基于虚拟仪器的一阶惯性环节频率特性测定的设计.doc

1、ABSTRACT摘 要一阶惯性环节的频率特性是工业生产过程中最常见的物理量之一，一阶惯性环节频率特性的研究的进步会大大提高促进科技的发展。本论文完成了一个基于虚拟仪器的一阶惯性环节频率特性测定的设计，是利用铂电阻温度传感器的电阻值随温度变化的特性进行测温的,属于接触式测温。在硬件设计中，采用恒流源电路给热电阻提供电流，将热电阻温度传感器与恒流源以及特定电阻组成电路，通过对电路输出的电压进行放大，经数据采集卡采集，使得非电量的温度信号转变为电压信号。在软件设计中，采用先进的虚拟仪器LabWindows/CVI设计软件作为开发平台，通过设计虚拟面板和C程序，完成仿真参数设定和结果显示模块以及采样模

2、块功能的设计，同时增加了采样时间和采样间隔的设定功能，通过对采集装置的标定，从测试结果可以证明，所设计的虚拟仪器LabWindows/CVI设计软件能够达到预期的设计要求，设计是成功的。 关键词：一阶惯性环节，温度测量，热电阻，虚拟仪器ABSTRACTOne-order inertial link the frequency characteristic is the most common industrial production process is one of the physical quantities. One-order inertial link frequency cha

3、racteristic industrial process measurement is an important link, it is widely used in petroleum, chemical, machinery, metallurgy, power, light industry, food, atomic energy and aerospace industries and technology for production safety, quality and control, production efficiency, saving energy was si

4、gnificant, therefore, frequency characteristic of one-order inertial link in science and technology research and determination of production practice is very important. In fact, one-order inertial link the progress of the frequency characteristics of the study will greatly improve promoting the deve

5、lopment of science and technology; Conversely, the progress of science and technology and will give one-order inertial link frequency characteristics measuring theory, raising the level of one-order inertial link of measuring technology of frequency characteristics of the perfect improvement create

6、favorable conditions.This paper based on virtual instrument finish a one-order inertial link the frequency characteristics of the determination of the design is the use of platinum resistance temperature sensor resistance properties are changing with temperature measurement temperature, belong to no

7、n-contact measurement temperature. In the hardware design, the constant current source circuit to heat resistance, will provide current thermal resistance temperature sensor and constant current source and certain resistors, through the circuit circuit to amplify the output voltage, the data samplin

8、g card, make other readings.huazhixin temperature signal into voltage signal. In software design, USES the advanced virtual instrument LabWindows/CVI design software as a development platform, through virtual panel and C program design, complete simulation parameter setting and result display module

9、s and sampling module function design, but also increase the sampling time and sampling interval setting function, based on the collection equipment calibration, from the test results can be proven, the design of virtual instrument LabWindows/CVI design software can achieve the desired design requir

10、ements, design is successful.KEY WORDS：Temperature measurement， Thermal resistance，Virtual instrument techniqueIII目录目 录1前 言11.1一阶惯性环节的简介12.1本文主要内容22测试仪的原理和测试方法32.1热电阻测温的基本原理32.1.1热电阻的分类32.1.2热电阻测温原理52.1.3热电阻调理电路62.1.4时间常数的测量73测试仪的硬件设计93.1总体设计93.2恒流源电路93.2.1恒流源法93.2.2双恒流源电路113.3.3热电阻调理电路123.3.4电路板的设计

11、133.3.5测量装置面板143.3.6NI USB6009采集卡的简介154 测试仪的软件设计214.1虚拟仪器及其开发语言LabWindows/CVI简介214.1.1测量仪器的发展历史214.1.2虚拟仪器简介224.1.3虚拟仪器开发语言LabWindows/CVI简介254.2软件整体结构274.3仪器面板的设计284.3.1实时测量部分284.3.2时间常数的测量部分304.4程序设计304.4.1程序整体流程设计304.4.2子模块程序流程设计314.4.3软件设计中主要相关库函数原型及参数设置方法335 一阶惯性环节频率特性测定及其结果分析375.1测量仪的全程测定375.2恒

12、流源电流不对称对测温的影响375.3PT100热电阻的时间测量385.4测温仪的校验385.5测试结果分析405.1.1结果分析407结束语448 致 谢469 参考文献48附录一 完整程序49附录 外文翻译62英文原文62中文译文70V1前言1前 言在现代的工业生产当中，一阶惯性环节频率特性是比较常用的被控参数。比如在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，都需要对各类大中小型仪器进行检测和控制。一阶惯性环节频率特性是自动控制理论中最基本的物理量，在工业中占有较为重要地位。而随着科学技术的发展和现代工业技术的需要，测试技术也不断地改进和提高，所以有一个能跟的上

13、时代的，精确度相对高的测量技术就显得十分必要了。1.1一阶惯性环节的简介First order object (or nonperiodical link) 对象即过程通道。当过程参数随时间变化可以用一阶微分方程描述其动态模型时，这个过程通道称为一阶对象，或称为一阶惯性环节、一阶滞后环节、非周期环节。 式中 T对象的时间常数，它仅与过程设备结构密切有关； y(t)对象对扰动x(t)作用的输出响应，它是时间t的函数； 过程参数变化的速率； x(t)输入扰动，通常是阶跃函数1(t)； K常数系数。 一阶对象有两个主要特征常数，即时间常数T和静态放大倍数K。 时间常数T的物理意义是：当对象受到某种干

14、扰后，被调参数保持初始的变化速度达到新的稳态值K的632时所需的时间。时间常数愈大，对象受干扰后，被调参数到达新稳态值愈慢。 时间常数体现了过程设备的惯性，或称为容量滞后。 一阶对象通道的时间常数T，其值是阻力系数与容量系数的乘积。 一阶对象通道的时间常数T，其值是阻力系数与容量系数的乘积。 不同过程对象的容量系数可用下式计算。 电容器： 电容=电容器的电容量 一阶对象的另一主要参数K表征着过程通道中输入量与输出量之间在物质平衡或能量平衡间的比例关系。它是该对象通道的静态放大倍数。 静态放大倍数K值大，对象受外界干涉后输出参数变化灵敏，容易检测控制。反之，不灵敏，不易检测控制。 一阶对象组成的

15、调节系统总是稳定的系统。 本实验完成了一个基于虚拟仪器的一阶惯性环节频率特性测定的设计，是利用铂电阻温度传感器的电阻值随温度变化的特性进行测温的,属于接触式测温。在硬件设计中，采用恒流源电路给热电阻提供电流，将热电阻温度传感器与恒流源以及特定电阻组成电路，通过对电路输出的电压进行放大，经数据采集卡采集，使得非电量的温度信号转变为电压信号。在软件设计中，采用先进的虚拟仪器LabWindows/CVI设计软件作为开发平台，通过设计虚拟面板和C程序，完成仿真参数设定和结果显示模块以及采样模块功能的设计，同时增加了采样时间和采样间隔的设定功能，通过对采集装置的标定，从测试结果可以证明 ，所设计的虚拟仪

16、器LabWindows/CVI设计软件能够达到预期的设计要求。2.1本文主要内容本文阐述了一个基于虚拟仪器的温度测试仪的设计。它属于接触式测温，是利用热电阻的电阻值随温度变化的特性来测量一阶惯性环节频率特性的。在硬件设计中，采用双恒流源电路给热电阻提供电流，将热电阻温度传感器与其他3只100精密电阻组成桥式电路，通过对桥式电路输出的差分电压进行放大，经数据采集卡采集，使得非电量的温度信号转变为电压信号。在软件设计中，采用先进的虚拟仪器CVI设计软件作为开发平台，通过设计虚拟面板和C程序，完成测温模块和测量时间常数模块功能的设计，同时增加了实时动态波形显示以及频率过补偿信号等提示。论文介绍了一阶

17、惯性环节频率特性测量的总体情况，热电阻的基本知识及热电阻的测温原理，简要介绍了温度测量器件，用protel绘制了调理电路的原理图，完成了硬件电路设计，编写程序实现测温的功能。最后，讨论了本测试仪的准确度、误差等性能指标。732测试仪的原理和测试方法2测试仪的原理和测试方法本章主要介绍了热电阻及其测温的基本原理和热电阻调理电路以及时间常数的测量原理。2.1热电阻测温的基本原理热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。2.1.1热电阻的分类热电阻分为金属电阻和半导体电阻两类。(1)

18、金属电阻金属电阻主要包括铂电阻、铜电阻和合金电阻。(2)铂电阻由于铂具有很高的化学稳定性，容易提纯，便于加工，所以它是电阻温度计中最常用的材料。目前我国工业上用于测量73K以上温度用铂电阻，铂的纯度为R100R0=1.391。热电阻的初值R0的大小选取要考虑如下原则：从减小引出线和连接导线电阻变化的影响和提高热电阻测量灵敏度两方面考虑希望R0越大越好；从减小热电阻体积、减小热惯性提高其温度响应和减小热电阻本身发热造成测温误差两方面考虑希望R0越小越好。编制出热电阻的阻值与温度的对照表，称为分度表。表2-1是R100/R01.385铂电阻（分度号为Pt100）的分度表。(3)铜电阻由于铂是贵重金

19、属，致使铂热电阻价格昂贵，在一些测量精度要求不是很高且温度较低的场合，普遍采用铜热电阻。铜电阻一般用于-范围内的测温，在该测温范围内，其电阻值与温度间的关系呈近似线性关系: 。电阻温度系数比铂高，。铜电阻价格低廉，易于提纯。其缺点是电阻率小，故铜电阻丝必须做得细而长，从而使它的机械强度降低，体积较大；当温度超过100时，铜极易氧化，故只能用于低温和无侵蚀性介质中。(1)合金电阻合金类似很不纯的金属元素，一般说来，合金对温度的变化是不灵敏的，但是也有例外的情形，纯金属掺入微量磁性金属组织的合金会出现一些反常现象。在铑、铂等金属中加入微量的铁、钴等磁性金属,在极低温度下其电阻与温度关系会表现出与纯

20、金属不同的特性。即微量杂质的作用使合金具有很大的正电阻温度系数，含0.5%原子与铁的铑铁合金可以制成一种很有用的低温温度计，弥补铂电阻温度计在低温下灵敏度降低的缺点。温度/0102030405060708090电阻值/-20018.49-10060.2556.1952.1148.0043.3739.7135.5331.3227.0822.80-0100.0096.0992.1688.2284.2780.3176.3272.3368.3364.300100.00103.90107.79111.67115.54119.40123.24127.07130.89134.70100138.50142.2

21、9146.06149.82153.58157.31161.04164.76168.46172.16200175.84179.51183.17186.32190.45194.07197.69201.29204.88208.45300212.02215.57219.12222.65226.17229.67233.17236.65240.13243.59400247.04250.48253.90257.32260.72264.11267.49270.86274.22277.56500280.90284.22287.53290.83294.11297.39300.65303.91307.15310.3

22、8600313.59316.80319.99323.18326.35329.51332.66335.79338.92342.03700345.13348.22351.30354.37357.42360.47363.50366.52369.53373.52800375.51378.48381.45384.40387.34390.26-表2-1铂电阻分度表(2)半导体电阻 (3)锗电阻锗是最常用的半导体材料，纯锗在低温下电阻率太大。对温度的灵敏度也不高，因此必须掺杂微量的杂质以提供载流子，通常所加杂质如锑、砷和铟等。掺杂密度（原子数目）大约为10171018cm-3。锗电阻是迄今所研究过的半导体中

23、最理想的低温测量元件，它的电阻温度关系很稳定，重复性很好。标定一次可长期使用，而且它的测量精度可达到0.005K。由于锗电阻相对金属电阻温度计在低温下具有显著的优点,许多国家将锗电阻温度计作为4.2K20K之间的标准测温仪表。(4)热敏电阻热敏电阻与半导体电阻一样具有负的电阻温度系数，随温度的降低，不仅阻值增加，电阻的变化率也急剧增加，因此测量灵敏度较高。热敏电阻通常是由两种以上过渡金属氧化物（Mn，Ni，Cu，Fe，Co等）在10001300高温烧结而成的多晶半导体。优点是成本低、体积小、重复性好，可满足不同测温对象的要求，而且适合动态测量。热敏电阻的缺点是性能不稳定，互换性差，导致测量精度

24、不高，目前较多应用在要求精度不高的场合，如作为家用空调系统的温控元件等。2.1.2热电阻测温原理大多数金属导体的电阻随温度的升高而增加。在金属中参加导电的是自由电子，当温度升高时，虽然自由电子的数目基本不变（当温度变化范围不是很大时），但每个自由电子的动能将增加。因此，在一定的电场作用下要使这些杂乱无章的电子作定向运动的阻力将加大，从而导致金属电阻随温度升高而增大，可用式(2-1)表示： (2-1)式中，Rt，R0分别为热电阻在t和t0时的电阻值 热电阻的电阻温度系数（1/）由上式可知，如果保持为一常数，则金属电阻Rt将随温度t线性增加，其灵敏度K为 (2-2)很显然，越大，灵敏度就越高。一般

25、纯金属的电阻温度系数为0.3%/0.6%/。但是，对于绝大多数金属导体来说，其电阻温度系数并非常数，而是随温度而变化的，仅在某一温度范围内可近似看作是常数。热电阻测温仪表是根据金属导体的电阻随温度变化的特性进行测温的。例如，铜的电阻温度系数为4.2810-3/，当温度由0上升到100时，铜电阻的阻值约增大42.8%。因此对确定的电阻，只要精确地测定其阻值的变化，便可知道温度的高低。适合用做电阻感温元件的材料应满足下列要求：电阻温度系数大，电阻与温度的关系线性较好，在测温范围内物理化学性能稳定。目前用得最多的是铂和铜两种材料，在低温及超低温测量中则使用铟电阻、锰电阻及碳电阻等。本系统采用的是铂电

26、阻作为热电阻传感器，铂电阻的特点是线性度好，精度高，性能稳定可靠，互换性好，抗振动冲击的性能好。铂热电阻被国际组织规定为-259+630间的基准器，在工业上则广泛用于-200+500间的温度测量。铂热电阻的缺点是其电阻与温度的关系不太线性，在-2000之间，其阻值与温度关系可表示为 (2-3)在0850之间，其阻值与温度关系可表示为 (2-4)式中，RT 温度为T时的电阻值R0 温度为0时的电阻值T 被测温度值A，B，C分度系数A=3.90810-3/，B=-5.80210-7/2，C=-4.2735010-12/4。温度变化时电阻丝在骨架上要求不受应力的影响，以保持特性的稳定。在电阻丝外面一

27、般都有保护层或保护套管。为了减小测温的时间滞后，电阻体内部要导热良好，并尽量减小热容量。2.1.3热电阻调理电路热电阻最典型的调理电路是双恒流源法，系统对温度系数要求很高时，如果单纯依靠提高器件的品质，则可能带来成本的大幅上升，而且收效也不一定理想，较为有效且费用较低的作法是对电路的原理加以改进。如果用一个恒流源作为激励，而另一个恒流源作为参考源，因为总是跟随变化的，这种连接方式可以有效地消除恒流源的温漂问题，这种方法是双恒流源法。热电阻将被测温度的变化转换为电阻值的变化。为检测该变化，可采用双恒流源电路如图2-1所示，通过检测电压UO，按式(2-5)即可推算出被测温度。图2-1 热电阻调理电

28、路示意图 (2-5)式中： I=2.462mAK=21,为基准电阻。图2-1中，PT100热电阻接入电路中，产生电压为 （2-6）基准电阻在电路中，产生电压为 （2-7） 放大器输入端电路的差分电压为 （2-8） 故，调理电路的输出电压为 （2-9）2.1.4时间常数的测量对于一阶响应系统来说，但系统输入阶跃信号时 (2-10)一阶系统的响应为 (2-11) (2-12)两边取对数，其中上式表明，与时间成线性关系，则，所以可以做出Z-T图，根据Z-T曲线的直线性，便可以判断出该系统是否是一阶系统，并且可以求出它的时间常数。3测试仪的硬件设计3测试仪的硬件设计本测温仪的硬件部分主要有恒流源、放大

29、器和NI 6009数据采集卡，各部分的功能将在这一章介绍。3.1总体设计本热电阻测温系统主要由恒流源、调理电路和NI 6009数据采集卡作为硬件组成，将非电量的温度信号变换为电压信号，通过标定使其在计算机上输出显示为温度值。系统的原理设计，如图3-1所示。图3-1 系统原理框图3.2恒流源电路所谓恒流源，即对应于一定的电压变化所产生的电流变化趋于零，电流是一个恒定值，有很高的动态输出电阻。3.2.1恒流源法恒流源法是通过反馈网络对取样电阻上的电压取样，然后与基准电压比较，得到一个误差，将此误差用放大器放大后去控制调整管，改变调整管c-e之间的电压降，达到恒流的目的，恒流源原理图如图3-2所示。

30、RS为取样电阻，当电流I流过RS时，RS上压降为VRS，有： （3-1）VRS与I成正比。当I变化时VRS一定朝着相同的方向变化。有 （3-2） （3-3）其中，VP为比较放大器的同相输入端电压，VN为反相端输入电压。在理想的情况下，对于运算放大器来说，有 （3-4）即 （3-5）图3-2 恒流源原理图因此，从理论上说，有 （3-6）实际上，由于比较器的放大倍数非常大，输入阻抗也非常高，电流源电路是根据VRS来调整调整管的导通状态，从而得到恒流的目的。当I变大时，VRS增大，由于VREF不变，因此比较器的输出下降，调整管基极的电流会变小，从而I下降；I变小时，调整过程正好相反。下面是对恒流源的

31、特性进行的分析。对于图3-2，设比较器的输出电压为VO，比较器的开环放大倍数为A，调整管基极电流为Ib，集电极电流为Ic，发射极电流为Ie。因此有 （3-7） （3-8） （3-9）将式（3-7）和式（3-8）代入式（3-9）可得： （3-10）整理后可得 （3-11）其中A一般在105107之间，所以有 （3-12） （3-13）这样，式（3-11）变为： （3-14）由式（3-14）可得出恒流I可以近似的看作只是VREF和RS和函数，而与其他参数无关。在使用过程中，即使某些器件的参数有所变化，如运算放大器的开环放大倍数A发生变化，也不会影响到恒定电流I的数值。3.2.2双恒流源电路系统对温

32、度系数要求很高时，如果单纯依靠提高器件的品质，则可能带来成本的大幅上升，而且收效也不一定理想，较为有效且费用较低的作法是对电路的原理加以改进。如果用一个恒流源作为激励，而另一个恒流源作为参考源，因为IS2总是跟随IS1变化的，这种连接方式可以有效地消除恒流源的温漂问题。这种方法是双恒流源法。恒流源法的工作原理是用高准确度、高稳定度的恒流源所产生的电流通过被测电阻，在被测电阻上产生压降，由于这一电压降与所测量的电阻成正比，因此可直接测量这一压降来得到电阻值。只要恒流源及放大器的精度足够高，测量即可达到很高的精度。双恒流源法的基本原理是：假设在一个测量周期内，经过低通滤波后的干扰电压变化缓慢，可看

33、作不变。同时，Rn及Rl等的变化可以忽略。利用双恒流源IS1、IS2通断切换，将连续两次测得的值相减，就可将干扰电压抵消，得到完全由恒流源产生的直流电压，这样就克服了干扰。双恒流源的原理电路图如图3-3所示。 图3-3双恒流源的原理电路图图中，恒流源IS1、IS2为系统提供工作电流，Rn为标准采样电阻，其值已知，Rl为导线电阻，R0为电源内阻。3.3热电阻调理电路及温度测量装置面板3.3.3热电阻调理电路 本系统的热电阻调理电路的原理图如图3-5所示，为输出的精密基准稳压源；为精密仪表运放，其输入失调电压漂移最大值为，其放大倍数倍；两路恒流源电流值。图3-4 热电阻调理电路原理图基准电压源是稳

34、压电路的电压基准，该类基准电压源具有精度高、噪声电压低、温度系数小、长期稳定度好的特点。本系统的调理电路中采用的是的精密基准稳压源，由其输出恒定的电压。Q1、Q2为绝缘栅型N沟道增强型场效应管，所谓增强型是时，漏极与源极之间没有导电沟道，即使在漏极与源极之间加有电压，也没有漏极电流。运放输出电压使Q1、Q2工作在恒流区，电阻R2、R5作用是调节双恒流源电流，电位器RR1的作用是微调双恒流源电流用的。 取样电阻1和取样电阻2均为，分别是为了测量两路恒流源电流的值而设置的。取样电阻1、取样电阻2、基准电阻和将通过J1、J2接入电路的PT100热电阻这4个电阻形成了一个桥式电路，那么在时，由于Pt1

35、00铂电阻的阻值为，使得电桥处于平衡状态，即电桥输出的差分电压为0。将此桥路输出差分电压，经R6和R7两个匹配电阻，送入了U3放大器AD620的两个同向输入端IN+和IN，如图3-5所示。AD620运算放大器有很高的输入阻抗，当环境温度变化不为时，PT100热电阻将随环境温度产生阻值不再为，这时电桥失去平衡，产生差分电压输入到AD620中。R6、R7、C13为电路的滤波部分，可以滤除输入信号一定的干扰，提高测试精度。图3-5 AD620原理图AD620采用对称结构且被放大信号允许直接加到输入端，因而保证了共模抑制能力。其放大倍数K由下面公式决定： （3-15）式中即为图3-4中R8，R8=2.

36、46K,代入式（3-15）则有： （3-16）式（3-16）即为AD620在本系统中的放大倍数。放大后的电压经AD620输出端输出并送入采集卡。D1为10V的钳位二极管，将电压钳置在10V，使得整个电路最大输出电压为10V，以保护采集卡。3.3.4电路板的设计本系统的硬件部分是应用Protel 99 SE软件制作的电路原理图及印刷电路板（PCB板）。Protel 99 SE 是Protel公司推出的最新版本，应用于电路原理图设计、电路板设计等，它基于Windows环境，功能强大，人机界面友好，能让设计者在具有最完整的功能环境下，准确地设计出满意的电路原理图和印刷电路板，提升设计上的品质和效率。

37、图3-6为根据热电阻调理电路原理图设计出的PCB板。 图3-7为本测试仪的电路板实物，是根据热电阻根据热电阻调理电路原理图设计制作出来的，可与图3-6比对。图3-6 根据原理图设计出的PCB板图3-7 印刷电路板实物图3.3.5测量装置面板本系统的温度测量装置面板如图3-8所示。图3-8中，端子和之间接热电阻；端子和之间接万用表用于测量取样电阻的电压；端子和之间接万用表用于测量取样电阻的电压；上方的电位器用于微调恒流源电流使其与相等。A1即为AD620放大器，根据本系统的要求采用AD620放大器比较合适。图3-8 温度测量装置面板3.3.6NI USB6009采集卡的简介数据采集卡具有高速和速

38、率可调节的特点。其前端采用声波传感器采集模拟噪声信号，采集到的模拟信号经过A/D变换器转换为数字信号，数字信号再经PCI总线传输到计算机内。本系统所选用的是NI USB6009数据采集卡。(1)NI USB6009数据采集卡简介NI公司的USB-6009数采卡提供8个模拟输入通道，2个模拟输出通道，12位的数字I/O口，以及一个32位计数器，它与电脑通过USB接口连接。使用USB-6009数采卡之前，首先按照图3-9进行组装，然后安装必要的驱动程序，具体过程，参考NI-DAQmx软件的安装。 端口类别及标号 接插件标签（需粘帖）USB接口线 图3-9 USB-6009数采卡 USB-6009数

39、采卡116号端子是模拟输入输出端子排，1732号端子是数字输入输出端子排。具体端子定义参见下图3-10、3-11，及表3-1、表3-2。图3-10 模拟信号端子排表3-1 模拟信号端子排定义端子号单端模式差分模式备注1GNDGND参考地2AI0AI0+AI是单端模式下的输入通道07。在差分模式下，AI0与AI4是差分输入通道0的正端和负端，同理、差分模式下，单端对地电压须在10V内，超出则钳位在10V或-10V3AI4AI0-4GNDGND5AI1AI1+6AI5AI1-7GNDGND8AI2AI2+9AI6AI2-10GNDGND11AI3AI3+12AI7AI3-13GNDGND14AO0

40、AO0模拟输出通道015AO1AO1模拟输出通道116GNDGND参考地图3-11 数字信号端子排表3-2 数字端子排定义端子号数字I/O备注17P0.0PP数字量输入/输出口。集电极开路形式，最大灌电流200mA18P0.119P0.220P0.321P0.422P0.523P0.624P0.725P1.026P1.127P1.228P1.329PFI 0可设定为数字触发端或计数器输入端30+2.5V2.5V参考电压输出31+5V5V电源输出，最大输出电流200mA32GND参考地(2)性能参数及基本构造(3)模拟量输入各模拟信号输入后，经过图3-12电路进行处理。图3-12 模拟输入通道输

41、入的模拟信号Analog Input，经过多路选择器与PGA（Programmable-Gain Amplifier增益可设放大器，PGA的增益在差分输入时，根据输入电压范围自动在1、2、4、5、8、10、16上调整，而在单端输入是，固定为1）连接，经放大的信号经过ADC转换成数字信号，存储在FIFO（First In First Out）存储器中。这里，可以设定PFI 0端为数字触发输入。在数字触发模式下，模拟信号采集会在PFI 0端上升沿后进行。主要性能参数：ADC-逐次比较型ADC输出-差分输入14位，单端输入13位模拟输入信号-8路单端输入、4路差分输入，由软件设定最大采样率-48KS

42、/s输入电压范围-单端10V 差分20V, 10V, 5V, 4V, 2.5V, 2V, 1.25V, 1V输入阻抗-144Kohm(4)模拟量输出模拟信号输出电路如图3-13示图3-13 模拟输出通道 USB 6009有两个独立的Analog Output模拟输出通道，可输出05V电压。主要性能参数：最大工作频率-150Hz输出电压-05V输出阻抗-50ohm输出驱动电流-5mA转换率-1V/us分辨率-12位(5)数字I/O口USB 6009拥有12个数字端口，P0.0P0.7及P0.0P0.3，GND是参考地。数字I/O口的电路结构如图3-14示。 数采卡内自带5V电源及4.7K的上拉电阻。用户可在+5V端及I/O口间并联电阻以增强I/O口的驱动能力。主要性能参数：输出电压（极限值）-5.8V到-0.5V上电状态-输出态 (6)计数器USB 6009内部集成一个32位计数器，可设定PFI 0端口为计数器触发端，下降沿有效。主要性能参数： 图3-14 数字I/O口计数方式-增计数最大触发频率-5MHz最小高电平脉宽-100ns最小低电平脉宽-100ns本测温系统采用的USB 6009数据采集卡的实物图如图3-10所示。使用了其中模拟信号端子的CH2，即采集卡的AI2端口。图3-1