化工检测与控制技术研讨

扬州工业职业技术学院教案序号7周次4授课形式讲授授课章节名称§3-2流量检测教学目的通过讲解，使学生了解常用流量检测方法及仪表；掌握几种常用流量检测仪表的测量原理及使用。教学重点节流式流量计的测量原理及使用。教学难点节流式流量计的测量原理及使用。使用教具未使用教具。课外作业复习所学内容课后体会大部分学生这部分内容内宾掌握得较好，完成教学任务。授课主要内容复习提问：压力表如何选用以及安装注意事项？引入新课。概述1．流量的基本概念（1）流量：单位时间内流过管道某一截面的流体数量，称为流量。（2）瞬时流量：单位时间内流过管道某截面流体的数量，可用质量M或体积Q表示，称为质量流量或体积流量。常用流量单位为t/h、kg/h、kg/s、m3/h、L/h、L/min。（3）累积流量：瞬时流量在某段时间内的累积量（总量）。一般用m3、t表示。测量流体流量的仪表一般叫流量计；测量流体总量的仪表称为计量表。2．流量测量的分类方法（1）速度式流量仪表：以测量流体在管道内的流速作为测量依据。（2）容积式流量计：以单位时间内排出的流体的固定容积的数目作为依据流量计。（3）质量式流量计：以测量流过的质量M为依据的流量计。二、差压式流量计（节流式）1．测量原理：基于流体流经节流装置时产生压力差的节流原理，实现流量测量。（1）节流现象：流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的管壁处，产生静压差的现象。（2）流量基本方程式体积流量：质量流量：2．差压式流量计的组成（1）标准节流装置：将被测流体的流量转换成压差信号。（2）引压管：传输压差信号（3）差压计：检测压差信号并转换成对应流量显示出来。3．标准节流装置（1）节流装置的选用应根据被测介质流量测量的条件和要求，从测量精度、允许压损、直管段长度、被测介质的物理化学性质、价格、安装等几方面综合考虑。大多选择孔板。（2）节流装置的安装使用①节流装置的开孔和管道的轴线同心、端面与管道的轴线垂直。节流装置标有“+”的一侧，是流体的入口方向。②节流装置的上、下游须配置一定长度的直管，管道内壁应光滑。管径应≥50mm。③被测介质充满管道、连续流动、且状态稳定；通过节流装置时不发生相变。④测液体流量时，应使两导压管内充满同样的液体而无气泡；测气体流量时，应使两根导压管内的气体密度相等；测量蒸汽流量时，必须解决蒸汽冷凝液的等液位问题。4．差压计的投运启用差压计时，先开平衡阀，再开切断阀，最后关闭平衡阀，差压计即投入运行。差压计停运时，先开平衡阀，再关闭切断阀，最后关闭平衡阀。测量腐蚀性（或易凝固）介质的流量时，必须采取隔离措施。三、转子流量计1．仪表基本结构玻璃或金属锥型管（由下往上逐渐扩大）、转子（置于锥形管中，可自由移动）2．工作原理：采用恒压降、变节流面积的流量测量法。3．电远传转子流量计（1）流量变送部分——由差动变送器实现将转子流量计的转子与差动变压器的铁芯连接起来，使转子随流量变化时带动铁芯一起运动，就将流量的大小转换成输出感应电动势的大小。（2）电动显示部分流量增加，铁芯上移，T1输出的不平衡电势进入放大器放大，通过凸轮带动接收的T2铁芯上移，使T2也输出一不平衡电势。T1、T2次级绕组反串，两者的不平衡电势相互抵消，当进入放大器的电压为零后，T2中的铁芯便停留在相应的位置上，这时显示机构的指示值便可以表示被测流量的大小。四、椭圆齿轮流量计工作原理：根据容积法测量流量的。2．基本结构：椭圆齿轮A、B、轴、壳体由仪表壳体和活动壁组成流体的计量室，当流体经过仪表时，在它的入口和出口之间产生压力差，此流体压力差推动活动壁旋转，将流体一份一份地排出，其排出的流体总量为V=4nVo（n为活动壁的旋转次数；VO为计量室的容积）3．适用范围：洁净的高粘度液体的流量测量。五、流量检测仪表的选用1．仪表类型的选用：应满足工艺生产的要求。2．仪表测量范围的选择对线性刻度仪表：正常流量为满度的50%—70%；最大流量不超过90%；最小流量不低于10%。对非线性刻度仪表：正常流量为满度的70%—80%；最大流量不超过95%；最小流量不低于30%。3．仪表精度的选用由工艺生产中所允许的最大绝对误差和仪表的测量范围来确定。选用流量检测仪表时，还应考虑现场安装和使用条件，以及允许压损、仪表价格和安装费用等经济指标。[本节小结]：最常用的流量测量仪表是差压式流量计，它是由节流装置、引压管和差压计几部分组成的，将被测流量信号转换成差压信号进行测量。仪表投运时不能让差压计单向受到很大的静压力冲击。转子流量计是根据变流通面积的原理进行测量的，可就地指示或远传记录。椭圆齿轮流量计可测不含杂质高粘度介质的流量。[作业]：复习所学内容。扬州工业职业技术学院教案序号8周次5授课形式讲授授课章节名称§3-3物位检测教学目的通过讲解，使学生基本掌握几种常用物位测量仪表的工作原理及特点。教学重点差压变送器测量液位时的迁移问题。教学难点差压变送器测量液位时的迁移问题。使用教具未使用教具。课外作业复习所学内容课后体会少数学生对迁移的计算掌握得不好，需进一步讲解。授课主要内容复习提问：差压变送器可以测量哪些工艺参数？引入新课。一、物位仪表的分类接触式仪表：主要有直读式、差压式、浮力式、电磁式等。非接触式仪表：核辐射式、声波式、光电式等。二、差压式液位计1．工作原理：根据容器内的液位改变，由液柱产生的静压相应变化的原理工作。对密闭贮槽或反应罐，设其底部压力为PB，液面上的压力为PA，液面到B点的距离为H，则：PB=PA+Hρg即△P=PB-PA=Hρg当ρ为已知定值时，A、B间的压差△P与液位高度成正比，测出压差即知高度。2．零点迁移①无迁移：△P=Hρg当H=0时，△P=0，I出=4mA无需调整零点。②负迁移：差压：△P=P+-P-=（h1–h2）ρ2g+Hρ1g（h2>h1）当H=0时，△P=（h1–h2）ρ2g<0，I出<4mA；要使H=0时，I出=4mA，可调整变送器上迁移弹簧实现。迁移弹簧的作用，其实质是改变变送器的零点和终点，但不改变量程范围。③正迁移：△P=P+-P-=hρg+Hρg当H=0时，△P=hρg>0，I出>4mA；要使H=0时，I出=4mA，可调整迁移弹簧。④迁移的判断：列出△P表达式，当H=0时，若△P=0，则无迁移；若△P>0，则为正迁移；若△P<0，则为负迁移。迁移量：q=|△P|（H=0）⑤迁移的标注：在差压变送器的型号后加“A”—正迁移；加“B”—负迁移。三、法兰式差压变送器1．适用范围：腐蚀性或含杂质、结晶颗粒及粘度大、易凝固液体的液位测量。2．基本结构：测量头（法兰）、毛细管、变送器法兰及毛细管均充有硅油，作为压力传递介质，并使被测液体不进入毛细管和变送器，以免堵塞。法兰式差压变送器的工作原理及动作过程同普通差压变送器。四、沉筒式液位计1．检测元件：沉筒仪表量程即为沉筒的长度，一般为300——2000mm2．工作原理：根据变浮力原理工作当液位低于沉筒时，沉筒重力作用在扭力管上，此时作用在扭力管上的扭力矩最大，其自由端逆转的角度最大，从而带动芯轴朝同一方向转过一个相应的角度φ0当液位高于沉筒下端时，作用于沉筒上的力为沉筒的重量和所受浮力的叠加，作用在扭力管上的扭力矩减小，扭力管顺时针转回一个角度△φh↑→F浮↑→作用力矩M↓→△φ↑四、大型油罐计量仪1．工作原理：实质是差压式测量液位。根据天平原理设计的。罐顶压力P1与罐底压力P2分别引至有效面积相等的两波纹管，产生的作用力使杠杆系统失去平衡，信号经发讯器、控制器，接通电机线路，使可逆电机旋转，并通过丝杠带动砝码移动，直至砝码作用于杠杆的力矩与测量力作用于杠杆的力矩平衡时，电机才停止转动。2．特点：按天平原理工作，有较高的精度和灵敏度。可数字显示，读数方便。五、物位仪表的选用仪表型号的选用：由被测对象的特点和工艺要求确定。测量范围的选用：由工艺要求定。精度等级的选用：由生产所允许的最大绝对误差和仪表量程确定。[本节小结]：差压变送器是最常用的液位测量仪表，使用时要注意迁移问题。对含有杂质或高粘度易凝固的液体，可采用法兰式差压变送器。沉筒式液位根据变浮力原理测量，可测液位或界面。[作业]：复习所学内容。扬州工业职业技术学院教案序号9周次5授课形式讲授授课章节名称§3-4温度检测之一教学目的通过讲解，使学生掌握热电偶的构成及其测温原理，掌握常用热电偶的特性。教学重点热电偶的测量原理及其计算。教学难点热电偶的计算。使用教具未使用教具。课外作业1.复习所学内容；2.P89：17、25、26课后体会大部分学生基本概念掌握得较好，完成教学任务。授课主要内容复习提问：几种常用液位计的工作原理，以及使用时要注意的迁移问题。引入新课。一.温度检测的方法按测温元件是否与被测对象接触分为：接触式测温与非接触式测温。1.接触式测温：利用热交换原理进行温度测量。优点：结构简单、可靠，测温精度较高；缺点：不适合于测量热容量小的对象、极高温的对象、处于运动中的对象，不适于直接对腐蚀性介质测量。常用的接触式测温仪表：（1）液体膨胀式温度计：根据液体膨胀原理工作。（2）固体膨胀式温度计：根据金属受热线性膨胀原理工作。（3）压力式温度计：根据温包内气、液体或者蒸汽受热压力改变的原理工作。（4）热电阻温度计：根据导体或半导体的热阻效应原理进行测量。（5）热电偶温度计：根据金属的热电效应原理进行测量。2.非接触式测温：利用热辐射或热对流实现热交换进行温度测量的。优点：测温响应快，对被测对象干扰小，可用于测量运动的被测对象和有较强电磁干扰、强腐蚀的场合。缺点：容易受到外界因素的干扰，测量精度较低，且结构复杂，价格比较昂贵。常用的非接触式测温仪表：辐射高温计，光学高温计等。二、热电偶——一般测量范围-200~+1600℃。1.热电偶测温原理——热电效应。将两种不同材料的导体或半导体A和B连在一起组成一个闭合回路，而且两个接点的温度t≠t0，回路中将产生一个电动势，该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关。这种现象称为“热电效应”，两种导体组成的回路称为“热电偶”，这两种导体称为“热电极”，产生的电动势则称为“热电动势”。2．热电偶的工作原理根据热电偶的热电效应原理工作。热电势：EAB（t，t0）=EAB（t）-EAB（t0）当冷端温度t0恒定时，EAB（t0）=C此时，EAB（t，t0）=EAB（t）-EAB（t0）=EAB（t）-C=f（t）即热电势与温度之间存在一一对应的单值函数关系。①当A、B为同种材料时：EAB（t）=EAB（t0）=0则EAB（t，t0）=0回路中电势总为零，此时不能进行温度测量，所以同种材料不能构成热电偶。②当t=t0时：EAB（t）=EAB（t0），则EAB（t，t0）=EAB（t）-EAB（t0）=0热端和冷端温度相同时，热电势恒为0，不能进行温度测量。③接入第三种导体时：只要保持参比端温度相等，热电偶回路中接入第三种金属材质，对测量结果无影响。3．热电偶的热电特性：t0=0℃不变时，热电势与温度的关系曲线。分度表：热电偶热电势与温度关系一一对应的标准数据表。EAB（t，t0）=EAB（t，0℃）-EAB（t0，0℃）4．常用热电偶的性质①铂铑30-铂铑6：分度号为B高温时性能稳定，测量准确，但热电势小，价格较贵，可作基准热电偶。②铂铑10-铂：分度号为S高温时性能稳定，测量准确，线性较差，价格较贵，适于作基准热电偶和精密温度的测量。③镍铬-镍硅：分度号为K适于测量中、高温，线性好，灵敏度高，中温范围内性能较稳定，价格便宜。④镍铬-铜镍：分度号为E适于测量中、低温范围，灵敏度高，价格便宜，低温时性能稳定。5．热电偶的结构形式（1）普通热电偶：由热电极、绝缘子、保护套管、接线盒组成。（2）铠装热电偶：热电极、绝缘子和保护套管三者加工在一起，动态响应快，可任意弯曲，精度高，便于安装。（3）表面型热电偶：利用真空镀膜工艺将电极材料蒸镀在绝缘基板上，尺寸小，响应速度快，主要用来测微小面积上的瞬变温度。（4）快速热电偶：专用于钢水及高温融熔金属的温度测量，只能一次性使用。[本节小结]：热电偶根据热电效应原理工作，使用时必须保证冷端温度恒定，否则有较大的测量误差。热电偶将冷端转化为0℃，才能查分度表，注意分度表应与热电偶的类型相对应。热电偶的基本组成为热电极、绝缘子、保护套管、接线盒四部分。[作业]：1.复习所学内容；2.P89：17、25、26扬州工业职业技术学院教案序号10周次5授课形式讲授授课章节名称§3-4温度检测之二教学目的通过讲解，使学生掌握热电偶常用冷端温度补偿方法，基本掌握常用热电阻及其测温原理。教学重点热电偶冷端温度补偿方法。教学难点热电偶冷端温度补偿方法。使用教具未使用教具。课外作业1.复习所学内容；2.P89：29、31、32课后体会少数学生概念懂，但解题有困难，需进一步辅导。授课主要内容复习提问：热电偶的测温原理，以及同种金属能否构成热电偶？为什么？引入新课。6．热电偶冷端温度补偿方法（1）补偿导线法：实现局部补偿补偿导线：由0—100℃内热电特性与对应热电偶相同的廉价金属构成。补偿目的：将热电偶冷端延伸至温度恒定处，使其不受工作端温度变化的影响。EAB（t，t0）+EAB（t0，t1）=EAB（t，t1）铂铑-铂：补偿导线为铜-铜镍镍铬-镍硅：补偿导线为铜-康铜使用补偿导线时，应注意：补偿导线应与热电偶相匹配；极性不能接反。（2）采用补偿导线实现局部补偿后，冷端温度完全补偿方法：①冰浴法：将冷端浸于冰水混合物中，使t0=0℃②查表法：EAB（t，t0）=EAB（t，0℃）-EAB（t0，0℃）③校正仪表零点法：断开测量电路，使显示仪表的零点指示在室温，再接通电路。EAB（t，t0）=EAB（t指，t起），调整t起=t0，则t指=t④补偿电桥法：在补偿导线后面接上补偿电桥，使其产生一不平衡电压△U，来补偿冷端温度变化产生的误差。即EAB（t，0℃）-EAB（t0，0℃）+△U=EAB（t指，0℃）若使△U=EAB（t0，0℃），则t指=t⑤补偿热电偶法补偿热电偶的工作端温度恒为t0，其冷端与测量热电偶的冷端均为t1，补偿热电偶与测量热电偶的材料相同，或为其补偿导线，此时相当于两支相同的热电偶反串，测温仪表的指示值则为EAB（t，t0）所对应的温度，而不受t1变化的影响。7.热电偶测温系统的组成由热电偶、连接导线（补偿导线和铜导线）、显示仪表组成。使用时应注意三者匹配，如显示仪表为动圈表还需进行冷端温度补偿。三、热电阻1．测温原理：根据金属导体的电阻值随温度的变化而变化的性质进行测量。2．常用热电阻（1）铂电阻：分度号：Pt10（R0=10Ω）、Pt100（R0=100Ω）测温范围为-200—+650℃，测量精确、性质稳定，复现性好，价格较贵，抗还原性介质中性能差，可用于精密测温及作为基准热电偶使用。（2）铜电阻：分度号：Cu50（R0=50Ω）、Cu100（R0=100Ω）测温范围为-50—+150℃，电阻与温度成线性关系。灵敏度高，价格便宜，热惰性较大，适于测量化学反应器和锅炉中介质的温度。3.热电阻的结构形式（1）普通热电阻：由电阻体、绝缘子、保护套管、接线盒组成。（2）铠装热电阻：电阻体、绝缘子和保护套管三者加工在一起，体积小，动态响应快，可任意弯曲，精度高，便于安装，适用于结构复杂或狭小设备的温度测量。（3）表面型热电阻：尺寸小，响应速度快，适用于测量轴瓦或其他机件的温度。（4）隔爆型热电阻：适用于具有爆炸性危险场所的温度测量。4.热电阻测温系统的组成由热电阻、连接导线和显示仪表组成。使用时，测温元件与显示仪表应匹配，连接时应采用三线制，以减小连接导线电阻的变化对测量的影响。四、一体化温度变送器1.工作原理输入电路接受测温元件送来的热电势或热电阻信号，转换成相应的电压输出，送入高性能运算放大器放大，放大后的信号一路经U/I转换处理成电流4—20mA输出；另一路经A/D转换器处理后到表头显示。2.特点变送器可现场安装于测温元件接线盒内，省补偿导线；抗干扰能力强；精度高，功耗低，工作稳定可靠。但现场条件恶劣，处理故障麻烦。五、温度检测仪表的选择与安装1.温度仪表的选择根据工艺要求、操作和环境条件、被测介质的温度范围，确定温度仪表的类型及保护套管的材料，选显示仪表注意匹配。2.测温元件的安装测温点应选在温度变化灵敏并具代表性的地方；测温元件应逆流安装，工作端应处于管道中心流速最大处；测温元件有足够的插入深度；就地显示仪表应便于观察。3.布线要求注意补偿导线匹配，极性不能接反；线路电阻符合二次仪表的要求；导线应避免接头，穿管走线；信号线与电源线分开布线。[本节小结]：1.热电偶使用补偿导线后采用的冷端温度补偿方法有冰点法、校正仪表零点、补偿电桥法、查表计算法和补偿热电偶法。2.常用热电阻有铜电阻和铂电阻，热电阻使用时应注意与所用显示仪表匹配，并采用三线制连接。3.测温仪表选择时，应根据工艺要求、操作和环境条件、被测介质的温度范围，确定温度仪表的类型及保护套管的材料，选显示仪表注意匹配。[作业]：1.复习所学内容；2.P89：29、31、32扬州工业职业技术学院教案序号11周次6授课形式讲授授课章节名称§3-5物质成分分析§3-6其他参数检测教学目的通过讲解，使学生了解几种常用成分分析仪表的工作原理与基本结构；基本掌握电机转速的测量与皮带秤称重的工作原理。教学重点氧量分析仪和氢量分析仪的工作原理；电机转速的测量原理与皮带秤称重的工作原理。教学难点氧量分析仪和氢量分析仪的工作原理；电机转速的测量原理与皮带秤称重的工作原理。使用教具未使用教具。课外作业复习所学内容课后体会学生基本概念掌握得较好，完成教学任务。授课主要内容复习提问：化工工业生产中除了测量四大典型参数外，一般还要测量什么参数？引入新课。一、成分分析仪表的基本构成1．取样装置从工艺流程中取出具有代表性的待分析样品引入分析仪表。2．预处理系统将生产过程中提取的样品加以处理，以满足检测器对样品状态的要求。除灰尘、蒸汽、有害物质及干扰组分。3．检测变送（分析仪表的核心）将待分析样品的成分量或物性量转换成便于测量的电信号输出。4．信号处理及显示环节将分析装置送来的信号进行放大、运算等处理，进行相应的指示、记录，显示出最终分析结果。二、氧量分析仪1．热磁式氧分析器（1）工作原理根据氧气具有很好的磁化特性，其体积磁化率为正，且比其他气体大得多；并且氧气的磁化率随温度的升高而急剧下降的特点工作。（2）传感器结构由铂丝构成的热敏电阻R1、R2和固定电阻R3、R4构成测量电桥。当气体中不含氧气时，环形气室的中间通道中无气体通过，R1=R2，R3=R4，此时电桥平衡，输出电压△U=0。当被测气体中含氧气时，由于磁场的吸引作用，氧气被吸入中间通道，受热而温度上升。氧气的温度越高，磁场的吸引力越弱，因而冷氧气所受到的磁场吸引力比热氧气大得多，中间通道形成磁风，含氧量越高，磁风越强。此时，R1被带走热量多，减小较多，而R2减小较少，R3=R4，电桥失去平衡，输出不平衡电压△U。2．氧化锆氧量分析仪（1）工作原理：根据电化学中的浓差电池原理工作。（2）工作过程：氧化锆两侧装着多孔质的铂电极，其中一个铂电极与已知氧含量的气体充分接触，另一电极与待测含氧气体充分接触，当两侧气体中氧浓度不同时，浓度高的一侧，氧分子从铂电极获取电子，经氧化锆到达低浓度侧，失去电子给铂电极，变成氧分子，从而形成以氧化锆为电解质的浓差电池，两极板间产生电动势。氢量分析仪1．工作原理利用混合气体中待测气体含量发生变化，引起混合气体总的导热系数变化这一特性进行测量。2．基本构成热导式氢分析器由预处理装置、稳压器、发送器和显示仪表等环节组成。其核心部分是发送器。3．发送器——双桥路发送器由测量桥路、电源变压器及调整电路等构成。测量桥路实现氢气浓度到交流电压的转换。课本中发送器的测量桥路是典型的交流电源供电的双桥路结构。参比桥：R5、R7封装上限浓度气体，R6、R8封装下限浓度气体，构成不平衡电桥，其输出电压U1恒定；工作桥：R1、R3通以被测浓度气体，R2、R4充以下限浓度气体，其输出电压U2。当被测气体中氢气浓度增高或降低时，相应的R1、R3应减小或增大，从而使U2变化。U2与U1比较后，通过显示仪表进行指示、记录，即可测得氢气含量。四、利用皮带秤称重1．电子皮带秤的工作原理连续测量通过皮带单位距离的货物重量，同时相应测量皮带移动了多少个单位距离，在一段时间内将每个单位距离的重量累计起来就是这段时间皮带所运输的货物总量。2．电子皮带秤的基本结构由称重桥架（连接皮带和称重传感器）、称重传感器（由水平安装的悬臂梁式传感器构成）、测速传感器、称重仪表构成。3．动作过程当物料加在皮带上时，在重力作用下，称重传感器悬臂梁受力后产生弯曲变形，使粘贴在上面的电阻应变片的阻值发生变化，应变桥路失去平衡，从而输出与重量信号成正比的mv级电信号。该信号与来自测速成传感器的脉冲信号后，对这两种信号进行放大、滤波、A/D转换后送入CPU，进行积分运算，得到物料的累计量及瞬时流量加以显示。五、电机转速的测量1．磁电式转速传感器（1）基本结构：永久磁铁、感应线圈、磁盘（2）工作原理：根据电磁感应原理工作磁盘装在被测转轴上，与转轴一起旋转。当转轴旋转时，磁盘上的齿形将引起磁盘与永久磁铁间气隙大小的变化，从而使永久磁铁组成的磁路中磁通量随之发生变化。磁路通过感应线圈，当磁通量发生变化时，感应线圈感应出一定幅度的脉冲电势，其频率与磁盘的转速成正比，测出脉冲的频率，就可知道被测物体的转速。（3）特点：分辨率高，频率响应宽，可靠性高，可实现远距离传输。2．霍尔传感器测电机转速（1）工作原理：根据霍尔效应原理工作。在一磁感应强度为B的恒定磁场中放入一半导体薄片（霍尔片），霍尔片中通以电流I，则在与B及I垂直的方向上产生霍尔电势UH。UH=KHBI（KH为霍尔常数）（2）线性霍尔集成传感器将霍尔元件、恒流源、线性放大器等集成在一个芯片上构成线性霍尔集成传感器。其输出电压与外加磁场的强度呈线性比例关系。（3）霍尔传感器测电机转速电机转轴上安装一个齿盘，将线性霍尔集成传感器及磁路系统靠近齿盘，随着齿盘的转动，磁路的磁阻发生周期性变化，因而磁感应强度B也发生周期性变化，则线性霍尔集成传感器的输出电压随之呈周期性变化。霍尔器件的输出脉冲频率与电机转速成正比，测出脉冲频率，经隔直、放大、整形后可确定电机转速。[本节小结]：1．成分分析仪的基本结构包括取样装置、预处理系统、检测变送环节和信号处理及显示环节。氧量分析器有热磁式和浓差电池式两种，氢量分析器最常用的是热导式。2．常用的电机转速测量可用磁电式转速传感器或霍尔传感器进行测量，前者根据电磁感应原理工用，后者根据霍尔效应原理工作。电子皮带秤称重是利用粘贴在县臂梁上的应变片受力后的应变效应原理工作的。[作业]：复习所学内容扬州工业职业技术学院教案序号12周次6授课形式讲授授课章节名称单元测验教学目的通过单元测验，进一步了解学生对本阶段所学内容的掌握情况。教学重点精度、量程的确定，差压式液位计迁移量的计算，以及热电偶测温时温度补偿问题教学难点量程的确定，热电偶测温时温度补偿问题使用教具未使用教具。课外作业复习所学内容课后体会完成教学任务。授课主要内容1．如果某反应器最大压力为0.6MPa，允许最大绝对误差为±0.02MPa。现用一台测量范围为0~1.6MPa，准确度为1.5级的压力表来进行测量，问能否符合工艺上的误差要求？若采用一台测量范围为0~1.0MPa，准确度为1.5级的压力表来进行测量，问能符合误差要求吗？试说明理由。2．现需测量高温电炉温度，设炉内温度为900℃，允许误差不超过炉内温度的2%，供选择的测温仪表规格有：0—900℃；0—1200℃；0—1600℃三种，你认为应选择哪种规格的温度计？为什么？需要几级准确度等级？3．图示容器中装有两种互不相溶的液体，其密度分别为ρ1和ρ2，（1）试根据下图写出用差压计连续测量两液位交界面时，差压与液体交界面的高度间的相互关系式；（2）各阀门的作用及操作方法。4．已知分度号为K的热电偶工作端温度为800℃，通过其补偿导线将冷端由80℃延伸到20℃，显示仪表与其匹配，则仪表指示值为多少？如补偿导线极性接反，此时仪表指示值又为多少？由此产生的误差有多大？在此采取什么措施可使仪表指示值真实反映工作端温度？5．用K型热电偶测某设备的温度，测得的热电势为20mv，冷端（室温）为25oC，求设备的温度？如果改用E型热电偶来测温，在相同条件下，E热电偶测得的热电势为多少？6．某一标尺为0~1000oC的温度计出厂前经校验，其刻度标尺上的各点测量结果分别为：标准表读数标准表读数/oC02004006007008009001000oC被校表读数/oC02014026047068059031001oC（1）

求出该温度计的最大绝对误差值；（2）

确定该温度计的精度等级；（3）如果工艺上允许的最大绝对误差为8oC，问该温度计是否符合要求？7．某台空压机的缓冲器，其工作压力范围为1.1~1.6MPa，工艺要求就地观察罐内压力，并要求测量结果的误差不大于罐内压力的5%，试选择一台合适的压力计（类型，测量范围，精度等级），并说明其理由。扬州工业职业技术学院教案序号13周次7授课形式讲授授课章节名称第四章工艺参数的显示装置§4-1模拟式显示仪表教学目的通过讲解使学生基本掌握常用模拟式显示仪表的工作原理及常用类型。教学重点常用模拟式显示仪表的工作原理及常用类型。教学难点常用模拟式显示仪表的工作原理及常用类型。使用教具未使用教具。课外作业复习所学内容课后体会少数学生概念懂，但解题有困难，需进一步辅导。授课主要内容复习：热电偶常用温度补偿方法有哪几种？引入新课。一、模拟式显示仪表（一）动圈式指示仪表1．特点：结构简单、价格便宜，维修方便，体积小、重量轻2．基本结构：测量线路、测量机构（1）测量机构：磁电式毫伏计（2）工作原理：根据力矩平衡原理工作。3．XCZ-101型动圈表——配热电偶应保证每安装一次测温元件时，R外为15Ω；仪表出厂及搬动过程中须将1、4端子用导线短接，使用时将短路线断开；若只用补偿导线，则动圈表机械零点应调至室温；若用补偿导线和补偿电桥，则将其机械零点调至补偿电桥平衡时的温度。4．XCZ-102型动圈表——配热电阻热电阻必须采用三线制连接，连接导线电阻为5Ω，不足5Ω时通过调整电阻补足。动圈表不用时1、4端子应短接。二、自动平衡式显示仪表1．电子电位差计——配热电偶①工作原理：根据电压平衡原理进行测量（零值法）②基本结构：由测量线路、放大器、稳压电源、可逆电机、传动结构、同步电机、指示记录机构等组成电子电位差计本身带有冷端温度补偿电阻，热电偶与其配用时，只需接匹配补偿导线就可实现完全补偿。2．电子平衡电桥（1）工作原理：根据电桥平衡原理进行测量。（2）基本结构：除感温元件与测量桥路不同外，其余部分同电子电位差计。电子平衡电桥使用时，其分度号应与所用热电阻的分度号相一致。三、声光式显示仪表1．工作原理：以声音或光柱的变化反映被测参数超越极限或模拟显示被测参数的连续变化的仪表。光柱式显示仪表是以等离子柱、荧光光柱及发光二极管（LED）光柱的高低变化来模拟显示被测参数连续变化的显示仪表。2．XXS—10型闪光报警仪该报警仪是八路报警仪，可以与各种电接点式控制、检测仪表配合使用，用来指示生产过程中的各种参数是否越限，实现越限报警。此外，可以在线设置八种报警方式，可选择开路报警或短路报警，一台仪表就可实现多路报警。报警信号输入电路采用光电隔离器件，采用开关电源，具有极强的电压适应性和抗干扰性。[本节小结]：常用的几种模拟式显示仪表，在使用时必须注意显示仪表与测温元件相匹配。[作业]：复习所学内容扬州工业职业技术学院教案序号14周次7授课形式讲授授课章节名称§4-2数字显示仪表§4-3智能显示仪表教学目的通过讲解使学生基本掌握数字显示仪表以及智能显示仪表的工作原理及常用类型。教学重点常用数字显示仪表的工作原理及智能显示仪表的特点。教学难点常用数字显示仪表的工作原理及智能显示仪表的特点。使用教具未使用教具。课外作业复习所学内容课后体会完成教学任务。授课主要内容复习：两种常见模拟式显示仪表的工作原理，引入新课。数字式显示仪表概念：直接以数字形式显示被测参数值大小的仪表。这类仪表避免使用磁电偏转机构或机电式伺服机构，因而测量速度快、精度高，对所测参数便于进行数值控制，特别是能将模拟信号转换成数字信号，便于和计算机或其他数字装置联用。分类：⑴输入信号的形式分：电压型和频率型。其中电压型的输入信号是电压或电流，频率型的输入信号是频率、脉冲及开关信号。⑵被测信号的点数：单点和多点⑶仪表所具有的功能：数字显示仪、数字显示报警仪、数字显示输出仪以及具有复合功能的数字显示报警输出记录仪。数字式显示仪表的特点及基本功能数字式显示仪表特点：准确、灵敏、快速、方便、可多点测量；便于与计算机联用。基本功能：输入信号一般为电压、电流或频率脉冲信号及开关信号；以0~9数字形式及单位符号显示被测参数的测量值；可对被测参数自动测量和显示，也可对被测参数设定报警。数字式显示仪表的构成及原理⒈构成：普通数字式显示仪表有前置放大器、模数转换器、非线性补偿、标度变换和显示装置组成。（1）前置放大器：对检测变送来的微弱电信号进行放大，以便进一步处理。（2）A/D转换器：是数字式显示仪表的核心部分，任务是将连续变化的模拟量转换成与其成比例的、断续变化数字量。常见A/D转换器有双积分型（双斜率型）和逐次比较型。（3）非线性补偿：使仪表显示值与被测参数成对应比例关系而采取的补偿措施。常用的方法有模拟式非线性补偿、非线性模—数转换补偿法、数字式非线性补偿法等。（4）标度变换：进行量程变换，使仪表的显示数字直接表征被测参数的工程量。（5）计数显示：脉冲信号由计数器计数，经译码器，将被测量用十进制数显示。⒉原理：由检测单元送来的信号先经过变送器转换成电信号，由于信号较弱，需要进行前置放大后才能进行A/D转换，把连续变化的模拟信号转换成断续变化的数字信号量；然后经非线性补偿、标度变换后，最后送入计数器计数并显示；同时也可送入报警系统和打印机构，也可直接输出数字量。四、智能数字显示仪表1．智能数显表的特点与功能：全功能输入信号；具有多种显示方式和掉电保护功能；具有自动温度补偿及自动校零环节；具有故障自诊断功能；具有代数运算和逻辑运算功能，并能进行流量积算和PID控制，带有报警功能；可对信号类型、测量范围、报警内容等参数显示方式进行设置；可以通过通讯接口和计算机联网，构成计算机管理系统。2．智能数字式显示仪表的组成：主要有工业专用CPU、A/D转换器、EEPROM、显示控制器、液晶显示器、键盘控制器等部分组成。整个工作由微处理器负责，它根据键盘的按键命令，通过总线对各部件进行控制。由标准信号、热电偶、热电阻等送来的信号经处理送至模拟开关，在微处理器的控制下分别送入调理电路变换成适当的电压信号，经A/D转换后成为数字量，微处理器对该测量值经校零、线性化运算、冷端补偿等处理后，送至显示器显示。五、无纸记录仪以微处理器为核心，采用全电子化设计，直接将记录信号转化成数字信号送至随机存储器加以保存，采用LCD或用VGA监视器显示和记录被测参数。⒈特点：无纸，无墨，无一切机械转动部件，无需日常维护；输入信号种类多；可显示趋势曲线、数据、报表等；对输入信号可以组态或编程，能实现温压补偿、流量积算和PID控制等；有大容量的芯片存放测量数据；存放的数据可以通过人机界面进行各种处理和分析。⒉组成及基本工作原理有工业专用CPU、A/D转换器、只读存储器ROM、随机存储器RAM、显示控制器、液晶显示器、键盘控制器、报警电路、时钟电路等部分组成。无纸记录仪以单片微处理器为核心，对各种数据进行采集和处理，被记录数据可送至RAM上存贮，或送至液晶显示屏上显示，也可根据需要，随意放大或缩小，以便操作人员观察所记录信号的状态；同时，被记录信号可与设定的上、下限信号比较，一旦越限则发出报警信号。⒊使用⑴实时单通道显示⑵组态界面[本节小结]：了解几种常用的数字式显示仪表和智能式显示仪表，在使用时必须了解相关仪表的注意事项。[作业]：复习所学内容。扬州工业职业技术学院教案序号15周次8授课形式讲授授课章节名称第五章工艺参数的控制装置§5-1执行器之一教学目的通过讲解，使学生了解气动执行器的基本结构及工作方式教学重点气动薄膜调节阀的基本结构及其工作方式教学难点气开阀与气关阀的判断以及气开阀与气关阀的选择。使用教具未使用教具。课外作业复习所学内容课后体会学生基本概念掌握得较好，完成教学任务。授课主要内容复习提问：执行器分为哪几种？气动执行器的输入信号从哪儿来？输入信号范围一般为多少？引入新课。一、气动执行器的组成与分类1．组成：气动执行器一般由气动执行机构和调节阀两部分组成，根据需要还可以配上阀门定位器和手轮机构等附件。2．气动执行机构的分类主要有薄膜式和活塞式两种，其次还有长行程执行机构和滚筒膜片执行机构等。气动薄膜式执行机构主要由弹性膜片、圆盘、平衡弹簧、调节螺母和推杆等组成。当调节器送来的气压信号引入膜片上时，形成一个推力使膜片和推杆移动，同时平衡弹簧产生一反向平衡力，当两个力相等，推杆停在某一位置。推杆行程与调节器的输出信号成一一对应关系。3．控制机构（调节阀）：主要由阀体、阀芯和阀座等组成。动作过程：在执行机构的推力作用下，当阀杆移动时，控制机构中的阀芯产生位移，改变阀芯与阀座间的流通面积，从而改变被控介质的流量，以克服干扰对系统的影响，达到控制的目的。4．执行机构与调节机构的组合方式执行机构分为正作用和反作用两种：当输入的气压信号增加时，推杆下移，则为正作用，反之，为反作用。下部的阀体内，阀芯也有正装和反装两种：推杆下移时，阀关小，则为正装；推杆下移时，阀开大，则为反装。两者组合起来，可形成气开阀与气关阀，共有四种方式，即正作用与反装、反作用与正装形成气开阀；正作用与正装、反作用与反装形成气关阀。二、调节阀的主要类型（1）直通单座阀：适用于小口径、低压差场合。（2）直通双座阀：不宜用在高粘度、含悬浮颗粒和含纤维介质的控制。 （3）角型阀：适于高粘度、含悬浮物和颗粒的流体控制，不易堵塞，易于清洗。（4）三通阀：一般用于代替两个直通阀进行热交换器的旁路调节。（5）蝶型阀：适用于低差压，大流量的气体，或含少量悬浮物及纤维或粘度不大的液体，但泄漏量大。（6）隔膜阀：适用于防腐蚀、或有毒、可燃易爆和贵重的流体，以及真空场合。（7）笼式阀（套筒阀）：可用于差压较大和要求噪声较低的场合。（8）凸轮挠曲阀（偏心挠曲阀）：适用于大粘度介质及一般场合。（9）球阀：适用于高粘度和脏污介质场合。三、调节阀的流量系数与流量特性1.流量系数：控制阀在特定行程下，阀两端压差为0.1MPa，流体密度为1g/cm3时，流过控制阀的流量（m3/h）。阀出厂时提供的流量系数是指阀全开时的流量系数，即额定流量系数。2.流量特性：控制阀的开度与流过阀的流量之间的关系。是控制阀的相对开度与流量阀的相对流量之比。由于阀芯的形状不同，阀的流量特性也不相同。典型的理想流量特性主要有直线型、等百分比型（对数型）、快开型和抛物线型四种。[本节小结]：主要讲解了气动薄膜调节阀的基本结构、工作方式和基本类型，着重强调了气开阀与气关阀的组合方式。[作业]：复习所授内容。扬州工业职业技术学院教案序号16周次8授课形式讲授授课章节名称§5-1执行器之二教学目的通过讲解，使学生了解常用气动薄膜调节阀的特点及阀门定位器的作用。基本掌握执行器的选择方法；了解电动执行器的组成及基本结构。教学重点气动薄膜调节阀的选择方法。教学难点掌握执行器的选择方法；了解电动执行器的组成及基本结构。使用教具未使用教具。课外作业复习所学内容课后体会学生基本概念掌握得较好，完成教学任务。授课主要内容复习提问：执行器分为哪几种？气动执行器的输入信号从哪儿来？输入信号范围一般为多少？引入新课。四、电/气阀门定位器电/气阀门定位器具有电/气转换器和阀门定位器两种作用。它可用电动控制器输出的电信号去操纵气动执行机构，还可以使阀门位置按控制器输送的信号准确定位，即输入信号与位置呈一一对应关系。其工作原理是根据力矩平衡原理工作的。五、气动薄膜调节阀的选择1．调节阀结构类型及材质的选择由被测介质的工艺条件（温度、压力、流量等）和介质的性质（粘度、腐蚀性、毒性、状态等）以及控制系统的要求进行选择。一般优先选用直通单座和直通双座阀以及笼型阀。2.调节阀气开与气关形式的选则选用原则：从安全角度出发，一旦输入到气动执行器的气压信号由于某种原因中断时（如气源故障、堵塞、泄漏等），调节阀的状态应能保证人员和设备安全。还应考虑保证产品质量、降低能耗、顾及介质特点。3．调节阀流量特性的选择依据过程特性，结合系统的配管情况综合考虑。一般定值控制系统多选对数特性。4．调节阀口径大小的选择控制阀的尺寸是按负荷的大小（阀的流通能力）、系统提供的压差、配管情况、流体性质等设计的。可由生产需要的流量和压差，确定阀门的流量系数，选择阀门尺寸。六、调节阀的安装与维护1．安装地点：应便于维修，靠近地面；环境温度-40℃—60℃，以防执行机构的薄膜老化，并远离振动和腐蚀。2．安装位置：垂直安装在水平管道上，如确需水平或倾斜安装时，应加支撑。3．安装前，应清洗管路，排去污物和焊渣；安装后应再次清洗，并检查阀门与管道连接处的密封性能。安装时，流体流动方向应与阀体箭头方向一致；若阀的公称直径与管道直径不一致时，两者之间应加异径管。4．调节阀应安装旁路阀和切断阀，以便拆卸调节阀且不影响工艺生产的正常进行。定期进行保养和维修。七、电动执行器电动执行器包括执行机构与调节阀两部分。其调节阀部分与气动执行器通用，执行机构主要使用电动机作为动力元件实现控制。最简单的电动执行器是电磁阀，利用电磁铁的吸合和释放，对小口径阀门作通断控制。结构简单，价格低廉，常和两位式简易调节器组成简单控制系统。其他连续动作的电动执行器部分使用电动机用动力元件，将调节器传来的信号转变为阀的开度。电动执行机构根据所配用的调节机构不同，输出方式有直行程、角行程和多转式三种类型，可分别与直线移动的调节阀、旋转的蝶阀、多转的闸阀或感应调节器等配合工作。例：一反应釜温度控制系统，釜内为放热反应，用冷却水调节釜内温度，试选择合适的确定调节阀。解：因反应釜内为放热反应，故要求一旦出现气源信号中断故障，应保证反应釜内温度较低，否则会造成设备和人身的损害，因此应使调节阀处于开启状态，以保证冷却水进入反应釜内。即无气压信号时，调节阀打开，有气压信号时，调节阀关小，选择气关阀。[本节小结]：主要讲解电/气阀门定位器的作用。气动薄膜调节阀的选择时，必须考虑调节阀的结构形式及材质、调节阀的气开与气关形式、调节阀的流量特性及调节阀的口径大小。最主要的是从安全角度考虑阀的气开与气关形式。电动执行器使用灵活，但结构复杂，价格较高。[作业]：复习所授内容。扬州工业职业技术学院教案序号17周次9授课形式讲授授课章节名称§5-2控制器教学目的通过讲解，使学生掌握DDZ-Ⅲ型调节器的特点及使用；了解单回路调节器和可编程控制器的特点。教学重点DDZ-Ⅲ型调节器的功能及使用教学难点DDZ-Ⅲ型调节器的使用使用教具未使用教具。课外作业复习所学内容课后体会学生基本概念掌握得较好，完成教学任务。授课主要内容复习提问：气动薄膜式控制阀的组成与工作方式？执行器的选择原则。引入新课。一、概述1．控制器的类型：模拟式控制器（如DDZ-Ⅲ型调节器），数字式控制器（如KMM可编程调节器、PLC可编程控制器）。2．控制器特性：控制器的输出与输入之间的关系。从控制系统的角度讲，控制器的输入信号是被控变量的设定值与测量值之差；控制器的输出信号是送往执行机构的控制命令。分析控制器的特性也就是分析控制器的输出信号随输入信号变化的规律。3．控制器的作用方向：正作用方向与反作用方向。4．控制器的控制规律：控制器在输入信号作用下偏差，它的输出信号（即控制信号）随时间的变化规律。简要分析课本上的蒸汽加热反应釜。二、DDZ-Ⅲ型调节器1．DDZ-Ⅲ型调节器的功能（1）采用高增益、高阴抗线性集成电路组件，提高了仪表的精度、稳定性和可靠性。（2）由于采用集成电路扩展了功能，在基型调节器的基础上可增加各种功能。 （3）整套仪表可以构成安全火花型防爆系统，安全性能增加。（4）有软、硬两种手动操作方式，提高了调节器的操作性能。（5）调节器设有正、反作用开关供选择，以满足控制系统的控制要求。（6）采用国际标准信号制。2．使用DDZ-Ⅲ型调节器时注意事项（1）正确设置内、外设定开关。（2）注意不同场合采用不同的控制方式（3）调节器的正反作用开关不能随意选择要根绝实际情况而定，保证控制系统为负反馈。3．DDZ-Ⅲ型调节器的特点（1）采用线性集成电路，有很高的稳定性和可靠性。（2）采用国际标准信号制。（3）采用24VDC供电，并备有蓄电池作为备用电源。（4）结构合理，功能多样（5）可构成安全火花型防爆系统。4．DDZ-Ⅲ型调节器的外形图（简要介绍）5．DDZ-Ⅲ型调节器的操作操作步骤：（1）通电前应做的检查与准备①通电前应检查电源端子是否短路及电源极性是否正确采用线性集成电路，有很高的稳定性和可靠性。②根据工艺需要确定正反作用开关的位置③按照控制阀的特性安装好阀位指示方向（2）手动操作启动（3）手动到自动的切换凡是切换到硬手动的操作都要先进行平衡再切换，而其他切换都是一步直接切换。三、可编程调节器（以微处理器为运算和控制核心，可由用户编制程序，组成各种调节规律的数字式控制仪表）1．可编程调节器的主要特点（1）实现了模拟仪表与计算机一体化。（2）具有丰富的运算控制功能。（3）使用灵活方便，通用性强。（4）具有通信功能，便于系统扩展。（5）可靠性高，维护方便。2．可编程调节器的编程与组态编程方式有：编程器编程与在上位机应用编程软件包编程常见组态方法有：组态字方式、模块代码方式与组态语言法。四、可编程控制器可编程控制器是一种以微处理器为核心器件的逻辑和顺序控制装置。可编程控制器的主要特点（1）构成控制系统简单。（2）改变控制功能容易。（3）编程方法简单。（4）可靠性高。（5）适应于工业环境使用。2．可编程控制器的构成PLC的主机有CPU、存储器、输入输出单元、输入输出扩展接口、外部设备接口以及电源等部分组成。各部分之间通过由电源总线、控制总线、地址总线和数据总线构成的内部系统总线进行连接。PLC有整体式和模块式两种。3．可编程控制器的分类（1）按照I/O能力分，一般可分为小、中、大三种。（2）按照功能强弱，PLC大致可分为低、中、高三档。（3）PLC的编程语言主要有五种：梯形图语言、布尔助记符语言、功能表图语言、功能模块图语言和结构化语句描述语言。五、可编程控制器的工作过程及系统设计1．可编程控制器的工作过程分为三个阶段：输入采样、程序执行和输出刷新。PLC控制系统设计的基本步骤和内容（1）确定系统运行方式与控制方式（2）选择输入设备、输出设备，以及由输出设备驱动的控制对象（3）PLC的选择（4）分配I/O点，绘制I/O连接图。（5）设计控制程序，经过反复调试、修改，直到满足要求为止。（6）编制控制系统的技术文件。[本节小结]：主要讲解了DDZ-Ⅲ型调节器的功能、特点以及具体的操作，着重强调了使用时的注意事项。还介绍了可编程调节器的主要特点以及编程和组态。最后简要介绍可编程控制器的基本构成，工作过程以及系统设计。[作业]：复习所授内容扬州工业职业技术学院教案序号18周次9授课形式讲授授课章节名称§5-3控制器的基本控制规律教学目的通过讲解，使学生基本掌握常用控制规律的特点及适用场合，掌握控制参数对过渡过程的影响。教学重点常用控制规律的特点及适用场合教学难点控制参数对过渡过程的影响。使用教具未使用教具。课外作业复习所授内容课后体会大部分学生这部分内容掌握得较好，完成教学任务，实现教学目的。授课主要内容复习提问：控制器的正反作用。DDZ-Ⅲ型调节器的功能与特点。引入新课。一、概述1．控制规律：当调节器接受偏差输入信号后，其输出信号（控制信号）的变化规律。2．基本控制规律：比例控制、积分控制、微分控制。二、比例控制1．比例控制规律：调节器输出的变化量与输入的偏差大小成比例。△p（t）=Kpe(t)式中，△p（t）为调节器输出变化量；Kp为比例放大倍数；e（t）为调节器的输入偏差变化量。e（t）一定时，Kp越大，调节器的输出△p（t）越大，比例调节作用越强。2．比例控制的特点调节及时，克服偏差有力，但调节结束后总存在余差。3．比例度及其对控制过程的影响（1）比例度δ比例度就是指比例调节器输出变化了全范围时，相应输入变化占总输入范围的百分数。（emax-emin）为控制器输入的最大变化范围；（pmax-pmin）为调节器输出的最大变化范围。在单元组合仪表中，调节器的输入和输出是统一的标准信号，变化范围都相同，在单元组合仪表中，调节器的比例度为：（2）比例度对过渡过程的影响e（t）一定时，δ越小，比例调节作用越强，过渡过程曲线越振荡，相应的余差也小；当δ太小，过渡过程会产生等幅振荡或发散振荡，这是不允许的。δ越大，过渡过程曲线越平坦，控制作用越弱，相应的余差也大，δ过大，则无控制作用。（3）适用场合：常用于对被控变量要求不高，扰动不大，滞后较小，允许存在余差的场合。三、积分控制1．积分控制规律：调节器输出的变化量△p与输入偏差e对时间的积分成比例。式中，为积分速度。积分控制的输出，不仅与偏差的大小有关，而且与偏差存在的时间长短有关，只要偏差存在，即使很小，只要偏差存在的时间长，调节器的输出也很大；只有当偏差为零时，调节器的输出才停止变化，执行器才停止动作，系统才稳定下来。2．特点：积分控制最显著的特点是消除余差，但存在滞后，动作缓慢，动偏差很大，一般不单独使用。3．调节参数：越小，积分作用越强。若太小，易引起振荡。4．比例积分控制规律（1）控制规律：（2）调节参数：比例度δ和积分时间TI（3）特点：控制及时，克服偏差有力，又能消除余差。一般用于不允许存在余差的压力和流量控制系统中。（4）PI调节器的积分时间及其对控制过程的影响①积分时间TI的求取：在阶跃偏差作用下，PI调节器的输出达到比例输出的二倍时，所经历的时间就时积分时间。②积分时间TI对过渡过程的影响当δ不变时，TI越小，积分作用越强，过程的振荡度加剧，但余差能被克服，当TI过小，过程也会出现发散振荡。TI越大，积分作用越弱，当积分时间TI延伸至无穷大时，则PI调节器就丧失了积分作用，成了一个纯比例调节器。四、微分控制1．微分控制规律：调节器输出的变化与输入端变化速度成比例的控制规律。式中，为比例系数，又称为微分时间。为偏差变化的速度特点：微分输出只与偏差的变化速度有关，与偏差是否存在无关。2．比例微分控制规律实际微分调节器的输出由两部分组成：δ为100%的比例作用和微分作用。当输入一幅值为A的输入信号时，其输出为：式中，KD为微分放大倍数；TD为微分时间。TD越大，微分作用越强，过程的动偏差减小，余差也较小。特点：具有超前，快速的作用，可以减小过程的最大偏差和调节时间。比例积分微分控制调节参数：、、特点：超前调节，克服偏差有力，可以消除余差。当时，；当为最大，；当将放到最大，调到零时，则为纯比例控制。五、控制器控制规律的选择针对被控变量的情况，控制规律的选择一般考虑为：流量——PI；液位——P（或PI）；气体压力——PI（或P）；蒸汽压力——PID；温度（成分）——PID。[本节小结]：主要讲解了几种常见的控制规律以及各自的特点。积分控制可以消除余差；微分控制可以超前调节；其调节参数分别为δ、TI和TD，δ越小，比例调节作用越强，但δ太小会引起振荡。TI越小，积分控制作用越强，TD越小，微分控制作用越弱。掌握PID控制规律以及特点。[作业]：复习所授内容扬州工业职业技术学院教案序号19周次10授课形式讲授授课章节名称习题课、§6-1概述教学目的通过练习使学生巩固前面所学的内容，掌握关键知识点教学重点通过练习使学生巩固前面所学的内容，掌握关键知识点教学难点通过练习使学生巩固前面所学的内容，掌握关键知识点使用教具未使用教具。课外作业复习所授内容课后体会完成教学任务，实现教学目的。授课主要内容例1．某气动比例控制调节器，比例度为50%，其液位测量范围为0~1.2m，当指示值变化0.12m时，相应的调节器输出变化是多少？解：被控变量的最大变化值：调节器输出的最大变化范围：根据可以得到例2．已知温度控制系统的测量范围为0—400℃，使用DDZ—Ⅲ型控制器。设控制器的比例度为50%，当温度测量值变化为100℃，求控制器输出将变化多少？温度测量值变化多少时，控制器作全范围变化？解：被控变量的最大变化值：=400℃-0℃=400℃控制器输出的最大变化范围：℃根据可以得到要使控制器作全范围的变化，则根据可以得到：℃例3．某台DDZ-III型比例积分控制器，比例度为100%，积分时间为2min。稳态时，输出为5mA。某瞬间，输入突然增加了0.2mA，试问经过5min后，输出将由5mA变化到多少？解：对于该台比例积分控制器来说，由于输入范围和输出范围相同，均为4—20mA，比例放大系数。现输入，其输出变化量代入所给数值，得例4．一台DDZ-III型温度比例控制器，测温范围为200—1200℃。当温度给定值由800℃变动到850℃时，其输出由12mA变化到16mA.试求该控制器的比例度及放大倍数系数。该控制器是高于正作用还是反作用控制器，为什么？解：根据比例度的定义，并代入有关数据，可得比例度为由于是单元组合式仪表，输入到温度控制器的信号是由温度变送器来的4—20mADC信号，与输出信号一样，都是统一的标准信号，所以温度控制器的放大系数与其比例度成倒数关系，故有该控制器当给定信号增加时，其输出信号也是增加的。由于给定信号与测量信号在进行比较时，是相减的运算，控制器的输入信号（偏差）等于测量信号减去给定信号，所以当给定信号增加时，控制器的偏差信号是减小的，而这时输出信号反而增加，故该控制器属于反作用式控制器。一、概述1．简单控制系统框图简单控制系统有两个通道：控制通道和扰动通道。2．传递函数描述传递函数是一种用系统参数表示输出量与输入量之间关系的表达式。[本节小结]：通过习题讲解进一步巩固前面所学的基本知识。[作业]：复习所授内容扬州工业职业技术学院教案序号20周次10授课形式讲授授课章节名称§6-2被控对象教学目的通过讲解，使学生基本掌握被控对象的特性及典型过程特性的确定。基本掌握描述对象特性的三个参数的含义。教学重点被控对象的基本特性；对象特性的三个参数的含义教学难点典型过程特性的确定。使用教具未使用教具。课外作业1．复习所授内容；2．P145：7、9、19课后体会大部分学生这部分内容掌握得较好，完成教学任务。授课主要内容复习提问：自动控制系统的基本组成以及控制器的基本控制规律。引入新课。一、概述1．简单控制系统框图简单控制系统有两个通道：控制通道和扰动通道。2．传递函数描述传递函数是一种用系统参数表示输出量与输入量之间关系的表达式。二、被控对象1．被控对象的特性：对象在输入作用下，其输出变量随时间变化的特性。（1）控制通道特性：当扰动作用不变，控制作用作阶跃变化时，被控变量随时间变化的特性。（2）干扰通道特性：当控制作用不变，干扰作用作阶跃变化时，被控变量随时间变化的特性。2．对象的负荷：当生产过程处于稳定状态时，单位时间内流入或流出对象的物料量或能量。负荷变化的大小、快慢及次数是系统的扰动作用。对象的负荷稳定有利于控制。3．对象的自衡性：对象的负荷改变后，无需外界控制作用，被控变量自行趋近于一个新的稳定值的性质。具有自衡性的对象有利于控制，只要选用较简单的控制器，就能获得满意的控制质量。三、典型过程特性的确定基本分析方法：根据物料平衡与能量平衡关系，列出相应微分关系式，确定动态特性。1．一阶特性如对一水位控制对象，流入水流量Q1由进水阀1控制，流出水流量Q2由出水阀2控制，工艺要求水位保持h不变，所以被控变量为水位，阀1开度变化是干扰，阀2的开度变化是控制作用。由物料平衡关系有：Q1–Q2=dV/dt=Adh/dtQ2=h/Rs有：ARsdh/dt+h=RsQ1令T=ARsK=Rs则Tdh/dt+h=KQ12．积分特性如将出料阀2换成定量泵，则流出量与液位无关，流入量Q1发生阶跃变化时，液位即h发生变化。即Q1=dV/dt=Adh/dt被控变量液位h与时间t之间呈积分关系四、对象特性参数1．放大系数K及其对控制过程的影响控制通道：其值越大，说明它对被控变量的影响越灵敏，控制作用对扰动补偿的能力强，干扰越容易克服。干扰通道：其值越大，被控变量偏离设定值的程度也越大，它反映了扰动作用对被控变量影响的灵敏程度。放大系数仅与控制过程的起点及终点有关，与中间过程无关，代表对象的静态特性。2．时间常数T及其对控制过程的影响——动态参数时间常数的求法：从阶跃响应曲线的起点作切线，与最终稳态值相交，从切点至切线与稳态值相交的交点间的时间间隔即为时间常数。时间常数越大，表示对象在阶跃输入作用下，被控变量变化缓慢，达到新的稳态值所需的时间也越长。时间常数的大小反映了被控变量响应速度的快慢控制通道T0：T0越小，被控变量响应速度越快，控制作用越及时，控制质量较易得到保证。干扰通道Tf：Tf越大，相当于扰动作用被大大延缓，对被控变量的影响显得比较和缓，较易被控制作用所补偿而获得较高的控制质量。3．滞后时间τ及其对控制过程的影响——动态参数滞后类型：纯滞后——由于距离-速度引起的滞后容量滞后——多容量对象的固有属性控制通道：控制通道存在滞后不利于控制干扰通道：干扰通道的容量滞后越大，扰动对被控变量的影响越小，对控制系统有利。五、被控变量与操纵变量的选择1．被控变量的选择被控变量必须是独立变量；应能反映工艺操作指标或反应工艺的操作状态，是工艺生产过程中重要的变量；必须注意相互关联的问题。2．操纵变量的选择操纵变量应是可控的，即工艺上允许调节的变量；操纵变量应是控制通道放大系数较大者，时间常数较小者，纯滞后时间也尽量小，并尽量使扰动远离被控变量而靠近调节阀；扰动通道的放大系数应尽可能小，时间常数越大越小；须考虑工艺上的合理和方便；当广义过程的控制通道由几个一阶滞后环节组成时，要避免各个常数相等或相接近的情况。[本节小结]：对象特性包括控制通道特性和干扰通道特性两部分。对象的负荷稳定有利于控制，对象具有自衡性也有利于控制。典型的对象特性一般是根据物料平衡与能量平衡关系列出相应的微分关系式求得。描述对象特性的三个参数分别是放大系数、时间常数和滞后时间，希望控制通道的放大系数要大一些、时间常数要小一些、滞后时间最好为零。三个参数的大小对控制过程有着很大的影响，在应用中应予以重视。[作业]：1．复习所授内容；2．P145：7、9、19扬州工业职业技术学院教案序号21周次11授课形式讲授授课章节名称§6-3控制系统的参数工程整定和投运教学目的通过讲解，使学生掌握几种常见的控制器参数的工程整定方法；掌握控制器的正反作用方向的确定。教学重点控制器参数的工程整定方法；控制器的正反作用方向的确定。教学难点控制器的正反作用方向的确定。使用教具未使用教具。课外作业1．复习所授内容；2．P164：6、7、8、9。课后体会完成教学任务。授课主要内容复习提问：简单控制系统的基本组成，并能够画出其典型方块图。引入新课。一、控制系统的参数工程整定控制器的参数整定就是设置和调整PID参数，即控制器的比例度、积分时间和微分时间。通过改变这三个参数的大小就可以改变整个系统的性能，使控制系统的过渡过程达到满意的控制品质。控制器参数的整定方法通常分为两大类：理论计算整定法和工程整定法。工程整定法就是在被控对象运行时，直接在控制系统中，通过改变控制器的参数，观察被控变量的过渡过程，来获取控制器参数的最佳数值。经验试凑法根据被控变量的性质在已知合适的参数范围内选择一组适当的值作为控制器当前的参数值，然后直接在运行的系统中，认为加上阶跃干扰，通过观察记录仪表上的过渡过程曲线，并以比例度、积分时间、微分时间对过渡过程的影响为指导，按照某种顺序反复试凑三个参数的大小，直到获得满意的过渡过程曲线为止。温度系统：选用较小的比例度，较大的积分时间，同时要加入微分作用，微分时间为积分时间的四分之一。流量系统：不用微分作用，宜用PI调节规律，且比例度要大，积分时间可小。压力系统：与流量系统的整定原则相同。液位系统：宜用纯比例控制，比例度要大，一般不用微分控制，要求较高时应加入积分作用。2．临界比例度法首先求取在纯比例控制作用下的闭环系统（等幅振荡过程）的比例度和振荡周期，然后根据经验公式计算出相应的控制器的参数。使用临界比例度法整定调节器参数时，需要注意：一是工艺允许被控变量作等幅振荡；二是获取等幅振荡曲线时，不能使控制阀出现全开、全关的极限状态。3．衰减曲线法它与临界比例度法的唯一差异在于是以在纯比例下，按比例度从大到小的变化规律，对应于某一值做小幅度的设定值阶跃干扰，获得4：1衰减振荡曲线为参数整定的依据，记下此时的比例度，并在4：1的曲线上求得振荡周期，然后根据经验公式，求出相应的比例度、积分时间和微分时间。当得到的过渡过程仍不理想，则可根据曲线振荡的情况，对控制器参数再做适当调整。二、控制系统的投运与维护1．控制系统投运前的检查（1）检查控制系统的各组成部件（2）对各连接管线、接线进行检查，保证连接正确。（3）注意隔离措施（4）应设置好控制器的正反作用、内外设定开关。（5）注意检查控制阀以及阀门定位器（6）进行联动试验，观察是否运行正常。2．控制系统的投运（1）检测系统的投运（2）控制系统投运（3）控制系统的参数整定。3．控制系统的维护（1）定期和经常性的仪表维护（2）发生故障时的维护三、控制系统中各组成环节作用方向的确定一个控制系统主要由四个基本环节构成。每个环节都有自己的作用方向。1．被控对象：规定：当操纵变量增加时，被控变量也增加的对象属于“正作用”；反之，被控变量随操纵变量的增加而降低的对象属于“反作用”。2．执行器：执行器的作用方向由它的气开、气关型式来确定。气开阀为“正”方向；气关阀为“反”方向。3．控制器：如果将控制器的输入偏差信号定义为测量值减去给定值，那么当偏差增加时，其输出也增加的控制器称为“正作用”控制器；反之，控制器的输出信号随偏差的增加而减小的称为“正反作用”控制器。控制器的作用方向，在已知检测变送器、执行器、被控对象的作用方向的基础上，根据负反馈原则，可以通过三种方式来确定。逻辑推理、方块图、开环增益判断。以课本P163中的图6—12为例进行分析。[本节小结]：控制系统的参数整定有经验试凑法，临界比例度法与衰减曲线法。基本掌握这三种整定方法以及它们的特点，此外要掌握控制系统中各组成环节作用方向的确定原则。[作业]：1．复习所授内容；2．P164：6、7、8、9。扬州工业职业技术学院教案序号22周次12授课形式讲授授课章节名称测验讲解教学目的通过习题讲解，进一步巩固加强基本概念，巩固所学知识点。教学重点精度、量程的确定，差压式液位计迁移量的计算，以及热电偶测温时温度补偿问题教学难点量程的确定，热电偶测温时温度补偿问题使用教具未使用教具。课外作业无课后体会学生测验完成情况良好授课主要内容1.解：对于测量范围为0~1.6MPa，准确度为1.5级的压力表，允许的最大绝对误差为：1.6MPa×1.5=0.024MPa此值超过了工艺上允许的最大绝对误差（±0.02MPa），所以是不合格的。对于测量范围为0~1.0MPa，准确度为1.5级的压力表，允许的最大绝对误差为：1.0MPa×1.5=0.015MPa此值小于工艺上允许的最大绝对误差（±0.02MPa），所以是合格的。2.解：由题意知，允许的最大绝对误差为2%*900℃=18℃可选择0—1200℃的测温仪表；其允许误差为：δ=±18℃/1200℃*100%=±1.5%，应选择1.5级表；如选择0—1600℃的测温仪表，则其允许误差为：δ=±18℃/1600℃*100%=±0.5%精度为0.5级。从经济角度考虑，在满足测量要求的前提下，应选择0—1200℃、1.5级的测温仪表。3.解：ρ1g+（h-H）ρ2g+P0ρ2g+P0△P=ρ1-ρ2）g[解]：补偿导线极性接对时：有EK（800℃，80℃）+EK（80℃，20℃）=EK（t，0℃）则EK（t，0℃）=EK（800℃，0℃）-EK（20℃，0℃）=33277μV-798μV=32479μV查表得：EK（781℃，0℃）=32496μV，所以仪表指示值为781℃。补偿导线接反时：有EK（800℃，80℃）-EK（80℃，20℃）=EK（t，0℃）则EK（t，0℃）=EK（800℃，0℃）-2EK（80℃，0℃）+EK（20℃，0℃）=33277μV-2×3266μV+798μV=27543μV查表得：EK（662℃，0℃）=27529μV，所以仪表指示值为662℃。由此可知：补偿导线接错时产生的测量误差达到119℃。在用对补偿导线的前提下，可通过调整仪表机械零点至20℃、加补偿电桥或将补偿导线延伸至0℃等方法，实现完全补偿，使仪表指示值真实反映工作端温度。5.解：这是热电偶温度计的冷端温度不为0oC的问题；（1）冷端温度修正法；EK(T,0)=EK(T,T0)+EK(T0,0)T0=25oCK型热电偶；查K型热电偶分度表EK(T0,0)=EK(25,0)=1mv;已知：EK(T,T1)=20mv；则：EK(T,0)=21mv； 通过反查K型热电偶分度表T=508.5oC；（2）改用E型热电偶情况下：EE(T,0)=EE(T,T0)+EE(T0,0)T0=25oCE型热电偶；T=508.5oC查E型热电偶分度表EE(T,0)=37.8mv;T0=25oC查E型热电偶分度表EE(T0,0)=1.5mv;因此EE(T,0)=36.3mv;6.解：（1）最大绝对误差（2）允许误差（3）工艺要求那么求得根据工艺要求选取，要选择等级高的精度等级0.5；所以此温度计不符合要求。7.解：空气压缩机的缓冲器中的压力类型为平缓压力； 且只需要就地观察，不需要远传变送，所以选择普通单圈弹簧管压力计（类型）； 测量上限：工作压力范围1.1～1.6MPa；如果没有特殊要求，压力表下限选择0MPa；所以该压力计的量程为0～2.4MPa；且工作压力下限大于量程的1／3，小于量程的2／3，符合要求；精度等级的确定：满量程＝0～2.4MPa精度为1.5；扬州工业职业技术学院教案序号23周次12授课形式讲授授课章节名称第七章典型生产过程的控制§7-1传热过程的控制（串级、前馈）教学目的通过讲解，使学生掌握串级和前馈控制系统的特点与工作过程。教学重点串级、前馈控制系统工作过程。教学难点串级、前馈控制系统的工作过程。使用教具未使用教具。课外作业复习所授内容；课后体会大部分学生这部分内容掌握得较好，实现教学目的，完成教学任务。授课主要内容[复习提问]：几种简单控制系统控制器参数的工程整定方法；控制系统中各组成环节作用方向的确定。[新课讲解]：复杂控制系统有串级控制、前馈控制、选择性控制、分程控制、均匀控制、比值控制、多冲量控制。传热过程在化工生产中非常普遍，主要采用间壁式换热器，其特点是流动的冷、热流体之间以间壁隔绝。热流体的热