化工仪表及自动化教案

精选文库绪 论一、目的要求1.使学生对本课程的研究内容有比较全面地了解。2.使学生掌握本课程的正确学习方法。3. 使学生了解本课程学习的重要性，以为以后的专业课学习打下良好的基础。二、主要讲解内容及时间安排 2学时1.主要讲解内容（1）所用教材及主要参考书；（2）课程内容介绍；（3）本课程的学习方法及学习要求。2.时间安排：按教学日历安排进行。三、讲授重点本课程的研究对象及主要内容；本课程的重点及学习方法和要求。四、教学法 以课堂讲授为主，学生课后阅读相关的参考资料为辅。五、参考书（1）杜效荣主编.化工仪表及自动化（第二版）.北京：化学工业出版社，1994 （2）厉玉鸣主编. 化工仪表及自动化（例题习题集）.北京：化学工业出版社，1999（3）汪基寿主编.化工自动化及仪表. 北京：中央广播电视大学出版社，1993（4）曹克民主编.自动控制概论. 西安：西安建筑科技大学出版社，1995第三章 检测仪表及传感器一、目的要求1. 使学生了解仪表的性能指标。2. 使学生掌握仪表精度的意义及与测量误差的关系。3. 使学生初步掌握各种压力检测仪表的基本原理及压力表的选用方法。4.了解各种流量计的测量原理。重点是差压式流量计及转子流量计。5.了解各种液位测量方法。初步掌握液位测量中零点迁移的意义及计算方法。6.掌握热电偶温度计及热电阻温度计的测温原理。熟悉热电偶温度测量中的冷端温度补偿的作用及方法。 二、主要讲解内容及时间安排 15学时1.主要讲解内容：（1）检测仪表及传感器的概念，工业检测仪表的性能指标；（2）压力检测及仪表；（3）流量检测及仪表；（4）物位检测及仪表；（5）温度检测及仪表。2.时间安排：按教学日历安排进行。三、讲授重点1仪表等级的确定及鉴定和选择；2转子流量计的指示值修正，转子流量计与差压式流量计的工作原理的异同；3差压式液位变送器的工作原理及零点迁移问题；4热电偶温度计的冷端温度补偿。四、讲授难点1各种压力仪表的工作原理；2转子流量计的指示值修正；3差压式液位变送器的零点迁移问题；4热电偶温度计的冷端温度补偿。五、教学法以课堂讲授为主，学生课后查阅相关的参考资料并完成课后作业巩固所学知识点为辅。六、讲课思路本章的基本概念：1检测仪表2传感器3变送器1工业检测仪表性能指标1有关测量误差的基本概念（）测量（）测量误差（）误差来源（个）（）误差的表示（、）仪表性能指标2.1精确度（1）大小确定。（2）应用（三个方面）2.2变差2.3灵敏度与灵敏度限 （1）指针仪表 a灵敏度b 灵敏度限（2）数字仪表a分辨力b最高分辨力2.4线性度2.5反应时间2压力检测及仪表1压力检测的意义2压力单位及检测仪表2.1压力的定义及单位2.2压力几种表示2.3压力表的分类3弹性式压力表3.1原理3.2特点3.3弹性元件（1）定义（2）种类（种）电气式压力计4.1原理4.2组成4.3种类（5种）5压力仪表的选用与安装5.1压力仪表的选用（1）类型选择（2）量程的选择（3）精度等级的选择5.2例题（见讲稿）3流量检测及仪表1概述1.1流量的基本概念（1）流量（2）流量和总量（3）流量的表示（4）体积流量（）与质量流量（）的关系1.2流量与总量的关系1.3流量测量的方法（1）差压式流量计（2）转子流量计2差压式流量计（节流式流量计）2.1基本测量原理2.2组成2.3节流现象2.4流量的基本关系式2.5几种标准的节流装置3转子流量计3.1基本原理3.2结构3.3工作原理3.4结论3.5有关计算公式4.电远传式转子流量计（LZD）4.1 LZD的组成4.2流量变送4.3电动显示部分5转子流量计的指示值修正5.1液体流量测量时的修正5.2例题（见讲稿）5.3气体流量测定时的修正6其它流量计简介4物位检测及仪表1概述1.1物位检测的对象1.2物位检测的重要性1.3物位检测仪表的种类2差压式液位变送器2.1工作原理2.2零点迁移问题2.3法兰式差压变送器测液位2.4例题（见讲稿）3其它物位计3.1电容式物位计3.2核辐射物位计5温度检测及仪表1概述1.1温度检测的重要性1.2温度测量仪表的种类1.3温度测量的基本原理2热电偶温度计2.1特点及组成2.2工作原理（1）热电效应（2）热电现象的测温原理（3）中间导体定律2.3热电偶的种类（1）选用热电偶材料时应考虑的因素（2）热电偶的种类2.4补偿导线的选用（1）补偿导线的定义（2）补偿导线的组成2.5冷端温度补偿（1）冷端温度保持为0（2）冷端温度的修正（冷端温度t00）a计算修正例题（见讲稿）b电桥修正（电桥补偿法）c仪表调零点法d补偿热电偶法3热电阻温度计3.1 热电阻温度计的工作原理及种类3.2金属热电阻温度计的工作原理3.3工业上常用的热电阻（1）金属热电阻的材料要求（2）目前应用最广泛的两种热电阻3.4热电阻的结构3.5热敏电阻七、参考书（1）杜效荣主编.化工仪表及自动化（第二版）.北京：化学工业出版社，1994（2）厉玉鸣主编. 化工仪表及自动化（例题习题集）.北京：化学工业出版社，1999 八、复习思考题1、试述弹簧管压力表的基本工作原理。2、霍尔压力传感器是怎样工作的？它为什么能将压力的变化线性地转换成霍尔电势？3、什么叫应变片？如何用它来测量压力？4、什么是节流现象？标准的节流体有哪几种？应用最广泛的是哪种？5、差压式液位变送器的工作原理是什么？当测量有压容器的液位时，差压变送器的负压室为什么一定要与容器的气相相连接？6、什么是液位测量时的零点迁移问题？怎样进行迁移？其实质是什么？7、为什么要用法兰式差压变送器？它有哪几种结构型式？8、热电偶温度计为什么可以用来测量温度？它由哪几部分组成？各部分有何作用？9、用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿？其冷端温度补偿的方法有哪几种？ 10、试述热电阻测温原理？常用热电阻的种类？九、本章课后小结第四章 显示仪表一、目的要求1. 使学生掌握显示仪表的分类及动圈式显示仪表的工作原理。2. 使学生掌握XCZ101型动圈式显示仪表及XCZ102型动圈式显示仪表的工作原理。3. 使学生了解自动电子平衡电桥与自动电子电位差计的异同。二、主要讲解内容及时间安排 2学时1.主要讲解内容：（1）显示仪表的分类；（2）动圈式显示仪表及其温度补偿；（3）XCZ101型动圈式显示仪表和XCZ102型动圈式显示仪表；（4）自动电子平衡电桥式显示仪表；（5）自动电位差计式显示仪表。2.时间安排：按教学日历安排进行。三、讲授重点1.XCZ101型动圈式显示仪表及XCZ102型动圈式显示仪表；2.自动电子平衡电桥与自动电子电位差计的异同。四、讲授难点 1.自动电子平衡电桥；2.自动电子电位差计。五、教学法以课堂讲授为主，学生课后查阅相关的参考资料并完成课后作业巩固所学知识点为辅。六、讲课思路 显示仪表的定义及分类。1动圈式显示仪表1. 动圈式显示仪表的类型及作用。2. 动圈式显示仪表的工作原理3. 动圈式显示仪表的温度补偿4. XCZ101型动圈式显示仪表4.1原理、结构4.2实际应用中存在的问题4.3调整措施5. XCZ102型动圈式显示仪表5.1原理、结构5.2关于三线制和外接可调电阻（1）实际应用中存在的问题（2）调整措施5.3注意事项2自动电子平衡电桥式显示仪表（与热电阻配套）1.手动平衡电桥测温原理2. 自动平衡电桥测温原理3自动电位差计式显示仪表1.手动电位差计的工作原理2. 自动电位差计2.1原理电路图2.2冷端温度补偿2.3自动电子平衡电桥与自动电子电位差计的比较七、参考书（1）杜效荣主编.化工仪表及自动化（第二版）.北京：化学工业出版社，1994（2）厉玉鸣主编. 化工仪表及自动化（例题习题集）.北京：化学工业出版社，1999 八、复习思考题 1、动圈式仪表的作用原理是什么？ 2、为什么要对动圈仪表进行温度补偿？其补偿方法是什么？ 3、什么是三线制接法？对此有什么要求？ 4、电子电位差计是如何实现对热电偶冷端温度自动补偿的？九、本章课后小结第一章 自动控制系统基本概念一、目的要求1. 使学生掌握自动控制系统的组成，了解各组成部分的作用及相互影响和联系。2. 使学生理解自动控制系统中常用的各种术语，掌握方块图的意义及画法。3、熟悉管道及控制流程图上常用符号的意义。4、了解控制系统的几种分类形式，掌握系统的静态与动态。5、使学生掌握闭环控制系统在节跃干扰作用下，过渡过程的几种基本形式及过渡过程品质指标的含义。二、主要讲解内容及时间安排 2学时1.主要讲解内容：（1）被控对象和控制参数的基本概念，自动控制系统的组成； （2）工艺管道及控制流程图；（3）自动控制系统的方块图及自动控制系统的分类；（4）自动控制系统的过渡过程和品质指标。2.时间安排：按教学日历安排进行。三、讲授重点1工艺管道及控制流程图；2自动控制系统方框图；3自动控制系统的品质指标。四、讲授难点自动控制系统的过渡过程和品质指标。五、教学法 以课堂讲授为主，学生课后查阅相关的参考资料并完成课后作业巩固所学知识点为辅。六、讲课思路1化工自动化的主要内容1化工生产过程自动化的主要内容2基本概念（1）自动检测系统（2）自动信号联锁装置（3）自动操纵系统（4）自动开停车系统（5）自动控制系统2自动控制系统的组成1人工控制系统（基础）2自动控制系统3组成3工艺管道及控制流程图1控制流程图中常用的图形符号1.1仪表（包括检测、显示、控制）的图形符号1.2测量点1.3连接线2仪表位号4自动控制系统方块图1自动控制系统方块图的组成及应用2关于自动控制系统方块图的几点说明作业课本P1611题5自动控制系统的分类1按被控变量分2按控制器控制规律分3按给定值是否变化分6自动控制系统的过渡过程和品质指标1自动控制系统的动态与静态1.1动态1.2静态2控制系统过渡过程分析2.1阶跃干扰的特点2.2自动控制系统在阶跃干扰作用下的过渡过程的基本形式3自动控制系统的品质指标4例题（见课件）作业七、参考书（1）杜效荣主编.化工仪表及自动化（第二版）.北京：化学工业出版社，1994（2）厉玉鸣主编. 化工仪表及自动化（例题习题集）.北京：化学工业出版社，1999 八、复习思考题 1、自动控制系统按其基本结构形式可分为几类？其中闭环控制系统中按设定值的不同形式又可分为几种？ 2、自动控制系统主要由哪些环节组成？各部分的作用是什么？ 3、什么是自动控制系统的过渡过程？在节跃干扰的作用下，其过渡过程有哪些基本形式？哪些过渡过程能基本满足控制要求？ 4、衰减振荡过程的品质指标有哪些？各自的含义是什么？ 5、什么是自动控制系统的方块图？它与工艺管道及控制流程图有什么区别？6、什么是控制系统的动态与静态？7、什么是反馈？什么是正反馈和负反馈？负反馈在自动控制中有什么重要意义？九、本章课后小结第五章 自动控制仪表 一、目的要求1. 使学生掌握各种控制规律及其特点。2. 使学生熟悉比例度、积分时间、微分时间对控制系统的影响。二、主要讲解内容及时间安排 3学时1.主要讲解内容：（1）控制仪表的作用；（2）控制器基本控制规律及其对系统过渡过程的影响；（3）双位控制器，比例控制器，积分控制器，微分控制器，比例积分微分控制器。2.时间安排：按教学日历安排进行。三、讲授重点基本控制规律及其对系统过渡过程的影响。四、讲授难点双位控制器，比例控制器，积分控制器，微分控制器，比例积分微分控制器。五、教学法以课堂讲授为主，学生课后查阅相关的参考资料并完成课后作业巩固所学知识点为辅。六、讲课思路概述自动控制仪表的作用控制仪表发展的三个阶段控制器的基本控制规律及其对系统过渡过程的影响双位控制器1.1作用规律1.2双位控制器的品质指标1.3特点1.4适用场合2比例控制器2.1工作原理2.2数学关系2.3比例控制器的余差2.4比例控制器小结3积分控制器3.1数学关系3.2工作原理3.3积分控制器的优缺点4比例积分控制器4.1数学关系4.2积分控制器小结5微分控制器5.1理想微分调节作用5.2实际微分调节作用（比例作用+近似微分作用）5.3KD、TD、T的意义及作用6比例、积分、微分控制（PID）6.1数学关系6.2特点6.3可调整参数6.4小结（1）比例调节（2）积分调节（）微分调节补充作业（见讲稿）七、参考书（1）杜效荣主编.化工仪表及自动化（第二版）.北京：化学工业出版社，1994（2）厉玉鸣主编. 化工仪表及自动化（例题习题集）.北京：化学工业出版社，1999 八、复习思考题1、控制器的控制规律是指什么？常用的控制规律有哪些？试述常用的几种控制规律的定义及其特点？2、什么是积分时间？它对系统过渡过程有什么影响？3、什么是微分时间？它对系统过渡过程有什么影响？九、本章课后小结第六章 执行器一、目的要求1. 使学生掌握控制阀的流量特性的意义。2. 使学生了解气动薄膜控制阀的基本结构、主要类型及使用场合。3. 使学生理解气动执行器的气开、气关型式及其选择原则。4. 使学生了解电动执行器的基本原理。二、主要讲解内容及时间安排 2学时1.主要讲解内容：（1）执行器的定义及分类，气动执行器的结构和分类；（2）控制阀的流量特性；（3）控制阀的选择；（4）电动执行器的种类及其优缺点。2.时间安排：按教学日历安排进行。三、讲授重点气动执行器。四、讲授难点控制阀的流量特性。五、教学法 以课堂讲授为主，学生课后查阅相关的参考资料并完成课后作业巩固所学知识点为辅。六、讲课思路执行器的作用及分类2气动执行器的组成2.1执行机构2.2控制机构2.3常用的辅助装置3气动执行器的结构与分类3.1执行机构3.2控制机构3.3分类4控制阀的流量特性4.1直线流量特性4.2等百分比流量特性4.3抛物线流量特性4.4快开特性5控制阀的选择5.1控制阀结构与特性的选择5.2气开式与气关式的选择七、参考书（1）杜效荣主编.化工仪表及自动化（第二版）.北京：化学工业出版社，1994（2）厉玉鸣主编. 化工仪表及自动化（例题习题集）.北京：化学工业出版社，1999八、复习思考题1、气动执行器主要由哪两部分组成？各起什么作用？2、控制阀的流量特性是指什么？何为控制阀的理想流量特性和工作流量特性？3、什么叫气动执行器的气开与气关式？其选择原则是什么？九、本章课后小结第七章 简单控制系统一、目的要求1. 使学生了解简单控制系统的结构、组成及作用。2. 使学生掌握简单控制系统中被控变量和操纵变量选择的一般原则。3. 使学生了解各种基本控制规律的特点及应用场合。4. 使学生掌握控制器被控参数的工程整定方法。5. 使学生掌握控制器正、反作用的确定方法。二、主要讲解内容及时间安排 4 学时1.主要讲解内容：（1）简单控制系统的组成；（2）被控变量的选择；（3）操纵变量的选择； （4）控制器控制规律的选择；（5）控制器被控参数的工程整定。2.时间安排：按教学日历安排进行。三、讲授重点1被控变量的选择；2控制器控制规律的选择；3控制器参数的整定方法。四、讲授难点 1 控制器控制规律的选择；2控制器被控参数的工程整定。五、教学法以课堂讲授为主，学生课后查阅相关的参考资料并完成课后思考题巩固所学知识点为辅。六、讲课思路1简单控制系统的组成1定义2组成2被控变量的选择1选择的依据2选择的原则3操纵变量的选择1操纵变量的作用及选择的依据2操纵变量选择的原则4控制器控制规律的选择1控制规律的确定2控制系统各单元正反作用方向的确定5控制器被控参数的工程整定1工程整定方法的分类2临界比例度法3衰减曲线法4经验凑试法七、参考书（1）杜效荣主编.化工仪表及自动化（第二版）.北京：化学工业出版社，1994（2）厉玉鸣主编. 化工仪表及自动化（例题习题集）.北京：化学工业出版社，1999八、复习思考题 1、被控变量和操纵变量选择的一般原则为何？ 2、何为简单控制系统？试画出简单控制系统的典型方块图。 3、为什么要考虑控制器的正、反作用？如何选择？ 4、控制器参数整定的任务