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1、上海第二工业大学 传感器与测试技术技能实习专业:机械电子工程班级:10机工A3姓名:学号:指导老师:杨淑珍日期:2014年6月16日6月27日项目:管道流量和温度实时监测系统(一内容基于Lanview设计一个能实时监测管道里水流量的温度和大小,并能预警。具体技术要求:1.能实现采集并显示了两个信号的波形;2.能实现温度的标定;3.能对两个量大小进行实现超限预警,上下限用户可以设定;4.生成当前测试报告,包括相应的波形;5.其他自行设计相关功能。(二实训要求:1.提出设计方案(提出测量原理,选用传感器,构建测试系统;2.设计测量电路,硬件连接;3.测试软件设计4. 利用Labview或其它开发程
2、序(VB,VC等,设计测量软件进行数据采集和分析。5.调试;6.撰写实训报告。(三报告要求:1.实训内容;2.撰写总体设计方案,并画出测试系统图;3.硬件选用(包括传感器、采集卡的选用和安装;4.电路设计(包括测量电路设计、系统总电路设计;5.测量软件设计(包括软件流程图设计、各功能实现方法和代码(包括各主程序、子程序描述及相应重要参数设置如采样通道,采样频率,采样点数的描述;6.小结和体会(可包含调试中遇到的问题。目录一、实训要求 (3二、设计思路 (31. 测量原理 (32. 测试系统框图 (3三、硬件选用 (41、传感器的选择及介绍 (42、电流转电压模块:特点及相关参数 (73.采集卡
3、:研华USB-4704数据采集卡 (8四、电路设计 (12五、软件设计流程图 (13六、程序设计 (141.开发平台 (142. 子程序介绍 (143. 软件系统界面 (16七、小结和体会 (20一、实训要求基于Lanview设计一个能实时监测管道里水流量的温度和大小,并能预警。具体技术要求:1、能实现采集并显示了两个信号的波形;2、能实现温度的标定;3、能对两个量大小进行实现超限预警,上下限用户可以设定;4、生成当前测试报告,包括相应的波形;5、其他自行设计相关功能。二、设计思路1.测量原理(1温度测量原理:我们采用热电阻测量温度的变化,其原理是利用某些导体或半导体材料的电阻随着温度变化的性
4、质,通过测量其电阻值二推测出被测介质的温度。(2流量测量原理:所谓流量就是流体在单位时间内通过管道或某截面的数量称为流体的瞬时流量,简称流量。按流量测量的不同方法,流量可分为体积流量(单位有m/s和质量流量(单位kg/s。二者均满足以下公式:Qm=Qv式中:Qm-质量流量Qv-体积流量-流体的密度2.测试系统框图 a三、硬件选用1、传感器的选择及介绍(1、温度传感器:选用Pt100温度传感器,因为Pt100温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。A、Pt100温度传感器的主要技术参数如下:测量范围:-200+850;允许偏差值:A级(0.15+0.002tB级(0.30+0.
5、005t;热响应时间30s;最小置入深度:热电阻的最小置入深度200mm;允通电流5mA。B、Pt100温度传感器测量原理:Pt100,就是说它的阻值在0度时为100欧姆,负200度时为18.52欧姆,200度时为175.86欧姆,800度时为375.70欧姆。对于铂热电阻R与温度关系近似直线铂的纯度越高,精度越高,其分度表按下列Rt-t关系建立Rt=Ro(1+A*t+B*t*t;Rt=Ro1+A*t+B*t*t+C(t-100*t*t*t式中:t表示摄氏温度Ro是零摄氏度时的电阻值,对于Pt100,Ro就等于100A、B、C都是规定的系数当温度变化时,电阻回随之变化,通过温度变送器转化为电流
6、量输出。接线图如下: Pt100温度传感器传感器接线图 温度变送器PT100温度传感器采用三线式接法的原因:PT100温度传感器0时电阻值为100,电阻变化率为0.3851/。由于其电阻值小,灵敏度高,所以引线的阻值不能忽略不计,采用三线式接法可消除引线线路电阻带来的测量误差,原理如下:PT100引出的三根导线截面积和长度均相同(即r1=r2=r3,测量铂电阻的电路一般是不平衡电桥,铂电阻(Rpt100作为电桥的一个桥臂电阻,将导线一根(r1接到电桥的电源端,其余两根(r2、r3分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上,这样两桥臂都引入了相同阻值的引线电阻,电桥处于平衡状态,引线线电阻的变化
7、对测量结果没有任何影响。 内部结构电路图(2、流量传感器选用:LWGY-10型涡轮流量传感器,因为它经过优化设计,具有结构简单、轻巧、精度高、复现性好、反应灵敏,安装维护使用方便等特点的新一代涡轮流量计。A、LWGY-10型涡轮流量传感器的主要参数:准确度:1.0级、0.5级;使用条件:1、环境温度:-20+50;2、相对温度:5%95%;3、介质温度: -20+80;4、防爆等级:ibBT4;介质压力:1.0MPa;输出方式:脉冲输出或420mA两线制;B、LWGY-10型涡轮流量传感器测量的原理:流体流经传感器壳体,由于叶轮的叶片与流向有一定的角度,流体的冲力使叶片具有转动力矩,克服摩擦力
8、矩和流体阻力之后叶片旋转,在力矩平衡后转速稳定,在一定的条件下,转速与流速成正比,由于叶片有导磁性,它处于信号检测器(由永久磁钢和线圈组成的磁场中,旋转的叶片切割磁力线,周期性的改变着线圈的磁通量,从而使线圈两端感应出电脉冲信号,此信号经过放大器的放大整形,形成有一定幅度的连续的矩形脉冲波,可远传至显示仪表,显示出流体的瞬时流量或总量。在一定的流量范围内,脉冲频率f与流经传感器的流体的瞬时流量Q成正比,流量方程为: f脉冲频率Hzk传感器的仪表系数1/m3,由校验单给出。若以1/L为单位Q=3.6*f/kQ流体的瞬时流量(工作状态下m3/h 3600换算系数每台传感器的仪表系数由制造厂填写在检
9、定证书中,k值设入配套的显示仪表中,便可显示出瞬时流量和累积总量。而我们这里选择是传感器输出4-20mA电流,不是脉冲量,在通过电流电压转换模块转换转换成电压量后输入到采集卡进行电压信号的采集。 LWGY-10型涡轮流量传感器2、电流转电压模块:特点及相关参数尺寸:全长51mm宽23mm高18mm主芯片:双运算放大器工作电压:直流10V32V特点:主要是实现工业标准上的电流(010mA、420mA转换工业标准上的电压(03.3V、05V、15V。2输出电压范围可调通过电位器调节(灵活设置输出5v电源超限保护,防止输出电压超限,损伤后级电路。驱动能力强(如可直接驱动继电器,线性输出电路简单实用,
10、接线简单 电流转电压模块电流转电压内部电路图3.采集卡:研华USB-4704数据采集卡(1、采集卡主要是捕获外界光电、视频、音频等模拟信号并将其数字化导入计算机进行数字处理的捕获设备,主要用图像采集卡、视频采集卡、音频采集卡(比如声卡、数据采集卡等。由于数据采集卡等工业采集卡并不常用,因此,一般采集卡默认为静态图像采集卡、动态视频采集卡。所以采集卡又称视频捕捉卡,用它可以获取数字化视频信息,并将其存储和播放出来。很多视频采集卡能在捕捉视频信息的同时获得伴音,使音频部分和视频部分在数字化时同步保存、同步播放。视频采集卡,英文全称为:“Video Capture Card”,其功能是将视频信号采集
11、到电脑中,以数据文件的形式保存在硬盘上。研华USB-4704数据采集卡,是一个即插即用数据采集模块,无需打开计算机机箱来安装板卡,仅需插上模块,便可以采集到数据,简单高效。它在工业应用中足够可靠和安全,却并不昂贵。它是给任何带有USB端口的计算机增加测量和控制能力的最佳途径。它通过USB端口获得所需要的电源,无需连接外部电源。 (2、研华USB-4711A数据采集卡的相关参数 输入输出端口分配图主要特点:USB-4711 具有如下测量与控制功能:16 个单端模拟量输入通道12-bit 分辨率A/D 转换器,采样速率高达100 kS/s 8 个数字量输入和8 个数字量输出通道(TTL 电平 2
12、个模拟量输出通道1 个16-bit 可编程计数器/ 定时器每个模拟量输入通道的增益可编程自动通道/ 增益扫描板载用于AI 通道采样的1 K 采样FIFO 缓存无需外部电源设备状态LED 指示灯板上接线端子可移除支持高速USB 2.0自动校准功能规格主要参数模拟量输入: 模拟量输出: 非隔离数字量输入/输出: 计数器: 一般规格: (2、开关电源CA1713A双路直流稳压电源 四、电路设计1.系统总电路的设计2.实物连接图 5V 5V 24V 24V五、软件设计流程图 六、程序设计1.开发平台Labview是一种程序开发环境,由美国国家仪器(NI公司研制开发的,类似于C和BASIC开发环境,但是
13、Labview与其他计算机语言的显著区别是:其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码,而Labview使用的是图形化编辑语言G编写程序,产生的程序是框图的形式。Labview的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储,等等。Labview也有传统的程序调试工具,如设置断点、以动画方式显示数据及其子程序(子VI的结果、单步执行等等,便于程序的调试。Labview是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言,提供很多外观与传统仪器(如示波器、万用表类似的控件,可用来方便地创建用户界面用户界面在Labview 中被称为前面板。使用图标和连线,可以通过编程对前面板
14、上的对象进行控制。这就是图形化源代码,又称G代码。Labview的图形化源代码在某种程度上类似于流程图,因此又被称作程序框图代码。2.子程序介绍(1数据通过以下电路采集到while循环中,从而被处理。 (2While循环中的停止子程序 (3此处为设定延时时间为25ms,即每隔25ms采集一个数据点。 (4硬件报警:通过采集卡位端口的设置,在硬件上显示报警判断信息,Port位置0表示所有DO口初始化为0,BitPos位置0或1,表示选用DO0和DO1这两个端口,State 位置0或1表示给对应的端口送入电平0或1,使发光二极管亮灭。 (5生成报表子程序,这里通过事件结构产生一个触发生成报表的条件
15、 (6采集到的信号通过以下程序处理后直观的显示到前面板上,并且把采集到的数据存储到一个数列中,通过数列生成的一个“局部变量”产生报表文件。 (7最后信息采集完毕采集卡收到停止采集命令的程序,其中蓝线表示驱动处理,黄线表示错误输出。 3.软件系统界面(1刚进入软件时显示如下图所示。 (2测量之前的波形 (3测量之后的波形 4.主程序 七、小结和体会 本次为期两周的传感器实训虽然路途波折， 但是在杨老师的悉心指导下我们还是圆满完 成了。虽然只有短短的两周，但是我还是学到了很多的东西。首先我认识到了理论与实践的 差距， 原来的一些实训理论与实践偏差的并不是很大， 只要能弄明白课本上的一些知识就基 本
16、上没有什么问题了，但是这次的实训彻彻底底的颠覆了我的观念，上了一个学期的传感 器与测量技术的课程，学习理论知识的时候感觉接受的还可以，但是当我们把理论运用到 实践的时候各种问题都产生了。以下我就谈谈我们在实训中遇到的问题和解决问题的思路。 我们组这次的实训题目是用 Lanview 做一个“管道流量和温度实时监测系统” ，刚拿到 题目时候感觉很简单，也就是吧传感器连一下，采集信号，然后对信号进行必要的处理就行 了，这是我的最初的想法。但是当我们把问题进一步的深入的时候就发现问题产生了，首先 就是传感器应该怎么连， 再接着就是传感器接好了又要怎么采集信号， 然后是信号采集了又 该怎么处理信号.一连
17、串的问题都出现了。 这些问题中我就提几个最难得说说吧， 我们 对于 Labview 这个软件可以说是一点基础都没有， 原来是从来都没有接触过， 虽然老师给我 们上了几天的课专门给我们介绍了这个软件， 我们也是很认真的听了， 但是对于软件的哦具 体应用我们了解的还不是很深， 所以我们一开始编程序的时候有很多功能都是不知道怎么样 去用，我们只好一个一个的试，最终总算是功夫不负有心人，我们总算是取得了一定的成果 了。 我觉得这次我们组最难跨的坎儿就是前面的信号采集和处理程序都搞定了， 最后难在了 生成报表那一关， 周三晚上我就和我们组的几个同学一起研究这个问题， 我们的问题是生成 报表时有图出现，但
18、是图上不显示波形，我们查了好多资料，也是常事了很多其他的不同方 法生成报表，但是最终都是不能解决问题，我们那天晚上大概是一直弄到 1:30 都还是没有 搞定，无奈只好睡觉了，准备第二天再弄。第二天一大早我们便到了实验室继续解决我们的 问题，我们实在讨论无果了只好请教老师了，果然姜还是老的辣，老师看了我们的问题后一 语就道出了我们的问题的症结所在。后来我们听取了老师的建议，进行了改进，最终是圆满 的完成问题。 这次实训我学到的不仅仅是知识， 还深刻的意识到了团队合作的重要性， 我们遇到的好 多问题都是经过小组讨论最终而解决的。 我想在将来的无论是学习还是生活中我们都不能独 自蛮干，我们应该充分的发挥团队的额最大作用，只有这样我们做事才能达到最高的效率。 20
