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摘 要

采用LABVIEW软件编写一套基于准稳态法测量材料导热系数与比热的实验程序。该软件可运行于PC终端，配合硬件部分可以实现材料导热系数、比热的图形化测量。在测量过程中，能够实时显示加热面板与中心面板的温度。通过自行编写的测量程序，设定在一定时间内，当加热面板与中心面板的温度差值稳定时判定进入准稳态，从而求得材料的导热系数；并对中心面板温度逐点求导，当导数值即温升速率稳定时，可求得材料的比热。整个测量系统用户界面友好简洁、操作假单、温度可图形化显示、测量精度较高，可满足相关实验室中关于测量导热系数与比热等实验要求。

关键词：LABVIEW 数据采集 准稳态法 导热系数

Design of embedded thermal conductivity test device based on LabVIEW

Abstract

LABVIEW software is used to program a set of experimental program based on the quasi steady state method to measure the thermal conductivity and specific heat of the material. The software can be run on the PC terminal, working with the hardware so as to measure thermal conductivity and specific heat in the graphical measurement. In the measurement process, the temperature of the heating panel and the central panel can be displayed in real time. By self-written measuring program, in a certain period of time, when the temperature difference between the heating panel and the center panel is in a stable, it is determined in quasi steady state. So as to obtain the thermal conductivity of the material. By derivation of the temperature of the center plate, when the derivative value as well as temperature rise rate are in a stable, specific heat of the material is obtained. The user interface of the whole measurement system is simple and friendly, and the operation is simple. The temperature can be graphically displayed, and the measurement accuracy is higher, which can meet the requirements of the relevant laboratory for measuring thermal conductivity and specific heat.

Keywords：LabVIEW；Data acquisition；Quasi-steady state method；Thermal conductivity

目 录

目 录 III

第一章 LabVIEW概述 1

1.1 虚拟仪器技术简介 1

1.2 LabVIEW软件介绍 1

第二章 装置设计原理 2

2.1常见的导热系数测量方法 2

2.2准稳态法测量导热系数 2

2.2.1 准稳态法测量原理 2

2.3 热电偶温度传感器测量原理 5

第三章 程序设计 6

3.1 设计目的 6

3.2 程序介绍 6

3.2.1程序前面板 6

3.2.2 通讯连接部分 6

3.2.3程序内部增益倍率的选择 7

3.2.4 温度与电压转换部分 8

3.2.5温度信号实时显示 8

3.2.6 温度信号中值滤波 9

3.2.7导热系数的测量 10

3.2.8比热大小的测量 11

3.2.9 LabVIEW软件中PID控温部分 11

3.2.10精确控温的实现 12

3.3硬件选择 13

3.3.1固态继电器选择 14

3.3.2热电偶温度传感器选择 14

3.3.3温度补偿电路 14

3.3.4数据采集卡选择 14

3.3.5部分电源电路设计： 15

第四章 实验测试与结论 16

4.1 测试内容 16

4.2 测试结果 16

参考文献 19

本科阶段工作及主要成果 21

致谢 22

第一章 LabVIEW概述

1.1 虚拟仪器技术简介

虚拟仪器是计算机与仪器仪表紧密结合，是当今世界各个国家工程师关注的焦点^[1]。说起这种结合，无非就是以下两种方式，其中之一通俗地理解就是将计算机放进仪器里。随着计算机技术以及集成电路技术不断革新，智能化的仪器已经越来越成文人们追逐的目标，例如嵌入式系统的仪器出现，便是人们对仪器智能化、自动化追求的体现。另一种情况便是所谓的虚拟仪器，正是我们着重要介绍的。

虚拟仪器是一种依据仪器具体要求而开发的数据采集系统^[2-3]。因此在对虚拟仪器的学习中，计算机数据采集和数据处理的相关知识便尤为重要。在我们的实际生产生活中，虚拟仪器也是多种多样，在后文我们主要利用美国NI公司开发的LabVIEW。

简而言之，虚拟仪器的亮点是用软件代替硬件、软件与硬件相互结合、并配合高度集成以及模块化，其构建的平台具有较强的通用性和扩展性。

1.2 LabVIEW软件介绍

LABVIEW是美国NI公司推出的一种基于计算机的虚拟仪器开发平台，是一种图形化的编程语言^[4-6]。熟悉这款软件可以令你的统筹兼顾以及科学认知能力得到极大的提高，并且在数据采集与处理以及配合硬件编写程序及其方便，所以在工程领域、高校和实验室中被广泛采纳，是一款在数据测控具有基准意义的软件。

LabVIEW软件是由前面板与程序框图组成的^[7-8]。在前面板这个界面中，可以放置各种子VI的前面板，工程师可以在这一界面实现对数据的输入与输出功能，在程序框图中可以清晰的看到各个子VI的程序逻辑^[9]。除此以外，我们还可以看到部分在前面板中没有体现的，但却是确保我们整个程序顺利进行所必须拥有的，如一些函数等。

传统的程序语言是按照事先编好的命令以及相关内在逻辑顺序执行程序的，然而LabVIEW软件是类似流程图模式，在不同的程序框图之间的节点，所采集并需要处理的数据在不同的子VI与程序之间执行。每一个子VI可以是事先程序库里的，也可以进行自行设计，这些都是LabVIEW的程序模块。

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