【正文】 濾波的目的是從所測量的信號中除去不需要的成分。 AD590 以熱力學(xué)溫標(biāo)零點(diǎn)作為輸出點(diǎn)， 在 0℃時(shí)的輸出電流為 uA。常用的冷端補(bǔ)償方法有硬件補(bǔ)償方法和軟件補(bǔ)償。 此課題采用鎳鉻一鎳硅熱電偶 (K 型 )其使用溫度范圍為 200℃ ～ 1300℃ 。 系 統(tǒng)基本工作原理： 傳感器 將感受到的 環(huán)境溫度 信號 以電壓形式輸出到信號調(diào)理電路，信號經(jīng)過調(diào)理后輸入到 數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行 A／ D 轉(zhuǎn)換， A／ D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)直接進(jìn)入微機(jī)，再由虛擬儀器系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和 顯示。此虛擬溫度巡檢儀系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下功能： (1)密碼設(shè)定 :確保系 統(tǒng)安全 ； (2)對熱電偶的型號、通道號 設(shè)置 及冷端溫度補(bǔ)償 ， 熱電偶傳感器的類型共有 K， E，S， T， J， R， B， N八種可供選擇 ； 設(shè)置溫度信號的輸入 方式 ； 輸入方式有差分輸入 ， 單端輸入和無參考地單端輸入； (3)檢測參數(shù) 的顯示 :如 檢測 時(shí)間、設(shè)定溫度、當(dāng)溫度超出某個(gè)范圍進(jìn)行報(bào)警等 ； (4)溫度 實(shí)時(shí)曲線 顯示 ； 同時(shí)，具有數(shù)字顯示和波形圖顯示 ； (5)數(shù)據(jù)處理與分析 :可以進(jìn)行在線分析。 (2)避免在強(qiáng)磁場中使用 ： 由儀器的測溫原理可知，其導(dǎo)電機(jī)理與感溫元件內(nèi)部電子的狀態(tài)有關(guān)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，溫差電勢比接觸電勢小很多，可忽略不計(jì)，則熱電偶的接觸電勢可表示為 00( , ) ( ) ( )AB A B A BE t t e t e t?? (3— 1) 這就是熱電偶測溫基本公式。所以熱電偶是使用最廣泛的測溫元件之一。 CTR 主要用作溫控開關(guān)。以上各種溫度傳感器的溫度測量范圍有 所重疊，但所適合的應(yīng)用場合各不相同，選擇環(huán)境中最適用的溫度傳感器必須充分了解各類溫度傳感器的基本特性。 (2)液體溫度測量廣一泛應(yīng)用于石油化工、輕紡、制藥、電力等部門。 (1)固體表面溫度與內(nèi)部傳熱以及邊界換熱條件有關(guān)。虛擬儀器技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 化虛擬測試系統(tǒng)是虛擬儀器發(fā)展的方向之一。 圖形化編程平臺的進(jìn)一步發(fā)展與完善是虛擬儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。 ② 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)子系統(tǒng)都是一個(gè)完整的功能模塊，這樣把測試功能細(xì)節(jié)化，便于實(shí)現(xiàn)軟件復(fù)用，大大節(jié)省軟件研發(fā)周期，提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性。這為程序的調(diào)試和參數(shù)的設(shè)定帶來諸多的方便。圖 是與圖 對應(yīng)的流程圖。 LabVIEW 應(yīng)用程序的構(gòu)成 所有的 LabVIEW 應(yīng)用程序，即虛擬儀器（ VI），它包括前面板（ front panel）、流程圖（ block diagram） 以及圖標(biāo) /連結(jié)器 (icon/connector)三部分。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程都生動(dòng)有趣。除了通用程序開發(fā)語言以外，還有一些專用的虛擬儀器開發(fā)語言和軟件，其中有影響的開發(fā)軟件有 :NI 公司的 LabVIEW， LabWindowsCVI。用戶可以采用各種編程軟件來開發(fā)自己所需要的應(yīng)用軟件。其核心是 Compaet PCI結(jié)構(gòu)和 Mierosotf Windows 軟件。 GPIB 的硬件規(guī)格和軟件協(xié)議以納入國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 和 ，它是最早的儀器總線，目前多數(shù)儀器都配備了遵循 IEEE488 的 GPIB 接口。其中 USB 是最新技術(shù)的數(shù)據(jù)采集卡，具有精度高，可攜性好等優(yōu)點(diǎn)，它更加充分地利用計(jì)算機(jī)的資源，大大增加了測試系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性，更為詳細(xì)的內(nèi)容將在后面章節(jié)加以介紹 ； 利用 DAQ 卡可方便快速地構(gòu)建虛擬儀器系統(tǒng)。 虛擬儀器的組成與傳統(tǒng)儀器一樣，如圖 、數(shù)據(jù)分析和處理、結(jié)果顯 示三部分組成。虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用方式各種各樣，尤其在工業(yè)自動(dòng)化、儀器制造及實(shí)驗(yàn)室方面的應(yīng)用前景良好，并取得可觀的效益。 虛擬儀器是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)、通信技術(shù)和測量技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它使得人類的測試技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展紀(jì)元。它把計(jì)算機(jī)、儀器硬件、固件與計(jì)算機(jī)軟件結(jié)合起來。此外該系統(tǒng)還具有溫度數(shù)據(jù)的保存、歷史溫度 查詢 回放等功能模塊。我國虛擬儀器的研究起步較晚，但近幾年來也取得 了長足進(jìn)步。虛擬儀器技術(shù)充分利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算處理功能，突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、傳輸、存儲等方面的限制，它通過交互式圖形界面進(jìn)行系統(tǒng)控制和測量數(shù)據(jù)顯示 ,并使用框圖模塊來指定各種功能。 temperature data logging devices。 虛擬儀器是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，配以相應(yīng)測試功能的硬件作為信號輸入輸出的接口 ，利用虛擬儀器軟件開發(fā)平臺（如 LabVIEW）在計(jì)算機(jī)上虛擬出儀器的面板并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，實(shí)現(xiàn)信號采集、分析、 數(shù)據(jù) 處理和結(jié)果顯示的系統(tǒng)。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 本文設(shè)計(jì)的虛擬 熱電偶 溫度 巡檢儀 采用 NI PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡， 可實(shí)現(xiàn)對 八 路溫度 數(shù)據(jù) 的 實(shí)時(shí) 采集 與實(shí)時(shí) 顯示 、 系統(tǒng)管理、 數(shù)據(jù)處理、 數(shù)據(jù)存取 。 LabVIEW。采用集成電路溫度傳感器和虛擬儀器可以方便地構(gòu)建一 個(gè)溫度測量系統(tǒng)，且外圍電路簡單，實(shí)現(xiàn)容易，系統(tǒng)硬件維護(hù)、功能擴(kuò)展和軟件升級非常方便 。目前虛擬儀器技術(shù)正處在一個(gè)高速發(fā)展的階段，在其設(shè)計(jì)過程中所體現(xiàn)出的新穎、靈活的設(shè)計(jì)思想是對傳統(tǒng)儀器設(shè)計(jì)思想的一次巨大沖擊。 論文 研究 的重點(diǎn)和難點(diǎn) 溫度巡檢儀故名思 意 就是對多路溫度進(jìn)行巡回檢測，所以怎樣實(shí)現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)顯示 是論文的重點(diǎn) 。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。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，人們逐漸意識到，可以把儀器的信號分析和處理、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 。 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 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 對于傳統(tǒng)儀器，這三個(gè)部分幾乎均由硬件完成 ； 對于虛擬儀器，前一部分由硬件構(gòu)成。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。典型的 GPIB測試系統(tǒng)包括一臺計(jì)算機(jī)，一塊基于 GPIB 總線的接口卡和多臺 GPBI 儀器軟件及相應(yīng)的傳感模塊硬件。 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。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)平臺是當(dāng)前流行的集成化開發(fā)工具。 LabviEW 采用圖形化編程方案，是非常實(shí)用的開發(fā) 軟件。 圖形化的程序語言，又稱為“ G”語言。 (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）和顯示對象（ indicator）。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)。 3 圖標(biāo) /連接器： VI 具有層次化和結(jié)構(gòu)化的特征。 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。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。 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。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流換熱系數(shù)和發(fā)射率。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。 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，該信號由引線引出。在溫度測 量中主要采用 NTC 和 PTC，尤其 NTC 應(yīng)用較多。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)。 根據(jù)熱電勢與溫度函數(shù)關(guān)系 ， 可制成熱電偶分度表。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)。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。 多 路 溫 度 傳 感 器 信 號 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 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。 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，信號調(diào)理功能包括放大、濾波、線性化等。 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涠穗妷骸? 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/℃ 。大多數(shù)信號調(diào)理模塊有低通濾波器，用來濾除噪聲。 信號調(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 ） 信號調(diào)理模塊應(yīng)盡可能靠近信號源或傳感器 ，使得信 號在受到傳輸信號的環(huán)境噪聲影響之前已被放大，使信噪比得到改善。其溫度測量范圍為 55℃～ 150℃，線性電流輸出靈敏度為 1uA/k。 冷端補(bǔ)償是熱電偶測量中 信號調(diào)理 的首要 任務(wù)。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)。針對溫度信號進(jìn)行高精度地測試，整個(gè)系統(tǒng) 設(shè)計(jì)的核心 是溫度信號調(diào)理電路 的設(shè)計(jì) 以及以 LABVIEW 為 基礎(chǔ)的 軟件開發(fā)。為了改善傳統(tǒng)溫度巡檢儀的功能。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。 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? ? ? ?。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。 熱敏電阻由鉆、錳、鎳等金屬的氧化物采用不同的配方高溫?zé)Y(jié)而成，然后采用不同的封裝形式制成珠狀、片狀、桿狀、墊圈狀等形狀，包括三類 :電阻值隨溫度增加而增加的正電阻溫度系數(shù)熱敏電阻 (PTC)，電阻值隨溫度增加而減小的負(fù)電阻溫度系數(shù)熱敏電阻 (NTC)和在某一特定溫度下電阻值會發(fā)生突變的臨界溫度電阻器 (CTR)。目前，應(yīng)用最廣泛的溫度傳感器是熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、 PN 結(jié)型溫度傳感器以及集成溫度傳感器。經(jīng)過長期的工程實(shí)踐，人們總結(jié)出對固體表面測溫時(shí)的幾種提高測試準(zhǔn)確度的方法分別為 :等溫線敷設(shè)法、平衡加熱法、周期加熱法等。但通常我們可把這些對象劃分為固體，液體和氣體狀態(tài)這三類。 目前， Nl 提供了多種軟硬件產(chǎn)品，應(yīng)用遍布電子