Labview仪器与测试项目论文温度热电偶测量系统.docx
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Labview仪器与测试项目论文温度热电偶测量系统
项目课程设计
课程名称仪器与测试项目
题目名称温度热电偶测量系统
学生学院机电工程学院
专业班级2007级微电1班
学号3107000319
学生姓名林荣珍
指导教师
成绩评定
2010年9月18日
广东工业大学课程设计任务书
题目名称
温度热电偶测量系统
学生学院
机电工程学院
专业班级
2007级微电1班
姓名
林荣珍
学号
3107000319
一、实践项目课程设计的内容
本项目课程要求学生综合运用所学专业课知识，选用传感器及有关仪器仪表组建测试系统、虚拟仪器（利用Labview虚拟软件平台），对机器品质、产品质量、设备运行状态、机械系统动态性能等工程对象进行综合测试；编制或应用有关软件，对测试信号、数据进行分析和处理，达到提高工程测试能力与实践技能。
另外，本实验还进行几何量误差测量实验，包括形位误差测量、齿轮误差测量两部分。
学生通过综合训练，深化已学知识，对机械工程测试及计算机在该领域中的应用有较为全面深入的了解，培养学生工程素质。
二、实践项目课程设计的要求与数据
1、了解和熟悉虚拟仪器编程软件Labview，每个同学要独立地完成编程练习。
2、每两人为一组，能独立地选用有关传感器及有关仪器仪表组建虚拟仪器测试系统（利用Labview虚拟软件平台）对工程对象进行测试，要求独立编制虚拟仪器程序并记录下实验数据，并能对测试信号和数据进行分析处理。
3、每个同学独立完成几何量误差测量实验，包括形位误差测量、齿轮误差测量两部分，记录实验数据并能按要求对数据进行处理和分析。
4、每位学生必须根据具体工作内容，完成一篇不少于1000字的报告书。
本项目要求每位同学亲自动手操作、练习和调试，体会到工程测试的乐趣。
三、实践项目课程设计应完成的工作
1、Labview软件学习介绍，进行必要的讲授和辅导，完成由老师指定的编程练习。
2、在实验室完成相关虚拟仪器测试系统组建，设计编制虚拟仪器程序并对系统进行调试，记录下测试数据，并对测试信号和数据进行分析处理。
3、几何量误差测量实验，包括形误差测量、齿轮误差测量两部分。
4、设计体会与心得。
四、实践项目课程设计进程安排
序号
设计各阶段内容
地点
起止日期
1
1）、布置任务，讲解课程的目的、内容和要求；
2）、讲解虚拟仪器图形编程；
3）、几何量误差测量，包括测量的原理、步骤等；
实验2号楼403和405
8.23-8.25
2
虚拟仪器编程讲解与练习
1）、数据采集；
2）、仪器控制；
3）、数学分析应用软件；
实验2号楼401
8.26-8.28
3
虚拟仪器编程，模拟温度测量系统
实验2号楼401
8.29-8.30
4
虚拟仪器编程，虚拟仪器采集
实验2号楼401
9.1-9.2
5
虚拟仪器编程，串口仪器通讯
实验2号楼401
9.3-9.4
6
形位误差测量、齿轮误差测量
汽缸、箱体、轴形位误差、螺孔位置度；齿轮周节、公法线、齿轮径向综合误差、径向跳动误差。
实验2号楼401
9.5-9.6
7
创建虚拟仪器测试系统
1）、热电偶温度测量系统。
2）、零件合格性检测系统。
实验2号楼401
9.7-9.9
8
1）、给定测试系统，现场检查学生编程；考查学生编程的正确性和可行性。
2）、答辩，评定成绩。
实验2号楼401
9.11-9.12
五、应收集的资料及主要参考文献
[1]李远波，傅春晖.广东工业大学自编教材.《仪器与测试项目》实验指导书[M],2006
[2]杨乐平,李海涛，杨磊.LabVIEW程序设计与应用[M].北京：
电子工业出版社，2005
[3]张易知.虚拟仪器的设计与实现[M].西安：
西安电子科技大学出版社，2003
[4]段福来主编.互换性与测量技术基础学习指南[M].西安:
陕西科技出版社,1992
[5]韩进宏.互换性与技术测量[M].北京:
机械工业出版社,2004
发出任务书日期：
2010年8月23日指导教师签名：
计划完成日期：
2010年9月12日基层教学单位责任人签章：
主管院长签章：
目录
一、热电偶系统设计…………………………………………………………………1
1、实验目的……………………………………………………………………………1
2、实验内容和要求……………………………………………………………………1
3、实验方法和步骤……………………………………………………………………1
4、实验结果测试………………………………………………………………………6
5、思考题………………………………………………………………………………7
二、实验测量数据分析………………………………………………………………8
1、形位误差测量结果及分析………………………………………………………8
2、齿轮公法线误差测量结果及分析测量结果及分析……………………………………9
三、思考题……………………………………………………………………………10
四、心得体会…………………………………………………………………………13
一热电偶温度测量系统设计
1、实验目的
掌握热电偶温度测量虚拟仪器系统的组成与实现方法，深化已学Labview编程和工程测试知识，提高工程测试的技能。
2、实验内容和要求
利用LABVIEW虚拟仪器软件平台，用软件模拟实际温度的输出的方法实现如下功能：
1实时数据显示温度测量；
2实时采集数据，并用波形图表显示采集结果；
3实时显示采集到的温度的最大值、最小值、平均值；
4当温度超出极限值时产生报警；
5显示采集结果的温度时间段内分布图；
6显示采样数、采样次数、超温次数、超温比率；
7当停止数据采集后，自动产生数据文件存盘（文件数据中包括：
操作者姓名、采样数、超高数、超高率、温度值、极限值、超温时间）；
3、实验方法和步骤
（1）本实验以1-5的结果作为模板，在此基础上实现以上的功能。
实验1-5能实现上述功能中的①②③④和⑦中的一部分内容。
实验1-5的前面板和框图程序如图1、图2、图3所示。
图1实验1-5的前面板和后面板
图2条件结构图3顺序结构
（2）实现显示采集结果的温度时间段内分布图的功能模块。
采用GeneralHistogram.vi
将采集到的温度数据转换成显示直方图需要的信号，将其捆绑后输入XY图表
，如图4所示。
图4温度时间段内分布图
（3）实现显示采样数、采样次数、超温次数、超温比率的功能模块。
只需将采样循环的次数加上1，结果输出到数值显示控件即可显示采样数。
如图5所示。
图5显示采样数
每按一次采样开关，则记一次数，用while循环结构和移位寄存器可以实现该功能。
如图6所示。
图6显示采样次数
超温次数即为报警的次数，用“布尔值至（0,1）转换”的VI将每次报警转换为数值1，然后累加输出到数值显示控件，则可显示超温次数。
如图7所示。
图7显示超温次数
超温比率就是将超温次数除以采样数得到的百分比。
可以通过数值的运算实现，将数据结果转换为字符串，跟百分比符号%连接，然后送到字符串显示控件，即可显示超温比率。
如图8所示。
图8显示超温比率
（4）实现产生数据文件存盘（文件数据中包括：
操作者姓名、采样数、超高数、超高率、温度值、极限值、超温时间）的功能模块。
通过WriteCharactersToFile.vi
来完成数据文件的存储。
将操作者姓名、采样次数、采样数、超高数、超高率显示的文字和数值及温度值、极限值、超温时间的文字通过“连接字符串”
经过顺序结构输入到WriteCharactersToFile.vi中。
如图9所示。
图9产生数据文件存盘①
接着在顺序结构添加一个帧，实现采集的温度值、极限值、超温时间的数值显示。
将三者的数据通过连接字符串连接起来然后输入到WriteCharactersToFile.vi。
如图10所示。
图10产生数据文件存盘②
（5）至此，所有功能都实现。
结果如图11、图12和图13所示。
图11前面板
图12后面板①
图13后面板②
4、实验结果测试
点击连续运行按钮,在操作者名填上名字，选择数据文件的存储路径和文件名（D:
\Backup\我的文档\新建文本文档.txt）。
设置极限值为86℃。
运行一段时间后，按下enable采样开关进行采样。
图形显示如图14所示，数据结果如图15所示。
图14采集结果图形显示
图15采集结果数据部分显示
5、思考题
如何用基于Labview软件平台实现工业中恒温控制系统？
答：
用Labview程序来采集温度传感器采集到的数据，并输出数字信号到温度控制电路（用电子电路控制加热或降温），实现恒温控制。
二实验测量数据分析
1、形位误差测量结果及分析
（1）气缸圆度测量
气缸内径的理论公差为∅
，圆度计算公式为：
圆度=
测量数据及结果如下表所示
截面位置
测量方向
上
中
下
圆度
X方向
0.020
0.010
0.005
0.008
Y方向
0.015
0.015
0.010
0.003
因为理论圆度为
=0.044>0.034。
所以此气缸内径合格。
（2）箱体中心距及位置误差测量
①箱体孔中心距测量：
测量数据：
A=105.94mmB=4.26mm
则孔中心距为
L=（A+B）/2=（105.94+4.26）/2=55.10mm;
②箱体孔轴向的平行度测量：
测量数据：
A1=106.08mmA2=106.04mmB1=4.12mmB2=4.14mmL1=125.30mmL2=226.48mm
则平行度误差为
F=|A1-A2|x（L1/L2）=|106.08-106.04|*（125.30/226.48）
=0.022mm
③箱体孔轴线对底面的平行度测量：
测量数据：
Mc=0.058mmMd=0.188mmL1=125.30mmL2=226.48mm
则平行度误差为
F=（L1/L2）*|Mc-Md|=（125.30/226.48）*|0.058-0.188|
=0.072mm
④两孔轴向对右侧面的垂直度测量
测量数据：
L1=125.30mmL2=226.48mmMa=0.030Mb=0.170
则垂直度误差为
F=（L1/L2）x|Ma-Mb|=（125.30/226.48）*|0.030-0.170|
=0.077mm
（3）螺孔组位置度误差测量
参数：
公差圆直径
=0.20mmd=8.01mmL5=L6=1.50mmL1=L2=37.50mmL3=L4=100mm
测量数据：
a1=108.00mma2=108.02mma3=108.06mma4=108.14mm
各孔轴线偏差的坐标值按下列关系计算：
利用作图法求解各孔的位置度误差是否合格：
用AUTOCAD做出直径为0.2mm的位置公差圆（如图16中的大圆），标出上述四个坐标点（0,0）、（-0.01,0）、（0.05,0.01）、（0，0.13），作包容这四个点的最小外接圆（如图16中的小圆），测得其直径为0.13mm，小于0.2mm的公差值。
所以各孔的位置度误差是合格的。
图16公差圆和最小外接圆
2、齿轮公法线误差测量结果及分析测量结果及分析
齿轮的参数：
模数m=4齿形角α=20°变位系数ζ=0跨齿数=3齿轮齿数Z=26
测量结果数据：
W1=30.958mmW2=30.892mmW3=30.780mmW4=30.731mmW5=30.740mm
齿轮公法线公称长度为
W=m*cosα[π（n-0.5）+2ζ*tanα+Z*invα]
=m[1.476*（2n-1）+0.014*Z]
=4*[1.476*（2*3-1）+0.014*26]
=30.976mm
测量结果的平均值为
W_=（30.958+30.892+30.780+30.731+30.740）/5=30.820mm
因此，齿轮公法线ΔEw为
ΔEw=|W-W_|=|30.976-30.820|=0.156mm
ΔFw=Wmax-Wmin=30.958-30.731=0.227mm
三思考题解答
1、在汽缸内径和圆度误差测量中内径百分表测量孔径属何测量方法？
答：
属于相对测量方法，也属于间接测量方法。
2、在汽缸内径和圆度误差测量中测量头接点连线偏离直径方向对测量结果有何影响？
如何操作才能防止？
答：
测量头接点连线偏离直径方向会使测量结果偏大，因为测量孔径时，孔轴向的最小尺寸为其直径。
为了防止这种情况的发生，要按照内径百分表的正确使用方法来操作。
测量时，使内径百分表的测杆与孔径轴线保持垂直，才能测量准确沿内径量表的测杆方向摆动表杆，使圆表盘指针指示到最小数字即圆表盘指针顺时针偏转的终点时，表示测杆已垂直于孔径轴线。
3、轴形位误差的测量中径向跳动是被测表面何种形状误差和位置误差的综合反映？
当形状误差为零时，指示表最大与最小读数之差是否一定为零？
答：
径向跳动是圆度和同轴度的综合反映，在一定程度上也可以反映被测表面的表面粗糙度。
当形状误差为零时，指示表最大与最小读数之差不一定为零，因为指示表的读数还跟位置误差有关。
只有形状误差和位置误差均为零时，指示表最大与最小读数之差才一定为零。
这是一种理想状态。
4、轴形位误差的测量跳动时，指示表指针不转或基本不动说明了什么？
答：
说明了轴表面对基准表面的位置误差很小或基本为零，也说明了轴的形状误差很小或基本为零。
5、轴形位误差的测量中在测量径向跳动时若转动摆仪的手轮，使轴件沿轴线方向移动，指示表最大与最小读数之差反映何种形位误差？
答：
反映的是轴向窜动。
6、在箱体中心距及位置误差的测量中用检验心棒和游标卡尺如何测量孔中心距？
答：
把检验心棒放入被测孔中，用游标卡尺测量两根心棒表面的最大距离A和最小距离B。
则孔中心距可由公式L=（A+B）/2计算出来。
7、在箱体中心距及位置误差的测量时为什么要指定测量读数位置（例如L1或L2）？
答：
因为L1,L2是影响箱体孔轴向平行度的一个主要因素。
而平行度误差会导致中心距测量的误差，所以需要指定测量读数位置，减小误差。
8、在螺孔组位置度误差测量过程中，按图示要求应有四个小0.2mm的公差圆，为什么仅用一个小0.2mm的公差圆来表示？
答：
因为四螺孔组的位置公差与定位尺寸及四螺孔的尺寸不发生联系、遵守独立原则，因此，只要各螺孔的实际轴线同时位于位置度和定位尺寸的一个小0.2mm的公差圆内就算合格。
9、在螺孔组位置度误差测量过程中，角尺为什么要移动？
移动时角尺的一边为什么总是与1、2螺钉相切或与两个量块组相切？
答：
因为以角尺为基准，需要测量另一组螺孔位置参数时，基准就需要同步移动因为需要保持直角，所以总是与1、2螺钉相切或与两个量块组相切。
10、在螺孔组位置度误差测量的举例中，既然有一个孔的实际轴线已在位置度公差圆外，为什么还允许用各孔心的最小外接圆φf的直径与公差值作比较？
答：
因为个别孔的实际轴线在位置度公差圆外有可能是由于粗大误差造成的，只要各孔心的最小外接圆的直径小于公差圆直径，并大部分在公差圆内，则其位置度误差仍算合格。
11、测量周节累积误差与周节偏差的目的是什么？
答：
周节累积误差的目的是反映齿轮运动的周期性波动，周节偏差的目的是反映齿轮分度圆相切程度。
12、测量齿圈跳动时为什么要根据齿轮的模数选用不同直径的球形测量头？
答：
因为由d=m*z可知，不同模数的齿轮节径是不同的，所以要选用不同的球形测量头。
13、双噬中心距与安装中心有何区别？
答：
双啮检验时的齿轮啮合状况与齿轮传动设计时一样，如图3.2.1所示。
被测齿轮1和测量齿轮2的两节圆r1、r2相切并做无滑动的纯滚动。
所以两节圆齿距应相等，即P1＝P2。
被测齿轮的节圆齿厚应等于测量齿轮的节圆齿槽宽，或被测齿轮的节圆齿槽宽等于测量齿轮的节圆齿厚，即s1＝e2及s2＝e1。
所以P1＝P2＝s1＋e1＝s2＋e2，则节圆齿距等于两齿轮的节圆齿厚之和。
图3.2.1 双啮检验时齿轮啮合状况
双啮合中心距如下
安装中心距可以是标准中心距或非标准中心距，是齿轮安装时的中心距。
14、若无精确的测量齿轮，能否进行双面啮合测量？
为什么？
答：
若无精确的测量齿轮，能进行双面啮合测量。
因为双啮检验时的齿轮啮合状况与齿轮传动设计时一样。
15、齿向误差是由什么加工误差产生的？
为什么同一齿轮左、右齿面的齿向误差的数值或走向不一定相同？
答：
产生的原因是多方面的，其中即有机床工作精度的影响，又有刀具与刀具安装误差、工件与工件安装误差，以及切削过程中弹性变形造成的影响。
前刀面沿轴向对于孔轴线的平行度误差使各刀齿偏离了正确的齿形位置，而且刀齿左右两侧刃偏离值不等，这样产生了同一齿轮左、右齿面的齿向误差的数值或走向不一定相同。
16、测量Ew和Fw的目的有何不同？
答：
测量Ew是控制传递运动准确性的指标，测量Fw是控制齿轮副侧隙的指标。
17、测量公法线长度偏差取平均值的原因何在？
答：
测量公法线长度偏差取平均值的原因是为了尽量减少人为测量误差，提高测量精度。
四心得体会
通过本次课程设计，我对测试技术这门学科有了更加深入的了解，尤其是对于Labview这个软件的学习有了更全面的认识。
由于时间短暂仓促，项目内容丰富，所以给本次课程设计增加了不少难度。
最初对Labview只是在上个学期的实验课中有过接触，但当时并没有深入去了解，在去图书馆借了辅导资料学习之后，开始有了初步的认识，然后参照指导书中写着的实验步骤慢慢摸索着进行系统的设计和熟悉软件的各个元件和功能。
这个过程中遇到了很多的难题，最棘手的就是连线出现虚线，这种问题需要倒回去细心检查才能发现问题的所在。
通过这个项目，我们的团队意识得到了很好的提高，自主学习能力和解决问题的能力也得到了很好的提升，这对我以后的学习生活都有很深远的影响。
通过这个实验项目，我对团队意识有了更深刻的体会。
像这些时间短但要做出成果的设计项目，一个团队去设计会减少思路闭塞和出现错误的可能。
一人计短，二人计长。
对于实验方案而言，每个人都会有自己的想法，通过整个团队的讨论，就可以得到最优的方案。
Labview这个平台，给我们提供很好的实验模拟。
通过模拟，我们可以在没有硬件实验设备的情况下，最大地获取实验数据，检测实验结果，而且计算机也是很方便的，在节省时间以及精力和成本方面，都有着无可取代的作用。
总之，这为期一周的实验，既让我初步掌握了Labview这个强大的软件，更重要的是让我们明白了团队合作的重要性，这对于以后我们的工作有着深远的影响。
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