管道流量和溫度實時監(jiān)測系統(tǒng)實訓(xùn)報告

1、上海第二工業(yè)大學(xué)傳感器與測試技術(shù)技能實習(xí)專業(yè)：機(jī)械電子工程班級：10機(jī)工A3 姓名：學(xué)號：指導(dǎo)老師：楊淑珍日期：2014年6月16日6月27日 項目：管道流量和溫度實時監(jiān)測系統(tǒng)（一）內(nèi)容基于Lanview設(shè)計一個能實時監(jiān)測管道里水流量的溫度和大小，并能預(yù)警。具體技術(shù)要求：1. 能實現(xiàn)采集并顯示了兩個信號的波形；2. 能實現(xiàn)溫度的標(biāo)定；3. 能對兩個量大小進(jìn)行實現(xiàn)超限預(yù)警，上下限用戶可以設(shè)定；4. 生成當(dāng)前測試報告，包括相應(yīng)的波形；5. 其他自行設(shè)計相關(guān)功能。（二）實訓(xùn)要求：1.提出設(shè)計方案（提出測量原理，選用傳感器，構(gòu)建測試系統(tǒng)）；2.設(shè)計測量電路，硬件連接；3.測試軟件設(shè)計4. 利用Labv

2、iew或其它開發(fā)程序（VB,VC等），設(shè)計測量軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析。5.調(diào)試；6.撰寫實訓(xùn)報告。（三）報告要求：1.實訓(xùn)內(nèi)容；2.撰寫總體設(shè)計方案，并畫出測試系統(tǒng)圖；3.硬件選用（包括傳感器、采集卡的選用和安裝）；4.電路設(shè)計（包括測量電路設(shè)計、系統(tǒng)總電路設(shè)計）；5.測量軟件設(shè)計（包括軟件流程圖設(shè)計、各功能實現(xiàn)方法和代碼（包括各主程序、子程序描述及相應(yīng)重要參數(shù)設(shè)置如采樣通道，采樣頻率，采樣點數(shù)的描述）；6.小結(jié)和體會（可包含調(diào)試中遇到的問題）。目錄一、實訓(xùn)要求3二、設(shè)計思路31. 測量原理32. 測試系統(tǒng)框圖4三、硬件選用41、傳感器的選擇及介紹42、電流轉(zhuǎn)電壓模塊：特點及相關(guān)參數(shù)83.采集

3、卡：研華USB-4704數(shù)據(jù)采集卡8四、 電路設(shè)計10五、軟件設(shè)計流程圖12六、程序設(shè)計131.開發(fā)平臺142. 子程序介紹143. 軟件系統(tǒng)界面16七、小結(jié)和體會20 一、實訓(xùn)要求基于Lanview設(shè)計一個能實時監(jiān)測管道里水流量的溫度和大小，并能預(yù)警。具體技術(shù)要求：1、能實現(xiàn)采集并顯示了兩個信號的波形；2、能實現(xiàn)溫度的標(biāo)定；3、能對兩個量大小進(jìn)行實現(xiàn)超限預(yù)警，上下限用戶可以設(shè)定；4、生成當(dāng)前測試報告，包括相應(yīng)的波形；5、其他自行設(shè)計相關(guān)功能。二、設(shè)計思路1. 測量原理（1） 溫度測量原理：我們采用熱電阻測量溫度的變化，其原理是利用某些導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的電阻隨著溫度變化的性質(zhì)，通過測量其電阻值

4、二推測出被測介質(zhì)的溫度。（2） 流量測量原理：所謂流量就是流體在單位時間內(nèi)通過管道或某截面的數(shù)量稱為流體的瞬時流量，簡稱流量。按流量測量的不同方法，流量可分為體積流量（單位有m³/s）和質(zhì)量流量（單位kg/s）。二者均滿足以下公式：Qm=Qv式中： Qm-質(zhì)量流量 Qv-體積流量 -流體的密度2. 測試系統(tǒng)框圖串電阻變電壓電路溫度傳感器溫度信號a 電流信號采集卡 PC USB串電阻變電壓電路流量傳感器流量信號 電流信號a三、硬件選用1、傳感器的選擇及介紹（1）、溫度傳感器：選用Pt100溫度傳感器，因為Pt100溫度傳感器還具有抗振動、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點。A、Pt100

5、溫度傳感器的主要技術(shù)參數(shù)如下：測量范圍：-200+850；允許偏差值：A級±（0.150.002t） B級±（0.300.005t）；熱響應(yīng)時間<30s；最小置入深度：熱電阻的最小置入深度200mm；允通電流5mA。B、Pt100溫度傳感器測量原理：Pt100,就是說它的阻值在0度時為100歐姆，負(fù)200度時為18.52歐姆，200度時為175.86歐姆，800度時為375.70歐姆。對于鉑熱電阻R與溫度關(guān)系近似直線鉑的純度越高，精度越高，其分度表按下列Rt-t關(guān)系建立Rt=Ro(1+A*t+B*t*t);Rt=Ro1+A*t+B*t*t+C(t-100)*t*t*t

6、 式中：t表示攝氏溫度Ro是零攝氏度時的電阻值，對于Pt100,Ro就等于100A、 B、C都是規(guī)定的系數(shù)當(dāng)溫度變化時，電阻回隨之變化，通過溫度變送器轉(zhuǎn)化為電流量輸出。接線圖如下： Pt100溫度傳感器 傳感器接線圖溫度變送器PT100溫度傳感器采用三線式接法的原因： PT100溫度傳感器0時電阻值為100，電阻變化率為0.3851/。由于其電阻值小，靈敏度高，所以引線的阻值不能忽略不計，采用三線式接法可消除引線線路電阻帶來的測量誤差，原理如下： PT100引出的三根導(dǎo)線截面積和長度均相同(即r1=r2=r3)，測量鉑電阻的電路一般是不平衡電橋，鉑電阻(Rpt100)作為電橋的一個橋臂電阻，將

7、導(dǎo)線一根(r1)接到電橋的電源端，其余兩根(r2、r3)分別接到鉑電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，這樣兩橋臂都引入了相同阻值的引線電阻，電橋處于平衡狀態(tài)，引線線電阻的變化對測量結(jié)果沒有任何影響。 內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路圖（2） 、流量傳感器選用：LWGY-10型渦輪流量傳感器，因為它經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計，具有結(jié)構(gòu)簡單、輕巧、精度高、復(fù)現(xiàn)性好、反應(yīng)靈敏，安裝維護(hù)使用方便等特點的新一代渦輪流量計。A、 LWGY-10型渦輪流量傳感器的主要參數(shù)：準(zhǔn)確度：1.0級、0.5級； 使用條件：1、 環(huán)境溫度：-20+50；2、 相對溫度：5%95%；3、 介質(zhì)溫度：-20+80；4、 防爆等級：ibBT4； 介質(zhì)壓力：1.

8、0MPa； 輸出方式：脈沖輸出或420mA兩線制；B、LWGY-10型渦輪流量傳感器測量的原理：流體流經(jīng)傳感器殼體，由于葉輪的葉片與流向有一定的角度，流體的沖力使葉片具有轉(zhuǎn)動力矩，克服摩擦力矩和流體阻力之后葉片旋轉(zhuǎn)，在力矩平衡后轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，在一定的條件下，轉(zhuǎn)速與流速成正比，由于葉片有導(dǎo)磁性，它處于信號檢測器（由永久磁鋼和線圈組成）的磁場中，旋轉(zhuǎn)的葉片切割磁力線，周期性的改變著線圈的磁通量，從而使線圈兩端感應(yīng)出電脈沖信號，此信號經(jīng)過放大器的放大整形，形成有一定幅度的連續(xù)的矩形脈沖波，可遠(yuǎn)傳至顯示儀表，顯示出流體的瞬時流量或總量。在一定的流量范圍內(nèi)，脈沖頻率f與流經(jīng)傳感器的流體的瞬時流量Q成正比，流

9、量方程為：      f脈沖頻率Hz   k傳感器的儀表系數(shù)1/m3，由校驗單給出。若以1/L為單位Q=3.6*f/k Q流體的瞬時流量（工作狀態(tài)下）m3/h      3600換算系數(shù)   每臺傳感器的儀表系數(shù)由制造廠填寫在檢定證書中，k值設(shè)入配套的顯示儀表中，便可顯示出瞬時流量和累積總量。而我們這里選擇是傳感器輸出4-20mA電流，不是脈沖量，在通過電流電壓轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換成電壓量后輸入到采集卡進(jìn)行電壓

10、信號的采集。LWGY-10型渦輪流量傳感器2、電流轉(zhuǎn)電壓模塊：特點及相關(guān)參數(shù)尺寸：全長51mm寬23mm高18mm主芯片：雙運算放大器工作電壓：直流10V32V 特點：主要是實現(xiàn)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)上的電流（010mA、420mA）轉(zhuǎn)換工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)上的電壓（03.3V、05V、15V）。2輸出電壓范圍可調(diào)通過電位器調(diào)節(jié)（靈活設(shè)置）輸出5v電源超限保護(hù)，防止輸出電壓超限，損傷后級電路。驅(qū)動能力強(qiáng)（如可直接驅(qū)動繼電器），線性輸出電路簡單實用，接線簡單 電流轉(zhuǎn)電壓模塊 電流轉(zhuǎn)電壓內(nèi)部電路圖3.采集卡：研華USB-4704數(shù)據(jù)采集卡（1）、采集卡主要是捕獲外界光電、視頻、音頻等模擬信號并將其數(shù)字化導(dǎo)入計算機(jī)進(jìn)行數(shù)字處

11、理的捕獲設(shè)備，主要用圖像采集卡、視頻采集卡、音頻采集卡（比如聲卡）、數(shù)據(jù)采集卡等。由于數(shù)據(jù)采集卡等工業(yè)采集卡并不常用，因此，一般采集卡默認(rèn)為靜態(tài)圖像采集卡、動態(tài)視頻采集卡。所以采集卡又稱視頻捕捉卡，用它可以獲取數(shù)字化視頻信息，并將其存儲和播放出來。很多視頻采集卡能在捕捉視頻信息的同時獲得伴音，使音頻部分和視頻部分在數(shù)字化時同步保存、同步播放。 視頻采集卡，英文全稱為：“Video Capture Card”，其功能是將視頻信號采集到電腦中，以數(shù)據(jù)文件的形式保存在硬盤上。研華USB-4704數(shù)據(jù)采集卡，是一個即插即用數(shù)據(jù)采集模塊，無需打開計算機(jī)機(jī)箱來安裝板卡，僅需插上模塊，便可以采集到數(shù)據(jù)，簡單

12、高效。它在工業(yè)應(yīng)用中足夠可靠和安全，卻并不昂貴。它是給任何帶有端口的計算機(jī)增加測量和控制能力的最佳途徑。它通過USB端口獲得所需要的電源，無需連接外部電源。（2） 、研華USB-4711A數(shù)據(jù)采集卡的相關(guān)參數(shù)輸入輸出端口分配圖主要特點： USB-4711 具有如下測量與控制功能：􀂄 16 個單端模擬量輸入通道􀂄 12-bit 分辨率A/D 轉(zhuǎn)換器，采樣速率高達(dá)100 kS/s􀂄 8 個數(shù)字量輸入和8 個數(shù)字量輸出通道（TTL 電平）􀂄 2 個模擬量輸出通道􀂄 1 個16-bit 可編程計數(shù)器/ 定時器&#

13、1048708; 每個模擬量輸入通道的增益可編程􀂄 自動通道/ 增益掃描􀂄 板載用于AI 通道采樣的1 K 采樣FIFO 緩存􀂄 無需外部電源􀂄 設(shè)備狀態(tài)LED 指示燈􀂄 板上接線端子可移除􀂄 支持高速USB 2.0􀂄 自動校準(zhǔn)功能規(guī)格主要參數(shù)模擬量輸入：模擬量輸出：非隔離數(shù)字量輸入/輸出：計數(shù)器： 一般規(guī)格：（2）、開關(guān)電源CA1713A雙路直流穩(wěn)壓電源4、 電路設(shè)計1.系統(tǒng)總電路的設(shè)計24V24VVV5V5V2.實物連接圖 五、軟件設(shè)計流程圖六、程序設(shè)計1.開發(fā)平臺

14、Labview是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器（NI）公司研制開發(fā)的，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是Labview與其他計算機(jī)語言的顯著區(qū)別是：其他計算機(jī)語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而Labview使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。Labview的函數(shù)庫包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲，等等。Labview也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設(shè)置斷點、以動畫方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序（子VI）的結(jié)果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調(diào)試。Labview是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言，提供很多外觀與傳統(tǒng)儀器（如示波器、萬用表）類似

15、的控件，可用來方便地創(chuàng)建用戶界面用戶界面在Labview中被稱為前面板。使用圖標(biāo)和連線，可以通過編程對前面板上的對象進(jìn)行控制。這就是圖形化源代碼，又稱G代碼。Labview的圖形化源代碼在某種程度上類似于流程圖，因此又被稱作程序框圖代碼。2. 子程序介紹 （1） 數(shù)據(jù)通過以下電路采集到while循環(huán)中，從而被處理。 （2）While循環(huán)中的停止子程序 （3）此處為設(shè)定延時時間為25ms,即每隔25ms采集一個數(shù)據(jù)點。 （4）硬件報警：通過采集卡位端口的設(shè)置，在硬件上顯示報警判斷信息，Port位置0表示所有DO口初始化為0，BitPos位置0或1，表示選用DO0和DO1這兩個端口，State位置

16、0或1表示給對應(yīng)的端口送入電平0或1，使發(fā)光二極管亮滅。 （5）生成報表子程序，這里通過事件結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一個觸發(fā)生成報表的條件 （6）采集到的信號通過以下程序處理后直觀的顯示到前面板上，并且把采集到的數(shù)據(jù)存儲到一個數(shù)列中，通過數(shù)列生成的一個“局部變量”產(chǎn)生報表文件。 （7） 最后信息采集完畢采集卡收到停止采集命令的程序，其中藍(lán)線表示驅(qū)動處理，黃線表示錯誤輸出。 3. 軟件系統(tǒng)界面（1）剛進(jìn)入軟件時顯示如下圖所示。（2）測量之前的波形（3）測量之后的波形4. 主程序七、小結(jié)和體會本次為期兩周的傳感器實訓(xùn)雖然路途波折，但是在楊老師的悉心指導(dǎo)下我們還是圓滿完成了。雖然只有短短的兩周，但是我還是學(xué)到了很多

17、的東西。首先我認(rèn)識到了理論與實踐的差距，原來的一些實訓(xùn)理論與實踐偏差的并不是很大，只要能弄明白課本上的一些知識就基本上沒有什么問題了，但是這次的實訓(xùn)徹徹底底的顛覆了我的觀念，上了一個學(xué)期的傳感器與測量技術(shù)的課程，學(xué)習(xí)理論知識的時候感覺接受的還可以，但是當(dāng)我們把理論運用到實踐的時候各種問題都產(chǎn)生了。以下我就談?wù)勎覀冊趯嵱?xùn)中遇到的問題和解決問題的思路。我們組這次的實訓(xùn)題目是用Lanview做一個“管道流量和溫度實時監(jiān)測系統(tǒng)”，剛拿到題目時候感覺很簡單，也就是吧傳感器連一下，采集信號，然后對信號進(jìn)行必要的處理就行了，這是我的最初的想法。但是當(dāng)我們把問題進(jìn)一步的深入的時候就發(fā)現(xiàn)問題產(chǎn)生了，首先就是傳感

18、器應(yīng)該怎么連，再接著就是傳感器接好了又要怎么采集信號，然后是信號采集了又該怎么處理信號.一連串的問題都出現(xiàn)了。這些問題中我就提幾個最難得說說吧，我們對于Labview這個軟件可以說是一點基礎(chǔ)都沒有，原來是從來都沒有接觸過，雖然老師給我們上了幾天的課專門給我們介紹了這個軟件，我們也是很認(rèn)真的聽了，但是對于軟件的哦具體應(yīng)用我們了解的還不是很深，所以我們一開始編程序的時候有很多功能都是不知道怎么樣去用，我們只好一個一個的試，最終總算是功夫不負(fù)有心人，我們總算是取得了一定的成果了。我覺得這次我們組最難跨的坎兒就是前面的信號采集和處理程序都搞定了，最后難在了生成報表那一關(guān)，周三晚上我就和我們組的幾個同學(xué)一起研究這個問題，我們的問題是生成報表時有圖出現(xiàn)，但是圖上不顯示波形，我們查了好多資料，也是常事了很多其他的不同方