基于虛擬儀器LabVIEW的溫度檢測裝置

趙玲+栗健+趙靜+毛琪

摘要油田生產(chǎn)中精確檢測溫度日益被生產(chǎn)者所需要，本文介紹了虛擬儀器的工作原理，分析了溫度檢測裝置的總體構(gòu)成，構(gòu)建了基于LabVIEW的溫度自動檢定裝置。結(jié)合LabVIEW技術(shù)，對溫度檢測裝置的上位機、下位機進行了硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計和軟件程序設(shè)計后，實現(xiàn)了多檢測點不間斷檢測以及實現(xiàn)溫度儀表檢測的自動化和對電信號的采集。

關(guān)鍵詞LabVIEW 溫度 虛擬儀器 檢測裝置

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類的生產(chǎn)生活越來越離不開溫度了。因為溫度不僅是和人類生活緊密相連的，更是科學(xué)研究不可分割的一部分，從最簡單的室內(nèi)溫度監(jiān)控以及調(diào)整，到復(fù)雜的不同溫度下相關(guān)科學(xué)實驗的結(jié)果參數(shù)，已經(jīng)都離不開溫度的測量。溫度是工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究試驗中一個重要參數(shù)。當(dāng)然，隨著21世紀(jì)計算機以及電子技術(shù)的飛躍發(fā)展，人類對于溫度的測量已經(jīng)越來越精益求精，所以，對溫度測量的道路上，出現(xiàn)了更加先進的儀器以及試驗方法。

1虛擬儀器及LabVIEW簡介

1.1虛擬儀器

虛擬儀器（VirtualInstrumentation）是檢測與計算機技術(shù)和通信技術(shù)有機結(jié)合的產(chǎn)物，它是在以大量計算機、現(xiàn)代測控以及信號處理等科技為精華的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。虛擬儀器（vir-tual instrumentation）是基于計算機的儀器。它的出現(xiàn)為測控技術(shù)的發(fā)展開啟了新的方向，它是人類在信息時代取得豐碩成果的重要里程碑。虛擬儀器是以個人電腦（PC）為基礎(chǔ)，摒棄了復(fù)雜的程序編寫過程，根據(jù)具體的工程需求來實際，從而最終實現(xiàn)工程需求的新型工具。計算機的飛速發(fā)展產(chǎn)生了虛擬儀器，而虛擬儀器的產(chǎn)生又反過來促進了計算機的發(fā)展，所以，它們是相輔相成的。

1.2 LabVIEW介紹

在當(dāng)前環(huán)境下，虛擬儀器LabVIEW是世界上最通用的開發(fā)環(huán)境之一，其不但可以進行圖形化的編程語言，更是包括了像是數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、信號生成、信號處理及輸入、輸出控制等等在內(nèi)的大量功能。LabVIEW由美國國家儀器（N1）公司研制開發(fā)，是一種程序開發(fā)環(huán)境，類似于c和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計算機語言有著顯著區(qū)別：其他計算機語言采用的是基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW卻是使用的是圖形化編輯語言編寫程序，產(chǎn)生框圖形式的程序。

2溫度檢測系統(tǒng)

首先通過控制器收集到實時的溫度參數(shù)，然后把收集到的參數(shù)經(jīng)過一系列處理后，將其傳輸給上位機。由LabVIEW虛擬系統(tǒng)自生成溫度信號，使用虛擬儀器LabVIEW進行控件讀取，從而使得溫度參數(shù)通過串口取出，之后進行格式轉(zhuǎn)換的同時，使其可以出現(xiàn)在前面板上，并且還可以進一步轉(zhuǎn)換成華氏溫度；通過對采集卡接收的信號進行數(shù)據(jù)處理并進行圖形顯示，同時采集處理后的數(shù)據(jù)與檢驗檢測綜合信息系統(tǒng)實現(xiàn)共享，從而通過溫度的采集監(jiān)控實現(xiàn)對溫度數(shù)據(jù)的采集，預(yù)處理，分析，儲存和顯示，實現(xiàn)儀表檢驗檢測的自動出證。溫度檢測系統(tǒng)的組成主要是由：待測儀表、標(biāo)準(zhǔn)器、機電輔助、供電系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成的。首先，將待測儀表安放到卡盤上，通過信號線快速連接頭完成儀表與接線背板的連接，然后在機電輔助系統(tǒng)的控制下，待測儀表依次進入恒溫箱中進行溫度測定，在測定時，要注意對待測儀表的溫度、電流、電阻以及標(biāo)準(zhǔn)器的溫度進行數(shù)據(jù)的收集，通過數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換后，使之變成數(shù)據(jù)采集卡需要收集的信號，之后交給軟件系統(tǒng)進行最終的處理。

3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

硬件系統(tǒng)實現(xiàn)對待測儀表溫度、電流和電阻以及標(biāo)準(zhǔn)器電阻、溫度等信號的采集過程，實際上對于溫度變送器來說，溫度的測量過程就是電流信號的測量，測量中將測得的溫度信號轉(zhuǎn)化為電流信號之后，電流信號送入放大濾波電路進行處理，將處理后的信號送入采集卡的模擬輸入端，然后由A/D采集卡選擇通道采集把接收到的模擬信號轉(zhuǎn)換成計算機能夠識別的數(shù)字信號，然后經(jīng)過輸入輸出通道送入計算機進行后續(xù)的處理。

PXIe-8840是一款基于Intel處理器的高性能嵌入式控制器，適用于PXI Express系統(tǒng)。該控制器提供了最高2.7GHz基頻、3.4GHz（單核睿頻加速模式）主頻和單通道1600MHzDDR3內(nèi)存，最大可提供8GB容量。

PXIe-1082 8槽機箱配有高帶寬背板，可滿足各種高性能測試和測量應(yīng)用的需求。每個插槽都可插入PXI Express模塊，并通過最多4個插槽支持可兼容標(biāo)準(zhǔn)PXI混合總線的模塊。機箱的操作溫度范圍可擴展至55℃，可滿足苛刻環(huán)境的需求。將機箱與PMA-1115便攜式LCD顯示器和鍵盤附件相結(jié)合即可構(gòu)成一個一流的便攜式堅固解決方案。它還集成了最新PXI規(guī)范的所有特性，包括PXI與PXIExpress模塊支持和內(nèi)置定時與同步特性。

PXI-4071是一款7%位FlexDMM，也是一款高性能3UPXI數(shù)字萬用表（DMM），提供了以下兩種常見測試儀器的測量功能：高分辨率DMM和數(shù)字化儀。作為一款數(shù)字萬用表，PXI-4071可快速準(zhǔn)確地進行±10nV到1000V范圍內(nèi)的電壓測量、lpA到3A范圍內(nèi)的電流測量、10 到5的電阻測量以及頻率/周期和二極管測量。在高電壓隔離數(shù)字化儀模式下，PXI-4071能以1.8 MS/s的采集速率進行波形采集。LabVIEW軟件中的分析函數(shù)可用于分析時域和頻域的波形。PXI-4070具有卓越的速度、精度和功能，是生產(chǎn)和研發(fā)中的理想選擇。

3.2系統(tǒng)的軟件功能

基于溫度檢測裝置是對溫度儀表進行參數(shù)采集，并與標(biāo)準(zhǔn)的鉑電阻溫度計進行溫度對比，從而對被檢的溫度儀表進行檢測的目的，系統(tǒng)軟件系統(tǒng)所要實現(xiàn)的具體功能如下，其裝置軟件總體設(shè)計如圖1所示。

首先，數(shù)據(jù)采集是該裝置實施的關(guān)鍵和保證，若要正確的完成溫度儀表的檢測，就必須準(zhǔn)確采集被檢儀表的電阻、電流、溫度以及標(biāo)準(zhǔn)器的溫度值，并將它們做詳細的對比。收集溫度參數(shù)時還需要對收集的溫度參數(shù)進行儲存，在儲存時可以改變它的儲存路徑。

然后，系統(tǒng)收集到的溫度參數(shù)傳進溫度顯示系統(tǒng)開始參數(shù)處理。數(shù)據(jù)顯示模塊主要完成被檢儀表和標(biāo)準(zhǔn)器參數(shù)的即時顯示以及曲線對比顯示等功能，它將采集的數(shù)據(jù)實時顯示，并且繪制出每個被檢溫度儀表和標(biāo)準(zhǔn)器之間的實時曲線對比圖。

4結(jié)論

本文中設(shè)計的這種基于虛擬儀器LabVlEW的溫度檢測裝置，能更準(zhǔn)確測量溫度參數(shù)。這套溫度檢測裝置為了更準(zhǔn)確地進行實驗數(shù)據(jù)的收集，搭建了基于虛擬儀器LabVIEW的實驗平臺，這為實驗結(jié)果參數(shù)的準(zhǔn)確性提供了保障，并且避免了不必要的資源浪費，為最終帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)效率打下了堅實的基礎(chǔ)。