【正文】 等應(yīng)用軟件包包含了應(yīng)用于熱電偶、壓力計(jì)和 RTD 的線性化功能。應(yīng)力計(jì)是阻值非常低的電阻設(shè)備，常用于配有電壓激勵(lì)源的惠斯通電橋。 ⑸ 激勵(lì)功能 對(duì)于某些傳感器信號(hào)調(diào)理也能提供激勵(lì)源。由于同一個(gè) ADC 可以采集多個(gè)通道而不是一個(gè)通道，每個(gè)通道的有效采樣速率和所采樣的通道數(shù)呈反比。例如， SCXI1120 和SCXI1121 模塊能提供高達(dá) 250 Vrms 的共模電壓隔離， SCXI1122 能提供高達(dá) 450 Vrms電壓隔離。使用隔離的另一原因是為了確保插入式 數(shù)據(jù)采集設(shè)備的讀數(shù)不會(huì)受到接地電勢(shì)差或共模電壓的影響。又例如， SCXI 有多種信號(hào)調(diào)理模塊可以放大輸入信號(hào)。安裝完畢后，要對(duì)數(shù)據(jù)采集卡 PCI6221 進(jìn)行測(cè)試與設(shè)置。它支持單極性和雙極性兩種模擬信號(hào) 的輸入，信號(hào)輸入范圍分別為 10～ +10V和 0～ 20V。利用 AD590 的線性溫敏特性，可以給溫差電偶的參考端(冷端 )提供溫度補(bǔ)償，使熱電偶的參考端在任何環(huán)境溫度下僅產(chǎn)生 0V電動(dòng)勢(shì)。電阻采用激光修刻工藝，使在 +25℃ ()時(shí)，器件輸出 A。由于利用了 PN 結(jié)的伏安特性與溫度的線性關(guān)系，以集成電路技術(shù)為制造手段；形成了帶有自動(dòng)補(bǔ)償?shù)募蓽囟葌鞲衅鳌? ⑸ 匹配開關(guān) 特性 ： 在 VDDVEE=15V的條件下， RON的典型值為 5Ω。 表 CD4052 真值表 控制引腳狀態(tài) 導(dǎo)通通道 INH B A iX iY 0 0 0 0X 0Y 0 0 1 1X 1Y 0 1 0 2X 2Y 0 1 1 3X 3Y 1 * * 無(wú) 無(wú) CD4052 的器件特性為 ： ⑴ 寬范圍的數(shù)字和模擬信號(hào)電平 ： 數(shù)字 315 V， 模擬可達(dá) 15VPP。 圖 所示為CD4052 引腳 分布 圖 。 315 V的數(shù)字信號(hào)可以控制 15VPP的模擬信號(hào)。 調(diào) 理 電 路計(jì) 算 機(jī)L a b V I E W數(shù) 據(jù) 采 集 卡P C I 6 2 2 11 熱 電 偶多 路 轉(zhuǎn) 換 開關(guān) C D 4 0 5 2+2 熱 電 偶+3 熱 電 偶+4 熱 電 偶+1 熱 電 偶2 熱 電 偶3 熱 電 偶4 熱 電 偶 圖 整體方框圖 系統(tǒng) 硬件電路 設(shè)計(jì) 溫度測(cè)量電路主要由溫度傳感器 、 多路轉(zhuǎn)換開關(guān) 和放大調(diào)理電路 組成 ， 用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫度的檢測(cè) ， 溫度傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路處理后 ， 通過采集卡的模擬通道輸入計(jì)算機(jī) ， 并由 LabVIEW 程序計(jì)算得到溫度測(cè)量值。具有實(shí)時(shí)性，支持?jǐn)?shù)據(jù)采集板和 GPIB、串口設(shè)備、 VXI 儀器、 PIC、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線以及用戶特殊的板卡 。繼承傳統(tǒng)的編程語(yǔ)言中的結(jié)構(gòu)化和模塊化編程的優(yōu)點(diǎn)，采用編譯方式運(yùn)行 32 位應(yīng)用程序，提高了運(yùn)行程序的速度。通過控制編輯器可將現(xiàn)有的控制對(duì)象修改成適合自己工作領(lǐng)域的控制對(duì)象。 LabVIEW 是一個(gè)高效的圖形化程序設(shè)計(jì)環(huán)境，它結(jié)合了簡(jiǎn)單易用的圖形式開發(fā)環(huán)境與靈活強(qiáng)大的 G 編程語(yǔ)言。相信未來(lái)，虛擬儀器將得到更多的發(fā)展，應(yīng)用范圍也將越來(lái)越廣。 ⑷ 虛擬儀器在教育方面的應(yīng)用 現(xiàn)在，隨著虛擬儀器系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，越來(lái)越多的教學(xué)部門也開始用它來(lái)建立教學(xué)系統(tǒng)，不僅大大節(jié)省開支，而且由于虛擬儀器系統(tǒng)具有靈活、可重用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，使得教學(xué)方法也更加靈活了。 虛擬儀器主要在以下幾個(gè)方面得到應(yīng)用： ⑴ 虛擬儀器在測(cè)量方面的應(yīng)用 虛擬儀器系統(tǒng)開放、靈活，可與計(jì)算機(jī)技術(shù)保持同步發(fā)展，將之應(yīng)用在測(cè)量方面可以提高精確度，降低成本，并大大節(jié)省用戶的開發(fā)時(shí)間，因此已經(jīng)在測(cè)量領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。與以 PC 機(jī)為核心的虛擬儀器相比，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器將是儀器發(fā)展中的又一次革命。在國(guó)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器的概念目前還沒有一個(gè)比較明確的提法，也沒有一個(gè)被測(cè)量界廣泛接受的定義。靈活性，軟、硬件的標(biāo)準(zhǔn)化令其在儀器計(jì)量領(lǐng)域逐漸取代傳統(tǒng)儀器。 LabVIEW 是一種編譯型圖形編程環(huán)境，它把復(fù)雜、煩瑣、費(fèi)時(shí)的語(yǔ)言編程簡(jiǎn)化成用簡(jiǎn)單圖標(biāo)提示的方法選擇功能，并用線條把各種圖形連接起來(lái)的圖形編程方式，使不熟悉編程的工程技術(shù)人員都可以按照測(cè)試要求和任務(wù)快速設(shè)計(jì)出自己的程內(nèi)蒙古科 技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 序和儀器面板，大大提高了工作效率，減少了科研和工程技術(shù)人員的工作量，因此，LabVIEW 是一種優(yōu)秀的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)。而且由于計(jì)算機(jī)的性能價(jià)格比不斷提高，使得虛擬儀器的價(jià)格更能為廣大用戶所接受。構(gòu)成虛擬儀器的硬件平臺(tái)有兩種： ① 計(jì)算機(jī) 虛擬儀器 的硬件主體是電子計(jì)算機(jī)，是硬件平臺(tái)的核心。 其中，嵌入式虛擬儀器從功能模塊上分為 ： 信號(hào)調(diào)理和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、嵌入式控制模塊、存儲(chǔ)系統(tǒng)、液 晶 顯示模塊、 USB 總線 接 口 邏輯等部分。可 以采用星 型 的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建分布式測(cè)試系統(tǒng)。信號(hào)通過 PCI 高 速數(shù)據(jù)采集 卡 采樣的數(shù)字信號(hào)，經(jīng) PCI 總線送入計(jì)算機(jī)內(nèi)，通過 LabVIEW 軟件模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析、處理，從而實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的功能。 對(duì)大多數(shù)用戶來(lái)說，這種方案不但實(shí)用，而且具有很高的性能價(jià)格比，是一種特別適合于我國(guó)國(guó)情的虛擬儀器方案。 DAQ（ Data AcQuisition） 虛擬儀器 DAQ 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。 PXI 總線方式的虛擬儀器 PXI ( PCI extension for Instrumention)是 PCI 在儀器領(lǐng)域的發(fā)展，是 NI 公司于 1997年發(fā)布的 一 種新的開放性、模塊化的儀器總線規(guī)范。 與 GPIB 儀器系統(tǒng)相比， VXI 模塊沒有前操作面板，因此，應(yīng)用 VXI 總線組建測(cè)試系統(tǒng)必須編制虛擬的“軟前面板”以完成對(duì)儀器系統(tǒng)的操作控制 ， 當(dāng)今流行的可視化編程語(yǔ)言如 Visual Basie， Visual C， Delphi 等均可以在 VXI 平臺(tái)上構(gòu)造 一 個(gè)完全圖形化的內(nèi)蒙古科 技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 用戶操作 面 板，實(shí)現(xiàn)測(cè)試控制、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果顯示等功能，從而設(shè)計(jì)出各種操作方便的基于圖形用戶界 面 (GUI)的集成測(cè)試系統(tǒng)。每臺(tái) GPIB 儀器有單獨(dú)的地址，由計(jì)算機(jī)控制操作。因?yàn)榭梢酝ㄟ^不同測(cè)試功能軟件模塊的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)多種測(cè)試功能，所以，在硬件平臺(tái)確定后，就有“軟件就是儀器”的說法，這也體現(xiàn)了測(cè)試技術(shù)與計(jì)算機(jī)深層次的結(jié)合。 傳統(tǒng)儀器面板上的器件都是“實(shí)物” ，是由“手動(dòng)”和“觸摸”進(jìn)行操作的；虛擬儀器前面板是外形與實(shí)物相像的“圖標(biāo)” ， 每個(gè)圖標(biāo)的“通” 、“斷” 、“放大”等動(dòng)作通過用戶操作計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)或鍵盤來(lái)完成。虛擬儀器的實(shí)質(zhì)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)算分析和處理；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)試功能的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。它利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的強(qiáng)大功能，結(jié)合相應(yīng)的硬件，大大突破傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、傳送、存儲(chǔ)等方面的限制。這此都使得儀器的可操作性大大提高而且易用、靈活。通過與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接，還可實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的分布式 共享 ，更好地發(fā)揮儀器的使用價(jià)值。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器具有高效、開放、易 用 靈活、功能強(qiáng) 大 、性 價(jià)比高、可操作性好等明顯優(yōu)點(diǎn) ,具體表現(xiàn)為： ⑴ 智能化程度高，處理能力強(qiáng) 虛擬儀器的處理能力和智能化程度 主 要取決于儀器軟件水平。信號(hào)的切換是為多路要求而設(shè)置的 ， 程控偏置的原因是考慮溫 度測(cè)量的范圍較寬 ， 如果不加該級(jí)電路 會(huì)造成整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)分辨力不高而降低測(cè)量精度。 內(nèi)蒙古科 技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第三章 熱電偶溫度巡檢儀方案選擇與設(shè)計(jì) 熱電偶溫度巡檢儀 基于單片機(jī)的溫度巡檢儀 Intel 公司的 MCS51 系列以其體積小、通用性強(qiáng)，性價(jià)比高，易于擴(kuò)展等特點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)裝置的開發(fā)，各種智能儀表及控制系統(tǒng)和家用電器領(lǐng)域得到了日益廣泛的運(yùn)用。分段方法采取非等間距分段法。 根據(jù)目前工業(yè)生產(chǎn)中常用的幾種熱電偶特性曲線變化均較平滑的特點(diǎn)，可采用線性內(nèi)蒙古科 技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 插值法進(jìn)行處理，并且可達(dá)到比較好的效果。 從而實(shí)現(xiàn)了將原特性曲線的線性化處理，這 種方式在信號(hào)處理稱“平滑近似法”。 ⑴ 模擬線性化 對(duì)來(lái) 自熱電偶的輸出 信號(hào)采用模擬線性化處理，實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單 且成本低廉，基本 誤差可控制在 2%以下 ， 能滿足一般工業(yè)檢測(cè)及控制的要求 。 ⑷ 集成 溫度傳感器補(bǔ)償 利用各種高性能的半導(dǎo)體溫度傳感器實(shí)現(xiàn)測(cè)溫和補(bǔ)償，如電流輸出型器件 AD590，電壓輸出型器件 LM135， LM235， LM335 系列。此法較精確但繁瑣 ， 尤其在現(xiàn)場(chǎng)冷端溫度隨時(shí)變化時(shí)，測(cè)量效率難以保證實(shí)時(shí)要求。該過程稱為熱電偶的冷端補(bǔ)償。目前國(guó)際上規(guī)定了以下 8 種標(biāo)準(zhǔn)熱電偶： S 型、 R 型、 B 型、 K 型、 N 型、 T 型、 E型和 J 型。由此可見，當(dāng)保持熱電偶冷端溫度 T0不變時(shí)，只要用儀表測(cè)得熱電勢(shì) EAB(T， T0)，就可求得被測(cè)溫度。 ⑶ 熱電偶閉合回路的總電勢(shì) 如圖 所示的熱電偶閉合回路中將產(chǎn)生兩個(gè)溫差電勢(shì) EA(T， T0)和 EB(T， T0)及兩個(gè)接觸電勢(shì) EAB(T)和 EAB(T0)。 ⑵ 單一導(dǎo)體中的溫差電勢(shì) 溫差電勢(shì) 是基于湯姆遜效應(yīng)產(chǎn)生的，即同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種熱電勢(shì)。這個(gè)電勢(shì)在 A, B 接觸處形成一個(gè)靜電場(chǎng)，阻礙擴(kuò)散作用的繼續(xù)進(jìn)行。該熱電勢(shì)是由兩部分組成：接觸電勢(shì)與溫差電勢(shì)。導(dǎo)體 A和 B 叫做熱 電極。 熱電偶是一種重要的接觸式溫度傳感器 ，從結(jié)構(gòu)上看熱電偶是十分簡(jiǎn)單的，但其理論卻比較復(fù)雜，它是一種能獲得高測(cè)量準(zhǔn)確度的儀器，但也是一種容易出現(xiàn)誤差的儀器。在熱電偶中接入第三種導(dǎo)體，只要第三種導(dǎo)體的兩接點(diǎn)溫度相同，則回路中總的熱電勢(shì)不變。這樣一定的熱電動(dòng)勢(shì)就對(duì)應(yīng)著一定的溫度，測(cè)量熱電動(dòng)勢(shì)，也就可以達(dá)到測(cè)溫的目的 ， 應(yīng)用起來(lái)十分方便 [1]。熱電偶可以用來(lái)測(cè)量 200～ 1600℃范圍內(nèi)的溫度，有些熱電偶甚至可測(cè) 2020℃以上溫度 ， 所以熱電偶是使用最廣泛的測(cè)溫元件之一。熱電偶材料一般有鉑銠－鉑銠和鉑銠－鉑，鎳鉻－鎳硅等。 系統(tǒng)的軟件方面，選用美國(guó) NI 公司出臺(tái)的 語(yǔ)言來(lái)編寫，結(jié)合微機(jī)系統(tǒng)配備的 Microsoft Office 等軟件，現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試，實(shí)時(shí)顯示打印輸出。 系統(tǒng)選用先進(jìn)的集成數(shù)據(jù)采集卡和功能強(qiáng)大的 LabVIEW 虛擬儀器技術(shù)，構(gòu)建了一種新型的熱電偶溫度巡檢儀。 虛擬儀器作為新興的儀器儀表，其優(yōu)勢(shì)在于 用戶可自行定義儀器的功能和結(jié)構(gòu)等，且構(gòu)建容易、轉(zhuǎn)換靈活，它已經(jīng)廣泛應(yīng)用 于電子測(cè)量、振動(dòng)分析、聲學(xué)分析、故障診斷、航天航空 、 機(jī)械 工 程、建筑 工 程、鐵路交通、生物醫(yī)療、教學(xué)及科研等諸多方而。 虛擬儀器是電子測(cè)量技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，具有很好發(fā)展前景的新一類內(nèi)蒙古科 技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 電子儀器。目前約有 50%的工程溫度測(cè)控工作是用熱電偶來(lái)完成的，特別是在鋼鐵、有色金屬、火力發(fā)電站、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、原子能反應(yīng)堆、石油精煉、化工、 機(jī)械熱處理等高溫領(lǐng)域中，熱電偶是最主要的測(cè)溫手段。 熱電偶溫度計(jì)是指用熱電偶作為感溫元件，配上適當(dāng)?shù)碾姕y(cè)儀表和其他構(gòu)件的整個(gè)系統(tǒng)。 研究概況及發(fā)展趨勢(shì) 溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是各種工藝生產(chǎn)過程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中非常普遍、非常重要的熱工參數(shù)之一。傳統(tǒng)儀器以專一、 固 化的形式存在，測(cè)量功能及應(yīng) 用 范圍只能由生產(chǎn) 廠 家定義、制造。同時(shí)，在儀器儀表專業(yè)中，計(jì)量學(xué)是必不可少的技術(shù)基礎(chǔ)，而在計(jì)量測(cè)試科學(xué)領(lǐng)域中，溫度的計(jì)量與測(cè)試又是一個(gè)很重要的方面。 整個(gè)測(cè)量過程自動(dòng)進(jìn)行，不需要人工參與，不僅簡(jiǎn)化了操作步驟，提高了測(cè)量精度，而且系統(tǒng)功能可根據(jù)具體需要隨時(shí)更改或擴(kuò)展，與傳統(tǒng)儀器相比具有更廣闊的應(yīng)用前景 。 本設(shè)計(jì)針對(duì)傳統(tǒng)儀器的上述缺陷，采用美國(guó) NI 公司開發(fā)的圖形化編程語(yǔ)言LabVIEW 設(shè)計(jì)開發(fā)了一種基于虛擬儀器的熱電偶溫度巡檢儀。傳統(tǒng)的溫度測(cè)試儀器往往需要大量的手工操作與計(jì)算，且存在體積較大、功能單一、不可擴(kuò)展等缺點(diǎn)。 由 前面板 可以設(shè)置溫度測(cè)量范圍、溫度報(bào)警上下限、冷端溫度等參數(shù)，并可以實(shí)時(shí)顯示溫度數(shù)值及曲線，當(dāng)溫度超限時(shí)給出報(bào)警提示。在現(xiàn)代化建設(shè)中，由于儀 器儀表對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量所能起到的重要監(jiān)測(cè)作用，導(dǎo)致了人們對(duì)其在技術(shù)上有著高層次的要求，因而儀器儀表工業(yè)是促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門技術(shù)進(jìn)步，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，開發(fā)與節(jié)約能源和材料的先導(dǎo)工業(yè)。 任何測(cè)量與控制都離不開儀器儀表，傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器模式為 :獨(dú)立的機(jī)箱 ； 有 面 板操作按鍵和旋鈕 ； 有信號(hào)的輸入與輸出端口 ； 有測(cè)量結(jié)果的顯 示 方式 — 指針、表頭或數(shù)碼管窗口等。虛擬儀器概念的提出為測(cè)量與控制領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了空間，為儀器儀表的更新?lián)Q代帶來(lái)了機(jī)遇，同時(shí)，使進(jìn)入信息時(shí)代的人們?cè)跍y(cè)量觀念上產(chǎn)生了更多的新思想和新概念。從 19 世紀(jì)發(fā)展至今已有一百多年歷史，現(xiàn)己被廣泛應(yīng)用于石油、化工、水利、航空、航天、核電等行 業(yè)領(lǐng)域。工業(yè)熱電偶的測(cè)溫范圍，從 － 270℃到25