虚拟仪器与实验仪器在工业热工设备及测量课程中的应用研究

2012-07-09 10:11周霞萍鲁锡兰吴诗勇周彦波
中国现代教育装备 2012年13期
关键词:虚拟仪器热工热电偶

王 杰 周霞萍 鲁锡兰 吴诗勇 周彦波

华东理工大学 上海 200237

虚拟仪器是20世纪80年代美国NI(National Instrument)公司提出的新概念仪器[1]。虚拟仪器通过在计算机上加入一组特定的软件、硬件,可完成多种传统仪器的功能[2,3]。

虚拟仪器通过传感器采集和数据融合,配以PC机平台,构成各种性能的数据采集控制仪器和系统,应用于自动测试、过程控制、仪器设计和资料分析等领域[4,5]。

将虚拟仪器技术应用于工业热工设备及测量理论课程及专业实验教学,与传统的热电偶测量教学相比,减少了仪器设备及工业仿真实践在教学中的应用成本,对培养学生动手能力、创新能力有较大的促进作用。

1 课程内容

工业热工设备及测量课程授课中,根据虚拟仪器的知识,首先着重讲授步骤和特点,如:(1)采用C语言,通过定义和功能模块图标,迅速建立应用程序。(2)利用函数库及高级程序,调节代表仪器功能的多种操作、进行数据处理、输出显示图标,配置参数,数据流程框图,就能完成编程工作。(3)编制的程序具有兼容性,能互相移植,程序的可重复利用性强。(4)测试的中间结果或最终结果可用数字、字符或曲线显示在屏幕上,也可打印、绘图或将数据记录在磁带或磁盘上。(5)虚拟仪器支持并行、串行等通讯接口及数据采样卡。(6)能通过网络进行动态数据交换,查询结构化语言,以及与其他Windows应用程序或数据资源接口。然后讲授虚拟仪器软硬件构成知识(如图1所示)。

图1 虚拟仪器软硬件构成系统

由图1可知,该仪器系统至少要包含仪器接口、通信接口和驱动程序接口三种软件。其中,仪器驱动程序接口是虚拟仪器的核心,通过硬件控制纽带和桥梁,由软件将计算机数据分析、显示能力与仪器驱动器结合在一起,完成虚拟仪器在教学中的系统应用。

2 教学手段与方法

本课程在虚拟仪器教学改革的授课中,还结合工业热工设备及测量课程配套的专业实验加以知识的深化。如热电偶测量是科学实验及工业热工、化工、电力设备常用的温控指标,在现实仪器测定中需要恒温加热控制炉、冰点恒温器、电位器、数据记录器等构成,有单极、双极、同名级等热电动势测定方法,需要采用标准热电偶对被测热电偶进行测定校正,以精确过程控制参数。本课程教学采用虚拟与实验仪器结合的方式,要求学生完成“虚拟仪器在热电偶测量中的应用实验。根据大量标准的热电动势数据,编制软件(附程序),建立工作界面,获得实际装置所用热电偶的测量数据。

附:热电偶测量在虚拟仪器应用中的数据结构及程序:

3 教学实验与效果

热电偶测量将虚拟仪器与实验仪器结合,用热电偶作为温度传感器,通过信号调理送入插入式数据采集卡,然后送到计算机进行处理,并将所要的控制信息通过接口送到实验现场执行器(如图2所示)。

图2 虚拟仪器在热电偶测量实验中的系统构成

实际操作中,在预先编制测试程序前提下,在计算机操作界面中(如图3所示)输入实测的热电动势值,并进行实验结果的分析与比较。

图3 虚拟仪器与实验仪器结合工作界面

虚拟仪器与实验仪器结合,用计算机实现对仪器的操作和控制,可以方便地将多台仪器组合起来,形成较大的自动测量系统,省去了数据记录、数据分析等传统仪器设备,降低了实验及工业运用仿真的成本,培养了学生的动手能力和创新能力。

[1]张毅刚.虚拟仪器技术介绍[J].国外电子测量技术,2006(6):1-6.

[2]许力,张波,陶薇薇.基于Lab VIEW的数字电路实验教学平台设计[J].实验室科学,2011,14(4):98-100.

[3]姜波,权春善,朴永哲.现代仪器与生物化学分析课程教学改革与实践[J].中央民族大学学报,2011(1):94-96.

[4]姜海波.虚拟仪器技术在高校教学中的应用[J].中国现代教育装备,2010(15):53-54.

[5]胡清.基于虚拟仪器的远程实验教学的设想[J].实验科学与技术,2003(1):52-54.

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