【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 以熱力學溫標零點作為輸出點， 在 0℃時的輸出電流為 uA。常用的冷端補償方法有硬件補償方法和軟件補償。 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理電路，信號經(jīng)過調理后輸入到 數(shù)據(jù)采集卡進行 A／ D 轉換， A／ D 轉換后的數(shù)據(jù)直接進入微機，再由虛擬儀器系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行處理和 顯示。此虛擬溫度巡檢儀系統(tǒng)應實現(xiàn)以下功能： (1)密碼設定 :確保系 統(tǒng)安全 ； (2)對熱電偶的型號、通道號 設置 及冷端溫度補償 ， 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 時間、設定溫度、當溫度超出某個范圍進行報警等 ； (4)溫度 實時曲線 顯示 ； 同時，具有數(shù)字顯示和波形圖顯示 ； (5)數(shù)據(jù)處理與分析 :可以進行在線分析。 (2)避免在強磁場中使用 ： 由儀器的測溫原理可知，其導電機理與感溫元件內(nèi)部電子的狀態(tài)有關。實驗結果表明，溫差電勢比接觸電勢小很多，可忽略不計，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。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。虛擬儀器技術與網(wǎng)絡技術相結合，構成網(wǎng)絡內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 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一步發(fā)展與完善是虛擬儀器發(fā)展的一個重要方向。 ② 一個復雜自動檢測系統(tǒng)分為多個子系統(tǒng)，每一個子系統(tǒng)都是一個完整的功能模塊，這樣把測試功能細節(jié)化，便于實現(xiàn)軟件復用，大大節(jié)省軟件研發(fā)周期，提高系統(tǒng)設計的可靠性。這為程序的調試和參數(shù)的設定帶來諸多的方便。圖 是與圖 對應的流程圖。 LabVIEW 應用程序的構成 所有的 LabVIEW 應用程序，即虛擬儀器（ VI），它包括前面板（ front panel）、流程圖（ block diagram） 以及圖標 /連結器 (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)自己所需要的應用軟件。其核心是 Compaet PCI結構和 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)標準 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 是最新技術的數(shù)據(jù)采集卡，具有精度高，可攜性好等優(yōu)點，它更加充分地利用計算機的資源，大大增加了測試系統(tǒng)的靈活性和擴展性，更為詳細的內(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、結果顯 示三部分組成。虛擬儀器技術應用方式各種各樣，尤其在工業(yè)自動化、儀器制造及實驗室方面的應用前景良好，并取得可觀的效益。 虛擬儀器是現(xiàn)代計算機軟件技術、通信技術和測量技術相結合的產(chǎn)物，它使得人類的測試技術進入了一個新的發(fā)展紀元。它把計算機、儀器硬件、固件與計算機軟件結合起來。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 了長足進步。虛擬儀器技術充分利用計算機強大的運算處理功能，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。 虛擬儀器是以計算機為基礎，配以相應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）在計算機上虛擬出儀器的面板并實現(xiàn)相應的功能，實現(xiàn)信號采集、分析、 數(shù)據(jù) 處理和結果顯示的系統(tǒng)。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學位論文版權使用授權書 本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 本文設計的虛擬 熱電偶 溫度 巡檢儀 采用 NI PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡， 可實現(xiàn)對 八 路溫度 數(shù)據(jù) 的 實時 采集 與實時 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建一 個溫度測量系統(tǒng)，且外圍電路簡單，實現(xiàn)容易，系統(tǒng)硬件維護、功能擴展和軟件升級非常方便 。目前虛擬儀器技術正處在一個高速發(fā)展的階段，在其設計過程中所體現(xiàn)出的新穎、靈活的設計思想是對傳統(tǒng)儀器設計思想的一次巨大沖擊。 論文 研究 的重點和難點 溫度巡檢儀故名思 意 就是對多路溫度進行巡回檢測，所以怎樣實現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)顯示 是論文的重點 。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功能。隨著計算機技術特別是計算機的快速發(fā)展， CPU處理能力的增強，總線吞吐能力的提高以及顯示器技術的進步，人們逐漸意識到，可以把儀器的信號分析和處理、結果的表達與輸出功能轉移給計算機來完成。 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)蒙古科技大學畢業(yè)設計 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 分 析數(shù) 值 分 析結 果 顯 示網(wǎng) 絡 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，這三個部分幾乎均由硬件完成 ； 對于虛擬儀器，前一部分由硬件構成。內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 在性能上，隨著 A/D 轉換技術，濾波技術和信號調理技術的發(fā)展 ， DAQ 卡的采樣速率已達 1GB/s，精度高達 24 位，通道數(shù)高達 64 個，并具有數(shù)字 I/O，模擬 I/O 和計數(shù)器 /定時器等通道。典型的 GPIB測試系統(tǒng)包括一臺計算機，一塊基于 GPIB 總線的接口卡和多臺 GPBI 儀器軟件及相應的傳感模塊硬件。 PXI 是在 PCI 內(nèi)核技術上增加了成熟的技術規(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、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和隨機數(shù)顯示器的連線端內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 子，還有一個隨機數(shù)發(fā)生器的函數(shù)及程序的循環(huán)結構。 3 圖標 /連接器： VI 具有層次化和結構化的特征。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） ③ 便于實現(xiàn)“測試集成”和虛擬儀器庫的思想。如何使用戶進行少量的學習甚至不需要學習就可使用功能強大的虛擬儀器，如何使用構成簡單的虛擬儀器系統(tǒng)并完成復雜的測試內(nèi)容，如何幫助用戶對測試結果進行分析和判斷等內(nèi)容，是虛擬儀器技術的努力 方向。 LabVIEW 具有強大的網(wǎng)絡通信功能，這種功能使 LabVIEW 用戶可以容易的編寫出具有強大網(wǎng)絡通信能力的 LabVIEW應用軟件，實現(xiàn)遠程測控。固體內(nèi)部的傳熱取決于材料的導熱系數(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成，它們的一端熔接在一起形成一個敏感結，溫度變化時將有一個相應的熱電勢產(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 應用較多。通過熱電偶冷端補償進行溫度測量是一種傳統(tǒng)、有效的方法，廣大技術工作人員在實際的測量檢測中已經(jīng)積累了較多的經(jīng)驗。 根據(jù)熱電勢與溫度函數(shù)關系 ， 可制成熱電偶分度表。當感溫元件周圍存在磁場時，必將改變其內(nèi)部電子的運動狀態(tài)，引起阻值變化，引起磁阻效應。當采集或讀入數(shù)據(jù)后，進行 線性化處理 ；選用不同的濾波器進行數(shù)字濾波。 多 路 溫 度 傳 感 器 信 號 調 理 電 路 P C I 6 2 2 1 數(shù) 據(jù) 采 集 卡主 機 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)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第五章 系統(tǒng)的硬件設計 本章主要介紹虛擬溫度巡檢儀的硬件設計，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、調理電路的設計、 PCI— 6221 數(shù)據(jù)采集卡的介紹。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 調理電路設計 從傳感器得到的信號大多要經(jīng)過調理才能進入數(shù)據(jù)采集設備，信號調理功能包括放大、濾波、線性化等。 硬件補償是用一種特殊電路產(chǎn)生適當?shù)碾妷簛淼窒涠穗妷骸? 假設環(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)信號調理模塊有低通濾波器，用來濾除噪聲。 信號調理電路 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) 信號調理電路圖 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 信號調理模塊應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。 冷端補償是熱電偶測量中 信號調理 的首要 任務。通過熱電偶冷端補償進行溫度測量是一種傳統(tǒng)、有效的方法，廣大技術工作人員在實際的測量檢測中已經(jīng)積累了較多的經(jīng)驗。針對溫度信號進行高精度地測試，整個系統(tǒng) 設計的核心 是溫度信號調理電路 的設計 以及以 LABVIEW 為 基礎的 軟件開發(fā)。為了改善傳統(tǒng)溫度巡檢儀的功能。因此在實際應用中，應注意以下兒個方面： (l)避免受到過大的震動和應力作用 ： 當熱敏電阻受到?jīng)_擊 、震動或其他形式的加速時，會導致感溫元件變形、彎曲而產(chǎn)生應力，從而改變其溫度一電阻特性。 如圖 熱電偶測溫原理圖： 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） T 0TAB 圖 熱電偶測溫原理圖 由熱電效應可知，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燒結而成，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，應用最廣泛的溫度傳感器是熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、 PN 結型溫度傳感器以及集成溫度傳感器。經(jīng)過長期的工程實踐，人們總結出對固體表面測溫時的幾種提高測試準確度的方法分別為 :等溫線敷設法、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，應用遍布電子