基于CVI的STTT―R型热电偶静态特性测试软件设计

【摘 要】本文针对传感器需进行标定的问题,依托虚拟仪器技术进行实验,利用CVI平台设计了“STTT-R”型热电偶静态特性测试软件,对热电偶静态特性的所需参数进行数据采集,得出热电偶的线性度、灵敏度等静态特性参数.

【关 键 词】CVI；STTT-R型热电偶；静态特性

0引言

传感器进行特性标定以确定其各项性能指标是否满足使用要求.静态特性是指传感器在输入物理量处于稳定状态时输出与输入关系[1],主要包括线性度、灵敏度、滞后性、重复性和静态误差等.以往对传感器静态特性的研究需要多种仪器进行采集、繁琐的人工计算,导致效率低、可靠性差[2].随着计算机的发展以及各种编程软件的使用,通过计算机的高速数据处理能力和虚拟仪器所见即所得的特性,设计一种半自动化的传感器动静态特性标定系统就能在很大程度上提高对传感器特性研究的速度和准确性,也有助于提高实验水平[3-5].

1系统总体结构

测试系统由电热源、热电偶传感器、NIUSB-6009数据采集卡、隔离变送器、WD990微机供电电源、作为标准用水银温度计、计算机等组成.其中NIUSB-6009数据采集卡为8路模拟输入通道,2路模拟输出通道,12条数字I/O线,32位分辨率计数器,具有基本的数据采集功能.K型热电偶传感器测量温度的隔离变送器,主要用于测量0-200℃的温度.变送器内有冷端补偿功能,输入、输出和辅助电源之间是完全隔离（三隔离）,可以承受2500VDC的隔离耐压.

数据采集软件以美国NI公司开发的LabWindows/CVI为开发平台,它以ANSIC为核心,将C语言平台与用于数据采集、分析和表达的测控专业工具结合起来,增强了C语言的功能,通过其强大的函数库功能,为建立检测系统、自动测量系统和过程监控系统等提供了一个良好的软件开发环境.

STTT-R型热电偶静态特性测试系统框图如图1所示.当热电偶将数据传入变送器后,通过信号调理电路将温度信号转换为电压信号；转换后的电压信号经NI-USB6009传输至PC机的数据采集软件,进行数据的采集、显示和存储.

2系统软件设计

2.1静态数据采集模块

采集模块用于对静态数据进行采集以及实时图形显示.在采集的过程中,PC机界面显示所采数据以及操作步骤,使用户可以一目了然的观察所采集到的数据结果.在进行静态拟合时主要采用了AdvancedAnalysis库中的PolyFit函数对采集到的静态数据进行拟合计算.静态数据采集操作界面如图2所示,整个界面分为三部分：实时图像显示、静态数据采集记录、操作步骤提示等.

2.2数据保存模块

本测试系统对采集数据进行多种格式的保存,其中包括“.GP文件”、二进制文件、“.txt文件”以及excel表格文件,运用ActiveX技术,将数据保存为excel格式,并实现数据报表的输出.软件编程课实现所保存文件存放在“D：＼我的文档＼桌面＼新建文件夹”目录下,便于用户查找和使用.本测试系统通过使用ExcelReport.fp和MicrosoftExcel9.0函数库,可根据采集次数的不同自动调整excel表格的格式,使界面友好化、个性化,满足人机交换界面的需求.

3数据处理及误差来源

对热电偶传感器静态特性的衡量是线性度和灵敏度.在传感器中将实际特性曲线与拟合直线不吻合的程度,被称为“非线性误差”或“线性度”.用公式表示为：

某次测量结果数据记录如表1所示,通过计算可得知该热电偶的线性度以及灵敏度.

STTT-R型热电偶在测量过程中的主要误差来源有：传感器对分度表的误差；绝缘不良引起的误差；线路电阻引起的误差；测量仪表的误差以及传热误差、动态相应误差、干扰误差等.对于热电偶来说还有参考端温度变化引起的误差；补偿导线的误差等.其中有些误差是在一定条件下才会出现,而且通过一定措施是可以消除的.

4结论

以NIUSB-6009为依托构建通用型数据采集测试系统,使用CVI平台设计“STTT-R”型热电偶静态特性测试软件,对热电偶线性度、灵敏度等静态特性进行处理.通过虚拟仪器技术改变了传统对传感器进行人工标定的方法.通过多次试验表明,该系统可以方便高效的实现用户对传感器静态特性的测试.

【参考文献】

[1]赵兵,杨基峰,孙书林,王帅.基于LabVIEW的传感器静态特性标定系统[J].仪表技术与传感器,2011,06：20-22.

[2]刘琳,向学军,王晓烨.基于LabVIEW的温度传感器特性实验数据分析系统设计[J].三峡大学学报：自然科学版,2007,06：544-545.

[3]张海丽,苏淑靖.基于LabWindows/CVI的测试仪软件设计[J].测控技术,2012,07：88-91.

[4]杨建和.基于LabWindows/CVI数据采集系统的设计[D].北京邮电大学,2012.

[5]赵兵,孙书林,王帅,王娜.基于LabVIEW的传感器静态特性标定方法研究[J].青海大学学报：自然科学版,2010,06：24-27.

[6]吴疆,秦存民,王莉.细丝热电偶温度传感器动态特性研究[J].航空精密制造技术,2008,04：34-36.

[7]贾廷珏.实验室热电阻温度计标定方法研究[J].工业计量,2009,04：8-10.

[8]房文泽.基于Ladows/CVI的虚拟实验平台的设计与研发[D].东北大学,2008.

[责任编辑：汤静]