内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）
第一章 绪论
1.1 课题的研究背景及发展概况
热电偶是我国目前工业常用的感温传感器，通常与温度仪表配套使用，广泛应用于工业生产、国防工业及科研中。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沾污等影响，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，热电偶作为温度计量器件，不仅在出厂时要对它进行严格检定，而且必须按照国家检定规程和校准规范要求进行定期检定，以此确定其误差大小，根据误差的大小决定被检热电偶是否可以继续使用，如果误差大小在相关检定规程的范围内，则给出其修正值，否则，判为不合格。
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。
随着计算机技术的迅速发展，90年代初人们开始研制工业热电偶自动检定装置以解决现场仪表的自动校准工作。在自动校准系统研制的初期，热电偶的校准需要购买很多设备(恒温炉、测量仪器等)，这些设备大部分是从不同厂家购买的，它们本身都带有相应的软件，但这些软件之间是不能集成并相容的，因此，许多工作还是人工完成的，这时可以称为半自动检定。随着进一步的研究和开发，出现了成套的热电偶自动检定系统，这一系统把各个设备的控制、测量以及结果的处理、保存、打印等功能集中在一套软件
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中，从而真正实现了自动检定和校准。但这一系统价格昂贵，不能充分利用现有硬件资源，需要从开发商重新购买控温器、扫描开关、电测仪表等硬件及其相关软件，造成了资源的极大浪费。并且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。
虚拟仪器是计算机技术和现代测控技术融合的产物，它遵循“软件即仪器”的概念，将计算机资源、仪器测/控硬件和用于数据分析、过程通信及图形用户界面的软件进行有效结合，从而大大减少了仪器的硬件资源，并可以按照用户的需要定义仪器功能、结构，设计用户自己的仪器。所以，在热电偶的检定和分度工作中，应用虚拟仪器技术可以提高工作效率，节约成本和提高检定及分度的准确性。
目前无论国内还是国外，都对行业标准化有了足够的重视，但在我国毕竟起步较晚，对计量技术自动化和标准化的建设才刚刚开始，介绍国外计量行业检定技术的材料寥寥无几。总体上说，国外在检定精度上发展较快。上个世纪末国内电子仪器仪表市场几乎完全被国外拥有先进技术的产品所占领。近几年来，在国家大力扶持下，一些技术先进的仪器仪表厂家逐渐兴起，国内对热电偶自动检定技术的研究正处于百家争鸣的时代，所研制的检定设备也层出不穷。就调查所得的情况来看，可归纳为以下两大类：
(1)微处理器型。这种类型的检定设备，是以各种各样的微处理器为智能核心，自组专用CPU系统，将检测、控制和数据处理等各项功能设计在一块线路板上或一个机箱内。其优点是体积小，成本低，仪表自动化程度高。其缺点是开发阶段投资多，工作量大，线路复杂，专业性强，技术难度高，而且在显示及打印输出方面功能有限，故不易推广使用。
(2)通用微型计算机型。这种类型的热电偶检定设备，直接利用目前迅速发展的计算机控制技术进行开发，专门设计一个通信检测接口，利用计算机强大的智能控制和数据
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处理功能，结合可视化操作界面和高级程序设计语言，配合键盘、鼠标和打印机输入输出。其优点是开发环境优越，技术难度和工作量小，检定精度高，人机交互界面友好，功能齐全完善，故易于推广使用。其缺点是成本高，体积大，检定系统会占用一定的计算机资源。
而虚拟仪器技术正是基于计算机系统的测控解决方案，区别于把计算机技术融入仪器内部的智能仪器，它将各种计算机平台，测量控制仪表和其他的硬件、软件和附件按用户自己的需要灵活组建，构成特定的智能测控系统，实现面向用户的特定功能。这样可以充分利用现有硬件资源，自由构建工业热电偶自动检定系统。
随着科学技术的发展，热电偶的检定还会出现更好的方法。因此，我还对热电偶检定做了如下的展望：
热电偶的检定过去都是由人工操作完成的，这不仅工作效率低，而且会引起人为误差。随着计算机应用的普及和数字化仪表的发展，近十几年来，国内外在热电偶检定自动化方面作了不少研究，有了很大发展。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的工业热电偶自动检定系统。LabVIEW编程的主要特点就是将虚拟仪器分解为若干基本的功能模块，模块的引脚代表输入/输出接口。编程者可以通过交互式手段，采用图形化框图设计的方法，完成虚拟仪器的测量控制功能设计。LabVIEW编程的另一个优点是将软件的界面设计与功能设计独立开来，修改人机交互界面无需对整个程序进行调试，这对设计像仪器操作面板这样复杂的人机界面而言是十分方便的。
目前，工业热电偶的检定基本上仍是在温度计量实验室内完成的。而很多时候，工业热电偶是被安装在现场测温，若要把它们拆卸下来放到实验室去检定是比较麻烦的。另一方面，热电偶热电阻在现场环境下长期使用后，材料成分发生了不均匀变化，热电特性也发生了变化，而要在实验室中查看清楚这种热电特性的变化是不现实的。唯一可
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行而有实际意义的做法是在所使用的现场条件下，通过检定查看其热电特性变化。因此，在线检定是自动检定以外热电偶检定方面的又一个趋势。
此外，在现已进行的工作基础上，对本课题的研究作以下构想：
1、改进检定炉，使之能够提供各种工业常用标准热电偶检定的温场环境； 2、对炉温控制做进一步研究，实现计算机自动控制系统的精密控温； 3、改进软件系统，扩充系统功能和完善视窗画面效果； 4、引进先进设备，提高检定系统的测量精度；
5、建立功能强大的数据库管理系统，使数据处理更趋合理。
1.2 课题研究的主要内容
本论文以现代工业中生产和使用的标准热电偶为研究对象，通过了解它的热电特性、工作原理和检定方法，结合温度计量和计算机软、硬件设计的技术，遵照标准热电偶检定的步骤和规程，依托计算机虚拟仪器技术来实现热电偶检定的自动化。最终目的是使人们能够在计算机上通过清晰的人机界面以菜单和图形方式将实验数据输入计算机，然后由计算机自动控温、自动检定、自动数据处理、自动打印检定结果，提高工作效率和检定精度。
系统的硬件方面，检定炉选用本学校实验室的回转式管式电阻炉，数据采集卡选用美国NI公司出品的PCI-6221数据采集卡。系统的主控部分是配有键盘、鼠标和打印机的计算机系统。
系统的软件方面，选用美国NI公司开发的LabVIEW8.5来编写程序。基于虚拟仪器的开放性和图形化模块式编程特点，可按不同的校准要求构建系统，使用方便、快捷，而且系统可移植性和重用性强。
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第二章 虚拟仪器的基本知识
2.1 虚拟仪器基本概念
虚拟仪器（Virtual Instrumention）是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。虚拟仪器主要是指这种方式。
20年来，无论是初学乍用的新手还是经验丰富的程序开发人员，虚拟仪器在各种不同的工程应用和行业的测量及控制的用户中广受欢迎，这都归功于其直观化的图形编程语言。虚拟仪器的图形化数据流语言和程序框图能自然地显示您的数据流，同时地图化的用户界面直观地显示数据，使我们能够轻松地查看、修改数据或控制输入[1]。
虚拟仪器的发展过程：
1、GPIB→VSI→PXI总线方式（适合大型高精度集成系统）。GPIB 于1978年问世，VXI于1987年问世，PXI于1997年问世。
2、PC插卡→并口式→串口USB方式（适合于普及型的廉价系统，有广阔的应用发展前景）。PC插卡式于80年代初问世，并行口方式于1995年问世，串口USB方式于1999年问世。
综上所述，虚拟仪器的发展取决于三个重要因素： (1)计算机是载体； (2)软件是核心；
(3)高质量的A/D采集卡及调理放大器是关键。