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基于虚拟仪器的热膨胀仪测试系统设计 |
| 1 引 言 热膨胀仪测试系统国内目前大多使用VC开发，其编程过程复杂，仪器之间的通讯实现十分繁琐，需要花费大量的时间。美国NI公司提出的虚拟仪器是一种综合的测试技术，它通过计算机上添加几种共性的基本仪器硬件模块，通过软件的思想来组合成各种功能的仪器和系统的仪器设计思想。虚拟仪器技术利用LabVIEW进行开发，LabVIEW系统开发能缩短复杂程序的开发时间，更迅捷、更经济地解决测试问题，而且它的界面友好，这使得它已经越来越多地在应用在测试领域。它内置了PCI、DAQ、GPIB、PXI、VXI、RS一232和RS一485各种通讯总线标准，具有强大的外部接口功能，能够简单的完成软件间的接口通讯，使用IabVIEW软件进行编程，能够节约时间和成本。由于虚拟仪器开发简单、快捷的特点，本文利用LabVIEW软件开发出一套热膨胀仪测试系统，系统界面友好、操作简便、易于测量，并使用其强大的接口通讯功能，通过VISA通讯实现了信号的测量和数据的采集、分析处理、存储和显示。 2 热膨胀的测试的总体方案设计  系统总体结构框图 3 热膨胀仪测试的基本硬件 4 热膨胀测试的软件设计  热膨胀仪测试系统的软件功能结构图 4.1差动变压器的信号采集 利用PCI一9118HG进行信号的采集，由于其传输速度快，能够快速将热膨胀所产生的位移变化传递出来，有较好的响应，如图3所示。由于系统采用的不是NI的数据采集卡，PCI．一9118HG对NI的某些DAQmx控件不支持，数据信号的采集采用的是DAQ采集。采集卡将输入的模拟信号转换对应输出为+2．5mm信号，在图3中加入一个公式节点进行标度变换将信号变换成所需的信号范围中。 4.2热电偶信号的采集与VISA串口通讯 采用ADAM一4018进行热电偶信号采集。ADAM一4018M所有通道都提供了可编程地输入范围，其自带软件Advantech Device Manager可以将输入信号进行调理，也可以自己设定CJC补偿校正，ADAM一4018是RS一485串口通讯模块．通过RS485／RS232转接口将信号传递到PC机中，软件中允许发送命令对模块进行输出控制。接下来要发送命令将ADAM一4018中采集的数据通过VISA通讯发送到LabVIEW软件界面当中。 首先要对输入信号进行设置，如波特率、数据位、停止位、是否有奇偶校验等等。必须跟PC机上面的设置相同。接着是打开VISA，通过VISA往仪器里面写代码和关闭VISA。向ADAM一4018模块发送命令将采集处理后的信号通过串口发送到Lab-view中，在L,abVIEW中输出热电偶的温度信号，而不需要另外运行Advantech I）eviee Manager软件。如图4就是VISA通讯的串口程序。Write buffer中的#01则是将0l地址输出的数据传到LabVIEW当中。在写write buffer的时候，要注意将其属性改为可以写代码，否则不能输出结果。数据传输后，从ADAM一4018中返回的是字符串，并且带有>、+等符号，要将其类型进行转换成数据输出。采集的温度信号分别是炉体的温度、棒材的温度和差动变压器附近的环境温度。其中只有炉体的温度是可控的。  4.3 PID控制 PID控制前面板如图5所示。控制效果通过调节PID参数来整定。作为一个比较经典的控制算法，PID控制常再温度控制中使用，并且有较好的控制效果。本系统是通过采集读人温度信号到PID模块，通过PID模块来控制加热的输出功率，从而使温度以较好的响应逼近目标温度。P、I、D参数的具体数值根据实际的情况进行调节。PID模块中带有参数的自整定，可以根据当前的环境情况对噪声的状况进行分析。自动对PID参数进行设置。  4.4数据的存储与数据分析 数据的存储部分如图6所示，在开始运行程序后，程序会给一个提示存储文件，默认名字为filel，txt，用户可以对其进行修改，系统将根据采样速率记录下时间、温度以及对应的位移量的值。数据分析的前面板如图7所示。通过设置温度段，用户可以调用存储的文件。系统将自动从存储的数据文件中调出用户输入的温度值对应的位移量，根据材料的长度和温度变化的值，由热膨胀系数公式αm=（L2一L1）／[L0（t2一t1）]=（△L／Lo）／△t（t1  5 结论与展望 |