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虚拟式钢水连续测温仪

虚拟式钢水连续测温仪
nbsp;   长期以来，钢水温度连续测量难的问题一直困扰着冶金企业，虽然由于近年来国内外在热电偶保护套管的改进上实现了一些突破，使钢水温度测量中存在的误差大、劳动强度大、成本高以及实时性差等一系列问题在一定程度上得以解决，但与生产实际的要求仍然存在差距。特别是在多点连续测温的情况下矛盾尤为突出。采用金属陶瓷材料热电偶为温度传感器代替一次性热电偶，利用虚拟仪器与测试硬件间沟通的灵活性及软件方便简捷的特点，在一台计算机或工作站中准确无误地实现根据测试目的被集成的多台温度监测仪的全部功能，就可以使庞杂的测试分析系统得以大大简化。以LabVIEW为开发平台，建立多通道虚拟式钢水连续测温系统，有效地解决了上述问题。

    虚拟仪器是随着计算机技术、现代测量技术、电子仪器技术的发展产生的一种新型仪器，比传统仪器在概念和功能上有重大突破。虚拟仪器将计算机资源与仪器硬件、DSP技术结合，在系统内共享软硬件资源，既有普通仪器的功能，又有一般仪器所没有的特殊功能。利用虚拟仪器技术建立的测试系统提高了测量精度、测量速度，减少了开关、电缆，系统易扩充、易修改，使得测试系统体积小、灵活方便、成本低、效率高，成为现代测试系统发展的主流。虚拟仪器没有常规仪器的控制面板，而是利用计算机强大的图形环境，在计算机屏幕上建立图形化的虚拟面板来替代常规的仪器控制面板。软面板上具有与实际仪器相似的旋钮、开关、指示灯及其它控制部件。用户通过鼠标或键盘操作虚拟面板，检验仪器的通信和操作。在系统集成后，对被测对象进行数据采集、分析、存储、显示，组建自己所需要的仪器。用户不用编写测试程序，即可进行测试、测量，实现了测试的自动化、智能化，体现了“软件就是仪器”。

    系统构成

    1 系统主要硬件
    分体组装式连续测温探头由MC3G型金属陶瓷保护管、铝炭质防护管和国产的钨铼热电偶组成，测温范围1500~1700℃，温度响应时间小于30s。

    PCI-9113A型32通道隔离模拟量输入卡(32位PCI总线，即插即用；32通道单端或16通道差动输入；自带低通滤波器，内置A／D转换器；隔离电压：2500 Vrms；可编程增益：1、10、100；采样频率：100kHz。)

    主机采用pⅣ700／256PC机。

    2 系统软件
    系统以LabVIEW为开发平台，该平台是基于图形化编程语言G的开发环境，是仪器控制与数据采集的图形化编程平台。LabVIEW由前面板和框图程序以及图标／接线端口组成，程序运行采用数据流运行模型。前面板是人机交互的图形用户接口，此接口集成了用户的输入和程序的输出，并有控制、指示和修饰构成。框图程序则是程序图形化的源代码，包括各种库函数和结构等，对操作平台进行编程，以操纵和控制定义在前面板的输入和输出功能。图标／接线端口用于把LabVIEW程序定义成一个子程序，以便在其它程序中加以调用，这使LaVIEW得以实现层次化、模块化编程。LabVIEW内置编译器可加快运行速度，并内置GPIB、VXI、串口和插入式DAQ数据采集板的库函数，有内容丰富的高级分析库，可进行信号处理和统计复杂的分析工作。同时支持ActiveX编程、DDE数据交换和DDL动态连接库的直接调用。LabVIEW采用模块设计，对不同的操纵系统进行了很好的屏蔽。还可以生成单独可执行文件，使编译出来的程序具有相当高的可移植性。

仪器设计

    以连铸中间包钢水连续测温仪为例，按使用条件，其设计要求如下：

    1)同时测量并显示多个中间包钢水的实时温度值及其变化曲线，温度值和变化曲线与中间包呈对应关系，以方便观测和技术分析。

    2)由于过低或过高的钢水温度都会影响制品质量甚至导致制品缺陷，因此，当任一测温点的温度低于临界温度下限值时，系统自动发出报警音，对应的报警灯闪烁。如果必要(如熔炉内的测温点)，应设计类似的超温报警装置。

    3)为使仪器具有良好的通用性，以满足不同成分的原料或不同工艺情况下的温度测量要求，各测温点的温度极限值应按工艺要求设定。为此，仪器应有简捷方便的人机交互界面。

    4)正常情况下，温度不会发生突变，而且在小范围时间段内，温度变化很小。因而，为观测和数据处理方便，应使仪器能够以人机交互的方式设定数据采集的间隔时间。

    5)在多点测量时，由于实时温度曲线多而密集，会给观测和数据分析造成很大影响。因此，必须设计图表放大器，LabVIEW的波形图指示器可以方便地实现这一功能。另外，通过LabVIEW设计的图表滚动条还可以准确快捷地查询历史温度。

    按照上述要求设计的仪器面板可以根据需要按工艺要求设定各测温点温度的上下极限值；在测温点较少的情况下，利用颜色将报警灯和曲线一一对应，使观测更加方便；其它设计要求如显示、放大以及历史温度查询等均可实现。

    仪器运行的开始和终止按钮由LabVIEW的工具菜单提供。

    图2是仪器框图程序。为清楚显示程序结构，省略了外层的While Loop循环结构及其内部的延时器，通过它现实每3s采集一次温度数据。

   
    图2 多通道虚拟式钢水连续测温仪框图程序

    程序中利用4个子Ⅵ分别采集不同中间包(或其它需测温的点)的温度，通过“捆绑”，实现在同一个图表内显示各点温度曲线。通过“或”门和“Case”语句完成了对任一个测温点的超温鸣笛报警。比较语句可按要求分别控制各点的超温报警灯。

    结论
    虚拟仪器作为计算机和测试仪器技术共同孕育和发展的产物，充分利用了计算机的软硬件资源，借助于一定的软件模块或模块化功能插卡完成传统的电测功能。采用虚拟仪器技术，开发研制基于个人微机的用于钢水温度连续测量的多通道虚拟温度测量系统，可代替多个复杂的温度测量仪器，使得多点温度测量方便易行，并节约了测试成本。同时，其界面友好，操作自如，有着十分广阔的应用前景。

    但是，在超高温测量问题中，传感器寿命短和响应时间长的问题仍然较为严重，这不但给超高温测量带来了较高的成本和额外的劳动，还制约着新技术在该领域的应用。因此，开发适合超高温连续测量的温度传感器也是亟待解决的问题之一。

发布日期：2008-6-14　【返回】