基于虚拟仪器和USB技术的热电偶测温系统设计

　　0　引言

　　传统热电偶测温系统由传感器、调理电路、数据采集装置及计算机等组成[1-2]。随着工业自动化程度越来越高，这种测温系统在某些场合已不能很好适应现代测温的要求。表现在以下几个方面：　

   　(1)通过硬件电路实现滤波、补偿功能，存在精度和实时性不够、电路复杂、成本较高等问题。

　　(2)常用上位PC机与数据采集部分的连接，除利用各种总线的插卡外，多用并口及串口方式[1]，前者成本较高，携带、使用也不是很方便，后者系统的实时性和在线采集性能不　　是很理想，。

　　课题组利用 “软件就是仪器的思想”，设计了虚拟热电偶测温系统，降低了仪器成本、提高了系统的稳定性、便捷性，较好地解决了上述问题。

　　1　测温系统设计的总体思路

　　系统由K型热电偶和集成温度传感器AD590[1]测量热端和冷端温度，采用USB采集卡实现信号采集并传输给计算机。根据热电偶中间温度定律[2]，编制软件采用查表和曲线拟合进行非线性校正及冷端补偿。利用LabVIEW的数据存储、读取、分析函数，实现温度趋势曲线和统计直方图的绘制[3]。系统结构如图1　所示，软件编程思路如图2所示

　　2　测温系统调理电路设计

　　2.1　放大器的选择

　　若测温范围0～1000℃，分辨率0.5℃，则K型热电偶输出热电势近似为0～41.276mV[1]。系统采用北京阿尔泰公司的USB2002型数据采集卡[4]，其输入模拟电压范围为±5V，　　A/D转换分辨率为14位，考虑10%　的超量程能力，放大器增益S设置为100可满足要求，故选AD627作为测量放大器。当T =0.5℃时，热电偶的输出U0≈0.02mV，则放大器输出U =U　　0×S=2mV。采集卡的量化单位Q=10/ (214-1)=0.61mV。显然U >Q，因此S取100同时满足量程和分辨力要求。

　　2.2冷端温度补偿电路设计

　　用AD590测得冷端实时温度值T0，通过查分度表得到EAB(T0，0)，K型热电偶测得回路热电势为EAB(T，T0)，根据中间温度定律可得被测温度对应的实际热电势为：EAB(T，0)　　=EAB(T，T0)+EAB(T0，0) (1)环境温度为25±25℃，　AD590线 性 电 流 输 出灵敏 度为1μ　A/K，则输出电流在273.2μA～323.2μA之间变化。选取样标准电阻为1kΩ，则冷端电压在273.2mV～323.2mV之间，温度每变化1℃，输出电压变化1mV，放大器增益设置为15即可。选用美国PMI公司生产的电压运算放大器OP-07。当温度变化0.5℃，AD590的输出电流为　　0.5μA，V590=0.5mV，则OP-07的输出电压为7.5mV，大于采集卡的量化单位，所以满足冷端温度测量分辨率的要求。冷端温度补偿电路如图3所示。