《传感器与测试技术技能实习》报告

《传感器与测试技术技能实习》报告《传感器与测试技术技能实习》报告学院：工学部1专业：机械电子工程1班级：14机工A1x姓名：陈伟伦x学号：201448122721指导教师：杨淑珍程慧慧1日期：2017年6月26日-7月7日目录TOC\o"1-2"\u一、实训要求 2二、设计思路 21.测量原理 22.测试系统框图 3三、硬件选用 31.传感器的选择及介绍 32.电流转电压模块特点及相关参数 73.采集卡：NationalInstruments-NIUSB-6001 84.实验器材： 12四、电路设计 12五、软件设计流程图 13六、LabVIEW程序设计 141.LabVIEW介绍 142.软件特点： 143.LabVIEW程序介绍 154.程序图标介绍 185.前面板界面 206.系统接通后的波形图 207.主程序 22七、小结和体会 22一、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。=2\*CHINESENUM3二、设计思路测量原理温度测量原理：我们使用热电阻传感器来测量温度，这种传感器的原理是利用铂制成的电阻的阻值会随着温度的变化而改变。流量测量原理：我们使用涡轮流量计来测量流量，当被测流体通过涡轮流量计时，流体通过导流器冲击涡轮叶片，由于涡轮叶片与流体流向间有一倾角“塞塔”，流体的冲击力对涡轮产生转动力矩，使涡轮克服机械摩擦阻力距和流动阻力距而转动。在一定范围内，对于一定黏度的流体介质，涡轮的旋转角速度与通过涡轮的流量成正比。按流量测量的不同方法，流量可分为体积流量（单位有m³/s）和质量流量（单位kg/s）。公式1：qv=f/K；公式2：qm=qvρ式中qv,qm分别为体积流量，m3/s，质量流量，kg/s；f为流量计输出信号的频率，Hz；K为流量计的仪表系数，P/m3。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：我们选用YCHSM-100型的Pt100温度传感器（图1），因为铂电阻在氧化性介质中，甚至高温下其物理、化学性质都非常稳定，因此它具有精度高、稳定性好、性能可靠的特点。Pt100温度传感器的主要技术参数如下： -200<t<0

℃

Rt=R0[1+At+Bt^2+C(t-100)t^3]0<t<850

℃

Rt=R0（1+At+Bt^2)

Rt在t℃时的电阻值

R0在0℃时的电阻值测量范围：-200℃～+850℃；允许偏差值△℃：A级±（0.15＋0.002│t│）B级±（0.30＋0.005│t│）；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≤5mA。Pt100温度传感器测量原理：pt100是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。PT后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。铂制成的热电阻其阻值与温度关系呈线性，近似直线，区别在于铂的纯度越高，其精度越高，其分度表按下列Rt-t关系建立-200<t<0

℃

Rt=R0[1+At+Bt^2+C(t-100)t^3]0<t<850

℃

Rt=R0（1+At+Bt^2)

式中：T——摄氏温度Ro——零摄氏度时的电阻值，如Pt100的Ro即为100B、C——规定系数当温度变化时，铂电阻的阻值随之变化，通过温度变送器转化为电压量输出。接线图如图2：YCHSM-100型温度传感器（图1）（图2）本实验采取输出电压型接线法，因为采集卡所能检测到的信号是电压信号。（2）流量传感器：我们采用LWGYC-10型智能涡轮流量计。LWGY系列涡轮流量传感器基于力矩平衡原理，属于速度式流量仪表。传感器具有结构简单、轻巧、精度高、复现性好、反应灵敏，安装维护使用方便等特点。广泛用于石油、化工、冶金、供水、制药、环保等行业。传感器与显示仪表配套使用，适用于测量封闭管道中无腐蚀，无纤维、颗粒等杂质，粘度小于5xm²/s的液体介质。LWGYC-10型涡轮流量传感器的主要参数：显示变送型：24VDC供电，液晶显示瞬时和累积流量，4~20mA两线制信号输出精度等级；A：精度0.5级，B：精度1级；传感器主体材质：304不锈钢；叶轮材质：2Cr13；DN4-DN40口径螺纹连接传感器的最大工作压力为6.3Mpa；DN15-DN80口径法兰连接传感器的最大工作压力为2.5Mpa；DN100-DN200口径法兰连接传感器的最大工作压力为1.6Mpa；DN4—DN10口径的传感器带有前后直管段、过滤器（Y字型）；可测介质温度：-20～＋80℃；可测介质粘度：＜5xm²/s；使用环境相对湿度：5%～90%；使用环境温度：-20～＋55℃。LWGYC-10型涡轮流量计测量的原理：液体介质流经传感器壳体，由于叶轮的叶片与流向形成特定的角度，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，转速与流速成正比，由于叶片有导磁性，它处于信号检测器的磁场中，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。信号经过放大器的放大整形，形成有一定幅度的连续的矩形脉冲波，可传输至显示仪表，显示出流体的瞬时流量或总量。在一定流量范围内，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

：

f—脉冲频率[Hz]；k—传感器的仪表系数[1/m3]或[1/L]Q—流体的瞬时流量[m3/h]或[L/h]3600—换算系数每台传感器的仪表系数k略有不同，这是由制造厂家通过流量装置实流校验得出，打印于合格证书中。对于流量计我们使用二线制的接线法，将流量信号转化为电流信号后，经过4~20mA电流转电压模块后转化成电压信号，再输入到采集卡中，因为采集卡无法检测到电流信号，只能检测到电压信号。LWGY10型涡轮流量传感器电流转电压模块特点及相关参数供电电压工作范围直流7V~30V输出电压信号0~2.5V、3.3V、5V、10V、15V。输入电流4-20ma或0-20ma（实际可以超过范围）。零点和满量程都可以调整(电位器调节）。带有隔离性质，非光耦隔离。模块尺寸：3.3*2.5cm产品封装图：电流转电压模块电流转电压模块3.采集卡：NationalInstruments-NIUSB-6001（1）采集卡的作用：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。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：“VideoCaptureCard”，其功能是将视频信号和音频信号采集到电脑中，以数据文件的形式保存在硬盘上。NIUSB-6001为全速USB设备，可用作8个单端模拟输入(AI)通道或被配置为4个差分通道。设备还包含2个模拟输出(AO)通道、13个数字输入/输出(DIO)通道和1个32位计数器。采集卡的引脚定义：②规范概要及特性产品系列：多功能DAQ测量类型：数字、电压尺寸外形：USB操作系统：WindowsRoHS规范：是隔离型：否产品认证：RoHS模拟输入单端通道：8差分通道：4模拟输入分辨率：14bits最大电压范围：-10V-10V里程数量：1同步采样*：否最大带宽：300kHZ输入阻抗：1GOhm模拟输出通道数：2分辨率：14bits修正率：5kS/s定时：硬件输出阻抗：0.2Ohm数字I/O双向通道：13定时：软件逻辑电平：LVTTL、TTL数字输入输入类型：源电流、漏电流计数器/定时器看门狗定时器：否计数器：1缓冲操作：否反跳/故障排除：否脉冲发生：否大小：32bits物理规格USB电源：总线供电部件框图：引脚和信号说明信号名称参考方向说明信息AIGND--模拟输入地－单端模拟输入测量的参考地。AI<0..7>AIGND输出模拟输入通道0至7－对于单端测量，每个信号均对应一个模拟输入电压通道。对于差分测量，AI0和AI4分别为差分模拟输入通道0的正负输入端。下列信号组也分别对应相应的差分输入通道：AI<1,5>、AI<2,6>和AI<3,7>。AOGND--模拟输出地－模拟输出的参考地。AO<0,1>AOGND输出模拟输出通道0和1－提供AO通道的电压输出。P0.<0..7>DGND输入或

输出端口0信号I/O通道0至7－可分别将每个信号配置为输入或输出。P1.<0..3>DGND输入或

输出端口1信号I/O通道0至3－可分别将每个信号配置为输入或输出。P2.0DGND输入或

输出端口2信号I/O通道0－可分别将每个信号

配置为输入或输出。PFI0,1DGND输入可编程函数接口或数字I/O通道－边沿计数

器输入或数字触发器输出。DGND--数字地－数字信号的参考地。+5vDGND输出+5V电源－提供+5V电压，驱动能力可达

150mA。USB-6001采集卡供电：本采集卡直接使用USB供电，通过USB线接到电脑即可。实验器材：5V、12V、24V电源各一个，阀门2个，4~20mA电流转电压模块，5V继电器模块，WS249可调泵，LWGYC-10流量计，YCHSM-100温度传感器，水桶、橡皮软管若干，导线若干。电路设计1.系统总电路的设计24V5V24V5V2.实物连接图:五、软件设计流程图六、LabVIEW程序设计1.LabVIEW介绍LabVIEW（LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench）是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发，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软件是NI设计平台的核心，也是开发测量或控制系统的理想选择。LabVIEW开发环境集成了工程师和科学家快速构建各种应用所需的所有工具，旨在帮助工程师和科学家解决问题、提高生产力和不断创新。与C和BASIC

一样，LabVIEW也是通用的编程系统，有一个完成任何编程任务的庞大函数库。LabVIEW的函数库包括数据采集、GPIB、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。传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序，而LabVIEW则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了VI及函数的执行顺序。VI指虚拟仪器，是LabVIEW的程序模块。LabVIEW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，因此又被称作程序框图代码。软件特点：尽可能采用了通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件。可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能更强的仪器。并且用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。3.LabVIEW程序介绍（1）信号输入部分先将传感器中对应接口的信号新建一个【DAQ助手】（右键-Express-输入）。经过一个【从动态数据转换】将采集到的动态数据转换成数组，再用【索引数组】将两个传感器的信号分离成两个数组，一个为温度信号的电压值数组，一个为流量信号的电压值数组。（2）温度信号处理部分经过【索引数组】后通过y=20x-0.1输出成温度信号的波形，波形信号通过连线输送到【波形图表】、【温度计】，再通过【数组插入】。用【反馈节点】保存VI或循环上一次的运行数据，可以使温度数据输入到数组。（3）流量信号处理部分经过【索引数组】后通过y=300.4x-331.6输出成流量信号的波形，波形信号通过连线输送到【流量计】、【波形图表】，再经过【数组插入】，用【反馈节点】保存VI或循环上一次的运行数据，可以使流量数据输入到数组。温度报警系统用比较中的【大于等于】比较信号数值大小，当温度超过设定上限时，【过热报警】灯亮，同理，当温度低于设定下限时，【低温报警】灯亮。（5）生成报表功能此处用一个【事件结构】，检测当【生成报表】布尔按钮的值变化时，输出上文（2）、（3）中最后的两组数组到报表中。过热报警和低温报警触发阀门切换原理在【条件结构】中设定一个上文提到的【过热报警】和【低温报警】两个灯的局部变量，当局部变量输出T时，输出5V到端口，可以控制后续的5伏继电器模块。在【条件结构】中设定一个上文提到的【过热报警】和【低温报警】两个灯的局部变量，当局部变量输出T时，输出5V到端口，可以控制后续的5伏继电器模块。当局部变量输出为F时，输出0到端口，继电器模块输入端失电。程序图标介绍DAQ助手DAQ助手通过NI-DAQmx创建、编辑和运行任务。关于NI-DAQmx支持设备的完整列表，见NI-DAQ自述文件。在程序框图上放置DAQ助手ExpressVI，可通过DAQ助手新建任务。创建任务后，双击DAQ助手ExpressVI可编辑该任务。如需连续进行测量或信号生成，可将DAQ助手ExpressVI置