基于LabVIEW的温度测试系统

2013-12-30武晓栋

电子器件 2013年2期

关键词：真值温度传感器精度

张华，郑宾* ，武晓栋

(1.中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原030051;2.中北大学电子测试技术重点实验室，太原030051)

随着科学技术的发展和测试水平的提高，人们对温度测试系统的测试精度要求越来越高［1］。本温度测试系统欲实现3通道温度测试系统。3个测试通道独立，能够分别实时监测待测温度。可应用于汽车空调、医疗仪器、粮食仓库、楼宇智能控制，煤矿等场合。

1 温度测试系统硬件设计

温度测试系统实验主要由温度传感器、温度变送器、信号采集系统、显示系统构成。温度传感器感受外界温度得到模拟信号。模拟信号经过温度变送器的放大滤波传给AD采集卡。经AD转换成为一定精度的数字信号存入计算机。硬件示意图如图1所示。

图1 温度测试系统总体硬件示意图

1.1 温度测量模块

基于测试系统的工作原理选用北京赛亿凌科技有限公司温度传感器STT-H，测量的温度范围为-40℃～+100℃。

温度变送器采用的J型热电偶温度变送［3］，其工作电路图如图2所示。在温度变化时，3路并联温度传感器的输出信号经过XTR101变为4 Ma～20 Ma，然后再由电流电压变换器RCV420转换为0～5 V输出。为使热电偶内阻的差异不影响热电流的，加入了均衡电阻:R1，R2，R3(他们远大约温度传感器的内阻)。

1.2 数据采集卡的选择

NI Compact RIO是可重新配置的嵌入式控制和采集系统，包括一系列NI推出的RIO FPGA板卡(主要包括NI783X、NI781X、NI785X系列 FPGA板卡)和RIO计算机等产品。NI Compact RIO系统坚固的硬件架构中包含:I/O模块、可重新配置现场可编程门阵列(FPGA)机箱、嵌入式控制器。本测试系统采用的是NI7831FPGA采集卡，具备8路16 bit AD。针对选定板卡，软件开发平台选用NI公司针对NI Compact RIO推出的LabVIEW RIO。其继承了LabVIEW图形化编程的特点。其软件本身基于FPGA的原理构架，包含对IO的配置、时钟管理、计数器设置、存储块设置、常用FIFO设置等功能。在编程时，编程人员可以直观方便的对上述功能进行操作［4］。

图2 变送器电路图

2 温度测试系统软件设计

测试系统的核心部分是软件部分，温度测试系统共有3路模拟信号输入，模拟信号输入管脚选择Connector0/AI0～Connector0/AI2。每一路 AI可以独立操作，工作原理相同。以温度测试系统单通道为例设计其作流程图如图3所示。第1步初始化，包括温度测试AI通道声明以及系统复位程序。第2步启动温度测试通道开关进入数据采集。第3步判断该温度测试结束号。第4步，在测试结束后判断是否退出。

图3 温度测试系统单通道软件流程图

图4 温度测试实验单路FPGA程序

图5 通用测试系统温度测试实验上位机后面板程序

依据温度测试系统单通道软件流程图，以AI0为例设计单路FPGA温度采集程［5］如图4所示。上位机程序如图5和图6所示。

图6 通用测试系统温度测试实验界面程序

3 温度测试系统实验数据分析

测量永远不可能得到真值，在估算误差和评定测量结果时，用“约定真值”代替真值。一般用被测量的公认值。测量值的平均值和高等仪器的测量值作为被测量的“约定真值”［6］。在本系统的误差评估中，以计量部门提供的恒温溶液箱的温度值为“约定真值”。本系统使用恒温溶液箱进行温度测量误差分析，按国家一级温度标准(-30℃ ～+70℃)每隔10℃测量一点，每点测量10次取平均值。由系统实际测量温度与“约定真值”对比结果如表1所示。