大连交通大学2010届本科生毕业设计（论文）
1.2 课题的提出与意义
压力是工业生产过程中的一个重要参数,准确地测量压力进而控制压力,对保证设备安全和经济运行有重要意义。影响到整个设备的安全和经济效益。因此，准确测量压力意义十分重要。
高速发展的工业控制领域离不开压力的测量，测量技术和仪器变得越来越重要。但由于弊端的传统手段，如价格昂贵、功能单一、可扩展性不好等，很难满足业界的要求。随着计算机技术和虚拟仪器的发展，用户的设计范围变得比较广泛。采用虚拟仪器构建测试仪器，开发效率高，可维护性强，测试精度、稳定性和可靠性能够得到充分的保证，具有很高的性能价格比，节省投资，便于设备的更新和功能的转换与补充。本课题也由此而提出。
1.3课题的实现
对于本课题，有很多的实现方法，然而对于我来讲因为资金与实验条件的多种限制，使我只能用很简单的方式来模拟这种压力监测。而如今的科技发展离不开计算机，而作为PC机应用程序的Labview作为一种图形化编程的语言不但使用方便而且满足功能因此被我选择使用设计并实现此课题。
Labview是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类似于C和BASIC开发环境，但是Labview与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而Labview使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式[3]。
虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。虚拟仪器的研究中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。目前在这一领域内，使用较为广泛的计算机语言是美国NI公司的Labview。
图形化的程序语言，又称为“G”语言。使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图或框图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，因此，Labview是一个面向最终用户的工具。它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。
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第二章 压力监测系统总体设计
2.1设计思路
本设计为压力监测系统，并通过Labview进行图形化编程。整体设计思路如下：利用压力传感器监测压力信号此信号为模拟信号，并由数据采集系统进行A/D信号转换将模拟信号转换成数字信号送入PC机。进入PC机的数字信号由Labview软件采集，通过设计图形化的界面实现多通道（4通道）的动态数据（波形）显示。在采集信号的同时可设定信号上限，超出的信号不能显示出来并使路灯闪亮。最终收集到的数据通过报表的形式输出。
对于虚拟仪器LABVIEW，软件才是它的核心。在规划、设计整个系统软件时应坚持以下几个原则：操作界面友好，使用方便。以方便习惯使用现有测量仪的人员的使用；另一方面也是让工作人员更容易接受这套系统。labview软件设计动态特性测试系统，实现数据采集、波形显示、静态特性分析、数据保存及回放等功能。这些功能主要通过Labview软件实现的。本实验的软件部分主要设计四个部分：信号的采集、数据的写入、数据的读出、数据的拟合。最后在软件的前面板显示出动态特性测试结果。图2-1为系统总体设计框图。
信号输入 数据采集 PC机 LABVIEW 图2-1系统总体设计框图
利用压力传感器，传感器输出的信号送入电路转换为电压信号，再送入数据采集卡将模拟量到数字量的转换，并输入到PC机中，然后利用PC机中的LABVIEW图形化编程软件将输入的电压信号处理输出并且显示，并对信号进行分析对超限信号起到报警功能，数据可由EXCEL生成报表。图2-2为系统的总细节框图。
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报警(绿灯亮) LABVIEW 数据处理 数据接收 压力信号（电流信号）通过接入电阻转换成电压信号 EXCEL工具箱实现报表输出 存储显示压力数据的曲线和数字实时显示 数据采集卡接受模拟信号进行A/D转换成数字信号 压力传感器接受压力信号
图2-2 系统总体细节框图
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第三章 压力传感器
3.1 压力传感器定义
压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，面就简单介绍一些常用传感器原理及其应用。
3.2 压力传感器分类
1.应变片压力传感器电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。
2.陶瓷压力传感器抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变。
3.扩散硅压力传感器工作原理被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷），使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，和用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。
4.蓝宝石压力传感器 利用应变电阻式工作原理，采用硅- 蓝宝石作为半导体敏感元件，具有无与伦比的计量特性。
5．压电压力传感器压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失。
3.3 传感器的使用原则
现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理[6]。
1．根据测量对象与测量环境确定传感器的类型
要进行—个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；传感器的来源，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。
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在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。
2．灵敏度的选择
通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽量减少从外界引入的干扰信号。
传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高，则应选择其它方向灵敏度小的传感器；如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。
3.频率响应特性
传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有—定延迟，希望延迟时间越短越好。传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。在动态测量中，应根据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)响应特性，以免产生过火的误差。
4.线性范围
传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。
但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来极大的方便。
5.稳定性
传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。
在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。传感器的稳定性有定量指标，在超过使用期后，在使用前应重新进行标定，以确定传感器的性能是否发生变化。在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合，所选用的传感器稳定性要求更严格，要能够经受住长时间的考验。
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