基于labview的高精度温度检测系统设计说明
基于labview的高精度温度检测系统设计朱明电子与电气工程学院 工程技术大学 中国 金（通讯作者）电子与电气工程学院 工程技术大学 中国 海马光学与电子信息学院 理工大学 中国 晁超电子与电气工程学院 工程技术大学 中国 摘要利用虚拟仪器软件平台,设计了一种高精度温度测量装置基于热电偶的原则。系统使用STM32单片机为主要控制芯片,使用AD7076模拟数字转换器。转换器有8通道、同步采样和双输入。提高温度测量的精度由冷端补偿、配件和其他措施。测试结果表明,设备温度测量精度可以达到0.1,具有体积小、精度高、性能可靠,这高精度温度测量可以广泛应用于工业生产。关键词-LabVIEW;AD7076;热电偶冷端温度补偿;温度测量 第一部分：简介在工业生产过程中,温度测量和控制的一个重要参数。传统的温度测量方法受到辐射率等外部因素的影响,距离,灰尘和水蒸气,也测量误差很大。热电偶广泛用于温度测量,它具有结构简单,制造方便,测量围宽,精度高,惯性小,输出信号传输和许多其他优势。此外,热电偶是一种活跃的传感器测量,它不需要外部电源和很容易使用,所以它经常被用于测量固体和液体的表面温度或煤气炉。可以使用热电偶测量-200到1600温度围,甚至一些热电偶测量温度2000以上。热电偶是一种最广泛使用的温度传感器。热电偶测得的温度补偿是一种传统的方法,有效的,大部分技术人员积累了丰富的经验在实际测量。虚拟仪器测试技术正成为越来越重要的领域的测量和控制。虚拟仪器可以充分利用计算机、存储、显示和其他智能功能,通过软件，拟合或插值修正解决冷端和非线性补偿。所以这是一个新的主题领域的温度测量,如何结合虚拟仪器的热电偶温度测量虚拟仪器技术。在这篇文章中,美国国家仪器公司(NI)虚拟仪器虚拟仪器开发平台与高精度热电偶温度测量系统和更大的应用价值。AI.测量原理与系统A. 温度测量原理 基于热电偶的温度测量系统中间温度法的理论基础。热电偶的冷端潜在的关系,下面的公式:E AB (t , t0 ) = E AB (t , t1 ) + E AB (t1 , t0 ) (1) 公式中,实测温度t,参考温度t0,冷端温度以便计算热电偶分度表的查询,我们以t0为参考温度高于0,公式可以简化为:E AB (t , 0) = E AB (t , t1 ) + E AB (t1, 0) (2) 当冷端温度E AB(t,0)是0,热电偶的输出。当冷端温度E AB(t,t1)t1,热电偶的输出。E AB(t1,0)是冷端补偿的潜力。在公式中,E AB(t,t1)可以直接检测到从热电偶的输出。当我们得到了冷端温度t1,E AB(t1，0)可以被分度台计算,因此e AB(t,0)可以计算。在完成冷端补偿电压,测量温度可以通过索引表转换。B.自动温度检测系统系统的结构主要包括温度测量、信号调理、数据采集和AD转换和PC平台。其中,系统采用K型热电偶完成温度测量、数据采集和AD转换使用AD7606-F4转换,单片机控制装置用于意法半导体STM32F106VET6的设计,它是一个32位微处理器ARM基于Cortex-M3核。组件温度测量系统的结构关系图如图1所示。The measuredSerial interfacetemperaturethermoelementDataSignalLabVIEWProcessingConditioningMCUPCSoftwareCold endandcircuitplatformtemperatureADCold endcompensationDriverFig. 1.Structure temperature measurement system（1） 温度传感器的选择热电偶作为温度传感器,结构简单的优点,制造简单,使用方便,精度高,原位测量和远程测量、温度测量已广泛应用于工业测量和控制系统,因此,本设计采用K型热电偶作为温度测量元件。同时,该系统使用装Pt100传感器作为冷端补偿元素。（2） AD模块和信号调节热电偶传感器信号输入微分信号调节模块,通过放大器输入AD7606,如图2所示。AD7606同步采样模拟数字16数据采集系统(DAS),分别有8、64采集渠道。片上模拟输入夹保护,两个反锯齿过滤器、跟踪和放大器,16位电荷再分配逐次逼近ADC核,数字滤波器,2.5 v参考电压源和缓冲区,高速串行和并行接口。AD7606部信号调节电路,它已经包含了低噪声、高输入阻抗信号调节电路的等效输入阻抗完全独立的采样率和固定1莫姆。同时输入终端结合40 db堆栈抗混叠滤波器抑制是简化的,前面的设计,不再需要外部驱动器和滤波电路。因此,这两个信号变压器输出可以直接连接到AD7606,如图3所示。BI.软件操作平台系统虚拟仪器技术是基于虚拟仪器的系统软件。电脑和硬件之间的通信是通过串口实现的。软件设计的核心是通过快捷的个性化虚拟仪器语言实现的收集、分析、计算、显示和存储。能够适应不同用户的具体需求,并能根据环境的变化不断调整计划或硬件,测试系统的改进和优化,以满足用户的需求。软件的使用界面如图4所示。关键的问题是难点在于设计一个功能齐全的,使用方便,性能稳定,界面友好的热电偶温度检测系统。转换成电压信号通过验证硬件,确定最佳电压超出围,这是因为电压表温度在一定的围,如果超出这个围,热电偶的准确性不能保证,测量是没有意义的。由于潜在的变化温度K型热电偶非线性,非线性引线电阻和其他因素,导致了热电偶温度输出值偏离实际值。因此,为了提高测量精度,对数据进行分段线性处理,从而实现热电偶的非线性误差校正。温度围- 100 600 -20,分为-100 -20 0、0 300,300 600的分段线性拟合,温度和热电势的关系模型,提供的脚本和配方模块倪,制备的公式节点模块,如图5所示。Iv.测试结果和分析当冷热端的电压数据采集、浮动由于电磁干扰或零点漂移将导电压,从而显示温度值不断跳动,这将导致测量精度下降,因此,论文收集了100电压值在0.1秒的时间,通过软件编程来解决它的算术平均值的意思是,作为抽样结果,然后随后的计算。这有效地抑制击败电压值,测量结果的准确性更好的保证。热电偶温度传感器放置在恒温器,设置的温度-50,初始测试,每50的恒温器的变化,温度稳定,开始测试。实验结果和误差如表1所示。结果表明,温度测量的温度测量装置,绝对误差小于0.1,精度高。有很好的实用价值需要高精度温度测量。TABLE I.RESULT AND ERROR OF THERMOCOUPLE TEMPERATUREMEASUREMENTThe output voltageTheFittingMeasurementvaluethermostatictemperatureerror(mV)bathconversion()temperature()()-2.909-50-49.9370.063-1.03600.0150.0150.9845050.0470.0473.07110099.981-0.0195.159150150.0360.0367.248200199.926-0.0749.337250249.944-0.05611.423300299.953-0.04713.509350350.0830.08315.67400399.937-0.06317.842450450.0490.04920.011500500.0720.072a. Thethermostatic bath temperature and analysisV.结论介绍了高精度温度测量装置的设计基于K型热电偶。与传统的温度测量方法相比,该设备具有电路结构简单、精度高稳定性好。设备能满足热试验过程中温度测试的需求,也有一个好的前景在压力、高冲击和其他恶劣环境。引用1 Q. WANG, Z. G. DONG, and D. W. CHEN.实现高精度温度采集系统基于CS5524,“自动化和仪表,2011,26(5):58-60。2Z. Q. Sun, J. M. Zhou , and H. J. Sun. “使用热电偶测温系统的不确定性,”中国日报的传感器和致动器,2007,20(5):1061 - 1063。3Z. H. Gao, X. P. Liu, and T. Zhan. “温度控制系统的研究基于k型热电偶,“机械设计与制造,2011(4):7 - 9。4Y. ZHANG, S. W. ZHANG. “设计基于铂电阻传感器的高精度温度测量系统,”中国日报的传感器和致动器,2010,23(3):311 - 314。5M. J. Shi, H. Zhang, and D. Q. He. “设计的高精确的铂电阻温度测量系统虚拟仪器”,2012,20(4):924 - 925938。6J. H. CHENG, B. Qi, and C. B. Qu.“多路温度测量系统的设计与实现的高精度和低自热,“传感器和微系统技术,2014,33(1):56 -。7Y. Qian, Y. M. TANG, and H. C. Yin. “温度采集系统的设计基于CPLD,“中国电子设备,2006,29(2):546 - 549。8
