基于LabVIEW的热电偶温度测量系统

　　前言

　　热电偶作为测温元件，其结构简单、制造容易、使用方便、测温精度较高,可就地测量和远传。在工作时，只要与显示仪表配合即可测量气体、液体、固体的温度。热电偶可以用来测量-200～1600℃范围内的温度，有些热电偶甚至可测2000℃以上温度。所以热电偶是使用最广泛的测温元件之一。通过热电偶冷端补偿进行温度测量是一种传统、有效的方法，广大技术工作人员在实际的测量检测中已经积累了较多的经验。

　　然而随着现代测试技术的不断发展，以LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engi-neering Workbench)为软件平台虚拟仪器测量技术正在现代测控领域占据越来越重要的位置。因此如何能将热电偶温度测量及技术有效的与LabVIEW 虚拟仪器相结合就成了温度测试领域的一个新课题。本课题就将在美国国家仪器公司(NationalInstruments)的虚拟仪器开发平台LabVIEW上进行，虚拟仪器是计算机技术和仪器测量技术相结合的产物，它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。目前，基于PC 的A/D 及D/A 转换，开关量输入/输出，定时计数的硬件模块，在技术指标及可靠性等方面已相当成熟，而且价格低廉。常用传感器及相应的调理模块也趋向模块化、标准化，因而减少了硬件的重复开发，这使得我们可以方便地对其进行硬件维护、功能扩展和软件升级。

　　1 系统的理论依据

　　此温度测量系统以热电偶中间温度定律为基础理论依据。在热电偶冷热端电势关系中，有如下公式存在：

　　其中，t为实测温度;为基准温度;为冷端温度;为了便于热电偶分度表查询计算，我们取基准温度为0℃，则以上公式可化简为：

　　为冷端温度为0℃时，热电偶电势输出;为冷端温度为t1℃时，热电偶电势输出;为冷端补偿电势。上式中可直接从热电偶输出中检测到，只要获取冷端温度，就可以由分度表换算出进而求出。于是完成了冷端电势补偿，并通过分度表可换算出实测温度t。

　　2 系统的硬件及外围电路

　　系统的硬件由热电偶传感器、信号调理模块、数据采集卡及PC控制电脑四部分组成。此课题采用镍铬- 镍硅热电偶(K 型)其使用温度范围为-200℃-1300℃。用户在使用其他类型传感器时，只需调整该系统软件分度表子程序部分即可。

　　热电偶传感器信号差分输入信号调理模块，经过仪器放大器其增益为100。放大器输出信号输入一个二阶2Hz 的滤波器。经放大信号可通过不同的方式与NI 公司的E 系列、M 系列以及 ADLINK 公司的各种数据采集卡连接，实现热电偶信号的数据采集。此信号调理模块还包括热敏电阻的冷端补偿电路。热敏电阻冷端补偿输出信号也通过不同的方式与NI 公司的E 系列、M 系列以及 ADLINK 公司的各种数据采集卡连接，实现冷端补偿信号的数据采集。两者共同工作以实现对热电耦传感器信号的调理。其信号调理部分的电路图如图1。