第16章信號(hào)調(diào)理

1、第 16 章 信號(hào)調(diào)理16.1 信號(hào)調(diào)理的基本概念16.2 常用的信號(hào)調(diào)理設(shè)備形式16.3 信號(hào)調(diào)理設(shè)備與數(shù)據(jù)采集設(shè)備的通信16.4 信號(hào)調(diào)理設(shè)備安裝與設(shè)置16.5 信號(hào)調(diào)理器信道定址16.6 信號(hào)調(diào)理器的增益16.7 信號(hào)調(diào)理器的設(shè)置時(shí)間16.8 常用信號(hào)調(diào)理程序16.8.1 用熱電阻測量溫度16.8.2 應(yīng)變測量第16章信號(hào)調(diào)理16.1信號(hào)調(diào)理的基本概念16-1列出了傳感器可以把溫度、壓力、位移、聲、光等物理現(xiàn)象轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。表 一些常用的傳感器。表16-1常用的傳感器B象傳感器溫度熱電偶 熱電阻 熱敏電阻 集成電路傳感器光真空管光學(xué)傳感器 光電管聲麥克風(fēng)力和壓力應(yīng)變片 壓電傳感器測力環(huán)位

2、置 （位移）電位計(jì) 線性電壓差動(dòng)變壓器 光學(xué)編碼器流量壓力表 旋轉(zhuǎn)式流量計(jì) 超聲波流量計(jì)PH®PH電極來自傳感器的電信號(hào)一般還不能用數(shù)據(jù)采集設(shè)備來測量，最主要的問題是它們大多 數(shù)輸出電壓非常小，且極易受噪聲影響，而有些信號(hào)又有可能存在很高的尖峰值。因此 在將它們轉(zhuǎn)換為數(shù)字量之前需要先進(jìn)行放大、濾波或隔離等預(yù)處理，這項(xiàng)工作叫做信號(hào) 調(diào)理。圖16-1顯示了一些常見類型的傳感器或電信號(hào)和它們各自需要的信號(hào)調(diào)理。圖16-1常用的信號(hào)調(diào)理1 .放大放大是一種最常用見的信號(hào)調(diào)理。對電信號(hào)進(jìn)行放大的兩個(gè)好處是它可以改進(jìn)信號(hào) 數(shù)模轉(zhuǎn)換的精度并可以減少噪聲。為了得到盡可能高的精度，應(yīng)該將信號(hào)放大到它的

3、幅 值等于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的最大輸入范圍。雖然對低電平信號(hào)進(jìn)行放大可以在數(shù)據(jù)采集設(shè)備中 進(jìn)行，也可以在信號(hào)源附近的信號(hào)調(diào)理模塊中進(jìn)行；但是在數(shù)據(jù)采集設(shè)備中對信號(hào)進(jìn)行 放大，信號(hào)就帶著進(jìn)入導(dǎo)線的噪聲一起被放大，然后進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和測量；而在信號(hào)源 附近用信號(hào)調(diào)理模塊放大信號(hào)，噪聲的破壞作用將降低，數(shù)字化后能更好的反應(yīng)低電平 的原始信號(hào)。使用護(hù)套電纜或雙絞線電纜并盡量縮短電纜長度能夠減少噪聲，此外，讓信號(hào)線遠(yuǎn) 離交流電源線和顯示器將有助于減少 50Hz的噪聲。當(dāng)被檢測的信號(hào)含有高電壓峰值時(shí)，它可能損壞計(jì)算機(jī)或傷害操作者。在這種情況 下出于安全考慮就需要將計(jì)算機(jī)與傳感器隔離。進(jìn)行隔離的另一個(gè)原因是確保數(shù)據(jù)采

4、集 設(shè)備的測量不受地勢差的影響。當(dāng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備與信號(hào)不是參考同一點(diǎn)地勢點(diǎn)的話，就 可能發(fā)生對地環(huán)流，影響測量的精確性；如果信號(hào)地和數(shù)據(jù)采集設(shè)備地的勢差很大的話， 甚至可能損壞測試系統(tǒng)。使用信號(hào)調(diào)理器的隔離模塊可以減小對地環(huán)流，確保信號(hào)測試 精確。3 .濾波信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)可以從被測試信號(hào)中濾除掉不需要的成分或噪聲。對類似于溫度這樣 緩慢變化的信號(hào)常常需要使用低通濾波器，減少信號(hào)的高頻成分，提高數(shù)模轉(zhuǎn)換的精度。 使用低通濾波器可以濾除截止頻率以上的所有信號(hào)頻率成分。許多信號(hào)調(diào)理裝置都有 4 Hz的低通濾波器，它很適于從低頻采樣的信號(hào)中濾除50 Hz交流噪聲。還有些信號(hào)調(diào)理裝置可以在軟件中選擇截止頻率

5、，例如NI公司的SCXI1144低通濾波模塊可以選擇10Hz到25Hz截止頻率。4 傳感器激勵(lì)應(yīng)變片、熱電阻等許多傳感器都需要外部電壓或電流的激勵(lì)來進(jìn)行物理現(xiàn)象測試。 一些插入式的數(shù)據(jù)采集設(shè)備和SCX 1121、SCXI1122等信號(hào)調(diào)理模塊都可以對傳感器提供必要的激勵(lì)。5.線性化熱電偶等許多傳感器對被測的物理現(xiàn)象的響應(yīng)是非線性的。LabVIEW可以對傳感器的電壓信號(hào)進(jìn)行線性化，從而使電壓信號(hào)被正確標(biāo)定為被測的物理現(xiàn)象。LabVIEW提供簡單的標(biāo)定VI，用來將應(yīng)變片、熱電阻、熱電偶及熱敏電阻的電壓信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。16.2常用的信號(hào)調(diào)理設(shè)備形式1 .信號(hào)調(diào)理器(SCXI Signal Condit

6、ioning eXtensions for instrumentation)信號(hào)調(diào)理器由信號(hào)調(diào)理機(jī)箱、信號(hào)調(diào)理模塊（實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)理功能的主要部件，具有 多種功能模塊可以選擇）和信號(hào)連接端口組成。這是一種高度可擴(kuò)展的信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)， 也是信號(hào)調(diào)理設(shè)備的常見形式。在圖16-3（a）中用它做插入式數(shù)據(jù)采集卡的前端信號(hào)調(diào)理裝置，本章主要以這種形式為例介紹信號(hào)調(diào)理的相關(guān)操作。在圖16-3（ b）中，信號(hào)調(diào)理機(jī)箱里增加了數(shù)據(jù)采集模塊，構(gòu)成便攜式電腦的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)可以用SCX1200模塊，連接到計(jì)算機(jī)并口；也可以用SCX插入式數(shù)據(jù)采集卡臺(tái)式計(jì)算機(jī)插入式數(shù)據(jù)采集卡信號(hào)調(diào)理卡信號(hào)連接端口信號(hào)調(diào)理模塊

7、信號(hào)調(diào)理機(jī)箱臺(tái)式計(jì)算機(jī)(a)接端口 集模塊信號(hào)調(diào)信號(hào)調(diào)筆記本理模塊理機(jī)箱信號(hào)連數(shù)據(jù)采(c)(e)2000遠(yuǎn)程控制機(jī)箱或使用 SCXI2400遠(yuǎn)程控制模塊插入 SCX 100x機(jī)箱，連接到串口。 SCXI 1200模塊是一個(gè)多功能的模擬、數(shù)字和計(jì)數(shù)器模塊，它可以控制安裝在同一機(jī)箱 的幾個(gè)信號(hào)調(diào)理模塊，其功能類似于插入式的1200系列設(shè)備。圖 16-3 常用信號(hào)調(diào)理設(shè)備的形式2. 信號(hào)調(diào)理板信號(hào)調(diào)理板是低價(jià)位、單功能的信號(hào)調(diào)理裝置，外形類似于數(shù)據(jù)采集卡。在圖 16-3(c)中用它做插入式數(shù)據(jù)采集卡的前端信號(hào)調(diào)理裝置。信號(hào)調(diào)理板主要有應(yīng)變調(diào)理板、 熱電偶和熱電阻調(diào)理板、多通道同步放大調(diào)理板等幾種。3

8、信號(hào)調(diào)理模塊(5B系列)圖16-3(d)的5B系列信號(hào)調(diào)理模塊與信號(hào)調(diào)理板的功能和特點(diǎn)相似。但它是由一個(gè)個(gè)信號(hào)調(diào)理模塊插入一個(gè) 背板組成。背板上有電纜插口便于與數(shù)據(jù)采集卡連接。4. 分布式信號(hào)調(diào)理模塊(Filed Point )圖 16-3(e) 的分布式信號(hào)調(diào)理模塊工業(yè)為現(xiàn)場測試提供了方便，它可以使信號(hào)調(diào)理放在靠近傳感器的位置。分布式信號(hào)調(diào)理模塊的一個(gè)背板上需要分別安裝信號(hào)調(diào)理模塊、 控制模塊和通訊模塊。通訊模塊與計(jì)算機(jī)的通訊有串口、以太網(wǎng)、無線等幾種形式。16.3 信號(hào)調(diào)理設(shè)備與數(shù)據(jù)采集設(shè)備的通信信號(hào)調(diào)理器作前端信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)時(shí)，它向數(shù)據(jù)采集設(shè)備傳遞數(shù)據(jù)有兩種基本的操作 模式：多路復(fù)用模式和

9、并行模式。 但是有些信號(hào)調(diào)理設(shè)備只支持多路復(fù)用模式， 例如 SCXI 1100、 SCXI 1 1 22 等信號(hào)調(diào)理模塊。采用多路復(fù)用模式時(shí)信號(hào)調(diào)理設(shè)備的所有輸入信道都被復(fù)合到一個(gè)信道輸出。在缺 省情況下，以差分方式輸出到數(shù)據(jù)采集設(shè)備的 0 信道。如果機(jī)箱中裝有多個(gè)模塊，則只 需要將一個(gè)模塊直接連接到數(shù)據(jù)采集設(shè)備，由于所有模塊都插入信號(hào)調(diào)理器總線背板， 所以數(shù)據(jù)采集設(shè)備可以通過信號(hào)調(diào)理器總線訪問機(jī)箱中的其它模塊。數(shù)據(jù)采集卡上某些 模擬和數(shù)字線保留做信號(hào)調(diào)理器通信用。在多路復(fù)用模式中有些數(shù)據(jù)采集設(shè)備支持多信道、多掃描的采集，而有些設(shè)備只支 持單信道或單掃描采集。當(dāng)模擬輸入模塊運(yùn)行在并行模式下時(shí)，

10、這個(gè)模塊直接把它每個(gè)信道的信號(hào)傳送到與 它相連的數(shù)據(jù)采集設(shè)備的一個(gè)單獨(dú)的模擬輸入信道。此時(shí)如果信號(hào)調(diào)理器中裝有其它模 塊，也不能通過這個(gè)模塊來與數(shù)據(jù)采集設(shè)備通信。在這種情況下，可以在計(jì)算機(jī)中安裝 多個(gè)數(shù)據(jù)采集設(shè)備，分別與信號(hào)調(diào)理器機(jī)箱中各個(gè)單獨(dú)的模塊上連接。例如安裝兩個(gè) AT-MIO-16E-2 設(shè)備，將它們分別連接到一個(gè)單獨(dú)的 SCXI-1120 模塊上。在缺省情況下，運(yùn)行在并行模式下的模塊將 0 信道信號(hào)以差分方式送到數(shù)據(jù)采集設(shè) 備的模擬輸入 0信道， 1 信道信號(hào)送到數(shù)據(jù)采集設(shè)備模擬輸入 1 信道，依此類推。 數(shù)據(jù)采 集設(shè)備上有效的信道數(shù)限定了模擬輸入的總信道數(shù)。NI 公司建議大多數(shù)情況

11、下使用多路復(fù)用模式。16.4 信號(hào)調(diào)理設(shè)備安裝與設(shè)置許多信號(hào)調(diào)理器模塊需要在安裝前進(jìn)行一些跳線設(shè)置，以確定諸如與數(shù)據(jù)采集設(shè)備傳遞數(shù)據(jù)的方式、信號(hào)調(diào)理設(shè)備的增益、參考地點(diǎn)的選擇、相連的機(jī)箱或模塊的數(shù)量等 工作條件。具體的跳線位置需要參考所使用的信號(hào)調(diào)理模塊的用戶手冊。信號(hào)調(diào)理器系統(tǒng)安裝后還需要在Measurement & Automation Explorer中進(jìn)行不同的設(shè)置，LabVIEW需要關(guān)于設(shè)置的信息才能使信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)正確工作。例如信號(hào)調(diào)理板要設(shè) 置為一個(gè)附件，而信號(hào)調(diào)理器要設(shè)置為一個(gè)設(shè)備。下面以SCXI-1000信號(hào)調(diào)理機(jī)箱、SCXI-1122多功能信號(hào)調(diào)理模塊和 SCXI-1

12、322接線端 子這套典型的信號(hào)調(diào)理設(shè)備為例介紹信號(hào)調(diào)理設(shè)備的設(shè)置方法。nent & on ExplorerE 自 Devices and Interfaces GPIB-VXI Interface Serial Interface :TCP/IP Resource CFIE InterfaceA ?DA/Ethernet DevicepChassis Addrrss:rChassis SCXI-1000Chassis ID:SCSI-1000西 SCXI-1000DCs SCXI-1W1a scxi-2000 s pxi-iaioo PXI-1011S OI-SCXItfdst ；Fi

13、nish |Can匚已L(a)It一步時(shí)|取消ECUAut oDct ect nodul es ?Do you rant !(I_DAQ to autoiaatically detect vhich SCSI nodules are present in your chassis?(b)|scxi ini Ad.fi t « Cl i AB. K*-Eu.l t-g上1步I下1步®取消 INIDAQ found the follQing nodules in your chassisiThese ikodules 怦ill he added automatically To

14、 your chassis In iiiLltlipilexed iiode with default settings-Before you click the finish buttoi% yiL must specify which module is cabled to thr conmunic-ation device by clicking on the R«dule In the list上一步爼）|完成取消 I(e)圖16-4信號(hào)調(diào)理設(shè)備的設(shè)置1. 打開 Measureme nt & Automati on Explorer ，在 Devices and In

15、 terfaces條目上上擊鼠標(biāo)右鍵彈出 Create New選項(xiàng)，確認(rèn)后出現(xiàn)圖16-4 (a)的對話框。選中SCXI-1000后點(diǎn)擊Finish出現(xiàn)圖16-4 （b）的對話框。2. 使用默認(rèn)的機(jī)箱標(biāo)識(shí)1和默認(rèn)機(jī)箱地址0,直接點(diǎn)擊 下一步按鈕，出現(xiàn)圖16-4 （c） 的對話框。3. 如果信號(hào)調(diào)理設(shè)備已經(jīng)連接好，并已經(jīng)打開機(jī)箱電源，選中Auto-Detect Modules（自動(dòng)檢測機(jī)箱中的模塊）選框下的Yes,點(diǎn)擊下一步按鈕，出現(xiàn)圖16-4（d ）的對話框。4. 在通信路徑中自動(dòng)出現(xiàn)已安裝的數(shù)據(jù)采集設(shè)備PCI-6035E。點(diǎn)擊下一步按鈕，出現(xiàn)圖16-4 （ e）的對話框。5. 系統(tǒng)自動(dòng)檢測到S

16、CXI-1122模塊。點(diǎn)擊 完成按鈕。在圖16-5中可以看到已經(jīng)安裝了SCXI-1000信號(hào)調(diào)理機(jī)箱和 SCXI-1122信號(hào)調(diào)理模塊。如果在進(jìn)行以上的設(shè)置時(shí)沒有連接信號(hào)調(diào)理器 或信號(hào)調(diào)理器沒有打開電源，將檢測不到信號(hào)調(diào)理 模塊，那就需要進(jìn)行手工添加。在安裝完的機(jī)箱中 選中一個(gè)模塊進(jìn)行Insert操作即可。6.在模塊選項(xiàng)SCXI-1122上擊鼠標(biāo)右鍵彈出菜 單，選Properties對模塊進(jìn)行設(shè)置。General 標(biāo)簽下選擇 Connected Device （連接 設(shè)備）PCI-6035E。選中 This device will control the channel。Channel標(biāo)簽 下

17、選擇 Gain（增益）：2000， Filter （濾波器）：4Hz, Input Mode （輸入模式）： differe ntial 。（SCXI-1122模塊有兩種輸入模式，即差分和4 線掃描（4-wire mode。差分模式下16個(gè)信道全部用做信號(hào)輸入；4線掃描時(shí)前8個(gè)信道用做信號(hào)輸圖16-5完成信號(hào)調(diào)理設(shè)備設(shè)置入，后8個(gè)信道用做電流激勵(lì)。）Accessory 標(biāo)簽下選擇 SCXI-1322。16.5信號(hào)調(diào)理器信道定址由信號(hào)調(diào)理設(shè)備的信道上采集信號(hào)時(shí)，和從插入式板卡的信道上采集信號(hào)使用相同的VI與相同的方法。使用信號(hào)調(diào)理設(shè)備時(shí)信道的定址要區(qū)分兩種情況。從設(shè)置為附件的信號(hào)調(diào)理卡的信道上采

18、樣時(shí)，只需要考慮信號(hào)調(diào)理卡的信道與數(shù)據(jù)采集卡信道的對應(yīng)關(guān) 系，完全按照數(shù)據(jù)采集卡信道定址的方法操作就可以了；從設(shè)置為設(shè)備的信號(hào)調(diào)理器采 集信號(hào)時(shí)，信道的定址有兩種方法。1. 在 Measurement & Automation Explorer中進(jìn)行信道的設(shè)置按照本書13.3.1介紹的信道定址方法創(chuàng)建虛擬信道時(shí)，將連接的硬件選為所使用的信號(hào)調(diào)理模塊，硬件上的信道也選為信號(hào)調(diào)理模塊上的信道。如圖16-6所示。設(shè)置信道后，在數(shù)據(jù)采集VI中按信道名訪問這個(gè)信道的數(shù)據(jù)，就象訪問數(shù)據(jù)采集卡上的信道一樣。Chu&fii*! fiz-fcrdChu&fii*! fiz-fcrdDfe

19、it, specify inforration about tht DA.Q hardware to be usedWhat D&Q Ihardw-irr vill beI Devl_SCl_IIDirsCKI-1122 Bn -. -j-i.Which charnel on your D1Q haidwaTe? (only available 匚h-anncls can bep<=>CH+(D) <-)CH-(O)Fhich. anlo iiujut node will beDifferent tai3二一步完施 | 取消 |圖16-6使用信號(hào)調(diào)理器的信道設(shè)置2.直

20、接訪問信號(hào)調(diào)理器的信道如果沒有在 Measureme nt & Automation Explorer中進(jìn)行信道的設(shè)置，而且在多路復(fù)用模式下工作，就需要按一定的語法，填寫數(shù)據(jù)采集VI的信道表參數(shù)。信道表成員信道參數(shù)obz!scx!mdy!a信號(hào)調(diào)理機(jī)箱標(biāo)識(shí)為X,機(jī)箱內(nèi)y插槽上的模塊，模塊中a信 道，多路復(fù)用到數(shù)據(jù)采集卡上的 z信道。obz!scx!mdy!a:b信號(hào)調(diào)理機(jī)箱標(biāo)識(shí)為x,機(jī)箱內(nèi)y插槽上的模塊，模塊中ab 連續(xù)的若干信道，多路復(fù)用到數(shù)據(jù)采集卡上的z信道。obz!scx!mdy!(a,b,c)信號(hào)調(diào)理機(jī)箱標(biāo)識(shí)為 X，機(jī)箱內(nèi)y插槽上的模塊，模塊中不連 續(xù)的a, b, c信道，多路

21、復(fù)用到數(shù)據(jù)采集卡上的 z信道。表16-2信號(hào)調(diào)理器信道定址語法采用并行輸入模式時(shí)，為信號(hào)調(diào)理模塊上的信道定址，即可以指定相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集 卡上的信道，也可以使用表 16-2的信號(hào)調(diào)理器信道定址語法。數(shù)據(jù)采集VI可以一次掃描信號(hào)調(diào)理器多個(gè)信道，但是這些信道應(yīng)該是連續(xù)的，而且 按升序排列。16.6信號(hào)調(diào)理器的增益信號(hào)調(diào)理設(shè)備可以提供比數(shù)據(jù)采集設(shè)備更高的增益。有些信號(hào)調(diào)理模塊是通過跳線來分別為各個(gè)信道設(shè)置增益，例如SCXI-1120、SCXI-1121等；有些信號(hào)調(diào)理模塊則是在軟件中為各個(gè)信道選擇增益值，例如SCXI-1141 ；還有些信號(hào)調(diào)理模塊只能在軟件中為整個(gè)模塊設(shè)置統(tǒng)一的增益值，例如SCXI-

22、1100、SCXI-1122 等。對于用跳線設(shè)置增益的信號(hào)調(diào)理模塊，在Measureme nt & Automation Explorer 中進(jìn)行信號(hào)調(diào)理模塊設(shè)置時(shí)，要輸入所設(shè)置的增益值。LabVIEW根據(jù)這個(gè)增益值，將放大以后的信號(hào)進(jìn)行比例化，返回實(shí)際的信號(hào)電平。如果在程序中為模擬輸入 VI 輸入了 極限設(shè) 置參數(shù)，那么 LabVIEW 通過適當(dāng)選取卡上的增益，使它與信號(hào)調(diào)理器的增益值配合，以 盡可能接近模擬輸入 VI 上設(shè)置的輸入極限。而對于軟件設(shè)置增益的模塊，當(dāng)程序中為模擬輸入 VI 輸入了 極限設(shè)置 參數(shù)時(shí)， LabVIEW在設(shè)定的極限范圍內(nèi)為信號(hào)調(diào)理模塊選擇最高的增益值，然后

23、再用卡上的增益作為補(bǔ)充。如果程序中沒有設(shè)置極限，貝U LabVIEW使用Measurement & Automation Explorer中設(shè)置的增益值。16.7信號(hào)調(diào)理器的設(shè)置時(shí)間信號(hào)調(diào)理器的濾波器和增益的設(shè)置對放大器和多路復(fù)用器的設(shè)置時(shí)間有很大影響。例如，濾波器設(shè)置為 4Hz比設(shè)置為4000Hz時(shí)的采樣率會(huì)有顯著降低。此外對于用跳線設(shè) 置濾波器和增益的模塊，必須在 Measurement & Automation Explorer 中輸入設(shè)置的濾 波和增益跳線設(shè)置值，以便于 LabVIEW確定一個(gè)安全的信道掃描延時(shí)，使放大器和多路 復(fù)用器有足夠的設(shè)置時(shí)間。 如果程序中設(shè)置的

24、掃描率太快，LabVIEW會(huì)降低信道延時(shí)，并由 AI Start VI 返回一個(gè)警告。16.8 常用信號(hào)調(diào)理程序本節(jié)將介紹如何使用 SCXI-1122信號(hào)調(diào)理模塊，用熱電阻測量溫度和用應(yīng)變片測量 應(yīng)變。通過這些例子可以進(jìn)一步理解如何應(yīng)用信號(hào)調(diào)理模塊進(jìn)行測量。如果在 Measurement & Automation Explorer中設(shè)置了模擬輸入信道，可以簡化編程。關(guān)于使用信道名的詳細(xì)介紹請參看 13.3.1 節(jié)。16.8.1 用熱電阻測量溫度1. 用熱電阻測量溫度的原理測量溫度常用的兩種傳感器是熱電偶和熱電阻。工業(yè)上廣泛應(yīng)用熱電阻(RTD測量-200+500C之間的溫度。熱電阻的原理

25、是利用 材料的電阻值隨溫度變化來測量溫度。熱電阻的顯著特點(diǎn)是能在很大溫度范圍內(nèi)保持測 量準(zhǔn)確度高，輸出信號(hào)大，易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸和多點(diǎn)自動(dòng)測量。常用的熱電阻材料有 鉑、銅、鎳和某些半導(dǎo)體材料，其中最常用的是鉑。鉑電阻溫度計(jì)在國際實(shí)用溫標(biāo)(IPTS-68 )中被規(guī)定為-259.34+630.74 C溫度范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)儀器。鉑電阻一般用鉑絲 繞在云母、石英或陶瓷支架上，外面用不銹鋼、陶瓷或石英封裝起來。連接熱電阻到測量系統(tǒng)的導(dǎo)線中的電阻會(huì)增加測量誤差。如果使用的導(dǎo)線長度超過 3米，就需要進(jìn)行導(dǎo)線電阻補(bǔ)償。熱電阻有 2線、3線和4線幾種形式，它們的接線如圖 16-7 所示。圖中IEX為激勵(lì)電流，V-為

26、信號(hào)電壓，R是熱電阻，R是導(dǎo)線電阻。3線形式適于 電橋測量電路，可以減小熱電阻與測量系統(tǒng)之間的導(dǎo)線因環(huán)境溫度變化所引起的測量誤 差。 4線形式不僅可以消除連接導(dǎo)線電阻的影響，還可以消除測量電路中寄生電勢引起的 測量誤差。信號(hào)調(diào)理是熱電阻和數(shù)據(jù)采集卡之間一個(gè)必要的接口。熱電阻需要的信號(hào)調(diào)理包括對熱電阻的電流激勵(lì)和對測量信號(hào)的放大、濾波、隔離。IEX+IEX- IEX+IEX-IEX+IEX-RTRT(a)(b)圖16-7熱電阻的形式RT(c)(a) 2線；(b)3線；(c)4線使用熱電阻時(shí)不需要象熱電偶那樣考慮冷端補(bǔ)償。在LabVIEW中開發(fā)溫度測量的應(yīng)用程序，可以使用易用模擬輸入VI。如果測量

27、多個(gè)溫度傳感器的信號(hào)，為了提高程序執(zhí)行的效率，可以使用中級(jí)模擬輸入VI。在Measureme nt & Automation Explorer中進(jìn)行信道設(shè)置可以簡化編程，圖16-8所示為一個(gè)溫度測量信道的屬性面板。LabVIEW用適當(dāng)?shù)臉O限和增益設(shè)置硬件，對熱電阻進(jìn)行測量，然后對測量進(jìn)行量化。編程時(shí)只需要在cha nn els參數(shù)中輸入設(shè)置過的信道名。采集到的數(shù)據(jù)的物理單位與在Measureme nt & Automation Explorer中進(jìn)行的設(shè)置一致。圖16-8熱電阻信道設(shè)置的屬性面板2. 使用信道設(shè)置進(jìn)行溫度測量圖16-9的程序使用了在 Measurement &a

28、mp; Automation Explorer中進(jìn)行設(shè)置的信道名，因此AI Read VI返回的數(shù)據(jù)就是實(shí)際測量的溫度值。這個(gè)程序采用了硬件定時(shí)的連續(xù)數(shù) 據(jù)采集，設(shè)置了每信道采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)10倍的緩存區(qū)。在每次采集中依次對各信道溫度值進(jìn)行平均，F(xiàn)or循環(huán)輸出一個(gè)數(shù)組，其中每個(gè)成員是一個(gè)信道最新的溫度值。這個(gè)數(shù)組轉(zhuǎn) 換成簇，顯示在一個(gè) Chart中，每條線顯示一個(gè)信道的溫度值。采集完成后用AI Clear VI清除采集的設(shè)置。圖16-9使用信道設(shè)置進(jìn)行溫度測量3. 不使用信道設(shè)置進(jìn)行溫度測量圖16-10的程序沒有使用在 Measurement & Automation Explorer中設(shè)

29、置的信道名，而是使用信道號(hào)確定采樣信道，所以必須在AI Config VI中指定設(shè)備號(hào)參數(shù)Device ；并且AI Read VI返回的數(shù)據(jù)是測量到的電壓值，需要使用Data Acquisition>>SignalCon ditio ning 函數(shù)子模板中的熱電阻轉(zhuǎn)換 VI Co nvert RTD Readi ng 把從熱電阻讀到的 電壓值轉(zhuǎn)換為溫度值。同時(shí)要為這個(gè)VI輸入激勵(lì)電流值Iex和熱電阻在0C的電阻值F0。Convert RTD Readi ng VI 只適用于鉑電阻。c«HnnlEEEiCLEAR|采樣信逍嶷|泊先階回出治信良|罰半均的點(diǎn)團(tuán)狀兩電斑|如卜熱電

30、團(tuán)二阻值|帀訐=lIWwrti|呂世因銭.r：i：孔>：、，rx孔*：孔:、w5co:缶!> :亍 d" rz£vk圖16-10不使用信道設(shè)置進(jìn)行溫度測量16.8.2應(yīng)變測量應(yīng)變測試是研究構(gòu)件應(yīng)力狀態(tài)的重要手段，通過應(yīng)變測試可以了解構(gòu)件的變形；應(yīng) 變測試的方法也可以推廣到與應(yīng)變有密切關(guān)系的其它機(jī)械量測試，例如測量構(gòu)件的受力，材料的彈性模量等。應(yīng)變片是粘在受力物體上很薄的導(dǎo)體，它將被測對象的變形轉(zhuǎn)換為電阻值變化。用 應(yīng)變片測量金屬材料的應(yīng)變時(shí)，它的電阻變化率一般只有千分之幾，電壓往往是微伏級(jí) 的，因此應(yīng)變測試通常采用惠斯登電橋電路。橋路根據(jù)應(yīng)變片的數(shù)量分為半橋單臂

31、（NI公司技術(shù)資料中稱為1/4橋）、半橋雙臂和全橋 3種。如圖16-11所示。全橋電路的4個(gè)電 阻都是應(yīng)變片本身；半橋雙臂的兩個(gè)電阻來自應(yīng)變片；而在半橋單臂橋路中只有一個(gè)電 阻來自應(yīng)變片這就決定了應(yīng)變測試需要的信號(hào)調(diào)理主要是電壓激勵(lì)、組橋和濾波。根據(jù) 測試的具體要求可以選擇不同種類的電阻應(yīng)變片和不同的布置與組橋方式。圖16-11應(yīng)變測量電路（a）半橋單臂測量電路；（b）半橋雙臂測量電路；（c）全橋測量電路圖16-11中EX是信號(hào)調(diào)理設(shè)備提供的激勵(lì)電壓；Rc是信號(hào)調(diào)理設(shè)備提供的組橋電阻;VSg為信號(hào)電壓。圖 16-12 是 LabVIEW的 Data Acquisition >> S

32、ignal Conditioning函數(shù)子模板中的Convert Strain Gauge Readi ng VI的圖標(biāo)以及它的參數(shù)，這個(gè) VI用于將應(yīng)變測量的橋壓轉(zhuǎn)換為應(yīng)變值。Rg(12口舒臥1¥(W-1IStrainBridge Configuration (3tHaL, 焉碁VeK (3.33Vinit (0.0)、1RIC.O)圖16-12應(yīng)變轉(zhuǎn)換VI圖中Rg-應(yīng)變片變形前的電阻，默認(rèn)值120Qo目前常用的應(yīng)變片電阻都為此值。GF 應(yīng)變片靈敏系數(shù)，默認(rèn)值 2。使用時(shí)應(yīng)根據(jù)應(yīng)變片參數(shù)輸入準(zhǔn)確值。 v波松比。僅在某些組橋方式時(shí)需要輸入。Vsg應(yīng)變測量信號(hào)電壓。默認(rèn)數(shù)據(jù)類型是波形，

33、可以選擇為標(biāo)量數(shù)據(jù)。如果輸入 波形數(shù)據(jù)，則輸出的應(yīng)變數(shù)據(jù)類型也是波形。Vex激勵(lì)電壓，默認(rèn)值3.333V。根據(jù)所用的信號(hào)調(diào)理設(shè)備選擇。Vi nit 初始電壓，即開始應(yīng)變測量前的信號(hào)電壓。這個(gè)VI進(jìn)行應(yīng)變轉(zhuǎn)換時(shí)總是將當(dāng)前信號(hào)電壓值與初始電壓值做比較，進(jìn)行相對計(jì)算。由于構(gòu)件變形前各種原因造成的 電橋不平衡，使得 Vini工0,所以一般情況下不應(yīng)該忽略這個(gè)參數(shù)。Rl 導(dǎo)線電阻。導(dǎo)線不超過 2米時(shí)可以忽略導(dǎo)線電阻。Strain 應(yīng)變值。一般來說這個(gè)值的單位一應(yīng)變太大了，以至于數(shù)據(jù)太小，所以應(yīng)該乘以106，將它轉(zhuǎn)換為微應(yīng)變。Bridge Co nfiguration 電橋設(shè)置。所以將這個(gè)參數(shù)放在最后說明是因?yàn)檫@個(gè)問題 比較復(fù)雜。在圖16-11所示的3種組橋電路的基礎(chǔ)上，由于應(yīng)變片粘貼方式的差異，還可 以演化出許許多多不同測量電路。Convert Strain Gauge Readin g VI可以對其中的7種進(jìn)行轉(zhuǎn)換。分別說明如下：(1) Qtr Bridge I,即半橋單臂I。在圖16-11 (a)的橋路中，如果 Rc'是一個(gè) 平衡電阻，則選擇該選項(xiàng)。(2) Qtr Bridge n,即半橋單臂n。在圖 16-11 (a)的橋路中，如果 Rc'是一個(gè) 平衡應(yīng)變片，粘貼在一個(gè)無變形的補(bǔ)償塊上，則選擇