化工仪表及自动化 朱玉华等
| 学校： | 沈阳工业大学 |
| 开课院系： | 化工过程自动化 |
| 专业大类： | 化工类 |
| 开课专业： | 应用化学1801-02，环境工程1801-02，化学工程与工艺1805-06，能源化学工程1801 |
| 课程英文名称： | Chemical Instrumentation and automation |
| 学分： | 2 |
| 课时： | 32 |
本课程是化学工程与工艺、高分子材料与工程、应用化学、环境工程等化工类学科的一门专业必修课，主要讲授现代化工生产过程中的自动化控制装置及其控制系统构成。这对于化工类学生学习、了解与驾驭化工生产流程是有着重要意义的。 本课程主要讲授过程自动化基础知识—生产过程自动化控制系统的概念、组成、分类及其描述方法，控制系统方块图，过渡过程及其性能指标以及控制对象特性及其描述。化工生产过程四大参数的测量及仪表、自动控制仪表、执行装置的工作原理、特点及其应用场合等。 本课程立足于过程自动化的实际应用，使化工类学生基本掌握自动化技术和利用自动化工具，完成各自专业的任务。通过本课程的学习，能初步了解化工自动化的基本知识及自动控制系统的组成、基本原理及各环节的作用，生产过程中的主要控制装置及其控制系统。
《化工仪表及自动化》课程教学大纲
英文名称：Chemical Instrumentation and Automation
课程类型：专业课
课程要求：必修
学时/学分：32/2
适用专业：化学工程与工艺、高分子材料与工程、应用化学、环境工程
一、课程性质与任务
化工仪表及自动化是化工类专业的必修课，这些专业的具体工作是靠自动化的方式和手段来完成的，只有基本掌握自动化技术和利用自动化工具，才完成各自专业的任务。使学生掌握基本的自动控制方面的知识；系统地了解构成自动控制系统的各个基本环节，包括被控对象、测量元件及变送器、自动控制仪表、执行器等，从而便于在生产实践中能根据生产工艺及自动控制两个方面的要求，为自动控制系统的设计提供合理的、准确的工艺条件及数据。本课程在教学内容方面着重基本知识、基本理论和基本设计方法的讲解；在培养实践能力方面着重设计构思和基本设计技能的基本训练，使学生对化工行业大系统有一定的了解并具有一定的设计能力。
二、 课程与其他课程的联系
本课程内容广泛，要求学生具有物理、电工、电子学、流体力学、声学、光学等方面的知识。在物理学、电工技术基础、电子技术基础、化工原理等课程授完之后再开此课。本课程又是化工过程控制工程的前续课。
三、课程教学目标
1．学习化工仪表及自动化知识，掌握化工四大参数的测量方法与常见的测量仪表，其常用的结构、特性等基本知识，具有选用化工行业中适合的仪表的能力；
2．通过自动控制系统的学习，了解构成自动控制系统的各个基本环节，能在生产实践中根据生产工艺及自动控制两个方面的要求，为自动控制系统的设计提供合理的、准确的工艺条件及数据。
3、了解计算机控制系统的组成、特点，集散控制系统的特点、组成，具有了解常见系统的能力；
4．培养学生树立正确的设计思想，了解机械设计过程中国家有关的经济、环境、法律、安全、健康、伦理等政策和制约因素；
5．培养学生的工程实践学习能力，使学生掌握典型仪表的使用方法，具有运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料的能力；
6．了解化工仪表、化工自动化的前沿和新发展动向。
四、教学内容、基本要求与学时分配
序号 | 教学内容 | 教学要求 | 学时 | 教学 方式 | 对应课程教学目标 | |
1 | 一、绪论 1.化工自动化的概念； 2.化工自动化的特点； 3.化工仪表作用、分类及化工仪表的发展。
| 1.了解本课程研究的对象、内容 ，学习的意义及目的。 2.了解化工仪表及自动化的发展及课程的主要内容。 | 2 | 讲授 | 1、2、4、6 | |
2 | 二、自动控制系统的基本概念 1.化工自动化的主要内容 2.自动控制系统的组成 3.自动控制系统的表示形式 4.自动控制系统的分类 5.自动控制系统的过渡过程和品质指标 | 1、了解自动控制系统的基本概念及化工自动化的主要内容。 2、掌握自动控制系统的基本组成。 3、了解控制系统的两种表示形式，掌握方框图组成形式。 4、了解控制系统的不同分类方法 5、控制系统的过渡过程和品质指标。 | 5 | 讲授 讨论 | 1、2、6 | |
3 | 三、检测仪表与传感器 1. 测量仪表的基本知识； 2. 压力检测及仪表； 3. 流量检测及仪表； 4. 物位检测及仪表； 5. 温度检测及仪表；
| 1、了解测量过程与测量仪表，测量误差的分类。理解绝对误差、相对误差的概念。掌握仪表的精度和量程的选择。 2、掌握压力的检测方法、了解压力表的选择、校验及安装方法。 3、了解常见的流量检测仪表。理解差压式流量计的测量原理及流量基本方程。了解差压式流量计的安装及其他一些流量仪表。 4、了解常见的物位检测仪表。 理解差压变送器的测量原理及零点迁移问题。了解其他一些物位测量仪表。 5、了解常见的温度检测仪表及方法、重点掌握热电偶温度计的测量原理及温度补偿的问题。掌握热电阻及其测温原理。了解温度变送器的作用。 6、了解显示仪表的功能、各种显示方式。 | 13 | 讲授 讨论 | 1、4、5 | |
4 | 四、自动控制仪表 1.概述； 2.基本控制规律及其对系统过渡过程的影响； 3.自动控制仪表。
| 1、了解控制仪表的发展状况。 2．掌握常见的基本控制规律、PID控制作用规律的特点和使用。 3、了解模拟式控制器的基本组成和DDZ-Ⅲ型控制器的特点。 4、了解数字式控制器的基本组成和特点。可编程控制器的功能和特点 | 4 | 讲授 讨论 | 1、4、5 | |
5 | 五、执行器 1.气动执行器的结构、分类、流量特性、控制阀的选择； 2.电气转换器与电气阀门定位器。
| 1、了解气动执行器的结构及分类。 2、掌握控制阀的流量特性及控制阀的选择。 3、了解阀门定位器的功能和选用。 4、了解电动执行器概念及分类。 5. 了解电气转换器及电气阀门定位器概念及工作原理。 | 4 | 讲授 讨论 | 1、4、5 | |
6 | 六、简单控制系统与计算机控制系统 1.简单控制系统组成和仪表的选择 2.计算机控制系统概述 3.集散控制系统 | 1、掌握简单控制系统组成及组成环节的选用。 2．掌握计算机控制系统的组成。 3．了解计算机控制系统的特点和发展过程。 4、了解集散控制系统的特点和基本构成。 | 4 | 讲授 讨论 | 3、5、6 |
五、其他教学环节（课外教学环节、要求、目标）
课后作业重点内容：
第一章 自动控制系统的基本概念中表示形式中方框图的使用，控制系统品质指标。
第三章 检测仪表与传感器中检测仪表的精度计算与选择和压力表的选用，流量计的基本原理，液位计的零点迁移，温度计中热电偶的冷端温度补偿。
第四章 自动控制仪表中基本控制规律。
第六章 简单控制系统中各组成环节的选用。
六、教学方法
本课程以课堂教学为主，结合作业、自学及测验等教学手段和形式完成课程教学任务。从化工仪表在生产实际中的应用出发，强化学生对基本概念的理解。为了提高教学效果，课堂上尽量多地引入现场的实际例子进行授课，课后进行辅导答疑、布置相应数量的作业。通过辅导答疑和完成一定数量的作业,让学生理解化工仪表的基本原理和化工自动化的基本概念及组成，控制手段。
如在热电偶温度计的测量原理过程中，重点讲解热电现象和热电偶的测温原理，重点强调热电偶的热电势只有在冷端温度恒定的条件下才和热端温度具有单值对应关系，为后面讲补偿导线、冷端温度补偿打下铺垫。画图说明热电偶温度计测量原理，强调不同分度号的热电偶在相同温度下其热电势是不同的。对应附录表中不同分度号的热电偶举实例，说明热电偶温度计的测量温度补偿，加深学生对热电偶和热电势的理解。再通过课堂提问，解答习题的方式，提高学生对补偿导线的概念、冷端补偿的方法的理解程度。
七、考核方式
最终成绩由出勤、平时作业成绩、平时测验成绩、期末成绩等组合而成。各部分所占比例如下：
出勤：10%。主要考核对每堂课学生的出勤情况。
平时作业成绩：20%。主要考核对每堂课知识点的复习、理解和掌握程度。
平时测验成绩：20%。主要考核阶段知识点的掌握程度。主要由平时课堂笔记，当堂提问和现场答题组成。
期末考试成绩：50%。主要考核化工仪表及自动化基本概念、基本分析计算方法的掌握程度。书面考试形式。题型为1、选择题2、填空题3、问答题4、计算题等。
八、教材及参考书目
1．教材：
[1] 化工仪表及自动化（第五版）．厉玉鸣. 化学工业出版社,2011.
2．参考书目：
[1] 化工自动化及仪表. 张蕴端. 华东化工学院出版社, 2008.
[2] 化工仪表及自动化. 孟华. 化学工业出版社, 2008.
[3] 化工自动化及仪表. 杨丽明. 化学工业出版社, 2004.
课程教学大纲修订小组成员：朱玉华 付思 沈朝霞
修订时间： 2016 年 9月
| 课程章节 | | 文件类型 | | 修改时间 | | 大小 | | 备注 | |
| 1.1 绪论 |
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| 2.1 自动控制系统的基本组成及方块图 |
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| 2.2 自动控制系统的分类 |
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| 2.3 自动控制系统的过渡过程和品质指标 |
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| 3.1 检测仪表基本知识 |
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| 3.2 压力检测及仪表 |
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| 3.3 流量检测及仪表 |
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| 3.4 物位检测及仪表 |
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| 3.5 温度检测及仪表 |
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| 3.6 显示仪表 |
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| 4.1 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响 |
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| 4.2 自动控制仪表 |
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| 5.1 气动执行器 |
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| 5.2 阀门定位器与电-气转换器 |
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| 5.3 电动执行器 |
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| 6.1 简单控制系统 |
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2022-08-22 | 1.00MB |
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