【正文】 臨界溫度電阻器 (CTR)。 NP 結(jié)型溫度傳感器利用了在一定的電流模式下， PN 結(jié)的正向電壓與溫度之間有很好的線性關(guān)系這一特征，與上述溫度傳感器相比，最大優(yōu)點(diǎn)是輸出特性呈線性，測溫精度高。熱電偶可以用來測量 — 200℃ ～ 1600℃ 范圍內(nèi)的溫度，有些熱電偶甚至可 測 20xx℃以上溫度。 熱電偶測溫原理 熱電偶是一種感溫元件 , 它能將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電勢信號(hào) , 通過電氣測量儀表的配合 , 就能測量出被測的溫度。 如圖 熱電偶測溫原理圖： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） T 0TAB 圖 熱電偶測溫原理圖 由熱電效應(yīng)可知，閉合回路中產(chǎn)生的熱電勢 由兩部分組成，即接觸電勢和溫差電勢，總電勢為 0 0 0 0( , ) ( ) ( , ) ( ) ( , )AB A B B A B AE t t e t e t t e t e t t? ? ? ?。不同的熱電偶具有不同的分度表。因此在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)注意以下兒個(gè)方面： (l)避免受到過大的震動(dòng)和應(yīng)力作用 ： 當(dāng)熱敏電阻受到?jīng)_擊 、震動(dòng)或其他形式的加速時(shí)，會(huì)導(dǎo)致感溫元件變形、彎曲而產(chǎn)生應(yīng)力，從而改變其溫度一電阻特性。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第四章 基于虛擬儀器的熱電偶溫度巡檢儀 總體方案設(shè)計(jì) 虛擬溫度巡檢儀簡介 溫度巡檢儀就是 對(duì) 多 個(gè) 溫度檢測點(diǎn)進(jìn)行 分時(shí)的 巡回檢測 ，即一臺(tái)儀表便可實(shí)現(xiàn)對(duì)多路溫度檢測， 雖說智能溫度巡檢儀能完成對(duì)多點(diǎn)溫度的檢測 ，但只能對(duì)溫度進(jìn)行數(shù)值顯示，對(duì)數(shù)據(jù)的保存讀取操作困難， 基于虛擬儀器的溫度巡檢儀，不僅能顯示溫度數(shù)值，而且能對(duì)溫度實(shí)時(shí)變化趨勢通過曲線顯示 ， 能給用戶 一 個(gè) 友 好的監(jiān)控界面。為了改善傳統(tǒng)溫度巡檢儀的功能。 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 整個(gè)溫度巡檢儀的原理框圖如圖 所示，系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。針對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行高精度地測試，整個(gè)系統(tǒng) 設(shè)計(jì)的核心 是溫度信號(hào)調(diào)理電路 的設(shè)計(jì) 以及以 LABVIEW 為 基礎(chǔ)的 軟件開發(fā)。 圖 給出了 虛擬溫度巡檢儀硬件原理框圖 ： 8 路 熱 電 偶溫 度傳 感 器主 機(jī)L A B V I EW 軟 件數(shù) 據(jù) 分析 和 顯示P C I 6 2 2 1 數(shù)據(jù) 采 集 卡A D 5 9 0前 置放 大多 路 轉(zhuǎn)換 開 關(guān)C d 4 0 5 1低 通濾 波器前 置 放 大多 路 轉(zhuǎn)換 開 關(guān)C d 4 0 5 1電 流 u A電 壓 0 5 vVm V被 測 信 號(hào)環(huán) 境 溫 度 圖 系統(tǒng) 硬件原理框圖 溫度傳感器及調(diào)理電路 溫度傳感器 系統(tǒng)選擇 熱電偶作為溫 度傳感器 ，其結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、使用方便、測溫精度較高，可就地測量和遠(yuǎn)傳。通過熱電偶冷端補(bǔ)償進(jìn)行溫度測量是一種傳統(tǒng)、有效的方法，廣大技術(shù)工作人員在實(shí)際的測量檢測中已經(jīng)積累了較多的經(jīng)驗(yàn)。下面僅介紹信號(hào) 調(diào)理的通用功能。 冷端補(bǔ)償是熱電偶測量中 信號(hào)調(diào)理 的首要 任務(wù)。這樣的補(bǔ)償電路是非常昂貴的，所 以通常采用軟件方法進(jìn)行溫度補(bǔ)償。其溫度測量范圍為 55℃～ 150℃，線性電流輸出靈敏度為 1uA/k。令 AD590 的輸出電流流過 1kΩ 電阻，這樣內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 就將 1uA/k 的電流靈敏度轉(zhuǎn)換為 1mV/k 的電壓靈敏度。 信號(hào)調(diào)理電路 如圖 所示 ： 1 2 3 8 A D 5 2 4二 階濾 波 器A D 5 8 0P C I 6 2 2 1數(shù) 據(jù)采 集 卡+ 5 vA D 5 2 47 v1 kG = 1 0 01 k2 5 0 Ω1 0 kC D 4 0 5 1C D 4 0 5 1A D 5 9 0G = 1 0 0++a i 8a i 0 : 8 圖 系統(tǒng) 信號(hào)調(diào)理電路圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 信號(hào)調(diào)理模塊應(yīng)盡可能靠近信號(hào)源或傳感器 ，使得信 號(hào)在受到傳輸信號(hào)的環(huán)境噪聲影響之前已被放大，使信噪比得到改善。某些高性能的數(shù)據(jù)采集卡自。大多數(shù)信號(hào)調(diào)理模塊有低通濾波器，用來濾除噪聲?；鶞?zhǔn)電壓芯片 AD580 輸出的 基準(zhǔn)電壓用電阻分壓到 ，接儀表放大器的反相輸入端，設(shè)置 AD524 的放大倍數(shù)為 100，這樣，經(jīng) AD524對(duì)兩輸入差值放大后，就可將 0℃～ 50℃的溫度輸入變換為 0— 5V 的電壓輸出，即該溫度測量電路的輸出電壓靈敏度為 100mV/℃。 假設(shè)環(huán)境溫度范圍為 0℃～ 50℃，按圖 所選定的電路參數(shù)，該電路的輸出靈敏度為 100mV/℃ 。 本設(shè)計(jì)采用軟件冷端溫度補(bǔ)償 ，選擇 AD590 集成溫度傳感器檢測環(huán)境溫度。 硬件補(bǔ)償是用一種特殊電路產(chǎn)生適當(dāng)?shù)碾妷簛淼窒涠穗妷?。這樣，測量電壓就包括了熱電偶輸出電壓和冷端電壓兩部分。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 調(diào)理電路設(shè)計(jì) 從傳感器得到的信號(hào)大多要經(jīng)過調(diào)理才能進(jìn)入數(shù)據(jù)采集設(shè)備，信號(hào)調(diào)理功能包括放大、濾波、線性化等。熱電偶可以用來測量 200℃ ～ 1600℃ 范圍內(nèi)的溫度，有些熱電偶甚至可 測 20xx℃以上溫度。 多 路 溫 度 傳 感 器 信 號(hào) 調(diào) 理 電 路 P C I 6 2 2 1 數(shù) 據(jù) 采 集 卡主 機(jī) L A B V I E W 軟 件 數(shù) 據(jù)分 析 和 顯 示被 測 信 號(hào) 圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第五章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 本章主要介紹虛擬溫度巡檢儀的硬件設(shè)計(jì)，首先介紹了系統(tǒng)的硬件組成，然后是溫度傳感器檢測元件的介紹、調(diào)理電路的設(shè)計(jì)、 PCI— 6221 數(shù)據(jù)采集卡的介紹。軟件部分采用美國 NI 公司的 LABVIEW 虛擬儀器軟件平臺(tái)，來完成對(duì)采集進(jìn)來的 八 路溫度信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和顯示。當(dāng)采集或讀入數(shù)據(jù)后，進(jìn)行 線性化處理 ；選用不同的濾波器進(jìn)行數(shù)字濾波。 用戶可以根據(jù)需要查詢某一時(shí)間段數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)分析 ， 還可根據(jù)現(xiàn)實(shí)需要進(jìn)行參數(shù)修改。當(dāng)感溫元件周圍存在磁場時(shí)，必將改變其內(nèi)部電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，引起阻值變化，引起磁阻效應(yīng)。 因此 ,在熱電偶測溫時(shí) ,可接入測量儀表 , 測得熱電勢后 , 即可知道被測介質(zhì)的溫度。 根據(jù)熱電勢與溫度函數(shù)關(guān)系 ， 可制成熱電偶分度表。在由兩種不同材料的導(dǎo)體 A 和 B 所組成的閉合回路中 , 當(dāng) A 和 B 的兩個(gè)接點(diǎn)處于不同溫度 T 和 To 時(shí) , 在回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電勢 ， 這就是所謂的塞貝克效應(yīng)。通過熱電偶冷端補(bǔ)償進(jìn)行溫度測量是一種傳統(tǒng)、有效的方法，廣大技術(shù)工作人員在實(shí)際的測量檢測中已經(jīng)積累了較多的經(jīng)驗(yàn)。 綜上所述， 熱電偶作為測溫元件，其結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、使用方便、測溫精度較高，可就地測量和遠(yuǎn)傳。在溫度測 量中主要采用 NTC 和 PTC，尤其 NTC 應(yīng)用較多。最常見的熱電阻式溫度傳感器的構(gòu)成材料是鉑、鎳或銅。 熱電偶由兩種不同的金屬構(gòu)成，它們的一端熔接在一起形成一個(gè)敏感結(jié)，溫度變化時(shí)將有一個(gè)相應(yīng)的熱電勢產(chǎn)生，該信號(hào)由引線引出。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 熱電偶測溫原理 溫度傳感器 溫度測量的實(shí)現(xiàn)方法通常是使溫度傳感器與待測物體表面相接觸或浸入待測流體。由于液體的比熱及導(dǎo)熱率都比較大，并且與檢測元件有良好的接觸，因此采用接觸法是一種比較好的選擇。在對(duì)固體表面測溫時(shí)，大多采用接觸法。固體內(nèi)部的傳熱取決于材料的導(dǎo)熱系數(shù) ； 邊界的換熱則取決于對(duì)流換熱系數(shù)和發(fā)射率。我們據(jù)此分別稱之為接觸法測溫和非接觸法測溫。 LabVIEW 具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能，這種功能使 LabVIEW 用戶可以容易的編寫出具有強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)通信能力的 LabVIEW應(yīng)用軟件，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測控。 VXI 總線將成為未來虛擬儀器的理想硬件平臺(tái)，這是由于 VXI 總線的性能決定的；另一方面，基于 PCI 一 DAQ 的虛擬儀器系統(tǒng)由于性價(jià)比高、靈活性好而受到大多 數(shù)用戶的青睞，將得到高速的發(fā)展。如何使用戶進(jìn)行少量的學(xué)習(xí)甚至不需要學(xué)習(xí)就可使用功能強(qiáng)大的虛擬儀器，如何使用構(gòu)成簡單的虛擬儀器系統(tǒng)并完成復(fù)雜的測試內(nèi)容，如何幫助用戶對(duì)測試結(jié)果進(jìn)行分析和判斷等內(nèi)容，是虛擬儀器技術(shù)的努力 方向。虛擬儀器在組成和改變儀器的功能和技術(shù)性能方面具有靈活性與經(jīng)濟(jì)性，因而特別適應(yīng)于當(dāng)代科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展和科學(xué)研究不斷深化所提出的更高更新的測量課題和測量需求。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） ③ 便于實(shí)現(xiàn)“測試集成”和虛擬儀器庫的思想。設(shè)計(jì)者可把一個(gè)復(fù)雜自動(dòng)檢測系統(tǒng)分為多個(gè)子 系統(tǒng)，每一個(gè)都可完成一定的功能。 3 圖標(biāo) /連接器： VI 具有層次化和結(jié)構(gòu)化的特征。這種設(shè)計(jì)思想的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在兩方面： ① 類似流程圖的設(shè)計(jì)思想，很容易被工程人員接受和掌握，特別是那些沒有很多程序設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的工程人員。我們可以看到流程圖中包括了前面板上的開關(guān)和隨機(jī)數(shù)顯示器的連線端內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 子，還有一個(gè)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的函數(shù)及程序的循環(huán)結(jié)構(gòu)。 開關(guān) 圖 隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器前面板 圖 隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器程 序框 圖 (2) 流程圖：流程圖提供 VI 的圖形化源程序。 (1) 前面板：前面板是圖形用戶界面，也就是 VI 的虛擬儀器面板，這一界面上有用戶輸入和顯示輸出兩類對(duì)象，具體表現(xiàn)有開關(guān)、旋鈕、圖形以及其他控制（ control）和顯示對(duì)象（ indicator）。使用內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 控制對(duì)象(輸入 ) 顯示對(duì)象 (輸出 ) 隨 機(jī)數(shù)機(jī)數(shù)機(jī)數(shù)發(fā)生器 結(jié)開關(guān)構(gòu)：循環(huán) 與前面板控件對(duì)應(yīng)的連線端子 與前面板控件對(duì)應(yīng)的連線端子 它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，可以大大提高工作效率。 圖形化的程序語言，又稱為“ G”語言。 LabVIEW 集成了與滿足 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。 LabviEW 采用圖形化編程方案，是非常實(shí)用的開發(fā) 軟件。但直接由這些語言開發(fā)虛擬儀器系統(tǒng)，是有相當(dāng)難度的。以美國 Nl 公司的軟件產(chǎn)品 LabVIEW 和LabWindows/CVI 為代表的虛擬儀器專用開發(fā)平臺(tái)是當(dāng)前流行的集成化開發(fā)工具。 (5) 串口系統(tǒng) ： 串口系統(tǒng)是以 Serial 標(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計(jì)算機(jī)為儀器精簡平臺(tái)組成的虛擬測試系統(tǒng)。 PXI 是在 PCI 內(nèi)核技術(shù)上增加了成熟的技術(shù)規(guī)范和要求形成的。 (3) VXI(VMEbus eXtension for Insturmenattion)是 VME 總線在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展， 1993年 VXI 總線 版本被批準(zhǔn)為 EIEE1155 標(biāo)準(zhǔn)，成為開放式工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。典型的 GPIB測試系統(tǒng)包括一臺(tái)計(jì)算機(jī)，一塊基于 GPIB 總線的接口卡和多臺(tái) GPBI 儀器軟件及相應(yīng)的傳感模塊硬件。這種基于計(jì)算機(jī)的儀器，既具有高檔儀器的測量品質(zhì)，又能滿足測量需求的多樣性。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 在性能上，隨著 A/D 轉(zhuǎn)換技術(shù)，濾波技術(shù)和信號(hào)調(diào)理技術(shù)的發(fā)展 ， DAQ 卡的采樣速率已達(dá) 1GB/s，精度高達(dá) 24 位，通道數(shù)高達(dá) 64 個(gè)，并具有數(shù)字 I/O，模擬 I/O 和計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器等通道?？筛鶕?jù)實(shí)際情況采用不同的 1/0 接口硬件設(shè)備，如數(shù)據(jù)采集卡版 (DAQ)、 GPIB 總線儀器、 VXI 總線儀器、串口儀器、 USB 等。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 采 集 與 控 制插 入 式 數(shù) 采 集 板G P I B 儀 器V X I / P X I 儀 器R S 2 3 2數(shù) 據(jù) 分 析 和 處 理數(shù) 字 信 號(hào) 處 理數(shù) 字 濾 波統(tǒng) 計(jì) 分 析數(shù) 值 分 析結(jié) 果 顯 示網(wǎng) 絡(luò) 通 信硬 盤 拷 貝 輸 出文 件 I / O圖 形 用 戶 口 圖 虛擬儀器的內(nèi)部功能劃分 對(duì)于傳統(tǒng)儀器，這三個(gè)部分幾乎均由硬件完成 ； 對(duì)于虛擬儀器，前一部分由硬件構(gòu)成。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，這類儀器功能也越來越強(qiáng)大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較 虛擬儀器具有傳統(tǒng)儀器無法比擬的強(qiáng)大優(yōu)勢，因而必將成為未來儀器發(fā)展的趨勢 。虛擬儀器特點(diǎn)可以歸結(jié)為以下五個(gè)方面 : ① 豐富和增強(qiáng)了傳統(tǒng)儀器的功能 ； ② 突出“軟件就是儀器”的新概念 ； ③ 儀器由用戶自己定義 ； ④ 開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) ； ⑤ 便于構(gòu)成復(fù)雜的測試系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)性好。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)特別是計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展， CPU處理能力的增強(qiáng)，總線吞吐能力的提高以及顯示器技術(shù)的進(jìn)步，人們逐漸意識(shí)到，可以把儀器的信號(hào)分析和處理、結(jié)果的表達(dá)與輸出功能轉(zhuǎn)移給計(jì)算機(jī)來完成。虛擬儀器概念的出現(xiàn)，打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義功能的工作模式，使得用戶可以根據(jù)自己的要求 ，設(shè)計(jì)自己的儀器系統(tǒng)。除繼承傳統(tǒng)儀器的己有功能外，還增加了許多傳統(tǒng)儀器所不能及的先進(jìn)功能。 怎樣將采到的多路數(shù)據(jù) 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與顯示也是論文難點(diǎn)，首先對(duì)采來數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分分別處理，再進(jìn)行信號(hào)合并便可 同時(shí)在 一波形圖上顯示