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1、内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）毕业设计论文基于LabVIEW的热电偶温度巡检仪的设计与实现摘 要温度是表征设备状态的重要物理量，也是传热学中进行分析计算的重要参数，温度测试是教学实验与工业生产中经常遇到的问题。传统的温度测试仪器往往需要大量的手工操作与计算，且存在体积较大、功能单一、不可扩展等缺点。本设计针对传统仪器的上述缺陷，采用美国NI公司开发的图形化编程语言LabVIEW设计开发了一种基于虚拟仪器的热电偶温度巡检仪。热电偶温度信号经调理电路进行相应的处理后，通过数据采集卡PCI-6221送入计算机。本设计完成了基于LabVIEW的热电偶温度巡检仪的前面板及相应程序框图的设计，可
2、以巡回检测4路K型热电偶温度信号。由前面板可以设置温度测量范围、温度报警上下限、冷端温度等参数，并可以实时显示温度数值及曲线，当温度超限时给出报警提示。整个测量过程自动进行，不需要人工参与，不仅简化了操作步骤，提高了测量精度，而且系统功能可根据具体需要随时更改或扩展，与传统仪器相比具有更广阔的应用前景。 关键词：热电偶；巡检仪；虚拟仪器；LabVIEW；数据采集卡内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）Design and Implementation of Thermocouple TemperatureCycling Measure Instrument Based on LabVIEWA
3、bstractTemperature is an important physical measure that used to characterize equipment state, but also an important parameter of analysis in the heat transfer, temperature testing is a problem that often encountered in teaching experiment and industrial production. Because the traditional temperatu
4、re testing instrument often requires lots of manual operation and calculation, and there exists some shortcomings, such as the relatively large size, a single function, un-expansion. According to the shortcomings of the traditional instrument above, the design works out and develops a kind of thermo
5、couple temperature cycling measure instrument based on virtual instruments using the figurelize programable language LabVIEW that developed by NI corporation in USA. The signal of thermocouple temperature is set to the computer through the data acquisition adapter PCI-6221 after some corresponding p
6、rocess through the signal opsonin circuit. The design completes the PC-based design and corresponding program frame of the thermocouple temperature cycling measure instrument based LABVIEW，which can cyclely measure the K type thermocouple temperature signal on 4 roads .through the PC-based can set t
7、he parameters of measured temperature range、the up to bottom limit of alarming temperature、the cold tip temperature etc and show the temperature value and line real-timely，which can give the alarming cue when the temperature is out of the limited range.The whole measure process can proceed automatic
8、ally without the manpower participation，which simplifies the operation of steps ,improve the measurement accuracy , and system functions can change or expansion according to specific needs at any time, it has more broad applied prospects compared with the traditional instument. Key words: thermocoup
9、le, cycling measure instrument, virtual instruments, LabVIEW, data acquisiton adapter 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）目 录摘 要IAbstractII第一章 引 言11.1 研究背景11.2 研究概况及发展趋势11.3 本论文研究的主要内容3第二章 热电偶概述52.1 热电偶测温原理62.2 热电偶的分类92.3 热电偶的冷端温度补偿及线性化92.3.1 热电偶的冷端温度补偿92.3.2 热电偶的线性化处理方法10第三章 热电偶温度巡检仪方案选择与设计133.1 热电偶温度巡检仪133.1.1 基于
10、单片机的温度巡检仪133.1.2 基于虚拟仪器的温度巡检仪143.2 虚拟仪器的基本概念153.3 虚拟仪器的类型163.3.1 GPIB总线方式的虚拟仪器163.3.2 VXl总线方式的虚拟仪器163.3.3 PXI总线方式的虚拟仪器173.3.4 DAQ（Data AcQuisition）虚拟仪器173.4 虚拟仪器的构成193.5 虚拟仪器的发展方向203.6 虚拟仪器的应用213.7 虚拟仪器的软件开发平台22第四章 基于LabVIEW的热电偶温度巡检仪的设计244.1 系统硬件电路设计244.1.1 多路选择开关CD4052254.1.2 集成温度传感器AD590274.1.3 数据
11、采集卡PCI-6221274.1.4 信号调理的功能284.2 数据采集系统设计304.2.1 数据采集原理304.2.2 多通道采样方式304.2.3 数据采集系统的配置334.2.4 数据采集系统的实现354.2.5 常用DAQmx节点介绍354.3 系统软件设计与开发384.3.1 上位机监控系统设计394.3.2 程序子VI设计40参 考 文 献47致 谢49 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第一章 引 言1.1 研究背景科学上的重大发现，往往是由于新的观测手段的发现而获得的。从今天进入信息时代来看，仪器仪表是实现信息的获取、转化、存取、处理和揭示物质活动规律的必要工具，也是新
12、技术革命的一项重要内容。在现代化建设中，由于仪器仪表对产品质量所能起到的重要监测作用，导致了人们对其在技术上有着高层次的要求，因而仪器仪表工业是促进国民经济各部门技术进步，提高劳动生产率和社会经济效益，开发与节约能源和材料的先导工业。同时，在仪器仪表专业中，计量学是必不可少的技术基础，而在计量测试科学领域中，温度的计量与测试又是一个很重要的方面。温度是一个基本的物理量，它与其他许多物理参数都有着密切的关系，因而在工农业生产、科学研究领域和日常生活当中，都离不开温度的准确测量和精密控制。国内外仪器仪表工业中最常用的一种测温元件(或称温度传感器)就是热电偶。任何测量与控制都离不开仪器仪表，传统的测
13、量仪器模式为:独立的机箱；有面板操作按键和旋钮；有信号的输入与输出端口；有测量结果的显示方式指针、表头或数码管窗口等。传统仪器以专一、固化的形式存在，测量功能及应用范围只能由生产厂家定义、制造。一旦定型，多年技术老套，功能更新缓慢。80年代后期，国外提出了一种全新的仪器仪表概念虚拟仪器。虚拟仪器概念的提出为测量与控制领域技术的发展带来了空间，为仪器仪表的更新换代带来了机遇，同时，使进入信息时代的人们在测量观念上产生了更多的新思想和新概念。1.2 研究概况及发展趋势温度是表征物体冷热程度的物理量，是各种工艺生产过程和科学实验中非常普遍、非常重要的热工参数之一。许多产品的质量、产量、能量和过程控制
14、等都直接与温度参数有关，因此实现准确的温度测量具有十分重要的意义。热电偶是目前工业生产过程中应用最广泛的温度测量仪器之一，其工作原理是将温度信号转换成电势信号，配以测量电势信号的仪表，便可以实现温度的测量或温度信号的变换，具有性能稳定、结构简单、使用方便、经济耐用、体积小和易于维护等优点。从19世纪发展至今已有一百多年历史，现己被广泛应用于石油、化工、水利、航空、航天、核电等行业领域。热电偶温度计是指用热电偶作为感温元件，配上适当的电测仪表和其他构件的整个系统。由于其测温准确，结构简单，使用方便，故在工业和科学研究的温度测量和控制中得到了广泛应用。迄今为止，人类研究和使用过的热电偶有300多种
15、，其中的8种己经大批量投入生产和使用，成为国际标准化产品。工业热电偶的测温范围，从270到2500，几乎覆盖了整个工程领域的测温范围，测温精度可达0.1。目前约有50%的工程温度测控工作是用热电偶来完成的，特别是在钢铁、有色金属、火力发电站、航空发动机、原子能反应堆、石油精炼、化工、机械热处理等高温领域中，热电偶是最主要的测温手段。在一些实验室中，铂锗系列热电偶在3001600的温区内被用作温度标准器和精密温度计。由此可见，热电偶在现代温度测量科学和控制工业中占有十分重要的地位。随着现代科技的发展和各种尖端技术对测温的要求，为了研制出能在极端条件下和特殊环境介质中使用的新型热电偶材料，改进和提高现有热电偶的精度和可靠性，国内外投入不少人力物力进行研究和开发，重点有两方面：其一，把热电偶作为一种测温仪器，大力改进热电偶的结构，检定方法，安装技术和性能试验，最大限度地发挥热电温度计的潜力和优点；另一方面，把热电偶作为一种特殊材料，研究其热电性与化学组成、杂质元素、物理缺陷和表面状态的关系，以提高测温精度，扩大测温范围，延长使用寿命。虚拟仪器是电子测量技术与计算机技术相结合的产物，具有很好发展前景的新一类电子仪器。比起传统的电子仪器，虚拟仪器更为通用，在组建和改变仪器的功能和技术性能方面更为灵活、更为经济、更能适应迅猛发展的
