【正文】 Nl 一 DAQmx 具有很多的優(yōu)點(diǎn)，如擁有更簡單、更強(qiáng)大的編程接口 ； 有 DAQ 助手，能進(jìn)行交互式任務(wù)配置和自動(dòng)代碼生成 ；有并發(fā)的 DAQ 操作功能 ； 能進(jìn)行更快的單點(diǎn)數(shù)據(jù)采集 ； 支持即插即用傳感器和多種自動(dòng)化設(shè)備的同步等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)字 I/O 常見的應(yīng)用是在計(jì)算機(jī)和外設(shè)如打印機(jī)、數(shù)據(jù)記錄儀等之間傳送數(shù)據(jù)。該軟件可以自動(dòng)檢測到與系統(tǒng) (PC機(jī) )相連的設(shè)備 (如 DAQ 卡、 GPIB、 VLSA、 VXI 等硬件產(chǎn)品 )，并可調(diào)用相應(yīng)設(shè)備的設(shè)置軟件對設(shè)備參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。 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。 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℃ 。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。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。 CTR 主要用作溫控開關(guān)。 (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。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) 化虛擬測試系統(tǒng)是虛擬儀器發(fā)展的方向之一。 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。圖 是與圖 對應(yīng)的流程圖。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。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。 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。 虛擬儀器的組成與傳統(tǒng)儀器一樣，如圖 所示的數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)分析和處理、結(jié)果顯示三部分組成。 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。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。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。 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)。在極端惡劣工作環(huán)境下，溫度的測量常伴有巨大的撞擊力或高溫氣體的高速流動(dòng)，其共同特點(diǎn)是溫度高且是瞬態(tài)變化的，響應(yīng)時(shí)間可達(dá) ms 甚至us級，測量技術(shù)難度大 。 本系統(tǒng)采用熱電偶作為溫度檢測元件 ， 必然存在線性化問題，線性化 采用 軟件處理 ， 調(diào)用公式節(jié)點(diǎn)編寫程序進(jìn)行線性化。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)。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。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。 (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)為儀器精簡平臺組成的虛擬測試系統(tǒng)。 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。 開關(guān) 圖 隨機(jī)信號發(fā)生器前面板 圖 隨機(jī)信號發(fā)生器程 序框 圖 (2) 流程圖：流程圖提供 VI 的圖形化源程序。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。 VXI 總線將成為未來虛擬儀器的理想硬件平臺，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。在對固體表面測溫時(shí)，大多采用接觸法。最常見的熱電阻式溫度傳感器的構(gòu)成材料是鉑、鎳或銅。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)。 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。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 2020℃以上溫度。 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。但目前的趨勢是，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以利用軟件來解決這一問題。如果輸出去驅(qū)動(dòng)電機(jī)、燈、開關(guān)型加熱器等用電器，就不必用較高的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換率。根據(jù)實(shí)際需要，信號 調(diào) 理可以具有濾波、放大等功能 ， 另一方面，一塊 DAQ 卡往往具有多種功能，包括數(shù)模轉(zhuǎn)換、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字輸入輸出以及計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器操作等。 NI 公司還提供了一個(gè)數(shù)據(jù)采集卡的配置工具軟件 — Measurement amp。 許多場合都要用到計(jì)數(shù)器，如定時(shí)、產(chǎn)生方波等。它一般由多路開關(guān)（ MUX）、放大器、采樣 保持電路以及 A/D 來實(shí)現(xiàn)，通過這些部分，一個(gè)模擬信號就可以轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。令 AD590 的輸出電流流過 1kΩ 電阻，這樣 就將 1uA/k 的電流靈敏度轉(zhuǎn)換為 1mV/k 的電壓靈敏度。下面僅介紹信號調(diào)理的通用功能。 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。不同的熱電偶具有不同的分度表。 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。 (3)氣體溫度的測量，實(shí)質(zhì)是對氣流溫度的測量。 第三章 溫度檢測原理 溫度檢測法簡介 自然界中許多物質(zhì)的物理屬性與溫度有關(guān)，如導(dǎo)體的電阻，灼熱物體的顏色和輻射能量都與其本身溫度密切相關(guān)，故溫度檢測的方法也分為多種。 虛擬儀器 的 發(fā)展趨勢 及應(yīng)用 虛擬儀器正在繼續(xù)迅速發(fā)展。 如果將 VI 與標(biāo)準(zhǔn)儀器相比較，那么前面板上的東西就是儀器面板上的東西，而流程圖上的東西相當(dāng)于儀器箱內(nèi)的東西。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，因此， LabVIEW 是一個(gè)面向最終用戶的工具。隨著軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，軟件開發(fā)的模塊化、復(fù)用化，和各種硬件儀器驅(qū)動(dòng)軟件的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，虛擬儀器軟件開發(fā)將變得更加快速、方便。系統(tǒng)中的儀器可以增加、減少或更換，只需對計(jì)算機(jī)的控制軟件作相應(yīng)的改動(dòng)。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器設(shè)計(jì)日趨模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)工作量大大減小。 虛擬儀器的特點(diǎn)及應(yīng)用 (1) 虛擬儀器特點(diǎn) 虛擬儀器是計(jì)算機(jī)技術(shù)介入儀器領(lǐng)域所形成的一種新型的、富有生命力的器種類。通過這個(gè)開關(guān)的掃描切換，實(shí)現(xiàn)多通道的采樣。因此如何能將熱電偶溫度測量及技術(shù)有效的與 LabVIEW 虛擬儀器相結(jié)合就 成 了 溫 度 測 試 領(lǐng) 域 的 一 個(gè) 新 課 題 。其次， 對 數(shù)據(jù)采集模塊和 LabVIEW 軟件模塊 設(shè)計(jì) 進(jìn)行了 詳細(xì)論述 。 Access。它順應(yīng)了現(xiàn)代測試儀器微小化、智能化、集成化的要求，所以進(jìn)行基于虛擬儀器技術(shù)的檢測系統(tǒng)的開發(fā)與研究勢在必行，同時(shí)也是盡快縮小我國與其它發(fā)達(dá)國家電測水平差距的一條可行之路。虛擬儀器的最大特點(diǎn)是其靈活性。如表 所示 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較： 表 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較 VI 傳統(tǒng)儀器 開放、靈活，可與計(jì)算機(jī)技術(shù) 保持同步發(fā)展 封閉、固定 用戶定義儀器功能 廠商定義儀器功能 關(guān)鍵是軟件 關(guān)鍵是硬件 價(jià)格低、可復(fù)用與可重配置性強(qiáng) 價(jià)格昂貴 技術(shù)更新周期短 (1～ 2 年 ) 技術(shù)更新周期長 (5～ 10 年 ) 軟件使得開發(fā)與維護(hù)費(fèi)用降至最低 開發(fā)與維護(hù)開銷高 與網(wǎng)絡(luò)及其它周邊設(shè)備方便互聯(lián)的面向應(yīng)用的儀器系統(tǒng) 功能單一、 只可連 有限的設(shè)備 友好的圖形 界面，計(jì)算機(jī)讀數(shù) 分 析處理 圖形界面小，人工讀數(shù)，信息量小數(shù) 面向應(yīng)用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可方便地與外設(shè)連接與其他儀器設(shè)備的連接十分有限 與其他儀器設(shè)備的連接十分有限 虛擬儀器的組成 虛擬儀器 (ViurtalInsrtum)是基于計(jì)算機(jī)的儀器。各儀器廠家生產(chǎn)了大量的 DAQ 卡功能模塊供用戶選擇，如示波器、串行數(shù)據(jù)分析儀 。 PXI 增加了用于多板同步的觸發(fā)總線和舊 MHz 參考時(shí)鐘、用于精確定時(shí)的星形 觸發(fā)總線，以及用于相鄰模塊間高速通信的局部總 線等，來滿足實(shí)驗(yàn)和測量用戶的要求。 LabWindowsCVI 是為熟悉 C 語言的開發(fā)人員準(zhǔn)備的，是在 Windows 環(huán)境下的標(biāo)準(zhǔn) ANSIC 開發(fā)環(huán)境。圖 所示是一個(gè)隨機(jī)信號發(fā)生和顯示的簡單 VI 是它的前面板，上面有一個(gè)顯示對象，以曲線的方式顯示了所產(chǎn)生的一系列 隨機(jī)數(shù)。一個(gè) VI 可以作為子程序，這里稱為子 VI（ subvi），被其他 VI 調(diào)用。我國還基本處于傳統(tǒng)儀器與計(jì)算機(jī)化儀器互相分離的狀態(tài)，世界各大相關(guān)的產(chǎn)品商家都在向中國這個(gè)巨大的市場進(jìn)軍。固體內(nèi)部向邊界的傳熱取決于固體材料本身。材料有貴金屬鉑和鉑鍺合金，普通金屬鐵、銅、康銅、鎳鉻合金等。 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℃ 。 此外還有自熱效應(yīng)、壓力影響、引線電阻影響等，這里不再贅述。 系統(tǒng)硬件組成 本虛擬溫度巡檢儀首先通過溫度傳感器（熱電偶）通過多路轉(zhuǎn)換開關(guān)選通 經(jīng)放大電路轉(zhuǎn)換到 05v、濾波器剔除噪聲再經(jīng)反向多路轉(zhuǎn)換開關(guān)單端接入數(shù)據(jù)采集卡，計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理。因此每種熱電偶必須有可在所有環(huán)境溫度下正常工作的專用補(bǔ)償電路。通常還需要抗混疊濾波器，濾除信號中感興趣的最高頻率以上的所有頻率的信號。應(yīng)該根據(jù)實(shí)際需要選擇 D/A 的參 數(shù)指標(biāo)。 DAQ 儀器是一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，而數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本任務(wù)是物理信號的產(chǎn)生和測量。它可以采集模擬信號，數(shù)字信號，擁有定時(shí)器的功能，同時(shí)還具有模擬輸出的功能，該數(shù)據(jù)采集卡具有高性能的數(shù)據(jù)采集與控制功能。計(jì)數(shù)器最重要的參數(shù)是分辨率和時(shí)鐘頻率，高分辨率意味著計(jì)數(shù)器可以計(jì)更多的數(shù)，時(shí)鐘頻率決定了計(jì)數(shù)的快慢，頻率越高，計(jì)數(shù)速度就越快。輸出信號受數(shù)模轉(zhuǎn)換器（ D/A）的建立時(shí)間、轉(zhuǎn)換率、分辨率等因素影響。 A D 5 8 0+ 5 vA D 5 2 47 v1 kG = 1 0 01 k2 5 0 Ω1 0 k2 k采 集 卡a i 8A D 5 9 0+ 圖 冷端 溫度 補(bǔ)償電路 信號調(diào)理電路設(shè)計(jì) 微弱信號都要進(jìn)行放大以提高分辨率和降低噪聲， 使 信號 調(diào)理后的電壓范圍和采集卡的電壓范圍相匹配。補(bǔ)償冷端電壓的方法就是所謂的冷端補(bǔ)償。本系統(tǒng)結(jié)果顯示形象直觀，操作方便，并且通過修改軟件還可以容易地?cái)U(kuò)展功能。 溫度測試的注意事項(xiàng) 溫度檢測技術(shù)是一種精度較高，測溫誤差較小的檢測技術(shù)，如果應(yīng) 用不當(dāng)，將會(huì)引起很大的測量誤差，得不到正確的溫度數(shù)據(jù)。在工作時(shí)，只要與顯示儀表配合即可測量氣體、液體、固體的溫度。在選擇溫度傳感器時(shí)應(yīng)考慮的主要因素有溫度測量范圍、精度、響應(yīng)時(shí)間、穩(wěn)定 性、線性度和靈敏度。另外溫度測試的對象也是各種各樣?！皼]有測量就沒有鑒別，科學(xué)技術(shù)就不能前進(jìn)”。 ② 設(shè)計(jì)的思路和運(yùn)行過程清晰而且直觀。利用 LabVIEW，可產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行文件，它是一個(gè)真正的 32 位編譯器。除了要花大量時(shí)間進(jìn)行測試系統(tǒng)面板設(shè)計(jì)外，還要編制大量的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和底層控制程序。儀器專用總線在吸收 EIEE488 的成功經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，增加了 10MHz 時(shí)鐘線，模擬和數(shù)字混合總線，星 形總線等高速總線，定時(shí)關(guān)系嚴(yán)格，兼有計(jì)算機(jī)總線和儀器總線的優(yōu)點(diǎn)。虛擬儀器的構(gòu)成主要有五種類型，如圖 所示。 (2) 虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用 虛擬儀器技術(shù)作為計(jì)算機(jī)技術(shù)與儀器技術(shù)相結(jié)合的創(chuàng)新技術(shù)，應(yīng)用前景十分廣泛。 第二章 虛擬儀器 簡介 虛擬儀器概述 虛擬儀器的起源可以追溯到 20 世紀(jì) 70 年代，當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)測控技術(shù)在國防、航天等領(lǐng)域已經(jīng)具有了很快的發(fā)展速度， PC 機(jī)的出現(xiàn)使儀器的計(jì)算機(jī)化成為可能。常用傳感器及相應(yīng)的調(diào)理模塊也趨向模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，因而減少了硬件的重復(fù)開發(fā)，這使得我們可 以方便地對其進(jìn)行硬件維護(hù)、功能擴(kuò)展和軟件升級。 關(guān)鍵詞： 虛擬儀器 ； 數(shù)據(jù)采集 ； 溫度巡檢儀 ； LabVIEW； Access； Design and Implementation of Thermocouple Temperature data logging de