热电偶检定工作一般包括热电偶参数的录入与存储、检定温度控制、指定温度下热电偶的热电势采集与记录、误差计算以及确定检定结果等流程。上述流程中的前三项统称为热电偶数据采集工作[1]。传统的人工操作方式录入热电偶参数 , 只能通过查表并手动抄录来完成 , 效率低下且易出错。指定温度下热电偶的热电势采集与记录工作氛围采集和记录两个过程 , 传统的操作方式中 , 一般使用毫伏表测量和人工记录 , 准确率因操作人员的不同而存在较大偏差[2]。

本文基于Lab VIEW开发平台和MS Access数据库设计并实现一套热电偶检定系统的数据采集系统 , 利用Lab VIEW开发平台编写程序 , 实现热电偶检定过程中数据的自动化采集 , 并配合MS Access数据库 , 对采集到数据的分类存储和管理。

本文使用NI公司推出的Lab VIEW作为软件开发平台。Lab VIEW将用户和复杂的UI架构以及控件设计工作隔离开,同时不失对面向对象开发和对多线程的支持极大缩短了开发周期并提高软件质量。配合Lab VIEW的数据库工具包 , 用户不仅可以对MS Access数据库进行插入、删除和检索等典型操作[3], 还可以实现对数据库的自定义高级操作。

本系统的主要功能有 : 向用户提供规范的热电偶参数候选表 , 引导用户进行热电偶参数选定。在此基础上指定热电偶的检定环境 , 并在指定环境下采集和存储热电偶的电动势。系统硬件组成如图1所示 , 检定炉为检定提供合适的检定环境 , 热电势由采集卡采集并上传给计算机 , 计算机负责执行系统的软件程序。系统软件需包含以下功能模块 : 热电偶参数配置向导模块、热电势采集模块以及数据管理模块。

基于“对修改关闭 , 对扩展开放”的设计原则 , 系统将鉴定过程中涉及到的全部数据都保存在系统的数据库中 , 以实现对数据的灵活修改和访问。考虑到数据库需要与以Lab VIEW为开发平台系统进行交互 , 因此采用Lab VIEW数据库工具包支持的MS Access数据库存储数据。

系统中的数据库承担了两类数据的管理。一是热电偶参数配置数据,这类数据供热电偶参数配置向导读取; 二是热电偶指定温度环境下的热电势 , 这类数据由热电势采集系统写入数据库 , 以备热电偶检定流程的后续工作读取。

无论是哪一类数据 ,Lab VIEW对MS Access数据库的操作都必须遵循建立连接、读 / 写数据和断开连接三个步骤。下面将对着三个步骤进行详细说明。

在对文件进行读写之前 , 通常要先打开该文件。类似地 ,Lab VIEW数据库工具包在操作数据库之前要先与数据库之间建立连接[4]。

Lab VIEW工具包与数据库之间可以通过DSN和UDL两种方法建立连接 , 前者操作较为繁琐 , 并且可能向用户暴露其不必要了解的细节。当系统发布到其他计算机时 , 用户不得不重新手动建立一个新的DSN连接 , 而这些操作并不是用户需要关心的[5]。

利用UDL文件建立Lab VIEW与数据库之间的连接更为合理 , 利用UDL建立数据库连接子VI的程序框图如图2所示。

程序直接向数据库连接子VI传送了UDL文件的内容。避免程序路径变化带来的影响[6],Data Source部分指定的路径通常写成相对路径 , 在更改程序路径时 , 可以连同数据库文件一起移动 , 以保证应用程序与数据库文件相对位置不变。

对数据库的检索操由热电偶参数配置向导发起 , 需要向数据库提供检索条件和需要检索的数据。如需要检索J型热电偶包含的全部热电偶等级 , 则需要向Lab VIEW传递SQL语句where热电偶类型 =”J” 。 Lab VIEW从数据库中检索出的原始数据为“变体”类型, 其中包含了多个热电偶类型配置参数 , 如热电偶等级、 电极直径、允许误差等。系统需要将检索到的变体数据还原成数据库中的格式 , 在还原后的结果中筛选出全部的热电偶等级参数然后进行去除重复项、排序等操作 , 最终向用户显示检索结果。数据检索的Lab VIEW程序框图如图3所示。

图4给出的是一个数据库操作的完整流程 , 包括数据库建立连接、数据插入和断开连接 , 该程序框图可实现向数据库插入数据条目的功能。

热电偶配置参数间存在一定的依赖性 , 如同选定某一热电偶类型后 , 不同等级下的检定点往往是不同的 , 而不同检定点下的电极直径往往也相差甚多。热电偶配置参数间依赖关系如图5所示。图中两个图标由一条连线连接 , 本文称之为一个关系对。以实线连接的关系对之间 , 从上到下为一对多的关系 , 虚线连接的关系对之间为一一对应关系 , 并且为上方参数决定下方参数 ( 下方参数只供显示不可修改 )。

热电偶参数间的依赖规则虽然较为清晰 , 但是参数的数据量较大 , 进而导致参数间关系对数量较多 , 如果将这种依赖关系固化在程序中 , 程序的灵活性将大打折扣。因此最合理的方案是将参数以及参数间的依赖关系记录在数据库中 , 当用户选定了某一参数后 , 向导自动从数据库中检索位于该参数下一级的关系对中的全部候选参数 , 并进行去除重复项、排序等操作 , 从而将正确地候选参数列写在选单中 , 即实现动态选单。

动态选单的本质是要求选单中的选项随实际情况而动态地变化 , 这就需要两个要素的支持 : 选项的数据源和候选项的可变性。前者可根据Lab VIEW数据库工具包向数据库发起检索操作获得 , 而后者则需要面向对象开发方式的支持。Lab VIEW支持面向对象的开发方式 , 任何控件、窗体甚至应用程序本身都可看做一个对象[7]。 此外 , 用户还可以按照自己的意愿创建自定义类和对象。 如果将选单看做一个对象 , 那么选单中的选项就是选单对象的一个属性。Lab VIEW可以通过属性节点获取或修改对象的属性值。图6所示程序框图为热电偶参数配置向导中 , 热电偶等级动态选单的实现。

由于热电偶类型和热电偶等级是一个关系对 , 由热电偶类型决定热电偶等级 , 且二者是一对多的关系。假设在执行此段程序之前 , 用户已经选择了有效的热电偶类型 ( 而不是“请选择”一项 ), 程序将用户选择的热电偶类型值作为热电偶类型选单控件的属性值读入内存 , 并以字符串形式拼接成SQL检索语句向数据库发起条件检索操作 , 然后从检索结果中选取全部可选的热电偶等级项 , 输送给热电偶等级选单控件 , 传送的方式 , 仍然是通过对应控件的属性节点。热电偶参数配置向导运行界面如图7所示。

系统采用NI公司的9211数据采集卡能够实现多只热电偶的批量检测。通过Lab VIEW与数据采集卡配套使用的DAQ助手 , 可以方便地获取热电偶的热电势值[8]。热电势采集模块的运行界面和核心程序框图分别如图8和图9所示。

如程序框图所示 , 程序首先通过DAQ助手获取热电偶的热电势数值。并将检测到的热电势值和其他相关数据一起封装成DBOrig Elmt Data Type结构保存到数据库中。

该系统将热门的虚拟仪器技术与数据库技术相结合。热电偶参数配置向导提高了热电偶检定工作的录入效率 , 保证配置工作准确高效。热电势采集系统合理管理和存储热电势数据 , 为热电偶检定的后续工作打下坚实基础。数据管理模块将数据从程序需中分离出来 , 符合对修改关闭、对扩展开放的软件设计原则 , 使系统具有较强的灵活性和扩展性