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化工电器及仪表讲稿doc
化工电器及仪表讲稿
徐州工业职业技术学院教学设计(讲稿)教师姓名潘雷授课班级生化073精化073授课形式讲授授课日期2008年9月2日第2周授课时数2授课内容1.1化工自动化的发展概况1.2工艺管道及控制流程图教学目标知识目标了解过程控制的发展概况及特点;掌握管道及仪表流程图绘制方法,认识常见图形符号、文字代号;。
能力目标掌握管道及仪表流程图绘制方法,认识常见图形符号、文字代号;学会绘制简单系统的管道及仪表流程图;了解化工自动化思想目标通过本次课,使学生掌握化工自动控制的基本知识,会分析管道及仪表流程图,提高学生对这门课的兴趣。
教学重点过程控制,和自动控制的理解;仪表位号的表示方法教学难点工艺管道及控制流程图的分析;相关知识的涉及。
更新、补充、删节内容使用教具多媒体课外作业1-6;阅读相关过程控制的书籍课后总结结合专业知识引入讲解,学生学习兴趣较浓教学内容与设计绪论
一、化工自动化的内容(结合例子)提问学生化工生产过程的特点,说明化工生产实现自动化的重要性,引出新课锅炉汽包水位控制汽包给水蒸汽加热室1.自动检测2.自动控制3.自动报警与联锁保护4.自动操纵与开停车*自动控制系统的组成,各部分名称,功能相关术语的定义被控变量,被控对象,操纵变量,扰动设定值,偏差,控制器,检测元件变送器,控制阀
二、管道及仪表流程图1.图形符号过程检测和控制系统图形符号包括测量点、连接线(引线、信号线)和仪表圆圈等。
1测量点2连接线3仪表4执行器2.仪表位号仪表位号由字母代号组合和回路编号两部分组成。
仪表位号中的第一个字母表示被测变量,后继字母表示仪表的功能;回路的编号由工序号和顺序号组成,一般用三位至五位阿拉伯数字表示,如下例所示TRC131顺序号(一般用两位数字,也可以用三位数字)工序号(一般用一位数字,也可以用两位数字)功能字母代号被测变量字母代号在管道及仪表流程图中,仪表位号的标注方法是字母代号填写在仪表圆圈的上半圆中;回路编号填写在下半圆中。
PI121TRC101a就地安装(b)集中盘面安装3.字母代号仪表信号中表示被测变量和仪表功能的字母代号见P3表1.1。
二氧化碳精浆液TIPI102102贮槽FICQ101HIC101LIC101TI101PI101管道及仪表流程图实例精浆液图1-2工艺管道及控制流程图示例FICQ101表示为第一工序第01个流量控制回路(带累计指示),累计指示仪及控制器安装在控制室。
HIC101表示为第一工序第01个带指示的手动控制回路,手动控制器(手操器)安装在控制室。
LIC101表示为第一工序第01个带指示的液位控制回路,液位指示控制器安装在控制室。
TI102TI101表示为第一工序第01、02个温度检测回路,温度指示仪安装在现场。
三、化工自动化的发展(补充)1.发展20世纪40年代20世纪40年代末~50年代过程控制系统多为单输入、单输出简单控制系统过程检测采用的是基地式仪表和部分单元组合仪表(气动Ⅰ型和电动Ⅰ型);部分生产过程实现了仪表化和局部自动化20世纪60年代过程控制系统串级、比值、均匀、前馈和选择性等多种复杂控制系统。
自动化仪表单元组合仪表(气动Ⅱ型和电动Ⅱ型)成为主流产品20世纪70~80年代过程控制系统最优控制、非线性分布式参数控制、解耦控制等。
自动化仪表气动Ⅲ型和电动Ⅲ型,以微处理器为主要构成单元的智能控制装置。
集散控制系统(DCS)、可编程逻辑控制器PLC、工业PC机、和数字控制器等,已成为控制装置的主流。
控制理论形成了大系统理论和智能控制理论。
模糊控制、专家系统控制、模式识别技术20世纪90年代至今信息技术飞速发展过程控制系统管控一体化现场,综合自动化是当今生产过程控制的发展方向。
自动化仪表各种智能仪表、变送器、无纸纪录仪,人工智能、神经网络控制2.信号制及供电方式信号制----指在成套仪表系列中,各个仪表的输入输出间采用何种统一联络信号来进行信号传输的问题。
气动控制仪表0.02~0.1MPa电动控制仪表,0~10mA(DC)电流信号作为电动Ⅱ型仪表4~20mA(DC)电流信号作为电动Ⅲ型仪表1~5V(DC)电压信号电动Ⅲ型仪表*DDZ-II型和DDZ-III型仪表的异同点及其信号制的优缺点。
小结化工自动化的任务自动化仪表的分类提问分析对比分析结合示例讲解强调分析徐州工业职业技术学院教学设计(讲稿)教师姓名李红授课班级化工071,2,3,4精化071,2分析08授课形式讲授授课日期2008年9月5日第2周授课时数2授课内容1.3自动化系统的组成与分类1.4控制系统的过度过程教学目标知识目标了解自动化系统的组成;掌握系统控制方框图;了解自动化系统的分类;掌握闭环控制的工作原理;理解控制系统的过度过程能力目标掌握自动化系统控制方框图;掌握对一个控制系统的简单分析;掌握5个品质指标的计算思想目标使学生从过程控制的角度来分析,理解化工自动化。
教学重点自控系统方框图代表的意义;闭环控制系统的分析;5个品质指标的计算教学难点静态、动态及过渡过程的理解品质指标的计算更新、补充、删节内容使用教具多媒体课外作业课后总结内容较多,但循序渐进讲解,学生接受效果较好教学内容与设计自动控制系统的功能引出新课1.3自动化系统的组成与分类
一、过程控制系统的方框图例题分析(学生讨论做)自动控制系统方块图对象控制阀控制器给定值偏差yxepq-检测元件变送器z反馈正反馈负反馈二.自动控制系统的分类²控制系统按结构划分(从例子引出)1.开环控制系统2.闭环控制系统²闭环控制系统(按设定值不同)①定值控制系统②随动控制系统③程序控制系统
三、自动控制系统的过渡过程及其品质指标1.控制系统的静态与动态2.三控制系统的过渡过程(四种过渡形式)3.控制系统的控制指标①余差②衰减比③最大动态偏差和超调量④振荡周期,调整时间综合以上五个基本品质指标来看,一个系统的响应的好坏,可以从三个方面来衡量1)稳定性由衰减比nBB′来描述。
2)准确性由最大偏差(也称动态偏差)A和余差(也称静态偏差)C来描述。
3)快速性用过渡时间或振荡周期T来衡量小结化工自动化的任务控制系统的质量指标对控制过程的影响提问分析结合示例讲解对比分析徐州工业职业技术学院教学设计(讲稿)教师姓名李红授课班级化工071,2,3,4精化071,2分析08授课形式讲授授课日期2008年9月9日第3周授课时数2授课内容2.1概述2.2检测环节的质量指标教学目标知识目标掌握检测仪表的基本性能指标(精度等级、变差、灵敏度等)掌握测量误差的分类及相对应的计算。
能力目标学会对仪表精度等级的计算;掌握根据不同的要求确定仪表的确定。
思想目标从我国仪表工业发展现状进行强国教育教学重点仪表精度等级的计算方法教学难点确定精度等级更新、补充、删节内容根据误差的表现形式分类(补充)使用教具多媒体课外作业P252课后总结内容比较简单,听课时效果较好,但学生自己独立思考时多数同学易出问题,需加强练习教学内容与设计提问复习检测仪表的功能,在控制系统中的位置以所见仪表为例,提问表上符号的含义,引入新课
一、检测过程及误差1.检测过程(举例说明)检测量误差(分析产生的原因)误差-------测量值和真实值之间的差值根据误差的表现形式分类(补充)根据误差的性质及产生的原因,误差分为三类。
(1)系统误差(定义、特点、产生的原因)
(2)疏忽误差(定义、特点、产生的原因)(3)随机误差(定义、特点、产生的原因)
二、检测仪表的基本技术性能指标1.精度(掌握)检测仪表的精度反映测量值接近真实值的准确程度,一般用一系列误差来衡量。
相对百分误差(引用误差)把绝对误差折合成标尺范围的百分数表示,即(3)精度等级按仪表工业规定,去掉最大引用误差的“±”号和“”号,称为仪表的精度等级,目前已系列化。
只能从下列数系中选取最接近的合适数值作为精度等级,即0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0等。
例题例1有两台测温仪表,它们的测温范围分别为0100℃和100300℃,校验表时得到它们的最大绝对误差均为2℃,试确定这两台仪表的精度等级。
解这两台仪表的最大引用误差分别为去掉最大引用误差的“”号,其数值分别为2和1,由于国家规定的精度等级中没有2级仪表,同时该仪表的误差超过了1级仪表所允许的最大误差,所以这台仪表的精度等级为2.5级,而另一台仪表的精度等级正好为1级。
由此可见,两台测量范围不同的仪表,即使它们的绝对误差相等,它们的精度等级也不相同,测量范围大的仪表精度等级比测量范围小的高。
例2某台测温仪表的工作范围为0500℃,工艺要求测温时测量误差不超过±4℃,试问如何选择仪表的精度等级才能满足要求解根据工艺要求,仪表的最大引用误差为去掉最大引用误差的“±”号和“”号,其数值为0.8,介于0.51.0之间,若选择精度等级为1.0级的仪表,其最大绝对误差为±5℃,超过了工艺上允许的数值,故应选择0.5级的仪表才能满足要求。
小结在确定一个仪表的精度等级时,要求仪表的允许误差应该大于或等于仪表校验时所得到的最大引用误差;而根据工艺要求来选择仪表的精度等级时,仪表的允许误差应该小于或等于工艺上所允许的最大引用误差。
这一点在实际工作中要特别注意。
2.灵敏度与灵敏限
(1)灵敏度灵敏度表示仪表对被测参数变化反应的能力,是指仪表达到稳态后输出增量与输入增量之比,即灵敏限灵敏限是指引起仪表指针发生可见变化的被测参数的最小变化量。
一般,仪表的灵敏限数值不大于仪表允许误差绝对值的一半。
3.回差在外界条件不变的情况下,当被测参数从小到大(正行程)和从大到小(反行程)时,同一输入的两个相应输出值常常不相等。
两者绝对值之差的最大值和仪表量程Μ之比的百分数称为回差,也称变差即4线性度实际测得的输入-输出曲线(标定曲线)与理论拟合直线之间的最大偏差与测量仪表量程范围之比的百分数来表示。
(2-6)5测量范围与量程检测仪表的测量范围是指按其标定的精确度可进行测量的被测量的变化范围,而测量范围的上限值ymax与下限值ymin之差就是传感器的量程ym,即ymymax-ymin(2-7)6稳定性
三、电气防爆检测仪表与执行器都安装在化工生产现场,且检测与控制信号多为电信号。
对于易燃易爆场所,为了保证生产设备和操作人员的安全,必须采取相应的防爆措施。
防爆措施主要包括设计防爆、安装防爆和检修防爆。
1)设计防爆根据爆炸危险场所的区域等级,设计相应的防爆仪表和电气设备。
2)安装防爆在爆炸性危险场所安装的仪表线路必须符合设计和工业自动化仪表工程施工及验收规范的规定。
3)检修防爆在检修、维护、拆装以及运行中,若该场所已有爆炸性物质或与空气混合形成爆炸性混合物,工作时,应采取防爆措施。
四、防腐保温(自学下次课直接提问)在实际工作环境中,许多仪表设备均露天布置。
如就地仪表、变送器、执行器以及仪表管路等。
在安装时,应采取必要的防腐防冻措施,以保证仪表设备安全、长久的运行。
1)防腐腐蚀是环境作用下引起的破坏和变质。
金属或合金的腐蚀,主要是化学作用或电化学作用引起的破坏,有时还同时包含机械、物理或冲刷的破坏作用。
2)保温露天安装的变送器、压力表、差压计等就地仪表有防冻要求时,需要安装在保温箱或专门的小间内。
箱内和小间内均应有取暖设备。
仪表管路的防冻措施主要是采取蒸汽伴热和电伴热。
小结检测仪表的品质指标,精度的计算方法提问分析结合示例讲解对比分析徐州工业职业技术学院教学设计(讲稿)教师姓名李红授课班级化工071,2,3,4精化071,2分析08授课形式讲授授课日期2008年9月12日第3周授课时数2授课内容实验一自动控制系统的参观练习教学目标知识目标掌握自动控制系统的构成能力目标理解自动控制系统的工作原理思想目标了解当前控制系统发展趋势,激发学习热情教学重点计算机控制系统的操作方法教学难点系统的投运方法更新、补充、删节内容使用教具课外作业实验报告课后总结结合所学自动控制系统的内容联系实际,大部分学生有深刻的体会,但少部分同学依然很茫然教学内容与设计实验一控制系统的参观
一、实验目的1.以参观形式帮助学生了解自动控制系统的组成、作用及工作情况。
二、实验内容1.了解简单自动控制系统四大组成部分(控制器、执行、对象、检测元件变送器)的所在位置、外观和内部结构、相互间的连接关系等;2.进一步了解自动控制系统的组成及功能;3.尽可能了解自动控制装置功能如何实现;
三、实验步骤1.参观自动控制系统时,应了解各部分位置及实现功能。
2.应了解控制系统各部分功能实现方法,参观仪表柜面结构及信号联络方式,简单操作手动操作控制系统,改变设定值观测仪表显示数据变化。
四、数据记录与处理1.本实验不要求对数据进行处理,只需了解实验内容。
演示讲解提问分析徐州工业职业技术学院教学设计(讲稿)教师姓名李红授课班级化工071,2,3,4精化071,2分析08授课形式讲授授课日期2008年9月16日第4周授课时数2授课内容3.1温度检测教学目标知识目标掌握温度检测的三种方法;掌握冷端温度补偿的方法及补偿导线的选用;了解热电偶的结构及工作原理能力目标学会在测温范围内对测量的工作端温度进行补偿。
了解温度在工艺检测过程的重要性。
思想目标对系统学会用专业术语进行描述教学重点补偿导线的选用和冷端温度补偿;热电效应产生的条件。
教学难点公式补偿,电桥补偿。
更新、补充、删节内容使用教具多媒体课外作业P677课后总结热电偶测温原理学生不易领会,通过演示加强学生认识教学内容与设计分析检测仪表在控制系统中的的功能地位§3.1温度检测
一、温度检测的基本知识1.温度及温度测量依据测温元件与被测物体接触与否,测温方式通常有接触式和非接触式之分。
2.温标目前国际上常用的温标有摄氏温标、华氏温标、热力学温标和国际实用温标。
二、温度检测方法1.应用热膨胀原理测温固体膨胀式应用固体受热膨胀测量温度的方法一般是利用两片线膨胀系数不同的金属片叠焊在一起,构成双金属温度计。
液体膨胀式应用液体膨胀测量温度常用的有水银玻璃温度计,其结构简单,使用方便,但结构脆弱易损坏。
2.应用热电效应测温热电效应----两种不同导体或半导体A与B串接成的闭和回路,如果两个接点出现温差(t≠t0),在回路中就有电流产生,这种由于温度不同而产生电动势(热电势)的现象。
由两种不同材料构成的上述热电变换元件叫热电偶,称A、B二导体为热电极。
图热电偶
(1)接触电势两种不同材料的导体接触时产生
(2)温差电势当同一导体A(或B)两端温度不同,(3)闭和回路总电势可见,当导体材料A、B确定后,总电势EABt,t0仅与温度t和t0有关。
如果能使冷端温度t0固定,则总电势就只与温度t成单值函数关系3.应用热电阻原理测温根据导体或半导体的电阻值随温度变化的性质,将电阻值的变化用显示仪表反映出来,从而达到测温目的的。
用铂和铜制成的电阻是工业常用的热电阻,它们被广泛地应用来测量-200~500℃范围的温度。
三、热电偶温度计热电偶是两种不同材料的导体或半导体焊接或绞接而成,其一端测温时置于被测温场中,称为测量端(亦称热端或工作端);另一端为参比端(冷端或自由端)。
根据热电效应原理,如果热电偶的测量端和参比端的温度不同(如tt0),且参比端温度t0恒定,则热电偶回路中形成的热电势仅与测量端温度t有关。
在热电偶回路中接入与热电偶相配套的显示仪表,就构成了最简单的测温系统。
热电偶测温电热与温度关系查相应热电偶的分度表。
1.有关热电偶回路的几个结论由热电效应基本原理分析,可得如下结论
(1)如果热电偶两电极A、B材料相同,则无论两端温度如何,热电偶回路的总热电势EABt,t0恒为零。
(2)如果热电偶两端温度相同(tt0),即使两电极A、B材料不同,热电偶回路内的总热电势EABt,t0恒为零。
(3)热电偶的热电势仅与两热电极A、B材料及端点温度t、t0有关,而与热电极的长度、形状、粗细及沿电极的温度分布无关。
因此,同种类型的热电偶在一定的允许误差范围内具有互换性。
2.热电偶的补偿导线由热电偶测温原理可知,只有当热电偶的冷端温度保持不变时,热电势才是被测温度的单值函数关系。
在实际应用时,因热电偶冷端暴露于空间,且热电极长度有限,其冷端温度不仅受到环境温度的影响,而且还受到被测温度变化的影响,因而冷端温度难以保持恒定。
为了解决这个问题,工程上通常采用一种补偿导线,把热电偶的冷端延伸到远离被测对象且温度比较稳定的地方,3.冷端温度补偿热电偶的分度表所表征的是冷端温度为0℃时的热电势-温度关系,与热电偶配套使用的显示仪表就是根据这一关系进行刻度的。
(1)0℃恒温法
(2)冷端温度修正法在实际测量时,若冷端温度恒为t0(t0≠0),可采用冷端温度修正法对仪表示值加以修正。
修正公式如下(3)仪表机械零点调整法如果热电偶冷端温度t0比较恒定,可预先用另一只温度计测出冷端温度t0,然后将显示仪表的机械零点调至t0处,相当于在输入热电偶热电势之前就给显示仪表输入了电势Et0,0,这样,仪表的指针就能指示出实际测量温度t。
(4)补偿电桥法补偿电桥法利用不平衡电桥(冷端补偿器)产生的电势来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值。
4.热电偶的材料与结构
四、热电阻测温仪表热电阻温度计广泛应用于-200600℃范围内的温度测量。
1.对热电阻材料的要求用于制造热电阻的材料,要求电阻率、电阻温度系数要大,热容量、热惯性要小,电阻与温度的关系最好近于线性,另外,材料的物理化学性质要稳定,复现性好,易提纯,同时价格便宜。
2.常用热电阻种类
(1)铂电阻(IEC)
(2)铜电阻(WZC)3.热电阻的结构4.热电阻测量桥路热电阻温度计由热电阻、连接导线及显示仪表组成,在导线连接方面可采用三线制或四线制。
小结温度测量工业常用元件的使用适合范围,测量的原理。
复习提问与学生一起共同完成(5‘)举例结合讲解常识性介绍各种温标的关系(5‘)通过几种不同原理对比讲解(20‘)通过动画播放演示,由学生得到结论,然后教师总结对照实物边演示边讲解(35)先向学生介绍分度表的使用方法,然后举例提问学生回答后,总结补充提出问题,引导学生回答解决办法,给出最终最佳解决方案针对不同环境给出相适应的不同的冷端温度补偿办法,提出问题,温度变化了,电阻的阻值是如何变化的,学生回答直接得出温度-阻值之间的关系,结合实物让学生认识热电阻的结构,(20)5徐州工业职业技术学院教学设计(讲稿)教师姓名李红授课班级化工071,2,3,4精化071,2分析08授课形式讲授授课日期2008年月日第周授课时数2授课内容3.2压力检测教学目标知识目标掌握压力的检测方法(液柱测压法、弹性变形法、电测压法)掌握电容式,压电式,应变片式测压原理;了解压力仪表量程的选定。
能力目标学会正确选用压力计;思想目标对系统学会用专业术语进行描述教学重点利用弹性变形法,电测压力法测量压力;压力计的选用。
教学难点确定精度等级,压电式测量原理。
更新、补充、删节内容使用教具多媒体课外作业P6712课后总结测量压力的方法较多,讲得类型多了学生有茫然的感觉,压力表的选择也有等继续加强练习教学内容与设计
一、压力检测的基本知识1.压力的概念及单位2.压力的表示方法
二、压力检测方法(掌握)根据工业对象的特点,通常有三种检测压力的方法,即液柱测压法,弹性变形法和电测压力法。
1.液柱测压法测压原理是以流体静力学为基础,一般用液柱产生或传递的压力来平衡被测压力的方法进行测量的。
2.弹性变形法测压原理当被测压力作用于弹性元件,弹性元件便产生相应的变形。
根据变形的大小,便可测知被测压力的数值。
3.电测压力法测压原理是利用转换元件(如某些机械和电气元件)直接把被测压力变换为电信号来进行测量的。
(1)电容式测压原理测压原理是采用变电容原理,利用弹性元件受压变形来改变可变电容器的电容量,然后通过测量电容量C便可以知道被测压力的大小,从而实现压力-电容转换的。
(2)压电式测压原理测压原理是根据“压电效应”把被测压力变换为电信号的。
(3)压电效应当某些晶体受压发生机械变形时(压缩或伸长),在两个相对的面上产生异性电荷,这种没有外电场存在,而由于变形而引起的电现象称为“压电效应”。
(4)应变片式测压原理测压原理是通过应变片将被测压力P引起的弹性元件应变量的变化转换为电阻值R的变化,从而完成压力-电阻的转换,并远传至桥式电路获得相应的毫伏级电量输出信号,在显示或记录装置上显示出被测压力值。
三、压力检测仪表根据不同的原理及工艺生产过程的不同要求,可以制成不同形式的压力表。
弹性式压力表(弹簧管压力表)由于结构简单,价格便宜,使用和维修方便,并且测压范围较宽,因此,在工业过程中得到了十分广泛地应用。
电测法压力表测量脉动压力和高真空、超高压等场合时比较合适
四、差压(压力)变送器变送器是自动测控系统中的一个重要组成部分。
作用将各种物理量转换成统一的标准信号,如气动单元组合仪表(简称为QDZ仪表)为20100KPa;电动单元组合仪表(简称为DDZ仪表)中,DDZ-Ⅱ型仪表为010mADC;DDZ-Ⅲ型仪表为420mADC。
按工作能源不同,压力变送器和差压变送器都分为气动和电动变送器按工作原理的不同,又可分为力平衡式变送器和微位移平衡式变送器,
五、压力检测仪表的选择(了解)压力表的选择应根据工艺过程对压力测量的要求,被测介质的性质,现场环境条件等来确定仪表的种类、型号、量程和精度,并确定是否需要带有远传、报警等附加装置。
1.仪表种类和型号的选择仪表种类和型号的选择应根据工艺要求,介质性质及现场环境等因素来考虑。
介质的物理、化学性质(如温度、粘度、脏污程度、腐蚀性、易燃性等)如何;现场环境条件(如温度、湿度、有无振动、有无腐蚀性等)2.仪表量程的确定仪表的量程是根据被测压力的大小和保证仪表寿命等方面来考虑的,通常仪表的上下限值应稍大于工艺被测压力的最大值。
按“化工自控设计技术规定”。
对被测压力较稳定的情况,最大压力值应不超过
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