基于虛擬儀器的溫度測量系統(tǒng)

摘要：基于虛擬儀器技術(shù)，利用熱電偶設(shè)計(jì)了一套溫度測量系統(tǒng)，包括硬件和軟件設(shè)計(jì)，硬件包括對熱電偶輸出信號的放大和濾波，以及對冷端溫度的補(bǔ)償電路，冷端溫度通過Pt100熱電阻進(jìn)行測量；軟件采用Labview進(jìn)行編寫，界面簡潔，可通過圖形化的界面對溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。
關(guān)鍵詞：虛擬儀器；熱電偶；溫度測量；Labview

0 引言
熱電偶是溫度測量儀表中常用的測溫元件，測溫時(shí)，熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響，因此測量精度高。常用的熱電偶從-50℃～+1 600℃均可連續(xù)測量，某些特殊熱電偶最低可測到-269℃(如金鐵鎳鉻)，最高可達(dá)+2 800℃(如鎢-錸)。另外，熱電偶通常由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來非常方便。所有這些優(yōu)點(diǎn)使得熱電偶成為工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一。
虛擬儀器是計(jì)算機(jī)技術(shù)和儀器測量技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它充分利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算處理功能，突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、傳輸、存儲等方面的限制。本文利用虛擬儀器平臺，通過編寫Labview軟件對溫度進(jìn)行測量，可以減少硬件的重復(fù)開發(fā)，有利于系統(tǒng)的維護(hù)，也便于系統(tǒng)軟件升級。

1 熱電偶測溫原理
熱電偶測溫基本原理是將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體焊接起來，構(gòu)成一個(gè)閉合回路。如圖1所示。由于兩種不同金屬所攜帶的電子數(shù)不同，當(dāng)兩個(gè)導(dǎo)體的兩個(gè)連接點(diǎn)之間存在溫差時(shí)，就會發(fā)生高電位向低電位放電現(xiàn)象，因而在回路中形成電流，溫度差越大，電流越大，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，也叫塞貝克效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來工作的。如果兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相同，則不會產(chǎn)生電流。

圖1中，由兩根不同導(dǎo)線A和B組成電路，連接成的接點(diǎn)溫度分別為t和t0，則電路中產(chǎn)生的熱電勢等于接點(diǎn)的電動勢之差，如下式：

熱電偶用于探測溫度的一端稱為“熱端”，處于標(biāo)準(zhǔn)溫度的一端稱為“冷端”，國際公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)冷端溫度為0℃，但是在工業(yè)現(xiàn)場，要將冷端溫度處理成0℃不太現(xiàn)實(shí)，因此必須對冷端進(jìn)行補(bǔ)償。對于冷端溫度為t1的情況，可按下式進(jìn)行處理：

式(2)中，E(t，0)表示熱電偶熱端溫度為t，冷端溫度為0時(shí)的熱電勢；E(t，t1)表示熱端溫度為t，冷端溫度為t1時(shí)的熱電勢，E(t1，0)表示熱端溫度為t1，冷端溫度為0時(shí)的熱電勢，根據(jù)實(shí)際測試得到的冷端溫度，查分度表可求得E(t1，0)，E(t，t1)可直接測得，這樣就可以求出E(t，0)，再查分度表即可得到熱端的溫度。