毕业设计（论文）基于LabVIEW的热电温度记录仪.doc

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1、毕业设计论文基于LabVIEW的热电温度记录仪 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书毕业论文题 目基于LabVIEW的热电温度记录仪学生姓名郭晓飞学 号0605112317专 业测控技术与仪器班 级测控06-3班指导教师李文涛教授摘 要采用LabVIEW8设计了可关键词AbstractTemperature not only is an important characterization of physical equipment but also is the heat transfer analysis in an important parameter The test and reco

2、rd the temperature industrial applications are often experiment with teaching problems This set of virtual instrument which is based on the thermocouple temperature recorder is record the temperature of thermocouple Design is divided into hardware design and software design Hardware was designed by

3、the thermocouple temperature sensor data acquisition cards PC systems etc It is mainly temperature signal acquisition transformation processing and other functions Software design used LabVIEW85 graphical programming software The interface can be displayed Temperature acquisition temperature records

4、 and temperature query through user-side In program design I prepared a sub-VI user management DAQ acquisition channel selection database access database write database query And they achieved the four different channels for data collection recording real-time display alarm and inquiry functionsKey

5、words Lab VIEW Virtual instrument temperature collection Records目录摘 要IAbstractII第一章 绪论111温度记录仪的开展历史及现状112温度记录仪分类与应用213研究背景及意义2com景2com义314虚拟仪器技术3com器的概念4com器的结构4com器的技术优势515本章小结6第二章 温度记录仪方案比拟与选择821有纸温度记录仪822无纸温度记录仪823方案比拟与选择824总体方案设计925本章小结10第三章 热电偶温度记录仪硬件设计1131热电偶型号的选择11com的开展现状11com 热电偶的开展趋势1232热电

6、偶冷端温度补偿与线性化处理方法13com冷端温度补偿原理13com LT1025的结构和工作原理13com LT1025在K型热电偶测温中的应用14com LT1025在S型热电偶测温中的应用1533数据采集卡的选择1534本章小结16第四章 热电偶温度记录仪软件设计1741热电偶温度记录仪的软件设计结构图1742 软件前面板设计17com录前面板17com集前面板设计18com录前面板设计19com询前面板设计2043程序框图设计21com录模块程序设计22com择模块程序设计24com集模块程序设计24com警模块程序设计25com访问模块程序设计25com写入模块程序设计26com查询模

7、块程序设计2744 系统程序调试2845本章小结30第五章 总结32参考文献33附录 主程序图35致谢36第一章 绪论11温度记录仪的开展历史及现状温度记录仪是测量物体冷热程度的工业自动化仪表一般的温度测量仪表都有检测和显示两个局部最早的温度测量仪表是意大利人伽利略于1592年创造的它是一个带细长颈的大玻璃泡倒置在一个盛有葡萄酒的容器中从其中抽出一局部空气酒面就上升到细颈内当外界温度改变时细颈内的酒面因玻璃泡内的空气热胀冷缩而随之升降因而酒面的上下就可以表示温度的上下实际上这是一个没有刻度的指示器1709年德国的华伦海于荷兰首次创立温标随后他又经过多年的分度研究到1714年制成了以水的冰点为3

8、2度沸点为212度中间分为180度的水银温度记录仪即至今仍沿用的华氏温度计1742年瑞典的摄尔西乌斯制成另一种水银温度计以水的冰点为100度沸点作为 0度到1745年瑞典的林奈将这两个固定点颠倒过来这种温度计就是至今仍沿用的摄氏温度计早在1735年就有人尝试利用金属棒受热膨胀的原理制造温度计到18世纪末出现了双金属温度计1802年查理斯定律确立之后气体温度计也随之得到改良和开展其精确度和测温范围都超过了水银温度计1821年德国的塞贝克发现热电效应同年英国的戴维发现金属电阻随温度变化的规律这以后就出现了热电偶温度计和热电阻温度计1876年德国的西门子制造出第一支铂电阻温度计国际现代通用的温标是1

9、967年第13次国际权度大会通过的 1968年国际实用温标它以13个纯物质的相变点如氢三相点即氢的固液气三态共存点 -25934 水三相点 001 和金凝固点 106443 等作为定义固定点来复现热力学温度的12温度记录仪分类与应用温度记录仪分类按记录媒介分有纸温度记录仪无纸温度记录仪其中有纸温度记录仪又分为长图温度记录仪圆图温度记录仪按通道分单通道温度记录仪双通道温度记录仪多通道温度记录仪早期的温度记录仪都是有纸类型的随着计算机的普及和广泛应用无纸温度记录仪产生并因为其更准确地数据记录更方便的数据存储更便捷的数据分析功能所占市场份额逐年猛增近几年推出的带 USB接口的无纸记录仪更是极大地方便

10、了数据的下载和保存但是由于在某些场合目前有关规定必须使用有纸温度记录仪比方医疗上用的高温杀菌锅低温冷藏用于出口的食品生产等以及有纸温度记录仪无需电脑知识而适应于一些低知识水准员工操作的管理和控制有纸温度记录仪一时还无法被无纸记录仪完全替代313研究背景LabVIEW Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench 为软件平台虚拟仪器测量技术正在现代测控领域占据越来越重要的位置在热电偶温度记录工作中应用虚拟仪器技术可以提高工作效率节约本钱和提高准确性因此如何能将热电偶温度测量记录及其技术有效的与LabVIEW虚拟仪器相结合就成了温度测试领域

11、的一个新课题对测控技术的开展具有相当积极的意义com景温度是表征设备状态的重要物理量也是传热学中进行分析计算的重要参数温度测试及记录是工业应用与教学实验中经常遇到的问题早期的温度记录仪都是有纸类型的随着计算机的普及和广泛应用无纸温度记录仪产生并因为其更准确地数据记录更方便的数据存储更便捷的数据分析功能所占市场份额逐年猛增近两年推出的带USB接口的无纸记录仪更是极大的方便了数据的下载和保存由于在某些场合目前有关规定必须使用有纸温度记录仪比方医疗上用的高温杀菌锅低温冷藏用于出口的食品生产等以及有纸温度记录仪无须电脑知识而适用于一些低知识水准员工操作场合的管理和控制有纸温度记录仪一时还无法被无纸记录

12、仪完全替代IO接口设备完成信号的采集测量与调理从而完成各种测试功能的计算机仪器系统com义随着现代控制技术的开展在工业控制领域需要对现场数据进行实时采集例如在发电厂钢铁厂化工领域的生产中都需要对大量数据进行现场采集而温度采集又是其中极为重要的局部目前温度测量主要采用玻璃液体温度计人工观测这种测量方式一方面给偏远地区的观测人员带来诸多不便另一方面测量精度受人为因素影响测量误差大因此有必要采用效率和自动化水平更高的新的测量手段在农业方面温度的变化影响作物的发芽幼苗的成长作物的开花果实的成熟等等对于不同的作物其适宜的生长温度总是在一个范围超过这个范围作物或许会成活但是其生长的规律将发生明显的变化这对

13、于作物能够优质高产的目标相距甚远因此 实时获取作物生长的环境温度对超过作物生长适宜范围的温度能够报警非常重要同时作物的适宜温度范围可以由检测人员根据实际情况加以改变以LabVIEW 为代表的图形化语言又称为G语言使用这种语言编程的时候根本上不需要编写程序代码而是绘制程序流程图利用LabVIEW可以产生独立运行的可执行文件它遵循软件即仪器的概念将计算机资源仪器测控硬件和用于数据分析过程通信及图形用户界面的软件进行有效结合从而大大减少了仪器的硬件资源并可以按照用户的需要定义仪器功能和结构设计用户自己的仪器5所以在热电偶温度记录工作中应用虚拟仪器技术可以提高工作效率节约本钱和提高准确性因此如何能将热

14、电偶温度测量记录及其技术有效的与LabVIEW虚拟仪器相结合就成了温度测试领域的一个新课题对测控技术的开展具有相当积极的意义14虚拟仪器技术随着计算机技术通信技术微电子技术的高速开展仪器测量技术也开始由传统仪器向计算机化方向迈进20世纪80年代中期美国国家仪器公司National Instrument简称NI首先提出了软件就是仪器这一虚拟仪器简称概念并随之推出第一批实用成果这一创新使得用户能够根据自己的需要定义仪器功能而不像传统仪器那样受到厂商的限制虚拟仪器的出现彻底改变了传统的仪器观念开辟了测控技术的新纪元 com器的概念所谓虚拟仪器就是在通用的计算机平台上定义和设计等同常规仪器的各种功能用

15、户操作计算机的同时就是在使用一台专门的电子仪器虚拟仪器以计算机为核心充分利用计算机强大的图形界面和数据处理能力提供对测量数据的分析处理和显示功能虚拟仪器技术强调软件在测控系统中的重要的地位但也并不排斥测试硬件平台的重要性虚拟仪器测控系统通过信号采集设备和调理设备将计算机硬件和被测量硬件连接起来再通过软件取代常规仪器硬件将计算机硬件资源与仪器硬件有机地融合为一体从而把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量控制能力结合在一起大大缩小了仪器硬件的本钱和体积并通过软件来实现对数据的显示存储以及分析处理6com器的结构虚拟仪器由硬件和软件两局部组成虚拟仪器的硬件主体是电子计算机通常是个人计算机也可以是

16、任何通用电子计算机为计算机配置的电子测量仪器硬件模块是各种传感器信号调理器模拟数字转换器 ADC 数字模拟转换器 DAC 数据采集卡 DAQ 等电子计算机及其配置的电子测量仪器硬件模块组成了虚拟仪器测试硬件平台的根底虚拟仪器还可以选配开发厂家提供的系统硬件模块组成更为完善的硬件平台按照测控功能硬件的不同VI可分为GPIBVXIPXI和DAQ四种标准体系结构1GPIBGeneral purpose Interface Bus通用接口总线是计算机和仪器间的标准通讯协议GPIB的硬件规格和软件协议己纳入国际工业标准IEEE4881和IEEE 4882它是最早的仪器总线目前多数仪器都配置了遵循IEEE

17、 488的GPIB接口典型的GPIB测试系统包括一台计算机一块GPIB接口卡和假设干台GPIB仪器GPIB仪器覆盖了从比拟廉价的到非常昂贵的仪器但是GPIB的数据传输速度一般低于500kbs不大适合于对系统速度要求较高的应用2VXIVME busExtensionforinstrumentation即VME总线在仪器领域的扩展是1987年在VME总线Euro card标准 机械结构标准 和IEEE 488等标准的根底上由主要仪器制造商共同制订的开放性仪器总线标准VXI系统最多可包含256个装置主要由主机箱0槽控制器具有多种功能的模块仪器驱动软件和系统应用软件等组成系统中各功能模块可随意更换即插

18、即用可随意组成新系统VXI的价格相对较高适合于尖端的测试领域3PXI PCI extension for InstrumentationPCI在仪器领域的扩展是NI公司于1997年发布的一种新的开放性模块化仪器总线标准其核心是Compact PCI结构和Microsoft Windows软件4DAQ Data Acquisition数据采集指的是基于计算机标准总线如ISAPCIPC104等的内置功能插卡它更加充分地利用计算机的资源大大增加了测试系统的灵活性和扩展性利用DAQ可方便快速地组建基于计算机的仪器Computer-Based Instruments实现一机多型和一机多用 6com器的技

19、术优势虚拟仪器的国内外开展呈现两条主线一是GPIBVXIPXI总线方式二是PC插卡式LPT并行口式串口USB方式IEEE标准的1394口方式美国NI公司开发的LabVIEW和中国COINV开发的DASP虚拟仪器平台是国内外具有代表性的两个平台其软件各有特点互相不能替代功能互补LabVIEW平台是一个在国内外具有相当影响和大量用户的虚拟仪器开发平台它对于一般仪器的开发商学校仪器制造专业的教学以及一些特殊的用户是适宜的但由于它是用于虚拟仪器二次开发的软件而非可最终直接使用的仪器这对大量的一般直接用户即只想用虚拟仪器马上直接测试分析试验结果的用户有不方便的地方也有局限性DASP平台它是直接面向最终用

20、户的虚拟仪器库直接可以使用不需要再进行编程加工用起来非常的快捷方便精度又很高用户拿起来就可直接使用但对于专业仪器开发商或者仪器行业自己需开发虚拟仪器的用户有一定的局限性和常规仪器技术相比NI虚拟仪器技术有四大优势71性能高虚拟仪器技术是在PC技术的根底上开展起来的所以完全继承了以现成即用的PC技术为主导的最新商业技术的优点包括功能超卓的处理器和文件IO使您在数据高速导入磁盘的同时就能实时地进行复杂的分析此外不断开展的因特网和越来越快的计算机网络使得虚拟仪器技术展现其更强大的优势2扩展性强NI的软硬件工具使得工程师和科学家们不再受硬件仪器的限制这些都得益于NI软件的灵活性我们要做的只是更新计算机

21、或测量硬件就能以最少的硬件投资和极少的甚至无需软件上的升级即可改良自己的系统在利用最新科技的时候还可以把它们集成到现有的测量设备最终以较少的本钱加速产品的设计时间3开发时间少在驱动和应用两个层面上NI高效的软件构架能与计算机仪器仪表和通讯方面的最新技术结合在一起NI设计这一软件构架的初衷就是为了方便用户的操作同时还提供了灵活性和强大的功能使用户轻松地配置创立发布维护和修改高性能低本钱的测量和控制解决方案4无缝集成虚拟仪器技术从本质上说是一个集成的软硬件概念随着产品在功能上不断地趋于复杂工程师们通常需要集成多个测量设备来满足完整的测试需求而连接和集成这些不同设备总是要消耗大量的时间NI的虚拟仪器

22、软件平台为所有的IO设备提供了标准的接口帮助用户轻松地将多个测量设备集成到单个系统减少了任务的复杂性15本章小结温度是表征设备状态的重要物理量也是传热学中进行分析计算的重要参数温度采集及记录是工业应用与教学实验中经常遇到的问题为了解决上述这些问题早期仪器仪表的开发者采用了有纸记录仪随着计算机的普及和广泛应用无纸温度记录仪产生并因为其更准确地数据记录更方便的数据存储更便捷的数据分析功能所占市场份额逐年猛增进入21世纪以来随着计算机技术通信技术微电子技术的高速开展仪器测量技术也开始由传统仪器向计算机化方向迈进和常规仪器技术相比虚拟仪器技术有四大优势性能高扩展性强开发时间少无缝集成例如利用LabVI

23、EW可以产生独立运行的可执行文件它遵循软件即仪器的概念将计算机资源仪器测控硬件和用于数据分析过程通信及图形用户界面的软件进行有效结合从而大大减少了仪器的硬件资源并可以按照用户的需要定义仪器功能结构设计用户自己的仪器这一创新使得用户能够根据自己的需要定义仪器功能而不像传统仪器那样受到厂商的限制虚拟仪器的出现彻底改变了传统的仪器观念开辟了测控技术的新纪元因此在热电偶温度记录工作中如何能将热电偶温度采集记录技术有效的与LabVIEW虚拟仪器相结合就成了温度采集及记录领域的一个新课题对测控技术的开展具有相当积极的意义第二章 温度记录仪方案比拟与选择21有纸温度记录仪有纸记录仪以独特的热打印记录方式和先

24、进的微处理器控制技术实现了无与伦比的高记录清晰度高精度高可靠性多功能且便于操作可连续记录和数字打印该仪表的每个通道均可直接选择接收多种热电偶电压和电流信号并可对被测信号进行数字显示及进行趋势记录和数字记录能在本身打印的100mm宽的纸格上同时记录刻度值时间及每一个信号的曲线并将通道号印在各通道的轨迹旁可通过键盘设定测量信号种类小数点位置显示范围记录边界报警值回差系统误差的校正记录标尺数据打印间隔走纸速度打印深度及时间等参数并对所设参数加以保护广泛应用于医药石油化工冶金电力等行业及科研单位STR1000有纸记录仪具有以下显著特点高可靠性 支持网络功能强大的运算功能多样的显示功能友好的人机界面操作

25、更简便丰富的报警功能丰富的记录和打印功能高可靠性采用完全隔离技术22图21热电偶测温系统结构框图热电偶采集被测温度信号并将其转化为电压信号经仪表放大器放大滤波电路滤波后输入到数据采集卡转换为数字信号传给PC集成温度传感器AD590测量实时环境温度实现冷端温度补偿AD590是由美国模拟器件公司AD生产的恒流源式模拟集成温度传感器的特点测量误差小采用二次查表法加线性插值实现温度的测量与显示923方案比拟与选择早期的温度记录仪都是有纸类型的随着计算机的普及和广泛应用无纸温度记录仪产生并因为其更准确地数据记录更方便的数据存储更便捷的数据分析功能所占市场份额逐年猛增虚拟仪器的设计中硬件要求很低本钱低廉程

26、序为图形化语言编程容易这样在仪器仪表的设计中就可以省不少开发时间和不必要的浪费除此之外基于虚拟仪器的温度记录仪的设计中用户还可以根据自己的需要定义仪器的功能设计出符合自己要求的仪器仪表来这样的虚拟仪器开发周期短效率高综上所述本设计采用LabVIEW来实现热电偶温度的记录24总体方案设计在工业过程控制中温度是一个重要的测量参数而热电偶具有准确度高测温范围广和本钱低廉等优点使其成为工业应用中温度测量的首选本设计针对传统热电偶非线性和冷端温度补偿方法的缺乏为准确测量温度将传统的热电偶测温技术与LabVIEW相结合起来通过计算机运行LabVIEW 程序来分析处理输入数据最终由计算机显示结果利用LabV

27、IEW实现了非线性和冷端温度的高精度实时补偿热电偶对现场温度的测量信号的调理到数据采集数据分析数据处理最后到执行机构构成了一个完整的温度测量与控制系统应用了软件的特点直接进行温度的测量硬件中只需要把热电偶的两个接线端口接到集卡上就行运行程序就可以得出实际的温度图22热电偶温度记录仪系统原理图温度由热电偶从热端进行采集经过信号处理后将数据送入数据采集卡用基于LT1025的信号调理电路实现冷端温度补偿与线性化处理LT1025是美国LINEAR公司生产的低功耗热电偶冷端补偿专用集成芯片它既可用于EJKRS 和T型热电偶的冷端补偿又可构成摄氏温度计还可用于温度补偿网络中其温度补偿准确度高达05 内部自

28、带特殊的非线性校正电路以确保在整个温度测量范围内LT1025都具有较高的补偿准确度LT1025是专用的热电偶冷端温度补偿集成电路芯片内部自带特殊的非线性校正电路在070补偿范围内具有很高的温度补偿准确度其补偿绝对误差小于05该芯片的补偿输出信号为低阻抗且独立于供电电压它可和各种热电偶配套使用所构成的测温系统结构简单本钱低廉不需要调节可广泛应用于电子测量工业仪表等领域的温度测量本系统采用NI公司生产的PCI6221数据采集卡即应用虚拟仪器PC_DAQ系统PC_DAQ系统是以数据采集板信号调理电路和计算机为仪器硬件平台组成的插卡式虚拟仪器系统采用PCI计算机本身的总线故将数据采集卡 DAQ 插入计

29、算机的空槽中即可PCI6221是一种低廉的M系列数据采集卡在计算机上使用的板卡它可以采集模拟信号数字信号拥有定时器的功能同时还具有模拟输出的功能该数据采集卡具有高性能的数据采集与控制功能25本章小结 温度记录仪分为有纸记录仪和无纸记录仪早期的温度记录仪都是有纸类型的随着计算机的普及和广泛应用无纸温度记录仪产生并因为其更准确地数据记录更方便的数据存储更便捷的数据分析功能所占市场份额逐年猛增本设计采用基于LabVIEW的热电偶温度记录仪在热电偶温度记录仪的设计中运用到了基于LT1025的测温电路与PCI6221数据采集卡对数据的采集第三章 热电偶温度记录仪硬件设计31热电偶型号的选择工艺上比拟成熟

30、是标准化热电偶其能批量生产性能稳定应用广泛而且具有统一的分度表并已列入国际和国家标准文件中的热电偶标准化热电偶可以互相交换精度有一定的保证国际电工委员会IEC共推荐了8种标准化热电偶标准化热电偶的名称分度号测量范围精确度等级及允许偏差如表31所示表31标准化热电偶分度表10 热电偶名称分度号热电偶识别E 1000 mV测温范围对分度表允许偏差新极性识别长期短期等级使用温度允差铂铑10-铂S正亮白硬0646013001600III60015负亮白软 600025t铂铑13-铂R正较硬0647013001600II 60015负柔软 1100025t铂铑30-铂B正较硬033016001800II

31、I6009004负稍软 80005t镍铬-镍硅K正不亲磁4096012001300II-40130025负稍亲磁III-200-4025镍铬硅-镍硅N正不亲磁2774-20012001300I-40110015负稍亲磁II-40130025镍铬-康铜E正暗绿6319-200760850II4090025负亮黄III-2004025铜-康铜T正红色4279-200350400II-403501负银白色III-200401铁-康铜J正亲磁5269-200600750II-4075025负不亲磁本设计选用S型热电偶K型热电偶S型热电偶具有准确度高稳定性好测温温区宽使用寿命长等优点 K热电动势较大 工

32、作端或热端 而另一端置于被测温场中其参考端恒定在某一温度下 通常为0 然后通过连接导线与测量仪表相连由于热电偶两端所处的温度不同在热电偶中就有电动势产生用测量仪表测得电动势的数值后便可间接知道相应的温度或者直接由测量仪表指示出温度热电偶作为测温元件其结构简单制造容易使用方便测温精度较高可就地测量和远传在工作时只要与显示仪表配合即可测量气体液体固体的温度热电偶可以用来测量-2001600范围内的温度有些热电偶甚至可测量2000以上温度所以热电偶是使用最广泛的测温元件之一通过热电偶冷端补偿进行温度测量是一种传统有效的方法广阔技术工作人员在实际的测量检测中已经积累了较多的经验11然而广泛应用于工业和

33、科研中的热电偶传感器由于受到测量环境介质气氛使用温度以及绝缘材料和保护套管材料玷污等情况的影响使用一段时间后其热电特性会发生变化当热电特性变化超过规定的范围时热电偶指示的温度便会失真测温误差越来越大12除此之外由于热电偶热电势和温度之间的非线性以及冷端温度的不稳定影响了测温精度传统的冷端及非线性补偿方法主要有以下两种一是基于硬件的补偿但补偿电路复杂本钱较高精度不够二是基于软件的补偿通过微机进行拟合或插值实现修正普通的软件补偿对工作人员编程能力要求较高计算量大实时性不是很好因此传统补偿方法在很多场合已经不能适应现代测温的要求13com 热电偶的开展趋势国内外的许多研究机构和制造商根据工业过程自动

34、化的检测和控制要求不断设计和制造出许多新的热电偶热电阻目前的开展趋势大致如下1产品结构铠装化铠装热电偶与热电阻具有寿命长可弯曲热响应时间小耐震动等的优点倍受用户的青睐它也将逐步地代替过去用绝缘瓷珠穿丝的装配结构型式2产品结构安装套管化由于热电偶与热电阻检测元件实现了铠装化因此可以做到整机与套管别离成两局部用户可以预先将套管安装在工业过程设备上热电偶或热电阻可以在不停机情况下安装或拆卸设备中的介质不会泄漏既可靠又平安3检测信号转换和现场显示一体化随着电子产品小型化原来作为直流420mA15V420mA420mAPID的控制功能在这种情况下420mAPID参数32热电偶冷端温度补偿与线性化处理方法

35、本设计用LT1025来实现冷端温度补偿由于LT1025内部自带特殊的非线性校正电路本设计LT1025实现线性化处理LT1025是美国LINEAR公司生产的低功耗热电偶冷端补偿专用集成芯片它既可用于EJKRS 和T型热电偶的冷端补偿又可构成摄氏温度计还可用于温度补偿网络中其温度补偿准确度高达05 com冷端温度补偿原理在热电偶冷热端电势关系中有如下公式其中t为实测温度 t0为冷端温度 为冷端温度为0时热电偶电势输出为冷端温度为t0时热电偶电势输出为冷端补偿电势上式中可以直接从热电偶输出中检测到只要获取冷端温度t0就可以由分度表换算出进而求出完成了冷端电势补偿并通过分度表可换算出实测温度t15co

36、m LT1025的结构和工作原理LT1025的内部结构框图如图31所示它主要由温度传感器非线性校正电路即弓形校正电压缓冲器以及精密电阻分压器组成LT1025的供电电压为436V典型供电电流为80A当供电电压低于10V 时其芯片内部功耗引起的温升小于01缓冲器的作用是提高输出能力输出为低阻抗且独立于供电电压缓冲器的输出分为两路一路以10mV直接从端口输出另一路通过精密电阻分压器输出用于和不同型号的热电偶相配LT1025的工作温度范围为070图31 LT1025的内部结构框图16在宽温度范围内U由于热电偶的斜率会变化从而产生相对于固定斜率的准抛物线式测温误差为消除该项影响在LT1025 中专门设计

37、了一个非线性校正电路其原理如下式中系数 单位为mV 修正系数 单位为 mV2U补偿器输出单位为mV T被测对象的温度 单位为式中第一项为相对于0 的线性项第二项为相对于室温的偏差二次非线性修正项其实质为抛物线方程在05的温度范围内各热电偶的最正确修正 系数分为6610-4 E 4810-4 J 4310-4 K 1910-3 R 1910-3 S 110-3 T 当直接输出10 mV时最正确修正系数为5510-4在测温要求不高时各热电偶的修正系数可近似认为5510-4这样的电路结构使得LT1025在一个很宽的温度范围内均保持足够高的补偿准确度其补偿误差 05LT1025的各项性能指标均是在假设

38、芯片内部无温升的前提下获得的在低电压供电时这种温升可以忽略com LT1025在K型热电偶测温中的应用K型热电偶测温电路原理如图32当LT1025所测温度大于或等于0时V0端不必接入R4而是悬空直接输出10mV当测温为01000时其输出为010V PCI6221数据采集卡可直接进行采集图32 K型热电偶测温电路原理如图16com LT1025在S型热电偶测温中的应用S型热电偶测温电路原理如图33R5和稳压器主要用于失调的修正电压其输出为10 mV当测温为01000时其输出为010VPCI6221数据采集卡可直接进行采集图32 S型热电偶测温电路原理如图1033数据采集卡的选择数据采集就是将被测

39、对象的各种参量通过相应传感元件做适当转换后再经过信号调理采样量化编码传输等步骤最后送到计算机进行数据处理或存储记录的过程数据采集是仪器分析的根底必须有硬件的支撑计算机数据采集系统通过传感器获取信号并送给数据采集卡进行AD转换然后能进行存储用于数据采集的成套设备称为数据采集系统它是虚拟仪器与被测对象联系的桥梁是获取信息的重要途径本系统采用NI公司生产的PCI6221数据采集卡即应用虚拟仪器PC_DAQ系统PC_DAQ系统是以数据采集板信号调理电路和计算机为仪器硬件平台组成的插卡式虚拟仪器系统采用PCI计算机本身的总线故将数据采集卡 DAQ 插入计算机的空槽中即可PCI6221是一种低廉的M系列数

40、据采集卡在计算机上使用的板卡它可以采集模拟信号数字信号拥有定时器的功能同时还具有模拟输出的功能该数据采集卡具有高性能的数据采集与控制功能对于采集卡的设置包括数据采集卡的通道设置被测信号的输入方式和被测信号的输入范围设置设计中主要使用的是该采集卡的模拟输入与模拟输出的功能PCI6221数据采集卡具有十六个模拟输入通道两个模拟输出通道十六个模拟输入通道ai0ai1516Bit逐步逼近式可以将其设定为十六个单端信号输入方式或八个差动信号输入方式该卡具有三种不同的模拟输入模式单端有参考地输入 RSE 单端无参考地输入 NRSE 差分输入 DIFF 这里设置的是RSE输入模式PCI6221的模拟输入还可

41、以选择单极性或双极性选择单极性输入电压范围为0V10V-5V5Vao0和aol可以设置模拟输出通道为单极性或双极性输出单极性输出范围为0V10V-5V5V34本章小结软件的设计是建立在一定的硬件根底之上的本设计中程序对数据的处理需要硬件为其输入符合要求的电压信号当温度变化时热电偶在冷热两端形成电势差经基于LT1025的测温电路后转化成与温度变化大小成正比的010V的线性电压信号调试电路将输出的这个电压信号送入数据采集卡的输入端口ai0ai3转化为数字信号再输PC机进行数据处理通过软件实现温度的采集记录查询等功能到此硬件便可以通过PCI6221板卡为虚拟仪器输送合法的信号数据了第四章 热电偶温度

42、记录仪软件设计41热电偶温度记录仪的软件设计结构图根据所要实现的如温度显示记录报警查询功能要求在本设计中的软件程序设计里我将不同的功能按照不同的模块分别进行了模块化编程设计结构图如图4141热电偶温度记录仪的软件设计结构图42 软件前面板设计根据所要实现的如温度显示记录报警查询功能要求在本设计中的软件程序设计里我将不同的功能按照不同的模块分别进行了模块化编程前面板用户界面是虚拟仪器的重要组成局部仪器参数的设置测试结果显示等功能都是通过软件实现因此要求软件界面简单直接便于使用本系统采用LabVIEW85软件设计了该界面com录前面板在程序使用过程中为了防止非相关工作人员修改程序而导致本虚拟热电偶

43、温度记录仪的瘫痪需要为使用本虚拟仪器的相关技术人员设置使用权限在用户登录界面中不同的用户可使用不同的用户名及密码亦可修改密码这局部程序将在后续用户管理及密码修改中详细陈述如图42所示图42用户登录前面板在图42用户登录端的设计中实现了对软件程序和数据库数据的有效保护在图中可以看到用户在使用虚拟热电偶温度记录仪之前必须登录系统在首次使用的时候系统会自动生成一个管理员用户Admin将密码设置为123456并对用户进行提示com集前面板设计在温度采集程序设计中实现了四通道的选择及对两支S型标准热电偶两支K型标准热电偶的选择点击不同的通道开关显示不同通道的信号波形当点击多个通道时采集信号波形图显示多条

44、信号曲线即在示波器中显示所有采集到的实时数据波形而不同通道的信号波形将在温度记录界面中一一显示通过改变采样率可得到效果更好的信号波形如图43所示图43 温度采集前面板在图43温度采集前面板设计中实现了对四通道的选择及对热电偶的选择在程序运行之前有必要对程序运行环境进行初始化设置因为程序使用到了Access数据库对数据的存储及查询需要为数据库指定系统DNS数据源并为其设置驱动程序指定数据库路径这局部内容将在数据库查询局部进行详细讲述在数据库精度设置的对话框里可以为数据库设定输入数据的精度在初始化设置结束后就可以启动程序并点击采集按钮程序开始运行为指定的通道进行数据的实时显示记录及报警的功能com

45、录前面板设计在温度记录报警的程序设计中实现了对四个通道的数据实时监测及报警设置记录功能经采集并转换得到的波形的变化同时将标定后得到的温度值分别用波形和种方式显示出来适应不同用户的需求通过布尔量开关设置超限报com询前面板设计在温度查询程序设计中方系统在温度采集的过程中将采集到的数据于后台完成了记录这里实现的功能主要是在采集状态下根据用户的需要按时间查询出对应时间下的每个通道的温度数据如图45所示图45温度查询前面板在图45温度查询前面板设计中需要计算机上安装有Microsoft Access软件将本程序下载到本地计算机后需要建立与用户信息mdb的ODBC连接建立方法进入开始菜单 控制面板 管理

46、工具 数据源ODBC建立一个新的系统DSN并将名称填写到上面系统DNS名对话框内选择Add Microsoft Access Driver mdb 数据源名称为math数据库选择mathmdb点击OK完成设置设置完成之后就可以在温度查询前面板中查询用户需要的温度数据信息43程序框图设计LabVIEW的源程序为框图式的且提供了非常丰富的库函数从数据采集到仪器控制从信号产生到信号处理从数据分析到图形显示从文件读写到网络通信多种多样大大提高了用户编程的效率减轻了编程工作量com录模块程序设计为了实现对软件程序和数据库数据的有效保护设计了用户登录模块模块的作用可以使软件的前面板在不登录的情况下隐藏在选

47、项卡在登录的前提下就可以自动跳转到软件的操作界面在登录后还可以对对用户进行用户添加密码修改等管理用户登录程序设计思路如图46所示图46用户登录图46中采用了用户登录子VI即user login图标当用户名输入的时候程序先通过数据库访问子VI检查数据库里的用户数据是否为空假设为空将一个真值送入条件结构在条件结构中通过数据库访问子VI将一个用户名为Admin密码为123456的数据写入到对应的数据库并通过单按钮对话框提示用户相关信息倘假设数据库里的用户数据不为空就将一个假值送入条件结构在条件结构中通过数据库查询子VI查询数据库对应用户下的密码并与输入的密码进行比对如果相等用户登录成功不相等那么通过单按钮对话框提示用户密码出错当用户名与密码一致的时候用户登录子VI向条件结构送入一个真此时将名字为数据显示2的选项板翻开并允许使用用户管理添加用户和