【正文】 道，但是并非每個通道配置一個A/D，而是大家共用一套A/D,在A/D之前的有一個多路開關(guān)（MUX），以及放大器（AMP）、采樣保持器（S/H）等。例如，許多SCXI模塊在使用數(shù)據(jù)采集設(shè)備對信號數(shù)字化前使用4 Hz和10 kHz的低通濾波器來濾除噪聲。為了得到最高的分辨率，要對信號放大以使調(diào)理后信號的最大電壓范圍和ADC的最大輸入范圍相等。該器件作為一個高阻抗器件供給電壓范圍是+4V—+30V，為把持續(xù)電流轉(zhuǎn)換成電壓，通常將AD590的輸出電流通過1KΩ電阻，從而獲得1mV/K的輸出電壓。例如，若VDD =5 V, VSS = 0 V, VEE= 5V，則數(shù)字信號可以控制5V~+5V的模擬信號輸入輸出。通過控制編輯器可將現(xiàn)有的控制對象修改成適合自己工作領(lǐng)域的控制對象。虛擬儀器主要在以下幾個方面得到應(yīng)用：⑴虛擬儀器在測量方面的應(yīng)用虛擬儀器系統(tǒng)開放、靈活，可與計算機技術(shù)保持同步發(fā)展，將之應(yīng)用在測量方面可以提高精確度，降低成本，并大大節(jié)省用戶的開發(fā)時間，因此已經(jīng)在測量領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。LabVIEW是一種編譯型圖形編程環(huán)境，它把復(fù)雜、煩瑣、費時的語言編程簡化成用簡單圖標提示的方法選擇功能，并用線條把各種圖形連接起來的圖形編程方式，使不熟悉編程的工程技術(shù)人員都可以按照測試要求和任務(wù)快速設(shè)計出自己的程序和儀器面板，大大提高了工作效率，減少了科研和工程技術(shù)人員的工作量，因此，LabVIEW是一種優(yōu)秀的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺?？梢圆捎眯切偷耐負浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建分布式測試系統(tǒng)。 PXI總線方式的虛擬儀器 PXI ( PCI extension for Instrumention)是PCI在儀器領(lǐng)域的發(fā)展，是NI公司于1997年發(fā)布的一種新的開放性、模塊化的儀器總線規(guī)范。 傳統(tǒng)儀器面板上的器件都是“實物” ，是由“手動”和“觸摸”進行操作的；虛擬儀器前面板是外形與實物相像的“圖標” ，每個圖標的“通” 、“斷” 、“放大”等動作通過用戶操作計算機鼠標或鍵盤來完成。通過與計算機網(wǎng)絡(luò)連接，還可實現(xiàn)虛擬儀器的分布式共享，更好地發(fā)揮儀器的使用價值。分段方法采取非等間距分段法。⑷集成溫度傳感器補償利用各種高性能的半導(dǎo)體溫度傳感器實現(xiàn)測溫和補償，如電流輸出型器件AD590，電壓輸出型器件LM135，LM235，LM335系列。由此可見，當(dāng)保持熱電偶冷端溫度T0不變時，只要用儀表測得熱電勢EAB(T，T0)，就可求得被測溫度。該熱電勢是由兩部分組成：接觸電勢與溫差電勢。這樣一定的熱電動勢就對應(yīng)著一定的溫度，測量熱電動勢，也就可以達到測溫的目的，應(yīng)用起來十分方便[1]。系統(tǒng)選用先進的集成數(shù)據(jù)采集卡和功能強大的LabVIEW虛擬儀器技術(shù)，構(gòu)建了一種新型的熱電偶溫度巡檢儀。熱電偶溫度計是指用熱電偶作為感溫元件，配上適當(dāng)?shù)碾姕y儀表和其他構(gòu)件的整個系統(tǒng)。整個測量過程自動進行，不需要人工參與，不僅簡化了操作步驟，提高了測量精度，而且系統(tǒng)功能可根據(jù)具體需要隨時更改或擴展，與傳統(tǒng)儀器相比具有更廣闊的應(yīng)用前景。在現(xiàn)代化建設(shè)中，由于儀器儀表對產(chǎn)品質(zhì)量所能起到的重要監(jiān)測作用，導(dǎo)致了人們對其在技術(shù)上有著高層次的要求，因而儀器儀表工業(yè)是促進國民經(jīng)濟各部門技術(shù)進步，提高勞動生產(chǎn)率和社會經(jīng)濟效益，開發(fā)與節(jié)約能源和材料的先導(dǎo)工業(yè)。工業(yè)熱電偶的測溫范圍，從－270℃到2500℃，幾乎覆蓋了整個工程領(lǐng)域的測溫范圍。系統(tǒng)的主控部分是配有鍵盤、鼠標和打印機的微機系統(tǒng)。根據(jù)這個特性，可以檢驗兩個熱電極材料成分是否相同，分布是否均勻。設(shè)導(dǎo)體A和B的電子密度分別為NA和NB，并且NANB，則在單位時間內(nèi)，由導(dǎo)體A擴散到導(dǎo)體B的電子數(shù)比從B擴散到A的電子數(shù)多，導(dǎo)體A因推動電子而帶正電，導(dǎo)體B因獲得電子而帶負電，因此，在A和B之間形成了電勢差。非標準熱電偶在使用范圍或數(shù)量級上均不及標準熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場合的測量，這里我們主要介紹標準熱電偶。據(jù)現(xiàn)在溫度檢測及控制系統(tǒng)使用情況來看，主要可采用模擬線性化和數(shù)字線性化兩種方法。然后，根據(jù)確定的插值點，計算熱電偶輸出電勢與溫度的函數(shù)關(guān)系。測量完后還可打印、顯示所需的報表或曲線。虛擬儀器是在以PC機為核心組成的硬件平臺支持下，通過軟件編程來實現(xiàn)儀器的功能的。把臺式PC的性能價格比和PCI總線面向儀器領(lǐng)域的擴展優(yōu)勢結(jié)合起來，將形成未來主流的虛擬儀器平臺之一。利用USB總線的優(yōu)勢可以實現(xiàn)測試方案的靈活配置和測試功能的自由擴展，即當(dāng)需要添加新測試功能時，只需開發(fā)支持USB接口的相應(yīng)測試功能的嵌入式虛擬儀器模塊即可。它以計算機發(fā)展為平臺，更迎合了在當(dāng)今信息社會，各行各業(yè)向智能化、自動化、集成化發(fā)展的趨勢。⑶虛擬儀器在檢測方面的應(yīng)用在實驗室中，利用虛擬儀器開發(fā)工具開發(fā)專用虛擬儀器系統(tǒng)，可以把一臺個人計算機變成一組檢測儀器，用于數(shù)據(jù)、圖像采集，控制與模擬?？梢栽谠创a中設(shè)置斷點，單步執(zhí)行源代碼，在源代碼中的數(shù)據(jù)流連線上設(shè)置探針，在程序運行過程中觀察數(shù)據(jù)流的變化。 CD4052引腳圖CD4052是一個獨立的4通道數(shù)據(jù)選擇器，具有二進制控制輸入端A、B和一個禁止輸入INH。使用AD590進行溫度測量時無需采用線性電路、高精度放大器、阻抗測量電路以及冷端補償?shù)绕渌娐贰＂聘綦x功能另一種常見的信號調(diào)理應(yīng)用是為了安全目的把傳感器的信號和計算機相隔離。用于這些傳感器的信號調(diào)理模塊常用來提供激勵信號。在一次掃描（scan）中，數(shù)據(jù)采集卡將對所有用到的通道進行一次采樣，掃描速率（scan rate）是數(shù)據(jù)采集卡每秒進行掃描的次數(shù)。在這種方式下，用通道時鐘控制通道間的時間間隔，而用另一個掃描時鐘控制兩次掃描過程之間的間隔。該工具稱為Measurementamp。這些實例對應(yīng)于特定的虛擬通道所實現(xiàn)的測量或生成類型。這個隱式的轉(zhuǎn)換也發(fā)生在如果NIDAQmx啟動任務(wù)函數(shù)未被使用而且NIDAQmx寫入函數(shù)與它相應(yīng)指定的自啟動輸入一起執(zhí)行。其中執(zhí)行軟件包括人機界面程序、通信接口程序和數(shù)據(jù)處理及算法程序，它主要完成過程信息的采集、處理、運算、顯示、打印、控制輸出等實質(zhì)性的功能，偏重算法效率、強調(diào)實時性且與系統(tǒng)的硬件關(guān)系密切。美中不足的是此功能圖標只設(shè)置了八種標準的熱電偶，如需要測量其他熱電偶就要用戶自己來完成標度變化、冷端溫度補償及線性化。⑷線性化及冷端溫度補償子VI線性化及冷端溫度補償子VI可將檢測到的0—10V電壓信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度值，由于熱電偶在0—1000℃之間存在非線性，需要進行線性化處理，并進行冷端溫度補償。 在計算機控制系統(tǒng)中，通過運用計算機提供的多種指令，可編出符合各種技術(shù)要求的控制程序、管理程序及微處理器執(zhí)行程序，從而實現(xiàn)對被控參數(shù)的控制與管理(如顯示、打印、報警等)。 VI實例的例程。 常用DAQmx節(jié)點介紹⑴ DAQmx Create Virtual ChannelNIDAQmx創(chuàng)建虛擬通道函數(shù)創(chuàng)建了一個虛擬通道并且將它添加成一個任務(wù)。數(shù)據(jù)采集卡為I/O接口設(shè)備，對I/O接口設(shè)備的驅(qū)動是通過相應(yīng)模板中的圖標函數(shù)來實現(xiàn)的。如果用循環(huán)采樣則每相鄰兩個通道之間的采樣信號的時間延遲為5μs（1/200kHz），這樣通道1通道2間就產(chǎn)生了1/4周期的相位延遲，而通道1和通道４之間的信號延遲就達15μs，折合相位差是2700。⑶T的選擇影響因素較多，一般可根據(jù)對象來經(jīng)驗選取。噪聲濾波器用于如溫度這樣直流信號，它可以衰減那些降低測量精度的高頻信號。例如，需要對熱電偶的信號進行放大以提高分辨率和降低噪聲。AD590是一個兩端式溫度—電流傳感器，所輸出的電流與絕對溫度成正比。315 V的數(shù)字信號可以控制15VPP的模擬信號。針對測試測量和過程控制領(lǐng)域提供了大量的儀器面板中的控制對象，如表頭、旋鈕、圖表等。在國內(nèi)，近年來也開始有了利用虛擬儀器實現(xiàn)檢測、控制等功能的例子，虛擬儀器系統(tǒng)已成為儀器領(lǐng)域的一個基本方法，是技術(shù)進步的必然結(jié)果。 ⑵虛擬儀器的軟件對于普通計算機用戶，相對于面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，圖形化編程語言為開發(fā)虛擬儀器軟件提供了便利。⑵基于USB總線的嵌入式虛擬儀器的設(shè)計基于USB總線的嵌入式虛擬儀器具有使用方便、數(shù)據(jù)傳輸速快、連接靈活的特點。目前，這種類型也有逐漸退出市場的趨勢。 虛擬儀器的“虛擬”兩字主要包括以下兩方面的含義： (1)虛擬儀器面板上的各種“圖標”與傳統(tǒng)儀器面板上的各種“器件”所完成的功能是完全相同的；由各種開關(guān)、按鈕、顯示器等圖標實現(xiàn)儀器電源的“通”或“斷” ；被測信號的“輸入通道” 、“放大倍數(shù)” 等參數(shù)的設(shè)置，及測量結(jié)果的“數(shù)值顯示” 、“波形顯示”等。這樣形成的測試儀器系統(tǒng)功能更靈活、更高效、更開放、系統(tǒng)費用更低。其次，對特性曲線分段，選取插值點。其優(yōu)點是使用方便，硬件投資小，測量效率高；缺點在于熱電偶的冷端效應(yīng)是非線性的，而不平衡電橋輸出是線性的，因而多數(shù)情況下是欠補償或過補償，難以實現(xiàn)完全補償。所以，當(dāng)熱電偶材料一定時，熱電偶的總電勢EAB(T，T0)成為溫度T和T0的函數(shù)差，即 (2. 5) 如果能使冷端溫度T0固定，即 (常數(shù))，則對確定的熱電偶材料，其總電勢EAB(T， T0)就只與熱端溫度呈單值函數(shù)關(guān)系，即 () 這種特性稱為熱電偶的熱電特性，可通過實驗方法求得。熱電偶就是通過測量熱電勢來實現(xiàn)測溫的。若我們把自由端的溫度固定不變，則熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢只隨工作端溫度的變化而變化。 本論文研究的主要內(nèi)容本論文利用現(xiàn)代計算機控制技術(shù)和數(shù)據(jù)采集技術(shù)，以及豐富的軟、硬件資源，以目前國內(nèi)外現(xiàn)代工業(yè)中大批量生產(chǎn)和使用的溫度傳感器－標準熱電偶和基于LabVIEW的虛擬儀器為研究對象，完成熱電偶溫度巡檢儀的設(shè)計與實現(xiàn)。從19世紀發(fā)展至今已有一百多年歷史，現(xiàn)己被廣泛應(yīng)用于石油、化工、水利、航空、航天、核電等行業(yè)領(lǐng)域。由前面板可以設(shè)置溫度測量范圍、溫度報警上下限、冷端溫度等參數(shù)，并可以實時顯示溫度數(shù)值及曲線，當(dāng)溫度超限時給出報警提示。同時，在儀器儀表專業(yè)中，計量學(xué)是必不可少的技術(shù)基礎(chǔ)，而在計量測試科學(xué)領(lǐng)域中，溫度的計量與測試又是一個很重要的方面。目前約有50%的工程溫度測控工作是用熱電偶來完成的，特別是在鋼鐵、有色金屬、火力發(fā)電站、航空發(fā)動機、原子能反應(yīng)堆、石油精煉、化工、機械熱處理等高溫領(lǐng)域中，熱電偶是最主要的測溫手段。系統(tǒng)的軟件方面，結(jié)合微機系統(tǒng)配備的Microsoft Office等軟件，現(xiàn)場安裝調(diào)試，實時顯示打印輸出。在熱電偶中接入第三種導(dǎo)體，只要第三種導(dǎo)體的兩接點溫度相同，則回路中總的熱電勢不變。這個電勢在A, B接觸處形成一個靜電場，阻礙擴散作用的繼續(xù)進行。目前國際上規(guī)定了以下8種標準熱電偶：S型、R型、B型、K型、N型、T型、E型和J型。⑴ 模擬線性化 對來自熱電偶的輸出信號采用模擬線性化處理，實現(xiàn)起來簡單且成本低廉，基本誤差可控制在2%以下，能滿足一般工業(yè)檢測及控制的要求。第三章 熱電偶溫度巡檢儀方案選擇與設(shè)計 熱電偶溫度巡檢儀 基于單片機的溫度巡檢儀Intel公司的MCS51系列以其體積小、通用性強，性價比高，易于擴展等特點，在實驗裝置的開發(fā)，各種智能儀表及控制系統(tǒng)和家用電器領(lǐng)域得到了日益廣泛的運用。這此都使得儀器的可操作性大大提高而且易用、靈活。因為可以通過不同測試功能軟件模塊的組合來實現(xiàn)多種測試功能，所以，在硬件平臺確定后，就有“軟件就是儀器”的說法，這也體現(xiàn)了測試技術(shù)與計算機深層次的結(jié)合。 DAQ（Data AcQuisition）虛擬儀器DAQ指的是基于計算機標準總線（如ISA、 PCI、 PC/104等）的內(nèi)置功能插卡，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。其中，嵌入式虛擬儀器從功能模塊上分為：信號調(diào)理和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、嵌入式控制模塊、存儲系統(tǒng)、液晶顯示模塊、USB總線接口邏輯等部分。靈活性，軟、硬件的標準化令其在儀器計量領(lǐng)域逐漸取代傳統(tǒng)儀器。⑷虛擬儀器在教育方面的應(yīng)用現(xiàn)在，隨著虛擬儀器系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，越來越多的教學(xué)部門也開始用它來建立教學(xué)系統(tǒng)，不僅大大節(jié)省開支，而且由于虛擬儀器系統(tǒng)具有靈活、可重用性強等優(yōu)點，使得教學(xué)方法也更加靈活了。繼承傳統(tǒng)的編程語言中的結(jié)構(gòu)化和模塊化編程的優(yōu)點，采用編譯方式運行32位應(yīng)用程序，提高了運行程序的速度。A 、B的四種二進制組合狀態(tài)用來在四對通道中選擇其中的一對，當(dāng)邏輯的“1”加到INH輸入端時，所有的通道都關(guān)閉。熱電偶有熱端和冷端，它所產(chǎn)生的電動勢為兩者的熱電勢之差，因此同環(huán)境溫度有關(guān)時，測量結(jié)果需要加以修正。被監(jiān)測的系統(tǒng)可能產(chǎn)生瞬態(tài)的高壓，如果不使用信號調(diào)理， 這種高壓會對計算機造成損害。RTD測量常使用電流源來把電阻上的變化量轉(zhuǎn)化為可測量電壓。當(dāng)對多個通道采樣時，循環(huán)采樣是指采集卡使用多路開關(guān)以某一時鐘頻率將多個通道分別接入A/D循環(huán)進行采樣。通道間的間隔實際上由采集卡的最高采樣速率決定，可能是微秒、甚至納秒級的，效果接近于同步掃描。Automation Explorer，簡稱為MAX。DAQmx Create Virtual 。