基于虚拟仪器的检定炉温度控制系统 下载本文

内蒙古科技大学毕业设计说明书(毕业论文)

基于虚拟仪器的检定炉温度控制系统

摘 要

热电偶在使用过程中由于受到测量环境、介质气氛、使用温度以及绝缘材料和保护管材料的站污等影响,使用一段时间后,其热电特性会发生变化,尤其是在高温、腐蚀性气氛以及特殊工况下,这种影响就更为严重。因此,必须按照国家检定规程和校准规范要求进行定期检定。近十几年来,国内外在实现热电偶分度、检定自动化方面作了不少研究,有了很大发展,采用了传统的编程语言,编程耗费的时间比较长,依赖于专业程序员和特定的编程语言。由于LabVIEW的开放性和图形化编程方式,温度计量工程师只需懂得一些基本编程知识,便可以对计算机测控系统进行设计。因此,本文提出了基于LabVIEW平台的热电偶检定炉温度自动控制系统。主要分析了热电偶的工作原理、热电偶的检定及检定过程中检定炉的温度控制, 根据检定炉温度特性,运用了传统的PID控制方案,进行热电偶检定炉温度控制系统的软件设计,包括数据采集、温度控制、数据处理等功能。

关键词:热电偶;虚拟仪器;LABVIEW;检定炉;自动控制

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Intelligent temperature Control system of Assay furnace based on

Virtual instrument

Abstract

In the use of the thermocouple, due to the environment, media atmosphere, the temperature used and the impact of sewage stations in pipe insulation and protection materials. after we use it for a period of time, the thermoelectric properties of which will change, especially in the high-temperature, corrosive atmosphere, as well as in the special conditions,and we will find that the influence is even more serious. Therefore, we must test it in accordance with national regulations and regulatory requirements for a period time. Over the last decade, both at home and abroad, a lot of research in achieving test automation of thermocouple has been done, which has made significant progress. Due to the openness and graphical programming approach of LabVIEW, engineers in temperature measurement only need to know some basic programming knowledge, the they will be able to design monitoring and control system. Therefore, in this paper,we made the automatic control system in thermocouple temperature test furnace based on the LabVIEW platform. We make a main analysis of the working principle, the test of the thermocouple, and the temperature control in the process of being tested. according to the characteristics of temperature in furnace, we use the traditional PID control program, and design the software in temperature test system of thermocouple, including data acquisition, temperature control, data processing functions.

Key Words: thermocouple;virtual intrument;LabVIEW;assay furnace;intelligent control

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目 录

摘 要 ...................................................................................................................................... VI Abstract ................................................................................................................................... VII 第一章 绪论 .............................................................................................................................. 1

1.1 研究背景 ..................................................................................................................... 1 1.2 本设计的任务和要求 ................................................................................................. 4 第二章 虚拟仪器概述 .............................................................................................................. 6

2.1 虚拟仪器的基本知识 ................................................................................................. 6

2.1.1 虚拟仪器的概念 .............................................................................................. 6 2.1.2 虚拟仪器的发展 .............................................................................................. 6 2.2 虚拟仪器的组成 ......................................................................................................... 8

2.2.1 通用仪器硬件平台 .......................................................................................... 8 2.2.2 虚拟仪器与传统仪器的比较 ........................................................................ 10 2.2.3 虚拟仪器的广泛应用 .................................................................................... 12 2.3 虚拟仪器的开发平台——LabVIEW ....................................................................... 13 第三章 热电偶检定炉控制过程 ............................................................................................ 17

3.1 热电偶概述 ............................................................................................................... 17

3.1.1 热电偶的结构 ................................................................................................ 17 3.1.2 热电偶误差的产生 ........................................................................................ 18 3.2 热电偶的工作原理 ................................................................................................... 19 3.3 热电偶的检定 ........................................................................................................... 21 3.4 检定炉温度控制过程的总体设计 ........................................................................... 22

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3.4.1 检定炉温度控制的选择 ................................................................................ 22 3.4.2 检定炉温度控制系统设计原则 .................................................................... 24 3.4.3 检定炉温度控制系统设计软件分析 ............................................................ 25 3.5 被控对象数学建模 ................................................................................................... 26 第四章 检定炉温度控制系统的硬件组成与实现 ................................................................ 29

4.1 系统的硬件组成 ....................................................................................................... 29 4.2 检定炉温度控制部分硬件设计 ............................................................................... 30 4.3 数据采集部分硬件组成 ........................................................................................... 30

4.3.1 数据采集模块 ................................................................................................ 30 4.3.2 信号调理模块 ................................................................................................ 33

第五章 检定炉温度控制系统的软件设计 ............................................................................ 34

5.1 PID控制部分 ............................................................................................................. 34

5.1.1 PID控制程序图 .............................................................................................. 34 5.2 系统验证子VI .......................................................................................................... 34 5.3 数据采集模块子VI .................................................................................................. 35 5.4 检定炉温度延时设定子VI ...................................................................................... 37 5.5 检定炉温度报警子VI .............................................................................................. 38 5.6 总系统VI .................................................................................................................. 39 总结 .......................................................................................................................................... 40 参考文献 .................................................................................................................................. 41 附录A程序前面板 ................................................................................................................. 43 附录B程序图后面板 ............................................................................................................. 44 致谢 .......................................................................................................................................... 45

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第一章 绪论

1.1 研究背景

热电偶是目前工业生产过程中应用最广泛的温度测量仪器之一,其工作原理是将温度信号转换成电势信号,配以测量电势信号的仪表,便可以实现温度的测量或温度信号的变换,具有性能稳定、结构简单、使用方便、经济耐用、体积小和易于维护等优点。从19世纪发展至今已有一百多年历史,现己被广泛应用于石油、化工、水利、航空、航天、核电等行业领域。从塞贝克发现热电效应算起,一百多年来,热电偶发展的历史大约经历了三个不同的阶段。

第一阶段为早期探索阶段。时间从1821年起到第一次世界大战,经历了整整一个世纪。在此期间,由于没有理论指导和经验可循,人们对热电偶材料的研究和当年塞贝克一样,全靠摸索。采用的方法为配对法,即将感兴趣的待试材料直接配成热电偶,实测了近300种热电偶品种。

第二阶段为第一次世界大战后40年。这个阶段的特点是对材料热电特性的研究十分重视。研究方法除了配对法外,还出现了一种新方法——比较法。比较法的核心是选择一种热电性能稳定,化学性能好的材料作标准电极,各种被试材料分别与标准电极组成热电偶,测定这些热电偶的热电势——温度特性曲线。二次世界大战前后,熔钢温度测定问题曾经是推动热电偶材料发展的强大动力。几十年来,对炼钢过程的精炼温度、出钢温度、浇铸温度的测定和控制技术的探求,不仅推动了对新型热电偶材料的探索,而且促使对有关热偶丝的站污、劣化变质、高温脆性和不均匀性等问题的研究日益深入。

第三阶段为60年代至今。这个时期的特点是除了对材料性能和测试方法的研究很重视外,还十分重视对热电偶回路的基本理论及其应用的研究。在研究的方法中,除了传统的配对法、比较法外,还出现了分析法。分析法是以现代热电理论(非平衡态热力学、

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南京廖华

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