管道流量和温度实时监测系统实训报告

1、匕海第嘉二工卜14传感器与测试技术技能实习专业：机械电子工程 班级：10机工A3 姓名: 学号: 指导老师：杨淑珍日期：2014年6月16日6月27日项目：管道流量和温度实时监测系统一）内容基于 Lanview 设计一个能实时监测管道里水流量的温度和大小，并能预警。具体技术要求：1. 能实现采集并显示了两个信号的波形；2. 能实现温度的标定；3. 能对两个量大小进行实现超限预警，上下限用户可以设定；4. 生成当前测试报告，包括相应的波形；5. 其他自行设计相关功能。二）实训要求：1. 提出设计方案（提出测量原理，选用传感器，构建测试系统）2. 设计测量电路，硬件连接；3. 测试软件设计4. 利

2、用 Labview 或其它开发程序 （VB,VC 等），设计测量软件进行数据采集和分 析。5. 调试；6. 撰写实训报告。三）报告要求：1. 实训内容；2. 撰写总体设计方案，并画出测试系统图；3. 硬件选用（包括传感器、采集卡的选用和安装）4. 电路设计（包括测量电路设计、系统总电路设计）5. 测量软件设计 （包括软件流程图设计、 各功能实现方法和代码 （包括各主程序、 子程序描述及相应重要参数设置如采样通道，采样频率，采样点数的描述） ）；6. 小结和体会（可包含调试中遇到的问题）一、实训要求 二、设计思路1. 测量原理2. 测试系统框图 三、硬件选用1、传感器的选择及介绍2、电流转电压模

3、块：特点及相关参数3. 采集卡：研华 USB-4704 数据采集卡四、电路设计12五、软件设计流程图13六、程序设计141.开发平台142. 子程序介绍143. 软件系统界面16七、小结和体会20、实训要求基于 Lanview 设计一个能实时监测管道里水流量的温度和大小，并能预警。具体技术要求：1、能实现采集并显示了两个信号的波形； 2、能实现温度的标定； 3、能对两个量大小进行实现超限预警，上下限用户可以设定； 4、生成当前测试报告，包括相应的波形； 5、其他自行设计相关功能。二、设计思路1. 测量原理1）温度测量原理：我们采用热电阻测量温度的变化，其原理是利用某些导体或半导体材料的电阻随着

4、温度变化的性质，通过测量其电阻值二推测出被测介质的温度。m3/s）和质2）流量测量原理：所谓流量就是流体在单位时间内通过管道或某截面的数量称为流体的瞬时流量，简称流量。按流量测量的不同方法，流量可分为体积流量（单位有 量流量（单位kg/s）。二者均满足以下公式:Qm= P Qv式中:Qm 质量流量Qv体积流量流体的密度2. 测试系统框图三、硬件选用1、传感器的选择及介绍(1)、温度传感器：选用Pt100温度传感器,好、准确度高、耐高压等优点。因为ptioo温度传感器还具有抗振动、稳定性A、Ptioo温度传感器的主要技术参数如下:测量范围：-200 C+850 c；允许偏差值c：A 级( 0.1

5、5 + 0.002 I t I )B 级( 0.30 + 0.005 I t I );热响应时间30s ;最小置入深度：热电阻的最小置入深度200mm ;允通电流W 5mA。B、Pt100温度传感器测量原理：Pt100,就是说它的阻值在0度时为100欧姆，负200度时为18.52欧姆，200度时为175.86欧姆，800度时为375.70欧姆。对于铂热电阻 R与温度关系近似直线铂的纯度越高，精度越高，其分度表按下列Rt-t关系建立Rt=Ro(1+A*t+B*t*t);Rt=Ro1+A*t+B*t*t+C(t-100)*t*t*t式中:t表示摄氏温度Ro是零摄氏度时的电阻值，对于 Pt100,R

6、o就等于100A、B、C都是规定的系数当温度变化时，电阻回随之变化，通过温度变送器转化为电流量输出。接线图如下:PT100Pt100温度传感器传感器接线图5 亠.温度变送器PT100温度传感器采用三线式接法的原因：PT100温度传感器0C时电阻值为100 Q ,电阻变化率为0.3851 Q /C。由于其电阻值小， 灵敏 度高，所以引线的阻值不能忽略不计，采用三线式接法可消除引线线路电阻带来的测量误差，原理如下：PT100引出的三根导线截面积和长度均相同(即r1=r2=，测量铂电阻的电路一般是不平衡电桥，铂电阻(Rpt100)作为电桥的一个桥臂电阻，将导线一根(r1)接到电桥的电源端，其余两根(

7、r2、 分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，这样两桥臂都引入了相同阻值的引线电阻，电桥处于平衡状态，引线线电阻的变化对测量结果没有任何影响。内部结构电路图（2）、流量传感器选用：LWGY-10型涡轮流量传感器，因为它经过优化设计，具有结构简单、轻巧、精度高、复现性好、反应灵敏，安装维护使用方便等特点的新一代涡轮流量计。A、LWGY-10型涡轮流量传感器的主要参数:准确度：1.0级、0.5级;使用条件:1、环境温度：-20+50 C; 2、相对温度：5%- 95% 3、介质温度:-20 +80 C; 4、防爆等级：ib n BT4;介质压力:1.0 MPa;输出方式:脉冲输出或 420m

8、A两线制;B、LWGY-10型涡轮流量传感器测量的原理：流体流经传感器壳体，由于叶轮的叶片与流向有一定的角度，流体的冲力使叶片具有转动力矩， 克服摩擦力矩和流体阻力之后叶片旋转,在力矩平衡后转速稳定，在一定的条件下，转速与流速成正比，由于叶片有导磁性，它处于信号检测器（由永久磁钢和线圈组成）的磁场中，旋转的叶片切割磁力线， 周期性的改变着线圈的磁通量，从而使线圈两端感应出电脉冲信号，此信号经过放大器的放大整形，形成有定幅度的连续的矩形脉冲波，可远传至显示仪表，显示出流体的瞬时流量或总量。在一定的流量范围内，脉冲频率 f与流经传感器的流体的瞬时流量Q成正比，流量方程为:0-36OOXf脉冲频率H

9、z若以 1/L为单位Q=3.6*f/k3600 换算系数k传感器的仪表系数1/m3，由校验单给出。Q 流体的瞬时流量（工作状态下）m3/h每台传感器的仪表系数由制造厂填写在检定证书中,k值设入配套的显示仪表中，便可显示出瞬时流量和累积总量。而我们这里选择是传感器输出4-20mA电流，不是脉冲量，在通过电流电压转换模块转换转换成电压量后输入到采集卡进行电压信号的采集。Q JLWGY-10型涡轮流量传感器2、电流转电压模块：特点及相关参数尺寸：全长51mn宽23mn高18mm主芯片：双运算放大器工作电压：直流10V32V特点：主要是实现工业标准上的电流（010mA 420mA转换工业标准上的电压（

10、0 3.3V、0 5V、1 5V）。驱动能力强（如可直接驱动继电器） 电路简单实用，接线简单2输出电压范围可调通过电位器调节（灵活设置） 输出5v电源超限保护，防止输出电压超限，损伤后级电路。，线性输出电压信号输出3v-10v可调块供电正s模块供电负极丄IIVVCC J1V电流转电压模块电压信号输出屹羸忑渝j彳呼I邑$埜定时S的鸥通诅占 q|HMEtKlVInTi电流转电压内部电路图3. 采集卡：研华USB-4704数据采集卡(1 )、采集卡主要是捕获外界光电、视频、音频等模拟信号并将其数字化导入计算机进行数字处理的捕获设备，主要用图像采集卡、视频采集卡、音频采集卡(比如 声卡)、数据采集卡等

11、。由于数据采集卡等工业采集卡并不常用，因此，一般采集卡默认为静态图像采集卡、动态视频采集卡。所以采集卡又称视频捕捉卡，用它可以获取数字化视频信息，并将其存储和播放出来。很多视频采集卡能在捕捉视频信息的同时获得伴音，使音频部分和视频部分在数字化时同步保存、同步播放。 视频采集卡，英文全称为：“Video Capture Card ”，其功能是将视频信号采集到电脑中，以数据文件的形式保存在硬盘上。研华USB-4704数据采集卡，是一个即插即用数据采集模块，无需打开计算机机箱来安 装板卡，仅需插上模块，便可以采集到数据，简单高效。它在工业应用中足够可靠和安全， 却并不昂贵。它是给任何带有USB端口的

12、计算机增加测量和控制能力的最佳途径。它通过USB端口获得所需要的电源，无需连接外部电源。A *t审n V 馆-、(2)、研华USB-4711A数据米集卡的相关参数L-KT J* 知4*iJUU1up如wurJUVMt*rKMmMJAZAW?A输入输出端口分配图主要特点：USB-4711具有如下测量与控制功能：16个单端模拟量输入通道12-bit分辨率A/D转换器，采样速率高达100 kS/s8个数字量输入和8个数字量输出通道(TTL电平) 2个模拟量输出通道1个16-bit可编程计数器/定时器 每个模拟量输入通道的增益可编程自动通道/增益扫描板载用于AI通道采样的1 K采样FIFO缓存 无需外

13、部电源设备状态LED指示灯板上接线端子可移除支持高速USB 2.0自动校准功能规格主要参数表A-3：非隔离数字fi输入/输出 输入通道输入电压输出通道输出电压S路罪隔离TTL低0”0 Vjjc (最小)门.0 % bitFIHO 容量口 A吞吐童3 kHz操作模式单備输出输出范围0 * 5. 0 - 10. =5、10S度DCILE1 LSBDLE1 LSB动态性能斜率6 7 V/ps设置时间100 (达剑 FSR 的 1/2 LSB)驱动性能5 mA输出阻抗A0. 1 Q非隔离数字量输入/输出:计数器:表扎右计数器通道1分耕率32-bit性能|tTL Hi平输入频率绘人1 kHz时钟输入低0

14、.0 Vdc 最小A-0 Vpe最人）|012*0 Vg （最小）/ - 0 g （最门输入低0.0 Vk （最小）/ 10 0 （最大）高2.0 0 （绘小 J / 5. 0 Vjjc （童丸）般规格:表 A.5： 叙规格0接口类型3个可移动10针螺建塔接【1尺寸14?耳 1QQ Tnm （5. 7 X 3.9” ）功耗360 mA & +5, 0 V f 典） 4同 mA +5. 0 V绘人）温度匚作0 - 60 C （32 110 F） （请觀考 IEC 68-2-1. 2）储存-20 7 7呼 C （H - 1 昶。F）相对漫度5 95 % RH 卅凝刘；（谪参省 IEC 63-：-1

15、. 2）（2）、开关电源一CA1713A双路直流稳压电源r Y四、电路设计1.系统总电路的设计9162. 实物连接图*11 *c；：五、软件设计流程图幵始 )I 结束 )26化源代码，又称 G代码。Labview的图形化源代码在某种程度上类似于流程图，因此又被六、程序设计1开发平台Labview是一种程序开发环境，由美国国家仪器（ NI）公司研制开发的，类似于 C和BASIC开发环境，但是 Labview与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而Labview使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。Labview的函数库包括数据采集、GPI

16、B、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储，等等。Labview也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数 据及其子程序（子 VI）的结果、单步执行等等，便于程序的调试。Labview是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言，提供很多外观与传统仪器（如示波器、万用表）类似的控件，可用来方便地创建用户界面用户界面在Labview中被称为前面板。使用图标和连线,可以通过编程对前面板上的对象进行控制。这就是图形称作程序框图代码。2.子程序介绍（3）此处为设定延时时间为25ms,即每隔25ms采集一个数据点。Port位置0(4) 硬件报警：通过采集卡位端口的设置，在硬件上显示报警判

17、断信息,表示所有DO口初始化为0，BitPos位置0或1，表示选用DO0和D01这两个端口， State位置0或1表示给对应的端口送入电平 0或1，使发光二极管亮灭。(5) 生成报表子程序，这里通过事件结构产生一个触发生成报表的条件时闻按件引孫(6) 采集到的信号通过以下程序处理后直观的显示到前面板上，并且把采集到的数据存储到一个数列中，通过数列生成的一个“局部变量”产生报表文件。El|20.&|&L_276rBE3(7) 最后信息采集完毕采集卡收到停止采集命令的程序，其中蓝线表示驱动处理，黄线表示错误输出。3. 软件系统界面(1)刚进入软件时显示如下图所示。管道掘量和鵲度实时监测系统Plol

18、 心Z2402m150IDO504CJC2fliCi6.000-4.000-2.000-amo贡S叼号S-DOO-000-2.5m-iSJLtFEOLOM-2-500-iSS-RE可fflssje-S-DOO-f?P P)Ssa2(2)测量之前的波形8.000-909Plato EBB十矽眄I240-150；20040L5030LOO205D100-ifiSi/ti溟度wc6.400-Mato4.000-2-000-OlW-L3633000;?aSTK+532PlotO 愛5-000-ZSOO-acw-2.500-5.00036344.7473 I kj P4633捏示I號I(3)测量之后的波

19、形管道流量和温度实时监测系统1顫信号PlotO BBB2W-150-10050-0-34fl-5040302Q100fiSLh琅一；0imjE h-fR1/:?吾o2-2WTl-SOCiH 诜亘信号5 .000-4.000-3.000-2.0M-1.0M-&.000-I丽70 L.S676tft迫J；*E l.&7i3f/生S痔确运I1007100+ Ea 叭 I I管逍#ft量和沮度实时监测系统町0曲10.S 嘰口 X50-J2-5t =7J&0-ISM-ram- 3C55 3SW1*3.300DLOOOP ,-* iQ4OMP-ei 0J5002 WOL5001.000O-SOO2W6；A

20、 I lb 701.73045艇2；*IJ辭*1J+回鹦I十玄剝I4.主程序li.1SW -换洋：皿卜hJ；.xJL-需诡0SffTSno0-tJHZpfiirjHfflitr苗】iSKiisnss；*0画犒3H-换ha0-EZO&尸Fd 2七、小结和体会本次为期两周的传感器实训虽然路途波折， 但是在杨老师的悉心指导下我们还是圆满完成了。 虽然只有短短的两周， 但是我还是学到了很多的东西。 首先我认识到了理论与实践的差距，原来的一些实训理论与实践偏差的并不是很大，只要能弄明白课本上的一些知识就基本上没有什么问题了， 但是这次的实训彻彻底底的颠覆了我的观念，上了一个学期的 传感器与测量技术 的课程， 学习理论知识的时候感觉接受的还可以， 但是当我们把理论运用到实践的时候各种问题都产生了。以下我就谈谈我们在实训中遇到的问题和解决问题的思路。我们组这次的实训题目是用 Lanview 做一个“管道流量和温度实时监测系统” ，刚拿到题目时候感觉很简单， 也就是吧传感器连一下， 采集信号， 然后对信号进行必要的处理就行了，这是我的最初的想法。 但是当我们把问题进一步的深