基于虚拟仪器的温度测量系统设计本科毕业设计（论文）The Design of Temperature Measurement System Based onVirtual Instrument Technology学院（系）：机电系专业：机械设计制造及其自动化学生姓名：学号：指导教师（职称）：评阅教师：完成日期：- 1 -机械设计制造及其自动化专业［摘要］：论文首先简单介绍虚拟温度测量系统研究的背景、目的及意义，给出了虚拟温度测量系统总体方案的设计，然后对数据采集模块和LABVIEW的软件模块进行了设计。
基于LabVIEW为软件平台，通过热电偶冷端补偿的方法进行温度测量。
有效地运用了LabVIEW虚拟仪器技术，将诸多重要步骤都在配备硬件的普通PC电脑上完成，与传统的温度测量仪表相比，该系统具有结构简单、成本低、构建方便、工作可靠等特点．具有较高应用价值，是虚拟仪器技术应用于温度测量领域的一个典型范例。
[关键词]：温度测量；LabVIEW虚拟仪器；热电偶；冷端补偿The Design of Temperature Measurement System Based onVirtual Instrument TechnologyDesign and manufacture of machinery and automation Major MA Wen－kuiAbstract: The virtual temperature measurement system introduced in this paper can achieve the measurement, the collection, data processing, recording and display of multi-channel temperature. It uses LabVIEW as software platform，by the way of Thermocouple cold joint compensating, to complete temperature measurement. The LabVIEW virtual instrument technology is efficiently used to complete many important processes in common PC computer which is integrated of hardwares, Compared with the traditional temperature measurement instrument,this system has the advantages of simple structure,low cost，easy operation and high stability.Key words:Temperature Measurement；LabVIEW Virtual instrument；Thermocouple；Cold Joint Compensating- 2 -目录目录 (3)1 绪论 (4)1.1 虚拟温度测量系统研究的背景、目的及意义 (4)1.1.1 研究背景 (4)1.1.2 研究的目的及意义 (4)1.2 论文的设计任务及拟完成的主要工作 (5)1.2.1 设计任务 (5)1.2.2 论文完成的主要工作 (5)2 虚拟温度测量系统总体方案的设计 (5)2.1 虚拟仪器技术与LabVIEW简介 (5)2.2 总体方案的设计 (6)3 硬件系统设计 (6)3.1 温度传感器及调理电路 (6)3.1.1 传感器选型 (6)3.1.2 热电偶工作原理 (8)3.1.3 温度信号隔离器 (12)3.1.4 MC1403低压基准芯片 (13)3.2 热电偶的冷端处理与补偿 (13)4 LABVIEW软件模块的设计 (15)4.1 温度信号处理的设计 (15)4.1.1 前面板设计 (15)4.1.2 框图程序设计 (16)5 系统调试及结果分析 (22)5.1 系统调试 (22)结论及尚存在的问题 (23)致谢 (24)参考文献 (25)- 3 -1 绪论1.1 虚拟温度测量系统研究的背景、目的及意义1.1.1 研究背景虚拟仪器的技术基础是计算机技术，核心是计算机软件技术。
Labview 使用了“所见即所得”的可视化技术建立人机界面，提供了许多仪器面板中的控制对象，如表头、旋钮、开关及坐标平面图等。
所谓虚拟仪器就是以计算机作为仪器统一的硬件平台，充分利用计算机的运算、存储、回放、调用、显示及文件管理等智能化功能，同时把传统仪器的专业化功能和面板控件软件化，使之与计算机结合构成一台从外观到功能都完全与传统硬件仪器相同，同时又充分享用了计算机智能资源的全新仪器系统。
与传统仪器相比，它的最大特点就是把由仪器生产厂家定义仪器功能的方式转变为由用户自己定义仪器功能，满足多种多样的应用需求。
由于虚拟仪器的测试功能、面板控件都实现了软件化，任何使用者都可通过修改虚拟仪器的软件来改变它的功能和规模，这充分体现了“软件就是仪器”的设计思想。
虚拟仪器最有代表性的图形化编程软件是美国NI公司推出的Labview （laboratory virtual instrument engineering workbench即实验室虚拟仪器工作平台）。
Labview使用了“所见即所得”的可视化技术建立人机界面，提供了许多仪器面板中的控制对象。
如表头、旋钮、开关及坐标平面图等。
用户可以通过使用编辑器将控制对象改变为适合自己工作领域的控制对象。
就是Labview提供了多种强有力的工具箱和函数库，并集成了很多仪器硬件库。
以Labview支持多种操作系统平台，在任何一个平台上开发的Labview应用程序可直接移植到其它平台上。
1.1.2 研究的目的及意义随着现代测试技术的不断发展，以LABVIEW为软件平台虚拟仪器测量技术正在现代测控领域占据越来越重要的位置。
因此如何能将温度测量与LABVIEW 虚拟仪器相结合就成了温度测试领域的一个新课题。
目前的测温控制系统大都使用传统温度测量仪器．其功能大多都是由硬件或固化的软件来实现，而且只能通过厂家定义、设置，其功能和规格一般都是固定的，用户无法随意改变其结构和功能，因此已不能适应现代化监测系统的要求。
随着计算机技术的飞速发展，美国国家仪器公司率先提出了虚拟仪器的概念，彻底打破了传统仪器由厂家定义、用户无法改变的模式，使测控仪器发生了巨大变革。
虚拟仪器技术充分利用计算机的强大运算处理功能，突破传统仪器在数据处理、显示、传输、存储等方面的限制，通过交互式图形界面实现系统控制和显示测量数据，并使用框图模块指定各种功能。
采用集成电路温度传感器和虚拟仪器方便地构建一- 4 -个测温系统，且外围电路简单，易于实现，便于系统硬件维护、功能扩展和软件升级。
1.2 论文的设计任务及拟完成的主要工作1.2.1 设计任务本设计要求创建一个虚拟温度测量分析系统。
在测量一个实际的物理信号时，必须用一个传感器或转换器把物理信号（如温度、压力等非电量信号）转化为电信号（如电压、电流信号），再通过一个数据采集卡（含信号调理电路）对这些电信号进行处理（如滤波、放大、线性化、A/D等），将模拟信号转换为计算机可以处理的数字信号，由虚拟仪器进行计算、分析、显示，并存储结果。
技术要求：（1）所选传感器和自制的调理电路工作可靠。
（2）能够以图形方式显示信号波形，显示准确，稳定。
（3）能够实现测量数据的存储、回放、超限报警等功能。
（4）测量精度满足系统要求。
（5）界面友好、操作方便。
1.2.2 论文完成的主要工作（1）简单介绍虚拟温度测量系统研究的背景、目的及意义；（2）虚拟温度测量系统总体方案的设计；（3）选用或自行设计一个符合系统要求的数据采集卡；（4）数据采集卡通道的配置；（5）虚拟温度测量仪器前面版的设计；（6）虚拟温度测量仪器框图程序的设计；（7）系统软件调试,可实现采集数据的存储及波形显示。
2 虚拟温度测量系统总体方案的设计2.1 虚拟仪器技术与LabVIEW简介虚拟技术、计算机通信技术与网络技术是信息技术三大核心技术，其中虚拟仪器是虚拟技术的一个重要组成部分。
虚拟仪器（Virtual Instrument,简称VI）是突破传统仪器概念的最新一代测量仪器，它利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件，由用户自己定义来完成各种测试、测量和控制的应用。
其本质特征是：“软件就是仪器”。
它是基于计算机的软硬件测试平台，可代替传统的测量仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、频谱分析仪等;可集成于自动控制、工业控制系统;可自由构建成专有仪器系统。
虚拟仪器技术具有性能高、扩展性强、开发时间少和出色的集成四大优势，使其成为现代测控技- 5 -术的发展趋势。
LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench实验室虚拟仪器工程平台）是一个程序开发环境。
它使用图形化编程语言G在流程图中创建源程序，而非使用基于文本的语言来产生源程序代码。
LabVIEW 还整合了诸如满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485以及数据采集卡等硬件通讯的全部功能。
内置了便于TCP/IP、Active X等软件标准的库函数。
LabVIEW 程序被称为虚拟仪器（VIs），是因为它们的外观和操作能模仿实际的仪器。
即使用户没有多少编程经验，同样也能利用LabVIEW来开发自己的应用程序。
2.2 总体方案的设计虚拟仪器测温系统是用虚拟仪器技术改造传统的测温仪，使其具有更强大的功能。
系统框架如图所示，仪器系统通过前端感温装置的传感元件，将被测对象的温度转换为电压或电流等模拟信号，经信号调理电路进行功率放大、滤波等处理后，变换为可被数据采集卡采集的标准电压信号。
在数据采集卡内将模拟信号转换为数字信号，并在数据采集指令下将其送入计算机总线，在PC机内利用已经安装的虚拟仪器软件对采集的数据进行所需的各种处理。
图2-1温度测量系统原理框3 硬件系统设计3.1 温度传感器及调理电路3.1.1 传感器选型温度是一个基本的物理量，自然界中的一切过程无不与温度密切相关。
温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。
在半导体技术的支- 6 -持下，本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。
与之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。
温度是测量频度最高的物理参数，并且可采用各种各样的传感器来进行测量。