趙玲+栗健+趙靜+毛琪

摘要油田生產(chǎn)中精確檢測(cè)溫度日益被生產(chǎn)者所需要，本文介紹了虛擬儀器的工作原理，分析了溫度檢測(cè)裝置的總體構(gòu)成，構(gòu)建了基于LabVIEW的溫度自動(dòng)檢定裝置。結(jié)合LabVIEW技術(shù)，對(duì)溫度檢測(cè)裝置的上位機(jī)、下位機(jī)進(jìn)行了硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和軟件程序設(shè)計(jì)后，實(shí)現(xiàn)了多檢測(cè)點(diǎn)不間斷檢測(cè)以及實(shí)現(xiàn)溫度儀表檢測(cè)的自動(dòng)化和對(duì)電信號(hào)的采集。

關(guān)鍵詞LabVIEW 溫度 虛擬儀器 檢測(cè)裝置

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類的生產(chǎn)生活越來(lái)越離不開(kāi)溫度了。因?yàn)闇囟炔粌H是和人類生活緊密相連的，更是科學(xué)研究不可分割的一部分，從最簡(jiǎn)單的室內(nèi)溫度監(jiān)控以及調(diào)整，到復(fù)雜的不同溫度下相關(guān)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果參數(shù)，已經(jīng)都離不開(kāi)溫度的測(cè)量。溫度是工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究試驗(yàn)中一個(gè)重要參數(shù)。當(dāng)然，隨著21世紀(jì)計(jì)算機(jī)以及電子技術(shù)的飛躍發(fā)展，人類對(duì)于溫度的測(cè)量已經(jīng)越來(lái)越精益求精，所以，對(duì)溫度測(cè)量的道路上，出現(xiàn)了更加先進(jìn)的儀器以及試驗(yàn)方法。

1虛擬儀器及LabVIEW簡(jiǎn)介

1.1虛擬儀器

虛擬儀器（VirtualInstrumentation）是檢測(cè)與計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物，它是在以大量計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代測(cè)控以及信號(hào)處理等科技為精華的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。虛擬儀器（vir-tual instrumentation）是基于計(jì)算機(jī)的儀器。它的出現(xiàn)為測(cè)控技術(shù)的發(fā)展開(kāi)啟了新的方向，它是人類在信息時(shí)代取得豐碩成果的重要里程碑。虛擬儀器是以個(gè)人電腦（PC）為基礎(chǔ)，摒棄了復(fù)雜的程序編寫過(guò)程，根據(jù)具體的工程需求來(lái)實(shí)際，從而最終實(shí)現(xiàn)工程需求的新型工具。計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展產(chǎn)生了虛擬儀器，而虛擬儀器的產(chǎn)生又反過(guò)來(lái)促進(jìn)了計(jì)算機(jī)的發(fā)展，所以，它們是相輔相成的。

1.2 LabVIEW介紹

在當(dāng)前環(huán)境下，虛擬儀器LabVIEW是世界上最通用的開(kāi)發(fā)環(huán)境之一，其不但可以進(jìn)行圖形化的編程語(yǔ)言，更是包括了像是數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、信號(hào)生成、信號(hào)處理及輸入、輸出控制等等在內(nèi)的大量功能。LabVIEW由美國(guó)國(guó)家儀器（N1）公司研制開(kāi)發(fā)，是一種程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，類似于c和BASIC開(kāi)發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言有著顯著區(qū)別：其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言采用的是基于文本的語(yǔ)言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW卻是使用的是圖形化編輯語(yǔ)言編寫程序，產(chǎn)生框圖形式的程序。

2溫度檢測(cè)系統(tǒng)

首先通過(guò)控制器收集到實(shí)時(shí)的溫度參數(shù)，然后把收集到的參數(shù)經(jīng)過(guò)一系列處理后，將其傳輸給上位機(jī)。由LabVIEW虛擬系統(tǒng)自生成溫度信號(hào)，使用虛擬儀器LabVIEW進(jìn)行控件讀取，從而使得溫度參數(shù)通過(guò)串口取出，之后進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換的同時(shí)，使其可以出現(xiàn)在前面板上，并且還可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成華氏溫度；通過(guò)對(duì)采集卡接收的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并進(jìn)行圖形顯示，同時(shí)采集處理后的數(shù)據(jù)與檢驗(yàn)檢測(cè)綜合信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)共享，從而通過(guò)溫度的采集監(jiān)控實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度數(shù)據(jù)的采集，預(yù)處理，分析，儲(chǔ)存和顯示，實(shí)現(xiàn)儀表檢驗(yàn)檢測(cè)的自動(dòng)出證。溫度檢測(cè)系統(tǒng)的組成主要是由：待測(cè)儀表、標(biāo)準(zhǔn)器、機(jī)電輔助、供電系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成的。首先，將待測(cè)儀表安放到卡盤上，通過(guò)信號(hào)線快速連接頭完成儀表與接線背板的連接，然后在機(jī)電輔助系統(tǒng)的控制下，待測(cè)儀表依次進(jìn)入恒溫箱中進(jìn)行溫度測(cè)定，在測(cè)定時(shí)，要注意對(duì)待測(cè)儀表的溫度、電流、電阻以及標(biāo)準(zhǔn)器的溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集，通過(guò)數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換后，使之變成數(shù)據(jù)采集卡需要收集的信號(hào)，之后交給軟件系統(tǒng)進(jìn)行最終的處理。

3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)儀表溫度、電流和電阻以及標(biāo)準(zhǔn)器電阻、溫度等信號(hào)的采集過(guò)程，實(shí)際上對(duì)于溫度變送器來(lái)說(shuō)，溫度的測(cè)量過(guò)程就是電流信號(hào)的測(cè)量，測(cè)量中將測(cè)得的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)之后，電流信號(hào)送入放大濾波電路進(jìn)行處理，將處理后的信號(hào)送入采集卡的模擬輸入端，然后由A/D采集卡選擇通道采集把接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)輸入輸出通道送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行后續(xù)的處理。

PXIe-8840是一款基于Intel處理器的高性能嵌入式控制器，適用于PXI Express系統(tǒng)。該控制器提供了最高2.7GHz基頻、3.4GHz（單核睿頻加速模式）主頻和單通道1600MHzDDR3內(nèi)存，最大可提供8GB容量。

PXIe-1082 8槽機(jī)箱配有高帶寬背板，可滿足各種高性能測(cè)試和測(cè)量應(yīng)用的需求。每個(gè)插槽都可插入PXI Express模塊，并通過(guò)最多4個(gè)插槽支持可兼容標(biāo)準(zhǔn)PXI混合總線的模塊。機(jī)箱的操作溫度范圍可擴(kuò)展至55℃，可滿足苛刻環(huán)境的需求。將機(jī)箱與PMA-1115便攜式LCD顯示器和鍵盤附件相結(jié)合即可構(gòu)成一個(gè)一流的便攜式堅(jiān)固解決方案。它還集成了最新PXI規(guī)范的所有特性，包括PXI與PXIExpress模塊支持和內(nèi)置定時(shí)與同步特性。

PXI-4071是一款7%位FlexDMM，也是一款高性能3UPXI數(shù)字萬(wàn)用表（DMM），提供了以下兩種常見(jiàn)測(cè)試儀器的測(cè)量功能：高分辨率DMM和數(shù)字化儀。作為一款數(shù)字萬(wàn)用表，PXI-4071可快速準(zhǔn)確地進(jìn)行±10nV到1000V范圍內(nèi)的電壓測(cè)量、lpA到3A范圍內(nèi)的電流測(cè)量、10 到5的電阻測(cè)量以及頻率/周期和二極管測(cè)量。在高電壓隔離數(shù)字化儀模式下，PXI-4071能以1.8 MS/s的采集速率進(jìn)行波形采集。LabVIEW軟件中的分析函數(shù)可用于分析時(shí)域和頻域的波形。PXI-4070具有卓越的速度、精度和功能，是生產(chǎn)和研發(fā)中的理想選擇。

3.2系統(tǒng)的軟件功能

基于溫度檢測(cè)裝置是對(duì)溫度儀表進(jìn)行參數(shù)采集，并與標(biāo)準(zhǔn)的鉑電阻溫度計(jì)進(jìn)行溫度對(duì)比，從而對(duì)被檢的溫度儀表進(jìn)行檢測(cè)的目的，系統(tǒng)軟件系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的具體功能如下，其裝置軟件總體設(shè)計(jì)如圖1所示。

首先，數(shù)據(jù)采集是該裝置實(shí)施的關(guān)鍵和保證，若要正確的完成溫度儀表的檢測(cè)，就必須準(zhǔn)確采集被檢儀表的電阻、電流、溫度以及標(biāo)準(zhǔn)器的溫度值，并將它們做詳細(xì)的對(duì)比。收集溫度參數(shù)時(shí)還需要對(duì)收集的溫度參數(shù)進(jìn)行儲(chǔ)存，在儲(chǔ)存時(shí)可以改變它的儲(chǔ)存路徑。

然后，系統(tǒng)收集到的溫度參數(shù)傳進(jìn)溫度顯示系統(tǒng)開(kāi)始參數(shù)處理。數(shù)據(jù)顯示模塊主要完成被檢儀表和標(biāo)準(zhǔn)器參數(shù)的即時(shí)顯示以及曲線對(duì)比顯示等功能，它將采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，并且繪制出每個(gè)被檢溫度儀表和標(biāo)準(zhǔn)器之間的實(shí)時(shí)曲線對(duì)比圖。

4結(jié)論

本文中設(shè)計(jì)的這種基于虛擬儀器LabVlEW的溫度檢測(cè)裝置，能更準(zhǔn)確測(cè)量溫度參數(shù)。這套溫度檢測(cè)裝置為了更準(zhǔn)確地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集，搭建了基于虛擬儀器LabVIEW的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，這為實(shí)驗(yàn)結(jié)果參數(shù)的準(zhǔn)確性提供了保障，并且避免了不必要的資源浪費(fèi)，為最終帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)效率打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。