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1、本科毕业设计（论文）题目：基于虚拟仪器的汽锅漏气检测系统的设计与实现Boiler leak detection system design and implementation based on Virtual Instrument诚 信 承 诺我谨在此承诺：本人所写的毕业论文基于虚拟仪器的汽锅检测系统的设计与实现均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉与其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。 承诺人（签名）： 年 月 日摘要摘要本课题构建基于虚拟仪器的汽锅漏气检测系统，并能实现软件检测判断功能。在对汽锅漏气性检测时，采用待测汽锅和好的汽锅中间通过差压传感器进行连接，输入并记
2、录汽锅充气后一段时间差压传感器的压力变化，并能自动判别汽锅是否漏气。它采用PCI8193数据采集卡实现多通道的数据采集。基于虚拟仪器LabvIEW实现对差压信号进行检测，进行数据数据输入、标度转换、数据处理，多路数据的实时显示，实现差压变化曲线的显示和自动记录，并将结果和信息存入Access数据库中，建立数据管理和查询系统，实现历史数据的存储记录、回放功能。有些工厂涉与到汽锅，涉与到气压，也就设计到了汽锅漏气的安全性检测，因此将传感器与虚拟仪器相结合构建汽锅漏气性监测系统汽锅漏气性检测系统具有广阔的应用前景。关键词LabvIEW；虚拟仪器；漏气检测Boiler leak detection s
3、ystem design and implementation based on Virtual InstrumentAbstractABSTRACTThe subject construction is based on the detecting system of boiler leak in virtual instruments. It also involves the function of testing and judging the software. When testing the boiler leak, we employ the method of connect
4、ing the economic boiler and steamer with differential pressure pick-up. After the boiler being inflated for a while, we record the pressure change of differential pressure pick-upand we can distinguish the boiler being leaked or not automatically. The method adopts the PCI8193 data acquisition modul
5、e to realize acquiring the data through multichannel. Based on virtual instrument LabVIEWit can test the differential pressure signalinput dataconvert the scaleprocess dataand display the multichannel data in real time. Thuswe can show the differential pressure variation curve which can be recorded
6、automatically. We store results and information in the Access data base and build up the system of data management and query. Sowe can realize the function of play backing the records of storing historical dataSome factoryare related to the boilers, related to pressure, as well as related to testing
7、 the safety of boilers leak, so the sensor combined with the virtual instrument for a boiler leak monitoring system of boiler leak detection system has broad application prospects.KEYWORDSLabVIEW；virtual technology；Gas leak detection 目录摘要IIAbstractIII目录IV1.绪论11.1汽锅漏气监测的意义11.2虚拟仪器技术的国外发展现状11.3虚拟仪器技术发
8、展趋势11.4国外传感器发展现状21.5本论文的主要工作32传感器的研究62.1传感器的分类62.2传感器常用术语72.3全球传感器市场预测73压力传感器93.1工作原理93.2压力传感器种类93.3压力传感器的技术参数103.4选取原则103.5压力传感器常见的故障104基于LabVIEW的数据采集与处理系统124.1虚拟仪器的概念124.2LabVIEW的概念134.3LabVIEW的特点134.4基于LabVIEW语言的数据采集系统界面144.5软件总体结构154.6硬件总体结构174.7系统模块介绍184.8系统程序框图215总结27参考文献28致291. 绪论1.1 汽锅漏气监测的意
9、义汽锅漏气性检测是关于生产与设备安全的重大举措。汽锅漏气性检测的前提是将待测汽锅中跟好的汽锅中间通过差压传感器进行连接，根据差压传感器上压力的变化对汽锅漏气与否进行自动判别；同时根据监测结果发出报警信号，让值班人员与时监督处理，防止重大安全事故的发生，这是提高生产力保证过程正常进行必要的安全措施。近年来随着传感器技术的不断发展，实现生产过程在线数据的实时检测成为现实，而且精度在不断的提高，这为国民生产带来了很大的便捷，提高了生产力。随着近年来虚拟技术在国的普与和发展，利用虚拟技术实现生产过程的安全检测越来越受到企业的重视，它的实现简单安全与可靠，比传统的硬件仪器更具优势。因此，汽锅漏气性检测系
10、统如果是靠传感器和虚拟仪器结合起来构建的，其具有的意义可能会更加现实。首先，传感器技术和虚拟仪器技术的发展为我们实现这一系统提供了理论支持，另外现实生产对安全性的要求使得检测系统的需求日益增加。开展此项安全检测工作，就是要通过对差压传感器数据的检测与判断，迟早发现问题，并与时采取应对措施，防于未然，对人民生命和国家财产负责，把损失降低到最低限度，保证生产过程安全可靠。所以，汽锅漏气检测系统的建立具有举足轻重的地位。1.2 虚拟仪器技术的国外发展现状虚拟仪器VI（Visual Instrument）是指将计算机作为平台和具有标准接口的硬件模块以与开发测试的软件结合起来构成的系统，并且其在目前世界
11、仪器构成方案的地位越发重要。虚拟仪器在国外已经比较盛行了，其很强的灵活性，特别适用于现代复杂的测试测量系统。因此虚拟仪器技术近几年在国受重视的程度也在不断提高。虚拟仪器系统因为采用了计算机作为平台，所以数据的采集、处理以与显示和存储等方面可以根据用户的需要进行自由发挥，组合包括计算机平台以与硬件、软件和完成系统的功能必备的各类附件等，大大的突破传统仪器欠缺的地方，甚至可以对虚拟仪器进行开解难度不大的维护、扩展和升级，所以人们正在逐步的采纳“Soft is Instruments (软件就是仪器)这一观念。不仅仅是国民经济的各个领域受到了计算机技术以与信息技术快速发展带来的好处，而且对于测量仪器
12、与测试技术的变革也带来了很大的契机。美国国家仪器公司(National Instruments Corp，简称NI) 在86年首次提出了虚拟仪器的概念，市场就被拥有高性价比、开放性等优势的虚拟仪器快速占据。简单的说，利用计算机的硬/软件资源软件化硬件无法实现的技术，将系统的功能和灵活性进行增强并将系统的成本降低到最低程度，这些就是虚拟仪器技术性能的主要表现。1.3 虚拟仪器技术发展趋势虚拟仪器的出现是与微电子、通信、计算机等现代科学技术的发展密不可分的。库仑在1785年将静电扭秤发明，哈里斯在1834年将静电电表的结构提出来，因此，电测仪表与电子仪器的进步、仪器仪表元器件的品质与测量的理论方法
13、的提高得以实现。而测量仪器的发展被广泛的说成如图所示的五个阶段： 九十年代七十年代20世纪五十年代19世纪虚拟仪器智能仪器数字仪器电子仪器模拟仪器图 1.1测量技术的发展十九世纪初至二十世纪末这一段时间，测量仪器的发展史程由模拟仪器、电子仪器、数字仪器、智能仪器依次走过，直到最后实现现代的虚拟仪器。模拟式电压表、电流表等模拟仪器是为了满足当时某些量的测量的。二十世纪初到五十年代这一段时间，电子管因为测量仪器的材料性能提高而出现，同时以记录仪与示波器为代表的电子仪表也因为测量的理论和方法与电子技术、控制技术结合在一起而出现。1950年以后，因为晶体管与集成电路的出现与应用电子技术得到长足进步，数
14、字技术被成功的运用到测量仪器中。因此，测量仪器的用途开始因为电子控制的集成电路和计算机技术融和在一起而出现。1970初微处理器的问世加速了微型计算机技术的发展，测量仪器在它的引导下出现了新的研究方向并且取得了显著的进步。智能仪器就是在计算机技术、微电子技术和网络技术迅速发展以与不断在电工电子测量技术方面应用而产生的。智能仪器可以实现在仪器部放置微机，因此仪器具备控制、存储、运算、逻辑等判断能力甚至智能的自动操作，并且在准确度和灵敏度以与可靠性和自动化程度上的测量有不小的进步，同时在运用能力和解决测量技术问题的深度与广度等地方也有显著的进步。智能仪器不仅可以部分脑力劳动进行自动的测试和完成数据的
15、处理，同时，电子技术、微计算机技术的发展也会对促使它的不断进步。可惜的是传统仪器独立使用和手动操作的模式在数字化仪器和智能仪器阶段还是没能摆脱掉，因此对复杂化和多任务的测量需求基本不能胜任。然而这样的问题在总线式仪器和系统出现后得到了完美的解决。CAMAC、RS-232以与GPIB等不同仪器通讯接口总线被人们不断发明制造出来，它可以连起多台智能仪器，完成复杂化的测试系统。微机化仪器的概念（现在的卡式仪器）在1982年美国西北仪被器的公司总裁德伯克提出。卡式仪器可以说是虚拟仪器的前期模型，它将传统的独立式仪器中的接口部分和测量电路部分整合在一起的仪器功能卡插进微机的部插槽或者外部插件箱中。PC总
16、线仪器系统就是其中的一个代表，它利用PC机的部总线在外部扩展机箱或者PC机部插上许多的仪器卡。利用RS-232、GPIB接口总线甚至以太网电缆等对PC机和总线机箱进行通信。卡式仪器因为各个生产厂家没有统一的标准而出现插卡的尺寸标准性差，兼容性极低，因此标准化要求被用户提出。1987年，美国的惠普和泰克等5家公司在VME总线的基础上，联合提出了一种新型总线系统VXI(VME extension For Instrumentation)总线。美国NI公司在1997年随即推出了一种新型的仪器总线的标准PXI总线标准。PXI仪器比VXI仪器成本更低甚至能更好的组合成便携的测试系统，PXI规可以说是为了
17、形成主流的一种测试虚拟仪器平台而将PCI总线在面向仪器的领域上进行的必要扩展和PC机在性价比上的优势整合在了一起。而虚拟仪器却正是将PC机作为核心，测量功能软件随时进行支持，同时拥有虚拟的控制面板以与通信能力与仪器必要硬件的VXI仪器或者PC仪器。虚拟仪器技术可以满足用户许多的实际需求，如按自己的需求对仪器定义，对仪器系统进行灵活自主地调试等等。而它的仪器系统具有更短的开发周期和成本低但是它却具有更高的测量速度和准确度以与可复用性，更重要的是它的维护与扩展也更加的方便。由此可以得出一个结论，在不久的未来，虚拟仪器的软件的开发定有不小的拓展空间。虚拟仪器数据采集系统是在虚拟仪器技术的基础上建立起
18、来的，它因为将传统数据采集所面临的一些问题很好的解决，在一定程度上它成为了带领数据采集系统发展的标兵。本文正是基于虚拟仪器技术设计多通道的数据采集系统，可以对多路的信号进行实时的采集，同时显示、记录、分析处理得到的实验信号数据。虚拟仪器的不仅仅是仪器发展历史上的一场重要革命，同时它也是人类生产力最新的发展趋势和方向，它在信息技术领域做出的重要扩充，不但对当前的科学技术发展意义深远也对工业生产有着积极的深远影响。1.4 国外传感器发展现状随着时代的进步，现在的社会是信息的社会，信息的发展速度代表了国家科技水平的提高，传感器在现代信息社会的地位是非常重要的，早在80年代美国就声称传感器时代的到来，
19、传感器技术也被日本放在十大技术的首位。日本各界人士声称“新领域的控制必须以传感器技术的控制为前提”。 传感器技术的开发已经被世界的许多国家列为首要任务。在美国、日本、英国、法国、德国等国家感器技术都被作为国家的重点项目来开发。在美国，国家的长期安全与经济相关的22项重要技术中，与传感器的信息处理技术相关的技术就有6项。日本的大国家重点核心技术就包括了强传感器技术。70年代末，美国专门成立国家技术小组（BTG）对负责政府的传感器技术和对各大公司的引领性传感器技术进行开发研制。在当今科技发达的世界，传感器技术、通信技术、计算机技术并列为信息产业最有发展前途的技术，因此传感器的迅速发展对社会的进步有
20、着积极的作用。将计算机比喻为人类大脑的扩展，那么人类五官的延伸作用传感器上得到体现了，集成电路和计算机技术的迅猛发展，传感器作为信息的采集装置也越来越受到人们的重视。70年代起，传感器就开始在全世界掀起了一股“飓风”。 传感器技术被美国的国防部视为当今的20项关键技术之一，在日本它被称为大核心枝术之一，德国的军用传感器技术被优先发展，英国、法国等加大了在传感器的开发与投资，甚至在原联的军航天计划中被列为第五条。因为传感器被全世界的关注和重视程度极高，所以得到了与其迅猛的发展，它生产和市场的需求量上在近十几年来都以20以上的年增长率增长。目前已有5000余家的单位从事传感器的生产研制。美国、欧洲
21、和俄罗斯各自拥有1500多家，日本也独有700多家。传感器由敏感器件构成, 它可以将接收的一种信号转换成另一种可用的方便传输的信号，而电信号则是其最为普遍的做法,然后通过传输进行显示。传感器的开发研究和制造与许多的学科紧紧相关，因此它是多学科的综合体现。同时信息领域方面的科学技术不断发展也促使了传感器技术不断的被人们放在心上, 传感器所起的作用也越来越重要。在信息社会对信息的采集与处理是一门非常重要的技术, 传感器主要用于对信息进行采集，计算机技术则主要用于对信息进行处理。发展迅猛的实时控制与生产自动化要求计算机功能的更好发挥必须将传感器技术放到首位来进行研究。20世纪中期过后, 因为传感器技
22、术较计算机技术相对落后, 所以信息获得无法跟上信息处理的脚步, 制约了计算机的应用以与电子工业的进步。所以，目前传感器技术被各个国提上日程。在日本更有人认为“只有将模仿人类大脑的计算机和类似人类五官延伸的传感器科学合理的协调好, 才能对未来技术发展的方向指明道路。而现在需要做的就是不遗余力的对传感器电子设备进行大力的发展。”我们国家的经济实力与科技能力正在飞速的发展，很多高、新、精以与特殊行业需要的高科技含量的传感器在市面上总是无法满足需求。而传感器作为当代信息技术中最有发展前途的前沿技术之一，但实际上传感器技术大多是由国外引进的，然而中国却因为庞大而多样的市场特点将它实现了真正的应用。传感器
23、技术被我国自动化方面的专家认为是影响我国自动化产业发展极其重要的技术，甚至提出了“如果传感器技术越先进，那么自动化产业则越有生命力”。传感器技术对于自动化产业发展甚至全国工业建设的重要性可见一斑。传感器的产品有非常多的种类，其原因就是因为它所依靠的科学技术原理比较多，应用的科学技术比较复杂，因此具备了多样性、边缘性和综合性、技艺性。传感器的市场的主要由无线传感器和MEMS传感器以与生物传感器等新兴传感器支撑。而无线传感器的复合年增长率预计在07到10年会突破25%。工业与信息化部在07年前3个季度显示的数据统计表明，虽然金融风暴的影响巨大，但是传感器市场在我国却出现了逆势增长的姿态。近些年来，
24、传感器在我国年销售的平均增长也近乎达到40%，而传感器在国外的市场也是以持续不断的态势发展，Intechno咨询公司对3000多家遍布全球的传感器制造商在07年的年度总销售额进行估计，其至少拥有500亿美元；在10年的年度总销售额估计，其至少拥有600亿美元，毫无疑问，这是一个巨大的机遇摆在了传感器厂商的面前。当前，传感器的全球市场出现迅猛增长的倾向。相关的专家强调，传感器的相关技术会因为现实的需要和层出不穷的创意不断的扩展和提高，传感器的开发是各个国家目前展开竞争的切入点。适合应用到人们生活的新技术必将得到广泛地发展，例如不断出现以与在市场上份额不断扩大的无线传感器和光纤传感器以与智能传感器
25、和金属氧化传感器等新型传感器。总而言之, 传感器技术已经全面的在我们的生活、科研、民生经济等等各个层次广泛的得以应用, 构成了一个大型多样化的科学技术领域, 传感器技术的开发研究会随着科学技术的迅速发展持续不断的进步, 所以吸引了全世界的目光是必然不可阻挡的。1.5 本论文的主要工作本文的主要研究工作如下:l) 通过广泛的调研和查新，考证了汽锅漏气性检测系统在现实生产安全检测中的重要性，分析了传统的检测方法在应变长期、实时、在线监测方面的不足，将虚拟仪器与传感器整合在一起的新方向。2) 通过对差压传感技术的系统研究，分析它在应变测量上是否可行、相比较而言具有哪些不可比拟的优点。3) 用 Lab
26、VIEW 开发一套成熟的数据采集与管理、监测结果实时动态显示界面。4）对本次设计的方案进行系统的总结、并补充不足的地方方便以后的研究。2 传感器的研究2.1 传感器的分类传感器在国家标准GB7665-87中被定义为：“由敏感器件与转换器件构成的可以将接收的一种信号转换成另一种可用的方便传输的信号的器件”。作为一种检测的装置，传感器能被测信号感受到，并且按照一定的转换规律将它转换为电信号等所需的信号进行传输显示等，它在自动检测与自动控制中的所处的环节是用永远排在第一的。新华词典中将“传感器”如此定义：“从现场接收一个作为功率的存在，然后通过一定的转换规律，将它以另一种作为功率的形式传到系统采集中
27、心或控制中心去。 由此可知，传感器将能量的形式进行转换的器件，因此不少人用“换能器Transducer”来称谓“传感器Sensor”。图2.1传感器传感器依照工作原理的不同分为二大类：化学和物理两个形式的传感器。化学类的传感器包括主要是测量与化学吸附和电化学反应相关的各种关系的传感器，因此，这类的传感器可以测量极其细微的变化转换为电信号传输显示。物理类的传感器包括主要是测量与磁致的伸缩现象、压电效应以与极化、离化、光电、热电、磁电等相关的各种关系的传感器。因此，这类的传感器也可以测量极其细微的变化转换为电信号传输显示。但是有的传感器超出了这两类传感器的划分。传感器基本上都是在物理的原理上执行任
28、务完成要求的。化学类的传感器需要面临很多的技术方面的问题，比如说性能的可靠程度，规模性生产的实现，市场的价格定位等问题，化学类传感器的增长都赖于这些问题的完美解决。2.2 传感器常用术语1传感器由敏感器件与转换器件构成的可以将接收的一种信号转换成另一种可用的方便传输的信号的器件。(1)敏感器件：在传感器中可以将被测信号直接感受到（或响应到）的部件。 (2)转换器件：在传感器中可以将感受到（或响应到）的被测信号转化成可用的方便传输的电信号的部件。 (3)变送器是作为输出的信号是标准的规定信号的传感器。2测量围 ：被测信号没有超出允许的误差限度的围。3量程：作为测量围的信号最大值与最小值的差值。
29、4精确度：最后的真实结果和真值的一致性。 5重复性：在短时期重复以一致的测量方法，一致的测量仪器，一致的观测者，一致的使用条件一致的地点对一样的被测信号进行多次的连续测量结果的相符程度：。 6分辨力：在测量围可以检测出的被测信号变化的最小量。 7阈值：可以让传感器的输出出现可测的变化的被测信号变化的最小量。8零位：类似平衡状态当输出的数值是最小值时的状态。9激励：用以纠正传感器至正常工作而施加的外部电压或者外部电流。10最大激励：在传感器上可以施加的最大的室的激励电压或者激励电流。11输入阻抗：传感器的输出端短路时输入端的阻抗。12输出阻抗：传感器的输入端短路时输出端的阻抗。13输出：传感器输
30、出的和被测信号有函数关系的电信号。 14零点输出：当被测信号为0时的传感器在室的输出。15滞后：传感器在被测信号不超出规定的要求增加或减少的情况下输出的最大差值。16迟后：输出的信号在输入信号时间上的延迟。17漂移：传感器在一定时间输出与被测信号无关的变化量。18零点漂移：传感器在一定时间并在室条件零点输出的变化量。 19灵敏度：传感器输出信号的增量和它的输入量信号增量的比值。 20灵敏度漂移 ：校准曲线斜率根据灵敏度的改变而出现的变化。21热灵敏度漂移：因为灵敏度的改变而出现的灵敏度漂移。22热零点漂移 ：因为四周温度改变而出现的零点漂移。23线性度：校准曲线和规定直线的一致性。24非线性度
31、：校准曲线和一规定直线的偏离性。25长期稳定性：传感器具备的没超出规定的时间仍在允许误差的能力。26固有频率：传感器在无阻力状态下的自由振荡频率。27响应：被测信号在输出的变化特性。28补偿温度围 ：补偿传感器在量程和规定的零平衡的温度围。29蠕变：输出信号在被测信号和它的环境条件恒定不变状态下一定时间的变化。30绝缘电阻：传感器规定的绝缘部分在室温下的电阻。2.3 全球传感器市场预测传感器08年在全球市场的销售额高达506亿美元，预计传感器11年的全球市场销售额可以达到至少600亿美元。通过调查得到东欧和亚太以与加拿大的传感器市场增长排在第一，传感器市场在美国和日本以与德国的分布地区是最大的
32、。从全球来看，汽车市场仍然是传感器市场增长最快的，过程控制市场仅次其后，同时值得一提的是通讯市场具有很好的发展前途。 当前传感器表现成熟的市场包括压力和温度传感器以与流量和水平传感器。整个传感器市场在现在场规模最大的是流量传感器（21%）和温度传感器（14%）以与压力传感器（19%）。传感器市场因为新兴的传感器带来了不少的增长。例如07到10年无线传感器的增长率预计不会少于25%。当前，传感器的全球市场出现迅猛增长的倾向。相关的专家强调，传感器的相关技术会因为现实的需要和层出不穷的创意不断的扩展和提高，传感器的开发是各个国家目前展开竞争的切入点。适合应用到人们生活的新技术必将得到广泛地发展，例
33、如不断出现以与在市场上份额不断扩大的无线传感器和光纤传感器以与智能传感器和金属氧化传感器等新型传感器。3 压力传感器压力传感器作为一种最常见的工业传感器，通常主要是通过压电效应来实现制造的，以此它还有一个名字是压电传感器。总所周知，晶体和非晶体各自具备各向异性和各向同性的特性。而一些晶体的极化效应会在介质沿着某个方向在机械力的作用下发生形变时产生；机械力消失之后介质就不会出现带电的状态。而极化效应的定义是指一些晶体也许会有电在被施加压力的时候出现的效应。而压力传感器正是被科学家应用这个效应而研究制造出来的。 压电传感器中有石英和磷酸二氢胺以与酒石酸钾钠等压电材料。石英（二氧化硅）最早发现压电效
34、应的天然晶体，它可以在承受的温度围一直存在压电性质，但压电性质会在超出温度（此时的温度称为“居里点”）后消失。可惜的是石英的压电系数比较低，因此电场随应力的变化太微小，固石英现在基本已经不在使用。虽然酒石酸钾钠的压电系数以与压电的灵敏度非常大，但是它的局限性在于只能应用在室温环境以与湿度比较低的环境。磷酸二氢胺就是可以承担高温和高湿度环境的人造晶体，因此它的应用就相对十分广泛。同时压电效应的应用也在现在的压电瓷等多晶体上得到体现，例如铌酸盐系的压电瓷和铌镁酸铅的压电瓷钛以与酸钡的压电瓷和PZT等。压电传感器是以压电效应作为工作的基本原理，而应力作用产生的电荷因为回路中没有无限大的输入阻抗进行保
35、存，所以无法对静态进行测量，因此也决定了压力传感器只能适用于对动态应力进行测量。压电传感器在加速度和压力以与力等测量得到了广泛的应用。压电式加速度传感器是一种具有简单的结构以与较小体积和重量的长寿命常用加速度计。它被应用在了汽车、船舶、飞机以与大型桥梁和各类建筑的冲击与振动测量的各个方面。压电式传感器对于发动机的部的燃烧压力和真空度的测量也得到了广泛的应用。同时，它也在枪炮子弹出膛一瞬间的膛压的变化等军事工业中得到了不小的应用。压电式传感器还可以在心室的导管式微音器等生物医学测量中进行应用。因此只要是动态应力存在的地方压力传感器就可以得到很好的应用。 压力传感器因为用的材料不同，所利用的效应也
36、有所不同，因此有压电效应实现的压电传感器，压阻效应实现的压阻传感器，应变效应实现的应变式传感器等，都可以根据用途的不同使用场地的不同发挥各自的特性。3.1 工作原理在传感器薄片的表面通过形变压力对薄片的形状进行从而产生压电阻抗效应，从而将外力信号转换为电信号是半导体压电阻抗扩散压力传感器的工作原理。 首先形成硅可动极与玻璃固定极相对的电容，然后在可动极施加压力改变静电容量，从而实现将外力信号转换为电信号，这就是静电容量型压力传感器的工作原理3.2 压力传感器种类压力传感器包括：工业压力传感器、瓷压力传感器、扩散硅压力传感器、蓝宝石压力传感器、压电压力传感器、应变片压力传感器。3.3 压力传感器
37、的技术参数图3.1瑞士HUBA 692系列工业型差压变送器压力传感器参数1. 输出：4-20mA2. 测量围：0-25bar3. 测量精度：线性迟滞重复性0.5%fs4. 供应电源：11-33VDC24VAC15%5. 接线方式：2wire3wire6. 电源消耗：25mA5mA7. 防护等级：IP653.4 选取原则因为原理和结构的不同出现了大量种类的传感器，而如何根据测量的对象和目的以与环境影响等因素科学合理的选取传感器是每次进行测量必须考虑的第一个问题。传感器确认的同时也意味着与之对应的测量方法和设备等等的确定，因此，此次测量的成功与否和传感器的选取是否合理有相当大的关系。1、根据测量的
38、对象和测量的环境影响对传感器类型进行确定 测量工作的开展需要首先对各个方面的要素进行思考确定需要基于什么原理的传感器才能科学合理的实现目的。这是因为原理和结构的不同出现了大量种类的传感器，因此可能有多款传感器同时适合选用，这个时候哪个传感器更加适合就需要对如下的问题进行考虑：量程的围大小；测量位置是否对体积的大小要求严格；测量是以接触还是非接触的方式进行；输出信号是通过有线传输还是无线传输；对传感器价格和技术的要求等。 在传感器的基本选定后再对它参数等具体性能指标进行选择，即可获得理想的传感器。 2、灵敏度的选择 传感器的灵敏度在不超出线性围的情况下越高越好。被测信号的变化通过转换输出是会因为
39、灵敏度越高而出现更加便于处理的信号值。可惜在传感器灵敏度越高的同时外界噪声也更加容易混入采集的信号中影像系统测量的精确度。所以，对传感器要求灵敏度的同时还要对信噪比提出要求，以便减少外界信号干扰系统测量。 传感器的灵敏度还具有方向性。测量的信号在单向量时对方向性的要求很高，不允许其他方向的灵敏度太高；测量的信号在多维向量是对方向性的要求很低，同时对交叉灵敏度要求也是不允许太高。 3、频率响应特性 传感器频率响应特性对测量的频率围拥有很高的决定性，它要求系统在不失真的频率围的延迟时间尽可能的短。 如果传感器具有高频率响应，那么就可以测量较宽围的信号频率；如果传感器具有较低的频率响应，因为其结构和
40、系统惯性的影响，不可能具有较高的频率信号可供测量。 为了在动态测量中减少误差，对传感器的选择应该遵循测量信号的特点响应特性。 4、线性围 当传感器的输出信号和输入信号成正比例反应的围称之为传感器的线形围。从理论上来说在线性围传感器的灵敏度不变，因此，想要测量信号的围越大，就必须拥有越大的传感器线性围。而因为传感器在此期间的灵敏度不变，所以传感器的种类选定后量程的选择就成为了首要的选择。 但是实际的使用过程中，没有一个传感器可以保证绝对的线性度，因此在测量的精度要求不高的情况下，可以将误差较小的非线性化器件进行线性化的近似处理，以此方便的开展进行测量工作。 5、稳定性 传感器的稳定性定义为没超出
41、规定的时间仍在保持性能保持不改变的能力。传感器的长期稳定性受到自身结构和使用环境的双重影响。所以适应环境能力的强弱是影响传感器长期正常工作的重要因素。 传感器的稳定性既需要它对使用环境进行选择，同时也会因为这个因素在使用之前需要对传感器进行科学合理的选择，甚至在使用的过程中还需要对环境影响进行一定的干预。传感器因为对其稳定性有一个定量的指标，所以超出一定的时间就需要对它的性能进行重新的标定，比便发现它的稳定性是否依旧保持。 因此对于不能轻易更换传感器和标定传感器的地方就需要对它们采取更加严格的要求，保证传感器在长时间的使用后的稳定性。 6、精度 传感器的精度是一个关系到整个测量系统测量精度的重
42、要性能指标。因此传感器的精度和它的价格是成正比关系的。所以在测量时对传感器精度的选取就以适合就行，没有过高的硬性标准。 3.5 压力传感器常见的故障最容易出现在压力传感器上的故障包括这些： 第一种是压力已经上去，变送器输出却上不去。这种情况首先对压力接口进行检查，如果它没有被堵住或漏气，其次就对接线方式以与电源进行检查，如果电源是正常运行的，就对传感器再简单的进行加压，这个时候的输出如果依旧不变，就最后对传感器的零位输出进行检查，此时仍然没有变化就可以证明传感器或者仪表已经坏掉了甚至可能是系统的其他环节出现的故障。第二种是开始加压变送器的输出没有，再对变送器进行加压时输出突变，而泄压的变送器零
43、位无法归位，此时多半是压力传感器的密封圈出现了故障。而这种故障是密封圈的规格原因造成的，传感器堵被压缩到引压口的密封圈堵塞，压力介质感受不到压力，当压力过大时引压口的阻碍被冲开，能进行正常的测量。这种情况的补救方法是取下传感器后确定零位正常后，对密封圈进行更换。第三种是变送器的输出信号稳定性不高。这种故障是压力源的问题。原因可能是仪表或者压力传感器不具备很强的抗干扰能力产生的压力不稳定，甚至还可能为传感器自身的故障。第四种是对照变送器和指针式压力表的偏差很大。偏差的出现是不可避免的，但是要设定一个围就可以了； 第五种是零位输出受到微差压变送器安装位置的影响。变送器的压力敏感件的轴向应该垂直于重
44、力方向安装，并在固定后调整零位值，以此避免其测量围很小而受到传感器件的影响。4 基于LabVIEW的数据采集与处理系统美国国家仪器（NI）公司成功的研制开发出了一种与C和BASIC开发环境差不多的LabVIEW程序开发环境，而区别于其他采用文本语言代码的计算机语言，LabVIEW采用的是语言G编写的图形化编辑程序，因此所有的程序以框图的形式存在。4.1 虚拟仪器的概念虚拟仪器（virtual instrument）是基于计算机的仪器。当前的仪器正在朝着计算机与仪器整合起来的方向发展。这种整合方式目前可以归纳为两种：第一种是在仪器中安装计算机，智能化的仪器就是它的典型代表。嵌入式系统的仪器因为计
45、算机日益缩小的体积和广泛的运用得以实现，因此，第二种就是在计算机中安装仪器，依托计算机强大的操作系统和硬件保证仪器各项功能的实现。虚拟仪器是一个以计算机的数据采集与数字信号的处理为理论基础而出现的实现仪器特有需求的数据采集系统。而这个数据采集系统使用的语言正是NI 公司的 LabVIEW。早在1970年虚拟仪器就开始萌芽了，当时的国防、航天等领域的测控系统是由计算机实现的，而仪器级别的计算机在PC机的出现后变成了现实，甚至于NI公司在LabVIEW2.0 以前的版本出现在Macintosh计算机上的时间比Microsoft公司 Windows 出现的时间更早。NI公司成为了业界的权威也正是因为
46、它在LabVIEW和虚拟仪器方面长期、系统的进行有效的研发。LabVIEW 最新的版本是现在的LabVIEW2009，而LabVIEW2009在98年的版本5中初次使用了多线程功能添加的更多特性。用户可以借助LabVIEW 软件的软件环境进行并行编程的编写，因为他的环境不仅具有数据流的编程特性而且LabVIEW Real-Time 工具支持对嵌入式平台多核的开发，并且其软件的层次是自上而下存在的。因为普通PC机自身的缺陷造成它构建起来的计算机测试系统或者虚拟仪器不具备很高的性能。而VXI 标准可以说是为现在的计算机化仪器指明了发展的方向，这种仪器是以插卡的形式存在。仪器性能的保证是较多的硬件实
47、现的，并且这种卡式的仪器自身是没有面板的，它的面板需要在计算机屏幕上虚拟的出现。而测试系统就是将这种卡在标准的 VXI 机箱中插入然后和计算机连接在一起构成的。但是VXI 仪器有一个缺点就是价格太高，因此现在的市场出现了一种比较便宜的 PXI 标准的仪器。4.2 LabVIEW的概念LabVIEW是C 、BASIC一样的通用编程系统，它有一个庞大函数库满足任何的编程任务。LabVIEW函数库由数据的采集、数据分析、串口控制、GPIB以与数据的显示和存储等容。同时LabVIEW还拥有用动画的方式显示数据和子程序（子VI）结果、设置断点以与单步执行等便于程序调试的传统程序调试工具。LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）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。传统的文本编程语言的执行顺序是语句与指令的先后顺序决定的。但是 LabVIEW中的执行顺序和VI则是按照程序框图中的节点间数据的流向决定的。在LabVIEW创建用户界面也是十分方便的，因为它
