基于LabVIEW的便攜式溫度測量裝置的研究

陳洪俠 張海波 高巍

黑龍江省計量檢定測試院幾何量所, 哈爾濱 150036

基于LabVIEW的便攜式溫度測量裝置的研究

陳洪俠 張海波 高巍

黑龍江省計量檢定測試院幾何量所, 哈爾濱 150036

介紹一種基于LabVIEW的便攜式溫度測量裝置（以下簡稱《裝置》），主要包括裝置的整體設計及其數據采集卡的穩定性測試。該裝置具有便攜、高效、可移植性強、性能穩定等特點。

LabVIEW；虛擬儀器；溫度測量；數據采集

引言

現今溫度在工、農業生產、科學研究、環境保護、節約能源以及人們的日常生活中均起著舉足輕重的作用。傳統的測量系統體積龐大，所需要的硬件設備較多，使用時受人員、地點、空間等諸多因素的影響較大。而虛擬儀器技術的易開發、靈活性強和使用方便等優點，將其和傳統測量系統結合起來，就可以利用虛擬儀器技術［1］并結合無線數據傳輸模塊，來完成數據采集和處理功能，還可以根據用戶自身的需要來對系統的功能和作用進行自我定義和修改，節省了大量的人力、物力，使得對于數據采集和處理變得更加簡單、方便。

1 裝置的整體配置

《裝置》的硬件采用8槽NI cDAQ-9172機箱，內嵌數據采集卡4塊NI 9217，NI 9217連接的溫度傳感器可采用四線制鉑電阻，可實現1～15路溫度測量。《裝置》設計的技術路線如圖1所示。

圖1 技術路線

圖2 裝置的前面板

《裝置》的軟件設計也是該裝置的核心部分采用NI公司的LabVIEW軟件［2］開發平臺完成的。所實現的功能有：1）溫度物理信號的采集；2）測量數據的計算處理；3）數據庫管理系統的設計；4）測量報告的自動生成等。程序的前面板及部分框圖如圖2和圖3所示。可以看出，前面板具有良好的、簡潔的“人機對話”功能［3］，使用者可以輕松的設定各種實驗參數。

2 數據采集卡穩定性測試

為了驗證《裝置》的穩定性，我們對溫度采集卡“NI9217”進行了長期考核。

“NI9217”這塊數據采集卡自帶了信號調理部分（激勵電流源、工頻內置去噪）所以很容易實現四通道3線或4線RTD溫度測量，特別適合現場使用。我們在便攜式溫度測量裝置中（cDAQ）使用了四塊該模塊，構成15通道溫度測量裝置，并用其閑置的一個測量通道來考核該模塊的長期穩定性。

這里所說的長期穩定性是指：在環境溫度為20±5℃的條件下，考察半年或一年的測量數據的相對變化情況（模擬一個溫度測量）。

2.1 測量方法如下：

2.1.1 選擇一個精密電阻

精密電阻選用北京718廠生產的RII-8型1/4W金屬鉑電阻。電阻的標稱值為150歐；溫度系數為5ppm/℃。這樣就可以忽略了環境溫度變化對模擬溫度測量的影響。

2.1.2 將這個電阻按4線制的方式接入NI 9217的測量通道，來模擬溫度測量。

2.1.3 長期測量記錄模擬溫度的測量值，分析最后的結果。

測量條件：采樣速率：10次/秒，沒有采用去噪功能。

用精密電阻模擬4線溫度測量，大約每隔一、兩天記錄測量結果一次（節假日除外），測量進行了20個星期，測量結果如圖3所示。

圖3 溫度采集卡穩定性測試前面板

2.2 測試結果我們得出以下結論：

2.2.1 NI 9217在環境溫度為（20±5）℃時的長期穩定性很好，測試期間經歷了夏季和冬季供暖期室溫的變化。從測量數據來看，板卡測量通道包括信號調理部分對環境的適應能力都很理想，20個星期的變化量為0.01℃。

2.2.2 有望提高溫度的測量精度

NI 9217技術手冊［4］給出的溫度測量準確度是：（0.15～0.20）℃（環境溫度：（25±5）℃），若對鉑電阻進行溫度誤差修正，可以將溫度測量精度提高到0.1℃。在小溫差測量方面更具價值。

2.2.3 不足

由于測量條件的限制，不能考核環境溫度變化更大時的影響。試驗僅針對的是某個模塊的某一通道。

由于電阻溫度系數的影響，測量結果包含了這個影響在內，但是20個星期的變化量為0.03℃這個結論還是可信的。

3 總結

該《裝置》的主要技術特點：

3.1 應用虛擬儀器技術，體現了“軟件就是儀器”

LabVIEW圖形化的設計方法，不僅提供簡潔的程序設計手段、降低了程序設計的復雜度，同時在程序的GUI設計［5］和數據處理能力上也提供了強大的支持，分析結果顯示更加直觀、明確。

3.2 應用虛擬儀器技術，硬件電路設計得到最簡化

《裝置》的硬件設計，采用了高性能、簡單的數據采集模塊，所以幾乎無需設計硬件電路。因此，《裝置》實現、替代了傳統測試時使用的多種儀器，大大降低測試系統費用。

3.3 便攜、靈活、可移植性強、可靠性強，可滿足現場測試需求

到現場測量只須攜帶筆記本電腦、《裝置》機箱以及溫度傳感器即可完成，且即插即用方便靈活，給現場檢定工作帶來了極大的方便。所選數據采集卡可測多個參數，如需測量其他參數只需更改軟件即可實現。

因此該裝置具有便攜高效、性能穩定，滿足現場測試要求、可擴展性及可維護性強等優點，可廣泛應用于有溫度測試要求的各個行業。

[1]楊樂平，李海濤，楊磊.LabVIEW的程序設計與應用（第2版）[M].北京：電子工業出版社，2005

[2]National Instruments Co,LabVIEW Programmer Reference Manual[Z].1998

[3]陳洪俠，范龍江.基于虛擬儀器技術的三相工頻諧波信號發生器的設計[J].計量技術，2010（2）; 19～21

[4] NI 9217Operating Instructions and Specifications[Z].2008

[5]阮奇楨.我和LabVIEW.[M].北京：北京航空航天大學出版社，2009

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.23.066