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如何使用虚拟仪器技术实现多路温度测控系统
王静
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我们开发氮氧化物化学发光法分析仪时，整个系统有三处需要温度测控：反应室，钼转换室，光子计数器 PMT。反应室中的温度对化学反应（一氧化氮与臭氧反应）有一定的影响，我们要找到最佳温度，使反应效率最大。钼转换室的温度影响二氧化氮转换为一氧化氮的效率，因此也需要效率最大时的温度。温度测量与控制的要求是：反应室的测控温度范围为：30— 70OC，波动：±0.5 OC；钼转换室的测控范围为：250—370 OC，波动：±3 OC。光子计数器 PMT 受温度的影响很大，温度越高光子计数器 PMT 的暗计数越高。在对光子计数器 PMT 制冷的同时，对它的温度也进行监视，以确定其是在低温（约 5OC）环境下工作。系统要求测温精度为 0.05OC。为保证系统要求，缩短系统开发时间，我们采用了美国国家仪器公司（National Instruments）的图形化编程软件系统 LabVIEW 和数据采集卡 Lab-PC-1200，构建了分析仪的整个温度测控系统。在构建系统过程中，解决了数据采集卡的多路测量与输出控制的问题，在一定的硬件条件下，优化程序进一步提高系统测控性能。对于基于虚拟仪器构建多路测控系统进行了初步的探讨。
温度测控系统组成
该系统将计算机，强大的图形化编程软件和模块化硬件结合在一起，建立起具有灵活性的基于计算机的测量与控制应用方案，最终构建起满足自己需求的系统。系统由以下几个部分组成：计算机，LabVIEW，数据采集卡，温度传感电路，加热控制电路。温度信号由传感器转换为电压信号，再经数据采集卡进入计算机，在计算机上运行的 LabVIEW 程序对输入的数据进行分析处理，将结果由计算机显示出来，同时通过数据采集卡输出控制信号给外部加热控制电路，达到测量与控制温度的作用。
其中数据采集卡 Lap-PC-1200 是一种低廉的， 在计算机上使用的板卡。它可以采集模拟信号，数字信号，拥有定时器的功能，同时还具有模拟输出的功能。该数据采集卡具有高性能的数据采集与控制能力，可用于实验室测试，生产测试，以及工业监视和控制。我们主要使用的是该卡的模拟输入与模拟输出的功能。Lab-PC-1200 数据采集卡具有八个模拟输入通道，两个模拟输出通道。八个模拟输入通道 ACH0-ACH7，其内部模数转换器是 12bit 逐步逼近式，你可以将其设定为八个单端信号输入方式或四个差动信号输入方式。该卡具有三种不同的模拟输入模式：RSE，NRSE，DIFF 输入模式。我们设置的是 RSE 输入模式，RSE 输入模式是指所有输入信号都是参考公共地 AGND（公共地在这里是指模拟输入地）。Lab-PC-1200 的模拟输入还可以选择单极性或双极性。选择单极性，输入电压范围为 0 to 10 V，0V 对应 0 hex，而 10 V 对应 FFF hex（4095 decimal）。选择双极性，输入电压范围为 -5 to +5 V。我们设置模拟输入为单极性。两个模拟输出通道 DAC0OUT 与 DAC1OUT，你可以设置模拟输出通道为单极性或双极性输出。单极性输出范围为 0 to 10 V，数值范围为 0 to 4095 （0 to FFF hex）。双极性输出范围为 -5 to +5 V，数值范围为 -2048 to 2047 （F800 hex to 7FF hex）。我们设置的是模拟输出为单极性。刷新模拟输出的电压，这共有两种方式：一种叫立即刷新模式（immediate update mode），当你一有数据写入数模转换器（DAC）时，其输出电压就刷新。另一种叫延迟刷新模式（delayed update mode），只有探测到计数器 A2 或 EXTUPDATE 是低电平时，其输出才会开始刷新。我们设置的是立即刷新模式。 DAC0OUT 对应模拟输出通道 0，DAC1OUT 对应模拟输出通道 1。AGND 是这两个模拟输出端的参考地。
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