【正文】 ，論述了一種新型的標(biāo)準(zhǔn)熱電偶計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢定系統(tǒng)的研制方法。當(dāng)熱電偶的熱電特性變化超過(guò)規(guī)定的范圍時(shí)，熱電偶指示的溫度便會(huì)失真，測(cè)溫誤差越來(lái)越大。但這一系統(tǒng)價(jià)格昂貴，不能充分利用現(xiàn)有硬件資源，需要從開(kāi)發(fā)商重新購(gòu)買(mǎi)控溫器、掃描開(kāi)關(guān)、電測(cè)儀表等硬件及其相關(guān)軟件，造成了資源的極大浪費(fèi)。近幾年來(lái)，在國(guó)家大力扶持下，一些技術(shù)先進(jìn)的儀器儀表廠家逐漸興起，國(guó)內(nèi)對(duì)熱電偶自動(dòng)檢定技術(shù)的研究正處于百家爭(zhēng)鳴的時(shí)代，所研制的檢定設(shè)備也層出不窮。其缺點(diǎn)是成本高，體積大，檢定系統(tǒng)會(huì)占用一定的計(jì)算機(jī)資源。編程者可以通過(guò)交互式手段，采用圖形化框圖設(shè)計(jì)的方法，完成虛擬儀器的測(cè)量控制功能設(shè)計(jì)。 課題研究的主要內(nèi)容本論文以現(xiàn)代工業(yè)中生產(chǎn)和使用的標(biāo)準(zhǔn)熱電偶為研究對(duì)象，通過(guò)了解它的熱電特性、工作原理和檢定方法，結(jié)合溫度計(jì)量和計(jì)算機(jī)軟、硬件設(shè)計(jì)的技術(shù)，遵照標(biāo)準(zhǔn)熱電偶檢定的步驟和規(guī)程，依托計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)熱電偶檢定的自動(dòng)化。粗略地說(shuō)這種結(jié)合有兩種方式，一種是將計(jì)算機(jī)裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。GPIB 于1978年問(wèn)世，VXI于1987年問(wèn)世，PXI于1997年問(wèn)世。此外，不斷發(fā)展的因特網(wǎng)和越來(lái)越快的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使得虛擬儀器技術(shù)展現(xiàn)其更強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。NI的虛擬儀器軟件平臺(tái)為所有的I/O設(shè)備提供了標(biāo)準(zhǔn)的接口，幫助我們輕松地將多個(gè)測(cè)量設(shè)備集成到單個(gè)系統(tǒng)，減少了任務(wù)的復(fù)雜性[2]。由于其價(jià)格低廉、用途廣泛，特別適合于研發(fā)部門(mén)和各種教學(xué)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，VXI系統(tǒng)的組建和使用越來(lái)越方便，尤其是組建大、中規(guī)模自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)以及對(duì)速度、精度要求高的場(chǎng)合。與C和BASIC一樣，LabVIEW也是通用的編程系統(tǒng)，有一個(gè)完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫(kù)。 圖形化的程序語(yǔ)言，又稱(chēng)為“G”語(yǔ)言。它主要的方便就是，一個(gè)硬件的情況下，可以通過(guò)改變軟件，就可以實(shí)現(xiàn)不同的儀器儀表的功能[4]。網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器也適合異地或遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)采集、故障監(jiān)測(cè)、報(bào)警等。下面對(duì)這8種標(biāo)準(zhǔn)熱電偶做一些介紹。R型熱電偶即鉑銠13鉑熱電偶，它是一種貴金屬熱電偶。它是一種貴金屬熱電偶。它不能用于還原性介質(zhì)中，否則，很快腐蝕，在此情況下只能用于500℃以下的測(cè)量。T型熱電偶即銅康銅熱電偶，也是一種最佳的測(cè)量低溫的廉價(jià)金屬熱電偶。E型熱電偶可用于濕度較大的環(huán)境里，具有穩(wěn)定性好，抗氧化性能高，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。后者因與工藝或生產(chǎn)過(guò)程有關(guān)，這里不再贅述，只討論前面2個(gè)原因。(2)熱電極中某些元素的選擇性氧化。熱電極的晶粒大小對(duì)熱電特性有影響。其中包括外觀檢查和在規(guī)定的溫度點(diǎn)檢查其熱電動(dòng)勢(shì)的量值大小和穩(wěn)定程度是否符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。10℃內(nèi)，℃時(shí)，就可以進(jìn)行讀數(shù)。 熱電偶檢定的數(shù)據(jù)處理本文主要針對(duì)工作用廉價(jià)金屬熱電偶，研究300℃1200℃范圍內(nèi)的檢定點(diǎn)，該范圍內(nèi)熱電動(dòng)勢(shì)誤差△e用下式(31)計(jì)算： (31)式中：—被檢熱電偶在某檢定點(diǎn)附近溫度下，測(cè)得的熱電動(dòng)勢(shì)算術(shù)平均值；—標(biāo)準(zhǔn)熱電偶證書(shū)上某檢定點(diǎn)溫度的熱電動(dòng)勢(shì)值；—標(biāo)準(zhǔn)熱電偶在某檢定點(diǎn)附近溫度下，測(cè)得的熱電動(dòng)勢(shì)算術(shù)平均值；—被檢熱電偶分度表上查得的某檢定點(diǎn)溫度的熱電動(dòng)勢(shì)值；、分別表示標(biāo)準(zhǔn)、被檢熱電偶在某檢定點(diǎn)溫度的微分熱電勢(shì)。根據(jù)測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)熱電偶熱電勢(shì)換算出當(dāng)前的爐內(nèi)溫度，并按照設(shè)定溫度點(diǎn)的要求控制控溫調(diào)壓器，改變檢定爐的加熱電流，從而實(shí)現(xiàn)檢定爐爐溫的自動(dòng)控制。(4)可以進(jìn)行熱電偶的分度：新研制的和非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用前都需要進(jìn)行分度實(shí)驗(yàn)，得到分度表及熱電性能的溫度曲線或參考函數(shù)；某些熱電性能發(fā)生改變的標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶也需要進(jìn)行重新分度，本系統(tǒng)就可以提供這項(xiàng)功能，并可以根據(jù)用戶(hù)需要對(duì)分度點(diǎn)進(jìn)行隨意設(shè)置[11]。本系統(tǒng)選用可控硅調(diào)壓器把模擬控制信號(hào)變?yōu)槭杳茏兓拿}沖列，在同步電路的配合下，改變可控硅的導(dǎo)通角θ，就可以控制檢定爐中電流的大小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫的控制?？煽毓枵{(diào)壓器的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)精度比較高，體積小，重量輕，效率高，壽命長(zhǎng)，沒(méi)有噪音。即：T的選擇應(yīng)滿(mǎn)足采樣定理：。用數(shù)據(jù)濾波來(lái)消除數(shù)據(jù)采集過(guò)程中偶然的脈沖干擾和周期性干擾。因此，在測(cè)量前常需要進(jìn)行放大和濾波，而且不能把被測(cè)信號(hào)直接連接到數(shù)據(jù)采集卡上，而必須使用信號(hào)調(diào)理輔助電路，需要先將信號(hào)進(jìn)行一定的處理。16個(gè)模擬輸入通道ai0~ai15，其內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換器是16bit逐步逼近式，可以將其設(shè)定為16個(gè)單端信號(hào)輸入方式或8個(gè)差動(dòng)信號(hào)輸入方式。我們?cè)O(shè)置的模擬輸出為單極性。Automation Explorer，簡(jiǎn)稱(chēng)MAX。 熱電偶檢定爐熱電偶檢定規(guī)程要求，檢定爐應(yīng)具有較厚的保溫層以及較小的電感效應(yīng)，以免引起溫度及電信號(hào)的跳動(dòng)?；剞D(zhuǎn)式管式電阻爐系周期作業(yè)式。主要技術(shù)指標(biāo)如下：輸入規(guī)格：0l0mA，420mA，05V，15V可選移相范圍：0180觸發(fā)容量：(800A)的雙向或兩個(gè)單向反并聯(lián)的可控硅電源電壓：85264VAC外形尺寸：96*48*115mm(高*寬*深)開(kāi)口尺寸：92*45mm(高*寬)接線端子。℃范圍內(nèi)，對(duì)水的純度、碎冰塊的大小，以及冰水混合狀態(tài)都有嚴(yán)格的要求。初始設(shè)置完畢后即開(kāi)始檢定，實(shí)際測(cè)量得到的被檢偶溫度和實(shí)際的爐溫(通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)偶測(cè)得)以?xún)煞N形式同時(shí)出現(xiàn)檢定界面上，一是二者以數(shù)組形式表示，二是借助溫度計(jì)圖形以直觀表示。((Front Panel)設(shè)計(jì)窗口，用戶(hù)只要在運(yùn)行時(shí)寫(xiě)入正確的用戶(hù)名和密碼，就可以登陸此系統(tǒng)，從而進(jìn)行接下來(lái)的操作。當(dāng)被檢偶溫度(實(shí)際爐溫)超過(guò)設(shè)定的溫度區(qū)間時(shí)，或者被檢偶溫度值與標(biāo)準(zhǔn)偶溫度值相差太大時(shí)，指示燈會(huì)由綠變紅，并發(fā)出蜂鳴聲。反之，條件端子為假時(shí)， ()會(huì)發(fā)出蜂鳴聲，以示報(bào)警。)是為了將數(shù)據(jù)保存在當(dāng)前設(shè)定的路徑下。 誤差與修正曲線子VI誤差與修正曲線子VI是借助Waveform Chart來(lái)表示檢定過(guò)程中檢測(cè)值與標(biāo)準(zhǔn)值之間的誤差和修正情況。第七章 總結(jié)十六周的畢業(yè)設(shè)計(jì)馬上就要結(jié)束了，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)也基本上完成了。在畢業(yè)設(shè)計(jì)馬上就要完成之際，特向幫助過(guò)我的老師和同學(xué)們致以最誠(chéng)摯的感謝！在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽(tīng)聽(tīng)不同的看法對(duì)我們更好的理解知識(shí)，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。最后請(qǐng)?jiān)试S我再次向幫助過(guò)我的老師和同學(xué)們致以最崇高的敬意。在此我要向我的輔導(dǎo)老師致以最衷心的感謝和深深的敬意。腳踏實(shí)地，認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)事求是的學(xué)習(xí)態(tài)度，不怕困難、堅(jiān)持不懈、吃苦耐勞的精神是我在這次設(shè)計(jì)中最大的收益。根據(jù)任務(wù)需要，添加(Wait)、(轉(zhuǎn)換熱電偶讀數(shù))、(Negate)等功能圖標(biāo)。具體內(nèi)容如下：(Front Panel)設(shè)計(jì)窗口前面板有一個(gè)Waveform Chart，用紅色曲線表示標(biāo)準(zhǔn)偶溫度變化情況，藍(lán)色曲線表示被檢偶溫度變化情況。添加(轉(zhuǎn)換熱電偶讀數(shù))是為了將采集進(jìn)來(lái)的熱電偶電勢(shì)值轉(zhuǎn)換為溫度值，此功能圖標(biāo)內(nèi)部已經(jīng)包含標(biāo)度變換與冷端溫度補(bǔ)償電路。根據(jù)任務(wù)需要，使用連線工具按數(shù)據(jù)流的方向?qū)⒍丝?、?jié)點(diǎn)、圖框依次相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)從源頭按規(guī)定的運(yùn)行方式送到目的終點(diǎn)。圖6. 4初始設(shè)置子VI前面板(Block Diagram)窗口在流程圖中，根據(jù)任務(wù)需要，添加(DAQmx Create Channel)、(DAQmx Timing)功能圖標(biāo)。 軟件設(shè)計(jì)依據(jù)系統(tǒng)功能需要，設(shè)計(jì)了登陸系統(tǒng)、初始設(shè)置、預(yù)警系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)記錄與讀取、溫度曲線、誤差與修正曲線7個(gè)子VI。 軟件系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件部分包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，軟件設(shè)計(jì)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的檢定規(guī)程，并力求使系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、直觀和方便。此外，熱電偶的分度表以及根據(jù)分度表刻度的溫度儀表，都是以熱電偶參考端溫度等于0℃為條件的。自動(dòng)控制時(shí)對(duì)儀表無(wú)干擾，廣泛應(yīng)用于負(fù)載要求連續(xù)平滑調(diào)節(jié)、低電壓大電流以及控制精度要求較高或不允許大電流沖擊的單相控制系統(tǒng)。工作室為耐火材料燒制成型的管型爐膛，爐膛外表面制有螺旋形的絲槽。在Data Neighborhood圖標(biāo)上彈出快捷菜單選擇Create new…之后，再通過(guò)選擇Virtual Channel來(lái)配置一個(gè)從熱電偶讀取數(shù)據(jù)的通道：模擬輸入(Analog Input)通道0。硬件安裝就是將數(shù)據(jù)采集卡插入PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)總線擴(kuò)展槽內(nèi)，軟件安裝就是對(duì)NI公司數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動(dòng)軟件“NIDAQ”裝入PC機(jī)。選擇單極性，輸入電壓范圍為0~10V；選擇雙極性，輸入電壓范圍為5V~+5V。通過(guò)SCC模塊強(qiáng)大的多路能力，SCXI模塊可以將多路信號(hào)接入到一塊數(shù)據(jù)采集板上。數(shù)據(jù)采集卡為I/O接口設(shè)備，對(duì)I/O接口設(shè)備的驅(qū)動(dòng)是通過(guò)相應(yīng)模板中的圖標(biāo)函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件主要由AI通道十計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(主機(jī)+常規(guī)外設(shè))兩部分構(gòu)成，軟件則由各種功能模塊構(gòu)成。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集原理模擬信號(hào)y(t)經(jīng)過(guò)采樣開(kāi)關(guān)抽樣成離散的模擬信號(hào)，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能接受的數(shù)字信號(hào)Y(nT)。變化的直流電流信號(hào)輸送到可控硅調(diào)壓器的輸入端，在其電阻Rz上造成直流電壓降，此電壓降與電位器R4上的預(yù)給電壓、電位器R6上的反饋電壓疊加以后，輸入至放大與觸發(fā)電路?？煽毓枋且环N大功率半導(dǎo)體元器件，它具有體積小、效率高、可以控制、動(dòng)作迅速、無(wú)噪聲等優(yōu)點(diǎn)，是用來(lái)在溫度控制系統(tǒng)中調(diào)整交流電壓以控制電加熱器加熱功率的執(zhí)行元件。由于本文是針對(duì)熱電偶檢定系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和處理部分做的設(shè)計(jì)，因此我將對(duì)這一部分做重點(diǎn)的介紹[10]?；谔摂M儀器的熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)的原理是首先把標(biāo)準(zhǔn)偶和被檢偶捆扎在一起，裝到管式檢定爐的最高溫區(qū)。先使?fàn)t溫恒定在檢定點(diǎn)溫度附近，然后從標(biāo)準(zhǔn)偶開(kāi)始依次讀取各熱電偶的熱電勢(shì)，再按相反順序進(jìn)行，每支讀數(shù)不應(yīng)少于2次。工作用廉價(jià)金屬熱電偶主要指鎳鉻鎳硅(鋁)(K型)、鎳鉻硅鎳硅(N型)、鎳鉻康銅(E型)、鐵康銅(J型)這四種熱電偶。導(dǎo)體A和B叫做熱電極，兩熱電極A和B的組合稱(chēng)作熱電偶。(2)應(yīng)力分布的不均勻。若熱電極材料不均勻，兩熱電極又處于溫度梯度中，則熱電偶回路中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)附加電勢(shì)。鐵康銅熱電偶的覆蓋測(cè)量溫區(qū)為200~1200℃，但通常使用的溫度范圍為0~750℃。T型熱電偶的正極銅在高溫下抗氧化性能差，故使用溫度上限受到限制。它是一種最新國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的熱電偶，是在70年代初由澳大利亞國(guó)防部實(shí)驗(yàn)室研制成功的。B型熱電偶缺點(diǎn)是熱電率較小，靈敏度低，高溫下機(jī)械強(qiáng)度下降，抗污染能力差，貴金屬材料昂貴。由于R型熱電偶的綜合性能與S型熱電偶相當(dāng)，在我國(guó)一直難于推廣，除在進(jìn)口設(shè)備上的測(cè)溫有所應(yīng)用外，國(guó)內(nèi)測(cè)溫很少采用。該熱電偶長(zhǎng)期最高使用溫度為1300℃，短期最高使用溫度為1600℃。所謂標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。PC技術(shù)與嵌入式系統(tǒng)融合發(fā)展，使虛擬儀器的功能得以進(jìn)一步的發(fā)展，如更多的嵌入式和實(shí)時(shí)功能。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，可以大大提高工作效率。LabVIEW集成了與滿(mǎn)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。PXI具有高度可擴(kuò)展性。GPIB技術(shù)可用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的操作和控制，替代傳統(tǒng)的人工操作方式，可以很方便地把多臺(tái)儀器組合起來(lái)，形成自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)。另外，ISA總線的虛擬儀器已經(jīng)淘汰，PCI總線的虛擬儀器價(jià)格比較昂貴。開(kāi)發(fā)時(shí)間少在驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用兩個(gè)層面上，NI高效的軟件構(gòu)架能與計(jì)算機(jī)、儀器儀表和通訊方面的最新技術(shù)結(jié)合在一起。虛擬儀器由硬件設(shè)備與接口、設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件和虛擬儀器面板組成。虛擬儀器主要是指這種方式。系統(tǒng)的軟件方面。另一方面，熱電偶熱電阻在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下長(zhǎng)期使用后，材料成分發(fā)生了不均勻變化，熱電特性也發(fā)生了變化，而要在實(shí)驗(yàn)室中查看清楚這種熱電特性的變化是不現(xiàn)實(shí)的。因此，我還對(duì)熱電偶檢定做了如下的展望：熱電偶的檢定過(guò)去都是由人工操作完成的，這不僅工作效率低，而且會(huì)引起人為誤差。其缺點(diǎn)是開(kāi)發(fā)階段投資多，工作量大，線路復(fù)雜，專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)，技術(shù)難度高，而且在顯示及打印輸出方面功能有限，故不易推廣使用。所以，在熱電偶的檢定和分度工作中，應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)可以提高工作效率，節(jié)約成本和提高檢定及分度的準(zhǔn)確性。這種方法難以保證穩(wěn)定時(shí)的精度，另外手工操作時(shí)間較長(zhǎng)，存在著較大的延時(shí)誤差，同時(shí)人為因素太大，因此，難以保證熱電偶檢定中嚴(yán)格的技術(shù)要求。 Automatic test。、圖表要求：1）文字通順，語(yǔ)言流暢，書(shū)寫(xiě)字跡工整，打印