基于虚拟仪器的温度测量系统设计

　　1 引言

　　在工业生产中温度测量的准确性直接影响产品的质量与生产效益，具有重要意义。随着电子技术的迅速发展，实现温度测量的各类传感器层出不穷。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式，从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展，小型、低功耗、高可靠性、低成本的温度传感器已经越来越受到关注，并广泛应用于工业控制和自动化测量系统中。

　　虚拟仪器技术充分利用计算机强大的运算处理功能，突破了传统仪器在数据处理、显示、传输、存储等方面的限制，它通过交互式图形界面进行系统控制和测量数据显示, 并使用框图模块来指定各种功能。采用集成电路温度传感器和虚拟仪器可以方便地构建一个温度测量系统，且外围电路简单，实现容易，系统硬件维护、功能扩展和软件升级非常方便。

　　2 LM35 集成温度传感器

　　LM35 集成温度传感器是 NS 公司生产的集成电路温度传感器系列产品之一，为 3 端子电压输出的精密集成电路温度传感器，采用 TO-46 晶体管封装或塑料TO-92 晶体管封装，具有较高的工作精度和较宽的线性工作范围，输出电压与温度成线性比例关系，LM35使用时无需外部校准或微调，可以提供±1/4℃常用的室温精度。其主要特性如下：

　　(1)校准方式：直接用摄氏温度校准;

　　(2)测量精度：0.5℃(在+25℃时);

　　(3)测量温度范围：-55~+150℃;

　　(4)比例因子：线性+ 10.0mV/℃;

　　(5)工作电压：直流 4~30V;

　　(6)工作电流：小于 l33 A;

　　(7)输出阻抗：1mA 负载时 0.1 ;

　　(8)泄漏电流：小于 60 A;

　　(9)非线性值：±1/4℃。

　　LM35 集成温度传感器由两个截面积为 10：1 的晶体管以及电压放大器和电阻等组成，电路的工作原理是当温度变化时，两个晶体管的发射极正向压降之差△UBE发生变化，经过电压放大器将△UBE放大后，在放大器的输出端获得与摄氏温度成正比的电压输出信号。输出电压的电压温度系数 Kv=10mv/℃，t=Uo/Kv 可计算出被测温度 t，Uo 为传感器输出电压，单位为 mV。

　　3系统结构及硬件组成

　　温度测量系统由传感器电路、信号调理电路、数据采集卡及 PC 机 4 部分组成。系统基本工作原理：传感器电路将感受到的环境温度信号以电压形式输出到信号调理电路，信号经过调理后输入到数据采集卡进行 A/D 转换，A/D 转换后的数据直接进入微机，再由虚拟仪器系统对数据进行处理和显示。

　　传感器电路的核心部件是 LM35，如图 1 所示，图中 R=100 , C=1 F，用来去耦和消除噪声信号，D1 和D2 为 1N4148。信号调理电路主要完成对传感器信号放大和限幅的功能，将传感器电路输出的变化范围为 2V左右的直流电压，调理为数据采集卡允许的±5V 输入直流电压。本系统数据采集卡为 PCI-6251，数据采集卡是被测信号进入虚拟仪器系统的通道，它有 2 个输出通道和 12 个输入通道，可以选择任意的通道进行设置。