基于Labview.docx

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基于Labview

测试技术基础课程设计

报告书

设计题目基于Labview的水温测量装置

院（系）机械工程与应用电子技术学院

班级130101

指导教师焦敬品

姓名任学晶

学号13010135

同组成员姓名李有智学号13010136

姓名孟繁诚学号13010117

2016年06月20日

目录

第一章背景····························1

第二章整体系统方案确定·······················2

2.1方案·························································2

2.2方框图·······················································2

2.3局部电路设计·················································2

2.3.1全桥连接···············································2

2.3.2滤波电路···············································3

2.3.3放大电路···············································3

第三章硬件系统的设计··············································4

3.1整体电路仿真·················································4

3.2电路焊接·····················································4

3.3元器件·······················································5

3.3.1各元器件数量··········································5

3.3.2PT100介绍············································5

第四章软件系统的设计··············································6

4.1设计要求·····················································6

4.2软件前面板···················································6

4.3具体程序结构·················································7

4.3.1数据标定采集模块·······································7

4.3.2曲线拟合模块···········································8

4.3.3测量模块···············································8

第五章系统整体测试及结果分析······································9

5.1系统整体测试·················································9

5.2测试结果展示················································10

5.3结果分析····················································11

第六章小组成员及分工·············································12

第七章心得体会···················································13

第八章参考文献···················································14

第一章背景

不管是工业方面还，日常应用方面还是其他方面，温度是一个必须关注的问题，电脑运行时我们要控制好ｃｐｕ的温度，在热水器加热时要关注其温度，蔬菜大棚，室内等很多方面都要考虑到温度的影响。

因此，一款好的，能用于多种场合的温度测量装置能为我们提供很多便利．在日常生活中我们见到的最多的温度计是玻璃的，是应用热胀冷缩的原理的，这种温度计有很多的缺点，如测量范围小，而且精度怎么高，除此之外当温度有所变化时它需要一段缓冲时间的显示实际温度，而这时往往温度会有所变化，因此并不能准确测量实际温度．因此目前市场需要一些精度高，响应快，测温范围大的温度测量装置。

铂电阻是目前特别适合做温度传感器的材料，它的阻值与温度成线性关系，而且测温范围非常大，精度较高．因此铂电阻温度传感器的应用会为我们解决很多问题。

第二章整体系统方案确定

2.1方案：

通过对市场上目前的各种传感器进行对比，我们发现铂电阻传感器的特性比较符合我们的设计要求，于是我们选择二线制的pt100铂电阻传感器来进行设计，利用其温度特性来设计一款基于Labview的温度测量装置。

2.2方框图：

如下是设计电路的大致框图：

传感器滤波电路放大电路A\D转换

显示计算机

图1

其中传感器采用铂电阻传感器，然后以全桥方式进行连接以提高精度，滤波电路为低通滤波电路，放大电路采用反相输入放大电路。

如下是各部分的仿真电路：

2.3局部电路设计

2.3.1全桥连接

通过4个阻值为2k欧的电阻组成全桥电路，其输入电压为3.3V。

如下

图2

2.3.2滤波电路

将采集到的数据在波形图中进行线性拟合，为了得到与真实数据相接近的图像，我们需要对其进行滤波处理，我们利用电容来实现这一功能。

图3

2.3.3.放大电路

为了得到理想的拟合曲线，需将滤波后的信号进行放大处理，原理如下图

图4

第三章硬件系统的设计

3.1整体电路仿真

下图是我们用multism经过多次仿真调试以后所得到的整体电路的仿真：

图5

3.2电路焊接

依照以上仿真电路图，我们购买了相应的元器件，并进行了电路焊接，如下是在进行电路调试

图6

3.3元器件

3.3.1各元器件数量

电阻：

2k欧4个；10k欧4个；20k欧8个；

电容：

320Uf1个；

芯片：

LM324M1个；

三极管：

一个；PT100传感器3个；

标准温度计：

一个

热得快（用于加热）：

一个

导线若干

3.3.2Pt100介绍：

pt100是铂热电阻，它的阻值跟温度的变化成正比。

PT100的阻值与温度变化关系为：

当PT100温度为0℃时它的阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。

它的工业原理：

当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成匀速增长的。

图7

金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表即

Rt=Rt0[1+α（t-t0）]

式中，Rt为温度t时的阻值；Rt0为温度t0（通常t0=0℃）时对应电阻值；α为温度系数。

　半导体热敏电阻的阻值和温度关系为

Rt=AeB/t

式中Rt为温度为t时的阻值；A、B取决于半导体材料的结构的常数。

相比较而言，热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常在数千欧以上），但互换性较差，非线性严重，测温范围只有-50~300℃左右，大量用于家电和汽车用温度检测和控制。

金属热电阻一般适用于-200~500℃范围内的温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠，在程控制中的应用极其广泛。

工业上常用金属热电阻从电阻随温度的变化来看，大部分金属导体都有这个性质，但并不是都能用作测温热电阻，作为热电阻的金属材料一般要求：

尽可能大而且稳定的温度系数、电阻率要大（在同样灵敏度下减小传感器的尺寸）、在使用的温度范围内具有稳定的化学物理性能、材料的复制性好、电阻值随温度变化要有间值函数关系（最好呈线性关系）。

pt100热电阻与普通型热电阻相比，它有下列优点：

①体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；

②机械性能好、耐振，抗冲击；

③能弯曲，便于安装

④使用寿命长

第四章软件系统的设计

4.1设计要求：

1.能够准确的实现温度与电压信号的转换。

2.能够对温度进行一个标定得到拟合曲线。

3.能够在拟合完成后可以进行实际测量应用。

4.2软件前面板

通过Labview的软件学习，我们根据我们需要实现的功能，进行了软件编写，得到如下面板

图8

采集数据模块用于数据采集，图线模块用于线性拟合，测量模块可以实现实时测温。

在进行实验时大致按以下步骤进行实验：

1.在进行标定前要设置其上下限以及采样间隔。

2得到温度电压对应数据，并进行曲线拟合显示直线。

3可以对温度进行实时测量。

4.3具体程序结构：

4.3.1数据标定采集模块

将采集到的信号输入到Labview数据标定采集模块，以备下模块曲线拟合调用。

同时，我们也可以对测温范围进行一个限制，即输入温度上、下限，这样一来，方便我们可以满足不同温度范围下温度的测量。

而且，对温度间隔的不同设定可以达到不同的测量精度。

图9

4.3.2曲线拟合模块

将采集到的原始数据在二维波形图中进行拟合，得到原始数据曲线与拟合两条曲线，借此可以直观的观察拟合直线与原始数据的误差。

同时，为下一步的动态测量做准备。

图10

4.3.3测量模块

在进行标定以后，用pt100铂电阻传感器进行测量，通过如下程序框图将水的温度实时显示出来，并与准备好的水温测量仪进行数值比较。

图11

第五章系统整体测试及其结果分析

5.1系统整体测试

按照仿真电路图进行电路连接，并进行测试。

具体操作如下实物操作图所示。

图12图13

图14

5.2测试结果展示：

通过线性拟合，得到如下结果图像，可以看出：

原始数据与拟合以后的图像相比，误差比较小，这为下一步的测量也提供了很好的数据基础，提高了整体的准确度。

图15

同时我们对不同温度下的水进行了实时测量，结果如下图所示，结果显示，我们的实验装置的误差很小。

图16图17

图18图19

图20图21

5.3结果分析

通过上面的测试结果我们也可以看到它的测量值与温度计所显示的值的误差不超过1摄氏度。

一方面有可能是采集卡本身在数据采集时不稳定所造成，另一方面有可能是我们所购买的传感器在质量方面有些不合格产生的。

于是我们对其进行了修正，最后将误差控制在0.5摄氏度以内。

第六章小组成员及分工

李有智：

硬件电路的设计及其焊接，以及软件电路的部分设计，电路调试以及结题报告撰写。

任学晶：

labview程序的主要设计及检查调试，元器件以及其他用具的购买，电路的焊接。

孟繁诚：

ppt制作。

第七章心得体会

在这16周的课程设计历程，一定程度上是对以往所学知识的巩固，硬件的设计跟焊接都要我们自己动手去做，软件的编程也要我们不断的调试，最终一个能完成课程设计的劳动成果出来了，很高兴它能按着设计的思想与要求运动起来。

在这次的课程设计过程中我锻炼了自己的思考能力和动手能力。

通过题目选择和设计电路的过程中，加强了我思考问题的完整性和实际生活联系的可行性。

在方案设计选择和芯片的选择上，培养了我们综合应用的能力,对各个元器件的功能也有了进一步的认识。

还锻炼我们个人的查阅技术资料的能力，动手能力，发现问题，解决问题的能力。

并且我们熟练掌握了有关器件的性能及测试方法。

尤其是对labview的学习，一方面对自学能力有了一定提高，另一方面重要的是明白了一门软件如何从一个个元器件通过线的连接成为可以测量控制的系统。

课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。

同时，设计让我感触很深。

使我对抽象的理论有了具体的认识。

通过这次课程设计，我掌握了常用元件的识别和测试;熟悉了常用仪器、仪表;了解了电路的连线方法;以及如何提高电路的性能等等，掌握了焊接的方法和技术。

过而能改，善莫大焉。

在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获龋最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师和学长的指导下，终于游逆而解。

在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可!

参考文献

1龙华伟，顾永刚.LabVIEW8.2.1与DAQ数据采集.清华大学出版社，2008

2王伯雄，王雪，陈非凡.工程测试技术.清华大学出版社，2006