【应用化工系】化工仪表及其自动化——教案

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课程名称 化工仪表及自动化
  绪论 课题 化工仪表自动化的应用及意义 课型 理论课
授课班级 三年制13级化工班 授课
时间
 
2 授课教师 曹小伟
学习目标 专业能力 1、化工自动化的意义及目的
2、化工自动化的发展概况
3、化工仪表及自动化系统的分类
核心能力   化工自动化的意义及目的
教学对象分     
教学方法 案例式、讲授式
教学回顾  
                 
 
 
教研室主任审签:                                 年   月   日
教学环节

时间分配
 
教学过程(教学内容和教学方法)
  教学过程:
一、内容提要
 化工自动化的意义及目的
 化工自动化的发展概况
 化工仪表及自动化系统的分类
 
二、课程讲授
1、化工自动化的意义及目的
(1)加快生产速度、降低生产成本、提高产品产量和质量。
(2)减轻劳动强度、改善劳动条件。
(3)能够保证生产安全,防止事故发生或扩大,达到延长设备使用寿命,提高设备利用率、保障人身安全的目的。
(4)生产过程自动化的实现,能根本改变劳动方式,提高工人文化技术水平,以适应当代信息技术革命和信息产业革命的需要。
 
2、化工自动化的发展情况
(1)20世纪40年代以前
绝大多数化工生产处于手工操作状况,操作工人根据反映主要参数的仪表指示情况,用人工来改变操作条件,生产过程单凭经验进行。低效率,花费庞大。
(2)20世纪50年代到60年代
人们对化工生产各种单元操作进行了大量的开发工作,使得化工生产过程朝着大规模、高效率、连续生产、综合利用方向迅速发展。
(3)20世纪70年代以来,化工自动化技术水平得到了很大的提高
(4)20世纪70年代,计算机开始用于控制生产过程,出现了计算机控制系统
(5)20世纪80年代末至90年代,现场总线和现场总线控制系统得到了迅速的发展
3、化工仪表及自动化系统的分类
(1)仪表按功能不同,分四类:
    检测仪表 (包括各种参数的测量和变送)
    显示仪表 (包括模拟量显示和数字量显示)
    控制仪表 (包括气动、电动控制仪表及数字式控制器)
    执行器(包括气动、电动、液动等执行器)
(2)自动化系统分类:
自动检测系统
自动信号和联锁保护系统
自动操纵及自动开停车系统
自动控制系统
三、通过本门课程的学习,应能了解主要工艺参数 (温度、压力、流量及物位)的检测方法及其仪表的工作原理及特点;
    能根据工艺要求,正确地选用和使用常见的检测仪表及控制仪表;
    能了解化工自动化的初步知识,理解基本控制规律,懂得控制器参数是如何影响控制质量的;
 
 
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课程名称 化工仪表及自动化
  检测仪表基本知识 课题 检测仪表的分类及发展趋势 课型 理论课
授课班级 三年制13级化工班 授课
时间
 
2 授课教师 曹小伟
学习目标 专业能力 1、测量过程与测量误差
2、检测仪表与测量方法的分类
3、化工检测的发展趋势
核心能力  检测仪表的分类
教学对象分     
教学方法 案例式、讲授式
教学回顾  
                 
 
 
教研室主任审签:                                 年   月   日
教学环节

时间分配
 
教学过程(教学内容和教学方法)
  教学过程:
一、内容提要
 测量过程与测量误差
 测量仪表的品质指标
 测量系统中的常见信号类型
 检测系统中信号的传递形式
 检测仪表与测量方法的分类
化工检测的发展趋势
二、课程讲授
1、测量过程与测量误差
(1)测量实质:是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程
(2)测量误差:由仪表读得的被测值 (测量值)与被测参数的真实值之间的差距。
2、检测仪表的分类
①依据所测参数的不同,可分成压力 (包括差压、负压)检测仪表、流量检测仪表、物位 (液位)检测仪表、温度检测仪表、物质成分分析仪表及物性检测仪表等。
②按表达示数的方式不同,可分成指示型、记录型、讯号型、远传指示型、累积型等。
③按精度等级及使用场合的不同,可分为实用仪表、范型仪表和标准仪表,分别使用在现场、实验室和标定室。
3、测量方法的分类
(1)直接测量
(2)间接测量
三、通过本节课的学习,应能了解测量方法,及检测仪表的分类。为以后学习做铺垫。
 
 
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课程名称 化工仪表及自动化
  压力检测 课题 压力仪表 课型 理论课
授课班级 三年制13级化工班 授课
时间
 
5 授课教师 曹小伟
学习目标 专业能力 1、压力单位及测压仪表
2、弹性式压力计
3、电气式压力计
4、智能式变送器
5、压力计的选用及安装
核心能力  了解不同压力计的用法及安装方法
教学对象分     
教学方法 案例式、讲授式
教学回顾  
                 
 
 
教研室主任审签:                                 年   月   日
教学环节

时间分配
 
教学过程(教学内容和教学方法)
  教学过程:
一、内容提要
 压力单位及测压仪表
 
(1)弹性式压力计
(2)电气式压力计
(3)智能式变送器
(4)压力计的选用及安装
 
二、课程讲授
概述:
在化工生产中, 压力是指由气体或液体均匀垂直地作用于单位面积上的力。
在工业生产过程中,压力往往是重要的操作参数之一。
压力的检测与控制,对保证生产过程正常进行,达到高产、优质、低消耗和安全是十分重要的。
第一节 压力单位及测压仪表
压力是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。

 
 
 
 
 
 

压力的单位为帕斯卡,简称帕(Pa
测量压力或真空度的仪表按照其转换原理的不同,分为四类。
    1.液柱式压力计
它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。
按其结构形式的不同有U形管压力计、单管压力计等
优点这类压力计结构简单、使用方便
缺点其精度受工作液的毛细管作用、密度及视差等因素的影响,测量范围较窄,一般用来测量较低压力、真空度或压力差。 
2.弹性式压力计
它是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。
3.电气式压力计
它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量(如电压、电流、频率等)来进行测量的仪表。
4.活塞式压力计
它是根据水压机液体传送压力的原理,将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测量的。
优点:测量精度很高,允许误差可小到0.05%~0.02%。
缺点:结构较复杂,价格较贵。
第二节 弹性式压力计
定义:弹性式压力计是利用各种形式的弹性元件,在被测介质压力的作用下,使弹性元件受压后产生弹性变形的原理而制成的测压仪表。
优点:具有结构简单、使用可靠、读数清晰、牢固可靠、价格低廉、测量范围宽以及有足够的精度等优点。
可用来测量几百帕到数千兆帕范围内的压力。
第三节 电气式压力计
定义:电气式压力计是一种能将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表。

组成

一般由压力传感器、测量电路和信号处理装置所组成。常用的信号处理装置有指示仪、记录仪以及控制器、微处理机等。
一、应变片压力传感器 
应变片式压力传感器利用电阻应变原理构成。电阻应变片有金属和半导体应变片两类,被测压力使应变片产生应变。当应变片产生压缩(拉伸)应变时,其阻值减小(增加),再通过桥式电路获得相应的毫伏级电势输出,并用毫伏计或其他记录仪表显示出被测压力,从而组成应变片式压力计。

二、压阻式压力传感器 
工作原理:压阻式压力传感器利用单晶硅的压阻效应而构成。
采用单晶硅片为弹性元件,在单晶硅膜片上利用集成电路的工艺,在单晶硅的特定方向扩散一组等值电阻,并将电阻接成桥路,单晶硅片置于传感器腔内。
当压力发生变化时,单晶硅产生应变,使直接扩散在上面的应变电阻产生与被测压力成比例的变化,再由桥式电路获得相应的电压输出信号。
第四节 智能式变送器
智能型压力或差压变送器是在普通压力或差压传感器的基础上增加微处理器电路而形成的智能检测仪表。
智能变送器的特点
①性能稳定,可靠性好,测量精度高,基本误差仅为±0.1%。
②量程范围可达100∶1 ,时间常数可在0~36s内调整,有较宽的零点迁移范围。
③具有温度、静压的自动补偿功能,在检测温度时,可对非线性进行自动校正。
④具有数字、模拟两种输出方式,能够实现双向数据通讯,可以与现场总线网络和上位计算机相连。
⑤可以进行远程通讯,通过现场通讯器,使变送器具有自修正、自补偿、自诊断及错误方式告警等多种功能,简化了调整、校准与维护过程,使维护和使用都十分方便。
第五节 压力计的选用及安装
一、压力计的选用
压力计的选用应根据工艺生产过程对压力测量的要求,结合其他各方面的情况,加以全面的考虑和具体的分析, 一般考虑以下几个问题。
1、仪表类型的选用
2、仪表测量范围的确定
3、仪表精度级的选取
二、压力计的安装
1.测压点的选择 应能反映被测压力的真实大小。
① 要选在被测介质直线流动的管段部分,不要选在管路拐弯、分叉、死角或其他易形成漩涡的地方。
② 测量流动介质的压力时,应使取压点与流动方向垂直,取压管内端面与生产设备连接处的内壁应保持平齐,不应有凸出物或毛刺。
③ 测量液(气)体压力时,取压点应在管道下(上)部,使导压管内不积存气(液)体。
2.导压管铺设
① 导压管粗细要合适,一般内径为6~10mm,长度应尽可能短,最长不得超过50m,以减少压力指示的迟缓。如超过50m,应选用能远距离传送的压力计。
② 导压管水平安装时应保证有1:10~1:20的倾斜度,以利于积存于其中之液体(或气体)的排出。
③ 当被测介质易冷凝或冻结时,必须加设保温伴热管线。
④ 取压口到压力计之间应装有切断阀,以备检修压力计时使用。切断阀应装设在靠近取压口的地方。
3. 压力计的安装
①压力计应安装在易观察和检修的地方。
②安装地点应力求避免振动和高温影响。
③测量蒸汽压力时,应加装凝液管,以防止高温蒸汽直接与测压元件接触[图3-17(a)];对于有腐蚀性介质的压力测量,应加装有中性介质的隔离罐,右图(b)表示了被测介质密度ρ2大于和小于隔离液密度ρ1的两种情况。

④压力计的连接处,应根据被测压力的高低和介质性质,选择适当的材料,作为密封垫片,以防泄漏。
⑤当被测压力较小,而压力计与取压口又不在同一高度时,对由此高度而引起的测量误差应按Δp=±Hρg进行修正。式中H为高度差,ρ为导压管中介质的密度,g为重力加速度。
⑥为安全起见,测量高压的压力计除选用有通气孔的外,安装时表壳应向墙壁或无人通过之处,以防发生意外。
 
三、通过本节课的学习,应能了解压力表的分类及各种压力仪表的工作原理以及安装方式。
 
 
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