖表】，再經(jīng)過【數(shù)組插入】，用【反饋節(jié)點】保存VI或循環(huán)上一次的運行數(shù)據(jù)，可以使流量數(shù)據(jù)輸入到數(shù)組。溫度報警系統(tǒng)用比較中的【大于等于】比較信號數(shù)值大小，當溫度超過設(shè)定上限時，【過熱報警】燈亮，同理，當溫度低于設(shè)定下限時，【低溫報警】燈亮。（5）生成報表功能此處用一個【事件結(jié)構(gòu)】，檢測當【生成報表】布爾按鈕的值變化時，輸出上文（2）、（3）中最后的兩組數(shù)組到報表中。過熱報警和低溫報警觸發(fā)閥門切換原理在【條件結(jié)構(gòu)】中設(shè)定一個上文提到的【過熱報警】和【低溫報警】兩個燈的局部變量，當局部變量輸出T時，輸出5V到端口，可以控制后續(xù)的5伏繼電器模塊。在【條件結(jié)構(gòu)】中設(shè)定一個上文提到的【過熱報警】和【低溫報警】兩個燈的局部變量，當局部變量輸出T時，輸出5V到端口，可以控制后續(xù)的5伏繼電器模塊。當局部變量輸出為F時，輸出0到端口，繼電器模塊輸入端失電。程序圖標介紹DAQ助手DAQ助手通過NI-DAQmx創(chuàng)建、編輯和運行任務(wù)。關(guān)于NI-DAQmx支持設(shè)備的完整列表，見NI-DAQ自述文件。在程序框圖上放置DAQ助手ExpressVI，可通過DAQ助手新建任務(wù)。創(chuàng)建任務(wù)后，雙擊DAQ助手ExpressVI可編輯該任務(wù)。如需連續(xù)進行測量或信號生成，可將DAQ助手ExpressVI置