基于虚拟仪器的温度测量系统
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2020-10-20
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基于虚拟仪器的温度测量系统基于虚拟仪器的温度测量系统
基于虚拟仪器技术，利用热电偶设计了一套温度测量系统，包括硬件和软件设计，硬件包括对热电偶输出信号
的放大和滤波，以及对冷端温度的补偿电路，冷端温度通过Pt100热电阻进行测量；软件采用Labview进行编
写，
摘要：基于
关键词：虚拟仪器；热电偶；温度测量；Labview
0 引言
热电偶是温度测量仪表中常用的
虚拟仪器是计算机技术和仪器测量技术相结合的产物，它充分利用计算机强大的运算处理功能，突破了传统仪器在数据处
理、显示、传输、存储等方面的限制。本文利用虚拟仪器平台，通过编写Labview软件对温度进行测量，可以减少硬件的重复
开发，有利于系统的维护，也便于系统软件升级。
1 热电偶测温原理
热电偶测温基本原理是将两种不同材料的导体或半导体焊接起来，构成一个闭合回路。如图1所示。由于两种不同金属所携
带的电子数不同，当两个导体的两个连接点之间存在温差时，就会发生高电位向低电位放电现象，因而在回路中形成电流，温
度差越大，电流越大，这种现象称为热电效应，也叫塞贝克效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。如果两个接点的温度相
同，则不会产生电流。
图1中，由两根不同导线A和B组成电路，连接成的接点温度分别为t和t0，则电路中产生的热电势等于接点的电动势之差，
如下式：
热电偶用于探测温度的一端称为“热端”，处于标准温度的一端称为“冷端”，国际公认的标准冷端温度为0℃，但是在工业现
场，要将冷端温度处理成0℃不太现实，因此必须对冷端进行补偿。对于冷端温度为t1的情况，可按下式进行处理：
式(2)中，E(t，0)表示热电偶热端温度为t，冷端温度为0时的热电势；E(t，t1)表示热端温度为t，冷端温度为t1时的热电
势，E(t1，0)表示热端温度为t1，冷端温度为0时的热电势，根据实际测试得到的冷端温度，查分度表可求得
E(t1，0)，E(t，t1)可直接测得，这样就可以求出E(t，0)，再查分度表即可得到热端的温度。
2 系统硬件设计
系统硬件由热电偶、信号调理模块、
采用差动输入的方式将热电偶输出信号连接到仪表放大器上，热电偶满量程输出信号为100mV，数据采集卡的输入电压范
围为-10V～10V，因此设计仪表放大器的放大倍数为100。为了减少噪声，采用2阶有源低通滤波器对放大器的输出信号进行
滤波，滤波器的截止频率为2Hz。另外，为了抑制放大器的零点漂移，设置一个基准调节电路，将放大器的基准电压稳定在5
V，减小放大器自身引入的误差。电路原理图如图3所示。
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