【正文】 或轉(zhuǎn)換器把物理信號(hào)（如溫度、壓力等非電量信號(hào)）轉(zhuǎn)化為電信號(hào)（如電壓、電流信號(hào)），再通過一個(gè)數(shù)據(jù)采集卡（含信號(hào)調(diào)理電路）對(duì)這些電信號(hào)進(jìn)行處理（如濾波、放大、線性化、A/D等），將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可以處理的數(shù)字信號(hào)，由虛擬儀器進(jìn)行計(jì)算、分析、顯示，并存儲(chǔ)結(jié)果。（2）能夠以圖形方式顯示信號(hào)波形，顯示準(zhǔn)確，穩(wěn)定。（4）測(cè)量精度滿足系統(tǒng)要求。 論文完成的主要工作（1）簡(jiǎn)單介紹虛擬溫度測(cè)量系統(tǒng)研究的背景、目的及意義；（2）虛擬溫度測(cè)量系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)；（3）選用或自行設(shè)計(jì)一個(gè)符合系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)采集卡；（4）數(shù)據(jù)采集卡通道的配置；（5）虛擬溫度測(cè)量?jī)x器前面版的設(shè)計(jì)；（6）虛擬溫度測(cè)量?jī)x器框圖程序的設(shè)計(jì)；（7）系統(tǒng)軟件調(diào)試,可實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及波形顯示。虛擬儀器（Virtual Instrument,簡(jiǎn)稱VI）是突破傳統(tǒng)儀器概念的最新一代測(cè)量?jī)x器，它利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件，由用戶自己定義來完成各種測(cè)試、測(cè)量和控制的應(yīng)用。它是基于計(jì)算機(jī)的軟硬件測(cè)試平臺(tái)，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測(cè)量?jī)x器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器、頻譜分析儀等?？勺杂蓸?gòu)建成專有儀器系統(tǒng)。LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái)）是一個(gè)程序開發(fā)環(huán)境。LabVIEW還整合了諸如滿足GPIB、VXI、RS232和RS485以及數(shù)據(jù)采集卡等硬件通訊的全部功能。X等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫函數(shù)。即使用戶沒有多少編程經(jīng)驗(yàn)，同樣也能利用LabVIEW來開發(fā)自己的應(yīng)用程序。系統(tǒng)框架如圖所示，儀器系統(tǒng)通過前端感溫裝置的傳感元件，將被測(cè)對(duì)象的溫度轉(zhuǎn)換為電壓或電流等模擬信號(hào)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行功率放大、濾波等處理后，變換為可被數(shù)據(jù)采集卡采集的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)。圖21溫度測(cè)量系統(tǒng)原理框3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 溫度傳感器及調(diào)理電路 傳感器選型溫度是一個(gè)基本的物理量，自然界中的一切過程無不與溫度密切相關(guān)。在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下，本世紀(jì)相繼開發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器、PN結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器。溫度是測(cè)量頻度最高的物理參數(shù)，并且可采用各種各樣的傳感器來進(jìn)行測(cè)量。溫度傳感器有四種主要類型：熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測(cè)器(RTD)和IC溫度傳感器。接觸式溫度傳感器的檢測(cè)部分與被測(cè)對(duì)象有良好的接觸，又稱溫度計(jì)。一般測(cè)量精度較高。但對(duì)于運(yùn)動(dòng)體、小目標(biāo)或熱容量很小的對(duì)象則會(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差，常用的溫度計(jì)有雙金屬溫度計(jì)、玻璃液體溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、電阻溫度計(jì)、熱敏電阻和溫差電偶等。在日常生活中人們也常常使用這些溫度計(jì)。低溫溫度計(jì)要求感溫元件體積小、準(zhǔn)確度高、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好。非接觸式溫度傳感器的敏感元件與被測(cè)對(duì)象互不接觸，又稱非接觸式測(cè)溫儀表。最常用的非接觸式測(cè)溫儀表基于黑體輻射的基本定律，稱為輻射測(cè)溫儀表。各類輻射測(cè)溫方法只能測(cè)出對(duì)應(yīng)的光度溫度、輻射溫度或比色溫度。如欲測(cè)定物體的真實(shí)溫度，則必須進(jìn)行材料表面發(fā)射率的修正。在自動(dòng)化生產(chǎn)中往往需要利用輻射測(cè)溫法來測(cè)量或控制某些物體的表面溫度，如冶金中的鋼帶軋制溫度、軋輥溫度、鍛件溫度和各種熔融金屬在冶煉爐或坩堝中的溫度。對(duì)于固體表面溫度自動(dòng)測(cè)量和控制，可以采用附加的反射鏡使與被測(cè)表面一起組成黑體空腔。利用有效發(fā)射系數(shù)通過儀表對(duì)實(shí)測(cè)溫度進(jìn)行相應(yīng)的修正，最終可得到被測(cè)表面的真實(shí)溫度。球中心附近被測(cè)表面的漫射輻射能受半球鏡反射回到表面而形成附加輻射，從而提高有效發(fā)射系數(shù)：式中ε為材料表面發(fā)射率，ρ為反射鏡的反射率。通過計(jì)算求出與介質(zhì)達(dá)到熱平衡后的圓筒空腔的有效發(fā)射系數(shù)。非接觸測(cè)溫優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量上限不受感溫元件耐溫程度的限制，因而對(duì)最高可測(cè)溫度原則上沒有限制。隨著紅外技術(shù)的發(fā)展，輻射測(cè)溫逐漸由可見光向紅外線擴(kuò)展，700℃以下直至常溫都已采用，且分辨率很高。當(dāng)測(cè)量范圍預(yù)計(jì)總量程之內(nèi)，選用鉑電阻傳感器。熱敏電阻所提供足夠大電阻變化使得這些敏感元件非常適用于窄測(cè)量范圍。最好將冰點(diǎn)也包括此范圍內(nèi)，因熱電偶分度表以此溫度基準(zhǔn)。熱電偶作為測(cè)溫元件，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、使用方便、測(cè)溫精度較高，可就地測(cè)量和遠(yuǎn)傳。熱電偶可以用來測(cè)量一200～1600℃范圍內(nèi)的溫度，有些熱電偶甚至可測(cè)2000℃以上溫度。通過熱電偶冷端補(bǔ)償進(jìn)行溫度測(cè)量是一種傳統(tǒng)、有效的方法。熱電偶具有熱電效應(yīng), 當(dāng)兩種金屬A和B 構(gòu)成閉合回路、并且在兩個(gè)結(jié)點(diǎn)存在溫度差時(shí), 就會(huì)產(chǎn)生溫差熱電勢(shì)。習(xí)慣上將參考端稱作冷端, 此端溫度即測(cè)溫儀表所處環(huán)境的溫度, k 為波耳茲曼常數(shù), q 是電子電量, ρA﹑ρB依次為金屬A、B 中自由電子的密度。 T 1 T0 時(shí)e 為負(fù)。為準(zhǔn)確測(cè)量溫度, 可將冷端置于冰水混合物中, 使之保持在0℃環(huán)境下, 但這會(huì)給測(cè)量帶來不便。而利用集成溫度傳感器不僅可實(shí)現(xiàn)熱電偶冷端溫度的自動(dòng)補(bǔ)償, 且補(bǔ)償效果更好。熱電偶的優(yōu)點(diǎn)是工作溫度范圍非常寬，而且體積極小。常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場(chǎng)合的測(cè)量。工業(yè)測(cè)溫用的熱電偶，其基本構(gòu)造包括熱電偶絲材、絕緣管、保護(hù)管和接線盒等。２、鉑銠13－鉑熱電偶（分度號(hào)為Ｒ，也稱為單鉑銠熱電偶）該熱電偶的正極為含13%的鉑銠合金，負(fù)極為純鉑，同S型相比，它的電勢(shì)率大15%左右，其它性能幾乎相同，該種熱電偶在日本產(chǎn)業(yè)界，作為高溫?zé)犭娕加玫米疃啵谥袊?guó)，則用得較少；３、鉑銠30－鉑銠6熱電偶（分度號(hào)為Ｂ，也稱為雙鉑銠熱電偶）該熱電偶的正極是含銠30%的鉑銠合金，負(fù)極為含銠6%的鉑銠合金，在室溫下，其熱電勢(shì)很小，故在測(cè)量時(shí)一般不用補(bǔ)償導(dǎo)線，可忽略冷端溫度變化的影響；長(zhǎng)期使用溫度為1600℃，短期為1800℃，因熱電勢(shì)較小，故需配用靈敏度較高的顯示儀表。鎳鉻硅－鎳硅熱電偶（分度號(hào)為Ｎ）該熱電偶的主要特點(diǎn)是：在1300℃以下調(diào)溫抗氧化能力強(qiáng)，長(zhǎng)期穩(wěn)定性及短期熱循環(huán)復(fù)現(xiàn)性好，耐核輻射及耐低溫性能好，另外，在400～1300℃范圍內(nèi)，Ｎ型熱電偶的熱電特性的線性比Ｋ型偶要好；但在低溫范圍內(nèi)（200～400℃）的非線性誤差較大，同時(shí)，材料較硬難于加工。鐵－康銅熱電偶（分度號(hào)為Ｊ）J型熱電偶,該熱電偶的正極為純鐵，負(fù)極為康銅（銅鎳合金），具特點(diǎn)是價(jià)格便宜,適用于真空氧化的還原或惰性氣氛中，溫度范圍從200～800℃，但常用溫度只是500℃以下，因?yàn)槌^這個(gè)溫度后，鐵熱電極的氧化速率加快，如采用粗線徑的絲材，尚可在高溫中使用且有較長(zhǎng)的壽命；該熱電偶能耐氫氣（Ｈ2）及一氧化碳（ＣＯ）氣體腐蝕，但不能在高溫（例如500℃）含硫（Ｓ）的氣氛中使用。除了以上8種常用的熱電偶外，作為非標(biāo)準(zhǔn)化的熱電偶還有鎢錸熱電偶，鉑銠系熱電偶，銥鍺系熱電偶，鉑鉬系熱電偶和非金屬材料熱電偶等?？蓽y(cè)量0～1300℃的介質(zhì)溫度，適宜在氧化性及惰性氣體中連續(xù)使用，短期使用溫度為1200℃，長(zhǎng)期使用溫度為1000℃，其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系近似線性。因此我國(guó)基本上用鎳鉻－鎳硅熱電偶取代了鎳鉻－鎳鋁熱電偶，國(guó)外仍有用鎳鉻－鎳鋁熱電偶。由于這種合金具有較好的高溫抗氧化性，可適用于氧化性或中性介質(zhì)中。它不能用于還原性介質(zhì)中，否則，很快腐蝕，在此情況下只能用于500度以下的測(cè)量。雖然其測(cè)量精度略低，但完全能滿足工業(yè)測(cè)溫要