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LabVIEW平台下工业热电偶自动检定系统的研究

作　者: 黄艳岩
导　师: 陈乐
学　校: 中国计量科学研究院
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 热电偶自动检定 LabVIEW 驱动程序
分类号: TH811
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

在工业现场，热电偶是一种常用的温度传感器。在使用过程中由于受到测量环境、介质气氛、使用温度以及绝缘材料和保护管材料的玷污等影响，使用一段时间后，其热电特性会发生变化，尤其是在高温、腐蚀性气氛以及特殊工况下，这种影响就更为严重。当热电偶的热电特性变化超过规定的范围时，热电偶指示的温度便会失真，测温误差越来越大。因此，为保证对国际温标ITS90的溯源性，热电偶作为温度计量器件，必须按照国家检定规程和校准规范要求进行定期检定。早期的工业热电偶检定由人工操作完成，这种方式是凭借操作人员的经验将温度逐个控制到每一个温度检定点，然后尽量将其稳定下来，加以检定。在检定过程中，操作员一方面要记录每一热电偶的数据，另一方面还要进行热电偶的切换。这种方法难以保证稳定时的精度，另外手工操作时间较长，存在着较大的延时误差，同时人为因素太大，因此，难以保证热电偶检定中严格的技术要求。随着计算机应用的普及和数字式仪表的发展，近十几年来，国内外在实现热电偶分度、检定自动化方面作了不少研究，有了很大发展，并且已经研制出了工业热电偶自动检定系统，解决了现场仪表的自动校准工作。但这些系统在程序的编制上，采用了传统的编程语言，编程耗费的时间比较长，依赖于专业程序员和特定的编程语言。另外，系统一经形成，无法随意更改其相应参数，不能使温度计量工程师对该系统进行修改和更新。希望的情况是：可以让温度计量工程师在原有硬件设备的基础上，自由构建工业热电偶自动检定系统，让温度计量工程师可以成为自动校准系统的设计者、使用者、维护者和更新者。由于LabVIEW的开放性和图形化编程方式，温度计量工程师只需懂得一些基本编程知识，便可以对计算机测控系统进行设计。因此，本文从温度自动检定系统的国内外研究现状出发，提出了基于LabVIEW平台的工业热电偶自动检定系统。具体的研究内容主要涉及到以下几个方面： 1、分析了热电偶的工作原理、热电偶的检定与分度及检定过程中需要进行的数据处理，为下文的热电偶自动检定提出理论依据。 2、通过对国内工业热电偶自动检定系统的生产开发厂家的大量调研，总结出市场上常用的几种电测仪表，在LabVIEW平台下对这些仪表编制相应的驱动程序，以便使用者可以根据自己的情况选择相应的电测仪表。 3、根据检定规程的相关要求，进行工业热电偶自动检定系统的软件设计，包括数据采集、温度控制、数据处理以及检定结果的保存、打印等功能。 4、在检定炉温度控制方面，运用了传统的PID控制方案以及模糊控制和单神经元自适应PID复合控制方案。文章中详细阐述了这两种控制方案的基本算法，并在LabVIEW平台下对这两种算法进行编程。最后将上述两种方法实施于检定炉的温控系统中，对它们的控温效果进行了比较。 5、利用该系统对一K型热电偶进行检定，通过对实验结果进行分析计算以此来验证软件在数据处理的编制上正确与否。论文最后对研究成果进行了总结，指出了不足，并对今后的研究做出了展望。

全文目录

摘要  2-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-9
第一章绪论  9-17
  1.1 引言  9
  1.2 国内外研究的现状  9-13
    1.2.1 国外研究情况  9-12
    1.2.2 国内研究情况  12-13
  1.3 本文研究目的和意义  13-15
  1.4 本文研究方法和内容  15-17
第二章热电偶自动检定的理论基础  17-26
  2.1 热电偶工作原理  17-20
  2.2 热电偶的检定与分度  20-23
  2.3 热电偶检定的数据处理  23-26
第三章系统硬件组成与实现  26-39
  3.1 系统的硬件组成及工作原理  26-27
  3.2 热电偶检定炉  27-31
    3.2.1 热电偶检定炉的物理模型  27-28
    3.2.2 热电偶检定炉动态特性分析  28-31
  3.3 高精度数字万用表  31-35
    3.3.1 RS232接口  31-33
    3.3.2 数表功能简介  33-35
  3.4 检定测控仪  35-37
    3.4.1 工作原理  35-36
    3.4.2 DAC1210简介  36-37
    3.4.3 技术性能  37
  3.5 控温伺服器  37-39
    3.5.1 工作原理  37-38
    3.5.2 技术性能  38-39
第四章系统软件设计  39-56
  4.1 软件开发平台LabVIEW简介  39-41
    4.1.1 图形化编程语言LabVIEW  39-40
    4.1.2 LabVIEW的优点  40-41
  4.2 软件总体设计  41-43
  4.3 驱动程序的设计  43-49
    4.3.1 LabVIEW平台下硬件设备驱动的介绍  43
    4.3.2 电测仪表的驱动程序  43-47
    4.3.3 有关板卡的驱动程序  47-49
  4.4 控温及检定模块  49-51
  4.5 数据存储及报表打印模块  51-53
  4.6 系统软件的部分界面  53-56
第五章检定炉温度控制方案的选取及实验  56-80
  5.1 PID控制方案  56-62
    5.1.1 PID控制算法剖析  56-59
    5.1.2 PID控制算法编程  59-61
    5.1.3 PID控制实验结果与分析  61-62
  5.2 模糊单神经元PID复合控制方案  62-75
    5.2.1 模糊控制方案  63-66
      5.2.1.1 模糊控制器简介  63-64
      5.2.1.2 模糊控制器的设计  64-66
    5.2.2 单神经元PID控制方案  66-70
      5.2.2.1 单神经元PID控制器概述  66-67
      5.2.2.2 单神经元PID的学习算法  67-68
      5.2.2.3 单神经元PID控制算法的稳定性  68-69
      5.2.2.4 单神经元PID控制器的参数选择  69-70
    5.2.3 模糊单神经元PID复合控制方案  70-71
    5.2.4 模糊单神经元PID控制算法编程  71-74
    5.2.5 模糊单神经元PID复合控制实验结果与分析  74-75
  5.3 系统运行的实验结果及分析  75-80
    5.3.1 实验步骤  75-76
    5.3.2 实验数据及分析  76-80
第六章总结与展望  80-83
参考文献  83-86
附录: 发表论文情况  86-87
致谢  87

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