【正文】 高檢定及分度的準(zhǔn)確性。目前無(wú)論國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，都對(duì)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化有了足夠的重視，但在我國(guó)畢竟起步較晚，對(duì)計(jì)量技術(shù)自動(dòng)化和標(biāo)準(zhǔn)化的建設(shè)才剛剛開(kāi)始，介紹國(guó)外計(jì)量行業(yè)檢定技術(shù)的材料寥寥無(wú)幾。總體上說(shuō)，國(guó)外在檢定精度上發(fā)展較快。上個(gè)世紀(jì)末國(guó)內(nèi)電子儀器儀表市場(chǎng)幾乎完全被國(guó)外擁有先進(jìn)技術(shù)的產(chǎn)品所占領(lǐng)。近幾年來(lái)，在國(guó)家大力扶持下，一些技術(shù)先進(jìn)的儀器儀表廠(chǎng)家逐漸興起，國(guó)內(nèi)對(duì)熱電偶自動(dòng)檢定技術(shù)的研究正處于百家爭(zhēng)鳴的時(shí)代，所研制的檢定設(shè)備也層出不窮。就調(diào)查所得的情況來(lái)看，可歸納為以下兩大類(lèi)：(1)微處理器型。這種類(lèi)型的檢定設(shè)備，是以各種各樣的微處理器為智能核心，自組專(zhuān)用CPU系統(tǒng)，將檢測(cè)、控制和數(shù)據(jù)處理等各項(xiàng)功能設(shè)計(jì)在一塊線(xiàn)路板上或一個(gè)機(jī)箱內(nèi)。其優(yōu)點(diǎn)是體積小，成本低，儀表自動(dòng)化程度高。其缺點(diǎn)是開(kāi)發(fā)階段投資多，工作量大，線(xiàn)路復(fù)雜，專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)，技術(shù)難度高，而且在顯示及打印輸出方面功能有限，故不易推廣使用。(2)通用微型計(jì)算機(jī)型。這種類(lèi)型的熱電偶檢定設(shè)備，直接利用目前迅速發(fā)展的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)一個(gè)通信檢測(cè)接口，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的智能控制和數(shù)據(jù)處理功能，結(jié)合可視化操作界面和高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，配合鍵盤(pán)、鼠標(biāo)和打印機(jī)輸入輸出。其優(yōu)點(diǎn)是開(kāi)發(fā)環(huán)境優(yōu)越，技術(shù)難度和工作量小，檢定精度高，人機(jī)交互界面友好，功能齊全完善，故易于推廣使用。其缺點(diǎn)是成本高，體積大，檢定系統(tǒng)會(huì)占用一定的計(jì)算機(jī)資源。而虛擬儀器技術(shù)正是基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的測(cè)控解決方案，區(qū)別于把計(jì)算機(jī)技術(shù)融入儀器內(nèi)部的智能儀器，它將各種計(jì)算機(jī)平臺(tái)，測(cè)量控制儀表和其他的硬件、軟件和附件按用戶(hù)自己的需要靈活組建，構(gòu)成特定的智能測(cè)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)面向用戶(hù)的特定功能。這樣可以充分利用現(xiàn)有硬件資源，自由構(gòu)建工業(yè)熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，熱電偶的檢定還會(huì)出現(xiàn)更好的方法。因此，我還對(duì)熱電偶檢定做了如下的展望：熱電偶的檢定過(guò)去都是由人工操作完成的，這不僅工作效率低，而且會(huì)引起人為誤差。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及和數(shù)字化儀表的發(fā)展，近十幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在熱電偶檢定自動(dòng)化方面作了不少研究，有了很大發(fā)展。本文從溫度自動(dòng)檢定系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀出發(fā)，提出了基于LabVIEW的工業(yè)熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)。LabVIEW編程的主要特點(diǎn)就是將虛擬儀器分解為若干基本的功能模塊，模塊的引腳代表輸入/輸出接口。編程者可以通過(guò)交互式手段，采用圖形化框圖設(shè)計(jì)的方法，完成虛擬儀器的測(cè)量控制功能設(shè)計(jì)。LabVIEW編程的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是將軟件的界面設(shè)計(jì)與功能設(shè)計(jì)獨(dú)立開(kāi)來(lái)，修改人機(jī)交互界面無(wú)需對(duì)整個(gè)程序進(jìn)行調(diào)試，這對(duì)設(shè)計(jì)像儀器操作面板這樣復(fù)雜的人機(jī)界面而言是十分方便的。目前，工業(yè)熱電偶的檢定基本上仍是在溫度計(jì)量實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成的。而很多時(shí)候，工業(yè)熱電偶是被安裝在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫，若要把它們拆卸下來(lái)放到實(shí)驗(yàn)室去檢定是比較麻煩的。另一方面，熱電偶熱電阻在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下長(zhǎng)期使用后，材料成分發(fā)生了不均勻變化，熱電特性也發(fā)生了變化，而要在實(shí)驗(yàn)室中查看清楚這種熱電特性的變化是不現(xiàn)實(shí)的。唯一可行而有實(shí)際意義的做法是在所使用的現(xiàn)場(chǎng)條件下，通過(guò)檢定查看其熱電特性變化。因此，在線(xiàn)檢定是自動(dòng)檢定以外熱電偶檢定方面的又一個(gè)趨勢(shì)。此外，在現(xiàn)已進(jìn)行的工作基礎(chǔ)上，對(duì)本課題的研究作以下構(gòu)想：改進(jìn)檢定爐，使之能夠提供各種工業(yè)常用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶檢定的溫場(chǎng)環(huán)境；對(duì)爐溫控制做進(jìn)一步研究，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的精密控溫；改進(jìn)軟件系統(tǒng)，擴(kuò)充系統(tǒng)功能和完善視窗畫(huà)面效果；引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備，提高檢定系統(tǒng)的測(cè)量精度；建立功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，使數(shù)據(jù)處理更趨合理。 課題研究的主要內(nèi)容本論文以現(xiàn)代工業(yè)中生產(chǎn)和使用的標(biāo)準(zhǔn)熱電偶為研究對(duì)象，通過(guò)了解它的熱電特性、工作原理和檢定方法，結(jié)合溫度計(jì)量和計(jì)算機(jī)軟、硬件設(shè)計(jì)的技術(shù)，遵照標(biāo)準(zhǔn)熱電偶檢定的步驟和規(guī)程，依托計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)熱電偶檢定的自動(dòng)化。最終目的是使人們能夠在計(jì)算機(jī)上通過(guò)清晰的人機(jī)界面以菜單和圖形方式將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，然后由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控溫、自動(dòng)檢定、自動(dòng)數(shù)據(jù)處理、自動(dòng)打印檢定結(jié)果，提高工作效率和檢定精度。系統(tǒng)的硬件方面，檢定爐選用本學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的回轉(zhuǎn)式管式電阻爐，數(shù)據(jù)采集卡選用美國(guó)NI公司出品的PCI6221數(shù)據(jù)采集卡。系統(tǒng)的主控部分是配有鍵盤(pán)、鼠標(biāo)和打印機(jī)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)的軟件方面?；谔摂M儀器的開(kāi)放性和圖形化模塊式編程特點(diǎn)，可按不同的校準(zhǔn)要求構(gòu)建系統(tǒng)，使用方便、快捷，而且系統(tǒng)可移植性和重用性強(qiáng)。第二章 虛擬儀器的基本知識(shí) 虛擬儀器基本概念虛擬儀器（Virtual Instrumention）是基于計(jì)算機(jī)的儀器。計(jì)算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。粗略地說(shuō)這種結(jié)合有兩種方式，一種是將計(jì)算機(jī)裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。隨著計(jì)算機(jī)功能的日益強(qiáng)大以及其體積的日趨縮小，這類(lèi)儀器功能也越來(lái)越強(qiáng)大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。另一種方式是將儀器裝入計(jì)算機(jī)。以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)各種儀器功能。虛擬儀器主要是指這種方式。20年來(lái)，無(wú)論是初學(xué)乍用的新手還是經(jīng)驗(yàn)豐富的程序開(kāi)發(fā)人員，虛擬儀器在各種不同的工程應(yīng)用和行業(yè)的測(cè)量及控制的用戶(hù)中廣受歡迎，這都?xì)w功于其直觀(guān)化的圖形編程語(yǔ)言。虛擬儀器的圖形化數(shù)據(jù)流語(yǔ)言和程序框圖能自然地顯示您的數(shù)據(jù)流，同時(shí)地圖化的用戶(hù)界面直觀(guān)地顯示數(shù)據(jù)，使我們能夠輕松地查看、修改數(shù)據(jù)或控制輸入[1]。虛擬儀器的發(fā)展過(guò)程：GPIB→VSI→PXI總線(xiàn)方式（適合大型高精度集成系統(tǒng)）。GPIB 于1978年問(wèn)世，VXI于1987年問(wèn)世，PXI于1997年問(wèn)世。PC插卡→并口式→串口USB方式（適合于普及型的廉價(jià)系統(tǒng)，有廣闊的應(yīng)用發(fā)展前景）。PC插卡式于80年代初問(wèn)世，并行口方式于1995年問(wèn)世，串口USB方式于1999年問(wèn)世。綜上所述，虛擬儀器的發(fā)展取決于三個(gè)重要因素：(1)計(jì)算機(jī)是載體；(2)軟件是核心；(3)高質(zhì)量的A/D采集卡及調(diào)理放大器是關(guān)鍵。虛擬儀器由硬件設(shè)備與接口、設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件和虛擬儀器面板組成。其中，硬件設(shè)備與接口可以是各種以PC為基礎(chǔ)的內(nèi)置功能插卡、通用接口總線(xiàn)接口卡、串行口、VXI總線(xiàn)儀器接口等設(shè)備，或者是其它各種可程控的外置測(cè)試設(shè)備，設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件是直接控制各種硬件接口的驅(qū)動(dòng)程序，虛擬儀器通過(guò)底層設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件與真實(shí)的儀器系統(tǒng)進(jìn)行通訊，并以虛擬儀器面板的形式在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示與真實(shí)儀器面板操作元素相對(duì)應(yīng)的各種控件。用戶(hù)用鼠標(biāo)操作虛擬儀器的面板就如同操作真實(shí)儀器一樣真實(shí)與方便?！　⊥渌夹g(shù)相比，虛擬儀器技術(shù)具有四大優(yōu)勢(shì)：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(pán)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)使得虛擬儀器技術(shù)展現(xiàn)其更強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。擴(kuò)展性強(qiáng) NI的軟硬件工具使得我們不再受限于當(dāng)前的技術(shù)中。這得益于NI軟件的靈活性，只需更新計(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)整個(gè)系統(tǒng)。在利用最新科技的時(shí)候，我們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)品上市的時(shí)間。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(hù)的操作，同時(shí)還提供了靈活性和強(qiáng)大的功能，使我們輕松地配置、創(chuàng)建、發(fā)布、維護(hù)和修改高性能、低成本的測(cè)量和控制解決方案。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(mǎn)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I/O設(shè)備提供了標(biāo)準(zhǔn)的接口，幫助我們輕松地將多個(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[2]。虛擬儀器的發(fā)展隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展和采用總線(xiàn)方式的不同，可分為五種類(lèi)型：PC總線(xiàn)—插卡型虛擬儀器這種方式借助于插入計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡與專(zhuān)用的軟件如LabVIEW相結(jié)合。Labview/cvi是基于文本編程的程序員提供高效的編程工具，通過(guò)三種編程語(yǔ)言Visual C++，Visual Basic，Labviews/cvi構(gòu)成測(cè)試系統(tǒng)，它充分利用計(jì)算機(jī)的總線(xiàn)、機(jī)箱、電源及軟件的便利。但是受PC機(jī)機(jī)箱和總線(xiàn)限制，且有電源功率不足，機(jī)箱內(nèi)部的噪聲電平較高，插槽數(shù)目也不多，插槽尺寸比較小，機(jī)箱內(nèi)無(wú)屏蔽等缺點(diǎn)。另外，ISA總線(xiàn)的虛擬儀器已經(jīng)淘汰，PCI總線(xiàn)的虛擬儀器價(jià)格比較昂貴。并行口式虛擬儀器最新發(fā)展的一系列可連接到計(jì)算機(jī)并行口的測(cè)試裝置，它們把儀器硬件集成在一個(gè)采集盒內(nèi)。儀器軟件裝在計(jì)算機(jī)上，通?？梢酝瓿筛鞣N測(cè)量測(cè)試儀器的功能，可以組成數(shù)字存儲(chǔ)示波器、頻譜分析儀、邏緝分析儀、任意波形發(fā)生器、頻率計(jì)、數(shù)字萬(wàn)用表、功率計(jì)、程控穩(wěn)壓電源、數(shù)據(jù)記錄儀、數(shù)據(jù)采集器。美國(guó)LINK公司的DSO2XXX系列虛擬儀器，它們的最大好處是可以與筆記本計(jì)算機(jī)相連，方便野外作業(yè)，又可與臺(tái)式PC機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)臺(tái)式和便攜式兩用，非常方便。由于其價(jià)格低廉、用途廣泛，特別適合于研發(fā)部門(mén)和各種教學(xué)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用。GPIB總線(xiàn)方式的虛擬儀器GPIB技術(shù)是IEEE488標(biāo)準(zhǔn)的虛擬儀器早期的發(fā)展階段。它的出現(xiàn)使電子測(cè)量獨(dú)立的單臺(tái)手工操作向大規(guī)模自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展，典型的GPIB系統(tǒng)由1臺(tái)PC機(jī)、1塊GPIB接口卡和若干臺(tái)BPIB形式的儀器通過(guò)GPIB電纜連接而成。在標(biāo)準(zhǔn)情況下，1塊GPIB接口可帶多達(dá)14臺(tái)儀器，電纜長(zhǎng)度可達(dá)40米。GPIB技術(shù)可用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的操作和控制，替代傳統(tǒng)的人工操作方式，可以很方便地把多臺(tái)儀器組合起來(lái)，形成自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)。GPIB測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和命令簡(jiǎn)單，主要應(yīng)用于臺(tái)式儀器，適合于精確度要求高的，但不要求對(duì)計(jì)算機(jī)高速傳輸狀況時(shí)應(yīng)用。VXI總線(xiàn)方式虛擬儀器VXI總線(xiàn)是一種高速計(jì)算機(jī)總線(xiàn)VME總線(xiàn)在VI領(lǐng)域的擴(kuò)展，它具有穩(wěn)定的電源，強(qiáng)有力的冷卻能力和嚴(yán)格的RFI/EMI屏蔽。由于它的標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放、結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強(qiáng)、定時(shí)和同步精確、模塊可重復(fù)利用、眾多儀器廠(chǎng)家支持的優(yōu)點(diǎn)，很快得到廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，VXI系統(tǒng)的組建和使用越來(lái)越方便，尤其是組建大、中規(guī)模自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)以及對(duì)速度、精度要求高的場(chǎng)合。有其他儀器無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。然而，組建VXI總線(xiàn)要求有機(jī)箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造價(jià)比較高。PXI總線(xiàn)方式虛擬儀器PXI總線(xiàn)方式是PCI總線(xiàn)內(nèi)核技術(shù)增加了成熟的技術(shù)規(guī)范和要求形成的。PXI具有高度可擴(kuò)展性。PXI具有8個(gè)擴(kuò)展槽，而臺(tái)式PCI系統(tǒng)只有3~4個(gè)擴(kuò)展槽，通過(guò)使用PCI—PCI橋接器，可擴(kuò)展到256個(gè)擴(kuò)展槽，臺(tái)式PC的性能價(jià)格比和PCI總線(xiàn)面向儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，將形成未來(lái)的虛擬儀器平臺(tái)[3]。虛擬儀器在國(guó)際上早已進(jìn)入實(shí)用階段，在我國(guó)雖剛起步，但發(fā)展迅速，已在電子測(cè)量、物理探傷、電子工程、振動(dòng)分析、聲學(xué)分析、物礦勘探、故障分析及教學(xué)科研等方面的數(shù)據(jù)采集和分析中廣泛應(yīng)用。LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering）是一種圖形化的編程語(yǔ)言，由美國(guó)國(guó)家儀器（NI）公司研制開(kāi)發(fā)的，類(lèi)似于C和BASIC開(kāi)發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言都是采用基于文本的語(yǔ)言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語(yǔ)言G編寫(xiě)程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。與C和BASIC一樣，LabVIEW也是通用的編程系統(tǒng)，有一個(gè)完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫(kù)。LabVIEW的函數(shù)庫(kù)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(chǔ)等等。LabVIEW也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設(shè)置斷點(diǎn)、以動(dòng)畫(huà)方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序的結(jié)果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調(diào)試。它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。LabVIEW集成了與滿(mǎn)足GPIB、VXI、RS232和RS485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用TCP/IP、ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù)。這是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過(guò)程都生動(dòng)有趣。 圖形化的程序語(yǔ)言，又稱(chēng)為“G”語(yǔ)言。使用這種語(yǔ)言編程時(shí)，基本上不寫(xiě)程序代碼，取而代之的是流程圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語(yǔ)、圖標(biāo)和概念，因此，LabVIEW是一個(gè)面向最終用戶(hù)的工具。它可以增強(qiáng)你構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途