基于LabVIEW的温度参数测试系统设计

　　0　引言

　　在机械工程测试技术中,经常需要对机械工程领域常见的机械传动性能参数进行测试与分析,如力的测试、振动的测试、温度与位移测试等等。传统的机械工程测试实验一般在CSY传感器实验台上完成,CSY传感器实验台上安装应变、电容、电感、涡流、光纤、霍尔、压电、磁电和光电等各类传感器,并提供电桥、差动放大器、相敏检波器和光电变换器等测量调理电路。

　　随着电子技术、计算机技术的迅速发展,测试技术的水平也不断提高,传统的测试平台因功能单一、不能存储测试数据以离线处理、使用效率低、扩展性差等方面的问题[1],在很大程度上制约了机械测试水平和质量提高。文中利用CSY型传感器实验仪和各种硬件设施,设计了基于LabVIEW环境下的温度参数测试实验系统,系统具有很好扩展性,可满足机械参量测试需求多样性的特点。

　　1　测试方法

　　在机械工程检测技术实验中,主要机械参数的测试包括力、位移、应变、转速、温度、振动等方面。温度是表征物体冷、热程度的物理量,是一个重要的检测、控制参数。在机械加工中,工件、刀具、机床等许多零部件的温度过高,往往会造成加工质量差、零部件磨损等状况,因而,关于温度测试技术的研究对生产率和自动控制程度的提高有着重大意义[1]。常用的温度传感器有热电偶、热电阻、热敏电阻、半导体集成温度传感器。热电偶测温的工作原理是基于物体的热电效应[2]。根据该效应,当2种不同材料A和B两端形成闭合回路,如果两接点温度分别为T和T0时,回路总热电动势:

　　由此可见,如果热电极材料一定,则热电动势仅与两结点的温度有关。因此,可以通过测定热电动势值来测量被测物体的温度T,从而达到测温的目的。热电阻的工作原理是基于金属的热电阻效应,即金属的电阻率随温度的变化而变化。常用的材料有铂、铜等。铂电阻测温范围一般为-200~650℃.铂热电阻的阻值与温度的关系近似线性,当温度在0~650℃范围内,有

　　热敏电阻温度传感器的工作原理是基于半导体的热电阻效应,其电阻值随温度成指数变化。热敏电阻由半导体材料制成,随温度变化的特性有3种类型,即负温度系数热敏电阻NTC、正温度系数热敏电阻PTC、临界温度电阻CTR.以负温度系数热敏电阻NTC为例,NTC热敏电阻的阻值与温度的关系为

　　2　虚拟仪器硬件平台的构建

　　2. 1　测试系统的构成

　　根据虚拟仪器系统构成的原理,一套完整的参数检测系统主要由传感器、信号调理、数据采集卡和计算机等组成。其中传感器部分可根据信号类型和检测方法来选择,包括温度、速度、压力、位移、振动等传感器。传感器的输出信号通常需要经过一定的预处理才能进行有效而准确的变换,这种对信号的前端预处理过程称为信号调理。信号调理包括功率放大、滤波处理、电气隔离以及为传感器提供激励(电压或电流)等。计算机可以是各种类型的计算机,如PC机等。虚拟仪器系统的构成有多种方式,主要由系统采用的硬件与接口方式决定。根据系统接口模块与计算机不同的通信方式,可以分为以插入式数据采集DAQ卡和信号调理电路为硬件的PC-DAQ系统,还有以GPIB、串行、PXI、VXI总线等为硬件接口方式组成的GPIP仪器控制系统、串行口系统、PXI仪器系统、VXI仪器系统等。系统采用的是基于RS-232通用串行总线, RS-232总线与GPIB总线、VXI总线、PXI总线相比,它的接口简单、价格低廉、使用方便,虽然速度有所降低,但应用于速度较低的测量系统中,仍具有明显优势[3]。测试系统采用的是传感器+数据采集系统+虚拟仪器的总体架构,由传感器获取各种机械参量信号,经信号调理电路放大、滤波等处理后,再由数据采集系统和PCI总线将数据传输到计算机进行处理。其结构框图如图1所示。