1. Постановка задачи:

- разработка аппаратно-программных средств на языке программирования LabVIEW для автоматизированных измерительных комплексов;

- разработка структурной схемы измерительного комплекса;

- разработка программного обеспечения на языке LabVIEW для микропроцессорного блока управления термическим оборудованием;

- разработка аппаратно-программных средств, для обеспечения удаленного доступа к процессам исследований (дистанционные исследования );

- разработка технической документации и изготовление автоматизированного измерительного стенда;

- патентование результатов работы (оформление не менее трех заявок на интеллектуальную собственность).

2. Описание решения.

Контроль и измерение температуры является одной из наиболее часто встречаемых задач в науке и технике. Согласно статистическим данным до 40% всех измерений, а в энергетике 70% - температурные измерения. В последние 5 лет за рубежом произошла революция в создании и разработке измерительных средств. Это в первую очередь связано с активным развитием компьютерных технологий применительно к технологиям измерений. Созданы специализированные измерительные интегрированные программные оболочки для сбора, хранения, обработки и графического отображения результатов исследований. Одним из наиболее удачных примеров такой технологии является среда программирования - LabVIEW компании National Instruments.

Современные измерительные комплексы должны предполагать проведение исследований в автоматическом режиме. Кроме того, комплекс должен быть оснащен аппаратно-программными средствами, которые позволят: проводить сбор и хранение данных, осуществлять расчет параметров с использованием определенных математических моделей и отображать графически полученные результаты. Концепция построения измерительных комплексов должна учитывать возможность реконфигурации комплексов, компактность конструкции измерительных ячеек и высокие технические характеристики средств измерения.

Использование технологий Ethernet и Internet в совокупности с программным обеспечением Lab VIEW позволяет проводить дистанционные исследования.

В данной работе представлен автоматизированный измерительный комплекс для исследования, в том числе поверки и калибровки, средств измерения температуры. Структурная схема измерительного комплекса представлена на рис.1.

Рис. 1. - Измерительный комплекс для исследований средств измерения температуры.

Измерительный комплекс предназначен для исследований средств измерения температуры в диапазоне от -60 °С до +400°С.

Все приборы и оборудования, используемые в измерительном комплексе, имеют интерфейс связи с ПК RS-232. Для объединения всего оборудования в локальную сеть используются многоканальные конверторы RS-232 - Ethernet. Использование конверторов позволило управлять, следить и контролировать процессом исследования или измерения не только локальному пользователю, но и удаленному. Сервер, используемый в представленном комплексе, служит для учета пользователей, накопления информации, а также для возможности следить за процессом исследования пользователю Internet.

Для управления процессом исследований создана микропроцессорная система. Взаимодействие с этой системой через ПК осуществляется при помощи программного обеспечения (ПО), реализованного в среде программирования LabVIEW.

Внешний вид интерфейса ПО представлен на рис. 2.

Программа управления работой микропроцессорной системой питания и управления позволяет осуществлять следующие действия:

- выбрать и задать СОМ порт, к которому подключено реальное оборудование;

- индицировать и изменять коэффициенты в математической модели, определяющей закон управления термическим оборудованием;

- индицировать и устанавливать заданные параметры работы оборудования;

- для отображения всех параметров режимов работы оборудования в интерфейсе программы предусмотрена таблица;

- для отображения в реальном режиме времени параметров системы предусмотрен графический интерфейс;

Рис.2.- Интерфейс программного обеспечения

Функциональная схема программы представлена на рис.3.

Алгоритм программного обеспечения обрабатывает следующие основные функции программы:

- задание температурных полок;

- количество полок;

- время стабилизации температуры полки;

- наличие цикличной работы полок.

Рис.3. - Функциональная схема программы

Таким образом, аппаратно-программные средства, включающие микропроцессорную систему измерений, и соответствующее программное обеспечение, позволяют в автоматическом режиме проводить исследования, сохранять в памяти и графически отображать полученные результаты.

В процессе выполнения данной работы получены следующие результаты:

- разработан измерительный комплекс для исследований и испытаний электронных средств измерения температуры;

- разработано программное обеспечение на языке LabVIEW для микропроцессорного блока;

- разрабатывается программное обеспечение для калибровки и поверке электронных средств измерения температуры;

3. Используемое оборудование и ПО.

В состав стенда могут входить следующие прецизионные средства измерения температуры: Цифровой многоканальный программируемый термометр ТЭН-4, предназначен для одновременного измерения и индикации температур по четырем каналам в диапазоне от -100 °С до +650 °С, с погрешностью измерения 0,05 °С. Цифровой двухканальный термометр DTI-1000, предназначен для одновременного измерения и индикации температур по 2 каналам в диапазоне от -100 °С до +600 °С, с погрешностью измерения 0,01 °С. Прецизионный измерительный мост А-300,

предназначен для одновременного измерения и индикации температур в диапазоне от -100 °С до +1200 °С, с погрешностью измерения 0,001 °С.

Для стабилизации температуры в составе данного комплекса используются следующие типы калибраторов и термостатов:

- сухоблочные термоэлектрические калибраторы;

- нуль термостат;

- жидкостной термостат «LAUDA.»

Использование в измерительном комплексе термоэлектрических систем регулирования и стабилизации температуры, оснащенных микропроцессорным блоком управления позволяет:

- обеспечить минимальный градиент температуры в рабочей зоне 0,001 °С/см - автоматизировать процесс исследований;

- стабилизировать температуру с высокой точностью;

- минимизировать время выхода на рабочий режим (малая инерционность термоэлектрических термостатов).

Для получения высоких температур используется высокотемпературный калибратор с диапазоном регулирования температур от 30°С до + 400 °С. Для оперативной калибровки больших партий средств измерения температуры используется жидкостной калибратор «Lauda».

Для реализации исследований в данном измерительном комплексе использовался продукт компании National Instruments, графический язык программирования LabVIEW.

3. Внедрение и развитие решения.

Данный измерительный комплекс используется для поверки и калибровки средств измерения температуры и термического оборудования, разрабатываемого и изготавливаемого для учреждений Министерства образования и науки Российской Федерации. На данном комплексе провидено исследование более десяти тысяч приборов и оборудования учебно-научного назначения. По заказу министерства разрабатываются методики, для температурных исследований тепло-электрофизических параметров материалов.