基于虚拟仪器的汽锅漏气检测系统的设计与实现毕业设计论文(编辑修改稿)

基于虚拟仪器的汽锅漏气检测系统的设计与实现毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

电子工业的进步。 所以，目前传感器技术被各个国提上日程。 在日本更有人认为“只有将模仿人类大脑的计算机和类似人类五官延伸的传感器科学合理的协调好 , 才能对未来 技术发展的方向指明道路。 而现在需要做的就是不遗余力的对传感器电子设备进行大力的发展。 ” 我们国家的经济实力与科技能力正在飞速的发展，很多高、新、精以及特殊行业需要的高科技含量的传感器在市面上总是无法满足需求。 而传感器作为当代信息技术中最有发展前途的前沿技术之一，但实际上传感器技术大多是由国外引进的，然而中国却因为庞大而多样的市场特点将它实现了真正的应用。 传感器技术被我国自动化方面的专家认为是影响我国自动化产业发展极其重要的技术，甚至提出了 “ 如果传感器技术越先进，那么自动化产业则越有生命力 ”。 传感器技术对于 自动化产业发展甚至全国工业建设的重要性可见一斑。 传感器的产品有非常多的种类，其原因就是因为它所依靠的科学技术原理比较多，应用的科学技术比较复杂，因此具备了多样性、边缘性和综合性、技艺性。 传感器的市场的主要由无线传感器和 MEMS 传感器以及生物传感器等新兴传感器支撑。 而无线传感器的复合年增长率预计在 07 到 10 年会突破 25%。 工业及信息化部在 07 年前 3 个季度显示的数据统计表明，虽然金融风暴的影响巨大，但是传感器市场在我国却出现了逆势增长的姿态。 近些年来，传感器在我国年销售的平均增长也近乎达到 40%， 5 而传感器在国 外的市场也是以持续不断的态势发展， Intechno 咨询公司对 3000 多家遍布全球的传感器制造商在 07 年的年度总销售额进行估计，其至少拥有 500 亿美元；在 10 年的年度总销售额估计，其至少拥有 600 亿美元，毫无疑问，这是一个巨大的机遇摆在了传感器厂商的面前。 当前，传感器的全球市场出现迅猛增长的倾向。 相关的专家强调，传感器的相关技术会因为现实的需要和层出不穷的创意不断的扩展和提高，传感器的开发是各个国家目前展开竞争的切入点。 适合应用到人们生活的新技术必将得到广泛地发展，例如不断出现以及在市场上份额不断扩大的无线 传感器和光纤传感器以及智能传感器和金属氧化传感器等新型传感器。 总而言之 , 传感器技术已经全面的在我们的生活、科研、民生经济等等各个层次广泛的得以应用 , 构成了一个大型多样化的科学技术领域 , 传感器技术的开发研究会随着科学技术的迅速发展持续不断的进步 , 所以吸引了全世界的目光是必然不可阻挡的。 本论文的主要工作 本文的主要研究工作如下 : l) 通过广泛的调研和查新，考证了汽锅漏气性检测系统在现实生产安全检测中的重要性，分析了传统的检测方法在应变长期、实时、在线监测方面的不足，将虚拟仪器与传感器整合在一起的新方向。 2) 通过对差压传感技术的系统研究，分析它在应变测量上是否可行、相比较而言具有哪些不可比拟的优点。 3) 用 LabVIEW 开发一套成熟的数据采集与管理、监测结果实时动态显示界面。 4）对本次设计的方案进行系统的总结、并补充不足的地方方便以后的研究。 基于虚拟仪器的汽锅漏气检测系统的设计与实现 6 2 传感器的研究 传感器的分类 传感器 在 国家标准 GB766587 中被定义为 ： “由 敏感 器件 与 转换 器件构成的可以将接收的一 种信号转换成另一种 可用 的方便传输的信号 的器件 ”。 作为一种 检测 的 装置， 传感器能被测信号感受到，并且按照一定的转换规律将它转换为电信号等所需的信号进行传输显示等 ， 它在自动检测及自动控制中的所处的环节是用永远排在第一的。 新 华 词典中 将 “ 传感器 ” 如此定义： “ 从现场接收一个作为功率的存在，然后通过一定的转换规律，将它以另一种作为功率的形式传到系统采集中心或控制中心去。 由此可知 ，传感器 将能量的形式进行转换的器件 ， 因此不少人用 “ 换能器－ Transducer” 来称谓 “ 传感器－ Sensor”。 图 传感器 传感器 依照 工作原理 的不同 分为二大类：化学和 物理 两个形式的 传感器。 化学 类的 传感器包括主要是测量与化学吸附和电化学反应相关的各种关系的传感器，因此，这类的传感器可以测量极其细微的变化转换为电信号传输显示。 物理 类的 传感器 包括主要是测量与 磁致 的 伸缩 现象 、 压电效 应 以及 极化、离化、光电、热电、磁电等 相关的各种关系的传感器。 因此，这类的传感器也可以测量极其 7 细微的变化转换为电信号传输显示。 但是有的传感器超出了这两类传感器的划分。 传感器 基本上都是在 物理 的 原理 上执行任务完成要求的。 化学 类的 传感器 需要面临很多的技术方面的问题 ， 比如说性能的可靠程度 ，规模 性 生产 的实现 ，市场的价格定位 等 问题 ，化学 类 传感器 的 增长 都赖于这些问题的完美解决。 传感器常用术语 1．传感器 由 敏感 器件 与 转换 器件构成的可以将接收的一种信号转换成另一种 可用 的方便传输的信号 的器件。 (1)敏感 器件：在 传感器中 可以将 被测 信号 直接 感受到 （或响应 到 ）的 部件。 (2)转换 器件：在 传感器中 可以将 感受 到 （或响应 到 ）的被测 信号转化成 可用 的方便传输的 电信号的部件。 (3) 变送器 是作为 输出 的信号是 标准的规定信号 的传感器。 2．测量范围 ：被测信号没有超出允许的误差限度的范围。 3．量程 ：作为测量范围的信号 最大值与最小值的差值。 4．精确度 ：最后的真实结果和真值的一致性。 5．重复性 ： 在短时期内重复 以一致的 测量方法 ，一致的 测量仪器 ，一致的 观测者 ，一致的 使用条件一致的 地点对 相同的被测信号 进行多次 的 连续测量结果的 相符 程度：。 6．分辨力 ： 在测量范围内 可以检测出的被测信号变化的最小量。 7．阈值 ：可以让 传感器 的 输出 出现 可测 的 变化的被测 信号 变化的最小量。 8．零位 ：类似 平衡状态 当输出的数值是最小值时的状态。 9．激励 ：用以纠正 传感器 至 正常工作 而施加的 外部电压或 者外部 电流。 10 最大激励 ：在 传感器上 可以 施加 的最大的室内 的激励电压或 者激励 电流。 11． 输入阻抗 ：传感器的 输出端短路 时 输入端的阻抗。 12．输出阻抗 ：传感器的 输入端短路时输出端的阻抗。 13．输出 ： 传感器 输出的和被测信号有 函数关系的电 信号。 14． 零点输出 ：当 被测 信号 为 0时 的 传感器在室内的输出。 15．滞后 ：传感器在 被测 信号不超出 规定的 要 求 增加 或 减少 的情况下 输出的最大差值。 16．迟后 ： 输出 的 信号 在 输入信号时间 上的 延迟。 17．漂移 ： 传感器 在一定时间内 输出与被测 信号 无关的变化量。 18．零点漂移 ： 传感器 在一定时间内并在室内条件 零点输出的变化 量。 基于虚拟仪器的汽锅漏气检测系统的设计与实现 8 19．灵敏度 ： 传感器输出 信号 的增量 和它 的输入量 信号 增量 的比值。 20．灵敏度漂移 ： 校准曲线斜率 根据 灵敏度 的改变 而 出现 的变化。 21．热灵敏度漂移 ：因为 灵敏度的 改变 而 出现 的灵敏度漂移。 22．热零点漂移 ：因为四周 温度 改变 而 出现 的零点漂移。 23．线性度 ： 校准曲线 和 规定直线 的 一致 性。 24．非线 性度 ： 校准曲线 和 一规定直线 的 偏离 性。 25．长期稳定性 ： 传感器 具备的没超出 规定的时间 仍在允许误差内的能力。 26．固有频率 ： 传感器在无阻力 状态下 的自由振荡 频率。 27．响应 ： 被测 信号在 输出 的 变化特性。 28．补偿温度范围 ： 补偿传感器 在 量程和规定的零平衡 内 的温度范围。 29．蠕变 ： 输出 信号在 被测 信号和它的 环境条件恒定 不变状态下一定时间内的 变化。 30．绝缘电阻 ： 传感器规定 的 绝缘部分 在室温下 的电阻。 全球传感器市场预测 传感器 08 年在 全球市场 的销售额高达 506 亿美元，预计传感器 11 年 的 全球市场 销售额可以达到至 少 600 亿美元。 通过 调查 得到东欧和亚太以及加拿大的传感器市场增长排在第一 ，传感器市场 在 美国 和 日本 以及 德国 的 分布地区 是 最大的。 从全球来看 ， 汽车市场仍然是传感器市场增长最快的 ，过程控制市场 仅次其后 ， 同时值得一提的是通讯市场具有很好的发展前途。 当前 传感器 表现 成熟 的 市场 包括 压力 和 温度传感器 以及 流量 和 水平传感器。 整个传感器市场在现在场规模最大的是流量传感器（ 21%）和温度传感器（ 14%）以及压力传感器（ 19%）。 传感器市场 因为新兴的传感器带来了不少的增长。 例如 07 到 10 年无线传感器 的 增长率预计 不会少于 25%。 当前，传感器的全球市场出现迅猛增长的倾向。 相关的专家强调，传感器的相关技术会因为现实的需要和层出不穷的创意不断的扩展和提高，传感器的开发是各个国家目前展开竞争的切入点。 适合应用到人们生活的新技术必将得到广泛地发展，例如不断出现以及在市场上份额不断扩大的无线传感器和光纤传感器以及智能传感器和金属氧化传感器等新型传感器。 9 3 压力传感器 压力 传感器 作为一种最常见的 工业传感器，通常 主要 是 通过 压电效应 来实现制造的 ， 以此它还有一个名字是 压电传感器。 总所周知 ，晶体 和 非晶体 各自具备 各向异性 和 各向同性的 特性。 而一些 晶体 的 极化效应 会在 介质沿着 某个 方向 在 机械力 的 作用 下 发生 形变 时产生； 机械力消失之后介质就不会出现带 电的状态。 而极化效应的定义是指一些 晶体 也许会有 电 在被施加压力的时候出现 的效应。 而压力传感器正是被 科学家 应用 这个效应 而研究制造出来的。 压电传感器中有石英 和 磷酸二氢胺 以及 酒石酸钾钠 等 压电材料。 石英（二氧 化硅） 最早发现压电效应的 天然晶体， 它可以在承受的温度范围内一直存在 压电性质， 但压电性质会在超出温度 （ 此时的温度称为 “ 居里点 ” ） 后消失。 可惜的是石英的压电系数比较低，因此电场随应力的变化太微小 ， 固石英现在基本已经不在使用。 虽然 酒石酸钾钠 的 压电系数 以及 压电 的 灵敏度 非常大 ，但是它 的局限性在于只能应用在 室温 环 境以及 湿度比较低的环境。 磷酸二氢胺 就是可以承担高温和高湿度环境的 人造晶体， 因此它的应用就相对十分广泛。 同时 压电效应 的应用也在现在的 压电陶瓷 等多晶体上得到体现 ，例如 铌酸盐系 的 压电陶瓷 和 铌镁酸铅 的 压电陶瓷钛 以及 酸钡 的 压电陶瓷 和 PZT 等。 压电传感器 是以 压电效应 作为 工作 的基本 原理， 而应力作用产生的电荷因为回路中没有无限大的输入阻抗 进行保存，所以无法对静态进行测量，因此也决定了压力传感器只能适用于对动态应力进行 测量。 压电传感器在加速度 和 压力 以及 力等测量 得到了广泛的应用。 压电式加速度传感器 是一种具有简单 的 结构 以及较小 体积 和 重量 的 长寿命常用加速度计。 它被应用在了 汽车、船舶、飞机 以及大型 桥梁和 各类 建筑的冲击 与 振动测量 的各个方面。 压电式传感器 对于 发动机 的 内部 的 燃烧压力 和真空度的测量 也得到了广泛的应用。 同时，它 也在 枪炮子弹 出膛 一瞬间的膛压的变化 等 军事工业 中 得到了不小的应用。 压电式传感器 还可以在 心室 的 导管式微音器 等 生物医学 测量中 进行应用。 因此只要是动态应力存在的地方压力传感器就可以得到很好的应用。 压力传感器因为用的材料不同，所利用的效应也有所不同，因此有压电效应实现的 压电传感器 ，压阻效应 实现的 压阻传 感器 ， 应变效应 实现的 应变式传感器 等， 都可以根据用途的不 同使用场地的不同发挥各自的特性。 工作原理 在 传感器 薄片 的 表面 通过形变 压力 对薄片的形状。