來源：微計算機信息，作者：王彥芳；封筠；賀海宏；韓江河

虛擬儀器（Virtual Instrument，或VI）是計算機技術和現代測試技術相結合的產物，它不僅具有傳統儀器、儀表的全部功能，同時還擁有計算機技術的全部優勢，它能對數據進行處理、分析、統計并把結果以曲線、圖形、圖像的形式顯示出來；它還具有較高的測試速度、精度，且讀取數據方便、直觀；它能通過網絡進行數據傳送，使管理人員能及時掌握測試進展并進行遠程指導；在測試結束時，不僅能得到直觀的測試結果還能將其打印出來或將結果以文件的形式保存起來。利用現有的微型計算機，增加少量硬件設備，用戶就可以在虛擬儀器平臺上設計出自己的測量儀器。

1. 引言

在半導體器件和集成電路的生產過程中，為了提高器件參數的一致性的和產品成品率，必須定期對擴散爐、合金爐的恒溫區進行測量。測溫通常采用熱電偶。其原理是：將兩種不同材料的導體（或半導體）A和B焊接起來，構成一個閉合回路。當導體A和B的兩個接點之間存在溫差時，兩者之間便產生熱電動勢，因而在回路中產生電流，這種現象稱為熱電效應。此熱電勢差反映了兩個節點的溫度差，當兩點的溫差越大時，產生的溫差電勢也越大。用一臺直流電位差計或高精度毫伏計就可直接讀出熱電勢差的數值。通過查‘熱電偶電勢差－溫度’對照表，可知被測點的溫度。然后人工拉動熱電偶，待熱電勢穩定后進行下一點溫度的測量，進而手工繪出整個爐膛的溫度分布情況，找出恒溫區。該方法不僅費時費力且不能直接得到爐溫，加之人工計算的誤差和拉動熱電偶時的操作誤差，最終影響到所測恒溫區分布圖的準確性。為了提高測量的效率和精確度，本文提出用虛擬儀器直接得到恒溫區的分布圖，進而指導生產過程。具體方案如下：

2. 系統構成

測量系統的原理圖如圖1所示。測量是基于PC機的LabVIEW平臺上進行的，它是由步進電機帶動熱電偶對爐膛內的溫度逐點進行取樣，獲得各點的電位差，經信號調理（放大、濾波）后送入一塊由NI公司提供的DAQ硬件卡，完成電信號的采集，運行程序就可得到所測的溫度曲線。

3. 基于LabVIEW的應用軟件設計

ＬabVIEW是美國國家儀器公司（NI）推出的一種面向儀器與測控過程的圖形化開發平臺。是用于數據提取、控制、數據分析、數據表述、過程監測、工廠自動化等的軟件系統。在繼承傳統結構化的編程語言基礎上，LabVIEW采用數據流程的圖形化G編程技術，把復雜費時的軟件編程簡化為菜單提示和圖標連接調用。已編制的各種子程序（Sub VI）可用圖標表示。通過修改、設定圖標中的有關參數，完成圖形化程序的初步編輯。連接圖標之間表示數據類型的輸入輸出線，實現子程序間的連接與調用（生成了block diagram）。應用探針、運行亮燈、斷點、暫停和單步執行等對程序進行調度和修改。ＬabVIEW和儀器系統的數據采集、分析、顯示部分一起協調工作。流程圖式的編程方法與其直觀的前面板的結合，是構建虛擬儀器的理想工具。

ＬabVIEW使用圖形編程語言編寫的框圖（block diagram）程序，它類似于一臺儀器的內部電路，或是一個大型儀表系統中的各個獨立的儀表單元。框圖中的程序可以看成程序節點，如循環控制，事件控制和算術功能等。這些基本單元之間用連線連接，非常接近實際物理儀器系統或電路系統中的“導線”，只不過這里的連線用于定義框圖內的數據流方向。LabVIEW支持層次化程序結構，且嵌套層次是無限制的。

ＬabVIEW中使用圖形編程語言編寫的框圖程序都伴有一個對應的前面板，前面板是模擬真實儀表的前面板，用于設置輸入數值和觀察輸出量。輸入量稱為Controls，輸出量稱為Indicators。用戶可以使用多種圖標，如旋鈕、開關、按鈕、圖表、文本框、圖形等，使前面板易看易懂。圖2是在LabVIEW5.0軟件平臺上的恒溫區程序的前面板。

4. 系統的工作原理

恒溫區測量程序采用如圖3所示的層次化結構，它由三層構成，即頂層模塊measure、第二層Temp及由子Read和calcu構成的底層VI模塊。在屏幕上實時顯示各被測點溫度曲線的頂層VI （measure）結構如圖4所示。它調用了溫度測量、處理子程序Temp，相應的溫度值由Temperature History（T_history）顯示出來，啟動使能開關（Eable），即可自動以波形圖的形式（T-wave） 實時顯示不同位置處的爐溫。直至得到整個爐膛的溫度分布曲線，測出恒溫區段。

這里調整定時器的時間控制常量可以控制循環程序的執行速率，其值應大于新樣點溫度達到穩定所需的時間。

系統的第二層是處理子程序（Temp子VI）內部構成如圖5所示，它調用了底層子VI Read和calcu。Read是溫度采集子程序，它對DAQ卡采集的被測電壓信號進行預處理（ e.g：濾波、擬合）；calcu是數值處理子程序，它對所得到的信號進行數值處理，把電壓信號轉換為相應的溫度值。從而得到各被測點的溫度值。

為了提高檢測精度和效率，便于實現自動化和智能化，該系統用步進電機代替人工拉動熱電偶，電機的步進長度事先由程序設定，熱電偶每次移動結束后，經過一段穩定時間，系統開始對該點進行數據采集。按下enable 開關，系統開始工作。各被測點的當前溫度一方面用溫度計顯示出來，同時也顯示在前面板的T-wave波形中（其中，X軸為步進電機移動的距離，Y軸為相應點的溫度），隨著時間的推移，整個爐膛的溫度分布情況就直觀地以T_history波形顯示在T-wave窗口內，工作人員根據爐溫的分布曲線對爐溫進行調整或對設備進行維修。為了長期保存所測結果，還可以將其打印出來或將所測數據存入文件中，建立設備運行狀態檔案，以備后用。如果配置多個熱電偶還能同時進行多臺爐溫的測量。

5. 結束語

恒溫區測量系統，不僅能自動完成爐溫的測量，還能夠直觀、準確地顯示爐溫的分布曲線和恒溫區長度，而且將程序稍加改動還具有對測量日期，測量結果進行保存、打印或實現網上傳送等功能，使生產管理人員及時了解設備的過去，現在的工作狀態。該測量系統能顯著降低操作人員的勞動強度，提高生產效率。

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