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本科課程設計報告 題目 熱電偶的測溫及冷端補償 課程名稱:虛擬仿真技術 指導教師：秦新燕 班級 學生姓名（學號） 同組學生姓名 同組學生姓名 11級電本1 1 徐敏 鐘菲 許斯慧 完成時間： 物理與電子信息學院電子信息系 二〇一四年 目 錄 第1章 虛擬儀器課程設計的意義及任務.......................3 1.1課程設計的意義.................................3 1.2課程設計任務說明................................3 第2章 關于虛擬儀器和Labview..............................4 2.1虛擬儀器簡介...................................4 2.2 Labview概述...................................5 2.2.1Labview簡介......................... 2.2.2 什么是VI.................................. 2.2.3 Labview面板......................... 第3章 熱電偶測溫及冷端補償?shù)脑O計基礎..................... 3.1 熱電偶測溫工作原理.............................. 3.2 熱電偶冷端補償原理............................ 第4章 熱電偶測溫及冷端補償硬件和軟件設計................ 4.1 熱電偶測溫及冷端補償硬件設計.................... 4.2 熱電偶測溫及冷端補償軟件設計................... 4.2.1 模型的建立................................ 4.2.2 溫度補償?shù)碾娐吩O計....................... 4.2.3 放大電路設計.............................. 4.2.4 直流穩(wěn)壓源設計........................... 4.3 LabVIEW虛擬儀器設計....................... 4.3.1 數(shù)據(jù)顯示子程序設計....................... 4.3.2 接口電路的設計與編譯....................... 第5章 綜合電路仿真....................... 5.1 熱電偶及熱電偶補償子電路分析................... 5.2 直流穩(wěn)壓源子電路分析....................... 5.2.1 電橋整流輸出電壓....................... 5.2.2 濾波后輸出電壓....................... 5.2.3 接三端穩(wěn)壓后輸出....................... 5.2.4 電壓調(diào)整率....................... 5.2.5 電流調(diào)整率....................... 5.2.6 紋波電壓....................... 5.2.7輸出抗干擾電路分析 ....................... 第六章 心得體會與設計總結...................... 參考文獻 ..............................................10 第一章 虛擬儀器課程設計的意義及任務 1.1 課程設計的意義 虛擬儀器是隨著計算機技術、電子測量技術和通信技術發(fā)展起來的一種新型儀器。在國外，虛擬儀器技術已經(jīng)比較熟了，由于其很強的靈活性，使得該技術非常適用于現(xiàn)代復雜的測試測量系統(tǒng)中。近幾年，虛擬儀器技術在國內(nèi)的發(fā)展勢也越來越受到重視。成熟的虛擬儀器技術由三大部分組成：高效的軟件編程環(huán)境、模塊化儀器和一個支持模塊化I/O集成的開放的硬件構架，該課程設計的目的就是，通過一些功能簡單的儀表系統(tǒng)的設計，要在這三個方面上有更深一步的了解。 1.2課程設計任務說明 本課程設計分為四個部分，其一為熱電偶測溫系統(tǒng)設計，其二為溫度補償?shù)碾娐吩O計，其三為放大電路設計，其四為直流穩(wěn)壓源設計。這四部分的具體要求如下： 1、 熱電偶測溫系統(tǒng)設計 在LABVIEW 8.5的軟件環(huán)境下，應用熱電式傳感器、時域信號采集器和一些運放電路設計一個熱電偶測溫系統(tǒng)，其功能要求如下： 1） 設計一個量程范圍為0~100℃的溫度顯示器； 2） 可以連續(xù)測溫，并做記錄； 3） 如果溫度超出范圍就報警。 2、 溫度補償?shù)碾娐吩O計 在Multisim10.0的軟件環(huán)境下，功能要求如下： 1）保持冷端溫度為0； 2）當冷端溫度產(chǎn)生誤差時要進行冷端補償。 3、 放大電路設計 在Multisim10.0的軟件環(huán)境下，功能要求如下： 1）RW1可調(diào)節(jié)放大器的放大倍數(shù)； 2）RW2用于電路調(diào)零； 3）對電橋、比例放大的調(diào)零和增益的調(diào)整。 4、 直流穩(wěn)壓源設計 在Multisim10.0的軟件環(huán)境下，功能要求如下： 1） 實現(xiàn)交流—直流的轉(zhuǎn)換； 2） 提供穩(wěn)定的供電電壓。 第2章 關于虛擬儀器和Labview 2.1 虛擬儀器簡介 虛擬儀器是在PC機基礎上通過數(shù)采、信號調(diào)理硬件、信號處理分析(DASP) 及各種應用軟件構架而成的具有可視化界面的儀器，是一種全新概念的測試儀器。就其用途而言，它具有真實儀器的各項功能，是一套真實的儀器。而虛擬的含義是指用軟件來實現(xiàn)傳統(tǒng)儀器中許多硬件所實現(xiàn)的功能，甚至是傳統(tǒng)儀器無法實現(xiàn)的功能。用軟件制造儀器、用軟件代替硬件，可以滿足多領域、多樣化的應用和擴展需求。虛擬儀器的應用前景極其廣泛，它相當于一個“便攜式試驗室”，可以為科學儀器與科學試驗領域帶來一次深遠的技術革命。虛擬儀器的出現(xiàn)最終將取代大量的傳統(tǒng)儀器成為儀器領域的主流產(chǎn)品，成為測量、分析、控制及自動化儀表的核心。軟件可以積聚人類的各種智慧，經(jīng)全面推廣，將來可以發(fā)展為智慧儀器。通過應用大量的軟件和嵌入式芯片發(fā)展人腦工程，進行信號和信息處理，是智慧機器人的基礎，并成為機器人的核心技術。目前計算機與互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)普及并深入到家庭，為推廣應用虛擬儀器提供了廣泛的基礎。 虛擬儀器的五大特點： 1　 具有可變性、多層性、自主性的面板； 2　 強大的信號處理功能； 3　 虛擬儀器的功能、性能、指標可由用戶定義； 4　 具有標準的、功能強大的接口總線、板卡以及相應軟件； 5　 虛擬儀器具有開發(fā)周期短、成本低、維護方便、易于應用的特點。 2.2 Labview概述 2.2.1 Labview簡介 LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一種用圖標代替文本行創(chuàng)建應用程序的圖形化編程語言。傳統(tǒng)文本編程語言根據(jù)語句和指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序，而 LabVIEW 則采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點之間的數(shù)據(jù)流向決定了VI及函數(shù)的執(zhí)行順序。 2.2.2 什么時VI？ VI是虛擬儀器的簡寫,它還是LabVIIW的一個程序。這類似C語言中的.C或者C++的.cpp。 一個VI可以實現(xiàn)一個函數(shù)或某項功能。可以被其它的VI調(diào)用。LabVIEW通過這樣的方式，實現(xiàn)模塊化編程。通俗的來說就是文本語言的函數(shù)，這不過vi是以圖標的形式出現(xiàn)的。 2.2.2 Labview面板 　1. 前面板 　　使用輸入控制和輸出顯示來構成前面板?？刂剖怯脩糨斎霐?shù)據(jù)到程序的接口。而顯示是輸出程序產(chǎn)生的數(shù)據(jù)接口?？刂坪惋@示有許多種類，可以從控制模板的各個子模板中選取。 　　兩種最常用的前面板對象是數(shù)字控制和數(shù)字顯示。若想要在數(shù)字控制中輸入或修改數(shù)值，你只需要用操作工具（見工具模板）點擊控制部件和增減按鈕，或者用操作工具或標簽工具雙擊數(shù)值欄進行輸入數(shù)值修改。 　　2. 框圖程序 　　框圖程序是由節(jié)點、端點、圖框和連線四種元素構成的。 　　節(jié)點類似于文本語言程序的語句、函數(shù)或者子程序。LabVIEW有二種節(jié)點類型----函數(shù)節(jié)點和子VI節(jié)點。兩者的區(qū)別在于：函數(shù)節(jié)點是LabVIEW以編譯好了的機器代碼供用戶使用的，而子VI節(jié)點是以圖形語言形式提供給用戶的。用戶可以訪問和修改任一子VI節(jié)點的代碼，但無法對函數(shù)節(jié)點進行修改。上面的框圖程序所示的VI程序有兩個功能函數(shù)節(jié)點，一個函數(shù)使兩個數(shù)值相加，另一個函數(shù)使兩數(shù)相減。 　　端點是只有一路輸入/輸出，且方向固定的節(jié)點。LabVIEW有三類端點----前面板對象端點、全局與局部變量端點和常量端點。對象端點是數(shù)據(jù)在框圖程序部分和前面板之間傳輸?shù)慕涌?。一般來說，一個VI的前面板上的對象（控制或顯示）都在框圖中有一個對象端點與之一一對應。當在前面板創(chuàng)建或刪除面板對象時，可以自動創(chuàng)建或刪除相應的對象端點?？刂茖ο髮亩它c在框圖中是用粗框框住的，如例子中的A和B端點。它們只能在VI程序框圖中作為數(shù)據(jù)流源點。顯示對象對應的端點在框圖中是用細框框住的。如例子中的A+B和A-B端點。它們只能在VI程序框圖中作為數(shù)據(jù)流終點。常量端點永遠只能在VI程序框圖中作為數(shù)據(jù)流源點。 　　圖框是LabVIEW實現(xiàn)程序結構控制命令的圖形表示。如循環(huán)控制、條件分支控制和順序控制等，編程人員可以使用它們控制VI程序的執(zhí)行方式。代碼接口節(jié)點（CIN）是框圖程序與用戶提供的C語言文本程序的接口。 　　連線是端口間的數(shù)據(jù)通道。它們類似于普通程序中的變量。數(shù)據(jù)是單向流動的，從源端口向一個或多個目的端口流動。不同的線型代表不同的數(shù)據(jù)類型。在彩顯上，每種數(shù)據(jù)類型還以不同的顏色予以強調(diào)。 第三章 熱電偶測溫及冷端補償?shù)脑O計基礎 3.1 熱電偶測溫工作原理 熱電偶是利用熱電效應(塞貝克效應)工作的，工作原理見圖1，由兩種不同的金屬導體A和B組成閉合回路，當兩端結點溫度不同(設為t和t0，其中t為熱電偶測量端溫度，t0為參比端即冷端溫度)，則回路內(nèi)將 產(chǎn)生熱電動勢EAB(t，t0)。熱電勢的大小只與熱電偶導體的材料以及兩端的溫差有關，t與t0的溫差越大，熱電勢越大，與熱電偶導體的長度、直徑等無關。 3.2 熱電偶冷端補償原理 熱電偶冷端補償原理：測溫的目的是測得以0℃為基準的測量端即熱端溫度t，而熱電偶輸出熱電勢EAB(t，t0)反映的是相對于冷端溫度的熱端溫度，只有將冷端置于冰水混合液中，才能使冷端溫度t0不受環(huán)境溫度的影響始終保持0℃，此時熱電勢EAB(t，0)對應于標準分度表的溫度才是測量點即熱端的溫度。而在實際工程應用中，很難保證這樣的條件，這也是熱電偶測溫過程中需要冷端補償?shù)脑蚝鸵饬x。 根據(jù)中間溫度定律， EAB(t，t0)=EAB(t，0)一EAB(t0，0) （1） 根據(jù)式(1)，可得 EAB(t，0)=EAB(t，t0)+EAB(t0，0) (2) 由式(2)可知，只要將實測熱電勢EAB(t，t0)加上冷端修正熱電勢EAB(t0，0)即可得到熱電偶測量端熱電勢EAB(t，0)，通過查標準溫度表即可得到熱端溫度t，或者冷端處于恒溫環(huán)境，即t0已知的情況下，也可以方便地測得熱端溫度t。這種通過修正熱電勢EAB(t0，0)或t0進而得到熱端溫度t的過程即為熱電偶的冷端溫度補償。 第四章 熱電偶測溫及冷端補償硬件和軟件設計 4.1 熱電偶測溫及冷端補償硬件設計 4.2 熱電偶測溫及冷端補償軟件設計 參考文獻 1：基于運算放大器和模擬集成電路的設計；賽爾吉歐.弗朗哥，2001 2：模擬電子技術；康華光，1998 3：電路理論；邱關源，1999 4：數(shù)字電子技術；閆石，2006 5: 電子技術基礎（數(shù)字部分）；康華光，2006 6：電子技術基礎（模擬部分）；康華光，2006 - 10 -