LabVIEW平台上的温度自动检测装置研究

张光华，栗 健，赵 玲

(1.东北石油大学电气信息工程学院，黑龙江 大庆 163318；2.东北石油大学计算机与信息科学技术学院，黑龙江 大庆 163318)

LabVIEW平台上的温度自动检测装置研究

张光华1，栗 健1，赵 玲2

(1.东北石油大学电气信息工程学院，黑龙江 大庆 163318；2.东北石油大学计算机与信息科学技术学院，黑龙江 大庆 163318)

针对油田开发的技术需求，分析了温度检测装置的总体结构，探讨了温度检测装置系统的编写程序及功能原理，构建了基于虚拟仪器LabVIEW的温度自动检测装置系统。根据相关信号参数，对比了现有的温度检测装置的特点。在油田开发作业中，温度检测技术的提高不仅关系到油田生产活动，更是推动其生产效率提升的重要基石。研究表明，当油田的周边环境温度发生改变时，晶体参数就会发生改变，使得静态工作点变得不稳定，严重时还会导致电路停止正常的工作。结合LabVIEW技术，对温度检测装置进行系统测试后，证明了该新型温度检测装置能够实现多台温度仪表的同时检测、多检测点不间断检测，以及温度仪表检测的自动化和对电信号的采集。

LabVIEW； 温度检测； 虚拟仪器； 自动化； 信号采集； 检测装置； 数据转换； 人机界面

0 引言

温度是工业生产和科学研究试验中的一项重要参数[1]，其不仅广泛应用于工农业，也同样应用于医疗、国防等领域。在各种工程项目中，温度是不可或缺的参数[2]。温度检测技术是目前各种检测技术的重点之一，其在检测产品质量、产业安全等方面发挥了重要作用[3]。随着科学技术的进步，温度检测技术更是具备了对温度参数进行统计等新功能[4]。在温度检测的领域中，与虚拟仪器技术相结合，所研制的基于虚拟仪器的温度检测系统已成为重要的组成部分[5]。

本文通过LabVIEW平台，完成对温度信号的数据采集处理以及图形显示，从而实现对传感器仪表的数据检测[6]。

1 温度检测系统检测过程及组成

1.1 温度检测系统检测过程

首先通过控制器收集实时温度参数，对收集到的参数进行一系列处理后传输给上位机。使用虚拟仪器LabVIEW进行控件读取，通过串口读出温度参数，并在进行格式转换的同时在前面板上显示，还可以进一步实现转换成华氏温度等操作；通过对采集卡接收的信号进行数据处理、图形显示，并将采集处理后的数据与检验检测综合信息系统共享，实现了仪表检验检测的自动出证。

1.2 温度检测系统组成

基于LabVIEW，以PC为上位机、控制器为下位机构建试验装置。

试验装置总体方案如图1所示。

图1 试验装置总体方案示意图

由图1可知，温度检测系统主要是由待测仪表、标准器、机电辅助、供电系统以及数据采集系统组成的。首先，将待测仪表安放到卡盘上，通过信号线快速连接头完成仪表与接线背板的连接。然后，在机电辅助系统的控制下，待测仪表依次进入恒温箱中进行温度测定。在测定时，需注意对待测仪表的温度、电流、电阻以及标准器的温度进行数据收集。通过数字/模拟转换后，使之成为数据采集卡需要收集的信号，并交给软件系统进行最终处理。

温度检测系统的原理如图2所示。

图2 温度检测系统原理示意图

2 虚拟仪器及LabVIEW

2.1 虚拟仪器

虚拟仪器是在计算机、现代测控以及信号处理等诸多技术的基础上，由电子测量技术与计算机技术深度联系、结合之后产生。其代表了测控技术的发展方向[7]，也是最具发展前景的电子仪器之一[8]。其基于通用PC建立的可编程仪器及系统[9]，不再依托复杂的编程过程，而是采用新型的图形化的编程形式，根据工程的实际需求构建虚拟的测量仪器与信号分析处理软件[10]。虚拟仪器的产生带动了计算机的发展，使其能够通过程序实现一部分硬件的功能[11]。

虚拟仪器是一种以计算机为核心的硬件平台[12]，是由硬件和应用软件相互结合而实现的，硬件是其构成的基础。它的硬件主要是由硬件接口电路以及计算机两部分组成，其中硬件接口电路主要负责对测量到的输入信号进行处理；而计算机则主要负责对数据的分析和处理。

应用软件是虚拟仪器中必不可少的组成部分，要组成完整的基于虚拟仪器的软件系统，则必须包括I/O接口软件、驱动程序和应用软件三个部分，缺一不可。其中，I/O接口软件不但是I/O接口设备与驱动程序之间的必要沟通桥梁，而且是未来实现虚拟仪器的开放和统一的基础和核心；应用软件可以通过驱动程序完成对虚拟仪器的操控；驱动程序的本质为运用，其通过调用I/O软件提供的函数数据库VISA来完成对虚拟仪器的日常管理以及操控，所以，驱动程序是应用程序与I/O软件的纽带[13]。

2.2 LabVIEW

虚拟仪器中的应用软件配套开发环境大致分为两种类型：一种是适合具有丰富编程经验人员的文本语言式平台；另一种则是目前主流的、由NI公司创造的图形化编程平台——LabVIEW。

虚拟仪器LabVIEW属于程序开发环境，其总体上类似于C语言以及BASIC开发环境[14]，但其本质是图形化的编程软件。目前来看，LabVIEW是国际上使用较为广泛、集数据采集以及控制开发于一体的开发环境之一，是具有代表性的图形化编程语言[15]。它对各种函数进行采集、分析和存储[16]，具有数据采集、数据分析、信号生成、信号处理以及输入输出控制等多种功能。相比于传统文本，它的界面更加直观和友好[17]。在LabVIEW程序中，有前面板以及程序框图两个基本部分，其中前面板用来直观显示数据、时间等用户所需的信息，而所编写的程序则是位于程序框图内[18]。

虚拟仪器LabVIEW最初是为了方便测试测量而设计的，现在LabVIEW广泛应用于测试测量领域。目前，大多数的主流测试仪器及数据侧及设备都具备专用的LabVIEW驱动程序，广大用户也应用着测试测量领域中各种不同类型的LabVIEW程序工具包，这使得程序开发更加方便快捷。

3 系统结构

3.1 硬件结构

硬件系统结构如图3所示。

图3 硬件系统结构示意图

硬件系统实现对待测仪表温度、电流和电阻以及标准器电阻、温度等信号的采集。对于温度变送器来说，温度的测量过程就是对电流信号的测量。首先，将测得的温度信号转化为电流信号，并送入放大滤波电路进行处理；然后，把处理后的信号送入采集卡中的模拟输入端，由A/D采集卡选择通道，把接收到的模拟信号转变成计算机能够分辨的数字信号；最后，将数字信号经过输出通道传入计算机作后续处理。温度检测的硬件设备主要包含了控制器、串口等。

3.2 软件功能

温度检测装置通过对温度仪表进行参数采集，并与标准的铂电阻温度计进行温度对比，实现对待检的温度仪表的检测。

软件系统总体设计框图如图4所示。

图4 软件系统总体设计框图

系统软件系统所要实现的具体功能如下。

①基础数据库的录入、维护，如试验参数、文档路径、待测仪表的参数、标准器电阻参数等；

②被检仪表与标准器参数曲线的实时显示；

③采集数据的存储、读取；

④被检仪表与标准器的数据对比和实时显示；

⑤数据的处理、共享使用以及数据的打印和输出功能。

其中，数据的采集、显示及处理是系统软件功能的重要构成部分。

首先，数据采集是该装置实施的关键和保证。若要正确地完成温度仪表的检测，就必须准确地采集被检仪表的电阻、电流、温度以及标准器的温度值，并对其作详细的对比。收集温度参数时还需要对收集的温度参数进行储存，在储存时可以改变它的储存路径[19]。

然后，将系统收集到的温度参数传入温度显示系统进行参数处理[20]。数据显示模块主要完成被检仪表和标准器参数的实时显示以及曲线对比显示等功能。它将采集的数据实时显示，并且绘制出每个被检温度仪表和标准器之间的实时曲线对比图，从而直观地显示每个被检温度仪表的实时状态。

最后，数据导出模块主要完成处理后的被检温度仪表的实时数据存储、数据导出、曲线打印和数据共享功能，并与检验检测综合信息管理系统互联互通，实现温度仪表检测的自动出证。

4 系统测试及结果分析

4.1 系统测试

在所设计的温度检测装置中，用五块测温表对设定好温度的恒温箱进行温度测量，随后收集测量所得温度并与恒温箱的设定温度进行对比。

温度检测装置结构如图5所示。

图5 温度检测装置结构示意图

为了取得更准确的测量数据，本文在测量时采用了多路测量的方法。表1为恒温箱的设定温度以及五块测量表的检测温度值的对比情况。

表1 温度数值对比

4.2 结果分析

由表1可以看出在一段时间内温度的变化情况，通过分析表中数据可知基于LabVIEW的温度自动检测系统程序的准确性。通过观察恒温箱与测温表的温度数值对比，可以准确得知在检测时间内温度的数值，证明构建的温度检测系统实现了温度的实时监测、自动存储等预期的功能。该系统运行平稳、采集时间设定灵活，可以应用于不同领域的温度检测。

5 结束语

本文设计了一套温度仪表自动化检测装置，通过对接收的信号进行数据处理、图形显示，同时采集处理后的数据与检验检测综合信息系统进行共享，实现了仪表检验检测的自动出证。该温度检测装置不但能科学、合理地检测温度，而且可以通过自动化技术避免油田开发中由于温度漂移所造成的不必要的资源浪费，提高了参数准确率，提升了产业效率。

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Study on the Automatic Temperature Detection Device Based on LabVIEW

ZHANG Guanghua1，LI Jian1，ZHAO Ling2

(1.School of Electrical and Information Engineering,Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China;2.School of Computer and Information Science and Technology,Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China)

Aiming at the technical requirements of oil field development,the overall structure of temperature detection device is analyzed,the programming procedures and functional principle of temperature detecting system are discussed,and the temperature detecting device based on the virtual instrument LabVIEW is constructed.According to the relevant signal parameters,the features of existing temperature detecting devices are compared.In the development operations of oil field，the improvement of temperature detection technology is not only related to the significance of oil production activities,but also is an important cornerstone to promote the production efficiency.Researches show that the parameters of crystal may be changed when ambient temperature of oil field changes,thus the static operating point becomes unstable,and in severe cases,it may lead the circuits to stop working.Combining with LabVIEW,the systematic test of temperature detecting device is conducted,the results show that the multiple sets of temperature instruments can be detected by this new type of temperature detection device at the same time; and the uninterrupted detection of multiple detection points,and the automatic detection of temperature instruments and the collection of electrical signals can be realized.

LabVIEW；Temperature detection；Virtual instrument；Automation; Signal acquisition；Detection device; Data conversion; Human-machine interface

大庆市指导性科技计划项目(zd-2016-061)

张光华(1979—)，男，博士，副教授，主要从事自动控制、信号处理以及无线通信方向的研究。E-mail：dqwzh@126.com。 栗健(通信作者)，男，在读硕士研究生，主要从事电子通信工程方向的研究。E-mail：lidaolijian@163.com。

TH-39;TP23

A

10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201706017

修改稿收到日期:2017-03-27