内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）
制、动作迅速、无噪声等优点，是用来在温度控制系统中调整交流电压以控制电加热器加热功率的执行元件。可控硅的导通时刻是由可控硅电压调整器中的触发脉冲电路产生的脉冲信号决定的。可控硅控温设备按其触发控制电路触发方式的不同，可分为可控硅调压器与可控硅调功器。它们与电流输出的调节仪表配套使用，用于控制检定炉温度。
本系统选用可控硅调压器把模拟控制信号变为疏密变化的脉冲列，在同步电路的配合下，改变可控硅的导通角θ，就可以控制检定炉中电流的大小，从而实现对炉温的控制。这里使用的可控硅调压器采用移相触发控制电路，它主要由放大与触发电路、反馈与预给电路、同步脉冲发生器和保护电路等部分组成。其控制系统原理图如图4.2所示。
同步脉冲发生器220ⅤCRPID温度显示调节仪R1ZSK1R2R5R6放大与触发电路B3R3R4RW2R7RW1稳压电源DL
图4.2可控硅调压器控温系统原理图
图4.2中虚线框是移相触发式可控硅调压器，K是拨动开关，它有Z(自动)位置和S(手动)位置。当K拨向Z时，就可以实现温度的自动控制，其控温过程大致如下：当检定炉炉温发生变化时，将引起热电偶送至PID温度显示调节仪的热电势发生变化，其输出电流也就会随着热电势的变化而变化。变化的直流电流信号输送到可控硅调压器的输入端，在其电阻Rz上造成直流电压降，此电压降与电位器R4上的预给电压、电位器
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R6上的反馈电压叠加以后，输入至放大与触发电路。放大与触发电路又将直流电压信号转变成相应的移相触发脉冲信号，触发脉冲信号经过脉冲变压器B3送到可控硅的控制极上，使可控硅的导通角改变。反并联的两只可控硅接在主回路中，分别控制交流单相电源正负半周的导通角。加在放大与触发电路上的输入电压越大，可控硅的导通角就越大，因而使检定炉的温度发生变化，实现炉温的自动控制。
可控硅调压器的优点是调节精度比较高，体积小，重量轻，效率高，寿命长，没有噪音。是一种比较理想的电热温度控制装置。但它也有缺点，由于可控硅调压器采用移相触发的原理，因而在负载上必然是一种有缺角的正弦波。还有电源波形畸变和高频电磁波辐射往往会产生某些不良后果[12]。
4.3 数据采集系统设计
4.3.1 数据采集原理
模拟信号y(t)经过采样开关抽样成离散的模拟信号，再经A/D转换器转换为计算机能接受的数字信号Y(nT)。其中采样信号可用式(4-1)表示：
y(t)??y(nT)?（t-nT） (4-1)
i?0n??，在t?nT时， ?（t?nT）?0。采样信号y(t)仅其中，在t=nT时，?（t?nT）在采样时刻0，T，2T??nT有值，如第k时刻的值为y(kT)。在采样过程中，应注重采样周期T的选择。即：
1、T的选择应满足采样定理：?S?2?max。
2、从控制性能来考虑：T越小，越接近连续系统，控制精度越高，但计算量越大，使可控制的回路数越小，且执行机构来不及响应。
3、T的选择影响因素较多，一般可根据对象来经验选取。 数据采集原理如图4.3所示[13]。
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采样器Y(t)Y*(t)A/DR(nT)Y(nt)∑-计算机+D(z)U(nt)D/AU(t)对象G(s)模拟信号Y(t)离散模拟信号Y*(t)数字信号Y(nt)数字信号U(nt)量化模拟信号U(t)23(10111)15(01111)24(11000)0t020(10100)t(01001)813Tt0TT2T2T3T图4.3数据采集原理图
(11001)61t0T2T3T0T2T3Tt
4.3.2 数据采集系统的实现
数据采集系统的硬件主要由AI通道十计算机系统(主机+常规外设)两部分构成，软件则由各种功能模块构成。数据采集系统主要是对检定炉内的标准和被检热电偶参数(热电动势)进行定时采集、检查{有效性及越限检查}、处理(数字滤波、线性化、工程量转换等)、存储、显示、打印、报警等。系统在运行过程中，可随时接受由键盘输入命令，以达到随时选择采集、显示、打印的目的。
数据采集部分将检测数据从采集卡读入计算机中，同时对数据进行预处理，实时地显示采样结果。用数据滤波来消除数据采集过程中偶然的脉冲干扰和周期性干扰。数据采样时，为了减少温度变化引起的测量误差，每个采样周期对选定的通道巡测1次，连续采集20次后取平均值，测量的顺序为：标准—被标1—被标2??被标n—被标n??被标n—被标2—被标1—标准。用相同的方法获取3个结果，取中间值作为有效的采样值[14][15]。
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第五章 热电偶检定系统的硬件配置
5.1 DAQ系统设计
通过数据采集卡获取数据的虚拟仪器称为PC-DAQ(Data Acquisition，数据采集，简称DAQ)卡式仪器。数据采集卡为I/O接口设备，对I/O接口设备的驱动是通过相应模板中的图标函数来实现的。从最基本的角度出发，DAQ系统的主要任务是测量或生成物理信号。一个DAQ系统除了插入式DAQ卡之外，通常还包括信号调理模块以及一套用于获取、处理数据，分析、显示、存储数据的软件，基本结构如图5.1所示。
内存DAQ板卡Buffer(FIFO)驱动程序LabVIEW程序A/D信号硬件显示 图5.1数据采集系统结构
5.1.1 信号调理卡
热电偶的输出电压很小，并且对噪声敏感。因此，在测量前常需要进行放大和滤波，而且不能把被测信号直接连接到数据采集卡上，而必须使用信号调理辅助电路，需要先将信号进行一定的处理。本设计使用的是由NI公司制作的一个非常易于扩展的仪器信号调节可扩展系统(SCC-TC02)。SCC-TC02信号调理模块是一个多用途、高性能的信号调理平台，适用于通道超过一定数量、封装条件恶劣、并且对信号调理要求很高的应用系统。它是一个自带冷端温度补偿的热电偶输入模块，可接各种标准热电偶，也可以用
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作插卡式数据采集板、VXI模块或PXI模块的调理前端，还可以将它作为完整的远程数据采集模块。通过SCC模块强大的多路能力，SCXI模块可以将多路信号接入到一块数据采集板上。对于多通道、缓变的数据采集系统，如温度监测系统，SCC是一种高可靠性的选择。 5.1.2 数据采集卡
PCI-6221是NI公司NI 6221系列数据采集卡之一，是一种性能优良、适合PC的数据采集卡，能够完成信号采集、数字信号的模拟输出以及定时、计数等功能。它有16个模拟量输入通道(对差分输入是8对模拟输入通道)、2个模拟量输出通道。
16个模拟输入通道ai0~ai15，其内部模数转换器是16bit逐步逼近式，可以将其设定为16个单端信号输入方式或8个差动信号输入方式。该卡具有三种不同的模拟输入模式：RSE、NRSE、DIFF输入模式。RSE是单端参考地模式；NRSE是单端无参考地模式；DIFF是差分模式。PCI－6221的模拟输入还可以选择单极性或双极性。选择单极性，输入电压范围为0~10V；选择双极性，输入电压范围为-5V~+5V。我们设置模拟输入为单极性。
2个模拟输出通道ao0和ao1，可以设置模拟输出通道为单极性或双极性输出。单极性输出范围为0~10V；双极性输出范围为-5V~+5V。我们设置的模拟输出为单极性。ao0对应模拟输出通道0，ao1对应模拟输出通道1。AGND是这两个模拟输出端的参考地。
在使用前要进行硬件安装和软件设置。硬件安装就是将数据采集卡插入PC机的标准总线扩展槽内，软件安装就是对NI公司数据采集卡的驱动软件“NI-DAQ”装入PC机。安装完毕后，要对PCI/PXI-6221卡进行测试与设置。 5.1.3 DAQ硬件配置
LabVIEW中安装了用于建立各种卡及通道配置参数的配置工具。该工具称为Measurement&Automation Explorer，简称MAX。MAX工具会读取设备管理器在Windows