引言
溫度是一個非常重要的物理量，直接影響到燃燒、化學(xué)反應(yīng)、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形、結(jié)晶以及空氣流動等物理和化學(xué)過程。溫度控制失誤就可能引起生產(chǎn)安全、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品產(chǎn)量等一系列問題。因此對溫度的檢測的意義越來越大。溫度采集控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和人們的生活領(lǐng)域中，得到了廣泛應(yīng)用。特別是在工業(yè)生產(chǎn)過程中，很多時候都需要對溫度進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，以使得生產(chǎn)能夠順利的進(jìn)行，產(chǎn)品的質(zhì)量能夠得到充分的保證。
目前，我國廣泛使用基于單片機(jī)的溫度采集系統(tǒng)。隨著美國國家儀器公司的圖形化編程軟件系統(tǒng) LabVIEW 和數(shù)據(jù)采集卡的出現(xiàn)，多路測量與輸出控制得到了廣泛的應(yīng)用，在一定的硬件條件下，優(yōu)化程序進(jìn)一步提高系統(tǒng)測控性能，使溫度巡檢儀更加具有高性能的數(shù)據(jù)采集與控制能力。
1 總體結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示，儀器系統(tǒng)通過前端感溫元件，將被測對象的溫度轉(zhuǎn)換為電阻信號，經(jīng)信號調(diào)理電路轉(zhuǎn)化成電壓信號，再進(jìn)行功率放大、濾波、量程調(diào)節(jié)、零點調(diào)節(jié)等處理后，變換為可被數(shù)據(jù)采集卡利用的 0~10V 電壓信號。在數(shù)據(jù)采集卡內(nèi)將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，送入計算機(jī)總線，在 PC 機(jī)內(nèi)利用虛擬儀器軟件對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理。
溫度傳感器選用 PT100 鉑電阻，數(shù)據(jù)采集卡采用 PCI2003，數(shù)據(jù)處理軟件采用 LabVIEW。
2 測溫電路
溫度傳感器采用 PT100 鉑電阻，為了提高采樣精度，采用三線制聯(lián)接，測量電路如圖 2 所示。可調(diào)電阻 R3 起到電路調(diào)零的作用，可調(diào)電阻R6 起到調(diào)量程的作用，其輸出電壓后經(jīng) LM324N運算放大器兩次放大，調(diào)理成 0~10V 的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號，送入 PCI2003 數(shù)據(jù)采集卡，輸入到計算機(jī)內(nèi)部。
PT100 的電阻— 溫度關(guān)系的線性度好，在 -200 ～ 650℃溫度范圍內(nèi)，線性度非常接近直線。鉑電阻的阻值與溫度的關(guān)系可以近似用下式表示：
對溫度與電路的輸出電壓的關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定，將所測得的溫度與電壓的數(shù)據(jù)，采用MATLAB 軟件，進(jìn)行線性擬合，得到如下關(guān)系;t =10U +2.149.
3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計算機(jī)或者其他專用測試平臺的測量軟硬件產(chǎn)品來實現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測量系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集卡采用 PCI2003，數(shù)據(jù)處理軟件采用 LabVIEW。PCI2003 卡是一種基于 PCI 總線的數(shù)據(jù)采集卡，可直接插 IBM-PC/AT 或與之兼容的計算機(jī)內(nèi)的任一 PCI 插槽中，選擇的輸入電壓信號的范圍 0~10V，12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，采樣率可達(dá) 100kHz，具有 16 通道單端模擬輸入或 8 路雙端模擬輸入。
LabVIEW 應(yīng)用程序，即虛擬儀器(VI)，包括前面板(Front Panel)、流程圖(Block Diagram)以及圖標(biāo)/連結(jié)器(Icon/Connector)三部分。LabVIEW應(yīng)用程序通過 PCI2003 以非空查詢方式，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的程序流程如圖 4 所示。
本設(shè)計為八路巡檢儀，采用八個通道，即首通道為 0，末通道為 7，并且將采樣的頻率，硬件增益及觸發(fā)方式一并通過數(shù)組函數(shù) PADA_AD 輸入至 INItDeviceProAD 函數(shù)進(jìn)行 AD 部件的初始化，用于設(shè)定設(shè)備硬件參數(shù)值。
設(shè)定讀入字節(jié)數(shù)，將其與用戶緩沖區(qū)一并通過初始化數(shù)組函數(shù)讀入至 ReadDeviceProAD_NotEmpty 函數(shù)中，將此函數(shù)輸出值進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，即將從設(shè)備上讀入的 16 位AD 原碼數(shù)據(jù)變量 Lsb 的最高 4 位屏蔽后，再根據(jù)電壓量程范圍為 0~10V, 進(jìn)行標(biāo)度變換，得到轉(zhuǎn)換電壓毫伏值 Volt，對應(yīng)的變換公式為Volt=Lsb *(10000/4096)。
八路信號的循環(huán)采樣程序如圖 5 所示。在程序中，還實現(xiàn)了八路溫度數(shù)據(jù)的存盤和歷史測溫數(shù)據(jù)的查詢等管理功能。
4 實驗
將 PT100 放入水浴箱中，通過控制器改變溫度，采用設(shè)計的八路智能溫度巡檢儀進(jìn)行溫度檢測實驗，得到水溫變化的曲線，如圖6 所示。
5 結(jié)論
將虛擬儀器技術(shù)與溫度測量相結(jié)合，設(shè)計的八路智能溫度巡檢儀實現(xiàn)了對溫度的自動采集、實時顯示、數(shù)據(jù)保存和查詢的功能，軟件運行穩(wěn)定，界面友好。