【正文】 紙 溫度記錄儀產生，并因為其更準確地數(shù)據(jù)記錄、更方便的數(shù)據(jù)存儲、更便捷的數(shù)據(jù)分析功能，所占市場份額逐年猛增；近幾年推出的帶 USB 接口的無紙記錄儀更是極大地方便了數(shù)據(jù)的下載和保存。 （ 2） 加強新原理、新材料、新工藝的開發(fā)，如近來已開發(fā)的炭化硅薄膜熱敏電阻溫度檢測器，厚膜、薄膜鉑電阻溫度檢測器，硅單晶熱敏電阻溫度檢測器等。分子運動愈激烈其溫度表現(xiàn)越高。 國際現(xiàn)代通用的溫標是 1967 年第 13 次國際權度大會通過的 ， 1968 年國 際實用溫標。到 1745 年，瑞典的林奈將這 兩個固定點顛倒過來，這種溫度計就是至今仍沿用的攝氏溫度計。它是一個帶細長頸的大玻璃泡，倒置在一個盛有 葡萄酒的容器中，從其中抽出一部分空氣，酒面就上升到細頸內。 temperature。可以通過用戶登錄界面進入系統(tǒng)，前面板設計包括溫度采集、溫度記錄、溫度查詢三部分 。 本設計采用基于 LabVIEW的熱電偶溫度記錄儀來實現(xiàn)熱電偶溫度記錄。設計分為硬件設計與軟件設計兩部分。在程序框圖設計中， 編寫了用戶管理、 DAQ采集、通道選擇、數(shù)據(jù)庫訪問、數(shù)據(jù)庫寫入、數(shù)據(jù)庫查詢等子 VI，實現(xiàn)了對于四個不同通道的數(shù)據(jù)采集、記錄、實時顯示、報警及查詢等功能。 collection。當外界溫度改變時，細頸內的酒面因玻璃泡內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，實際上這是一個沒有刻度的指示器。 早在 1735 年，就 有人嘗試利用金 屬棒受熱膨脹的原理，制造溫度計，到 18 世紀末，出現(xiàn)了雙金屬溫度計； 1802 年，查理斯定律確立之后，氣體溫度計也隨之得到改進和發(fā)展，其精確度和測溫范圍都超過了水銀溫度計。它以 13 個純物質的相變點，如氫三相點，即氫的固、液、氣三態(tài)共存點 (259． 34℃ )；水三相點 (℃ )和金凝固點 (℃ )等，作為定義固定點來復現(xiàn)熱力學溫度的 [1]。在工業(yè)過程控制中，溫度也是一個重要的測量參數(shù)。 （ 3） 向智能化、集成化方向發(fā)展，新產品不僅要具有檢測功能，又要具有判斷和指令等多功能，采用微機向智 能化方向發(fā)展 [2]。 但是由于在某些場合目前有關規(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等；以及有紙溫度記錄儀無需電腦知識而適應于一些低知識水準員工操作的管理和控制，有紙溫度記錄儀一時還無法被無紙記錄儀完全替代 [3]。 研究背景 溫度是表征設備狀態(tài)的重要物理量，也是傳熱學中進行分析計算的重要參數(shù)，溫度測試及記錄是工業(yè)應用與教學實驗中經常遇到的問題。虛擬儀器是利用計算機顯示器的顯示功能來模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板， 以多種形式表達輸出檢測結果， 利用計算機強大的軟件功能實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的運算、分 析、處理，并利用I/O 接口設備完成信號的采集、測量與調理，從而完成各種測試功能的計算機儀器系統(tǒng)。因此，有必要采用效率和自動化水平更高的新的測量手段。同時，作物的適宜溫度范圍可以由檢測人員根據(jù)實際情況加以改變。它遵循“軟件即儀器”的概念，將計算機資源、儀器測 /控硬件和用于數(shù)據(jù)分析、過程通信及圖形用戶界面的軟件進行有效結合，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構，設計用戶自己的儀器 [5]。 20 世紀 80 年代中期，美國國家儀器公司（ National Instrument 簡稱 NI）首先提出了“軟件就是儀器”這一虛擬儀器簡稱概念，并隨之推出第一批實用成果。虛擬儀器以計算機為核心，充分利用計算機強大的圖形界面和數(shù)據(jù)處理能力，提供對測量數(shù)據(jù)的分析處理和顯示功能。 虛擬儀器的硬件主體是電子計算機，通常是個人計算機，也可以是任何通用電子計算機。 按照測控功能硬件的不同， VI 可分為 GPIB、 VXI、 PXI 和 DAQ 四種標準體系結構。典型的 GPIB 測試系統(tǒng)包括一臺計算機、一塊 GPIB 接口卡和若干臺 GPIB 儀器。 VXI 系統(tǒng)最多可包含 256 個裝置，主要由主機箱、“ 0 槽”控制器、具有多種功能的模塊儀器、驅動軟件和系統(tǒng)應用軟件等組成。其核心是 Compact PCI 結構和 Microsoft Windows 軟件。 虛擬儀器的技術優(yōu)勢 虛擬儀器的國內外發(fā)展呈現(xiàn)兩條主線：一是 GPIB→VXI→PXI 總線方式 ,二是 PC 插卡式→LP T 并行口式 → 串口 USB 方式 →IEEE 標準的 1394 口方式。 和常規(guī)儀器技術相比， NI 虛擬儀器技術有四大優(yōu)勢 [7]： （ 1）性能高 虛擬儀器技術是在 PC 技術的基礎上發(fā)展起來的，所以完全繼承了以現(xiàn)成即用的 PC 技 術為主導的最新商業(yè)技術的優(yōu)點，包括功能超卓的處理器和文件 I/O，使您在數(shù)據(jù)高速導入磁盤的同時就能實時地進行復雜的分析。在利用最新科技的時候，還可以把它們集成到現(xiàn)有的測量設備，最終以較少的成本加速產品的設計時間。隨著產品在功能上不斷地趨于復雜，工程師們通常需要集成多個測量設備來滿足完整的測試需求，而連接和集成這些不同設備總是要耗費大量的時間。進入 21 世紀以來，隨著計算機技術、通信技術、微電子技術的高速發(fā)展，儀器測量技術也開始由傳統(tǒng)儀器向計算機化方向 邁進。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?？蛇B續(xù)記錄和數(shù)字打印。 STR1000 有紙記錄儀具有以下顯著特點 ： 高可靠性 、 支持網絡功能 、 強大的運算功能 、 多樣的顯示功能 、 友好的人機界面，操作更簡便 、 豐富的報警功能 、 豐富的記錄和打印功能 、 高可靠性 、 采用完全隔離技術 [8]。 AD590 是由美國模擬器件公司（ AD）生產的恒流源式模擬集成溫度傳感器的特點，測量誤差小、采用二次查表法 加線性插值實現(xiàn)溫度的測量與顯示 [9]。除此之外，基于虛擬儀器的溫度記錄儀的設計中，用戶還可以根據(jù)自己的需要定義儀器的功能，設計出符合自己要求的儀器儀表來。本設計針對傳統(tǒng)熱電偶非線性和冷端溫度補償方法的不足，為準確測量溫度，將傳統(tǒng)的熱電偶測溫技術與 LabVIEW 相結合起來， 通過計算機運行 LabVIEW 程序來分析處理輸入數(shù)據(jù)，最終由計算機顯示結果。硬件中只需要把 熱電偶 的兩個 接線 端口接到 數(shù)據(jù) 采 集 卡上就行。用基于 LT1025的信號調理電路 實現(xiàn)冷端溫度補償與線性化處理。 LT1025 是專用的熱電偶冷端溫度補償集成電路芯片，內部自帶特殊的非線性校正電路，內蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)設計） 10 在 0~70℃補償范圍內具有很高的溫度補償準確度，其補償絕對誤差小于 ℃；該芯片的補償輸出信號為低阻抗，且獨立于供電電壓；它可和各種熱電偶配套使用，所構成的測溫系統(tǒng)結構簡單、成本低廉、不需要 調節(jié)，可廣泛應用于電子測量、工業(yè)儀表等領域的溫度測量。 PCI6221 是一種低廉的 M 系列數(shù)據(jù)采集卡，在計算機上使用的板卡。 內蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)設計） 11 第 三 章 熱電偶溫度記錄儀硬件設計 熱電偶 型號的選擇 工藝上比較成熟是標準化熱電偶，其能批量生產、性能穩(wěn)定、應用廣泛而且具有統(tǒng)一的分度表，并已列 入國際和國家標準文件中的熱電偶。 ? 負 亮白軟 600 177。 4C? 負 稍軟 800 177。 ? 負 稍親磁 II 40~1300 177。 1 C? 負 銀白色 III 200~40 177。它們的一端通常焊接在一起形成接點，稱為測量端 (工作端或熱端 )。在工作時，只要與顯示儀表配合即可測量氣體、液體、固體的溫度。 然而廣泛應用于工業(yè)和科研中的熱電偶傳感器。 傳統(tǒng)的冷端及非線性補償方法主要有以下兩種 :一是基于硬件的補償，但補償電路復雜，成本較高，精度不夠；二是基于軟件的補償，通過微機進行擬 合或插值實現(xiàn)修正，普通的軟件補償對工作人員編程能力要求較高，計算量大，實時性不是很好。它也將逐步地代替過去用絕緣瓷珠穿絲的裝配結構型式。信號轉換和顯示成為一體的帶轉換器和帶顯示的熱電偶與熱電阻則可滿足現(xiàn)場顯示需要 [14]。在這種情況下 ,4～ 20mA作為控制輸出 ,過程變量是測量的溫度值 ,設置則可由操作者直接或使用一個可組態(tài)的設置操作器來調整 ,其輸出信號可接到執(zhí)行單元；同時信號的數(shù)字部分提供過程變量、 輸出、設置和其他轉換參數(shù)或 PID參數(shù)。 熱電偶冷端溫度補償原理 在熱電偶冷熱端電勢關系中，有如下公式： 其中， t 為實測溫度； t0為冷端溫度； 為冷端溫度為 0℃時，熱電偶電勢輸出；為冷端溫度為 t0℃時，熱電偶電勢輸出； 為冷端補償電勢。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。另一路通過精密電阻分壓器輸出，用于和不同型號的熱電偶相配。在 0~5℃的溫度范圍內，各熱電偶的最佳修正 系數(shù)分為 104(E)、 104(J)、 104(K)、 103(R)、 103 (S)、 1 103 (T)。 LT1025 的各項性能指標，均是在假設芯片內部無溫升的前提下獲得的。當測溫為 0~1000℃ 時，其輸出為 0~10V， PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡可直接進行采集。 圖 S 型熱電偶測溫 電路 原理如圖 [10] 數(shù)據(jù)采集卡的選擇 數(shù)據(jù)采集就是將被測對象的各種參量通過相應傳感元件做適當轉換后，再經過信號調理、采樣、量化、編碼、傳輸?shù)炔襟E，最后送到計算機進行數(shù)據(jù)處理或存儲記錄的過程。本系統(tǒng)采用 NI 公司生產的PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡，即應用虛擬儀器 PC_DAQ 系統(tǒng)。它可以采集模擬信內蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)設計） 16 號，數(shù)字信號，擁有定時器的功能，同時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。該卡具有三種不同的模擬輸入模式：單端有參考地輸入 (RSE)，單端無參考地輸入 (NRSE)，差分輸入 (DIFF)。這里設置模擬輸入為單極性。 在本設計中，需要將熱電偶的電壓信號輸入板卡，為虛擬熱電偶溫度記錄儀輸入數(shù)據(jù)信號。 當溫度變化時，熱電偶在冷熱兩端形成電勢差，經基于 LT1025 的測溫電路后，轉化成與溫度變化大小成正比的 0~10V 的線性電壓信 號。 內蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)設計） 17 第 四 章 熱電偶溫度記錄儀軟件設計 熱電偶溫度記錄儀的軟件設計結構圖 根據(jù)所要實現(xiàn)的如溫度顯示、記錄、報警、查詢功能要求，在本設計中的軟件程序設計里我將不同的功能按照不同的模塊分別進行了模塊化編程。本系統(tǒng)采用 軟件設計了 前面板 。 內蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)設計） 18 圖 用戶登錄前面板 在圖 用戶登錄端的設計中，實現(xiàn)了對軟件程序和數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的有效保護。通過改變采樣率可得到效果更好的信號波形，如圖 所示。這部分內容將在數(shù)據(jù)庫查詢部分進行詳細講述。 圖 溫度記錄前面板 在圖 溫度記錄前面板設計中，此部分為四通道溫度實時顯示部分，具有報警記錄的功能。這里實現(xiàn)的功能主 要是在采集狀態(tài)下，根據(jù)用戶的需要，按時間查詢出對應時間下的每個通道的溫度數(shù)據(jù)，如圖 所示。點擊 OK 完成設置。 在程序框圖中，各功能 實現(xiàn)也都比較簡單，在程序開發(fā)環(huán)境界面上點擊鼠標右鍵在函數(shù)中都可以找到想要的模塊。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卡，在登錄的前提下就可以自動跳轉到軟件的操作界面。倘若數(shù)據(jù)庫里的用戶數(shù)據(jù)不為空，就將一個假值送入條件結構，在條件結構中通過數(shù)據(jù)庫查詢子 VI 查詢數(shù)據(jù)庫對應用戶下的密碼，并與輸入的密碼進行比對，如果相等用戶登錄成功，不相等則通過單按鈕對 話框提示用戶密碼出錯。 圖 密碼修改 如上圖，設計使用了 user new pw 子 VI 實現(xiàn)對密碼的修改。 為了更多用戶對程序的需求，可以在登錄的狀態(tài)下添加新用戶。具體程序如圖 所示。 溫度采集模塊程序設計 虛擬熱電偶溫度記錄儀設計中，要對四個個通道的數(shù)據(jù)進行記錄、報警、查詢的前提是對數(shù)據(jù)的采集。將輸出送進 DAQmx Timing 模塊（ DAQmx 定時模塊）再將數(shù)據(jù)輸入 DAQmx Configure Input Buffer 模塊（ DAQmx 設定輸入緩沖器 模塊 ）大小設定為 50000。這樣，每次數(shù)組輸出一個數(shù)據(jù)就執(zhí)行內部程序一次，達到對每個數(shù)據(jù)進行操作的目的。下限報警設計中將數(shù)據(jù)和輸入溫度下限設定值進行比較，如果小于，則報警，上限報警燈閃爍，大于什么都不做。當執(zhí)行布爾返回一個假時，程序什么都不做，這樣對數(shù)據(jù)庫的操作就有了用戶的選擇性。數(shù)據(jù)存儲部分主要利用 LabVIEW 與數(shù)據(jù)庫接口程序，將采集的原始數(shù)據(jù)存儲到 Access 數(shù)據(jù)庫中，供后續(xù)的結果查詢和數(shù)據(jù)分析。 圖 數(shù)據(jù)庫寫入模塊 內蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)設計） 27 正如上圖，我們主要使用了編程 /字符串 /連接字符串。無論是查詢數(shù)據(jù)庫，還是刪除數(shù)據(jù)庫，步驟大體相同。在實現(xiàn)動態(tài)命令中設置時間的問題時，使用了編程 /定時 /格式化時間，這樣就可。其程序如圖 所示。數(shù)據(jù)庫命令如圖，將一條標準數(shù)據(jù)庫命令輸入到數(shù)據(jù)庫訪問子模塊完成對數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫寫入。這里我使用了微軟的數(shù)據(jù)庫軟件 Access，并將文件命名為 math，將采集到的溫度數(shù)據(jù)記錄在表名為math 的字段下。 DNS 的設置已近在前面進行了詳細敘述，這里只是強調如果 DNS 不設置，在程序運行時會提示數(shù)據(jù)庫訪問出錯。因為常需要調用，所以將這部分程序做成了數(shù)據(jù)庫訪問