毕业设计（论文）-基于LabVIEW的热电偶温度记录仪

1、本科生毕业设计说明书毕业论文题 目：基于LabVIEW的热电偶温度记录仪学生姓名：学 号：专 业：测控技术与仪器班 级：测控06-3班指导教师： 摘 要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。本设计采用基于LabVIEW的热电偶温度记录仪来实现热电偶温度记录。设计分为硬件设计与软件设计两局部。硬件主要是由热电偶温度传感器、数据采集卡、PC机组成，主要实现温度信号的采集、转换、处理等功能。采用LabVIEW8.5进行图形化编程设计了前面板。可以通过用户登录界面进入系统，前面板设计包括温度采集、温度记录、温度查询三局部

2、。在程序框图设计中，编写了用户管理、DAQ采集、通道选择、数据库访问、数据库写入、数据库查询等子VI，实现了对于四个不同通道的数据采集、记录、实时显示、报警及查询等功能。关键词：Lab VIEW；虚拟仪器；温度；采集；记录AbstractTemperature not only is an important characterization of physical equipment, but also is the heat transfer analysis in an important parameter .The test and record the temperature in

3、dustrial 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 the thermocouple

4、temperature sensor, data acquisition cards, PC systems, etc. It is mainly temperature signal acquisition, transformation, processing and other functions .Software design used LabVIEW8.5 graphical programming software. The interface can be displayed Temperature acquisition, temperature records and te

5、mperature 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 function

6、s.Key words: Lab VIEW; Virtual instrument; temperature; collection; Records目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc264805645 摘 要 PAGEREF _Toc264805645 h I HYPERLINK l _Toc264805646 Abstract PAGEREF _Toc264805646 h II HYPERLINK l _Toc264805647 第一章 绪论 PAGEREF _Toc264805647 h 1 HYPERLINK l _Toc264805648 温度记

7、录仪的开展历史及现状 PAGEREF _Toc264805648 h 1 HYPERLINK l _Toc264805649 温度记录仪分类与应用 PAGEREF _Toc264805649 h 2 HYPERLINK l _Toc264805650 研究背景及意义 PAGEREF _Toc264805650 h 2 HYPERLINK l _Toc264805651 研究背景 PAGEREF _Toc264805651 h 2 HYPERLINK l _Toc264805652 研究意义 PAGEREF _Toc264805652 h 3 HYPERLINK l _Toc264805653

8、虚拟仪器技术 PAGEREF _Toc264805653 h 3 HYPERLINK l _Toc264805654 虚拟仪器的概念 PAGEREF _Toc264805654 h 4 HYPERLINK l _Toc264805655 虚拟仪器的结构 PAGEREF _Toc264805655 h 4 HYPERLINK l _Toc264805656 虚拟仪器的技术优势 PAGEREF _Toc264805656 h 5 HYPERLINK l _Toc264805657 本章小结 PAGEREF _Toc264805657 h 6 HYPERLINK l _Toc264805658 第二

9、章 温度记录仪方案比拟与选择 PAGEREF _Toc264805658 h 8 HYPERLINK l _Toc264805659 有纸温度记录仪 PAGEREF _Toc264805659 h 8 HYPERLINK l _Toc264805660 无纸温度记录仪 PAGEREF _Toc264805660 h 8 HYPERLINK l _Toc264805661 方案比拟与选择 PAGEREF _Toc264805661 h 8 HYPERLINK l _Toc264805662 总体方案设计 PAGEREF _Toc264805662 h 9 HYPERLINK l _Toc2648

10、05663 本章小结 PAGEREF _Toc264805663 h 10 HYPERLINK l _Toc264805664 第三章 热电偶温度记录仪硬件设计 PAGEREF _Toc264805664 h 11 HYPERLINK l _Toc264805665 热电偶型号的选择 PAGEREF _Toc264805665 h 11 HYPERLINK l _Toc264805666 热电偶的开展现状 PAGEREF _Toc264805666 h 11 HYPERLINK l _Toc264805667 3.1.2 热电偶的开展趋势 PAGEREF _Toc264805667 h 12

11、HYPERLINK l _Toc264805668 热电偶冷端温度补偿与线性化处理方法 PAGEREF _Toc264805668 h 13 HYPERLINK l _Toc264805669 热电偶冷端温度补偿原理 PAGEREF _Toc264805669 h 13 HYPERLINK l _Toc264805670 3.2.2 LT1025的结构和工作原理 PAGEREF _Toc264805670 h 13 HYPERLINK l _Toc264805671 3.2.3 LT1025在K型热电偶测温中的应用 PAGEREF _Toc264805671 h 14 HYPERLINK l

12、_Toc264805672 3.2.4 LT1025在S型热电偶测温中的应用 PAGEREF _Toc264805672 h 15 HYPERLINK l _Toc264805673 数据采集卡的选择 PAGEREF _Toc264805673 h 15 HYPERLINK l _Toc264805674 本章小结 PAGEREF _Toc264805674 h 16 HYPERLINK l _Toc264805675 第四章 热电偶温度记录仪软件设计 PAGEREF _Toc264805675 h 17 HYPERLINK l _Toc264805676 热电偶温度记录仪的软件设计结构图 P

13、AGEREF _Toc264805676 h 17 HYPERLINK l _Toc264805677 4.2 软件前面板设计 PAGEREF _Toc264805677 h 17 HYPERLINK l _Toc264805678 用户登录前面板 PAGEREF _Toc264805678 h 17 HYPERLINK l _Toc264805679 温度采集前面板设计 PAGEREF _Toc264805679 h 18 HYPERLINK l _Toc264805680 温度记录前面板设计 PAGEREF _Toc264805680 h 19 HYPERLINK l _Toc264805

14、681 温度查询前面板设计 PAGEREF _Toc264805681 h 20 HYPERLINK l _Toc264805682 程序框图设计 PAGEREF _Toc264805682 h 21 HYPERLINK l _Toc264805683 用户登录模块程序设计 PAGEREF _Toc264805683 h 22 HYPERLINK l _Toc264805684 通道选择模块程序设计 PAGEREF _Toc264805684 h 24 HYPERLINK l _Toc264805685 温度采集模块程序设计 PAGEREF _Toc264805685 h 24 HYPERLI

15、NK l _Toc264805686 温度报警模块程序设计 PAGEREF _Toc264805686 h 25 HYPERLINK l _Toc264805687 数据库访问模块程序设计 PAGEREF _Toc264805687 h 25 HYPERLINK l _Toc264805689 数据库写入模块程序设计 PAGEREF _Toc264805689 h 26 HYPERLINK l _Toc264805690 数据库查询模块程序设计 PAGEREF _Toc264805690 h 27 HYPERLINK l _Toc264805692 4.4 系统程序调试 PAGEREF _To

16、c264805692 h 28 HYPERLINK l _Toc264805693 本章小结 PAGEREF _Toc264805693 h 30 HYPERLINK l _Toc264805694 第五章 总结 PAGEREF _Toc264805694 h 32 HYPERLINK l _Toc264805695 参考文献 PAGEREF _Toc264805695 h 33 HYPERLINK l _Toc264805696 附录 主程序图 PAGEREF _Toc264805696 h 35 HYPERLINK l _Toc264805698 致谢 PAGEREF _Toc264805

17、698 h 36第一章 绪论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，德国的华伦海特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32度、沸点为212度、中间分为180度的水银温度记录仪，即至今

18、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，温湿度记录仪以水的冰点为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

19、是1967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()和金凝固点()等，作为定义固定点来复现热力学温度的1。温度是工农业生产、科学试验以及日常生活中需要普遍进行测量和控制的一个重要物理量。温度的宏观概念是冷热程度的表示，温度的微观概念是大量分子运动平均强的表示。分子运动愈剧烈其温度表现越高。在工业过程控制中，温度也是一个重要的测量参数。 随着对生产效率的要求不断提高，对温度检测的要求也越来越高，融合现代检测技术和控制理论的智能检测是当今温度检测的趋势，研究和开发适用场合多样化、测温对象多样

20、化、检测设备数字化以及检测元件新型化的测温仪表是国内外测温仪表研究的重点。根据上述要求，国内外温度仪表将向以下几方面开展:1继续生产应用广泛的传统温度检测元件，如:热电偶、热敏电阻等。2加强新原理、新材料、新工艺的开发，如近来已开发的炭化硅薄膜热敏电阻温度检测器，厚膜、薄膜铂电阻温度检测器，硅单晶热敏电阻温度检测器等。3向智能化、集成化方向开展，新产品不仅要具有检测功能，又要具有判断和指令等多功能，采用微机向智能化方向开展2。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

21、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3。研究背景及意义随着现代测试技术的不断开展，以LabVIEW (Laboratory Vir

22、tual 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的一个新课题，对测控技术的开展具有相当积极的意义。研究背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、

23、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4。然而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，因此有纸温度记录仪一时还无法被无纸记录仪完全替代。进入21世纪以来， 作为测试技术的一个分支， 虚拟仪器的开发和研制在国内得到了飞速的开展。虚拟仪器是利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板， 以多种形式表达输出检测结果， 利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运

24、算、分析、处理，并利用I/O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。研究意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

25、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

26、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。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

27、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。 虚拟仪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

28、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6。1.4.2虚拟仪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GPIB、VXI、PXI和DAQ四种标准体系结构。1GPIB

29、General 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IEEE488.1和IEEE 488.2。它是最早的仪器总线，目前多数仪器都配置了遵循IEEE 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500kb/s，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

30、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 D

31、ata Acquisition数据采集，指的是基于计算机标准总线如ISA、PCI、PC/104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 6。虚拟仪器的技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

32、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7：1性能高虚拟仪器技

33、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I/O，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

34、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。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，

35、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

36、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

37、字打印。该仪表的每个通道均可直接选择接收多种热电偶、热电阻、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，操作更简便、丰富的报警功能、

38、丰富的记录和打印功能、高可靠性、采用完全隔离技术8。无纸温度记录仪热电偶测温仪的硬件由热电偶传感器、集成温度传感器AD590、信号调理模块、数据采集卡及PC四局部组成，系统结构如图2.1。图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9。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

39、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。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

40、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LabVIEW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数据采集卡上就行。运行程序，就可以得出实际的温度。系统根本原理图如图2.2所示。图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。

41、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E、J、K、R、S 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 。内部自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；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

42、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。 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，

43、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热电偶型号的选择工艺上比拟成熟是标准化热电偶，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3.1所示。表3.1标

44、准化热电偶分度表10 热电偶名称分度号热电偶识别E(100,0)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013001600 = 3 * ROMAN III600负亮白软6000.25%t铂铑13-铂R正较硬013001600 = 2 * ROMAN II11000.25%t铂铑30-铂B正较硬016001800 = 3 * ROMAN III6009004负稍软8000.5%t镍铬-镍硅K正不亲磁012001300 = 2 * ROMAN II-401300负稍亲磁 = 3 * ROMAN III-200-40镍铬硅-镍硅N正不亲磁-20012001

45、300 = 1 * ROMAN I-401100负稍亲磁 = 2 * ROMAN II-401300镍铬-康铜E正暗绿-200760850 = 2 * ROMAN II40900负亮黄 = 3 * ROMAN III-20040铜-康铜T正红色-200350400 = 2 * ROMAN II-403501负银白色 = 3 * ROMAN III-200401铁-康铜J正亲磁-200600750 = 2 * ROMAN II-40750负不亲磁本设计选用比拟常用的S型热电偶与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型热电偶的测温范围宽、线性度好、热电动势

46、较大、灵敏度高、抗氧化能力较强，在氧化和复原气氛中输出热电势都比拟稳定。热电偶的开展现状热电偶由两种不同金属或合金组成闭合回路。它们的一端通常焊接在一起形成接点，称为测量端(工作端或热端)。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

47、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

48、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13。3.1.2 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

49、,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420mA或15V标准信号传输的热电偶或热电阻系列的温度变送器(实际上应该叫信号转换器)也已小型化,可以安装在现场的热电偶或热电阻接线盒内与热电偶或热电阻成为一体。对于热电偶来说只需用两根普通导线连接而不必使用较为昂贵的补偿导线；对于热电阻来说不必再使用三根导线检测。信号转换和显示成为一体的带转换器和带显示的热电偶与热电阻那么可满足现场显示需要14。近年来,现场总线已广泛应用于许多自动化控制领域,带智能型转换器

50、的热电偶与热电阻也已面世。它采用二线制420mA或数字化输出,通过手持终端操作器接在420mA任意位置,实现数字信号通讯的现场或远距离重调。它还具有PID的控制功能。在这种情况下,420mA作为控制输出,过程变量是测量的温度值,设置那么可由操作者直接或使用一个可组态的设置操作器来调整,其输出信号可接到执行单元；同时信号的数字局部提供过程变量、输出、设置和其他转换参数或PID参数。热电偶冷端温度补偿与线性化处理方法本设计用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

51、集成芯片，它既可用于E、J、K、R、S 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 。热电偶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：EABt,0=EABt,t0+EABt0,0其中，t为实测温度； t0为冷端温度； EABt,0为冷端温度为0时，热电偶电势输出；EABt,t0为冷端温度为t0时，热电偶电势输出；EABt0,0为冷端补偿电势。上式中EABt,t0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EABt0,0,进而求出EABt,0。完成了冷端电势补偿，并通过分度表可换算出实测温度t15。 LT102

52、5的结构和工作原理LT1025的内部结构框图如图3.1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0.1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3.1 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

53、该项影响，在LT1025 中专门设计了一个非线性校正电路，其原理如下：U=t+(T-25)2式中：系数. 单位为mV/ 修正系数. 单位为 mV/2UmV 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0510-410-410-410-310-3 (S)、110-3 (T)。当直接输出10 mV/10-4。在测温要求不高时，各热电偶的修正系数可近似认为10-4。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，其补偿误差控制面板管理工具数据源ODBC，建立一个新的系统DSN并将名称填写到上面

54、系统DNS名对话框内：选择AddMicrosoft Access Driver (*.mdb)，数据源名称为math，数据库选择math.mdb。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。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。在本设计中，采用模块化设计，并由用户登录、数据库访问、通道选择、数据采集、线性化、温度报警、数据库写入和数据库查询模块组成了虚拟热电偶温度记录仪的整个程序。在

55、程序框图中，各功能实现也都比拟简单，在程序开发环境界面上点击鼠标右键在函数中都可以找到想要的模块。由于设计中表达了四通道的设计思路，有很多程序是重复的，所以我把局部程序编辑成为了子VI，在程序中反复调用。具体方法和源程序代码将在下文做详细介绍。用户登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4.6所示。图4.6用户登录图4.6中采用了用户登录子VI即user login图标，当用户名

56、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，添加用户和修改密码。倘假设用户登录

57、子VI向条件结构送一个假，事件结构停止运行。为了密码的平安，需要修改用户的密码，此局部的设计思路如图4.7所示。图4.7密码修改如上图，设计使用了user new pw 子VI实现对密码的修改。在这个子VI中将第一对话框里的密码通过数据库访问子VI写入到数据库中对应用户的密码字段内，覆盖原密码。这是在第二对话框里的密码与第一对话框密码一致的情况下写入条件结构真的的时候只执行的。但是如果两个对话框输入的不一致，那么返回一个假，条件结构那么通过单按钮对话框提示用户密码不正确。为了更多用户对程序的需求，可以在登录的状态下添加新用户。此局部设计思路如图4.8所示。图用户管理通道选择模块程序设计在设计中

58、考虑到，四个通道的数据采集需要对每个同通道的开闭进行操作。于是，在PCI6221板卡的16个输入通道中选择了前四个，即ai0ai3，对应的物理通道current physical Channel(s)分别是：Dev1/ai0、Dev1/ai1、 Dev1/ai2、Dev1/ai3进行操作。具体程序如图4.9所示。图通道选择模块通道选择模块的设计为了更好的在编写程序中的使用，同样将程序编辑成为了子VI。图4.9即为通道选择子VI模块的程序，其主要使用了编程当中的条件结构。布尔数组转化成数值输入条件结构，与条件结构中的选择一一对应，即通道1对应Dev1/ai0，通道2对应Dev1/ai1通道3对应

59、Dev1/ai2，通道4对应Dev1/ai3，这个时候，通道选择模块完成对通道物理地址的选择，与通道开关一一对应起来。温度采集模块程序设计虚拟热电偶温度记录仪设计中，要对四个个通道的数据进行记录、报警、查询的前提是对数据的采集。在前面的通道的选择模块实现其功能之后，再将选择到的对应通道的数据进行采集，就是目前设计的目的。数据的采集模块使用很普遍，在很多的相关资料中都可以见到该模块的设计方案，温度采集子VI (DAQ采集.VI) 模块的程序如图4.10所示。图温度采集模块正如上图所示，将通道选择模块的输出的物理通道地址送进DAQmx Create Virtual Channel模块DAQ创立虚拟

60、通道模块的physical channels 并将单位设置为伏特Volts最大值设置为10V，最小设置为-10V。将输出送进DAQmx Timing模块DAQmx定时模块再将数据输入DAQmx Configure Input Buffer模块DAQmx设定输入缓冲器模块大小设定为50000。然后再将数据送入DAQmx Start Task模块DAQmx开始工作模块完成数据的采集。温度报警模块程序设计为了实现系统的温度实时记录及报警设计了以下程序，如图。图报警模块正如上图所示，将动态数据转换为数组，此时温度波形数据已经数据化，为了对数组中的每一个数据进行温度上限和下限比拟判断是否超出设定值，是否