《能源测试技术》课程教学大纲

能源测试技术（EnergyTestingTechnology）课程基本信息课程编号：04021227课程总学时：32实验学时：6学时课程性质：选修课程属性:专业深化类开设学期：第6学期适用专业：农业建筑环境与能源工程对先修的要求：大学物理、电工学、电子电路、流体力学、工程热力学、传热学对后续的支撑：使学生能够掌握常规仪器的工作原理与使用方法，结合理论分析进行实验数据处理，为毕业设计实习打下坚实的理论基础和实践基础。一、课程的教学理念、性质、目标和任务《能源测试技术》是农业建筑环境与能源工程专业的一门专业深化类选修课程，是一门理论性和实践性均较强的专业课程。本课程注重实用性和科学性的统一，从实用角度出发，对目前在能源测量过程中较为流行的热工仪表进行全面系统的介绍，包括仪表及传感器的基本原理和基本结构，安装、使用、校验方法等。此外3个专题实验，促使学生掌握热工仪表的使用方法，加深对测量理论的理解。主要教学理念和教学策略有：1）引导学生自主学习。教师的角色向引导者、帮助者转变，改变以往教师主动、学生被动的情况。2）培养学生思维能力。在授课过程中采用探究式教学—传授学生探究知识的方法—以培养学生的创新思维能力。3）项目驱动，以赛促学。鼓励学生结合课程知识，申报大学生创新创业项目，构建基于大学生竞赛为中心的学习模式。小范围尝试，带领学生参加大学生竞赛，在竞赛的准备过程中，增强实践能力的同时加深对所学基本理论知识的理解。通过本课程的学习，使学生掌握能源动力测试技术的理论和方法的同时，培养学生创新能力，为今后的专业工作打下坚实的基础。二、课程教学的基本要求1.理论知识方面：了解能源测量的一般原理及过程，掌握测量中的误差与数据处理理论；熟悉评价测量仪表的基本技术性能指标的定义，能正确合理选用符合测量要求的仪表；了解常用的热工测量仪表的基本构造原理；掌握仪表的正确使用方法，测得准确的、符合测量精度要求的测量数据。2.实验技能方面：能够熟练掌握温度、流速流量和噪声等测量仪表的使用方法，以及正确处理所得数据。三、课程的教学设计1.教学设计说明整体规划：本课程共32学时，其中，理论教授部分共9章，26学时；实验环节3个，6学时。教学策略：调动学生主动学习、提高学生兴趣为主。本课程以培养复合型工程技术人才为核心，以课程教学和实践教学为抓手，使学生掌握能源动力测试技术的基本原理和方法，具备学以致用、解决实际问题的能力。在教学过程中：1）引导学生自主学习。在教学过程中避免填鸭式的知识满堂灌，教师的角色由灌输者、说教者、支配者向引导者、支持者、帮助者转变，改变以往教师主动、学生被动的情况。2）培养学生独立思考的能力。在授课过程中注重讲述知识的来龙去脉，激发学生主动思考。在遇到问题时，充分利用各种资源探寻答案。3）项目驱动，以赛促学。鼓励学生结合课程知识，申报大学生创新创业项目，构建基于大学生竞赛为中心的学习模式。带领学生参加大学生竞赛，在竞赛的准备过程中，通过解决遇到的一个个专业性问题，在增强实践能力的同时加深对所学基本理论知识的理解。教学方法：1）教师主导。教师主要讲授课程的基本概念、原理、重点难点和易混淆点。2）因需施教。课堂问题分为基本问题和附加问题。基本问题为必答题，附加问题为选答题。选答题提供给学有余力，且兴趣浓厚的同学思考回答。3）翻转课堂。学生自由组合形成学习小组，并利用网络空间开展学习，课上交流讨论，老师解答共性的疑问，注重学生的课前预习。4）创新实验。学生在实验环节以外，自己设计实验，经教师确认无误后，学生利用现有实验资源完成实验验证。教学内容：教学内容在教学组织实施中分为两部分，课程教授和案例教学为一部分，主要是各种测量仪表的基本构造原理，重点难点和易混淆点；另一部分通过课程布置主题讨论或线下完成议题思考、系统设计等。教学评价：学习过程评价为多元体系，既包括课堂考勤、回到问题、听课情况等，也包括线下内容与讲解过程的评价，再结合课程实验和考试环节综合评价。通过理论教授、案例教学、综合实验、课外实践和问题讨论等提高学生工程知识水平、现代动力测试工具使用能力、应用设计能力等。2.课程目标及对毕业要求的支撑序号课程目标毕业要求1目标1：通过测量误差和不确定相关知识学习，使学生具备根据测量误差的规律性，找出消除或减小误差的方法，合理地处理和分析实验数据，科学地表达测量结果。工程知识2目标2：通过对能源动力相关参数测量原理和方法的学习，使学生具备根据测试需求合理设计测量系统的能力。设计/开发解决方案3目标3：通过对测量原理的学习，使学生具备使用现代测试工具的能力。使用现代工具四、理论教学内容及学时分配（26学时）第一章热工测量的基本概念学时数：2教学目标：通过本章的教学，使学生了解测量的意义，认识到测量对我国能源高效利用、国防建设、科学研究和医疗诊断的重要性，树立科技强国信念和精益求精永不止步的工匠精神；理解测量的定义及测量过程三要素；掌握测量系统的组成，测量仪表的主要质量指标；熟练掌握测量方法的分类及其原理。教学重点和难点：重点包括测量方法、测量系统的组成及功能、测量元件的基本要求、测量仪表的质量指标。主要教学内容及要求：了解：测量的意义和发展，测量分类。理解：测量的定义；测量系统三个主要作用元件感受件、传送元件和显示元件的功能及对它们的要求。掌握：测量仪表的主要质量指标：量程、准确度、线性度、回差、重复性和重复性误差、灵敏度、分辨率、漂移等。熟练掌握：测量方法的分类及其原理。教学组织与实施：课前备课；课中从测量的发展历史导入测量的重要意义、知识构成梳理、理论讲授、课堂互动、随堂练习；课后答疑、指导学生查阅相关文献、根据反馈进行教学反思和整改。第二章测量误差和不确定度学时数：2教学目标：通过本章的教学，使学生了解测量误差和不确定评定的基本知识；理解误差的来源、分类和特点；掌握误差处理理论和方法；能对实验所测结果进行误差分析、剔除坏值；树立测量误差虽然不可能彻底消除但仍能通过合理的逐步减小的意识；培养学生的敬业精神，减小人为误差，从而提高测量质量。教学重点和难点：重点是测量误差的理论基础和间接测量中的误差分析；难点是测量误差的不确定度评定。主要教学内容及要求：了解：测量误差的定义、来源和分类。理解：真值、约定真值；绝对误差、相对误差、最大引用误差；测量准确度、精密度和精确度；系统误差、随机误差和粗大误差的概念和特点。掌握：系统误差变化规律；系统误差的判别和确定；随机误差的分布规律和误差估计；粗大误差的判定；不确定度的评定方法。熟练掌握：测量的精度等级的计算和仪表的选取。教学组织与实施：课前备课；课中主题引入、知识构成梳理、理论讲授、课堂互动、随堂练习；课后答疑、指导学生查阅相关文献、根据反馈进行教学反思和整改。第三章温度测量概述学时数：2教学目标：通过本章的教学，使学生进一步了解温度的重要性；理解温度的概念；了解国际温标的建立和发展；了解温标的传递；了解温度测量方法分类；掌握膨胀式温度计的结构和测温原理。通过对国际温标、温度计形成和发展的介绍，使学生对科技由粗到精致的发展历程有一个宏观的把握，激发学生对科技史的兴趣，树立科学的发展观和遵守温度计量法规的意识。教学重点和难点：重点是膨胀式温度计的分类和原理；难点是热力学温标的建立和温标的传递。主要教学内容及要求：了解：温度的定义；温度计的发展；温度测量方法分类；国际温标的建立；温标传递。理解：热力学第零定律；热力学温标。掌握：温标建立要素；膨胀式温度计的结构和原理。熟练掌握：压力式温度计的结构、原理和特点。教学组织与实施：课前备课；课中主题引入、知识构成梳理、理论讲授、课堂互动、随堂练习；课后答疑、指导学生查阅相关文献、根据反馈进行教学反思和整改。第四章热电偶和热电阻温度计学时数：4教学目标：通过本章的教学，使学生了解热电偶和热电阻的型号及特点；理解热电现象和热电偶测温原理；掌握热电偶的基本定律；掌握热电偶冷端温度补偿方法；了解标准化热电阻、铠装热电偶和标准热电阻温度计的结构和特点；掌握热电偶与热电阻温度计的选择、安装与标定。教学重点和难点：重点是热电偶测温技术，热电阻测温技术，热电偶与热电阻温度计的安装与标定；难点是热电偶测温技术和热电偶与热电阻温度计的标定。主要教学内容及要求：了解：几种常用的热电偶类型及其性能；标准化和铠装热电偶、热电阻的结构；热电偶温度计和热电阻温度计的选择和安装；半导体热敏电阻温度计的结构和特点。理解：热电偶的测温原理、热电阻测温原理，金属热电阻温度计和热敏电阻温度计的区别。掌握：热电偶冷端温度补偿方法；热电势测量电路，热电阻测温线路；热电偶与热电阻温度计的标定。熟练掌握：热电偶回路的基本定律及其应用。教学组织与实施：课前备课；课中主题引入、知识构成梳理、理论讲授、课堂互动、随堂练习；课后答疑、指导学生查阅相关文献、根据反馈进行教学反思和整改。第五章压力及压差测量学时数：2教学目标：通过本章的教学，使学生了解压力的基本概念；了解压力计和压差计的分类；理解液柱式压力计和弹性式压力计测量原理；掌握压力传感器的合理选用、安装和压力测量系统的标定。了解压力检定规范，树立压力表及压力容器定期送检意识。教学重点和难点：重点是稳态压力的测量，稳态压力指示仪表（液柱式压力计和弹性式压力计），压力传感器及压力测量系统的标定（包括静态标定和动态标定），压力仪器的安装及测压系统的组成。难点是动态压力的测量及不同的压力传感器。主要教学内容及要求：了解：压力的基本概念；压力单位件换算；液柱压力计的分类；弹性式压力计分类。理解：液柱式压力计的结构、原理和特点；弹性式压力计的结构、原理和特点。掌握：液柱式压力计和弹性式压力计测量范围；压力传感器及压力测量系统的静态标定；压力仪器的安装及测压系统的组成。熟练掌握：压力计的选用原则。教学组织与实施：课前备课；课中主题引入、知识构成梳理、理论讲授、课堂互动、随堂练习；课后答疑、指导学生查阅相关文献、根据反馈进行教学反思和整改。第六章流体流量的测量方法学时数：4教学目标：通过本章的教学，使学生了解目前工业上常用的容积式、速度式和质量式流量测量方法；了解流量计的分类；理解各种流量计的测量原理；掌握各种流量计的结构特点和适用情况；掌握流量计选用、安装和标定；能利用毕托管对管道流量进行测量。教学重点和难点：重点是各种流量计的测量原理、结构特点和适用情况，流量计的安装；难点是流体流经节流件时压力和速度的变化规律。主要教学内容及要求：了解：流量概念；流量计的分类；标准节流装置特点及分类。理解：容积式流量计的结构及工作原理，如椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、刮板式流量计和湿式气体流量计；速度式流量计的结构及工作原理，如涡轮流量计、旋涡流量计、电磁流量计、超声波流量计和热式流量计；差压式流量计的结构及原理，如毕托管、均速管、靶式流量计、转子流量计、孔板流量计、文丘里管、喷嘴流量计。掌握：流量计选用、安装和标定；孔板取压。熟练掌握：毕托管的使用；节流降压差流量计的特点。教学组织与实施：课前备课；课中主题引入、知识构成梳理、理论讲授、课堂互动、随堂练习；课后答疑、指导学生查阅相关文献、根据反馈进行教学反思和整改。第七章汽包水位测量学时数：4教学目标：通过本章的教学，使学生了解汽包液位测量的重要意义；了解连通式水位计、差压式水位计的分类；掌握云母水位计、双色水位计、电接点水位计、双室平衡容器、双压差平衡容器的测量原理；了解其他液位测量方法。教学重点和难点：重点是连通式水位计、差压式水位计的的工作原理；难点是双色水位计的工作运力，双室平衡容器的结构及工作原理。主要教学内容及要求：了解：汽包水位测量对锅炉安全运行的重要性；连通式水位计、差压式水位计和其它液位计的分类。理解：汽包满水和缺水对锅炉安全运行的危害；散热对连通式水位计测量的影响；汽包压力和密度差的关系。掌握：云母水位计、双色水位计、电接点水位计、双室平衡容器、双压差平衡容器的测量原理。熟练掌握：双室平衡容器输出差压的推导；汽包水位变化对差压输出的影响。教学组织与实施：课前备课；课中主题引入、知识构成梳理、理论讲授、课堂互动、随堂练习；课后答疑、指导学生查阅相关文献、根据反馈进行教学反思和整改。第八章炉烟分析学时数：4教学目标：通过本章的教学，使学生了解电厂烟气连续监测的重要性，树立环保、节能意识；理解烟煤燃烧产物中CO2和O2的含量与过量空气系数的关系；掌握射水抽气装置的工作原理；掌握热磁式氧量计、氧化锆氧量计、热导式二氧化碳分析仪、红外线气体分析仪、气象色谱分析仪的工作原理。教学重点和难点：重点是氧化锆氧量计、热导式二氧化碳分析仪、红外线气体分析仪、气相色谱分析法原理；难点是检测器和色谱仪的定性定量分析。主要教学内容及要求：了解：热磁式氧气分析仪、热导式二氧化碳分析仪和红外气体分析仪的组成及工作原理。理解：红外分析仪工作原理；热导式检测器和氢火焰离子检测器原理。掌握：射水抽气装置的工作原理；气相色谱分析法原理；气相色谱分析仪的主要组成。熟练掌握：氧化锆氧气分析仪、色谱图及色谱仪的定性定量分析。教学组织与实施：课前备课；课中主题引入、知识构成梳理、理论讲授、课堂互动、随堂练习；课后答疑、指导学生查阅相关文献、根据反馈进行教学反思和整改。第九章噪声测量学时数：2教学目标：通过本章的教学，使学生了解噪声测量的基本概念，噪声测量的重要意义，噪声测试仪器的工作原理，掌握噪声现场测量的原则。能够熟练应用噪声测量仪器对设备噪声进行测量。提高学生在日常生活和工作中，尽量减小噪声的意识。教学重点和难点：噪声的物理度量，总声压级和声功率级的合成、分解与平均，噪声的频谱，噪声的评价，噪声的现场测量原则。主要教学内容及要求：了解：噪声测量的重要性，噪声测试仪器的结构和组成元件。理解：噪声的物理度量：声压、声压级，声强、声强级，声功率、声功率级。掌握：掌握噪声的现场测量原则。熟练掌握：总声压级或声功率级的合成、分解与平均。教学组织与实施：课前备课；课中主题引入、知识构成梳理、理论讲授、课堂互动、随堂练习；课后答疑、指导学生查阅相关文献、根据反馈进行教学反思和整改。五、实验教学内容及学时分配（6学时）（一）实验课程简介本实验课程重点讲授常见的热工参数：温度、流速流量和噪声的测量原理及测试方法，使学生能够深入理解常规测试仪器的工作原理并掌握其使用方法，结合理论分析进行实验数据处理。（二）实验教学目的和基本要求实验教学目的：（1）能够使用常规的实验仪器、掌握其测试技术。（2）培养学生观察、分析能力，使学生掌握试验数据处理和实验报告编写能力。实验基本要求：（1）实验前必须阅读实验指导书，明确实验目的和内容，了解实验原理与方法。（2）实验中要掌握实验仪器的使用方法，理解实验原理和方法，同时认真做好实验数据记录。（3）实验后撰写实验报告，分析实验数据。（三）实验安全操作规范（1）实验前做好预习，明白实验过程与操作注意事项。（2）严格遵守实验室的规章制度，严格遵守安全操作要求。（3）实验过程中，如果仪器设备发生故障，应立即向指导教师报告，以便及时排除故障。（4）实验完毕后，关闭电源，整理好使用后的仪器、设备、工具。（四）实验项目名称与学时分配序号实验名称学时类型实验要求每组人数04021227＋01热电偶温度计的制作与标定3综合性必做504021227＋02流速流量测量2综合性必做504021227＋03噪声测量1综合性必做5（五）实验方式及基本要求在讲解实验仪器的使用、实验内容和实验方法的基础上指导学生进行实验，要求学生协作完成实验、独立完成实验数据的处理、实验报告的撰写。（六）实验内容安排【实验一】热电偶温度计的制作与标定1.实验学时：3学时2.实验目的：掌握热电偶制作和标定方法；理解并掌握热电偶测温的原理，影响热电偶测温的原因；会自己动手制作热电偶并进行相应的标定。3.实验内容：采用热电偶电焊机焊接热电偶，进行不同恒温热源温度下的热电偶标定实验。4.实验要求：实验前要预习，操作时分组进行，每组5人，学生按要求合作制作出热电偶并对其进行标定，提交格式规范的实验报告。5.实验设备及器材：热电偶电焊机，电位差计，恒温水浴，热电偶丝，酒精灯，硼砂，水银温度计，冰点瓶。【实验二】流速流量测量1.实验学时：2学时2.实验目的：掌握皮托管的使用，熟悉矩形通道内空气平均流速和流量测量的方法。绘制截面上的流速分布图；计算断面上的平均流速v和流量Q。3.实验内容：绘制截面上的流速分布图；计算断面上的平均流速v和流量Q。4.实验要求：实验前要预习，操作时分组进行，每组5人，学生按要求合作进行矩形通道内空气流速和流量的测量，提交格式规范的实验报告。5.实验设备及器材：风机、实验槽道、毕托管、测压管、控制阀门。【实验三】噪声测量1.实验学时：1学时2.实验目的：掌握测量噪声仪器的使用方法；掌握测定机器和工作环境噪声的方法。3.实验内容：现场噪声测定。4.实验要求：实验前要预习，操作时分组进行，每组5人，学生按要求合作进行不同环境下噪声的测量，提交格式规范的实验报告。5.实验设备及器材：噪声测量仪，噪声源。(七)考核方式及成绩评定撰写实验报告，根据实验表现和实验报告规范性、完整性进行评定，是平时成绩的重要组成部分。六、课程思政随着科学技术的飞速发展和工程技术的迫切需求，农业建筑环境与能源工程测试技术已愈来愈广泛地应用于工业、农业、国防、航空、航天、医疗卫生和生物工程等各个领域。测试是科学研究的基本方法，传感器是实现测试的首要环节，现代生活、国防和高科技的发展离不开传感器与测试技术。科技要发展，计量须先行。通过对测试技术发展的学习，树立精益求精的大国工匠精神。通过了解传感器与测试技术在国民经济中的应用以及最新发展趋势；提高学习者创造性地运用知识