【導(dǎo)讀】生產(chǎn)過(guò)程和科學(xué)研究中幾乎沒(méi)有不要求溫度檢測(cè)的。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活。中，對(duì)溫度的測(cè)量及控制始終占據(jù)著重要地位。在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，需要進(jìn)行。溫度測(cè)量和監(jiān)控的場(chǎng)合越來(lái)越多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，溫度測(cè)量占工業(yè)生產(chǎn)中各種檢測(cè)總量。但是，常規(guī)測(cè)溫法存在許多缺點(diǎn)，這促。進(jìn)了測(cè)溫技術(shù)中新原理、新技術(shù)、新方法的發(fā)展。虛擬傳感器、網(wǎng)絡(luò)溫度傳感器、紅外測(cè)溫技術(shù)等代表了未來(lái)測(cè)溫技術(shù)的發(fā)展方向。計(jì)開(kāi)發(fā)，增強(qiáng)了軟件的可靠性、穩(wěn)定性。該測(cè)控系統(tǒng)通過(guò)對(duì)溫度數(shù)據(jù)的采集與處。理等功能子模塊實(shí)現(xiàn)了溫度的實(shí)時(shí)顯示、分析等功能。波形實(shí)時(shí)顯示模塊相當(dāng)于。一個(gè)虛擬的數(shù)字示波器。該模塊采用LabVIEW語(yǔ)言編寫(xiě)，設(shè)計(jì)出操作簡(jiǎn)單、可靠。性高、可維護(hù)性好、具有交互式的圖形界面的檢測(cè)系統(tǒng)。自動(dòng)產(chǎn)生隨機(jī)溫度并采集，溫度曲線顯示；顯示溫度，并能切換攝氏和華氏模式；可設(shè)置溫度報(bào)警上限，超出限度即LED報(bào)警，并記錄報(bào)警次數(shù)；能實(shí)現(xiàn)中途暫停采集；

　　

【正文】 為： t= （ 332） 根據(jù)定義，溫度差可以用開(kāi)爾文表示 ，也可用攝氏度表示。雖然有了溫度單位定義，但并沒(méi)解決溫度測(cè)量方法的問(wèn)題。為了定 量地描述溫度，必須要有能衡量溫度高低的方法。通常將能用來(lái)表示溫度數(shù)值的方法稱(chēng)為溫標(biāo)Ⅲ 。 1737 年開(kāi)爾文以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)引出了與洲溫物質(zhì)無(wú)關(guān)的熱力學(xué)溫標(biāo)。 l943 年第 l0屆國(guó)際 計(jì)量大會(huì)決定采用水的三相點(diǎn)作為熱力學(xué)溫標(biāo)的基本固定點(diǎn)，此溫標(biāo)的表達(dá)式為： T= Q1 （ 333） 其中 Q1， Q2 是與工作物質(zhì)有關(guān)的兩個(gè)熱量。這種溫 標(biāo)的最大特點(diǎn)是與選用的溫度介質(zhì)無(wú)關(guān)，克服了經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)隨測(cè)溫介質(zhì)而變的缺陷，故稱(chēng)它為科學(xué)的溫標(biāo)或絕 對(duì)熱力學(xué)溫標(biāo)。從此所有的溫度測(cè)量都以熱力學(xué)溫標(biāo)作為基礎(chǔ)。 對(duì)于同一物理量，用不同的傳感器測(cè)量得到的不同的電壓信號(hào)，或者是對(duì)于不同的物理量，不同的傳感器測(cè)量得到的相同的電壓信號(hào)，為了顯示正確的物理量，就需要進(jìn)行標(biāo)度轉(zhuǎn)換。 因?yàn)楸粶y(cè)對(duì)象的各種數(shù)據(jù)的量綱與 A/D 轉(zhuǎn)換的輸入值是不一樣的。例如，溫度的單位為℃，壓力單位為 Pa，頻率的單位為 Hz，流量的單位 3m /h 等等。這些參量并不等于原來(lái)帶有量綱的參數(shù)值，必須把它轉(zhuǎn)化成帶有量綱的數(shù)值后才能計(jì)算。一般的線性系統(tǒng)的標(biāo)度變換 公式為： AX=A0+(An－ A0) MX－ M0 Mn－ M0 （ 334） 作變換得： AX－ A0 An－ A0 = MX－ M0 Mn－ M0 （ 335） 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 溫度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 20 其中： nA 測(cè)量?jī)x表量程的上限 ； 0A 測(cè)量?jī)x表量程的下限； nM 儀表上限所對(duì)應(yīng)數(shù)字量； 0M 儀表下限所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量； xM 測(cè)量值所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量； 數(shù)據(jù)采集子程序 (SubVI)設(shè)計(jì) LabVIEW 圖形編程語(yǔ)言中的基本編程單元是 VI， VI 包括三個(gè)部分：前面板(FrontPanel) ， 框 圖 程 序 (Blcok Diagram) 以 及 圖 標(biāo) (Icon) ／ 連 接 器(Connector)。前面 板既接受來(lái)自框圖程序的指令，又是用戶(hù)與程序代碼發(fā)生聯(lián)系的窗口。這 個(gè)窗口模擬真實(shí)儀表的前面板，用于設(shè)置輸入和觀察輸出，輸入量稱(chēng)為控件 (ControlS)，輸出量稱(chēng) 為指示 (Indicators)。當(dāng)把一個(gè)控件或指示器放到前面板上時(shí)，框圖上相應(yīng)地放置一 個(gè)端子 (Terminals)，這個(gè)端子不能隨意被刪除。用戶(hù)可以使用多個(gè)圖標(biāo)，如旋鈕， 開(kāi)關(guān)，按鈕，圖表，文本框，圖形等等。其顯示和控制以各種圖標(biāo)形式出現(xiàn)在前面板上。圖 33是一個(gè)虛擬溫度測(cè)量?jī)x前面板 (Thermometer VI)。該面板通過(guò)對(duì)一個(gè)模擬溫 度計(jì)實(shí)時(shí)顯示溫度的大小，并接入一個(gè)布爾量開(kāi)關(guān) (OFF／ ON)可以對(duì)采集過(guò)程加以 控制。 旁邊綠色的為一個(gè)預(yù)警信號(hào)，當(dāng)溫度超過(guò)某個(gè)預(yù)設(shè)的溫度值時(shí)，該警示燈變亮。 圖 33 虛擬溫度測(cè)量?jī)x 前面板 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 溫度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 21 溫度傳感器 如圖 34 所示是計(jì)算機(jī)虛擬溫度的示意圖，溫度傳感器的信號(hào)通過(guò) A／ D 轉(zhuǎn)換輸入計(jì) 算機(jī)，計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行給定的函數(shù)運(yùn)算，輸出形式可以由使用者選定，要么選定為溫度計(jì)，要么選定為指針式儀表，指針的刻度可以任選。運(yùn)行時(shí)，顯示器上就會(huì)出現(xiàn)一個(gè) 溫度計(jì)，它 就會(huì)隨著傳感器上檢測(cè)到的溫度而變化。這個(gè)溫度計(jì)并不存在， 用計(jì)算機(jī)模擬的這個(gè)溫度計(jì)僅是虛擬儀器的一種。數(shù)據(jù)的采集離不開(kāi)數(shù)據(jù)采集板。數(shù)據(jù)采集板的基本任務(wù)是對(duì)產(chǎn)生的物理信號(hào)進(jìn)行提取和測(cè)量。但是要使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠測(cè)量物理信號(hào)，必須要使用傳感器把物理信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，本系統(tǒng)使用的是熱電偶。由于由傳感器輸出的電信號(hào)通常很弱，并且可能包含大量的噪聲信號(hào)，所以要有信號(hào)調(diào)節(jié)裝置，將信號(hào)進(jìn)行一定的處理。總之，溫度數(shù)據(jù)的采集是借助軟件來(lái)控制整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括采集原始數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，給出結(jié)果等。 小結(jié) 本章詳細(xì)介紹了溫度檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建，主要包括硬件與軟件的設(shè)計(jì)思想與方法。在 硬件部分介紹了 熱電偶傳感器 及數(shù)據(jù)采集卡 PCI1200 數(shù)據(jù)采集卡 ，在軟件部分則介紹 了用 LabVIEW 來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫 度數(shù)據(jù)的采集的方法。 圖 34 虛擬溫度的示意圖 模 數(shù)轉(zhuǎn)換線形放大 溫度表 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 LabVIEW 的溫度數(shù)據(jù)處理 22 于 LabVIEW 的溫度數(shù)據(jù)處理 在本 論文 中，我們對(duì)溫度數(shù)據(jù)的處理主要包括以下幾部分： (1)當(dāng)前溫度的 數(shù)值 顯示 (2)溫度的 圖形顯示 (3)溫度報(bào)警系統(tǒng)的建立 溫度數(shù)據(jù)的顯示 在溫度系統(tǒng)中，溫度的實(shí)時(shí)顯示是非常重要的。無(wú)論溫度的值過(guò)高或者過(guò)低都 會(huì)直接影響產(chǎn)品的數(shù)量與質(zhì)量。而及時(shí)反應(yīng)溫度數(shù)據(jù)情況則可以把溫度對(duì)產(chǎn)品數(shù)量與質(zhì)量的不良 影響降到最低。使用 LabVIEW 顯示溫度數(shù)據(jù)，主要是使用波形圖表的方式。在 LabVIEW 中，波形圖表是一種特殊的指示器 ，它位于控件選項(xiàng)板下的圖形子選項(xiàng)板中，如圖 41 所示。波形圖表也可以在控件 — 經(jīng)典 — 經(jīng)典圖形選項(xiàng)板中找到。 （ a） 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 LabVIEW 的溫度數(shù)據(jù)處理 23 雖然只有一種類(lèi)型的波形圖表，但在交互式數(shù)據(jù)顯示中卻有三種更新模式 —示波器 圖表、條形圖表和掃描圖表。在波形圖表上彈出快捷菜單，用戶(hù)就可以從高級(jí) — 刷新模式 菜單中選擇所需的更新模式。而示波器圖表、條形圖表和掃描圖表處理數(shù)據(jù)時(shí)略有不同。條形圖表有一個(gè)滾動(dòng)顯示屏，當(dāng)新的數(shù) 據(jù)到達(dá)時(shí)，整個(gè)曲線會(huì)向左移動(dòng) — 最原始的數(shù)據(jù)點(diǎn)移出視野，而最新的數(shù)據(jù)將會(huì)添加到曲線的最右端。這一過(guò)程與實(shí)驗(yàn)中常見(jiàn)的紙帶記錄儀的運(yùn)行方式非常相似。 示波器 圖表、掃描圖表與示波器的工作方式十分相似。當(dāng)數(shù)據(jù)點(diǎn)多到足以使曲線到達(dá)示波器圖表繪圖區(qū)域的右邊界時(shí)，將擦除整個(gè)曲線，并從繪圖區(qū)的左側(cè)開(kāi)始重新繪制。掃描圖表與示波器圖表非常相似，不同之處在于當(dāng)曲線到達(dá)繪圖區(qū)的右邊界時(shí)，不是將舊曲線擦除，而是用一條 移動(dòng)的豎線標(biāo)記新曲線的開(kāi)始，并隨著新數(shù)據(jù)的不斷添加在繪圖區(qū)中逐漸移動(dòng)。示波器圖表和掃描圖表比條形圖表運(yùn)行得更快。 總的說(shuō)來(lái)，用圖形的形式顯示測(cè)試數(shù)據(jù)與分析結(jié)果，可以看出被測(cè)試對(duì)象的圖 41圖表和圖形位于控件選項(xiàng)板下的經(jīng)典圖形子選項(xiàng)板中 （ b） 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 LabVIEW 的溫度數(shù)據(jù)處理 24 變化趨 勢(shì)，使虛擬儀器的前面板變得更加直觀。用圖形顯示對(duì)于虛擬儀器面板設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的內(nèi)容， LabVIEW 為此提供了兩類(lèi)圖形顯示控件，即波形 Chart(波形圖表 )與波形 Graph(波形圖 )。 一般來(lái)說(shuō)波形 Chart 是將數(shù)據(jù)源 (采集到的數(shù)據(jù) )在某一坐標(biāo)系中實(shí)時(shí)、逐點(diǎn)(或 一次多點(diǎn) )地顯示，周期性的刷新顯示區(qū)，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 在一塊緩沖區(qū)內(nèi)，這個(gè)緩沖區(qū) 的大小默認(rèn)值是 1023 個(gè)數(shù)據(jù)，這個(gè)值可以在 Chart History Length中進(jìn)行修改。它可反 映被測(cè)物理量的變化趨勢(shì)。 而波形 Graph 則是對(duì)己采集數(shù)據(jù)進(jìn)行事后處理的結(jié)果，它將傳遞給它的數(shù)據(jù)一次全 部顯示在曲線描繪區(qū)中，新的數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)將原來(lái)的數(shù)據(jù)全部刷新。它是事先將被采集數(shù)據(jù)存放在一個(gè)數(shù)組之中，然后根據(jù)需要組織成所需的圖形顯示出來(lái)。即先得到所有需要顯示的數(shù)據(jù)存放在一個(gè)數(shù)組之中，然后根據(jù)需要組織成所需的圖形顯示出來(lái)。也就是先得到所有需要顯示的數(shù)據(jù)， 再根據(jù)實(shí)際要求將這些數(shù)據(jù) 組織成所需的圖形一次性顯示出來(lái)，即一塊、 一塊地描繪數(shù)據(jù)。 與波形 Chart 相比，波形 Graph 的缺點(diǎn)是沒(méi)有實(shí)時(shí)顯示，但是它的表現(xiàn) 形式要豐富得多。波形 Graph 可以設(shè)置自動(dòng)刻度和固定刻度，而 Chart 的橫坐標(biāo)初值與終值是隨著 數(shù)據(jù)的刷新不斷變化的。 總的說(shuō)來(lái)，波形 Graph 在接收到新數(shù)據(jù)時(shí)，先把已有數(shù)據(jù)曲線完全清除，然后根據(jù) 新數(shù)據(jù)重新繪制整條曲線，表現(xiàn)形式較波形 Chart 豐富得多，但是它不如波形 Chart的 地方是不能夠保存舊數(shù)據(jù)。但是波形 Chart的表現(xiàn)形式則非常有限。二者各有利弊。 一般來(lái)說(shuō)，對(duì)歷史數(shù) 據(jù)的處理采用波形 Chart，而對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)則用波形 Graph。 用波形圖 表 表示的溫度如圖 42 所示 (橫軸為 時(shí)間，縱軸為溫度 )： 圖 42 波形 圖 表 表 示 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 LabVIEW 的溫度數(shù)據(jù)處理 25 在運(yùn)行過(guò)程中，我們可以看到，波形 Chart，隨著時(shí)間的變化，橫坐標(biāo)也在不斷變化，并且在程序運(yùn)行過(guò)程中，溫度數(shù)據(jù)是隨著時(shí)間的推移在實(shí)時(shí)變化的 。 溫度的 圖形顯示 程序 框圖 使用溫度的條形圖表統(tǒng)計(jì)可以很清楚的知道溫度數(shù)據(jù)的分布情況，以便更好的 滿(mǎn)足生產(chǎn)需求。溫度的條形圖表統(tǒng)計(jì)程序框圖如圖 43其中用到了條件結(jié)構(gòu)： 溫度報(bào)警系統(tǒng)的建立 我們?cè)谖恼碌拈_(kāi)頭就已經(jīng)提到，溫度過(guò)高會(huì)直接造成產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題， 因此把溫度限定在一個(gè)合理的范圍就顯得非常的重要。如圖 44 所 示 ， 溫度報(bào)警程序的框圖與前面板。當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)指示燈會(huì)亮。 （ a）溫度報(bào)警程序的框圖 圖 43 溫度的圖形顯示程序框圖 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 LabVIEW 的溫度數(shù)據(jù)處理 26 整個(gè)溫度測(cè)控系統(tǒng)的演示 整個(gè)溫度測(cè)控系統(tǒng)的 主界面只有一個(gè)屏，它充分利用了計(jì)算機(jī)在運(yùn)算、顯示、存儲(chǔ)、 回放、調(diào)用等方面的功能構(gòu)成了一臺(tái)從外觀到功能都完全與傳統(tǒng)硬件儀器相同，同時(shí)又充分結(jié)合 PC機(jī)優(yōu)點(diǎn)的全新儀器系統(tǒng)。其中儀器的按鍵功能和面板、控件都是由軟件形 成的，因此整個(gè)溫度測(cè)控系統(tǒng)的監(jiān)控界面就是一個(gè)典型的虛擬儀器。它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與顯示，溫度報(bào)警系統(tǒng)的建立 等許多功能。 如圖 45 示，就是溫度 檢測(cè) 系統(tǒng)顯示的界面 及溫度檢測(cè)系統(tǒng)的程序框圖 ，各個(gè)子模塊分別實(shí)現(xiàn)了溫度 檢測(cè) 系 統(tǒng)的各項(xiàng)功能。在程序運(yùn)行過(guò)程中，我們可以看到溫度的實(shí)時(shí)顯示過(guò)程。還可以 很直觀的看到整個(gè)溫度數(shù)據(jù)分布的情況。使用這一個(gè)界面就能很好的實(shí)現(xiàn)整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的功能。從這也可以看出 LabVIEW 強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能。 圖 44 溫度報(bào)警 的 程序 框圖和前面板 （ b）溫度報(bào)警程序的前面板 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 LabVIEW 的溫度數(shù)據(jù)處理 27 b)溫度檢測(cè)系統(tǒng)的程序框圖 圖 45 a)溫度檢測(cè)系統(tǒng)的顯示界面 b) a） 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 LabVIEW 的溫度數(shù)據(jù)處理 28 小結(jié) 本章主要介紹了溫度 檢測(cè) 系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)的幾個(gè)主要的功能：當(dāng)前溫度的實(shí)時(shí) 顯示、溫度報(bào)警系統(tǒng)的建立等等，充分顯示了 LabVIEW強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能。整個(gè)系統(tǒng)界面直觀，讓人一目了然。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 仿真結(jié)果分析 29 結(jié)果分析 溫度的實(shí)時(shí)顯示 如圖 51（ a） 所示為溫度 溫度計(jì) 顯示 ,圖 51（ b） 所示為溫度 數(shù)據(jù)的 波形顯示 ： 在圖 51 中，我們顯示了溫度數(shù)據(jù)的采樣值。溫度 不同于電流、轉(zhuǎn)速，它是一個(gè)變化較慢的量。本系統(tǒng)的溫度數(shù)據(jù)為隨機(jī)量。 小結(jié) 本章主要介紹了溫度 檢測(cè) 統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集 的溫度實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)顯示的功能，直觀的現(xiàn)實(shí)溫度變化。完成論文要求。 （ b）溫度數(shù)據(jù)的波形 顯示 （ b） （ a） 圖 51（ a）溫度溫度計(jì) 顯示 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 結(jié)論 30 本文設(shè)計(jì)了基于虛擬儀器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)，它是由 隨機(jī)數(shù)