【導(dǎo)讀】導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝。為獲得及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)。人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于萬字。符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。對(duì)于溫度測試的結(jié)果有著很大影響，因此開發(fā)高性能的溫度測試儀是十分必要的?，F(xiàn)信號(hào)采集、分析、數(shù)據(jù)處理和結(jié)果顯示的系統(tǒng)。其次，對(duì)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。的軟件模塊的設(shè)計(jì)，包括前面板和框圖程序的設(shè)計(jì)。使用以及用Access數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存取的方法。

　　

【正文】 金屬鐵、銅、康銅、鎳鉻合金等。使用熱電偶測量溫度時(shí)容易引入誤差，由于熱電勢是因不同金屬材料的結(jié)合產(chǎn)生的，故不同材料連接形成的其他結(jié)也會(huì)在電路中引入電壓變化，這一誤差信號(hào)稱為冷端誤差。 熱電阻是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化而變化的特性測量溫度的，電阻值隨溫度增加而增 加。最常見的熱電阻式溫度傳感器的構(gòu)成材料是鉑、鎳或銅。鉑的使用溫度范圍寬(200℃ — 850℃ )，重復(fù)性極好，可耐受各種化學(xué)物質(zhì)，抗腐蝕性好，是一種多用途金屬，但成本較高。 熱敏電阻由鉆、錳、鎳等金屬的氧化物采用不同的配方高溫?zé)Y(jié)而成，然后采用不同的封裝形式制成珠狀、片狀、桿狀、墊圈狀等形狀，包括三類 :電阻值隨溫度增加而增加的正電阻溫度系數(shù)熱敏電阻 (PTC)，電阻值隨溫度增加而減小的負(fù)電阻溫度系數(shù)熱敏電阻 (NTC)和在某一特定溫度下電阻值會(huì)發(fā)生突變的臨界溫度電阻器 (CTR)。 CTR 主要用作溫控開關(guān)。在溫度測 量中主要采用 NTC 和 PTC，尤其 NTC 應(yīng)用較多。由于熱敏電阻的阻值隨溫度變化而迅速變化，并且阻值相對(duì)于引線電阻來說很大，因而，引線電阻對(duì)測量內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 影響小，非常適合測量微弱溫度變化。 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。包括溫敏二極管和溫敏三極管，另外，溫敏晶體管及其輔助電路集成同一芯片上可制成集成化溫度傳感器，其優(yōu)點(diǎn)是直接給出正比于絕對(duì)溫度的線性輸出數(shù)字量，體積小，便于高精度、大批量生產(chǎn)，是現(xiàn)代 溫度傳感器的主要發(fā)展方向之一，目前常用的有 AD590、DSl8B20 等等。 綜上所述， 熱電偶作為測溫元件，其結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、使用方便、測溫精度較高，可就地測量和遠(yuǎn)傳。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。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 20xx℃以上溫度。所以熱電偶是使用最廣泛的測溫元件之一。通過熱電偶冷端補(bǔ)償進(jìn)行溫度測量是一種傳統(tǒng)、有效的方法，廣大技術(shù)工作人員在實(shí)際的測量檢測中已經(jīng)積累了較多的經(jīng)驗(yàn)。 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℃ 。 熱電偶測溫原理 熱電偶是一種感溫元件 , 它能將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電勢信號(hào) , 通過電氣測量儀表的配合 , 就能測量出被測的溫度。 熱電偶測溫的基本原理是熱電效應(yīng)。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)。導(dǎo)體 A 和 B 稱為熱電極 ， 溫度較高的一 端 (T )叫工作端 ( 通常焊接在一起 )；溫度較低的一端 (To )叫自由端 ( 通常處于某個(gè)恒定的溫度下 )。 如圖 熱電偶測溫原理圖： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） T 0TAB 圖 熱電偶測溫原理圖 由熱電效應(yīng)可知，閉合回路中產(chǎn)生的熱電勢 由兩部分組成，即接觸電勢和溫差電勢，總電勢為 0 0 0 0( , ) ( ) ( , ) ( ) ( , )AB A B B A B AE t t e t e t t e t e t t? ? ? ?。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。 根據(jù)熱電勢與溫度函數(shù)關(guān)系 ， 可制成熱電偶分度表。分度表是在自 由端溫度 To=0℃ 的條件下得到的。不同的熱電偶具有不同的分度表。在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時(shí) , 只要該材料兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相同 , 熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢將保持不變 ， 即不受第三種金屬接入回路中的影響 。 因此 ,在熱電偶測溫時(shí) ,可接入測量儀表 , 測得熱電勢后 , 即可知道被測介質(zhì)的溫度。 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)。因此在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)注意以下兒個(gè)方面： (l)避免受到過大的震動(dòng)和應(yīng)力作用 ： 當(dāng)熱敏電阻受到?jīng)_擊 、震動(dòng)或其他形式的加速時(shí)，會(huì)導(dǎo)致感溫元件變形、彎曲而產(chǎn)生應(yīng)力，從而改變其溫度一電阻特性。 (2)避免在強(qiáng)磁場中使用 ： 由儀器的測溫原理可知，其導(dǎo)電機(jī)理與感溫元件內(nèi)部電子的狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)感溫元件周圍存在磁場時(shí)，必將改變其內(nèi)部電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，引起阻值變化，引起磁阻效應(yīng)。 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。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第四章 基于虛擬儀器的熱電偶溫度巡檢儀 總體方案設(shè)計(jì) 虛擬溫度巡檢儀簡介 溫度巡檢儀就是 對(duì) 多 個(gè) 溫度檢測點(diǎn)進(jìn)行 分時(shí)的 巡回檢測 ，即一臺(tái)儀表便可實(shí)現(xiàn)對(duì)多路溫度檢測， 雖說智能溫度巡檢儀能完成對(duì)多點(diǎn)溫度的檢測 ，但只能對(duì)溫度進(jìn)行數(shù)值顯示，對(duì)數(shù)據(jù)的保存讀取操作困難， 基于虛擬儀器的溫度巡檢儀，不僅能顯示溫度數(shù)值，而且能對(duì)溫度實(shí)時(shí)變化趨勢通過曲線顯示 ， 能給用戶 一 個(gè) 友 好的監(jiān)控界面。使用戶能很好的了解現(xiàn)場溫度變化情況，數(shù)據(jù)的存取操作簡單，只需通過按鈕便可實(shí)現(xiàn)操作。 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。 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能 本論文設(shè)計(jì)主要是解決多點(diǎn)溫度的巡回檢測，進(jìn)行實(shí)時(shí)的顯示溫度值和溫度曲線。為了改善傳統(tǒng)溫度巡檢儀的功能。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(duì)熱電偶的型號(hào)、通道號(hào) 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(hào)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。當(dāng)采集或讀入數(shù)據(jù)后，進(jìn)行 線性化處理 ；選用不同的濾波器進(jìn)行數(shù)字濾波。 (6)溫度 數(shù)據(jù)保存 :將采集到的數(shù)據(jù)保存 到 數(shù)據(jù)庫 中， 在數(shù)據(jù)庫中有 數(shù)據(jù)創(chuàng)建 的時(shí)間，內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 通道 號(hào)等信息，便于數(shù)據(jù)采集后的讀取 處理 與數(shù)據(jù)分析 。 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。硬件部分包括熱電偶溫度傳感器， 溫度信號(hào)調(diào)理模塊 ， PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡（ DAQ）及 PC 機(jī) 4部分組成。軟件部分采用美國 NI 公司的 LABVIEW 虛擬儀器軟件平臺(tái)，來完成對(duì)采集進(jìn)來的 八 路溫度信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和顯示。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。針對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行高精度地測試，整個(gè)系統(tǒng) 設(shè)計(jì)的核心 是溫度信號(hào)調(diào)理電路 的設(shè)計(jì) 以及以 LABVIEW 為 基礎(chǔ)的 軟件開發(fā)。 系 統(tǒng)基本工作原理： 傳感器 將感受到的 環(huán)境溫度 信號(hào) 以電壓形式輸出到信號(hào)調(diào)理電路，信號(hào)經(jīng)過調(diào)理后輸入到 數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行 A／ D 轉(zhuǎn)換， A／ D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)直接進(jìn)入微機(jī)，再由虛擬儀器系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和 顯示。 多 路 溫 度 傳 感 器 信 號(hào) 調(diào) 理 電 路 P C I 6 2 2 1 數(shù) 據(jù) 采 集 卡主 機(jī) L A B V I E W 軟 件 數(shù) 據(jù)分 析 和 顯 示被 測 信 號(hào) 圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第五章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 本章主要介紹虛擬溫度巡檢儀的硬件設(shè)計(jì)，首先介紹了系統(tǒng)的硬件組成，然后是溫度傳感器檢測元件的介紹、調(diào)理電路的設(shè)計(jì)、 PCI— 6221 數(shù)據(jù)采集卡的介紹。 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。 圖 給出了 虛擬溫度巡檢儀硬件原理框圖 ： 8 路 熱 電 偶溫 度傳 感 器主 機(jī)L A B V I EW 軟 件數(shù) 據(jù) 分析 和 顯示P C I 6 2 2 1 數(shù)據(jù) 采 集 卡A D 5 9 0前 置放 大多 路 轉(zhuǎn)換 開 關(guān)C d 4 0 5 1低 通濾 波器前 置 放 大多 路 轉(zhuǎn)換 開 關(guān)C d 4 0 5 1電 流 u A電 壓 0 5 vVm V被 測 信 號(hào)環(huán) 境 溫 度 圖 系統(tǒng) 硬件原理框圖 溫度傳感器及調(diào)理電路 溫度傳感器 系統(tǒng)選擇 熱電偶作為溫 度傳感器 ，其結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、使用方便、測溫精度較高，可就地測量和遠(yuǎn)傳。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。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 20xx℃以上溫度。所以熱電偶是使用最廣泛的測溫元件之一。通過熱電偶冷端補(bǔ)償進(jìn)行溫度測量是一種傳統(tǒng)、有效的方法，廣大技術(shù)工作人員在實(shí)際的測量檢測中已經(jīng)積累了較多的經(jīng)驗(yàn)。 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℃ 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 調(diào)理電路設(shè)計(jì) 從傳感器得到的信號(hào)大多要經(jīng)過調(diào)理才能進(jìn)入數(shù)據(jù)采集設(shè)備，信號(hào)調(diào)理功能包括放大、濾波、線性化等。由于不同傳感器有不同的特性，因此，除了這些通用功能，還要根據(jù)具體傳感器的特性和要求來設(shè)計(jì)特殊的信號(hào)調(diào)理功能。下面僅介紹信號(hào) 調(diào)理的通用功能。 冷端 溫度 補(bǔ)償電路設(shè)計(jì) 由于連接熱電偶與 DAQ 板卡的引線要一起所謂的參考連接或冷端連接，這種連接如同熱電偶一樣也要產(chǎn)生輸出電壓 — 即所謂的參考電壓或冷端電壓。這樣，測量電壓就包括了熱電偶輸出電壓和冷端電壓兩部分。補(bǔ)償冷端電壓的方法就是所謂的冷端補(bǔ)償。 冷端補(bǔ)償是熱電偶測量中 信號(hào)調(diào)理 的首要 任務(wù)。常用的冷端補(bǔ)償方法有硬件補(bǔ)償方法和軟件補(bǔ)償。 硬件補(bǔ)償是用一種特殊電路產(chǎn)生適當(dāng)?shù)碾妷簛淼窒涠穗妷?。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。這樣的補(bǔ)償電路是非常昂貴的，所 以通常采用軟件方法進(jìn)行溫度補(bǔ)償。 軟件補(bǔ)償?shù)脑硎怯昧硗庖粋€(gè)溫度傳感器 直接測量冷端環(huán)境溫度并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的熱電偶表或多項(xiàng)式通過軟件計(jì)算出計(jì)算出所需的補(bǔ)償電壓，然后將測量電壓和補(bǔ)償電壓相加，在用標(biāo)準(zhǔn)的熱電偶多項(xiàng)式或查表法將補(bǔ)償后的電壓換算成溫度值。 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。 AD590單片集成溫度傳感器，是電流型集成溫度傳感器。其溫度測量范圍為 55℃～ 150℃，線性電流輸出靈敏度為 1uA/k。 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。 假設(shè)環(huán)境溫度范圍為 0℃～ 50℃，按圖 所選定的電路參數(shù)，該電路的輸出靈敏度為 100mV/℃ 。因?yàn)?AD590 直接測量的是熱力學(xué)溫度（溫度單位為 k），因此為為了以攝氏溫度讀出，其輸出必須以 uA 偏置。令 AD590 的輸出電流流過 1kΩ 電阻，這樣內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 就將 1uA/k 的電流靈敏度轉(zhuǎn)換為 1mV/k 的電壓靈敏度。在將轉(zhuǎn)換后的輸出電壓連接到AD524 儀表放大器的同相輸入端。基準(zhǔn)電壓芯片 AD580 輸出的 基準(zhǔn)電壓用電阻分壓到 ，接儀表放大器的反相輸入端，設(shè)置 AD524 的放大倍數(shù)為 100，這樣，經(jīng) AD524對(duì)兩輸入差值放大后，就可將 0℃～ 50℃的溫度輸入變換為 0— 5V 的電壓輸出，即該溫度測量電路的輸出電壓靈敏度為 100mV/℃。 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(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì) 微弱信號(hào)都要進(jìn)行放大以提高分辨率和降低噪聲， 使 信號(hào) 調(diào)理后的電壓范圍和采集卡的電壓范圍相匹配。 信號(hào)調(diào)理電路 如圖 所示 ： 1 2 3 8 A D 5 2 4二 階濾 波 器A D 5 8 0P C I 6 2 2 1數(shù) 據(jù)采 集 卡+ 5 vA D 5 2 47 v1 kG = 1 0 01 k2 5 0 Ω1 0 kC D 4 0 5 1C D 4 0 5 1A D 5 9 0G = 1 0 0++a i 8a i 0 : 8 圖 系統(tǒng) 信號(hào)調(diào)理電路圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 信號(hào)調(diào)理模塊應(yīng)盡可能靠近信號(hào)源或傳感器 ，使得信 號(hào)在受到傳輸信號(hào)的環(huán)境噪聲影響之前已被放大，使信噪比得到改善。 濾波的目的是從所測量的信號(hào)中除去不需要的成分。大多數(shù)信號(hào)調(diào)理模塊有低通濾波器，用來濾除噪聲。通常還需要抗混疊濾波器，濾除信號(hào)中感興趣的最高頻率以上的所有頻率的信號(hào)。某些高性能的數(shù)據(jù)采集卡