《虚拟仿真技术》课程设计报告的封面

本科课程设计报告题目热电偶的测温及冷端补偿

物理与电子信息学院电子信息系

二〇一四年

目录

第一章虚拟仪器课程设计的意义及任务 (3)

1.1课程设计的意义 (3)

1.2课程设计任务说明 (3)

第二章关于虚拟仪器和Labview (4)

2.1虚拟仪器简介 (4)

2.2 Labview概述 (5)

2.2.1Labview简介.........................

2.2.2 什么是VI..................................

2.2.3 Labview面板.........................

第三章热电偶测温及冷端补偿的设计基础.....................

3.1 热电偶测温工作原理..............................

3.2 热电偶冷端补偿原理............................

第四章热电偶测温及冷端补偿硬件和软件设计................

4.1 热电偶测温及冷端补偿硬件设计....................

4.2 热电偶测温及冷端补偿软件设计...................

4.2.1 模型的建立................................

4.2.2 温度补偿的电路设计.......................

4.2.3 放大电路设计..............................

4.2.4 直流稳压源设计...........................

4.3 LabVIEW虚拟仪器设计.......................

4.3.1 数据显示子程序设计.......................

4.3.2 接口电路的设计与编译.......................

第五章综合电路仿真.......................

5.1 热电偶及热电偶补偿子电路分析...................

5.2 直流稳压源子电路分析.......................

5.2.1 电桥整流输出电压.......................

5.2.2 滤波后输出电压.......................

5.2.3 接三端稳压后输出.......................

5.2.4 电压调整率.......................

5.2.5 电流调整率.......................

5.2.6 纹波电压.......................

5.2.7输出抗干扰电路分析 ....................... 第六章心得体会与设计总结......................

参考文献 (10)

第一章虚拟仪器课程设计的意义及任务

1.1 课程设计的意义

虚拟仪器是随着计算机技术、电子测量技术和通信技术发展起来的一种新型仪器。在国外，虚拟仪器技术已经比较熟了，由于其很强的灵活性，使得该技术非常适用于现代复杂的测试测量系统中。近几年，虚拟仪器技术在国内的发展势也越来越受到重视。成熟的虚拟仪器技术由三大部分组成：高效的软件编程环境、模块化仪器和一个支持模块化I/O集成的开放的硬件构架，该课程设计的目的就是，通过一些功能简单的仪表系统的设计，要在这三个方面上有更深一步的了解。

1.2课程设计任务说明

本课程设计分为四个部分，其一为热电偶测温系统设计，其二为温度补偿的

电路设计，其三为放大电路设计，其四为直流稳压源设计。这四部分的具体要求如下：

一、热电偶测温系统设计

在LABVIEW 8.5的软件环境下，应用热电式传感器、时域信号采集器和一些运放电路设计一个热电偶测温系统，其功能要求如下：

1）设计一个量程范围为0~100℃的温度显示器；

2）可以连续测温，并做记录；

3）如果温度超出范围就报警。

二、温度补偿的电路设计

在Multisim10.0的软件环境下，功能要求如下：

1）保持冷端温度为0；

2）当冷端温度产生误差时要进行冷端补偿。

三、放大电路设计

在Multisim10.0的软件环境下，功能要求如下：

可调节放大器的放大倍数；

1）R

W1

2）R

用于电路调零；

W2

3）对电桥、比例放大的调零和增益的调整。

四、直流稳压源设计

在Multisim10.0的软件环境下，功能要求如下：

1）实现交流—直流的转换；

2）提供稳定的供电电压。

第二章关于虚拟仪器和Labview

2.1 虚拟仪器简介

虚拟仪器是在PC机基础上通过数采、信号调理硬件、信号处理分析(DASP) 及各种应用软件构架而成的具有可视化界面的仪器，是一种全新概念的测试仪器。就其用途而言，它具有真实仪器的各项功能，是一套真实的仪器。而虚拟的含义是指用软件来实现传统仪器中许多硬件所实现的功能，甚至是传统仪器无法实现的功能。用软件制造仪器、用软件代替硬件，可以满足多领域、多样化的应

用和扩展需求。虚拟仪器的应用前景极其广泛，它相当于一个“便携式试验室”，可以为科学仪器与科学试验领域带来一次深远的技术革命。虚拟仪器的出现最终将取代大量的传统仪器成为仪器领域的主流产品，成为测量、分析、控制及自动化仪表的核心。软件可以积聚人类的各种智慧，经全面推广，将来可以发展为智慧仪器。通过应用大量的软件和嵌入式芯片发展人脑工程，进行信号和信息处理，是智慧机器人的基础，并成为机器人的核心技术。目前计算机与互联网已经普及并深入到家庭，为推广应用虚拟仪器提供了广泛的基础。

虚拟仪器的五大特点：

①具有可变性、多层性、自主性的面板；

②强大的信号处理功能；

③虚拟仪器的功能、性能、指标可由用户定义；

④具有标准的、功能强大的接口总线、板卡以及相应软件；

⑤虚拟仪器具有开发周期短、成本低、维护方便、易于应用的特点。

2.2 Labview概述

2.2.1 Labview简介

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序，而 LabVIEW 则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了VI及函数的执行顺序。

2.2.2 什么时VI？

VI是虚拟仪器的简写,它还是LabVIIW的一个程序。这类似C语言中的.C 或者C++的.cpp。一个VI可以实现一个函数或某项功能。可以被其它的VI调用。LabVIEW通过这样的方式，实现模块化编程。通俗的来说就是文本语言的函数，这不过vi是以图标的形式出现的。

2.2.2 Labview面板

1. 前面板

使用输入控制和输出显示来构成前面板。控制是用户输入数据到程序的接口。而显示是输出程序产生的数据接口。控制和显示有许多种类，可以从控制模板的各个子模板中选取。

两种最常用的前面板对象是数字控制和数字显示。若想要在数字控制中输入或修改数值，你只需要用操作工具（见工具模板）点击控制部件和增减按钮，或者用操作工具或标签工具双击数值栏进行输入数值修改。

2. 框图程序

框图程序是由节点、端点、图框和连线四种元素构成的。

节点类似于文本语言程序的语句、函数或者子程序。LabVIEW有二种节点类型----函数节点和子VI节点。两者的区别在于：函数节点是LabVIEW以编译好了的机器代码供用户使用的，而子VI节点是以图形语言形式提供给用户的。用户可以访问和修改任一子VI节点的代码，但无法对函数节点进行修改。上面的框图程序所示的VI程序有两个功能函数节点，一个函数使两个数值相加，另一个函数使两数相减。

端点是只有一路输入/输出，且方向固定的节点。LabVIEW有三类端点----前面板对象端点、全局与局部变量端点和常量端点。对象端点是数据在框图程序部分和前面板之间传输的接口。一般来说，一个VI的前面板上的对象（控制或显示）都在框图中有一个对象端点与之一一对应。当在前面板创建或删除面板对象时，可以自动创建或删除相应的对象端点。控制对象对应的端点在框图中是用粗框框住的，如例子中的A和B端点。它们只能在VI程序框图中作为数据流源点。显示对象对应的端点在框图中是用细框框住的。如例子中的A+B和A-B端点。它们只能在VI程序框图中作为数据流终点。常量端点永远只能在VI程序框图中作为数据流源点。

图框是LabVIEW实现程序结构控制命令的图形表示。如循环控制、条件分支控制和顺序控制等，编程人员可以使用它们控制VI程序的执行方式。代码接口节点（CIN）是框图程序与用户提供的C语言文本程序的接口。

连线是端口间的数据通道。它们类似于普通程序中的变量。数据是单向流动的，从源端口向一个或多个目的端口流动。不同的线型代表不同的数据类型。在彩显上，每种数据类型还以不同的颜色予以强调。

第三章 热电偶测温及冷端补偿的设计基础

3.1 热电偶测温工作原理

热电偶是利用热电效应(塞贝克效应)工作的，工作原理见图1，由两种不同

的金属导体A 和B 组成闭合回路，当两端结点温度不同(设为t 和t 0，其中t 为

热电偶测量端温度，t 0为参比端即冷端温度)，则回路内将 产生热电动势E AB (t ，

t 0)。热电势的大小只与热电偶导体的材料以及两端的温差有关，t 与t 0的温差

越大，热电势越大，与热电偶导体的长度、直径等无关。

3.2 热电偶冷端补偿原理

热电偶冷端补偿原理：测温的目的是测得以0℃为基准的测量端即热端温度

t ，而热电偶输出热电势E AB (t ，t 0)反映的是相对于冷端温度的热端温度，只有将

冷端置于冰水混合液中，才能使冷端温度t 0不受环境温度的影响始终保持0℃，

此时热电势E AB (t ，0)对应于标准分度表的温度才是测量点即热端的温度。而在

实际工程应用中，很难保证这样的条件，这也是热电偶测温过程中需要冷端补偿

的原因和意义。

根据中间温度定律，

E AB (t ，t 0)=E AB (t ，0)一E AB (t 0，0) （1）

根据式(1)，可得

E AB (t ，0)=E AB (t ，t 0)+E AB (t 0，0) (2)

由式(2)可知，只要将实测热电势E AB (t ，t 0)加上冷端修正热电势E AB (t 0，0)即可

得到热电偶测量端热电势E AB (t ，0)，通过查标准温度表即可得到热端温度t ，或

者冷端处于恒温环境，即t0已知的情况下，也可以方便地测得热端温度t 。这

种通过修正热电势E AB (t 0，0)或t 0进而得到热端温度t 的过程即为热电偶的冷端

温度补偿。

第四章热电偶测温及冷端补偿硬件和软件设计

4.1 热电偶测温及冷端补偿硬件设计

4.2 热电偶测温及冷端补偿软件设计

参考文献 1：基于运算放大器和模拟集成电路的设计；赛尔吉欧.弗朗哥，2001 2：模拟电子技术；康华光，1998 3：电路理论；邱关源，1999 4：数字电子技术；闫石，2006 5: 电子技术基础（数字部分）；康华光，2006 6：电子技术基础（模拟部分）；康华光，2006

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