《過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表》 教案全套 倪志蓮 1.說(shuō)課 - 19.現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)

《過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表》課程教案NO.1授課班級(jí)周次日期任課教師復(fù)習(xí)提問(wèn)學(xué)習(xí)模塊模塊一緒論學(xué)習(xí)任務(wù)任務(wù)1說(shuō)課授課內(nèi)容課程介紹課時(shí)2教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：1.了解自動(dòng)控制及過(guò)程控制的定義；2.了解過(guò)程控制開(kāi)環(huán)、閉環(huán)的概念；3.了解過(guò)程控制系統(tǒng)發(fā)展史；4.了解過(guò)控控制系統(tǒng)的特點(diǎn)與要求。能力目標(biāo)：1.培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力；2.培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力。素質(zhì)目標(biāo)：1.培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和勇于進(jìn)取的精神。重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：過(guò)程控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)、閉環(huán)的概念；難點(diǎn)：過(guò)程控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)、閉環(huán)的判斷。授課過(guò)程步驟內(nèi)容方法、資源運(yùn)用1自動(dòng)控制及過(guò)程控制的定義啟發(fā)式、多媒體課件、分組討論2開(kāi)環(huán)、閉環(huán)的概念多媒體課件、實(shí)例演示、3過(guò)程控制系統(tǒng)發(fā)展史多媒體課件、實(shí)例演示、4過(guò)控控制系統(tǒng)的特點(diǎn)與要求啟發(fā)式、多媒體課件、分組討論5授課方式講授的教學(xué)方式教學(xué)地點(diǎn)多媒體教室教學(xué)資源設(shè)備、工具等：投影系統(tǒng)、PPT電子課件

教學(xué)時(shí)間教學(xué)內(nèi)容注釋85分鐘相關(guān)知識(shí)1.自動(dòng)控制定義是指在沒(méi)有人直接參與的情況下，利用外加設(shè)備或控制裝置使生產(chǎn)過(guò)程或被控對(duì)象中的某一物理量或多個(gè)物理量自動(dòng)地按照期望的規(guī)律運(yùn)行或變化。這種外加的設(shè)備或控制裝置就稱為自動(dòng)控制裝置。2.過(guò)程控制定義是指根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的特點(diǎn)，采用測(cè)量?jī)x表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和計(jì)算機(jī)等自動(dòng)化工具，應(yīng)用控制理論，設(shè)計(jì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化。3.發(fā)展過(guò)程（1）20世紀(jì)50年代，單輸入單輸出的單回路定值控制系統(tǒng)，多采用基地式儀表、氣動(dòng)組合儀表和氣動(dòng)儀表控制器來(lái)完成簡(jiǎn)單控制。（2）20世紀(jì)60年代，集中控制及直接數(shù)字控制。電動(dòng)儀表開(kāi)始使用，并逐步取代氣動(dòng)儀表，單元組合式儀表和組裝式儀表。（3）20世紀(jì)70年代，集散控制系統(tǒng)（DCS）。先進(jìn)控制技術(shù)、數(shù)字化儀表、計(jì)算機(jī)，特別是網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，體現(xiàn)“分散控制，集中管理”的理念。（4）20世紀(jì)70年代，集散控制系統(tǒng)（DCS）。先進(jìn)控制技術(shù)、數(shù)字化儀表、計(jì)算機(jī)，特別是網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，體現(xiàn)“分散控制，集中管理”的理念。4．開(kāi)環(huán)與閉環(huán)的概念（1）開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)控制是最簡(jiǎn)單的一種控制方式。它的特點(diǎn)是，僅有從輸入到輸出的前向通路，而沒(méi)有從輸出到輸入的反饋通路。缺點(diǎn)：控制精度取決于組成系統(tǒng)的元件的精度，因此對(duì)元器件的要求比較高。由于輸出量不能反饋回來(lái)影響控制部分，所以輸出量受擾動(dòng)信號(hào)的影響比較大，系統(tǒng)抗干擾能力差。案例分析：（2）閉環(huán)控制系統(tǒng)不僅有一條從輸入端到輸出端的前向通路，還有一條從輸出端到輸入端的反饋通路。輸出量通過(guò)一個(gè)測(cè)量變送元件反饋到輸入端，與輸入量比較后得到偏差信號(hào)來(lái)作為控制器的輸入，反饋的作用是減小偏差，以達(dá)到滿意的控制效果。閉環(huán)控制又稱為反饋控制。如果輸入量和反饋量相減則稱為負(fù)反饋；反之，若二者相加，則稱為正反饋。控制系統(tǒng)中一般采用負(fù)反饋方式。輸入量與反饋量之差稱為偏差信號(hào)。系統(tǒng)的輸出量能夠自動(dòng)地跟蹤輸入量，減小跟蹤誤差，提高控制精度，抑制擾動(dòng)信號(hào)的影響。案例分析：5.過(guò)程控制系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）系統(tǒng)由被控對(duì)象與系列化生產(chǎn)的自動(dòng)化儀表組成。（2）被控對(duì)象復(fù)雜多樣，通用控制系統(tǒng)難以設(shè)計(jì)。（3）控制方案豐富多彩，控制要求越來(lái)越高。（4）控制過(guò)程大多屬于慢變過(guò)程與參量控制。（5）定值控制系統(tǒng)是過(guò)程控制系統(tǒng)的主要形式。6.過(guò)程控制系統(tǒng)的要求（1）安全性（2）穩(wěn)定性（3）經(jīng)濟(jì)性（大屏幕投影）講解過(guò)程控制的基本概念（大屏幕投影）解說(shuō)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，舉例分析，讓學(xué)生加深印象（大屏幕投影）解說(shuō)閉環(huán)控制系統(tǒng)，舉例分析，讓學(xué)生加深印象（大屏幕投影）解說(shuō)過(guò)程控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及要求。5分鐘小結(jié)。作業(yè)：思考題與習(xí)題1.1對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，加深學(xué)生的印象。《過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表》課程教案NO.2授課班級(jí)周次日期任課教師復(fù)習(xí)提問(wèn)開(kāi)環(huán)與閉環(huán)的特點(diǎn)學(xué)習(xí)模塊模塊一緒論學(xué)習(xí)任務(wù)任務(wù)2過(guò)程控制系統(tǒng)的組成及品質(zhì)指標(biāo)授課內(nèi)容過(guò)程控制系統(tǒng)中的相關(guān)概念課時(shí)2教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：1.具備分析過(guò)程控制系統(tǒng)的組成能力；2.熟悉過(guò)程控制系統(tǒng)的分類；3.熟悉過(guò)程控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)。能力目標(biāo)：1.培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力；2.培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力。素質(zhì)目標(biāo)：1.培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和勇于進(jìn)取的精神。重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：過(guò)程控制系統(tǒng)的組成分析；難點(diǎn)：過(guò)程控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)。授課過(guò)程步驟內(nèi)容方法、資源運(yùn)用1過(guò)程控制系統(tǒng)的組成啟發(fā)式、多媒體課件、實(shí)例演示2過(guò)程控制系統(tǒng)的分類多媒體課件、實(shí)例演示、3過(guò)程控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程多媒體課件、實(shí)例演示、4過(guò)程控制的品質(zhì)指標(biāo)啟發(fā)式、多媒體課件、分組討論5授課方式講授的教學(xué)方式教學(xué)地點(diǎn)多媒體教室教學(xué)資源設(shè)備、工具等：投影系統(tǒng)、PPT電子課件

教學(xué)時(shí)間教學(xué)內(nèi)容注釋5分鐘回顧上節(jié)課內(nèi)容，進(jìn)行復(fù)習(xí)提問(wèn)。開(kāi)環(huán)和閉環(huán)的特點(diǎn)。80分鐘相關(guān)知識(shí)1.過(guò)程控制系統(tǒng)的組成過(guò)程控制系統(tǒng)一般由自動(dòng)化裝置及生產(chǎn)裝置兩部分組成。（1）被控對(duì)象：又稱為被控過(guò)程。它是控制系統(tǒng)的主體，在過(guò)程控制系統(tǒng)中，是指需要控制其工藝變量的生產(chǎn)設(shè)備或機(jī)器。（2）變送器：其作用是將被控制的物理量檢測(cè)出來(lái)并轉(zhuǎn)換成工業(yè)儀表間的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)。（3）控制器：又稱為調(diào)節(jié)器。其作用是根據(jù)反饋量與輸入量比較得出的偏差，按一定的規(guī)律運(yùn)算后對(duì)執(zhí)行器發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)或指令的裝置。（4）執(zhí)行器：其作用是依據(jù)控制器發(fā)出的控制信號(hào)或指令，改變操縱變量，從而對(duì)被控對(duì)象產(chǎn)生直接的控制作用。系統(tǒng)的各種作用量有以下幾個(gè)：（1）被控變量：是表征生產(chǎn)設(shè)備或過(guò)程運(yùn)行狀況，需要加以控制的變量，也是過(guò)程控制系統(tǒng)的輸出量，。（2）設(shè)定值：又稱給定值，是工藝要求被控變量需要達(dá)到的目標(biāo)值，也是過(guò)程控制系統(tǒng)的輸入量。（3）測(cè)量值：是檢測(cè)元件與變送器的輸出信號(hào)值，也稱反饋量，如液位控制系統(tǒng)的變送器的輸出信號(hào)值就是測(cè)量值。（4）操縱變量：受執(zhí)行器操縱，具體實(shí)現(xiàn)控制作用的變量稱為操縱變量。（5）擾動(dòng)量：又稱干擾或“噪聲”，通常是指引起被控變量發(fā)生變化的各種因素。（6）偏差：通常把設(shè)定值與測(cè)量值之差稱為偏差。舉例分析：貯槽液位控制2.過(guò)程控制系統(tǒng)的分類（1）定值控制系統(tǒng)（2）隨動(dòng)控制系統(tǒng)（3）程序控制系統(tǒng)3.過(guò)程控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程過(guò)程控制系統(tǒng)從一個(gè)平衡狀態(tài)過(guò)渡到另一個(gè)平衡狀態(tài)的過(guò)程稱為過(guò)程控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程。4.過(guò)程控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)評(píng)價(jià)指標(biāo)可概括為“穩(wěn)”、“準(zhǔn)”、“快”（1）余差C（2）衰減比n（3）最大偏差A(yù)或超調(diào)量σ（4）過(guò)渡過(guò)程時(shí)間（調(diào)整時(shí)間）ts（5）峰值時(shí)間tp（6）振蕩周期T（大屏幕投影）逐一解說(shuō)過(guò)程控制系統(tǒng)部分組成，案例分析讓學(xué)生加深印象。（大屏幕投影）逐一解說(shuō)過(guò)程控制系統(tǒng)分類和過(guò)渡過(guò)程。（大屏幕投影）逐一解說(shuō)過(guò)程控制系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的穩(wěn)”、“準(zhǔn)”、“快”和過(guò)程控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)。教師講解演示，讓同學(xué)們加深印象。5分鐘小結(jié)。作業(yè)：思考題與習(xí)題1.2、1.3、1.6。對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，加深學(xué)生的印象?！哆^(guò)程控制與自動(dòng)化儀表》課程教案NO.3授課班級(jí)周次日期任課教師復(fù)習(xí)提問(wèn)過(guò)程控制系統(tǒng)組成學(xué)習(xí)模塊模塊二自動(dòng)控制基本原理學(xué)習(xí)任務(wù)任務(wù)1自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型授課內(nèi)容自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型課時(shí)8教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：1.具備自動(dòng)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模的能力；2.具備自動(dòng)控制系統(tǒng)框圖變換與化簡(jiǎn)的能力。能力目標(biāo)：1.通過(guò)完成教學(xué)任務(wù)，讓學(xué)生知道如何運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行實(shí)踐操作，加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手、動(dòng)腦能力；2.培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和分工合作、團(tuán)結(jié)協(xié)作共同尋求解決問(wèn)題的能力。素質(zhì)目標(biāo)：1.培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和勇于進(jìn)取的精神。重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：自動(dòng)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模；自動(dòng)控制系統(tǒng)框圖變換與化簡(jiǎn)。難點(diǎn)：自動(dòng)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模；自動(dòng)控制系統(tǒng)框圖變換與化簡(jiǎn)。授課過(guò)程步驟內(nèi)容方法、資源運(yùn)用1微分方程啟發(fā)式、多媒體課件、分組討論2傳遞函數(shù)啟發(fā)式、多媒體課件、分組討論3系統(tǒng)框圖啟發(fā)式、多媒體課件、分組討論4典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)和功能框啟發(fā)式、多媒體課件、分組討論5框圖的變換與化簡(jiǎn)啟發(fā)式、多媒體課件、分組討論授課方式講授的教學(xué)方式教學(xué)地點(diǎn)多媒體教室教學(xué)資源設(shè)備、工具等：投影系統(tǒng)、PPT電子課件

教學(xué)時(shí)間教學(xué)內(nèi)容注釋5分鐘回顧上節(jié)課內(nèi)容，進(jìn)行復(fù)習(xí)提問(wèn)。350分鐘一、相關(guān)知識(shí)在經(jīng)典控制理論中，常用的數(shù)學(xué)模型有微分方程、傳遞函數(shù)和系統(tǒng)框圖。它們反映了系統(tǒng)的輸入量、輸出量和內(nèi)部各種變量間的關(guān)系，也反映了系統(tǒng)的內(nèi)在特性。1.微分方程（85分鐘）系統(tǒng)微分方程建立的步驟建立微分方程的一般步驟如下：（1）全面了解系統(tǒng)的工作原理、結(jié)構(gòu)組成和支配系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的物理規(guī)律，確定系統(tǒng)的輸入量和輸出量。（2）從系統(tǒng)的輸入端開(kāi)始，根據(jù)各元件或環(huán)節(jié)所遵循的物理規(guī)律，依次列寫它們的微分方程。（3）將各元件或環(huán)節(jié)的微分方程聯(lián)立起來(lái)消去中間變量，求取一個(gè)僅含有系統(tǒng)輸入量和輸出量的微分方程，這就是系統(tǒng)的微分方程。（4）將該方程整理成標(biāo)準(zhǔn)形式。即把與輸入量有關(guān)的各項(xiàng)放在方程的右邊，把與輸出量有關(guān)的各項(xiàng)放在方程的左邊，各導(dǎo)數(shù)項(xiàng)按降冪排列，并將方程中的系數(shù)化為具有一定物理意義的表示形式，如時(shí)間常數(shù)等。舉例分析：2.傳遞函數(shù)（90分鐘）（1）拉氏變換1）拉氏變換的概念2）拉氏變換的概念拉氏變換的運(yùn)算定理eq\o\ac(○,1)疊加定理eq\o\ac(○,2)比例定理eq\o\ac(○,3)微分定理eq\o\ac(○,4)積分定理eq\o\ac(○,5)延遲定理eq\o\ac(○,6)終值定理3）拉氏反變換（2）傳遞函數(shù)的定義舉例分析：（3）傳遞函數(shù)的一般表達(dá)式1）多項(xiàng)式形式2）零極點(diǎn)形式3．系統(tǒng)框圖（90分鐘）框圖由信號(hào)線、引出點(diǎn)、比較點(diǎn)和功能框等部分組成。（1）功能框框左邊向內(nèi)箭頭為輸入量（拉氏式），框右邊向外箭頭為輸出量（拉氏式），框內(nèi)為系統(tǒng)中一個(gè)相對(duì)獨(dú)立單元的傳遞函數(shù)。（2）信號(hào)線信號(hào)線表示信號(hào)流通的途徑和方向。流通方向用箭頭表示。（3）引出點(diǎn)表示信號(hào)由該點(diǎn)取出，從同一信號(hào)線上取出的信號(hào)，其大小和性質(zhì)完全相同。（4）比較點(diǎn)其輸出量為各輸入量的代數(shù)和。因此在信號(hào)輸入處要注明它們的極性。舉例分析：4．典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)和功能框（1）比例環(huán)節(jié)微分方程傳遞函數(shù)功能框（2）積分環(huán)節(jié)微分方程傳遞函數(shù)功能框（3）理想微分環(huán)節(jié)微分方程傳遞函數(shù)功能框（4）慣性環(huán)節(jié)微分方程傳遞函數(shù)功能框（5）比例微分環(huán)節(jié)微分方程傳遞函數(shù)功能框（6）振蕩環(huán)節(jié)微分方程傳遞函數(shù)（7）延遲環(huán)節(jié)（又稱純滯后環(huán)節(jié)）微分方程傳遞函數(shù)功能框5．框圖的變換與化簡(jiǎn)（85分鐘）（1）串聯(lián)變換規(guī)則（2）并聯(lián)變換規(guī)則（3）反饋聯(lián)接變換規(guī)則（4）引出點(diǎn)和比較點(diǎn)的移動(dòng)規(guī)則變換的原則：變換前后應(yīng)保持信號(hào)等效。舉例分析：（大屏幕投影）逐一解說(shuō)系統(tǒng)微分方程的一般步驟，案例分析讓學(xué)生加深印象。（大屏幕投影）逐一解說(shuō)拉氏變換、拉氏變換的運(yùn)算定理、系統(tǒng)傳遞函數(shù)，案例分析讓學(xué)生加深印象。（大屏幕投影）逐一解說(shuō)系統(tǒng)框圖組成，案例分析讓學(xué)生加深印象。（大屏幕投影）逐一解說(shuō)典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)和功能框。（大屏幕投影）逐一解說(shuō)系統(tǒng)框圖串聯(lián)、并聯(lián)、反饋和引出點(diǎn)和比較點(diǎn)的移動(dòng)變換規(guī)則，案例分析讓學(xué)生加深印象。5分鐘小結(jié)。作業(yè)：思考題與習(xí)題2.1、2.4、2.6。對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，加深學(xué)生的印象?！哆^(guò)程控制與自動(dòng)化儀表》課程教案NO.4授課班級(jí)周次日期任課教師復(fù)習(xí)提問(wèn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型學(xué)習(xí)模塊模塊二自動(dòng)控制基本原理學(xué)習(xí)任務(wù)任務(wù)2典型被控對(duì)象特性及建模授課內(nèi)容典型被控對(duì)象特性及建模課時(shí)4教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：1.具備典型被控對(duì)象特性及建模的能力；2.具備實(shí)驗(yàn)法建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型的能力。能力目標(biāo)：1.培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、尋求解決問(wèn)題的能力；2.通過(guò)教學(xué)任務(wù)，讓學(xué)生知道如何運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行實(shí)踐操作，加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手、動(dòng)腦能力。素質(zhì)目標(biāo)：1.培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和勇于進(jìn)取的精神。重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：典型被控對(duì)象特性及建模。難點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)法建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。授課過(guò)程步驟內(nèi)容方法、資源運(yùn)用1單容對(duì)象的特性及建模啟發(fā)式、多媒體課件、分組討論2雙容對(duì)象的特性及建模啟發(fā)式、多媒體課件、分組討論3時(shí)滯（純滯后）對(duì)象的特性及建模啟發(fā)式、多媒體課件、分組討論4實(shí)驗(yàn)法建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型啟發(fā)式、多媒體課件、實(shí)踐操作5授課方式講授的教學(xué)方式教學(xué)地點(diǎn)多媒體教室教學(xué)資源設(shè)備、工具等：投影系統(tǒng)、PPT電子課件

教學(xué)時(shí)間教學(xué)內(nèi)容注釋5分鐘回顧上節(jié)課內(nèi)容，進(jìn)行復(fù)習(xí)提問(wèn)。自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型有哪些？170分鐘相關(guān)知識(shí)1．單容對(duì)象的特性及建模（1）無(wú)自衡無(wú)自衡特性水槽寫成一般形式（2）有自衡有自衡特性水槽有自衡的信號(hào)傳遞方框圖2．雙容對(duì)象的特性及建模雙容對(duì)象在二階對(duì)象階躍響應(yīng)曲線上，過(guò)拐點(diǎn)C作切線，與時(shí)間軸相交于D點(diǎn)，交點(diǎn)D與被控變量開(kāi)始變化的起點(diǎn)之間的時(shí)間間隔，稱為容量滯后時(shí)間。由切線與時(shí)間軸的交點(diǎn)到切線與穩(wěn)定值KA線的交點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為時(shí)間常數(shù)T。容量滯后是多容對(duì)象的固有屬性，是因?yàn)槲锪匣蚰芰康膫鬟f需要通過(guò)一定的阻力而引起的。3．時(shí)滯（純滯后）對(duì)象的特性及建模重量傳感器對(duì)流量變化的響應(yīng)純滯后環(huán)節(jié)的信號(hào)傳送4．實(shí)驗(yàn)法建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型測(cè)定對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的實(shí)驗(yàn)方法主要有三種：時(shí)域測(cè)定方法、頻域測(cè)定方法和統(tǒng)計(jì)研究方法。時(shí)域測(cè)定方法將以階躍響應(yīng)曲線法來(lái)說(shuō)明。（1）實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1）實(shí)驗(yàn)測(cè)試前，被控對(duì)象應(yīng)處于相對(duì)穩(wěn)定的工作狀態(tài)。2）在相同條件下應(yīng)重復(fù)多做幾次實(shí)驗(yàn)。3）分別對(duì)正、反方向的階躍輸入信號(hào)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行比較。4）每完成一次實(shí)驗(yàn)后，應(yīng)將被控對(duì)象恢復(fù)到原來(lái)工況，穩(wěn)定后再做第二次實(shí)驗(yàn)。5）輸入的階躍信號(hào)幅度不能過(guò)大，階躍變化的幅值一般取正常輸入信號(hào)最大幅值的10%左右。（2）模型結(jié)構(gòu)確定在完成階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)后，應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得的響應(yīng)曲線確定模型的結(jié)構(gòu)。對(duì)于大多數(shù)控制對(duì)象來(lái)說(shuō)，其數(shù)學(xué)模型常常可近似為一階慣性、二階慣性的結(jié)構(gòu)。（3）模型參數(shù)的確定時(shí)的曲線斜率最大，隨后斜率逐漸減小，上升到穩(wěn)態(tài)值時(shí)斜率為零，該響應(yīng)曲線可用無(wú)時(shí)延的一階慣性環(huán)節(jié)近似，需要確定的參數(shù)有和。一階無(wú)時(shí)延環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線設(shè)所示對(duì)象的傳遞函數(shù)為則當(dāng)輸入信號(hào)有一階躍變化時(shí)，對(duì)上式求解，可得當(dāng)時(shí)，，因而有當(dāng)時(shí)，則有（大屏幕投影）逐一解說(shuō)單容對(duì)象的特性及建模，讓學(xué)生加深印象。（大屏幕投影）逐一解說(shuō)雙容對(duì)象的特性及建模，讓學(xué)生加深印象。（大屏幕投影）逐一解說(shuō)時(shí)滯（純滯后）對(duì)象的特性及建模，讓學(xué)生加深印象。（大屏幕投影）逐一解說(shuō)實(shí)驗(yàn)法建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，讓學(xué)生加深印象。5分鐘小結(jié)。對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，加深學(xué)生的印象。《過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表》課程教案NO.5授課班級(jí)周次日期任課教師復(fù)習(xí)提問(wèn)典型被控對(duì)象特性特點(diǎn)學(xué)習(xí)模塊模塊二自動(dòng)控制基本原理學(xué)習(xí)任務(wù)任務(wù)3自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本分析方法授課內(nèi)容自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本分析方法課時(shí)14教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：1.具備時(shí)域分析法分析自動(dòng)控制系統(tǒng)性能指標(biāo)的能力；2.具備頻域分析法分析自動(dòng)控制系統(tǒng)性能指標(biāo)的能力。能力目標(biāo)：1.培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力；2.培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力。素質(zhì)目標(biāo)：1.培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和勇于進(jìn)取的精神。重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：時(shí)域分析法、頻域分析法分析自動(dòng)控制系統(tǒng)性能。難點(diǎn)：時(shí)域分析法、頻域分析法分析自動(dòng)控制系統(tǒng)性能。授課過(guò)程步驟內(nèi)容方法、資源運(yùn)用1時(shí)域分析法啟發(fā)式、多媒體課件、分組討論2頻域分析法啟發(fā)式、多媒體課件、分組討論345授課方式講授的教學(xué)方式教學(xué)地點(diǎn)多媒體教室教學(xué)資源設(shè)備、工具等：投影系統(tǒng)、PPT電子課件、計(jì)算機(jī)、MATLAB軟件

教學(xué)時(shí)間教學(xué)內(nèi)容注釋5分鐘回顧上節(jié)課內(nèi)容，進(jìn)行復(fù)習(xí)提問(wèn)。典型被控對(duì)象有哪些？有什么特性？620分鐘相關(guān)知識(shí)1。時(shí)域分析法（355分鐘）（1）典型輸入信號(hào)1）單位脈沖信號(hào)，并且2）單位階躍信號(hào)3）單位斜坡信號(hào)（2）穩(wěn)定性分析系統(tǒng)穩(wěn)定性是系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行的首要條件。1）系統(tǒng)穩(wěn)定性概念系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指自動(dòng)控制系統(tǒng)在受到擾動(dòng)作用使平衡狀態(tài)破壞后，經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)，能重新達(dá)到平衡狀態(tài)的性能。穩(wěn)定系統(tǒng)與不穩(wěn)定系統(tǒng)a）相對(duì)穩(wěn)定性好b）相對(duì)穩(wěn)定性差自動(dòng)控制系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性2）系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件系統(tǒng)穩(wěn)定的必要和充分條件是：特征方程的所有的根的實(shí)部都必須是負(fù)數(shù)。亦即所有的根都在復(fù)平面的左側(cè)。對(duì)穩(wěn)定的系統(tǒng)，若的絕對(duì)值愈大，即負(fù)實(shí)根或具有負(fù)實(shí)部的復(fù)根離虛軸愈遠(yuǎn)，指數(shù)曲線衰減得愈快，則系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)間愈短，系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性愈好。復(fù)平面上根的位置與系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性若系統(tǒng)特征根有多個(gè)，那么，最靠近虛軸的極點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性（衰減慢）的影響最大，因此通常把最靠近虛軸的閉環(huán)極點(diǎn)，稱為閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)。（3）動(dòng)態(tài)性能分析1）一階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能分析為一個(gè)典型的一階系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，由此可以求出一階系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：典型一階系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖設(shè)系統(tǒng)的輸入信號(hào)為單位階躍信號(hào)，即，則一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)的拉氏變換式為：對(duì)上式進(jìn)行拉氏反變換，可求得系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)為：一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線一階系統(tǒng)的性能指標(biāo)通常用以下幾個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量：eq\o\ac(○,1)上升時(shí)間。對(duì)于無(wú)振蕩的單調(diào)系統(tǒng)，上升時(shí)間定義為輸出量從的10%上升到90%所需的時(shí)間。。eq\o\ac(○,2)調(diào)整時(shí)間。（誤差帶）（誤差帶）eq\o\ac(○,3)最大超調(diào)量。因?yàn)橐浑A系統(tǒng)的階躍響應(yīng)是單調(diào)上升的，沒(méi)有超調(diào)，所以一階系統(tǒng)的最大超調(diào)量。2）二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能分析圖所示為一個(gè)典型的二階系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，由此可以求出二階系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：典型二階系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖設(shè)系統(tǒng)的輸入信號(hào)為單位階躍信號(hào)，即，則二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)的拉氏變換式為：由上式，可得典型二階系統(tǒng)的特征方程為：從而可以解得系統(tǒng)特征方程的兩個(gè)根為：下面給出欠阻尼二階系統(tǒng)在單位階躍輸入時(shí)的性能指標(biāo)計(jì)算公式。eq\o\ac(○,1)最大超調(diào)量：eq\o\ac(○,2)上升時(shí)間：（，）eq\o\ac(○,3)峰值時(shí)間：eq\o\ac(○,4)調(diào)整時(shí)間：（對(duì)應(yīng)誤差帶=5%或2%）舉例分析：已知某控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2-28所示，其中，，，試求該系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)性能指標(biāo)。（4）穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)性能的優(yōu)劣，一般以穩(wěn)態(tài)誤差的大小來(lái)度量。1）系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的概念典型系統(tǒng)框圖——輸入量產(chǎn)生的誤差（拉氏式）（又稱跟隨誤差）?！獢_動(dòng)量產(chǎn)生的誤差（拉氏式）為跟隨動(dòng)態(tài)誤差，為擾動(dòng)動(dòng)態(tài)誤差。兩者之和即為系統(tǒng)動(dòng)態(tài)誤差給定穩(wěn)態(tài)誤差（又稱跟隨穩(wěn)態(tài)誤差）擾動(dòng)穩(wěn)態(tài)誤差于是系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差有2）系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差與系統(tǒng)型別、系統(tǒng)開(kāi)環(huán)增益間的關(guān)系系統(tǒng)的跟隨穩(wěn)態(tài)誤差為系統(tǒng)的擾動(dòng)穩(wěn)態(tài)誤差為舉例分析：已知系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，已知輸入信號(hào)，擾動(dòng)信號(hào)，試計(jì)算系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。2．頻率特性法（265分鐘）（1）頻率特性的基本概念頻率特性又稱頻率響應(yīng)，它是系統(tǒng)（或元件）對(duì)不同頻率正弦輸入信號(hào)的響應(yīng)特性。線性系統(tǒng)的頻率特性響應(yīng)示意圖（2）頻率特性的表示方式1）數(shù)學(xué)式表示方式2）圖形表示方式eq\o\ac(○,1)極坐標(biāo)圖（奈氏圖）常見(jiàn)的二、三階系統(tǒng)的幅相頻率特性曲線eq\o\ac(○,2)對(duì)數(shù)頻率特性曲線（伯德圖）對(duì)數(shù)頻率特性的定義為：伯德圖的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)（3）典型環(huán)節(jié)的對(duì)數(shù)頻率特性1）比例環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)頻率特性對(duì)數(shù)頻率特性伯德圖比例環(huán)節(jié)的伯德圖2）積分環(huán)節(jié) 傳遞函數(shù)頻率特性對(duì)數(shù)頻率特性伯德圖積分環(huán)節(jié)的伯德圖3）理想微分環(huán)節(jié) 傳遞函數(shù)頻率特性對(duì)數(shù)頻率特性伯德圖理想微分環(huán)節(jié)的伯德圖4）慣性環(huán)節(jié) 傳遞函數(shù)頻率特性對(duì)數(shù)頻率特性伯德圖慣性環(huán)節(jié)的伯德圖5）比例微分環(huán)節(jié) 傳遞函數(shù)頻率特性對(duì)數(shù)頻率特性伯德圖圖2-40比例微分環(huán)節(jié)的伯德圖6）振蕩環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)頻率特性對(duì)數(shù)頻率特性伯德圖振蕩環(huán)節(jié)的伯德圖7）延遲環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)頻率特性對(duì)數(shù)頻率特性伯德圖延遲環(huán)節(jié)的伯德圖（4）開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性曲線的繪制控制系統(tǒng)一般都是由一些典型環(huán)節(jié)串聯(lián)組成的，若各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)已知，則可參照典型環(huán)節(jié)的頻率特性曲線，繪制出系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)頻率特性曲線。若系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)G(s）為其對(duì)應(yīng)的開(kāi)環(huán)頻率特性則為由上式可得其對(duì)數(shù)幅頻特性為對(duì)數(shù)相頻特性為由此可見(jiàn)，串聯(lián)環(huán)節(jié)總的對(duì)數(shù)幅頻特性等于各串聯(lián)環(huán)節(jié)對(duì)數(shù)幅頻特性的和，其總的對(duì)數(shù)相頻特性等于各串聯(lián)環(huán)節(jié)對(duì)數(shù)相頻特性的和。直接畫出串聯(lián)環(huán)節(jié)的總的漸近對(duì)數(shù)幅頻特性。其步驟如下：1）分析系統(tǒng)是由哪些典型環(huán)節(jié)串聯(lián)組成的，將這些典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)都化成標(biāo)準(zhǔn)形式（分母常數(shù)項(xiàng)為1）。2）根據(jù)比例環(huán)節(jié)的K值，計(jì)算20lgK。3）在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上，找到橫坐標(biāo)為ω=1、縱坐標(biāo)為L(zhǎng)(ω）=20lgK的點(diǎn)，過(guò)該點(diǎn)作斜率為-20dB/dec的斜線，其中為積分環(huán)節(jié)的數(shù)目。4）計(jì)算各典型環(huán)節(jié)的交接頻率，將各交接頻率按由低到高的順序進(jìn)行排列，并按下列原則依次改變L(ω）的斜率：若過(guò)慣性環(huán)節(jié)的交接頻率，斜率減去20dB/dec；若過(guò)比例微分環(huán)節(jié)的交接頻率，斜率增加20dB/dec；若過(guò)振蕩環(huán)節(jié)的交接頻率，斜率減去40dB/dec。5）如果需要，可對(duì)漸近線進(jìn)行修正，即可得到較精確的對(duì)數(shù)幅頻特性曲線。舉例分析：某自動(dòng)控制系統(tǒng)的框圖如所示，圖中已標(biāo)明系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，試畫出該系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)頻率特性（伯德圖）。（5）最小相位系統(tǒng)與非最小相位系統(tǒng)的概念若傳遞函數(shù)的極點(diǎn)和零點(diǎn)均在s復(fù)平面的左側(cè)的系統(tǒng)稱為最小相位系統(tǒng)。若傳遞函數(shù)的極點(diǎn)或零點(diǎn)有在s復(fù)平面右側(cè)的系統(tǒng)稱為非最小相位系統(tǒng)。最小相位系統(tǒng)的特點(diǎn)是：它的對(duì)數(shù)相頻特性和對(duì)數(shù)幅頻特性間存在著確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，或者，對(duì)于最小相位系統(tǒng)，只需根據(jù)其對(duì)數(shù)幅頻特性就能寫出其傳遞函數(shù)。（6）控制系統(tǒng)性能的頻域分析1）系統(tǒng)穩(wěn)定性的頻域分析eq\o\ac(○,1)對(duì)數(shù)頻率穩(wěn)定判據(jù)的內(nèi)容若系統(tǒng)開(kāi)環(huán)是穩(wěn)定的，則閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是：當(dāng)線過(guò)0dB線時(shí)，對(duì)應(yīng)的在線的上方；或當(dāng)時(shí)，對(duì)應(yīng)的在0dB線的下方。稱為增益穿越頻率，簡(jiǎn)稱穿越頻率。對(duì)數(shù)頻率判據(jù)eq\o\ac(○,2)穩(wěn)定裕量相位穩(wěn)定裕量可定義為：由上述定義可見(jiàn)：當(dāng)時(shí)，這時(shí)的相位角離邊界條件（—180°）的“距離”，就是相位穩(wěn)定裕量。若系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的形式為即系統(tǒng)可簡(jiǎn)化成由比例、個(gè)積分、個(gè)慣性和個(gè)比例微分環(huán)節(jié)組成的，則其對(duì)應(yīng)于時(shí)的相位為2）開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性與系統(tǒng)性能的關(guān)系eq\o\ac(○,1)低頻段低頻段通常是指開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線在第一個(gè)轉(zhuǎn)折頻率以前的區(qū)段。這一頻段的形狀完全由系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)中所含積分環(huán)節(jié)的個(gè)數(shù)和開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)決定。因此，開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線的低頻段反映了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。eq\o\ac(○,2)中頻段中頻段是指開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線在幅值穿越頻率附近的一段區(qū)域。在這一段區(qū)域的特征量為相位穩(wěn)定裕量和穿越頻率。因此，系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性的中頻段表征著系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。eq\o\ac(○,3)高頻段高頻段是指開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線在中頻段以后的一段區(qū)域。系統(tǒng)開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性在高頻段的幅值，直接反映了系統(tǒng)對(duì)輸入端高頻干擾信號(hào)的抑制能力。（大屏幕投影）逐一解說(shuō)應(yīng)用時(shí)域分析法分析系統(tǒng)穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能，讓學(xué)生加深印象。（大屏幕投影）逐一解說(shuō)各檢修項(xiàng)目和檢修工具，必要時(shí)可用圖片或?qū)嵨镎故?，讓學(xué)生加深印象（大屏幕投影，演示視頻或動(dòng)畫）立式光學(xué)計(jì)的檢定方法和步驟為難點(diǎn)部分，同學(xué)們掌握比較困難。教師邊講解邊示范演示，讓同學(xué)們加深印象。（大屏幕投影）解說(shuō)頻率特性。逐一解說(shuō)應(yīng)用時(shí)域分析法分析系統(tǒng)穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能，讓學(xué)生加深印象。5分鐘小結(jié)。作業(yè)：思考題與習(xí)題2.7、2.8、2.10、2.11、2.13、2.15。對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，加深學(xué)生的印象?！哆^(guò)程控制與自動(dòng)化儀表》課程教案NO.6授課班級(jí)周次日期任課教師復(fù)習(xí)提問(wèn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本分析方法學(xué)習(xí)模塊模塊三控制規(guī)律學(xué)習(xí)任務(wù)任務(wù)1控制系統(tǒng)的校正授課內(nèi)容控制系統(tǒng)的校正課時(shí)2教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：1.了解校正的概念；2.熟悉校正的方式和常用校正裝置3.具備分析系統(tǒng)校正性能比較的能力。能力目標(biāo)：1.培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力；2.培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力。素質(zhì)目標(biāo)：1.培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和勇于進(jìn)取的精神。重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：自動(dòng)控制系統(tǒng)性能校正。難點(diǎn)：自動(dòng)控制系統(tǒng)性能校正。授課過(guò)程步驟內(nèi)容方法、資源運(yùn)用1校正的概念啟發(fā)式、多媒體課件、分組討論2校正的方式啟發(fā)式、多媒體課件、分組討論3常用校正裝置啟發(fā)式、多媒體課件、分組討論45授課方式講授的教學(xué)方式教學(xué)地點(diǎn)多媒體教室教學(xué)資源設(shè)備、工具等：投影系統(tǒng)、PPT電子課件

教學(xué)時(shí)間教學(xué)內(nèi)容注釋5分鐘回顧上節(jié)課內(nèi)容，進(jìn)行復(fù)習(xí)提問(wèn)。自動(dòng)控制系統(tǒng)基本分析方法有哪些？80分鐘相關(guān)知識(shí)1.校正的概念當(dāng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能不能滿足所要求的性能指標(biāo)時(shí)，首先可以考慮調(diào)整系統(tǒng)中的可以調(diào)整的參數(shù)；若通過(guò)調(diào)整參數(shù)仍無(wú)法滿足要求時(shí)，則可以在原有的系統(tǒng)中，有目的地增添一些裝置和元件，人為地改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能，使之滿足所要求的性能指標(biāo)，我們把這種方法稱為系統(tǒng)校正。增添的裝置和元件稱為校正裝置和校正元件。2.校正的方式根據(jù)校正裝置在系統(tǒng)中所處地位的不同，一般分為串聯(lián)校正、反饋校正和復(fù)合校正。（1）串聯(lián)校正（2）反饋校正（3）復(fù)合校正在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，常用的校正方式是串聯(lián)校正和反饋校正。3．常用校正裝置校正裝置根據(jù)本身是否有電源，可分為無(wú)源校正裝置和有源校正裝置。（1）無(wú)源校正裝置無(wú)源校正裝置通常是由一些電阻和電容組成的兩端口網(wǎng)絡(luò)。a)相位滯后校正b）相位超前校正c）相位滯后－超前校正（2）有源校正裝置有源校正裝置是由運(yùn)放器組成的調(diào)節(jié)器。（a）相位滯后校正（b）相位超前校正舉例分析:圖中為隨動(dòng)系統(tǒng)的固有部分。現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行串聯(lián)校正，串聯(lián)一個(gè)比例調(diào)節(jié)器，比例系數(shù)。校正前、后系統(tǒng)的伯德圖所示。（1）使系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性改善，超調(diào)量下降，振蕩次數(shù)減少。（2）增益降低為原來(lái)的1/2，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度變差。（大屏幕投影）講解校正的基本概念。（大屏幕投影）逐一解說(shuō)各種校正方式，用圖片展示，讓學(xué)生加深印象（大屏幕投影）逐一解說(shuō)不同的校正裝置，用圖片分析，舉例分析讓學(xué)生加深印象。5分鐘小結(jié)。對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，加深學(xué)生的印象。《過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表》課程教案NO.7授課班級(jí)周次日期任課教師復(fù)習(xí)提問(wèn)系統(tǒng)校正的方式學(xué)習(xí)模塊模塊三控制規(guī)律學(xué)習(xí)任務(wù)任務(wù)2典型的控制規(guī)律授課內(nèi)容典型的控制規(guī)律課時(shí)4教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：1.了解常用的典型控制規(guī)律；2.熟悉典型控制規(guī)律控制特點(diǎn)；3.具備自動(dòng)控制系統(tǒng)典型控制規(guī)律校正的能力。能力目標(biāo)：1.通過(guò)分組合作完成教學(xué)任務(wù)，讓學(xué)生知道如何運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行實(shí)踐操作，加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手、動(dòng)腦能力；2.培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和分工合作、團(tuán)結(jié)協(xié)作共同尋求解決問(wèn)題的能力。素質(zhì)目標(biāo)：1.培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和勇于進(jìn)取的精神。重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：自動(dòng)控制系統(tǒng)典型控制規(guī)律校正。難點(diǎn)：自動(dòng)控制系統(tǒng)典型控制規(guī)律校正。授課過(guò)程步驟內(nèi)容方法、資源運(yùn)用1位式控制啟發(fā)式、多媒體課件2比例控制啟發(fā)式、多媒體課件3微分控制啟發(fā)式、多媒體課件4積分控制啟發(fā)式、多媒體課件5授課方式講授的教學(xué)方式教學(xué)地點(diǎn)多媒體教室教學(xué)資源設(shè)備、工具等：投影系統(tǒng)、PPT電子課件

教學(xué)時(shí)間教學(xué)內(nèi)容注釋5分鐘回顧上節(jié)課內(nèi)容，進(jìn)行復(fù)習(xí)提問(wèn)。170分鐘相關(guān)知識(shí)1.位式控制（1）雙位控制理想雙位控制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為當(dāng)e＞0時(shí)，u(t)=umax；當(dāng)e＜0時(shí)，u(t)=umin。案例分析：一個(gè)溫度雙位控制系統(tǒng)示意圖。溫度雙位控制系統(tǒng)示意圖（2）具有中間區(qū)的雙位控制實(shí)際雙位控制輸出特性實(shí)際雙位控制的過(guò)程曲線2.比例控制（1）比例控制規(guī)律及其特點(diǎn)數(shù)學(xué)表達(dá)式：Δu是控制器輸出變化量；Kc是控制器的放大倍數(shù)，即比例增益；e是控制器的輸入，即偏差。偏差作用下的比例控制器的開(kāi)環(huán)輸出特性（2）比例度通常用比例度表示控制輸出與偏差成線性關(guān)系的比例控制器輸入（偏差）的范圍。比例度定義為：此時(shí)比例度表示為：式中，（3）比例增益對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響比例控制是有余差的控制。比例度δ對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。通常，工業(yè)上常見(jiàn)系統(tǒng)的比例度的參考選取范圍如下:壓力控制系統(tǒng)為30％~70％；流量控制系統(tǒng)為40％~100％；液位控制系統(tǒng)為20％~80％；溫度控制系統(tǒng)為20％~60％。3.積分控制（1）積分控制規(guī)律及其特點(diǎn)數(shù)學(xué)表達(dá)式：KI為控制器的積分速度；TI為控制器的積分時(shí)間（TI=1/KI）。偏差作用下的積分控制器的開(kāi)環(huán)輸出特性雖然可以消除余差是積分控制的顯著優(yōu)點(diǎn)，但積分作用的落后性，結(jié)果往往超調(diào)，使被控變量波動(dòng)得很厲害，引入積分作用后會(huì)使系統(tǒng)易于振蕩。因此生產(chǎn)上都是將比例作用與積分作用組合成比例積分控制規(guī)律來(lái)使用。積分作用的落后性（2）比例積分控制規(guī)律與積分時(shí)間數(shù)學(xué)表達(dá)式：將比例作用與積分作用組合成比例積分（PI）控制規(guī)律來(lái)使用，既能及時(shí)控制，又能消除余差。比例積分控制器的輸入與輸出特性曲線積分時(shí)間的測(cè)定在階躍偏差作用下，控制器的輸出達(dá)到比例輸出的兩倍所經(jīng)歷的時(shí)間。積分時(shí)間的測(cè)定（3）積分時(shí)間對(duì)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的影響δ不變時(shí)ＴＩ對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響一般情況下的大致范圍如下：壓力控制：min；流量控制：min；溫度控制：min；液位控制：一般不需積分作用。4.微分控制（1）微分控制規(guī)律及其特點(diǎn)數(shù)學(xué)表達(dá)式：為控制器的微分時(shí)間。微分控制是根據(jù)偏差的變化趨勢(shì)進(jìn)行動(dòng)作的，從而避免產(chǎn)生較大的偏差，還可以縮短控制時(shí)間。理想微分控制器輸出特性（2）比例微分控制規(guī)律及微分時(shí)間數(shù)學(xué)表達(dá)式：微分作用與比例作用結(jié)合，構(gòu)成比例微分控制規(guī)律（PD）。比例微分控制器輸出特性（3）比例微分控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程微分時(shí)間的大小對(duì)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的影響若TD取得太小，則對(duì)系統(tǒng)的控制指標(biāo)沒(méi)有影響或影響甚微，如圖中曲線①所示；選取適當(dāng)?shù)腡D，系統(tǒng)的控制指標(biāo)將得到全面的改善，如圖中曲線②所示；但若TD取得過(guò)大，即引入太強(qiáng)的微分作用，反而可能導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生劇烈的振蕩，如圖中曲線③所示。（4）比例積分微分控制數(shù)學(xué)表達(dá)式：理想PID實(shí)際PID比例控制是基本的控制方式，自始至終起著與偏差相對(duì)應(yīng)的控制作用；引入積分控制后，可以消除純比例控制無(wú)法消除的余差；而加入微分控制，則可以在系統(tǒng)受到快速變化干擾的瞬間，及時(shí)加以抑制，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定程度。將三種方式組合在一起。比例積分微分控制器輸出特性PID控制器各種組合控制效果圖各類生產(chǎn)過(guò)程對(duì)象常用的控制規(guī)律如下：液位：一般要求不高，用P或PI控制規(guī)律；流量：時(shí)間常數(shù)小，測(cè)量中混有干擾，用PI或加反微分控制規(guī)律；壓力：介質(zhì)為液體的時(shí)間常數(shù)小，介質(zhì)為氣體的時(shí)間常數(shù)中等，用P或PI控制規(guī)律；溫度：容量滯后較大，用PID控制規(guī)律。（大屏幕投影）講解位式控制的特點(diǎn)，并用案例進(jìn)行分析，讓學(xué)生加深印象。同時(shí)進(jìn)一步理解位式在工程上的作用及意義。（大屏幕投影）講解比例控制的特點(diǎn)，比例度定義、意義及選取范圍。（大屏幕投影）講解積分控制和比例積分控制的特點(diǎn)，積分時(shí)間定義、意義、測(cè)定選取范圍。（大屏幕投影）講解微分控制、比例微分和比例積分微分微控制的特點(diǎn)，微分時(shí)間定義、意義、測(cè)定選取范圍。5分鐘小結(jié)。作業(yè)：思考題與習(xí)題3.1。對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，加深學(xué)生的印象?！哆^(guò)程控制與自動(dòng)化儀表》課程教案NO.8授課班級(jí)周次日期任課教師復(fù)習(xí)提問(wèn)典型的控制規(guī)律學(xué)習(xí)模塊模塊四過(guò)程參數(shù)檢測(cè)與變送學(xué)習(xí)任務(wù)任務(wù)1過(guò)程參數(shù)檢測(cè)儀表概述授課內(nèi)容過(guò)程參數(shù)檢測(cè)儀表概述課時(shí)2教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：1.了解過(guò)程參數(shù)檢測(cè)儀表信號(hào)制與傳輸方式；2.掌握誤差的計(jì)算方法3.掌握變送器的量程調(diào)整、零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移方法。能力目標(biāo)：1.通過(guò)分組合作完成教學(xué)任務(wù)，讓學(xué)生知道如何運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行實(shí)踐操作，加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手、動(dòng)腦能力；2.培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和分工合作、團(tuán)結(jié)協(xié)作共同尋求解決問(wèn)題的能力。素質(zhì)目標(biāo)：1.培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和勇于進(jìn)取的精神。重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：變送器的量程調(diào)整、零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移方法。難點(diǎn)：誤差的計(jì)算。授課過(guò)程步驟內(nèi)容方法、資源運(yùn)用1傳感器與變送器啟發(fā)式、多媒體課件、分組討論2檢測(cè)儀表的信號(hào)制與傳輸方式啟發(fā)式、多媒體課件、分組討論3誤差概念及表述啟發(fā)式、多媒體課件、分組討論4變送器的量程調(diào)整、零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移啟發(fā)式、多媒體課件、分組討論5檢測(cè)儀表分類啟發(fā)式、多媒體課件、分組討論授課方式講授的教學(xué)方式教學(xué)地點(diǎn)多媒體教室教學(xué)資源設(shè)備、工具等：投影系統(tǒng)、PPT電子課件

教學(xué)時(shí)間教學(xué)內(nèi)容注釋5分鐘回顧上節(jié)課內(nèi)容，進(jìn)行復(fù)習(xí)提問(wèn)。80分鐘相關(guān)知識(shí)1．傳感器與變送器過(guò)程參數(shù)檢測(cè)儀表通常由傳感器和變送器組成。（1）傳感器能感受規(guī)定的被測(cè)量，并按照一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換為可用電量的器件或裝置就是傳感器。傳感器通常由敏感元件、傳感元件及測(cè)量轉(zhuǎn)換電路三部分組成，如圖所示。傳感器組成框圖1）敏感元件是直接感受被測(cè)物理量，并以確定關(guān)系輸出另一物理量的元件。2）傳感元件的作用是將敏感元件的輸入轉(zhuǎn)換為電路參量，如電阻、電感、電容、電流、電壓等。3）測(cè)量轉(zhuǎn)換電路的作用是將傳感元件輸出的電路參量轉(zhuǎn)換為便于傳輸和處理的電量。（2）變送器變送器是把傳感器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀豢刂破髯R(shí)別的信號(hào)的轉(zhuǎn)換器。2.檢測(cè)儀表的信號(hào)制與傳輸方式為了方便有效地把自動(dòng)化系統(tǒng)中各類現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制室內(nèi)的儀表和裝置連接起來(lái)，構(gòu)成各種各樣的控制系統(tǒng)，儀表之間應(yīng)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)和傳輸。（1）信號(hào)制信號(hào)制是指在成套儀表系列中，各個(gè)儀表的輸入輸出之間采用何種統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)和傳輸?shù)膯?wèn)題。過(guò)程控制儀表使用的聯(lián)絡(luò)信號(hào)一般可分為氣壓信號(hào)和電信號(hào)1）標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)氣動(dòng)控制儀表統(tǒng)一使用20～100kPa的模擬氣壓信號(hào)。2）標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)信號(hào)電動(dòng)控制儀表聯(lián)絡(luò)與傳輸信號(hào)主要分模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)兩大類。電動(dòng)模擬信號(hào)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)制是4～20mADC或0-10mADC。電動(dòng)模擬信號(hào)有直流電流、直流電壓、交流電流、交流電壓四種。為什么采用直流電流信號(hào)。一是由于直流信號(hào)不受傳輸線路中的電感、電容及負(fù)荷性質(zhì)的影響，抗干擾能力強(qiáng)、不存在相移問(wèn)題，且便于進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。因此，在過(guò)程控制儀表及裝置中直流信號(hào)得到了廣泛的應(yīng)用。而使用電流信號(hào)的原因主要是電流信號(hào)比電壓信號(hào)更適用于遠(yuǎn)距離傳輸。（2）檢測(cè)儀表的傳輸方式檢測(cè)儀表的信號(hào)傳輸方式一般有兩種：串聯(lián)型和并聯(lián)型。1）串聯(lián)型當(dāng)使用直流電流信號(hào)作為傳輸信號(hào)時(shí)，一臺(tái)發(fā)送儀表的輸出電流同時(shí)傳輸給幾臺(tái)接收儀表，則所有接收儀表均應(yīng)串聯(lián)。2）并聯(lián)型并聯(lián)型傳輸通常需要使用標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)有1-5V和0-10V兩種，分別與4-20mA和1-10mA對(duì)應(yīng)。當(dāng)使用直流電壓作為傳輸信號(hào)，且電壓接收信號(hào)時(shí)，一臺(tái)發(fā)送儀表的輸出電壓要同時(shí)送給幾臺(tái)接收儀表，則這些接收儀表均應(yīng)并聯(lián)。當(dāng)使用直流電流作為傳輸信號(hào)，且電壓接收方式時(shí)，接收的各臺(tái)儀表也應(yīng)并聯(lián)，如圖所示。電流傳輸電壓接收時(shí)儀表之間的連接（3）變送器的信號(hào)傳送與供電方式變送器是現(xiàn)場(chǎng)儀表，其供電電源來(lái)自控制室，而輸出信號(hào)又要傳送到控制室去。變送器的信號(hào)傳送和供電方式通常以下三種。1）四線制如果采用四線制傳輸，則供電電源和輸出信號(hào)分別用兩根導(dǎo)線傳輸，電源供電多為220VAC或24VDC。2）兩線制如果采用兩線制傳輸，則變送器與控制室之間僅用兩根導(dǎo)線傳輸，這兩根導(dǎo)線既是電源線，又是信號(hào)線，電源供電為24VDC。四線制傳輸兩線制傳輸三線制傳輸采用兩線制變送器，不僅可節(jié)省大量電纜線和安裝費(fèi)用，而且有利于安全防爆，因此這種變送器得到了較快的發(fā)展。3）三線制如果采用三線制傳輸，則電流輸出可以與電源公用一根線（公用VCC或者GND），可節(jié)省一根線，電源供電為24VDC。3.誤差概念及表述所謂誤差是指儀表實(shí)測(cè)值與被測(cè)物理量自身真實(shí)（或客觀）取值的差異，誤差按出現(xiàn)的規(guī)律來(lái)可分為系統(tǒng)誤差、過(guò)失誤差和隨機(jī)誤差三類。誤差的表示方法主要有絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差及引用誤差。（1）絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差是指儀表的實(shí)測(cè)示值x與真值xa的差值，表示為x，即x=x—xa（2）相對(duì)誤差相對(duì)誤差是絕對(duì)誤差x與真值xa的比值，表示為a，即（3）引用誤差引用誤差是絕對(duì)誤差x與檢測(cè)儀表量程BX的比值，即它是將檢測(cè)儀表的量程引入的誤差表達(dá)式。（4）準(zhǔn)確度準(zhǔn)確度又稱為精度，主要用于反映儀表的準(zhǔn)確程度。為了正確地反映儀表的準(zhǔn)確程度，準(zhǔn)確度采用引用相對(duì)誤差來(lái)表示，即儀表的準(zhǔn)確度是指儀表允許的最大絕對(duì)誤差與儀表量程之百分比，表示為舉例分析：1.某臺(tái)測(cè)溫儀表的測(cè)溫范圍為200～700℃，校驗(yàn)該表時(shí)得到的最大絕對(duì)誤差為+4℃，試確定該儀表的精度等級(jí)。2.某臺(tái)測(cè)溫儀表的測(cè)溫范圍為0～1000℃。根據(jù)工藝要求，溫度指示值的誤差不允許超過(guò)±7℃，試問(wèn)應(yīng)如何選擇儀表的精度等級(jí)才能滿足以上要求?4．變送器的量程調(diào)整、零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移變送器的構(gòu)成原理圖如圖所示。變送器的輸出與輸入關(guān)系為線性關(guān)系。如圖所示。變送器輸出輸入關(guān)系圖（1）變送器的量程調(diào)整量程調(diào)整的目的是使變送器的輸出信號(hào)的上限值ymax與測(cè)量范圍的上限值xmax相對(duì)應(yīng)。變送器量程調(diào)整前后的輸入輸出特性如圖4-10所示，量程調(diào)整相當(dāng)于改變輸入輸出特性曲線的斜率，也就是改變變送器輸出信號(hào)y與輸入信號(hào)z之間的比例系數(shù)。變送器量程調(diào)整前后的輸入輸出特性量程調(diào)整的方法，通常是改變反饋部分的反饋系數(shù)Kf。Kf愈大，量程就愈大；Kf愈小，量程就愈小。有些變送器還可以用改變測(cè)量轉(zhuǎn)換部分的轉(zhuǎn)換系數(shù)Ki來(lái)調(diào)整量程。（2）變送器的零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移的目的。都是使變送器輸出信號(hào)的下限值ymin與測(cè)量信號(hào)的下限值xmin相對(duì)應(yīng)。在xmin=0時(shí)為零點(diǎn)調(diào)整（如圖4-11所示）；在xmin0時(shí)為零點(diǎn)遷移調(diào)整。變送器零點(diǎn)調(diào)整前后的輸入輸出特性將測(cè)量的起始點(diǎn)遷移到某一數(shù)值（正值或負(fù)值），這就是所謂的零點(diǎn)遷移。在未加遷移時(shí)。測(cè)量起始點(diǎn)為零；當(dāng)測(cè)量的起始點(diǎn)由零變?yōu)槟骋徽?。稱為正遷移；反之。當(dāng)測(cè)量起始點(diǎn)由零變?yōu)槟骋回?fù)值，稱為負(fù)遷移。變送器零點(diǎn)遷移前后的輸入輸出特性如圖所示。變送器零點(diǎn)遷移前后的輸入輸出特性5．檢測(cè)儀表分類檢測(cè)儀表種類很多，分類不盡相同。常用的分類方法有：（1）按被測(cè)量分類。（2）按測(cè)量原理分類。（3）按輸出信號(hào)分類。（4）按采用換能分類。（大屏幕投影）講解傳感器與變送器的組成。（大屏幕投影）逐一解說(shuō)檢測(cè)儀表的信號(hào)制與傳輸方式，必要時(shí)可用圖片或?qū)嵨镎故荆寣W(xué)生加深印象。（大屏幕投影）誤差的概念，必要時(shí)可用圖片展示，讓學(xué)生加深印象。（大屏幕投影，演示視頻）逐一解說(shuō)變送器的量程調(diào)整、零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移，同學(xué)們掌握比較困難。教師邊講解邊示范演示，讓同學(xué)們加深印象。5分鐘小結(jié)。作業(yè)：思考題與習(xí)題4.3、4.4、4.5。對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，加深學(xué)生的印象?！哆^(guò)程控制與自動(dòng)化儀表》課程教案NO.9授課班級(jí)周次日期任課教師復(fù)習(xí)提問(wèn)系統(tǒng)校正的方式學(xué)習(xí)模塊模塊四過(guò)程參數(shù)檢測(cè)與變送學(xué)習(xí)任務(wù)任務(wù)2溫度檢測(cè)儀表授課內(nèi)容溫度檢測(cè)儀表課時(shí)4教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：1.了解溫度測(cè)量的基本物理量；2.掌握熱電偶、熱電阻的測(cè)溫原理，掌握溫度與熱電勢(shì)計(jì)算方法；3.了解測(cè)量溫度儀表的選擇和安裝。能力目標(biāo)：1.培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力；2.培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力。素質(zhì)目標(biāo)：1.培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和勇于進(jìn)取的精神。重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：熱電偶、熱電阻的測(cè)溫原理，熱電勢(shì)計(jì)算方法。難點(diǎn)：熱電偶、熱電阻的測(cè)溫原理，熱電勢(shì)計(jì)算方法。授課過(guò)程步驟內(nèi)容方法、資源運(yùn)用1溫度概述啟發(fā)式、多媒體課件2熱電偶啟發(fā)式、多媒體課件3熱電阻啟發(fā)式、多媒體課件4溫度變送器啟發(fā)式、多媒體課件5溫度測(cè)量?jī)x表的選擇和安裝啟發(fā)式、多媒體課件授課方式講授的教學(xué)方式教學(xué)地點(diǎn)多媒體教室教學(xué)資源設(shè)備、工具等：投影系統(tǒng)、PPT電子課件

教學(xué)時(shí)間教學(xué)內(nèi)容注釋5分鐘回顧上節(jié)課內(nèi)容，進(jìn)行復(fù)習(xí)提問(wèn)。170分鐘相關(guān)知識(shí)溫度是表征物體冷熱程度的物理量，通常用t來(lái)表示。溫度只能通過(guò)物體隨溫度變化的某些特性來(lái)間接測(cè)量，而用來(lái)量度物體溫度數(shù)值的標(biāo)尺叫溫標(biāo)。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點(diǎn)（零點(diǎn)）和測(cè)量溫度的基本單位。目前國(guó)際上用得較多的溫標(biāo)有華氏溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)和國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)。1.概述測(cè)溫儀表的分類及性能比較2．熱電偶熱電偶是基于熱電效應(yīng)原理測(cè)量溫度的。A、B-熱電偶；C-導(dǎo)線；D-顯示儀表；t-熱端溫度；t0-冷端溫度熱電偶測(cè)溫（1）熱電偶工作原理當(dāng)兩端所處的溫度不同時(shí)，在熱電偶回路內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，設(shè)熱端溫度為t，冷端溫度為t0，則在兩金屬A和B的接觸點(diǎn)處接觸電動(dòng)勢(shì)分別為eAB（t）、eAB（t0），這種物理現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶回路的熱電勢(shì)只與熱電極材料及測(cè)量端和冷端的溫度有關(guān)，記作EAB（t，t0）。由于熱電偶的分度值都是以自由端溫度等于0℃時(shí)為基準(zhǔn)的，所以當(dāng)自由端溫度不為0℃而為t0時(shí)，溫度與熱電勢(shì)之間的關(guān)系可用下式進(jìn)行計(jì)算。舉例分析：1.用一只鎳鉻一鎳硅熱電偶（分度號(hào)為K）測(cè)量爐溫，已知熱電偶工作端溫度為800℃，自由端溫度為20℃，求熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)E（800，20）。2.某鉑銠10一鉑熱電偶（分度號(hào)S）在工作時(shí)，自由端溫度t0=30℃，測(cè)得熱電勢(shì)E（t，t0）=14.195mV，求被測(cè)介質(zhì)的實(shí)際溫度。熱電偶在與顯示儀表相連時(shí)回路中必定要引入第三種導(dǎo)體C。引入第三種導(dǎo)體C熱電勢(shì)分析由此可見(jiàn)，當(dāng)回路中接入第三種導(dǎo)體后，只要保證該導(dǎo)體兩端溫度相同，熱電偶回路中所產(chǎn)生的總熱電勢(shì)就不變，即與沒(méi)有接入第三種導(dǎo)體時(shí)所產(chǎn)生的總熱電勢(shì)相同。所以當(dāng)熱電偶回路接入各種顯示儀表、變送器及連接導(dǎo)線時(shí)，均不會(huì)影響熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)值。（2）熱電偶結(jié)構(gòu)熱電偶結(jié)構(gòu)熱電偶一般做成棒形，由熱電極、絕緣管、保護(hù)管和接線盒四個(gè)基本部分構(gòu)成。（3）熱電偶的類型根據(jù)熱電偶的基本結(jié)構(gòu)可分為以下幾種。1）普通熱電偶各種普通裝配型熱電偶的外形如圖所示。各種普通裝配型熱電偶2）鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶是將熱電極、絕緣材料和金屬保護(hù)套管組合在一起，經(jīng)拉伸加工而成的堅(jiān)實(shí)組合體。它的內(nèi)芯有單芯和雙芯兩種，如圖所示。1—套管2—內(nèi)電極3—絕緣物質(zhì)各種鎧裝型熱電偶的外形如圖所示。3）薄膜熱電偶用真空蒸鍍（或真空濺射）、化學(xué)涂層等工藝，將熱電極材料沉積在絕緣基板上形成的一層金屬薄膜。薄膜熱電偶1-測(cè)量接點(diǎn)2-鐵膜3-鐵絲4-鎳絲5-接頭夾具6-鎳膜7-襯架（4）熱電偶冷端溫度的影響及補(bǔ)償在實(shí)際使用中，熱電偶的冷端是暴露在裝置外的，受環(huán)境溫度波動(dòng)的影響，不可能保持恒定，更不可能保持在0℃。因此，必須采取措施，對(duì)熱電偶的冷端溫度的影響進(jìn)行補(bǔ)償。1）利用補(bǔ)償導(dǎo)線延伸冷端首先要把冷端引到溫度恒定的地方。利用補(bǔ)償導(dǎo)線，可以部分地解決冷端溫度恒定問(wèn)題。2）冷端溫度的補(bǔ)償常用的補(bǔ)償方法有冰浴法（即保持冷端0℃恒溫法）、查表修正法、校正儀表零點(diǎn)法和補(bǔ)償電橋法等。冰浴法就是將冷端放入冰水混合物中，保持冷端為0℃。多用于實(shí)驗(yàn)室。查表修正法是用計(jì)算的方法來(lái)修正冷端溫度，可消除冷端溫度為恒定值時(shí)對(duì)測(cè)溫的影響。只適用于實(shí)驗(yàn)室或臨時(shí)測(cè)溫。校正儀表零點(diǎn)法將顯示儀表的機(jī)械零點(diǎn)調(diào)至t0處，相當(dāng)于在輸入熱電偶熱電勢(shì)之前就給顯示儀表輸入了電勢(shì)E（t0,0），只能在測(cè)溫要求不太高的場(chǎng)合下應(yīng)用。補(bǔ)償電橋法就是在熱電偶的測(cè)量線路中附加一個(gè)電勢(shì)，如圖所示。3．熱電阻熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度傳感器。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻是熱電阻中測(cè)量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。（1）測(cè)溫原理熱電阻是應(yīng)用金屬在溫度變化時(shí)本身電阻也隨之發(fā)生變化的原理來(lái)測(cè)量溫度的。熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)由熱電阻、顯示儀表及連接導(dǎo)線三部分組成，如圖所示。熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)熱電阻是利用導(dǎo)體和半導(dǎo)體在溫度變化時(shí)自身電阻也隨之發(fā)生變化的原理來(lái)測(cè)量溫度的。熱電阻溫度計(jì)主要有兩種類型：金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻。金屬熱電阻在溫度升高時(shí)，電阻將增加；但半導(dǎo)體熱敏電阻一般隨溫度的升高而減小，其靈敏度比金屬熱電阻高。（2）常用熱電阻目前熱電阻主要包括分度號(hào)為Pt100（R0=100，即溫度為0℃時(shí)電阻值為100）的鉑熱電阻和分度號(hào)為Cu50（R0=50，即溫度為0℃時(shí)電阻值為50）的銅熱電阻兩大類。（3）熱電阻的外形及結(jié)構(gòu)1）熱電阻的外形熱電阻的外形如圖所示。2）熱電阻的結(jié)構(gòu)形式按其保護(hù)管結(jié)構(gòu)形式分為裝配式和鎧裝式兩種。鉑熱電阻結(jié)構(gòu)圖1-金屬保護(hù)套管2-熱電阻元件3-絕緣材料4-引線4．溫度變送器溫度變送器的作用是將熱電偶或熱電阻輸出的電勢(shì)值或電阻值轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，再送給其他單元組合儀表進(jìn)行指示、記錄或控制。溫度變送器組成的測(cè)溫系統(tǒng)SBW系列溫度變送器5．溫度測(cè)量?jī)x表的選擇和安裝（1）測(cè)溫儀表的選擇熱電偶及熱電阻等測(cè)溫元件在測(cè)量溫度時(shí)，必須同被測(cè)對(duì)象接觸才能感受被測(cè)溫度的變化，這種測(cè)量?jī)x表稱為接觸式溫度測(cè)量?jī)x表。這類儀表如不注意合理選擇和正確安裝，則不能做到經(jīng)濟(jì)而有效地測(cè)量溫度。（2）測(cè)溫元件的安裝a）b）c）測(cè)溫元件安裝位置a）垂直安裝b）拐彎處安裝c）45°斜安裝測(cè)溫元件處接裝擴(kuò)大管接線盒面蓋向上安裝（3）測(cè)溫元件的布線要求1）按照規(guī)定的型號(hào)配用熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線，注意熱電偶的正、負(fù)極與補(bǔ)償導(dǎo)線的正、負(fù)極相連接，不要接錯(cuò)。2）熱電阻的線路電阻一定要符合所配二次儀表的要求。3）為了保護(hù)連接導(dǎo)線與補(bǔ)償導(dǎo)線不受外來(lái)的機(jī)械損傷，應(yīng)把連接導(dǎo)線或補(bǔ)償導(dǎo)線穿入鋼管內(nèi)或走槽板。4）導(dǎo)線應(yīng)盡量避免有接頭。應(yīng)有良好的絕緣。禁止與交流輸電線合用一根穿線管，以免引起感應(yīng)。5）導(dǎo)線應(yīng)盡量避開(kāi)交流動(dòng)力電線。6）補(bǔ)償導(dǎo)線不應(yīng)有中間接頭，否則應(yīng)加裝接線盒。另外，最好與其他導(dǎo)線分開(kāi)敷設(shè)。（大屏幕投影）講解溫度的有關(guān)概念（大屏幕投影）簡(jiǎn)單解說(shuō)測(cè)溫儀表的分類及性能，必要時(shí)可用圖片或?qū)嵨镎故?，讓學(xué)生加深印象。（大屏幕投影，演示視頻或動(dòng)畫）解說(shuō)熱電偶工作原理，必要時(shí)可用圖片或?qū)嵨镎故?，讓學(xué)生加深印象。（大屏幕投影，演示視頻或動(dòng)畫）解說(shuō)熱電阻工作原理，必要時(shí)可用圖片或?qū)嵨镎故?，讓學(xué)生加深印象。（大屏幕投影）解說(shuō)溫度變送器的作用，必要時(shí)可用圖片或?qū)嵨镎故?，讓學(xué)生加深印象（大屏幕投影）講解溫度測(cè)量?jī)x表的選擇和安裝，必要時(shí)可用圖片或?qū)嵨镎故?，讓同學(xué)們加深印象。5分鐘小結(jié)。作業(yè)：思考題與習(xí)題4.9、4.10。對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，加深學(xué)生的印象?！哆^(guò)程控制與自動(dòng)化儀表》課程教案NO.10授課班級(jí)周次日期任課教師復(fù)習(xí)提問(wèn)系統(tǒng)校正的方式學(xué)習(xí)模塊模塊四過(guò)程參數(shù)檢測(cè)與變送學(xué)習(xí)任務(wù)任務(wù)3壓力檢測(cè)儀表授課內(nèi)容壓力檢測(cè)儀表課時(shí)4教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：1.了解壓力測(cè)量的基本物理量；2.掌握壓力測(cè)量?jī)x表測(cè)量原理及各類壓力計(jì)特點(diǎn)；3.了解測(cè)量壓力儀表的選擇和安裝。能力目標(biāo)：1.培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力；2.培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力。素質(zhì)目標(biāo)：1.培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和勇于進(jìn)取的精神。重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：壓力測(cè)量?jī)x表測(cè)量原理及各類壓力計(jì)特點(diǎn)。難點(diǎn)：壓力測(cè)量?jī)x表測(cè)量原理及各類壓力計(jì)特點(diǎn)。授課過(guò)程步驟內(nèi)容方法、資源運(yùn)用1壓力概述啟發(fā)式、多媒體課件2壓力計(jì)啟發(fā)式、多媒體課件3壓力傳感器啟發(fā)式、多媒體課件4壓力變送器啟發(fā)式、多媒體課件5壓力測(cè)量?jī)x表的選擇和安裝啟發(fā)式、多媒體課件授課方式講授的教學(xué)方式教學(xué)地點(diǎn)多媒體教室教學(xué)資源設(shè)備、工具等：投影系統(tǒng)、PPT電子課件

教學(xué)時(shí)間教學(xué)內(nèi)容注釋5分鐘回顧上節(jié)課內(nèi)容，進(jìn)行復(fù)習(xí)提問(wèn)。170分鐘相關(guān)知識(shí)1.概述（1）壓力工程上壓力的表示方法如圖所示。壓力表示方法（2）壓力檢測(cè)儀表的分類表壓力檢測(cè)儀表的分類及性能比較壓力檢測(cè)儀表a）U型管壓力計(jì)b）膜片壓力計(jì)c）雙活塞式壓力計(jì)（3）測(cè)壓原理基于彈性形變的測(cè)壓在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中占有重要地位。同時(shí)也是各種先進(jìn)測(cè)壓儀表的共同基礎(chǔ)。彈性壓力傳感器是利用能夠?qū)毫Φ淖兓D(zhuǎn)換為位移變化的彈性敏感元件檢測(cè)壓力的變化，然后利用測(cè)量電路將壓力的變化轉(zhuǎn)換成電量變化的傳感器。其中波紋膜片和波紋管多用于微壓和低壓的測(cè)量；單圈和多圈彈簧管可用于高、中、低壓或真空度的測(cè)量。2.壓力計(jì)壓力或真空度測(cè)量?jī)x表，按照信號(hào)轉(zhuǎn)換原理的不同，大致分為四類：液柱式壓力計(jì)、彈性式壓力計(jì)、活塞式壓力計(jì)、電氣式壓力計(jì)。這里介紹彈性式壓力計(jì)（也稱彈性壓力計(jì)）。當(dāng)被測(cè)壓力作用于彈性元件時(shí)，彈性元件便產(chǎn)生相應(yīng)的彈性變形（即機(jī)械位移）。根據(jù)變形量的大小，可以測(cè)得被測(cè)壓力的數(shù)值。彈性壓力計(jì)的組成環(huán)節(jié)如圖所示。彈性壓力計(jì)組成框圖機(jī)械式彈簧管壓力計(jì)1-彈簧管2-拉捍3-扇形齒輪4-中心齒輪5-指針6-儀表刻度板7-游絲8-調(diào)整螺釘（或滑銷）9-接頭3.壓力傳感器（1）應(yīng)變式壓力傳感器應(yīng)變片式壓力傳感器利用電阻應(yīng)變?cè)順?gòu)成。應(yīng)變片壓力傳感器示意圖a）傳感器b）測(cè)量橋路1—應(yīng)變筒；2—外殼；3—密封膜片（2）霍爾式壓力傳感器霍爾式壓力傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制成的。霍爾效應(yīng)將霍爾元件與彈簧管配合，就組成了霍爾片式彈簧管壓力傳感器，如圖所示?；魻柶綇椈晒軌毫鞲衅?—彈簧管；2—磁鋼；3—霍爾片（3）壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器利用單晶硅的壓阻效應(yīng)而構(gòu)成。a）b）壓阻式壓力傳感器結(jié)構(gòu)a）結(jié)構(gòu)b）單晶硅片1—基座；2—單晶硅片；3—導(dǎo)環(huán)；4—螺母；5—密封墊圈；6—等效電阻壓阻式壓力傳感器具有精度高，工作可靠，頻率響應(yīng)高，遲滯小，尺寸小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn)。除用于測(cè)量壓力外，還可以測(cè)量差壓、高度、速度、加速度等參數(shù)。4.壓力變送器（1）電容式壓力變送器電容式壓力變送器是一種開(kāi)環(huán)檢測(cè)儀表，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、過(guò)載能力強(qiáng)、可靠性好、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)，其輸出信號(hào)是標(biāo)準(zhǔn)的4～20mADC電流信號(hào)。電容式壓力變送器由測(cè)量部件、轉(zhuǎn)換電路、放大電路三部分組成，如圖所示。電容式壓力變送器外形電容式壓力變送器結(jié)構(gòu)通過(guò)轉(zhuǎn)換電路將電容值轉(zhuǎn)換成電流的變化，與反饋信號(hào)、調(diào)零及遷移信號(hào)一起經(jīng)放大和輸出限制電路轉(zhuǎn)換成4～20mA的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，作為變送器的輸出。這個(gè)電流與被測(cè)壓力成一一對(duì)應(yīng)的線性關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)了壓力的測(cè)量。（2）智能壓力變送器智能式變送器（IntelligentTransmitter）是由傳感器和微處理器結(jié)合而成的。它充分利用了微處理器的運(yùn)算和存儲(chǔ)能力，可對(duì)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，包括對(duì)測(cè)量信號(hào)的處理（如濾波、放大、A／D轉(zhuǎn)換等）、數(shù)據(jù)顯示、自動(dòng)校正和自動(dòng)補(bǔ)償?shù)取?.壓力計(jì)的選擇與安裝正確地選擇及安裝壓力計(jì)，是保證儀表在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)揮應(yīng)有作用的重要環(huán)節(jié)。（1）壓力計(jì)的選擇應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程對(duì)壓力測(cè)量的要求，結(jié)合其他方面的有關(guān)情況，具體分析和全面考慮后選用。一般應(yīng)注意以下一些問(wèn)題：1）儀表類型的選用。2）儀表量程的選擇。3）儀表準(zhǔn)確度等級(jí)的選擇。舉例分析:某壓力容器內(nèi)介質(zhì)的正常工作壓力范圍為0.4~0.6MPa，用彈簧管壓力表進(jìn)行檢測(cè)。要求測(cè)量誤差不大于被測(cè)壓力的5％，試確定該壓力表的量程和精度等級(jí)。（2）壓力計(jì)的安裝壓力計(jì)的安裝是否正確，直接影響到測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性及儀表的壽命。一般應(yīng)注意以下事項(xiàng)：1）取壓點(diǎn)的設(shè)置必須有代表性，應(yīng)選在能正確而及時(shí)反映被測(cè)壓力實(shí)際數(shù)值的地方。2）測(cè)量蒸汽壓力時(shí)，應(yīng)加裝冷凝管，以避免高溫蒸汽與測(cè)溫元件接觸，對(duì)于有腐蝕性或黏度較大、有結(jié)晶、沉淀等介質(zhì)，可安裝適當(dāng)?shù)母綦x槽，罐中充以中性的隔離液，以防腐蝕或堵塞導(dǎo)壓管和壓力計(jì)。a）b）壓力計(jì)安裝示意圖a）測(cè)量蒸汽壓力時(shí)b）測(cè)量有腐蝕性等介質(zhì)１—壓力計(jì)；２—切斷閥門；３—凝液管；４—取壓容器3）取壓口到壓力計(jì)之間應(yīng)裝有切斷閥，以備檢修壓力計(jì)時(shí)使用，切斷閥應(yīng)裝設(shè)在靠近取壓口的地方。需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核驗(yàn)或經(jīng)常沖洗導(dǎo)壓管的地方，切斷閥可改用三通閥。4）當(dāng)被測(cè)壓力較小，而壓力計(jì)與取壓口又不在同一高度上，對(duì)由此液柱高度差而引起的測(cè)量誤差，應(yīng)進(jìn)行修正。5）當(dāng)被測(cè)壓力波動(dòng)劇烈和頻繁（如泵、壓縮機(jī)的出口壓力）時(shí)，應(yīng)安裝緩沖器或阻尼器。（大屏幕投影）講解壓力的有關(guān)概念（大屏幕投影）簡(jiǎn)單解說(shuō)測(cè)壓力儀表的分類及性能，必要時(shí)可用圖片或?qū)嵨镎故荆寣W(xué)生加深印象。（大屏幕投影，演示視頻或動(dòng)畫）解說(shuō)壓力計(jì)工作原理，必要時(shí)可用圖片或?qū)嵨镎故?，讓學(xué)生加深印象。（大屏幕投影）解說(shuō)壓力變送器的結(jié)構(gòu)，必要時(shí)可用圖片展示，讓學(xué)生加深印象。（大屏幕投影）講解壓力測(cè)量?jī)x表的選擇和安裝，必要時(shí)可用圖片或?qū)嵨镎故?，讓同學(xué)們加深印象。5分鐘小結(jié)。作業(yè)：思考題與習(xí)題4.17。對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，加深學(xué)生的印象。《過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表》課程教案NO.11授課班級(jí)周次日期任課教師復(fù)習(xí)提問(wèn)壓力檢測(cè)儀表學(xué)習(xí)模塊模塊四過(guò)程參數(shù)檢測(cè)與變送學(xué)習(xí)任務(wù)任務(wù)4流量檢測(cè)儀表授課內(nèi)容流量檢測(cè)儀表課時(shí)2教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：1.了解流量測(cè)量的基本物理量；2.掌握流量測(cè)量?jī)x表測(cè)量原理及各類壓力計(jì)特點(diǎn)；3.了解測(cè)量流量?jī)x表的選擇和安裝。能力目標(biāo)：1.培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力；2.培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力。素質(zhì)目標(biāo)：1.培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和勇于進(jìn)取的精神。重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：流量測(cè)量?jī)x表測(cè)量原理及各類流量計(jì)特點(diǎn)。難點(diǎn)：流量測(cè)量?jī)x表測(cè)量原理及各類流量計(jì)特點(diǎn)。授課過(guò)程步驟內(nèi)容方法、資源運(yùn)用1流量概述啟發(fā)式、多媒體課件2差壓式流量計(jì)啟發(fā)式、多媒體課件3轉(zhuǎn)子流量計(jì)啟發(fā)式、多媒體課件4其他流量計(jì)啟發(fā)式、多媒體課件5流量測(cè)量?jī)x表的選擇和安裝啟發(fā)式、多媒體課件授課方式講授的教學(xué)方式教學(xué)地點(diǎn)多媒體教室教學(xué)資源設(shè)備、工具等：投影系統(tǒng)、PPT電子課件

教學(xué)時(shí)間教學(xué)內(nèi)容注釋5分鐘回顧上節(jié)課內(nèi)容，進(jìn)行復(fù)習(xí)提問(wèn)。80分鐘相關(guān)知識(shí)1概述1.流量的定義流量通常是指單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)工藝管道某截面的流體的數(shù)量，也就是所謂的瞬時(shí)流量；而把在某一段時(shí)間內(nèi)流過(guò)工藝管道流體的總和，稱為累積流量。瞬時(shí)流量和累積流量可以用體積表示，也可以用重量或質(zhì)量表示。2．流量的測(cè)量方法測(cè)量流量的方法很多，有容積法、流速法、質(zhì)量法、水槽法等。容積法中，有橢圓齒輪式、腰輪式、螺桿式、刮板式、旋轉(zhuǎn)活塞式等；流速法中，有葉輪式、渦輪式、卡門渦流式（又稱渦街式）、多普勒式、超聲式、電磁式、差壓節(jié)流式等。質(zhì)量法中有科里奧力式、量熱式、角動(dòng)量式等。流量檢測(cè)儀表的分類及比較a）c）d）b）圖4-45部分流量計(jì)a）腰輪流量計(jì)b）刮板式流量計(jì)c）旋進(jìn)漩渦型流量計(jì)d）渦街流量計(jì)2差壓式流量計(jì)差壓式流量計(jì)主要由三部分組成（見(jiàn)圖4-46所示）：第一部分為節(jié)流裝置，它將被測(cè)流量值轉(zhuǎn)換成差壓值；第二部分為信號(hào)的傳輸管線；第三部分差壓變送器，用來(lái)檢測(cè)差壓并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，用于量值顯示或控制之用。圖4-46差壓式流量計(jì)示意圖1．節(jié)流裝置（1）節(jié)流現(xiàn)象和測(cè)量原理孔板及壓力、流速分布圖（2）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置差壓式流量計(jì)最常用的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置有孔板、噴嘴，文丘里管等。如圖4-48所示。圖4-48節(jié)流元件a）標(biāo)準(zhǔn)孔板b）文丘里噴嘴c）標(biāo)準(zhǔn)噴嘴d）文丘里管（3）取壓方式1）標(biāo)準(zhǔn)孔板的取壓方式：標(biāo)準(zhǔn)孔板可以采用兩種取壓方式：角接取壓和法蘭取壓，如圖4-49所示。圖4-49取壓方式a）角接取壓b）法蘭取壓2）標(biāo)準(zhǔn)噴嘴的取壓方式：標(biāo)準(zhǔn)噴嘴僅采用角接取壓，其結(jié)構(gòu)形式與標(biāo)準(zhǔn)孔板角接取壓結(jié)構(gòu)形式相同。2．差壓式流量計(jì)的特點(diǎn)及安裝使用（1）差壓式流量計(jì)的特點(diǎn)（2）差壓式流量計(jì)的安裝和使用3轉(zhuǎn)子流量計(jì)在工業(yè)生產(chǎn)中小流量低流速的流體流量的測(cè)量，對(duì)其靈敏度、精度有一定的要求。對(duì)管徑小于50mm，和流量小到幾升的流體流量測(cè)量特別適合采用轉(zhuǎn)子流量計(jì)。轉(zhuǎn)子流量計(jì)的外形如圖4-50所示，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4-51所示。圖4-50轉(zhuǎn)子流量計(jì)外形圖1.工作原理圖4-51轉(zhuǎn)子流量計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理a）內(nèi)部結(jié)構(gòu)b）工作原理2．轉(zhuǎn)子流量計(jì)使用注意事項(xiàng)4其他流量計(jì)1.渦輪流量計(jì)在化工、煉油生產(chǎn)中廣泛地采用渦輪流量計(jì)、它是利用流體動(dòng)量原理實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的。如圖4-52所示。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4-53所示。渦輪流量計(jì)由渦輪、導(dǎo)流器、磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器、外殼和前置放大器五個(gè)部分組成。渦輪由導(dǎo)磁的不銹鋼材料制成，葉輪芯上裝有螺旋形葉片，流體作用葉片使之轉(zhuǎn)動(dòng)。導(dǎo)流器是用以穩(wěn)定流體的流向和支承葉輪。磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器是由磁鋼、線圈組成，用以將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)。外殼由非導(dǎo)磁的不銹鋼制成，整個(gè)流量計(jì)安裝在外殼上，然后與流體管道相連接。放大器用于放大微弱信號(hào)，遠(yuǎn)距離傳輸。圖4-52渦輪流量計(jì)外形圖4-53渦輪流量計(jì)內(nèi)部機(jī)構(gòu)1--渦輪；2--導(dǎo)流器；3--磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器；4--外殼；5--前置放大器（1）工作原理當(dāng)被測(cè)流體流經(jīng)傳感器時(shí)，傳感器內(nèi)的渦輪借助于流體的動(dòng)能而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，由導(dǎo)磁材料制成的渦輪周期性地改變電磁感應(yīng)系統(tǒng)中的磁阻，使通過(guò)線圈的磁通量周期性地發(fā)生變化而產(chǎn)生電脈沖信號(hào)，經(jīng)放大器放大后傳送至相應(yīng)的流量積算儀表，進(jìn)行流量的測(cè)量。由此可見(jiàn)，當(dāng)流量發(fā)生變化時(shí)，線圈輸出的電脈沖信號(hào)隨渦輪的旋轉(zhuǎn)速度的變化而變化，脈沖頻率越高，則表示流量越大。渦輪流量計(jì)的特點(diǎn)：精度高；反應(yīng)迅速，可測(cè)脈動(dòng)流量；量程范圍寬。（2）注意事項(xiàng)2.電磁流量計(jì)在流量測(cè)量中，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)具有導(dǎo)電性時(shí)可以用電磁感應(yīng)的方法來(lái)測(cè)量之。它的特點(diǎn)是可以測(cè)量酸、堿、鹽溶液和含有固體顆粒、泥沙、纖維液體的流量。外形圖如4-57所示。（1）工作原理電磁流量計(jì)的工作原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律。在電磁流量計(jì)中，測(cè)量管內(nèi)的導(dǎo)電介質(zhì)相當(dāng)于法拉第實(shí)驗(yàn)中的導(dǎo)電金屬桿，上下兩端的兩個(gè)電磁線圈產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)。當(dāng)有導(dǎo)電介質(zhì)流過(guò)時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，如圖4-55所示。圖4-54電磁流量計(jì)外形圖圖4-55電磁流量計(jì)原理圖（2）使用特點(diǎn)（3）注意事項(xiàng)3.橢圓齒輪流量計(jì)應(yīng)用容積法測(cè)量流量與日常生活中用容器計(jì)量體積的方法相類似，實(shí)際上是用容積積分的方法，直接測(cè)量流體的體積總量。外形如圖4-56所示。圖4-57橢圓齒輪流量計(jì)的測(cè)量原理（1）測(cè)量原理如圖4-57所示，在固定的外殼內(nèi)，有一對(duì)互相嚙合的橢圓齒輪。在流體的入口和出口之間的壓差作用下，流體推動(dòng)橢圓齒輪旋轉(zhuǎn)。通過(guò)齒輪的旋轉(zhuǎn)不斷地將充滿在齒輪與殼體之間的定體積流體排出，進(jìn)而由齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)算出流量數(shù)值。轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，就排出四個(gè)由橢圓齒輪與外殼圍成的半月形空腔的流體體積（4V）。在V一定的情況下，只要測(cè)出流量計(jì)的轉(zhuǎn)速n就可以計(jì)算出被測(cè)流體的流量。（2）使用特點(diǎn)4.靶式流量計(jì)靶式流量計(jì)是利用測(cè)量流體的動(dòng)量來(lái)反映流量大小的。靶式流量計(jì)外形如圖4-58所示。圖4-58靶式流量計(jì)外形圖4-59靶式流量計(jì)示意圖（1）測(cè)量原理如圖4-59所示，當(dāng)通流截面確定時(shí)，流速v與流量q成正比，因此，測(cè)得動(dòng)量mv，即可反映流量q，利用檢測(cè)元件把動(dòng)量轉(zhuǎn)換為壓力、位移或力等，然后測(cè)量流量。（2）使用特點(diǎn)5.超聲波測(cè)量流量由于聲波傳播速度與流體的流速有關(guān)，因而可以通過(guò)測(cè)量聲波在流動(dòng)介質(zhì)中的傳播速度的方法，求出流速和流量。超聲波測(cè)量流量的方法如圖4-60所示。圖4-60超聲波測(cè)量流量示意圖圖4-61超聲波測(cè)速原理根據(jù)對(duì)信號(hào)檢測(cè)的原理的不同，超聲波流量計(jì)可分為時(shí)差法、相差法、頻差法、聲束偏移法、多普勒效應(yīng)法。激光法、熱電法、放射性同位素法等。（1）測(cè)量原理如圖4-61所示為采用時(shí)差法測(cè)流量的示意圖。首先在管道的上游和下游各裝一個(gè)超聲波探頭，用來(lái)發(fā)射和接收超聲波。（2）使用特點(diǎn)1）安裝維修方便，直接安裝于管道上；2）通用性好，與管道口徑無(wú)關(guān)；3）測(cè)量范圍廣，不受流體物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)的影響，可以對(duì)任何流體進(jìn)行測(cè)量；4）采用非接觸式測(cè)量，可對(duì)不易接觸和觀察的流體進(jìn)行測(cè)量。4.4.5流量檢測(cè)儀表的選擇流量檢測(cè)元件及儀表的選用會(huì)因工藝條件和被測(cè)介質(zhì)的差異而有所不同，且檢測(cè)要求也不一樣，要使一類流量檢測(cè)元件及儀表滿足所有的檢測(cè)要求是不可能的。為此，全面了解各類檢測(cè)元件及流量?jī)x表的特點(diǎn)和正確認(rèn)識(shí)它們的性能，是合理選用檢測(cè)元件及儀表的前提。（大屏幕投影）講解流量的有關(guān)概念（大屏幕投影）簡(jiǎn)單解說(shuō)測(cè)流量?jī)x表的分類及性能，必要時(shí)可用圖片或?qū)嵨镎故?，讓學(xué)生加深印象。（大屏幕投影）解說(shuō)差壓式流量計(jì)工作原理，必要時(shí)可用圖片或?qū)嵨镎故?，讓學(xué)生加深印象。（大屏幕投影）解說(shuō)轉(zhuǎn)子流量計(jì)工作原理，必要時(shí)可用圖片或?qū)嵨镎故?，讓學(xué)生加深印象。（大屏幕投影）解說(shuō)渦輪流量計(jì)工作原理，必要時(shí)可用圖片或?qū)嵨镎故?，讓學(xué)生加深印象。（大屏幕投影）解說(shuō)電磁流量計(jì)工作原理，必要時(shí)可用圖片或?qū)嵨镎故荆寣W(xué)生加深印象。（大屏幕投影）解說(shuō)橢圓齒輪流量計(jì)工作原理，必要時(shí)可用圖片或?qū)嵨镎故荆寣W(xué)生加深印象。（大屏幕投影）解說(shuō)靶式流量計(jì)工作原理，必要時(shí)可用圖片或?qū)嵨镎故?，讓學(xué)生加深印象。（大屏幕投影）解說(shuō)超聲波流量計(jì)工作原理，必要時(shí)可用圖片或?qū)嵨镎故?，讓學(xué)生加深印象。5分鐘小結(jié)。作業(yè)：思考題與習(xí)題4.19。對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，加深學(xué)生的印象?！哆^(guò)程控制與自動(dòng)化儀表》課程教案NO.12授課班級(jí)周次日期任課教師復(fù)習(xí)提問(wèn)系統(tǒng)校正的方式學(xué)習(xí)模塊模塊四過(guò)程參數(shù)檢測(cè)與變送學(xué)習(xí)任務(wù)任務(wù)5物位檢測(cè)儀表授課內(nèi)容物位檢測(cè)儀表課時(shí)2教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：1.了解物位測(cè)量的基本物理量；2.掌握物位測(cè)量?jī)x表測(cè)量原理及各類壓力計(jì)特點(diǎn)；能力目標(biāo)：1.培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力；2.培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力。素質(zhì)目標(biāo)：1.培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和勇于進(jìn)取的精神。重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：物位測(cè)量?jī)x表測(cè)量原理及各類物位計(jì)特點(diǎn)。難點(diǎn)：物位測(cè)量?jī)x表測(cè)量原理及各類物位計(jì)特點(diǎn)。授課過(guò)程步驟內(nèi)容方法、資源運(yùn)用1物位概述啟發(fā)式、多媒體課件2差壓式液位計(jì)啟發(fā)式、多媒體課件3其他物位檢測(cè)儀表啟發(fā)式、多媒體課件45授課方式講授的教學(xué)方式教學(xué)地點(diǎn)多媒體教室教學(xué)資源設(shè)備、工具等：投影系統(tǒng)、PPT電子課件

教學(xué)時(shí)間教學(xué)內(nèi)容注釋5分鐘回顧上節(jié)課內(nèi)容，進(jìn)行復(fù)習(xí)提問(wèn)。80分鐘相關(guān)知識(shí)1概述物位檢測(cè)在現(xiàn)代化生產(chǎn)中的地位日趨重要。通過(guò)物位的測(cè)量，可以正確獲知容器內(nèi)所儲(chǔ)物質(zhì)的數(shù)量；監(jiān)視或控制容器中介質(zhì)的物位，使其保持在工藝要求的高度，或?qū)λ纳?、下限位置進(jìn)行報(bào)警，以及根據(jù)物位來(lái)連續(xù)監(jiān)視或控制容器中流入與流出物料的平衡。由于被測(cè)對(duì)象種類繁多，檢測(cè)的條件和環(huán)境也有很大差別，所以物位檢測(cè)的方法有多種多樣，以滿足不同生產(chǎn)過(guò)程的測(cè)量要求。按測(cè)量方式物位檢測(cè)儀表可分為連續(xù)測(cè)量和定點(diǎn)測(cè)量?jī)纱箢?。連續(xù)測(cè)量方式能持續(xù)測(cè)量物位的變化。定點(diǎn)測(cè)量方式則只檢測(cè)物位是否達(dá)到上限、下限或某個(gè)特定位置，定點(diǎn)測(cè)量?jī)x表一般稱為物位開(kāi)關(guān)。物位檢測(cè)儀表類型如表4-11所示。物位檢測(cè)儀表如圖4-62所示。表4-11物位檢測(cè)儀表分類及性能比較a）玻璃板液位計(jì)b）核輻射式物位計(jì)c）光學(xué)液位計(jì)圖4-62部分物位檢測(cè)儀表下面具體介紹應(yīng)用廣泛的差壓式液位計(jì)以及其他幾種物位檢測(cè)儀表。2差壓式液位計(jì)這里以法蘭式差壓變送器為例介紹差壓式液位計(jì)的使用。法蘭式差壓變送器如圖4-63所示。圖4-63法蘭式差壓變送器（a）單法蘭（b）雙法蘭圖4-64法蘭式壓差液位計(jì)如