基于labview的温度测量

1．系统设计1．1系统总体设计方案设计框图如下所示：LabVIEW操作平台LabVIEW操作平台温度信号采集电路温度控制接口电路继电器控制与加热电路继电器控制与降温电路1．2单元电路方案的论证与选择硬件电路的设计是整个实验的关键部分，我们在设计中主要考虑了这几个方面：电路简单易懂，较好的体现物理思想；可行性好，操作方便。在设计过程中有的电路有多种备选方案，我们综合各种因素做出了如下选择。1．2．1温度信号采集电路的论证与选择方案：本系统中我们采用MF58型高精度负温度系数热敏电阻器及其外围电路，组成温度信号采集电路。相比较方案一，方案二后续电路较复杂，且需进行温度标定，但由于此方案能够较好的体现物理思想，通过实验标定温度，可以使我们更好的理解模拟信号与数字信号的转化，故我们采用了此方案。MF58型高精度负温度系数热敏电阻器有许多优点：稳定性好，可靠性高；阻值范围宽：0.1-1000K；阻值精度高；由于玻璃封装，可在高温和高温等恶劣环境下使用；体积小、重量轻、结构坚固，便于自动化安装（在印制线路板上）；热感应速度快、灵敏度高。故我们采用此温敏元件。1．2．2温度控制接口电路的论证与选择我们采用频压转化电路将频率信号转化成电压信号，进而控制加热与降温电路工作。选用集成式频率／电压转换器LM2907，配以外加电路，能将经PC机处理后输出的频率信号转换为直流电压信号，电压信号控制继电器（相当于开关）工作从而使电路联通，电风扇或加热丝工作。在一定范围内，LM2907的频率和电压转换可成线性关系，可以实现电热丝加热功率和风扇转速的连续可调。由于技术原因，我们未能实现这项功能，预留此项功能，可以作为功能扩展。1．2．3加热与降温电路的论证与选择由数据选择器与两片LM2907（后接功率放大电路）分别连接加热和降温电路，实现加热功率与风扇转速的连续可调，如1.2.2所述。原理图如下：计计算机频压转换电路LM2907频压转换电路LM2907数据选择器功率放大电路功率放大电路升温电路降温电路图2加热功率与风扇转速的连续可调电路原理图1．3软件设计1.3.1主程序流程图图6源程序（二）2．单元电路设计2．1温度信号采集电路信号发生器与热敏电阻串联，提供交流信号。热敏电阻阻值随温度改变，流经电阻的交流电流有效值保持恒定，由欧姆定律可知，电阻两端的电压亦随之改变。经电压跟随器（降低信号输出阻抗）输出后，通过声卡采集数据。电路图如下所示。加入电压跟随器可以对前后级电路起到“隔离”作用。电压隔离器输出电压近似输入电压幅度，并对前级电路呈高阻状态，对后级电路呈低阻状态。极端一点去理解，当输入阻抗很高时，就相当于对前级电路开路；当输出阻抗很低时，对后级电路就相当于一个恒压源，即输出电压不受后级电路阻抗影响，使前、后级电路之间互不影响。图7温度信号采集电路2．2温度控制接口电路（频压转换电路）LM2907为集成式频率／电压转换器，芯片中包含了比较器、充电泵、高增益运算放大器，能将频率信号转换为直流电压信号，后接加热、降温电路。图8温度控制接口电路（频压转换电路）2．3继电器控制与加热电路输出信号经电流放大后控制继电器工作，继电器起开关作用，12V电源单独供电，实现“电器隔离”。图9继电器控制与加热电路2．4继电器控制与降温电路原理同升温电路。图10继电器控制与降温电路3．系统测试3.1使用的仪器仪表PC机直流电源DT－2058数字万用表信号发生器温度计3.2PID算法参数测定Kp351.3865Ti-2.65849Td0.0001773.3温度定标系统硬件连接好后，放在特定容器中，运行程序，用温度计测量容器内温度，每隔2℃记录一次温度值及其参考文献[1]LabVIEW7.1编程与虚拟仪器设计，侯国屏等[2]LABVIEW高级程序设计，杨乐平李海涛等[3]LABVIEW讲义（上册）（下册）山东大学物理与微电子学院[4]微型计算机控制技