溫度檢測標定裝置設計與實現

趙 玲，張光華，牟 儀，曹茂俊

(1.東北石油大學計算機與信息技術學院，黑龍江 大慶 163318；2.東北石油大學電氣信息工程學院，黑龍江 大慶 163318)

0 引言

溫度是工業(yè)生產和科學研究試驗的重要參數[1]，它直接影響研究結果、測量精度、反應效果、設備性能，而溫度控制的基礎是溫度測量[2]。隨著21世紀計算機以及電子技術的飛躍發(fā)展，如今的溫度測量儀器已解決了傳統(tǒng)測溫儀器功用單一、可視性低、不能長久保存數據的缺點[3]。人們已不單單根據物理知識進行設計與研發(fā)，而是將計算機及電子技術與物理知識相結合，研發(fā)更加精密的溫度測量儀器。

虛擬儀器是隨著計算機飛速發(fā)展而出現的高性能模塊化硬件。使用虛擬儀器的用戶可以通過操作顯示屏上的虛擬按鈕或面板，完成對被測量信號的采集、分析、判斷、調節(jié)和存儲等功能。LabVIEW是由美國國家儀器公司研制并開發(fā)的一種程序開發(fā)環(huán)境，類似于 C 和 BASIC 開發(fā)環(huán)境[4-5]。本文利用虛擬儀器LabVIEW搭建了試驗平臺，為試驗數據的準確性提供保障。

1 溫度檢測裝置

1.1 裝置模塊

溫度檢測裝置主要由五個模塊構成。①參數設置模塊，包括對溫度上下限、采樣頻率、采樣模式和物理通道等參數的設置。②溫度顯示模塊。③溫度報警模塊。當溫度過高或者過低時，通過兩個指示燈實現溫度報警功能。用戶也可以根據意愿選擇是否開啟警報聲音。④溫度曲線顯示模塊，顯示溫度走向及歷史波形。⑤程序控制模塊，可以在運行過程中，實現采集開始或停止、記錄測試數據以及清空數據、打印數據、程序退出等功能。

1.2 裝置原理

圖1 裝置總體框圖 Fig.1 Overall scheme of the device

通過圖1可知，溫度檢測裝置主要是由待測儀表、機電輔助、標準器、供電系統(tǒng)及數據采集系統(tǒng)組成。安裝待測儀表于卡盤上，通過信號線連接頭連接基表與接線背板。檢定恒溫槽中待測儀表在機電輔助系統(tǒng)的控制下依次所產生的溫度，準確記錄測定時待測儀表的電流、溫度、電阻及標準器的數據。這些數據被轉換成數據采集卡需采集的信號信息，由軟件系統(tǒng)對信號信息進行最終處理解決。

溫度檢測系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

圖2 溫度檢測裝置原理圖 Fig.2 Principle of temperature detection device

2 裝置結構

2.1 裝置硬件結構

裝置硬件結構如圖3所示。

圖3 裝置硬件結構圖 Fig.3 Structure of the hardware device

溫度測試裝置的硬件主要由信號采集系統(tǒng)、溫度傳感器、溫度變送器、顯示系統(tǒng)構成。溫度傳感器通過感受到外界的溫度得到模擬信號。模擬信號經過溫度變送器的濾波放大功能傳遞給A/D采集卡；經A/D采集卡,轉換成一定精度的數字信號,并被保存到計算機中。

硬件系統(tǒng)實現待測儀表的溫度、電阻和電流及標準器的電阻、溫度等信號的采集功能。而對于溫度變送器來說，電流信號的測量過程就是溫度的測量過程。溫度變送器需要對測量中所得到的溫度信號進行電流信號的轉換，并處理輸入濾波電路中的電流信號，把處理的信號送入采集卡的模擬輸入端。將A/D采集卡在選擇通道中所接收到的模擬信號轉換為可被計算機識別的數字信號。

在硬件設計上，采用NI公司所研發(fā)的高精度數字萬用表模塊，實現各種數據及參數的測量與收集功能。為便于數據采集，采用的硬件設備為PXIe-8840控制器、PXIe-1082機箱、240 V電源、PXI軟件系統(tǒng)、測溫電橋、工控機及精密鉑電阻溫度計。

2.2 裝置軟件功能

裝置軟件設計圖如圖4所示。

朝鮮戰(zhàn)爭爆發(fā)后，緬甸政府提出請美國培訓300名軍官，以應對中國可能的入侵，但沒得到美方的優(yōu)先考慮。[32]隨后，美國駐緬使館多次向白宮匯報，否認中國入侵緬甸的可能性，[33]懷疑仰光在夸大中國的威脅，從而獲得更多的英美軍事援助。[34]

圖4 裝置軟件設計圖 Fig.4 Overall design of software device

數據收集、顯示與處理是構成裝置軟件功能的重要部分。采集的數據是溫度檢測裝置正常實施的保證和關鍵。如果需要正確實現對溫度儀表的檢測，則必須精確收集被檢儀表的電流、電阻、溫度和標準器的溫度值，并把這些參數數據進行詳細的對比。采集溫度參數時，還需對采集的溫度數據進行存儲，在存儲時可改變它的儲存路徑。

裝置將采集的溫度數據導入到溫度顯示系統(tǒng)進行參數處理。數據顯示模塊主要完成被檢儀表和標準器參數的即時顯示以及曲線對比顯示等功能。同時，繪制出每個標準器與每個被檢溫度儀表之間的實時直觀曲線對比圖。用戶可以直觀看出每個被檢溫度儀表的轉變狀態(tài)及數據變化。

上位機軟件系統(tǒng)主要完成數據的采集與控制、對測試得到的數據進行分析、記錄、查詢等功能。上位機軟件系統(tǒng)為用戶提供了一個便于使用的操作界面。該上位機軟件主要由數據收集、數據顯示與數據處理等模塊組成。這些模塊實現了數據采集、處理、顯示與記錄等功能。

在系統(tǒng)界面的數據采集欄中，用戶可以通過下拉的菜單欄來選擇采樣的通道、溫度源的類型(例如熱電阻等)、采樣率、最高溫度區(qū)間與最低溫度區(qū)間等選項。通過系統(tǒng)界面的顯示通道溫度選項，用戶可以實時看到溫度曲線。與此同時，為了滿足用戶對于將實

際溫度曲線與理論曲線進行對比調查分析的需求，編制了對比分析顯示圖。為了實現對比分析的功能，將任意仿真曲線產生器與LabVIEW控件中的波形圖表相比較，通過設置顯示曲線圖的參數，實現了理論曲線與動態(tài)曲線的同步顯示。

3 結束語

本文所設計的基于虛擬儀器[8-14]LabVIEW的溫度檢測裝置，使測量得到的溫度數據更加精確直觀。基于虛擬儀器LabVIEW的溫度檢測裝置實用性更強。基于虛擬儀器LabVIEW的試驗平臺，為試驗結果提供了更準確的保障，減少了不必要的資源浪費。

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