《化工检测与控制技术》教案

序号1周次1授课形式讲授

授课章节名称§1-1化工自动化发展概况§1-2自动化系统的组成与分类

通过讲解，使学生了解化工自动化的发展概况，基本把握自动化系

教学目的

统的组成框图与自动化系统的分类。

教学重点自动化系统的基本组成，自控系统方框图

教学难点自动化系统的基本组成，自控系统方框图

使用教具未使用教具。

复习所学内容

课外作业

课后体会这部分内容学生把握得较好，完成教学任务。

授课主要内容

简要分析一下整个课程内容。从自动化技术引入化工自动化的概念。

一、化工自动化的发展概况

I.外表自动化阶段

由20世纪40年代前的机械式和液动式外表到基地式外表，再到气动、电动单元组合

外表（I、II、III型），目前III型普及使用，部分I［型仍在使用，I型表已剔除。

2.运算机控制阶段

显现了以微处理器为核心的新型智能外表。把工业控制运算机、微机、顺序控制装置、

过程输入输出装置、现场外表等有机融合在一起的集散型控制系统（DCS）、现场总线控制

系统（FCS）已成为大型工业企业的主流自动化控制系统。

3.综合自动化阶段

综合自动化系统称治理控制一体化系统，也称为运算机集成过程系统（CIPS）,将计划

优化、生产调度、经营治理和决策引入运算机控制系统，使市场意识与优化控制相集合，

治理与控制相集合，促使运算机控制系统更加完善

二、自动化系统的组成与分类

1.自动化系统的组成

（1）生产装置

被控对象一一生产过程中，需控制工艺参数的生产设备或机器、管道。一个设备上有

多个控制系统时，各控制系统的对象可以是生产设备的某一个部分。

（2）自动化装置

①现场外表：安装在生产装置上的各种参数的检测外表（传感器及变送器）与执行器。

传感器：检测元件；变送器：将传感器输出的信号变换成统一的标准信号进行远距离

传送，如0〜10mA电信号（电动H型表）、4〜20mA电信号（电动III型）、20〜lOOKpa气

压信号（气动外表）。

执行器：包括执行机构与调剂阀，按能源分有气动、电动和液动三种。

②控制装置：包括气动、电动控制器及可编程控制器、运算机控制装置等类型。

③显示外表：以图表、数字、指示等方式显示被测参数。包括模拟外表、数字外表和

运算机显示器，与记录外表（有纸、无纸记录仪）。

（3）自控系统方框图

方框图有四个要素：信号线、信号相加点、信号分支点和环节。其中每一个方块代表

系统中的一个组成部分（环节）。

以蒸汽加热器温度控制系统为例，介绍自控系统方框图。

干扰（进料温度或流量）

控制器

温度操纵

］输出▼

设定值变量被控变量

»温度控制器►执行器--------►蒸汽加热器

+

（蒸汽量）（出料变量）

温度测量值温度检测变送器《

图中带箭头的线段仅表示各环节间信号的流向，并不表示物料的流向，有时会与物料

的流向相反，这与工艺流程图不同。

自动控制系统必须是闭环负反馈系统，否则会引起事故。显示外表在闭环以外，所以

不在框图中显现。

图中，被控变量：对象内想要达到设定数值的工艺参数。设定值：被控变量的预定值。

偏差：被控变量设定值与测量值之差。操作变量：受控制器操纵、用来克服干扰影响，使

被控变量保持设定值的物料量或能量。

2.自动化系统的分类

（1）按生产过程的要求分：

①自动检测系统：对生产过程中的各种工艺变量自动、连续地进行测量和显示，以供

操作者观察或直接自动地进行监督和控制生产。

②自动信号报警及联锁保护：在事故发生前，信号系统自动发出声光报警信号；联锁

系统立刻采取紧急措施，以保护人身和设备安全。

③自动操纵系统：按预定的步骤，自动地对生产设备进行某种周期性操作。

④自动控制系统：利用自动控制装置，对生产中某些关键性变量进行自动控制，使其

保持在规定范畴内，保证生产过程正常进行。

（2）按控制系统结构分

①闭环控制系统：分定值控制（设定值为常数）、随动控制（设定值不定）和程序控制

（设定值为时间函数）三种形式。

②开环控制系统：控制器与被控对象间只有正向作用没有反向联系，未构成闭合回路。

（3）按生产过程的变量数分

①单输入单输出系统：可为单回路或多回路控制，主反馈只有一个。

②多输入多输出系统：有多个输入输出信号，且相互间有耦合。复杂控制系统。

三、小结：

1.化工自动化的发展分为外表自动化阶段、运算机控制阶段和综合自动化阶段。

2.自动化系统的方框图有信号线、信号相加点、信号分支点和环节四个要素，构成闭

环负反馈系统，图中箭头只表示信号流向，并不表示物料流向。

3.自动化系统按生产过程的要求可分为自动检测、自动操纵、自动保护和自动控制四

种类型。

四、作业

复习所学内容

序号2周次1授课形式讲授

授课章节名称§1-3控制系统的过渡过程§1-4工艺管道及控制流程图

通过讲解，使同学们把握自动控制系统过渡过程的基本形式及其质

教学目的

量指标，基本把握工艺管道及控制流程图。

教学重点过渡过程的质量指标及其表示方法，工艺管道及控制流程图

教学难点过渡过程的质量指标及其表示方法，工艺管道及控制流程图

使用教具未使用教具。

课外作业1.复习所学内容2.P.17：2、6、8

少部分学生对过渡过程的质量指标把握得不够好，完成作业有困

课后体会

难，需进一步讲解。

授课主要内容

复习提问：自动控制系统的组成框图由哪几部分组成？如果干扰显现，系统将会这样

动作？引入新课。

一、过渡过程和品质指标

(-)过渡过程

1.控制系统的状态

(1)静态(稳态)：被控变量不随时间变化的平稳状态。

(2)动态：被控变量随时间变化的不平稳状态。

(3)过渡过程：从原有平稳状态过渡到新的平稳状态的过程，即从干扰开始，经过控

制，直到系统重新达到新的平稳状态。也是控制作用不断克服干扰作用的过程。

(4)干扰作用：破坏系统平稳，使被控变量偏离设定值的各种外来因素。

2.自动控制系统的过渡过程基本形式

（1）发散振荡：被控变量越来越偏离设定值，是不稳固状态，易引起事故。

（2）等幅振荡：被控变量始终在设定值邻近上下波动，介于稳固和不稳固之间，是

临界状态。

（3）衰减振荡：被控变量经振荡，越来越靠近设定值，是稳固状态.

（4）单调过程：属稳固状态，但变化过程过于缓慢。

（二）品质指标

1.最大偏差

最大偏差是指过渡过程中被控变量偏离设定值的最大数值。它描述了被控变量偏离设

定值的程度。

超调量。max：被控变量最大指示值与新稳态值之差。即以稳态值为基准的第一个波峰。

°max=B

2.衰减比：过渡过程曲线上同向相邻两个波的振幅之比。

N=B/B'介于4:1〜10:1之间是动态指标。

3.余差：过渡过程终止时的残余偏差，为设定值与稳态值之差。

余差是静态指标、精度指标。控制系统按有无余差分为有差控制系统（CW0）和无差

控制系统（C=0）»

4.过渡时间：过渡过程所经历的时间。是快速性指标。

控制系统受到干扰作用后，被控变量从原有稳固状态过渡到新稳态值的±5%（或±2%）

范畴内，且不再越出时，所经历的时间。过渡时间越短，表示过渡过程进行得越迅速，越

容易克服扰动。

5.振荡周期：过渡过程曲线上同向相邻两波峰间的时间间隔。

振荡周期越短，过渡过程时间越短，越易克服扰动。

（三）系统响应

从五个基本指标看系统的响应，可从稳固性、快速性、精确性三个方面考虑。

二、影响系统品质指标的因素

1.对象特性

2.自动化装置的性能

三、管道及控制流程图

1.化工生产的基本流程：

原料f输入设备一前处理过程（分离或精制）一化学反应过程一后处理过程（提纯反应生

成物、回收未反应原料及副产品）一输出设备一成品

2.工艺管道及控制流程图（P&ID）图：

在工艺流程图上按流程顺序标注出相应的测量点、控制点、控制系统、自动报警及联

锁保护系统等所构成的图。

（1）标注含义：P&ID图中，每个外表都有由字母代号组合和回路编号组成的外表位号。

字母代号中第一字母表示被测变量，后续字母表示外表的功能。回路编号第一位数表示工

序号，后续数字（二位或三位）表示顺序号。

（2）示例：

图中，圆圈外加方框表示集散型控制系统，圆圈外不加方框表示离散外表；圆圈中无

横线表示现场安装，有横线表示集中盘面安装（装于外表盘）。图1表示温度检测，装于第

一个工序第01个回路（位置）。图2表示第106号位置为液位指示控制回路（液位指示控

制器装于外表盘上）。图3表示第598号位置为流量指示控制单元（现场安装的集散型控制

系统）

四、小结：

1.把握衰减振荡的品质指标有最大偏差、衰减比、余差、过渡时间及振荡时间等。必

须根据具体的控制要求，优先保证主要的质量指标满足要求。

2.应能看懂工艺管道及控制流程图，找出测量点、控制点、控制系统等，明确其标注

含义。

五、作业：

1.复习所学内容2.P.17：2、6、8

序号3周次2授课形式讲授

授课章节名称§2-1概述§2-2检测环节的质量指标

通过讲解，使学生基本把握自动检测系统的组成与检测环节的质量

教学目的

指标。

教学重点检测外表的质量指标。

教学难点检测外表的质量指标。

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精度的运算把握得不好，需进一步讲解。

授课主要内容

复习上一章节的内容，由检测外表引入新课。

一、概述

1.自动检测系统的组成

被测―►常规显示表

-TL"在乙X•J痴豕传感器

―►CRT显示器

自动检测系统中主要的自动化装置为传感器和显示外表。其中传感器一样包括敏锐元

件、传感元件（转换元件）和测量转换电路三部分。显示外表是自动检测系统显示或输出

被测量数值的装置。其显示方式可以是指针式（模拟式）、数字式、图形显示等儿种。

2.检测环节常见信号类型

化工生产中，常见的被测量类型有热工量、机械量、物质的性质和成分量、电工量等。

为了便于传输、处理和显示，非电量的被测参数通常转换成电气、压力、光等信号类

型。

3.检测环节中的信号传递形式

模拟信号、数字信号、开关信号。

二、测量过程与测量误差

（一）测量过程：被测变量信号通过能量的不断变换和传递，并与相应的测量单位进

行比较的过程。

（-）测量误差：测量值与被测参数真实值之间的差距。

1.测量误差的分类

（1）系统误差：误差的大小和符号均不随测量过程而改变，有规律，可修正。主要由

外表本身的缺陷，观测者的习惯、单因素环境条件的变化等引起。

（2）随机误差：同样测量条件下，多次测量结果都不重复的误差。

随机误差在多次测量时，其总体服从统计规律，大多服从正态分布，具有对称性、有

界性、抵偿性和单峰性等特点。

（3）疏忽误差：由测量者在测量过程中疏忽大意造成，应避免。

2.测量误差的表示方法：

（1）绝对误差：测量值与真实值之差。△nX—Xo

（2）相对误差：绝对误差与真实值的百分比。

7=AxlOG%

X。

（3）相对百分误差（答应误差）：绝对误差限与外表量程的百分数表示。

e=4m/（外表上限-外表下限）*100%

三、检测外表的质量指标

1.精度（准确度）：

一样用引用误差表示。引用误差用外表的绝对误差与该外表量程的百分比表示，即

5=x10（］%=--------------------------X100%

仪表量程标尺上限值-标尺下限值

将最大引用误差的“土”和％去掉后的数值与国标规定的精度等级相靠拢。工业用表的

精度等级有：0.5、1.0、1.5、2.5、4.0。

2.回差（恒定度）：用同一外表对相同变量值进行正、反行程测量时，其指示值间的

最大差值，用输出量程的百分数表示。

£=±-----------（X"-X反）max——X100%

标尺上限-标尺下限

注意：正常外表的回差应小于其答应误差，否则，应及时检修。

3.灵敏度与灵敏限

灵敏度指外表稳固后，指针位移量与被测变量的变化量之比。

5--xlOO%

AX

灵敏限指引起外表指针发生动作的被测参数的最小变化量。一样外表的灵敏限不大于

外表答应绝对误差的一半

4.线性度：反映检测外表输出量与输入量的实际关系曲线偏离直线的程度。

用实际测得的输入-输出曲线与理论拟合直线之间的最大偏差与测量外表量程范畴之

比的百分数来表示。

（X标定—X理论）max

£=±X100%

L标尺上限-标尺下限

5.测量范畴与量程:

测量范畴的上限值ymax与下限值ymin之差就是检测外表的量程y„,。

6.稳固性：检测外表在规定的条件下保持其检测特性恒定不变的能力。

五、小结：

测量外表的质量指标有精度、回差、灵敏度、线性度和稳固性等。其中精度和回差最

主要的指标。应注意合格测量外表的回差不能超过其答应误差，否则应检修或降级使用。

六、作业：

复习所学内容。

序号4周次2授课形式讲授

授课章节名称§2-3检测环节对控制品质的影响§2-4外表设备的防护

通过讲解，使学生基本把握影响控制品质的主要因素，把握外表设

教学目的

备的防护方法。

教学重点外表设备的防护方法。

教学难点外表设备的防护方法。

使用教具未使用教具。

课外作业P34：6、7、8、9

课后体会学生这部分内容把握得较好，完成教学任务，实现教学目的。

授课主要内容

复习提问：检测环节的质量指标有哪些？引入新课。

一、检测环节对控制品质的影响

1.稳固性与可靠性

(1)外表的稳固性与可靠性越好，其保护量越小

(2)外表的电磁兼容性直接影响测量的准确性

电磁兼容性指电气设备在规定的电磁环境中能正常工作，而不对该环境或其分设备造

成不答应扰动的能力，包括抗电磁干扰能力和发射电磁干扰的极限值。

外表的抗电磁干扰能力越强，而发射电磁干扰的极限值越小，电磁兼容性越好。

(3)检测环节的防护能力：包括气象环保能力、防爆性能、机械特性、电气特性

（4）外表安装、使用和修理：合理安装、正确操作、方便修理便于提高控制质量

二、纯滞后

由于检测元件的安装位置所引入的纯滞后，会使测量信号不能及时反映被控变量的实

际值，影响控制质量，应尽量减小。

三、测量滞后

由检测元件的时间常数所引起的动态误差，由检测元件的特性所决定。可通过挑选快

速检测元件、正确使用微分环节等途径来克服。

四、电气防爆

1.设计防爆：根据爆炸危险场所的区域等级，设计相应的防爆外表和电气设备。

（1）爆炸性危险场所的划分

根据国标规定，爆炸性气体危险场所按危险程度的大小，分为0区、1区和2区三个级

别，爆炸性粉尘危险场所分为10区、II区两个级别。危险性前者大于后者。

（2）爆炸性危险场所使用的电气设备

防爆电气设备分为：I类：煤矿井下用电气设备；II类：工厂用电气设备

①增安型“e”：正常运行时不产生点燃爆炸性混合物的火花、电弧或危险温度。

②隔爆型“d”：具有隔爆外壳，打开外壳前，应先切断电源，否则有爆炸危险。

③本安型“i”：本质安全，适用于一切危险场所和爆炸性气体，通电时可进行保护。必

须和安全栅及外部配线一起构成本安电路，才能防爆。

本安型按安全程度和使用场所不同，可分为ia和ib两个等级，ia防护等级高于ib,ia

适用于0区和1区，通常用于工厂，ib用于1区，一样用于煤矿井下。

④正压型“P”：向外壳内充入惰性气体，使内部压力高于周围危险性环境的压力，以阻

止外部爆炸性混合物进入壳内引起爆炸。

⑤充油型“。”：把带电部件浸入变压器油中，使其不致引起爆炸性混合物爆炸。

⑥充砂型“q”：在外壳内充填细砂，使产生的电弧等不能点燃爆炸性混合物。

⑦无火花型“n”：在正常运行条件下，不会发生点燃作用的故障。

⑧特别型“s”：采取其他防爆措施的电气设备。

（3）防爆电气设备的选型

各类防爆电气均设置永久性铭牌标志。铭牌应包括以下主要内容：

防爆总标志“Ex”：表示该设备为防爆电气设备；

防爆结构型式：表示该设备采用何种措施进行防爆，如d为隔爆型；

防爆设备型式：I类：煤矿井下用电气设备；H类：工厂用电气设备

防爆级别：分A、B、C三级，说明其防爆能力的强弱；

温度组别：分为Tl—T6六组，说明该设备的最高表面温度答应值；

防爆合格证编号及产品出厂日期或编号。

2.安装防爆

按相应操作规程进行。

3.检修防爆

定期检查保护，修理工具要合适，测试外表应为经鉴定的防爆型或本安型外表，以避

免引起诱发性火花或把过高的电压引向不适当的部位。照明灯具要符合防爆要求，采用24V

安全电压，使用防爆接头，不在有压力的情形下拆卸外表.

五、外表及设备的防腐保温

1.防腐措施

采用防腐材料；采用表面或内壁涂覆耐腐材料；采用隔离防腐。

2.保温

（1）蒸汽伴热

蒸汽伴热一样是将通有蒸汽的伴热管路与外表管路敷设在一起，再外加保温措施，以达

到防冻保温的目的。

（2）电伴热

以电热元件为热源，属于较稳固的热源，伴热温度可通过温度开关控制；电热元件通常

有加热电缆和电热带两种。

六、外表设备的防护等级

外壳防护等级由代码字母IP（IP含义为国际防护）、第一位特点数字（表示外壳防止固

体异物进入和防止接近危险部件的人手、工具的防护等级）、第二位特点数字（表示外壳防

止由于进水对设备造成有害影响的能力）、附加字母、补充字母组成。不要求规定数字时，

该处以字母X代替，附加字母和补充字母不要求时，可以不标注。

七、小结：

检测环节对控制品质的影响主要表现在稳固性和可靠性、安装位置的确定产生的纯滞

后及传感器本身的测量滞后。外表设备的防护包括电气防爆、防腐和保温等。

八、作业：

P35：6、7、8、9

序号5周次3授课形式讲授

授课章节名称第三章工艺参数的检测变送装置§1压力检测之一

通过讲解使学生基本把握弹性式压力计、电气式压力计的工作原

教学目的

理。

教学重点几种常用测压外表的工作原理。

教学难点弹簧管压力表的结构及测量原理、电气式压力计的工作原理。

使用教具未使用教具。

课外作业复习所学知识

课后体会大部分学生这部分内容把握得较好，完成教学任务。

授课主要内容

复习提问：化工检测中的四大参数是什么？引入新课。

一、压力的概念

1.压力：介质垂直作用在单位面积上的力。

2.表示方法：绝对压力、表压力、负压力（真空度）

当Pse>P大气区时，P&=P绝-P大气压当P绝<P大气E时，PK.=P大气田-P绝

3.单位：Pa、Kpa、Mpa

lMpa=1000Kpa1Kpa=1000PalMpa=10kgf/cm2

二、常用测压方法及外表

1.液柱测压法：根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量。

常用外表：U形管压力计、单管压力计、斜管压力计

2.弹性测压法：根据弹性元件受力变形原理，将被测压力转换成弹性元件变形的位移

进行测量。

常用弹性元件：单圈（多圈）弹簧管、膜片、膜盒、波纹管

常用外表：单圈（多圈）弹簧管压力表

3.电气测压法：通过机械或电气元件将被测压力信号转换成电信号（电压、电流、频

率等）进行测量和传送。

三、弹性式压力计

弹性式压力计根据各种弹性元件在被测压力的作用下，产生弹性变形的原理来进行压

力测量。

1.常用弹性元件：单圈（多圈）弹簧管，膜片、膜盒，波纹管。

2.单圈弹簧管压力表

（1）弹簧管测压原理：弹簧管受力一截面由椭圆形趋于圆形一自由端扩张变形一当弹

簧管刚度产生的反作用力与被测压力相平稳时一自由端位移一定。

（2）弹簧管压力表的结构与动作过程

弹簧管压力表由弹簧管测压元件和拉杆、扇形齿轮、中心齿轮组成的传动放大机构及

指针、面板组成的指示机构等几部分构成。

被测压力信号经弹簧管转换成自由端位移信号，通过拉杆使扇形齿轮作逆时针偏转，

由于齿轮啮合作用，中心齿轮顺时针转动，带动同轴的指针偏转，在面板的刻度标尺上显

示出被测压力的数值。由于弹簧管自由端的位移与被测压力之间具有正比关系，因此弹簧

管压力表的刻度标尺是线性的。

（3）电接点压力表

简要介绍电接点压力表的结构和工作原理。

四、电气式压力计

电气式压力计通过转换元件把压力转换成电信号输出，然后对电信号进行测量。

1.扩散硅式压力传感器

（1）工作原理：根据单晶硅的压阻效应，将被测压力信号转换成应变电阻，再经桥路

获得相应的电压输出信号。此信号经过精密的补偿和信号处理，转换成与输入压力信号成

线性关系的标准电流信号输出。

（2）动作过程

被测压力增大时，使直接扩散在单晶硅上的应变电阻产生与被测压力成比例的变化，

电桥两对面的电阻变化趋势相反（如Ri、R3增大，则R?、减小），电桥不平稳程度加大,

输出的相应不平稳电压增大。

［本课小结］:

常用测量压力的方法有液柱测压法、弹性测压法、电气测压法等。弹簧管压力表在工

业生产中应用非常广泛，通过弹簧管将被测量的压力信号转换为弹簧管的变形带动相应传

动放大机构和指示机构动作。电气式测压外表都是将被测压力信号转换成电信号进行远传

和测量的。

［作业］:复习所学内容

扬州工业职业技术学院教案

序号6周次3授课形式讲授

授课章节名称§3-1压力检测之二

通过讲解使学生基本把握几种电气式压力计的测量原理，把握常用

教学目的

压力表的选用和安装。

教学重点几种常用电气式测压外表的工作原理；常用压力表的选用和安装。

教学难点常用压力表的选用和安装。

使用教具未使用教具。

课外作业P88：5、7、8

课后体会大部分学生对所教知识点把握得较好，完成教学任务。

授课主要内容

复习提问：弹簧管压力表的工作原理以及特点。引入新课。

2.电容式差压变送器

(1)工作原理：将被测压力的变化转换为电容量的变化进行测量。

(2)动作过程

被测压力P经膜盒内的硅油传递加在电容的可动电极上，当P=0时，可动电极的位移

量为0,其与两固定电极的间距相同，G=C2,△C=0；当P#0时，随着P的增大，可动电

极与两个固定电极的间距改变，从而改变两电容量，两电容一个增大，另一个减小，△(：增

大，通过转换部分的检测和放大，转换成相应的电信号输出。

电容式差压变送器的测量室过载时，测量膜片紧贴在球形凹面上，从而保证了单向受

压时不致损坏。

电容式压力变送器和绝对压力变送器的工作原理与差压变送器相同，所不同的是低压

室压力是大气压或真空。

3.智能式压力变送器一一带微处理器

利用微处理器的运算和储备能力，可以对传感器的测量数据进行运算、储备和数据处

理，包括对测量信号的调理、数据显示、自动校正和自动补偿等。

基本组成：检测部件、电子转换部件两大部分；

特点：测量精度高；测量范畴广；检测部件中，除压力传感元件外，还有温度传感元

件，变送器内部带压力特性、温度特性和静压特性，运行时可精确进行信号修正。带有手

持通信器，可在现场或控制室进行设定或检测，调零、调量程、组态、校准变送器及自诊

断bkr*。

具有长期稳固的工作能力和良好的总体性能，每五年才校验一次。

4.模拟型变送器与智能型变送器的比较

（1）模拟型变送器的特点：结构简单；精度较高；测量范畴较宽，静压误差较小；采

用二线制传输信号，安全防爆。

（2）智能型变送器的特点（略）

（3）现场总线型智能变送器的特点：全数字式；现场总线通信；精度提高；功能增强。

五、压力计的选用

1.外表类型的确定：由工艺要求来确定。如测氨气压力一一用氨用表（弹簧管

为不锈钢材料）；测氧气压力一一氧用表（禁油）；上下限报警一一电接点压力表；就

地指示一一普通弹簧管压力表；远传指示一一电气式压力传感器

2.外表量程的确定

当被测压力稳固时，正常操作压力应为量程的1/3—2/3；当被测压力波动时，正常操作

压力应为量程的1/3—I/2；测量高压时，正常操作压力应不超过量程的3/5。

3.外表精度等级的确定：由控制指标和外表量程决定。

六、压力计的安装

1.测压点的挑选：所选取压点应能反映被测压力的真实大小。

2.导压管铺设

导压管内径为6〜10mm,长度W50m,否则选用远传压力计；应有一定倾斜度；被测介

质易冷凝或冻结时，须加保温或伴热管线；切断阀应装在靠近取压口的地方。

3.压力计的安装：

（1）应装在易于观察和检修的地方，避免振动和高温。

（2）测量蒸汽压力时，应加装凝液管；测量腐蚀性介质的压力时，应加装充以中性介

质的隔离罐。

（3）压力表连接处应加装适当垫片。

（4）当被测压力较小，压力计与取压口不在同一高度时，由此高度差引起的测量误差

应进行修正。

［本课小结］:

电气式测压外表都是将被测压力信号转换成电信号进行远传和测量的。

压力计在挑选时要考虑类型、量程、精度；在安装时测压点应能反映被测压力的真实

大小，并考虑所测介质的性质。压力计连接处适当使用垫片。

［作业］:

1.复习所学知识；2.P88：5、7、8

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

通过讲解，使学生了解常用流量检测方法及外表；把握几种常用流

教学目的

量检测外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把握得较好，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。

一、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)。一样用n?、t表示。测量流

体流量的外表一样叫流量计；测量流体总量的外表称为计量表。

2.流量测量的分类方法

(1)速度式流量外表：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：Q=C£用产＞=K@质量流量：M=C£F0AP=K］显

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、答应压损、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。大多挑选孔板。

（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250mm。

③被测介质充满管道、连续流动、且状态稳固；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，先开平稳阀，再开切断阀，最后关闭平稳阀，差压计即投入运行。差压

计停运时，先开平稳阀，再关闭切断阀，最后关闭平稳阀。

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.外表基本结构

玻璃或金属锥型管（由下往上逐步扩大）、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)流量变送部分一一由差动变送器实现

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，「输出的不平稳电势进入放大器放大，通过凸轮带动接收的T?

铁芯上移，使T?也输出一不平稳电势。「、T?次级绕组反串，两者的不平稳电势相互抵消,

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、椭圆齿轮番量计

1.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

由外表壳体和活动壁组成流体的计量室，当流体经过外表时，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；V。为计量室的容积)

3.适用范畴：干净的高粘度液体的流量测量。

五、流量检测外表的选用

1.外表类型的选用：应满足工艺生产的要求。

2.外表测量范畴的挑选

对线性刻度外表：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%。对非线性刻度外表：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%o

3.外表精度的选用

由工艺生产中所答应的最大绝对误差和外表的测量范畴来确定。

选用流量检测外表时，还应考虑现场安装和使用条件，以及答应压损、外表价格和安

装费用等经济指标。

［本节小结］

最常用的流量测量外表是差压式流量计，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。外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。

椭圆齿轮番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

通过讲解，使学生基本把握几种常用物位测量外表的工作原理及特

教学目的

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运算把握得不好，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、物位外表的分类

1.接触式外表：主要有直读式、差压式、浮力式、电磁式等。

2.非接触式外表：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,贝ij：PB=PA+HPgHPAP=PB-PA=HPg

当P为已知定值时，A、B间的压差ap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=Hpg当H=0时，△P=0,"=4mA无需调整零点。

②负迁移：差压：△P=P+-P-=(hi-h2)P2g+HP!g(h2>h|)

当H=0时，AP=(h,-h2)P2g<0,"<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

畴。

③正迁移：△P=P+-P-=hPg+HPg当H=0时，△P=hPg>0,I!i,>4mA；要

使H=0时，Im=4mA,可调整迁移弹簧。

④迁移的判定：列出AP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-|AP|(H=0)

⑤迁移的标注：在差压变送器的型号后加“A”一正迁移；加“B”一负迁移。

三、法兰式差压变送器

1.适用范畴：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

I.检测元件：沉筒外表量程即为沉筒的长度，一样为300——2000mm

2.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巾°

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△<!>

ht-Ft-作用力矩M[-*△<1>t

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

系统失去平稳，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

动祛码移动，直至祛码作用于杠杆的力矩与测量力作用于杠杆的力矩平稳时，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、物位外表的选用

1.外表型号的选用：由被测对象的特点和工艺要求确定。

2.测量范畴的选用：由工艺要求定。

3.精度等级的选用：由生产所答应的最大绝对误差和外表量程确定。

［本节小结］:

差压变送器是最常用的液位测量外表，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

通过讲解，使学生把握热电偶的构成及其测温原理，把握常用热电

教学目的

偶的特性。

教学重点热电偶的测量原理及其运算。

教学难点热电偶的运算。

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把握得较好，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。

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。

常用的接触式测温外表：

(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外表：辐射高温计，光学高温计等.

二、热电偶------样测量范畴-200〜+1600C。

1.热电偶测温原理一一热电效应。

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#S，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(3S)=EAB(t)-EAB(t0)

当冷端温度to恒,定时,EAB(to)=C

此时,EAB(t,to)=EAB(t)-EAB(M)=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(口=EAB(S)=0则EAB(t,历)=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=to时：EAB(t)=EAB(S)，则EAB(t,t0)=EAB(t)-EAB(S)=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：历=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,to)=EAB(t,0℃)-EAB(to，0℃)

4.常用热电偶的性质

①伯铭30-钳铭6：分度号为B高温时性能稳固，测量准确，但热电势小，价格较贵,

可作基准热电偶。

②粕错ur伯：分度号为S高温时性能稳固，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保铭-馍硅：分度号为K适于测量中、高温，线性好，灵敏度高，中温范畴内性能

较稳固，价格便宜。

④银铭-铜银：分度号为E适于测量中、低温范畴，灵敏度高，价格便宜，低温时性

能稳固。

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

通过讲解，使学生把握热电偶常用冷端温度补偿方法，基本把握常

教学目的

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（to，h）=EAB（3t|）

伯错-伯：补偿导线为铜-铜银银铭-银硅：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to=（rc

②查表法：EAB（t,t°）—EAB（t,0"C）-EAB（t（）,0℃）

③校正外表零点法：断开测量电路，使显示外表的零点指示在室温，再接通电路。

EAB(t,to)=EAB(t指，t£),调整tE=t)),则tJH=t

④补偿电桥法：在补偿导线后面接上补偿电桥，使其产生一不平稳电压△U,来补偿冷端

温度变化产生的误差。

即EAB(30℃)-EAB(to，0℃)+AU=EAB6指，0℃)

若使△U=EAB(历，0℃),则t.=t

⑤补偿热电偶法

补偿热电偶的工作端温度恒为切，其冷端与测量热电偶的冷端均为t”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，测温外表

的指示值则为EAB(t，t0)所对应的温度，而不受3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)、显示外表组成。使用时应注意三者匹配，

如显示外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)伯电阻：

分度号：PtlO(R»=10Q)>PtlOO(Ro=lOOQ)

测温范畴为-200—+650"C,测量精确、性质稳固，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(R°=50C)、Cui00(R0=100Q)

测温范畴为-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、连接导线和显示外表组成。使用时，测温元件与显示外表应匹配，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，工作稳固可靠。但现场条件恶劣，处理故障麻烦。

五、温度检测外表的挑选与安装

1.温度外表的挑选

根据工艺要求、操作和环境条件、被测介质的温度范畴，确定温度外表的类型及保护

套管的材料，选显示外表注意匹配。

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；就地显示外表应便于观察。

3.布线要求

注意补偿导线匹配，极性不能接反；线路电阻符合二次外表的要求；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、校正外表零点、补偿电桥

法、查表运算法和补偿热电偶法。

2.常用热电阻有铜电阻和钠电阻，热电阻使用时应注意与所用显示外表匹配，并采用三

线制连接。

3.测温外表挑选时，应根据工艺要求、操作和环境条件、被测介质的温度范畴，确定温

度外表的类型及保护套管的材料，选显示外表注意匹配。

［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

通过讲解，使学生了解几种常用成分分析外表的工作原理与基本结

教学目的

构；基本把握电机转速的测量与皮带秤称重的工作原理。

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

教学重点

秤称重的工作原理。

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

教学难点

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把握得较好，完成教学任务。