基于虚拟仪器的远程热电偶测温系统设计

　　0　引言

　　热电偶是温度测量中使用最普遍的传感元件之一[1]。传统热电偶测温仪一般由热电偶、放大电路、滤波电路、非线性及冷端补偿电路、A/D转换器以及单片机等组成智能测试系统[2]。随着工业自动化程度的越来越高,这种测温仪在很多场合已经不能适应现代测温的要求。存在的主要问题有:

　　(1)传统的热电偶测温仪是通过硬件电路实现滤波、非线性校正和冷端补偿等功能,存在补偿精度和实时性不够、电路复杂、成本较高等问题;

　　(2)现代测温不仅要求显示温度,还需要能够实现报警、显示变化趋势、统计分析等管理功能。

　　(3)热电偶往往使用在一些大型的生产现场或者环境条件特别恶劣的场合,这就需要进行远程自动测试,传统的测温仪就更加无能为力。

　　该设计在LabVIEW[3]平台上进行二次开发,将虚拟仪器技术与传统测温技术相结合,设计了虚拟热电偶远程测温系统。系统利用软件实现了诸如波形显示、数字滤波、非线性校正、冷端补偿以及统计分析等多种功能,降低了仪器成本。更为重要的是虚拟测温系统通过网络传送数据,既可现场监测,又可以将测试数据进行传送实现远程测试。

　　1　测温系统总体方案

　　系统由热电偶采集被测温度信号,用集成温度传感器TMP36测量冷端温度值,数据采集卡采集热端和冷端温度信号,将2路信号传输给现场的计算机(服务器)。

　　根据热电偶中间温度定律[1],编制软件采用二次查表法加线性插值实现温度的测量与显示。同时利用LabVIEW的DataSocket技术[3]将被测温度值转化为适合网络传输的数据信号,方便地实现网络中各程序间数据的共享。控制室(客户端)计

　　算机接收数据,实现温度的存储,生成温度趋势曲线和统计直方图等。

　　测温系统结构框图和软件编程思路如图1、图2所示。

　　2　测温系统硬件电路设计

　　2. 1　放大器的选择

　　若测温范围为0~1 000℃,测量分辨率为0_·5℃.可选K型热电偶,由分度表可知,其热电势近似为0~41_·276 mV[1-2]。采集卡电压输入范围为0~5 V,考虑到10%的超量程能力,放大器增益S设置为100即可满足要求。选择AD627测量放大器作为系统的放大器环节,其增益为G=5+200 kΩ/RG,改变RG便可调整增益。而当T=0_·5℃时,热电偶的输出U0≈0_·02mV,则放大器的输出U=U0×S=2mV.采集卡的量化单位Q=5/(212-1)=1_·22×10-3V=1_·22 mV.显然U>Q,因此S取100可以同时满足量程和分辨力要求。