【正文】 IEW的熱電偶溫度巡檢儀的設計與實現(xiàn)摘 要溫度是表征設備狀態(tài)的重要物理量，也是傳熱學中進行分析計算的重要參數(shù)，溫度測試是教學實驗與工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的問題。 關鍵詞：熱電偶；巡檢儀；虛擬儀器；LabVIEW；數(shù)據(jù)采集卡內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）Design and Implementation of Thermocouple TemperatureCycling Measure Instrument Based on LabVIEWAbstractTemperature is an important physical measure that used to characterize equipment state, but also an important parameter of analysis in the heat transfer, temperature testing is a problem that often encountered in teaching experiment and industrial production. Because the traditional temperature testing instrument often requires lots of manual operation and calculation, and there exists some shortings, such as the relatively large size, a single function, unexpansion. According to the shortings of the traditional instrument above, the design works out and develops a kind of thermocouple temperature cycling measure instrument based on virtual instruments using the figurelize programable language LabVIEW that developed by NI corporation in USA. The signal of thermocouple temperature is set to the puter through the data acquisition adapter PCI6221 after some corresponding process through the signal opsonin circuit. The design pletes the PCbased design and corresponding program frame of the thermocouple temperature cycling measure instrument based LABVIEW，which can cyclely measure the K type thermocouple temperature signal on 4 roads .through the PCbased can set the parameters of measured temperature range、the up to bottom limit of alarming temperature、the cold tip temperature etc and show the temperature value and line realtimely，which can give the alarming cue when the temperature is out of the limited whole measure process can proceed automatically without the manpower participation，which simplifies the operation of steps ,improve the measurement accuracy , and system functions can change or expansion according to specific needs at any time, it has more broad applied prospects pared with the traditional instument. Key words: thermocouple, cycling measure instrument, virtual instruments, LabVIEW, data acquisiton adapter 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）目 錄摘 要 IAbstract II第一章 引 言 1 研究背景 1 研究概況及發(fā)展趨勢 1 本論文研究的主要內容 3第二章 熱電偶概述 5 熱電偶測溫原理 6 熱電偶的分類 9 熱電偶的冷端溫度補償及線性化 9 熱電偶的冷端溫度補償 9 熱電偶的線性化處理方法 10第三章 熱電偶溫度巡檢儀方案選擇與設計 13 熱電偶溫度巡檢儀 13 基于單片機的溫度巡檢儀 13 基于虛擬儀器的溫度巡檢儀 14 虛擬儀器的基本概念 15 虛擬儀器的類型 16 GPIB總線方式的虛擬儀器 16 VXl總線方式的虛擬儀器 16 PXI總線方式的虛擬儀器 17 DAQ（Data AcQuisition）虛擬儀器 17 虛擬儀器的構成 19 虛擬儀器的發(fā)展方向 20 虛擬儀器的應用 21 虛擬儀器的軟件開發(fā)平臺 22第四章 基于LabVIEW的熱電偶溫度巡檢儀的設計 24 系統(tǒng)硬件電路設計 24 多路選擇開關CD4052 25 集成溫度傳感器AD590 27 數(shù)據(jù)采集卡PCI6221 27 信號調理的功能 28 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 30 數(shù)據(jù)采集原理 30 多通道采樣方式 30 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的配置 33 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實現(xiàn) 35 常用DAQmx節(jié)點介紹 35 系統(tǒng)軟件設計與開發(fā) 38 上位機監(jiān)控系統(tǒng)設計 39 程序子VI設計 40參 考 文 獻 47致 謝 49 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）第一章 引 言 研究背景科學上的重大發(fā)現(xiàn)，往往是由于新的觀測手段的發(fā)現(xiàn)而獲得的。一旦定型，多年技術老套，功能更新緩慢。由于其測溫準確，結構簡單，使用方便，故在工業(yè)和科學研究的溫度測量和控制中得到了廣泛應用。比起傳統(tǒng)的電子儀器，虛擬儀器更為通用，在組建和改變儀器的功能和技術性能方面更為靈活、更為經(jīng)濟、更能適應迅猛發(fā)展的當代科學技術對測量技術和測量儀器不斷提出的更新并擴展其功能與性能的要求。系統(tǒng)界面友好，操作靈活方便，而且可移植性和重用性強，實為計算機技術和現(xiàn)代測控技術相結合的最新產(chǎn)物。這種熱電偶的結構主要由接線盒、保護套管、絕緣管和熱電極等組成[2]。熱電偶之所以在工業(yè)中應用如此廣泛，這和它自身的特點是分不開的。其測量誤差不僅取決于自身的物理性能，還與使用方法正確與否密切相關，在實際使用時，必須遵循多項技術規(guī)范，否則將會引起較大的測量誤差，甚至使其遠遠超出允許的誤差范圍，而且還可能降低熱電偶的使用壽命。 ⑴接觸電勢接觸電勢是基于帕爾帖效應產(chǎn)生的，即兩種不同導體接觸時，自由電子由密度大的導體向密度小的導體擴散，直至達到動態(tài)平衡時形成的熱電勢。設導體A(或B)兩端溫度分別為T和T0，且TT0，此時形成溫度梯度，使高溫端的電子能量大于低溫端的電子能量，因此從高溫端擴散到低溫端的電子數(shù)比從低溫端擴散到高溫端的要多，結果使高溫端因失去電子而帶正電荷，低溫端因獲得電子而帶負電荷。 熱電偶的分類 常用熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類。常用的補償方法有： ⑴0℃恒溫法在標準大氣壓下將純凈的水和冰混合置于保溫容器，強制性使T0保持0℃。其特點是輸出電流或輸出電壓與絕對溫度成嚴格的線性關系，冷端補償是通過在其輸出端增加簡單的電阻回路實現(xiàn)；缺點依然是選擇用于補償E（T0，0）的電阻值時，只能在某一溫度（如20℃）時可實現(xiàn)完全補償，溫度變化時則引入誤差。⑵數(shù)字線性化如果熱電偶輸出的模擬信號已經(jīng)過數(shù)字化處理，那么此時的線性化方式就要采用數(shù)字線性化，此方法主要的技術包括存貯器(ROM)和一些計算方法，多用在采用計算機技術的檢測及控制系統(tǒng)中。熱電偶的特性曲線特點是起始部分斜率變化較大，而中部曲線平緩，接近線性，因此取插值點時在起始部分間距取小一點，中部間距取大點。[4] 基于虛擬儀器的溫度巡檢儀 虛擬儀器徹底改變了傳統(tǒng)儀器由生產(chǎn)廠家定義功能的模式，而是在少量附加硬件的基礎上，由用戶定義儀器功能。 ⑶操作性強，易用靈活 虛擬儀器面板可由用戶定義，針對不同應用可以設計不同的操作顯示界而。與傳統(tǒng)的儀器相比，它具有靈活性，方便性等優(yōu)點。因此，設計虛擬儀器前面板就是在前面板設計窗口中擺放所需的圖標，然后對圖標的屬性進行設置。通過改動計算機的控制軟件可以增加、減少或更換系統(tǒng)中的儀器。PXI總線方式是在PCI總線內核技術上增加了成熟的技術規(guī)范和要求形成的，增加了多板同步觸發(fā)總線的參考時鐘，用于精確定時的星形觸發(fā)總線，以使用于相鄰模塊的高速通訊的局部總線。下面以基于PCI總線和USB總線的多功能虛擬儀器的實現(xiàn)為例，介紹DAQ型虛擬儀器的結構。該類系統(tǒng)主要由PC機、USB集線器和嵌入式虛擬儀器組成。對于工業(yè)控制自動化來講，計算機己成為一種功能強大、價格低廉的運行平臺。 虛擬儀器通過軟件將計算機硬件資源與一些硬件有機的融合為一體，從而把計算機強大的計算處理能力和一些硬件的測量、控制能力結合在一起。其一般特征是將虛擬儀器、外部設備、被測試點以及數(shù)據(jù)庫等資源納入網(wǎng)絡，實現(xiàn)資源共享，共同完成測試任務。⑵虛擬儀器在監(jiān)控方面的應用用虛擬儀器系統(tǒng)可以隨時采集和記錄從傳感器傳來的數(shù)據(jù)，并對之進行統(tǒng)計、數(shù)字濾波、頻域分析等處理，從而實現(xiàn)監(jiān)控功能。[5] 虛擬儀器的軟件開發(fā)平臺開發(fā)虛擬儀器必須要有合適的軟件工具，目前的虛擬儀器軟件開發(fā)工具有如下兩類：文本式編程語言如Visual C++，VisualBASIC，Labwindows/CVI等；圖形化編程語言如LabVIEW，HPVEE等。使用圖表表示功能模塊，使用圖標間的連線表示在各功能模塊間傳遞的數(shù)據(jù)，這樣使得編程過程與思維過程非常近似。第四章 基于LabVIEW的熱電偶溫度巡檢儀的設計 本文設計的基于LabVIEW的熱電偶溫度巡檢儀，它主要由溫度巡檢電路、放大調理電路、一塊基于PCI總線的多功能數(shù)據(jù)采集卡PCI622PC機及相應的軟件組成。數(shù)據(jù)選擇器在整個VDDVSS和VDDVEE范圍具有非常低的靜態(tài)功耗，而且與控制信號的邏輯狀態(tài)無關。⑸匹配開關特性：在VDDVEE=15V的條件下，RON的典型值為5Ω。電阻采用激光修刻工藝，使在+25℃()時。它支持單極性和雙極性兩種模擬信號的輸入，信號輸入范圍分別為10～+10V和0～20V。又例如，SCXI有多種信號調理模塊可以放大輸入信號。例如，SCXI1120和SCXI1121模塊能提供高達250 Vrms的共模電壓隔離，SCXI1122能提供高達450 Vrms電壓隔離。 ⑸激勵功能對于某些傳感器信號調理也能提供激勵源。NI的NIDAQ、LabVIEW、Easurement Studio和VirtualBench等應用軟件包包含了應用于熱電偶、壓力計和RTD的線性化功能。通過這個開關的掃描切換，實現(xiàn)多通道的采樣。 循環(huán)采樣當通道間的時間關系很重要時，就需要用到同步采樣方式。為了改善這種情況，而又不必付出像同步采樣那樣大的代價。 間隔采樣NI公司的數(shù)據(jù)采集卡可以使用內部時鐘來設置掃描速率和通道間的時間間隔。一個DAQ系統(tǒng)除了插入式DAQ卡之外，通常還包括信號調理模塊以及一套用于獲取、處理數(shù)據(jù)，分析、顯示、存儲數(shù)據(jù)的軟件。在Data Neighborhood圖標上彈出快捷菜單選擇Create new…之后，再通過選擇Virtual Channel來配置一個從熱電偶讀取數(shù)據(jù)的通道：模擬輸入(AnalogInput)通道0。如果沒有指定一個任務，那么這個函數(shù)將創(chuàng)建一個任務。DAQmx Clear 。在運行狀態(tài)，這個任務完成特定的采集或生成。 系統(tǒng)軟件設計與開發(fā) 系統(tǒng)軟件部分包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，軟件設計力求系統(tǒng)操作簡單、直觀和方便。在所需的硬件連接好后，系統(tǒng)的功能則主要靠軟件來實現(xiàn)。預警系統(tǒng)子VI作為一種防范措施，是必不可少的。功能圖標內部已經(jīng)包含標度變換、冷端溫度補償及線性化。