基于LabVIEW的便携式温度测量装置的研究

陈洪侠 张海波 高巍

黑龙江省计量检定测试院几何量所, 哈尔滨 150036

基于LabVIEW的便携式温度测量装置的研究

陈洪侠 张海波 高巍

黑龙江省计量检定测试院几何量所, 哈尔滨 150036

介绍一种基于LabVIEW的便携式温度测量装置（以下简称《装置》），主要包括装置的整体设计及其数据采集卡的稳定性测试。该装置具有便携、高效、可移植性强、性能稳定等特点。

LabVIEW；虚拟仪器；温度测量；数据采集

引言

现今温度在工、农业生产、科学研究、环境保护、节约能源以及人们的日常生活中均起着举足轻重的作用。传统的测量系统体积庞大，所需要的硬件设备较多，使用时受人员、地点、空间等诸多因素的影响较大。而虚拟仪器技术的易开发、灵活性强和使用方便等优点，将其和传统测量系统结合起来，就可以利用虚拟仪器技术［1］并结合无线数据传输模块，来完成数据采集和处理功能，还可以根据用户自身的需要来对系统的功能和作用进行自我定义和修改，节省了大量的人力、物力，使得对于数据采集和处理变得更加简单、方便。

1 装置的整体配置

《装置》的硬件采用8槽NI cDAQ-9172机箱，内嵌数据采集卡4块NI 9217，NI 9217连接的温度传感器可采用四线制铂电阻，可实现1～15路温度测量。《装置》设计的技术路线如图1所示。

图1 技术路线

图2 装置的前面板

《装置》的软件设计也是该装置的核心部分采用NI公司的LabVIEW软件［2］开发平台完成的。所实现的功能有：1）温度物理信号的采集；2）测量数据的计算处理；3）数据库管理系统的设计；4）测量报告的自动生成等。程序的前面板及部分框图如图2和图3所示。可以看出，前面板具有良好的、简洁的“人机对话”功能［3］，使用者可以轻松的设定各种实验参数。

2 数据采集卡稳定性测试

为了验证《装置》的稳定性，我们对温度采集卡“NI9217”进行了长期考核。

“NI9217”这块数据采集卡自带了信号调理部分（激励电流源、工频内置去噪）所以很容易实现四通道3线或4线RTD温度测量，特别适合现场使用。我们在便携式温度测量装置中（cDAQ）使用了四块该模块，构成15通道温度测量装置，并用其闲置的一个测量通道来考核该模块的长期稳定性。

这里所说的长期稳定性是指：在环境温度为20±5℃的条件下，考察半年或一年的测量数据的相对变化情况（模拟一个温度测量）。

2.1 测量方法如下：

2.1.1 选择一个精密电阻

精密电阻选用北京718厂生产的RII-8型1/4W金属铂电阻。电阻的标称值为150欧；温度系数为5ppm/℃。这样就可以忽略了环境温度变化对模拟温度测量的影响。

2.1.2 将这个电阻按4线制的方式接入NI 9217的测量通道，来模拟温度测量。

2.1.3 长期测量记录模拟温度的测量值，分析最后的结果。

测量条件：采样速率：10次/秒，没有采用去噪功能。

用精密电阻模拟4线温度测量，大约每隔一、两天记录测量结果一次（节假日除外），测量进行了20个星期，测量结果如图3所示。

图3 温度采集卡稳定性测试前面板

2.2 测试结果我们得出以下结论：

2.2.1 NI 9217在环境温度为（20±5）℃时的长期稳定性很好，测试期间经历了夏季和冬季供暖期室温的变化。从测量数据来看，板卡测量通道包括信号调理部分对环境的适应能力都很理想，20个星期的变化量为0.01℃。

2.2.2 有望提高温度的测量精度

NI 9217技术手册［4］给出的温度测量准确度是：（0.15～0.20）℃（环境温度：（25±5）℃），若对铂电阻进行温度误差修正，可以将温度测量精度提高到0.1℃。在小温差测量方面更具价值。

2.2.3 不足

由于测量条件的限制，不能考核环境温度变化更大时的影响。试验仅针对的是某个模块的某一通道。

由于电阻温度系数的影响，测量结果包含了这个影响在内，但是20个星期的变化量为0.03℃这个结论还是可信的。

3 总结

该《装置》的主要技术特点：

3.1 应用虚拟仪器技术，体现了“软件就是仪器”

LabVIEW图形化的设计方法，不仅提供简洁的程序设计手段、降低了程序设计的复杂度，同时在程序的GUI设计［5］和数据处理能力上也提供了强大的支持，分析结果显示更加直观、明确。

3.2 应用虚拟仪器技术，硬件电路设计得到最简化

《装置》的硬件设计，采用了高性能、简单的数据采集模块，所以几乎无需设计硬件电路。因此，《装置》实现、替代了传统测试时使用的多种仪器，大大降低测试系统费用。

3.3 便携、灵活、可移植性强、可靠性强，可满足现场测试需求

到现场测量只须携带笔记本电脑、《装置》机箱以及温度传感器即可完成，且即插即用方便灵活，给现场检定工作带来了极大的方便。所选数据采集卡可测多个参数，如需测量其他参数只需更改软件即可实现。

因此该装置具有便携高效、性能稳定，满足现场测试要求、可扩展性及可维护性强等优点，可广泛应用于有温度测试要求的各个行业。

[1]杨乐平，李海涛，杨磊.LabVIEW的程序设计与应用（第2版）[M].北京：电子工业出版社，2005

[2]National Instruments Co,LabVIEW Programmer Reference Manual[Z].1998

[3]陈洪侠，范龙江.基于虚拟仪器技术的三相工频谐波信号发生器的设计[J].计量技术，2010（2）; 19～21

[4] NI 9217Operating Instructions and Specifications[Z].2008

[5]阮奇桢.我和LabVIEW.[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.23.066