基于LabVIEW的多功能温度测量虚拟仪器的研究

论文摘要

温度是一个基本的物理量,它是生产过程中应用最普通、最重要的工艺参数,在工业、农业、各种高新技术的开发和研究中也是一个非常普遍和常用的测量参数。温度测量技术是现代测试技术中应用频率最高的技术之一。随着科学和经济的发展,测温学与测温技术在我国有了长足的进展,并反过来推动了科学和生产技术的进步。而信息技术的提升,传感技术的广泛应用,温度计的种类也随之越来越多,并且使得温度测试技术向自动化、智能化方向进展。伴随虚拟技术的发展和应用,不仅使得温度测量在数据采集、处理、显示、传输和存储等方面有了更方便的途径,而且在通用性方面也有了重大突破。本文分析研究了多种不同传感器的常用温度测量仪,根据各种温度测量仪的工作原理及应用领域,并结合虚拟仪器技术,最终开发了多功能温度测量虚拟仪器,主要内容包括以下几个方面：首先,在查阅国内外大量文献资料的基础上,介绍了近年来国内外温度测量技术及虚拟仪器技术的发展现状和发展趋势,阐明了温度测量技术在实际应用中的重要性,这些也指引着本文的研究方向和研究内容。第二,分析了各种不同类型测温仪的特性及工作原理,选取了比较典型的几种测温仪作为研究对象,并且结合LabVIEW虚拟仪器开发平台的技术特点,确定虚拟量仪开发方案。第三,建立不同温度传感器的温度测量数学模型,进而运用LabVIEW软件分别对各种不同传感器类型的测温模块进行设计开发,实现其温度测量功能及对不同传感器的兼容性。第四,对程序进行整合,把多个测温模块有机得结合到一起,使其实现多种传感器温度数据的采集、分析、处理、显示及存储等功能。最后,对温度测量虚拟仪器进行数据离线分析、仿真分析及误差分析,验证该虚拟仪器的可行性并优化程序。本文所设计的虚拟仪器操作界面直观,简便实用,人机交互性强；通用性强,可适用于热电阻、热电偶、辐射温度计等多种测温仪器；该虚拟仪器在温度测量方法上不仅采用了许多测温仪通用的查表法,还建立了不同温度传感器的温度测量数学模型,很好地解决了温度传感器温度特性的非线性问题并减小了温度测量的误差。该虚拟仪器结构清晰,便于相关参数修改及二次开发,使得其在温度测量方面的通用性和开放性更强。能对测量数据进行存储、传输、实时处理及离线分析,充分利用了计算机的硬件资源,并且可以附加温度反馈调节系统。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 温度测量技术研究现状及发展趋势
• 1.2.1 温度测量技术研究现状
• 1.2.2 新型温度传感器
• 1.3 虚拟仪器技术研究现状及发展趋势
• 1.3.1 测试仪器的发展
• 1.3.2 国内外虚拟仪器研究的现状
• 1.3.3 虚拟仪器的发展趋势
• 1.4 课题研究的主要内容
• 第2章 测温仪的设计方案
• 2.1 温度测量方法的分类
• 2.1.1 接触测温法
• 2.1.2 非接触测温法
• 2.1.3 接触式与非接触式测温特点比较
• 2.2 虚拟仪器技术的特点
• 2.3 应用热膨胀原理的温度计
• 2.3.1 双金属测温仪工作原理
• 2.3.2 双金属虚拟量仪设计方案
• 2.4 应用热阻效应的温度计
• 2.4.1 铂热电阻
• 2.4.2 铜热电阻
• 2.4.3 热敏电阻
• 2.4.4 热阻虚拟量仪设计方案
• 2.5 应用热电效应的温度计
• 2.5.1 热电偶测温仪工作原理
• 2.5.2 热电偶虚拟量仪设计方案
• 2.5.3 冷端温度补偿的设计方案
• 2.6 应用热辐射原理的温度计
• 2.6.1 辐射测温的基本方法
• 2.6.2 辐射测温方法的比较
• 2.6.3 全辐射虚拟量仪设计方案
• 第3章 信号采集及其硬件设备的选择
• 3.1 虚拟仪器的硬件构成方式
• 3.2 硬件型号的选择
• 3.3 DAQ助手Express Ⅵ及配置管理软件MAX
• 3.3.1 数据采集（DAQ）卡及其配置
• 3.3.2 配置管理软件MAX的设置
• 3.3.3 数据采集卡与LabVIEW的连接
• 第4章 软件设计
• 4.1 程序框架设计
• 4.2 数据采集
• 4.2.1 运用DAQ助手采集
• 4.2.2 利用数据采集DAQmx
• 4.3 数据处理
• 4.3.1 温度传感器数学模型的建立
• 4.3.2 各温标间的换算关系
• 4.3.3 各测温模块的整合
• 4.4 数据存储
• 4.5 安全控件设计
• 4.6 虚拟仪器总面板设计
• 4.7 温度数据离线分析
• 4.8 仿真分析
• 4.9 本章小结
• 第5章 误差分析
• 5.1 双金属温度计误差分析
• 5.2 热电偶误差分析
• 5.2.1 影响测量准确度的主要因素
• 5.2.2 固有特性引起的误差
• 5.2.3 检定过程中引起的误差
• 5.2.4 在感应条件下温度测量的干扰
• 5.2.5 使用注意事项
• 5.3 热电阻误差分析
• 5.3.1 热电阻自热效应引起的误差
• 0离的影响'>5.3.2 实际电阻值对R₀离的影响
• 5.3.3 连接导线引起的误差
• 5.3.4 绝缘电阻引起的误差
• 5.3.5 连接导线温度变化的影响
• 5.3.6 动态特性
• 5.3.7 测量方法及操作引起的误差
• 5.3.8 稳定性误差
• 5.4 辐射测温误差分析
• 5.4.1 光学高温计
• 5.4.2 辐射高温计
• 5.5 比色测温误差分析
• 5.6 红外温度计误差分析
• 5.7 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢