基于虛擬儀器的熱電偶檢定系統—數據采集及處理系統(專業版)

　　

【正文】 閆老師嚴謹的治學態度、淵博的知識、無私的奉獻精神使我深受啟迪。使用Advanced菜單中的Auto ScaleX和Auto Scale Y可自動調整圖表及圖形中X、Y軸的刻度區間。在采集數據前，首先要對輸入通道、采樣模式、輸入方式、每通道采樣點數、最大值與最小值以及熱電偶類型進行配置，當配置結束后，則開始進行信號采集，因為熱電偶發出的信號為毫伏級的微弱信號，所以要將此微弱信號送入信號調理模塊進行放大、濾波，再通過數據采集卡PCI6221將數據送入計算機，然后由計算機虛擬儀器平臺實現熱電偶的自動檢定。 登陸系統子VI數據流程圖 初始設置子VI初始設置子VI是對熱電偶檢定所需的一些初始項進行設置，具體內容如下：((Front Panel)設計窗口放置2個的目的是為了選擇標準偶類型與被檢偶類型，其中列出了現行國際標準規定的8種熱電偶類型(系統默認為J型熱電偶)。第六章 熱電偶檢定系統的軟件設計與開發軟件系統的設計與開發是實現標準熱電偶自動檢定過程正常運行的靈魂，同時也是本課題研究的難點和重點內容。 JKHC2型可控硅移相觸發器/調壓器產品簡介JKHC2型可控硅移相觸發器/調壓器采用板卡加模塊化結構，高性能開關電源，具有多種輸入規格。 Windows配置管理啟動MAX后，打開Devices and Interfaces節點，看到DAQ卡PCI6221是Devices1，接著配置一個虛擬通道。RSE是單端參考地模式；NRSE是單端無參考地模式；DIFF是差分模式。用相同的方法獲取3個結果，取中間值作為有效的采樣值[14][15]。但它也有缺點，由于可控硅調壓器采用移相觸發的原理，因而在負載上必然是一種有缺角的正弦波。℃。第四章 基于虛擬儀器的熱電偶自動檢定系統的設計 系統總體設計本文設計的熱電偶自動檢定系統是基于虛擬儀器的。我國的標準熱電偶檢定系統表也就是溫標的傳遞系統，.工業熱電偶主要包括工作用貴金屬熱電偶和工作用廉價金屬熱電偶。(4)材料的性質改變。J型熱電偶即鐵康銅熱電偶，它是一種價格低廉的廉價金屬的熱電偶。雖然其測量精度略低，但完全能滿足工業測溫要求，所以它是工業上最常用的熱電偶。R型熱電偶在熱電偶系列中具有準確度最高，穩定性最好，測溫溫區寬，使用壽命長等優點。第三章 熱電偶簡介 熱電偶基本概念與測溫原理 熱電偶的基本概念熱電偶是一種感溫元件，是一次儀表，它直接測量溫度，并把溫度信號轉換成熱電動勢信號，通過電氣儀表（二次儀表）轉換成被測介質的溫度。它盡可能利用了技術人員、科學家、工程師所熟悉的術語、圖標和概念，因此，LabVIEW是一個面向最終用戶的工具。然而，組建VXI總線要求有機箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造價比較高。Labview/cvi是基于文本編程的程序員提供高效的編程工具，通過三種編程語言Visual C++，Visual Basic，Labviews/cvi構成測試系統，它充分利用計算機的總線、機箱、電源及軟件的便利。PC插卡式于80年代初問世，并行口方式于1995年問世，串口USB方式于1999年問世。系統的硬件方面，檢定爐選用本學校實驗室的回轉式管式電阻爐，數據采集卡選用美國NI公司出品的PCI6221數據采集卡。這樣可以充分利用現有硬件資源，自由構建工業熱電偶自動檢定系統。另外，系統一經形成，無法隨意更改其相應參數，不能使溫度計量工程師對該系統進行修改和更新。此系統界面友好，操作靈活方便，而且可移植性和重用性強。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權說明本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業設計（論文）的規定，即：按照學校要求提交畢業設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學校可以采用影印、縮印、數字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學校可以公布論文的部分或全部內容。：任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）。在檢定過程中，操作員一方面要記錄每一熱電偶的數據，另一方面還要進行熱電偶的切換。其優點是體積小，成本低，儀表自動化程度高。而很多時候，工業熱電偶是被安裝在現場測溫，若要把它們拆卸下來放到實驗室去檢定是比較麻煩的。以通用的計算機硬件及操作系統為依托，實現各種儀器功能。在利用最新科技的時候，我們可以把它們集成到現有的測量設備，最終以較少的成本加速產品上市的時間。在標準情況下，1塊GPIB接口可帶多達14臺儀器，電纜長度可達40米。它廣泛地被工業界、學術界和研究實驗室所接受，視為一個標準的數據采集和儀器控制軟件。它的靈活性，軟、硬件的標準化令其在儀器計量領域逐漸取代傳統儀器。負極(SN)為純鉑，故俗稱為單鉑銠熱電偶。它還有一個明顯的優點是參比端不需進行冷端補償，因為在0℃~50℃范圍內，熱電勢小于3μV。3μV，經低溫檢定可作為二等標準進行低溫量值傳遞。出現這種情況是由于熱電偶由2個不同的金屬導體制成，導體內自由電子的運動產生熱電勢，它與制作熱電偶熱電極的材料均勻性有關。把兩種不同的導體(或半導體)A和B連接成閉合回路，當兩接點1與2的溫度不同時，如T To，則回路中就會產生熱電勢。將熱電偶束插入爐膛內，并把熱電偶的冷端引入零度恒溫器內。基于虛擬儀器的開放性和圖形化模塊式編程特點，可按不同的校準要求組合構建系統，此系統使用方便、快捷，而且可移植性和重用性強。當K撥向Z時，就可以實現溫度的自動控制，其控溫過程大致如下：當檢定爐爐溫發生變化時，將引起熱電偶送至PID溫度顯示調節儀的熱電勢發生變化，其輸出電流也就會隨著熱電勢的變化而變化。[13]。它是一個自帶冷端溫度補償的熱電偶輸入模塊，可接各種標準熱電偶，也可以用作插卡式數據采集板、VXI模塊或PXI模塊的調理前端，還可以將它作為完整的遠程數據采集模塊。在使用前要進行硬件安裝和軟件設置。爐殼采用薄鋼板焊制而成。只有在參考端溫度恒定的情況下，熱電勢才能正確反映測量端溫度大小。基于安全考慮，增加了預警系統，正常情況下，顯示燈為綠色，當實際溫度超過溫度范圍時，顯示燈變為紅色，同時系統開始以蜂鳴聲示警[17]。(Block Diagram)窗口在流程圖中，根據任務需要，添加 (Great or Equal)、 (Small or Equal)、 (and)、(Not) 、 ()功能圖標和條件(Case Structure)結構圖標。 溫度曲線子VI溫度曲線子VI是借助于Waveform Chart中兩條不同顏色的曲線來顯示檢定過程中被檢偶和標準偶的溫度變化情況。回想這段日子的經歷和感受，我感慨萬千，在這次畢業設計的過程中，我擁有了無數難忘的回憶和收獲。謝謝大家！。從最初的茫然，到慢慢的進入狀態，再到對思路逐漸的清晰，整個寫作過程難以用語言來表達。添加在前面板中顯示采集到的數據。具體內容如下：(Front Panel)設計窗口在前面板上放置一個“Round Led”布郎型控件，并且在程序圖中設定溫度上限與溫度下限。然后將被檢偶數值減去標準偶數值作為采樣點的誤差量，誤差量再取相反數即可得到采樣點的修正量，二者同樣以數組形式表示。圖5. 3 JKHC2型可控硅移相觸發器接線端子接線方法本檢定系統選用的JKHC2型可控硅移相觸發器/。本系統選用的熱電偶檢定爐是本學校實驗室的回轉式管式電阻爐。ao0對應模擬輸出通道0，ao1對應模擬輸出通道1。本設計使用的是由NI公司制作的一個非常易于擴展的儀器信號調節可擴展系統(SCCTC02)。從控制性能來考慮：T越小，越接近連續系統，控制精度越高，但計算量越大，使可控制的回路數越小，且執行機構來不及響應。這里使用的可控硅調壓器采用移相觸發控制電路，它主要由放大與觸發電路、反饋與預給電路、同步脈沖發生器和保護電路等部分組成。當檢定爐的爐溫達到某設定點的溫度要求時，計算機則控制數據采集程序打開指定的數據采集通道，錄入相應的標準偶和被檢偶數據。檢定可采用下列三種方法的任意一種方法。(4)測量端的熱擴散[7]。 根據《JJG35196工業用廉金屬熱電偶檢定規程》規定，新制造或使用中的熱電偶必須經檢驗合格后方可使用。它的正極（TP）是純銅，負極（TN）為銅鎳合金，常稱之為康銅，它與鎳鉻康銅的康銅EN通用，與鐵康銅的康銅JN不能通用，盡管它們都叫康銅，銅康銅熱電偶的測量溫區為200~350℃。其正極(BP)和負極(BN)的名義化學成分均為鉑銠合金，只是含量不同，故俗稱為雙鉑銠熱電偶，該熱電偶長期最高使用溫度為1600℃，短期最高使用溫度為1800℃。S型熱電偶即鉑銠10鉑熱電偶，它是一種貴金屬熱電偶。 虛擬儀器發展方向虛擬儀器精確的采樣，及時的數據處理和快速的數據傳輸使其在自動控制領域和工業控制領域得到廣泛的應用。LabVIEW的函數庫包括數據采集、GPIB、串口控制、數據分析、數據顯示及數據存儲等等。GPIB總線方式的虛擬儀器GPIB技術是IEEE488標準的虛擬儀器早期的發展階段。擴展性強 NI的軟硬件工具使得我們不再受限于當前的技術中。隨著計算機功能的日益強大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來越強大，目前已經出現含嵌入式系統的儀器。LabVIEW編程的另一個優點是將軟件的界面設計與功能設計獨立開來，修改人機交互界面無需對整個程序進行調試，這對設計像儀器操作面板這樣復雜的人機界面而言是十分方便的。就調查所得的情況來看，可歸納為以下兩大類：(1)微處理器型。因此，熱電偶作為溫度計量器件，不僅在出廠時要對它進行嚴格檢定，而且必須按照國家檢定規程和校準規范要求進行定期檢定，以此確定其誤差大小，根據誤差的大小決定被檢熱電偶是否可以繼續使用，如果誤差大小在相關檢定規程的范圍內，則給出其修正值，否則，判為不合格。涉密論文按學校規定處理。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發表或撰寫的成果作品。 Automatic test。所以，在熱電偶的檢定和分度工作中，應用虛擬儀器技術可以提高工作效率，節約成本和提高檢定及分度的準確性。因此，我還對熱電偶檢定做了如下的展望：熱電偶的檢定過去都是由人工操作完成的，這不僅工作效率低，而且會引起人為誤差。系統的軟件方面。虛擬儀器由硬件設備與接口、設備驅動軟件和虛擬儀器面板組成。另外，ISA總線的虛擬儀器已經淘汰，PCI總線的虛擬儀器價格比較昂貴。PXI具有高度可擴展性。使用它進行原理研究、設計、測試并實現儀器系統時，可以大大提高工作效率。所謂標準熱電偶是指國家標準規定了其熱電勢與溫度的關系、允許誤差、并有統一的標準分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。由于R型熱電偶的綜合性能與S型熱電偶相當，在我國一直難于推廣，除在進口設備上的測溫有所應用外，國內測溫很少采用。它是一種最新國際標準化的熱電偶，是在70年代初由澳大利亞國防部實驗室研制成功的。鐵康銅熱電偶的覆蓋測量溫區為200~1200℃，但通常使用的溫度范圍為0~750℃。(2)應力分布的不均勻。工作用廉價金屬熱電偶主要指鎳鉻鎳硅(鋁)(K型)、鎳鉻硅鎳硅(N型)、鎳鉻康銅(E型)、鐵康銅(J型)這四種熱電偶。基于虛擬儀器的熱電偶自動檢定系統的原理是首先把標準偶和被檢偶捆扎在一起，裝到管式檢定爐的最高溫區。可控硅是一種大功率半導體元器件，它具有體積小、效率高、可以控制、動作迅速、無噪聲等優點，是用來在溫度控制系統中調整交流電壓以控制電加熱器加熱功率的執行元件。 數據采集系統設計 數據采集原理模擬信號y(t)經過采樣開關抽樣成離散的模擬信號，再經A/D轉換器轉換為計算機能接受的數字信號Y(nT)。數據采集卡為I/O接口設備，對I/O接口設備的驅動是通過相應模板中的圖標函數來實現的。選擇單極性，輸入電壓范圍為0~10V；選擇雙極性，輸入電壓范圍為5V~+5V。在Data Neighborhood圖標上彈出快捷菜單選擇Create new…之后，再通過選擇Virtual Channel來配置一個從熱電偶讀取數據的通道：模擬輸入(Analog Input)通道0。自動控制時對儀表無干擾，廣泛應用于負載要求連續平滑調節、低電壓大電流以及控制精度要求較高或不允許大電流沖擊的單相控制系統。 軟件系統的整體設計系