基于虛擬儀器的溫度測量系統

摘要：基于虛擬儀器技術(shù)，利用熱電偶設計了一套溫度測量系統，包括硬件和軟件設計，硬件包括對熱電偶輸出信號的放大和濾波，以及對冷端溫度的補償電路，冷端溫度通過(guò)Pt100熱電阻進(jìn)行測量；軟件采用Labview進(jìn)行編寫(xiě)，界面簡(jiǎn)潔，可通過(guò)圖形化的界面對溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監測。
關(guān)鍵詞：虛擬儀器；熱電偶；溫度測量；Labview

0 引言
熱電偶是溫度測量?jì)x表中常用的測溫元件，測溫時(shí)，熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響，因此測量精度高。常用的熱電偶從-50℃～+1 600℃均可連續測量，某些特殊熱電偶最低可測到-269℃(如金鐵鎳鉻)，最高可達+2 800℃(如鎢-錸)。另外，熱電偶通常由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開(kāi)頭的限制，外有保護套管，用起來(lái)非常方便。所有這些優(yōu)點(diǎn)使得熱電偶成為工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一。
虛擬儀器是計算機技術(shù)和儀器測量技術(shù)相結合的產(chǎn)物，它充分利用計算機強大的運算處理功能，突破了傳統儀器在數據處理、顯示、傳輸、存儲等方面的限制。本文利用虛擬儀器平臺，通過(guò)編寫(xiě)Labview軟件對溫度進(jìn)行測量，可以減少硬件的重復開(kāi)發(fā)，有利于系統的維護，也便于系統軟件升級。

1 熱電偶測溫原理
熱電偶測溫基本原理是將兩種不同材料的導體或半導體焊接起來(lái)，構成一個(gè)閉合回路。如圖1所示。由于兩種不同金屬所攜帶的電子數不同，當兩個(gè)導體的兩個(gè)連接點(diǎn)之間存在溫差時(shí)，就會(huì )發(fā)生高電位向低電位放電現象，因而在回路中形成電流，溫度差越大，電流越大，這種現象稱(chēng)為熱電效應，也叫塞貝克效應。熱電偶就是利用這一效應來(lái)工作的。如果兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相同，則不會(huì )產(chǎn)生電流。

圖1中，由兩根不同導線(xiàn)A和B組成電路，連接成的接點(diǎn)溫度分別為t和t0，則電路中產(chǎn)生的熱電勢等于接點(diǎn)的電動(dòng)勢之差，如下式：

熱電偶用于探測溫度的一端稱(chēng)為“熱端”，處于標準溫度的一端稱(chēng)為“冷端”，國際公認的標準冷端溫度為0℃，但是在工業(yè)現場(chǎng)，要將冷端溫度處理成0℃不太現實(shí)，因此必須對冷端進(jìn)行補償。對于冷端溫度為t1的情況，可按下式進(jìn)行處理：

式(2)中，E(t，0)表示熱電偶熱端溫度為t，冷端溫度為0時(shí)的熱電勢；E(t，t1)表示熱端溫度為t，冷端溫度為t1時(shí)的熱電勢，E(t1，0)表示熱端溫度為t1，冷端溫度為0時(shí)的熱電勢，根據實(shí)際測試得到的冷端溫度，查分度表可求得E(t1，0)，E(t，t1)可直接測得，這樣就可以求出E(t，0)，再查分度表即可得到熱端的溫度。