过程检测及仪表教学大纲修正

第一篇：过程检测及仪表教学大纲修正

《过程检测及仪表》课程教学大纲

课程编号：29120025

课程类别：专业选修课程 授课对象：本科三年级 开课学期：第二学期 学

分：3学分 主讲教师：高育芳

指定教材：常健生，检测及转换技术（第三版），机械工业出版社，2001。教学目的：本课程是为电气和自动化专业学生开设的一门专业基础课程。目的是让学生了解和掌握工业控制系统中常用的传感器与检测仪表的原理和使用。掌握各种常用传感器和检测仪表的结构与基本工作原理。

第一章：检测及转换技术理论基础 课时：第1，2，3周，共9课时 教学内容

第一节 检测与转换技术基本概念；

一、检测与转换技术主要研究内容

了解检测的含义及工业检测涉及的内容；理解自动检测系统的组成。

二、传感器的定义及本课程主要任务

传感器是把非电量转换成电量的装置；本课程的任务是：在阐明测量基本原理的基础上，逐一分析各种传感器是如何将非电量转换为电量的，并介绍相应的测量转换电路、信号处理电路及各种传感器在工业中的应用。

三、检测技术的发展趋势（举例介绍）

当前，检测技术的发展主要表现在以下几个方面：

1.不断提高检测系统的测量精度、量程范围、延长使用寿命、提高可靠性

2.应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域

3.发展集成化、功能化的传感器

4.采用计算机技术，使检测技术智能化

5.发展网络化传感器及检测系统

第二节 误差的概念和分类

一、测量误差的概念和分类

掌握绝对误差、相对误差的计算；掌握误差的分类，对于误差，从不同的角度出发，有不同的分类方法。

第三节随机误差概率密度的正态分布

一、随机误差（举例）

分析正态分布的规律：（举例）

（1）有界性（２）对称性（3）单峰性（4）有界性 第四节 算术平均值与标准误差

一、算术平均值可以代替真值计算测量误差：

利用算术平均值代替真值计算的测量误差称为残余误差。

二、标准误差

计算标准误差的公式贝塞尔公式。第五节置信区间与置信概率

了解置信区间与置信概率的概念；对于随机误差在典型置信区间内的置信概率为多少。第六节 粗差的判别与坏值的舍弃

粗差判别的两个准则：拉依达准则和格拉布斯准则。第七节系统误差

一、系统误差的分类与产生原因： 恒定系统误差和变化系差的区别。

二、系统误差的消除方法： 第八节误差的传递与合成

理解误差传递的使用场合。误差合成中主要掌握常用的方和根法。第十一节曲线拟合 掌握直线拟合的方法。思考题：

1、检测与转换技术主要研究的是什么内容？

2、传感器指的是什么的装置？水银温度计是传感器吗？

3、误差按表示方法、按出现的规律、按来源和按使用条件是如何分类的？

4、正态颁的随机误差有何特点？

第二章：电测量指示仪表 课时：第4，5，共6课时 教学内容

第一节 一般知识

一、测量机构

由四个基本部分构成：驱动装置、控制装置、阻尼装置、指示装置。

二、指示仪表的准确度 准确度的计算

第二节 磁电系仪表

一、测量机构的构成

二、工作原理：

磁电系测量机构所测量的基本量是直流电流或周期变动电流的平均值。

三、磁电系欧姆表

四、兆欧表：

用于检查电机、电器及线路的绝缘情况和测量高值电阻。由两部分组成：比率型磁电系测量机构、手摇发电机

五、检流计

不仅用于检测某线路是否有电流或电压，也用来直接测量线路中的微小电流、电压或短暂的脉冲电量。

第三节 电磁系仪表

一、结构：

主要部分是固定的圆形线圈、线圈内部有固定的铁片、固定在转轴上的可动铁片。

二、工作原理

线圈通入电流 I产生磁场，固定和可动铁片均被磁化(同一端的极性是相同的)第四节 电动系仪表 一.结构

有两个线圈：固定线圈和可动线圈。可动线圈与指针及空气阻尼器的活塞都固定在轴上。二.工作原理 仪表的转动转矩

通入直流时，T=k1I1I2，通入交流时，T=k1I1I2cos

三、电动系功率表

单相交流和直流功率的测量 思考题：

1、仪表的准确度等级是否代表测量的准确度？

2、磁电系测量机构有什么优缺点？它测量的基本量是什么？

3、检流计在结构上有何特点？

第三章：电量和电路参数的测量 课时：第6，7，共6课时 教学内容

第一节直读测量

一、电流的测量

二、电压的测量

三、功率的测量

三相有功功率的直接测量有三种方法：一功率表法、二功率表法、三功率表法。

四、测量用互感器：

五、交流电路参数的直读测量：

交流阻抗的直读测量方法一般有三种：三表法、三电压表法、三电流表法。第二节 电位差计

一、直流电位差计的基本原理及构成

直流电位差计是比较测量电势或电压的仪器。其中用到了补偿原理。第三节 电桥

一、电桥是一种比较仪器

可以直接测量电阻、电容、电感、互感、电容的损耗因数、电感线圈的品质因数、磁性材料的损耗等。在非电量的测量中也有广泛的应用。按电源性质分为：直流电桥和交流电桥。

二、电桥灵敏度

要提高电桥灵敏度,一是提高电源电压.二是选择合适的n值.思考题：

1、怎样减小用电流表直接测量电流和用电压表直接测量电压的方法误差？

2、什么是补偿测量？

3、试绘图说明直流电位差计的工作原理？

第四章传感器特性

课时：第8，共1课时 教学内容

第一节传感器分类

传感器的种类名目繁多，分类不尽相同。第二节 传感器基本特性

传感器的特性一般指输入、输出特性，分为静态特性和动态特性。思考题：

1、计算传感器线性度的方法有哪几种？各具什么特点？

2、正反行程的区别是？

第五章：电能量传感器 课时：第8，9，共5课时 教学内容 第一节热电偶

一、热电偶测温的主要优点

二、热电偶工作原理

由温度微观理论可得：热电偶两结点所产生的总的热电势等于热端热电势与冷端热电势之差，是两个结点的温差Δt 的函数。

三、热电偶的种类及结构

八种国际通用热电偶：B:铂铑30—铂铑

6、R:铂铑13—铂、S:铂铑10—铂、K:镍铬—镍硅、N:镍铬硅—镍硅、E:镍铬—铜镍、J:铁—铜镍、T:铜—铜镍

四、热电偶的冷端温度补偿

热电偶冷端的延长；计算修正法 ；冷端恒温法；电桥补偿法。

第三节压电传感器

一、压电传感器的工作原理

压电式传感器是一种自发电式传感器。它以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下，在电介质表面产生电荷，从而实现非电量电测的目的。

二、压电材料的分类及特性

三、压电传感器的测量转换电路 思考题：

1、热电偶为什么要进行冷端温度补偿？通常的补偿方法有哪些？

2、用热电偶基本原理证明热电偶回路的几点结论。

3、能否用压电传感器测量变化缓慢的应力信号？试说明其理由。

第六章：电参数传感器

课时：第10，11，12，共9课时 教学内容

第一节电阻应变式传感器

一、应变片的工作原理

实验证明，电阻丝及应变片的电阻相对变化量R  R与材料力学中的轴向应变x的关系在很大范围内是线性的，二、应变片的种类与结构

应变片可分为金属应变片及半导体应变片两大类。

三、测量转换电路——不平衡电桥 第二节 热电阻传感器

一、金属热电阻

易提纯、复现性好的金属材料才可用于制作热电阻

二、热敏电阻

热敏电阻有负温度系数（NTC）和正温度系数（PTC）之分。第三节 自感传感器

一、电感传感器的基本工作原理

当铁心的气隙较大时，磁路的磁阻Rm也较大，线圈的电感量L和感抗XL 较小，所以电流I 较大。当铁心闭合时，磁阻变小、电感变大，电流减小。

二、自感式电感传感器常见的形式

变隙式 变截面式 螺线管式 差动电感传感器的特点 第四节 差动变压器

一、差动变压器式传感器的工作原理

结构特点： 两个二次线圈反向串联，组成差动输出形式。

二、灵敏度与线性度

三、测量电路（以差动整流为例）第五节 涡流传感器

一、电涡流传感器工作原理

当电涡流线圈与金属板的距离x 减小时，电涡流线圈的等效电感L 减小，等效电阻R 增大。感抗XL 的变化比 R 的变化 大 得 多，流过电涡流线圈的电流 i1 增大。

二、测量转换电路 调幅式、调频（FM）式

三、电涡流传感器的应用

位移测量、偏心和振动检测、测量金属薄膜、板材厚度电涡流测厚仪、转速测量 第六节 电容传感器

一、电容式传感器的工作原理

改变A、d、s三个参量中的任意一个量，均可使平板电容的电容量C 改变。

二、电容式传感器的测量转换电路

三、电容式传感器的应用 电容式液位计

第七节 光电传感器

一、光电效应及光电元件

用光照射某一物体，可以看作物体受到一连串能量为hf 的光子的轰击，组成这物体的材料吸收光子能量而发生相应电效应的物理现象称为光电效应。光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管

二、光电传感器的应用

光源本身是被测物的应用实例、热释电传感器在人体检测、报警中的应用、光电式浊度计 思考题：

1、差动变压器的零点残余电压是如果产生的？

2、电阻应变传感器的测量电路是？

3、使用电容传感器测量油箱油量的基本原理是？

4、涡流传感器测量厚度的基本原理？

第七章：位移-数字传感器 课时：第13周，共2课时 教学内容

第一节 角编码器

一、绝对式编码器

按照角度直接进行编码，可直接把被测转角用数字代码表示出来。根据内部结构和检测方式有接触式、光电式等形式。绝对式光电编码器

二、增量式编码器 第二节光栅

一、光栅的类型和结构

计量光栅可分为透射式光栅和反射式光栅两大类，均由光源、光栅副、光敏元件三大部分组成。计量光栅按形状又可分为长光栅和圆光栅。

二、莫尔条纹的光学放大作用 在透射式直线光栅中，把主光栅与指示光栅的刻线面相对叠合在一起，中间留有很小的间隙，并使两者的栅线保持很小的夹角θ。在两光栅的刻线重合处，光从缝隙透过，形成亮带；在两光栅刻线的错开处，由于相互挡光作用而形成暗带。

三、光栅细分举例 思考题：

1、绝对式角编码器的工作原理是？

2、莫尔条纹是如何放大位移的？

第八章：常用半导体传感器 课时：第13，14周，共3课时 教学内容

第一节霍尔传感器

一、霍尔元件的结构及工作原理

半导体薄片置于磁感应强度为B 的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I 流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势EH，这种现象称为霍尔效应。

二、霍尔元件的主要外特性参数

三、霍尔传感器的应用

霍尔电势是关于I、B、 三个变量的函数，即 EH=KHIBcos。利用这个关系可以使其中两个量不变，将第三个量作为变量，或者固定其中一个量，其余两个量都作为变量。这使得霍尔传感器有许多用途。思考题：

1、霍尔电动势的大小由哪些量决定？为获得较大输出的霍尔电动势应采取什么措施？

2、霍尔电动势的方向由什么决定？

第八章：检测技术的综合应用 课时：第14周，共2课时

第一节现代检测系统的基本结构

一、智能仪器、个人仪器

二、自动测试系统

自动测试系统是以工控机为核心，以标准接口总线为基础，以可程控的多台智能仪器为下位机组合而成的一种现代检测系统。一个自动测试系统还可以通过各种标准总线成为其它级别更高的自动测试系统的子系统。许多自动测试系统还可以作为服务器工作站加入到Internet网络中，成为网络化测试子系统，从而实现远程监测、远程控制、远程实时调试等。思考题：

1、思考传感器在现代汽车中的应用。

参考书目

1．卢文祥．机械工程测试、信息、信号分析． 华中科技大学出版社．２００４ 2．陈润泰．检测技术与智能仪表．长沙．中南工业大学出版社．１９９９ 3．黄长艺．机械工程测试技术基础．北京．机械工业出版社．１９９５ ４．梁森．自动检测与转换技术．北京．机械工业出版社．２００２ ５．芮延年．传感器与检测技术．苏州．苏州大学出版社．２００５

６．谭定忠．传感器与测试技术．北京．中央广播电视大学出版社．２００２ ７．曲波．工业常用传感器选型指南．北京．清华大学出版社．２００２

８．高光天．传感器与信号调理器件应用技术．北京．科学出版社．２００２ ９．全国优秀科技期刊：《传感器技术》．《传感器世界》．《测控技术》

执笔人：高育芳

２００６年１０月２２日

第二篇：检测技术及仪表

检测技术及仪表》课程组

自动化与电子工程学院

2010年5月

《检测技术及仪表》课程精品课程

建设方案

一、课程简介

《检测技术及仪表》课程是自1972年我校创办化工自动化专业以来，一直是自动化专业以及现在的测控专业的一门主干专业基础课。30多年来，很多老师曾主讲过本门课程，也使用过很多版本的教材。特别是近年来由于电子信息、计算机技术的迅猛发展以及现代控制理论的广泛应用，使得该门课程的内容不断更新，技术含量不断提高。

本门课程是在学习模拟电子、数字电子、控制理论之后的一门专业基础课。通过本门课程的系统学习，可以使学生充分掌握检测压力、温度、流量和物位的方法和仪表类型，以及显示装置的种类、结构、性能及其使用方法。

二、课程建设的目标与思路

根据学校建设“教学研究型名牌大学”的定位，以及“厚基础、高素质、重创新、强能力的新型优秀人才”的培养目标。在实现校级优秀课程建设的基础上，按照教学研究型大学的教学课程的基础性与前沿性。落实讲授、讨论、作业、考试考核和教材等教学要素的教学理念，进一步向教学研究型的教学模式转化。全面深入地开展教学内容、体系和方法的现代化改革，结合检测技术及仪表研究的进展和高新技术发展的需要，不断更新课程内容，提升各教学环节的培养能力和功能。开展立体化的多媒体课件、学件等课程资源的研究与制作，充分利用现代教育技术，为课程的教与学构建高效、畅通和灵活的多维网络环境。并且形成一支合理的优秀教师梯队，将本课程建设内容继续细化，从质量上进一步提高，建设成有影响力的校级精品课程。

本课程的建设目标是：通过对师资队伍、教学内容、教学方法和教学手段、教材建设等方面的建设，力争使“检测技术及仪表”课程建设，在教学质量、教学管理、教学条件等方面再上一个新台阶，努力将该课程建成校级、省级精品课程，为国家培养出更多优秀人才。

三、课程建设的内容与特色

本门课程的教学质量的好坏，直接关系到我校自动化和测控专业的毕业生的专业水平，也直接影响这两个专业学生的就业就职。因此课程组老师们，经过认真讨论，准备从下面几个方面进行课程建设：

（1）改革现有的教学内容和教学模式。教学内容要依据教材，但又不能完全依赖于教材，要紧紧跟随检测技术及仪表的发展步伐，站在学科的前沿，将最新、最适用的检测技术及仪表装置引入教学内容。教学上要采用板书、多媒体、实验、实训、设计等多种模式。开展双语教学和网络教学等先进教学模式的研究及应用，形成具有一定创新特色的教学模式，注重工程特色和学科优势的结合，加强课程的实用性。

（2）建立结构合理的教师梯队。要大力提高课程组的职称层次、学历层次和教学科研水平，鼓励教师们走出校门多参加国内外的各种学术交流活动，鼓励年轻教师攻读硕士、博士学位。

（3）编写具有特色的适用的高水平教材和讲义，进一步完善多媒体课件和课程网站，为学生提供优质的教学资源。

（4）重视实践教学。结合工程实际，自制实验装置，自编实验讲义、在保质保量的完成基本实验的基础上，充分利用好综合实验和设计性实验等装置，建立稳定的校内外实习基地，着重培养学生的综合实践能力和创新能力。

（5）抓好课程设计、毕业设计环节的教学，鼓励老师多选择一些具有实际意义的设计题目，使学生一毕业就能很快适应新的工作环境，担负起自己的具体实际工作任务。

四、课程建设的步骤与进度

经过近两年的优秀课程的建设，经过课程组全体老师们的积极努力，已经基本达到了最初设定的优秀课程建设目标，这次如能获得校级精品课程建设立项，为达到校级精品课程建设目标，经课程组研究决定，将按照如下步骤和时间进度开展课程建设工作。

1、课程建设步骤：

（1）师资队伍建设

一流的师资队伍是精品课程建设的根本保证。检测技术及仪表课程在精品课程的建设过程中,要把精品课程建设与高水平教师队伍建设相结合, 着力培养并

逐步形成一支教学水平和科研水平高、知识结构和年龄结构合理、素质较高的教师梯队。

今后还要进一步提高课程组老师的职称层次和学历层次，鼓励青年教师进修提高，攻读硕士、博士学位。

（2）实验室建设

“检测技术及仪表”是一门实践性很强的课程，近几年实验室投入了大量经费，购置了检测技术、自动控制仪表与装置、传感器、虚拟仪器等大量实验装置，满足了基本实验要求，下一步的计划是：开设针对性强的综合实验项目，开放测控实验室，为学生提供开放性实验教学环境。并结合社会需求与学科发展情况，及时调整实验室设备与实验项目。

（3）教材建设规划

采用全国优秀教材、面向21世纪的重点教材，保证教材内容与相关专业领域的科技发展水平相同步。

同时积极参加教材的编写和出版工作，近年来课程组已出版教材2部。目前《检测技术及仪表》和《智能仪器基础》两门课程2009年获学校教材立项。这些教材将融入课程组教师科研成果，教材的编写和出版将会极大推动课程建设。

另外还要进一步完善《检测技术及仪表实验指导书》。

（4）双语教学改革

在教学形式上，拟在课堂教学中部分采用英汉双语教学，并选用国外著名高等学校现用教材。双语教学的内容要求学生用英文完成作业，并用英文考试。提高学生的专业外语水平，改变为考试学英语的倾向，提高学生的英语听、说、读、写能力，为检测技术及仪表教学与国际接轨起到积极的推动作用。

（5）网络教学建设

学校校园网的铺设为网络教学提供了良好的平台，我们拟建设检测技术及仪表网站，提供检测技术及仪表课程的电子教案和多媒体课件、习题集、双语教学中对应的中文学习参考、实验的基本操作和注意事项等内容，实现网上授课、网上答疑、网上讨论、网上测试一体化，满足学生进一步自学的需求。

2、课程建设时间进度安排：

（1）2010年6月-2010年10月：总结前面优秀课程建设的工作，对照校级

精品课程的标准和要求，找差距、不足，研究对策；

（2）2010年11月-2011年3月：修改教学大纲、试验大纲、实验讲义等相

关教学材料；编写教材；

（3）2011年4月-2011年9月： 修改和完善多媒体教学课件、电子教案；

完善教材编写；

（4）2011年10月-2012年6月：编写自学辅导类资料，实现基本教学资源

（教案、课件等）全部上网，至少一位主

讲教师部分章节授课录像上网。

五、课程组已取得的成果及条件保证

1、近几年主要的教学建设与改革成就

（1）师资队伍建设 几年来以培养和引进相结合，现在基本形成了一支知识结构、学历结构、年龄结构比较合理的师资队伍。经过多年的建设，现有教授2人，副教授5人，讲师2人，高级实验师1人；具有博士学位的教师2人，硕士学位6人，学士学位2人。通过师资队伍的建设努力形成一支结构合理，人员稳定，师德优良，教学水平高，教学效果好的5～6人主讲的教师队伍，并配备数量适当的实验教师。

（2）课件制作 课程组老师根据多年教学经验，制作了《检测技术及仪表》，经过几轮使用教学效果良好；并且此课件获得第九届全国多媒体课件大赛优秀奖和校第二届多媒体课件大赛二等奖。

（3）教学文件修订 修订了测控专业人才培养计划，修改了本课程的教学大纲、实验大纲、实验讲义等教学文件；

（4）实验室建设 实验在原来实验的基础上，增加了智能显示仪表、超声波流量计实验，现在测控实验室与自动化实验室合并为自动化测控实验中心，并被评为校级实验示范中心，实现了实验设备资源的共享。

（5）网络教学建设 学校校园网的铺设为网络教学提供了良好的平台，我们已经建设了检测技术及仪表课程网页，提供了检测技术及仪表电子教案、多媒体课件、习题集、参考文献等内容，满足了学生进一步自学的需求。

（6）获奖情况 课程组负责人2008、2009年获得校级教学研究成果一等奖、二等奖各一项。课程组中两名老师获得“我最喜爱的教师”称号。2009课程组老师还获得省部级三等奖。

（7）课程组科研、教研水平大大提高 无论是教改项目还是科研项目以及论文都有明显增加。其中教改项目6项、教改论文5篇、科研项目11项、论文35篇，被EI/ISTP等收录的论文16篇，编写教材2部。

第三篇：《过程控制系统》教学大纲

《过程控制系统》课程教学和考试大纲

一、教学基本要求

本课程主要包括三个方面的内容：实验方法对过程控制系统建模、过程检测控制仪表选型和工业过程控制系统工程设计的基本原理和基本设计方法。通过对本课程的学习，具体要求如下：

1、了解过程控制发展概况、特点和过程控制系统的组成及分类。

2、掌握用实验方法（阶跃响应和脉冲响应）建立过程数学模型的基本思路和方法；理解自平衡能力和无自平衡能力对象的有关概念，掌握阶跃响应曲线法和脉冲响应曲线实验建模方法，了解最小二乘建模方法。

3、了解检测仪表的分类、选型和过程控制仪表基本原理。理解过程变量检测和过程控制仪表的基本概念，掌握五大类参数检测与变送的传感器特性与选型的基本方法；了解PID调节器基本原理和构成。

4、掌握过程控制系统的各种工程设计方法，重点掌握单回路控制系统和串级控制系统的工程设计方法；掌握其它复杂控制系统的设计方法；了解先进过程控制系统。

二、教学内容及要求

1、过程控制系统的基本概况

（一）教学内容 1)过程控制发展概况 2)过程控制的特点

3)过程控制系统的组成及其分类

（二）教学要求

教学要求是：本章简要介绍过程控制系统发展概况、组成、分类和特点，使学生在学习后续各章内容之前，先对过程控制系统的总体情况有一个概要了解。达到了解过程控制发展经历的几个阶段的特点、理论基础、主要仪表和系统的基本结构；了解 过程控制的特点；了解过程控制系统的组成及其分类；了解“过程控制工程”课程的性质和任务。

重点是：过程控制系统的组成；过程控制系统的分类方法；过程控制系统的主要性能指标。

2、过程控制系统建模

（一）教学内容

1)被控过程的数学模型类型和表示方法 2)有自平衡过程和无自平衡过程 3)机理分析法建模

4)试验法建模（阶跃响应曲线法和矩形脉冲响应曲线法）5)最小二乘法建模

6)试验法建模的计算机编程实践

（二）教学要求

教学要求是：了解过程建模的基本概念和被控过程的数学模型类型和表示方法；理解有自平衡过程和无自平衡过程的物理意义；掌握有自平衡能力和无自平衡能力对象的机理分析建模方法；理解并熟练掌握阶跃响应曲线法和脉冲响应曲线实验建模方法的各种基本算法和验证条件；理解掌握最小二乘建模方法；能够利用MatLab或者其它编程语言实现单容或多容对象试验法建模中的几种算法（计算法、两点法、面积求系数方法）的计算机仿真实践。

3、过程检测和控制仪表

（一）教学内容

1)过程变量检测的基本概念和检测方法

2)五大类参数检测与变送的传感器分类、特性及工作原理 3)检测仪表的选型原则和方法 4)过程控制仪表的分类与基本特性

（二）教学要求

教学要求是：了解过程变量检测的基本概念和检测方法，能够计算仪表的精度和利用精度要求进行仪表选型；理解五大类参数检测与变送的传感器分类、特性及工作原理；掌握五大类参数检测与变送的传感器特性与选型的基本方法；了解过程控制仪表的分类。

4、单回路过程控制系统的工程设计

（一）教学内容

1)过程控制系统的工程设计要求和设计步骤 2)单回路控制系统方案设计和分析 3)检测、变送器选择

4)执行器（调节阀）选择，主要包括：执行器（调节阀）的基本组成、分类和气动执行器工作原理；气动执行器的理想和工作流量特性；执行器（调节阀）的选型原则和内容

5)控制器选择，主要包括：DDZ-III型PID调节器的基本构成和工作原理，PID控制规则的主要作用和基本形式；PID调节器选择（调节规则；正反作用；参数整定）6)过程控制系统的投运和控制器参数整定 7)单回路控制系统的工程实例分析

（二）教学要求

教学要求是：了解工业过程中单回路控制系统设计的一般要求和设计步骤，以及过程系统设计的主要内容和针对工程实际进行的安全防护措施；理解单回路控制系统方案设计基本内容和性能指标，熟练掌握被控量和控制量的选择原则，能够对过程进行静态和动态分析，掌握被控过程各种参数对系统特性和被控量、控制量的选取影响；了解检测、变送器的选择原则，并进行简单计算选取；理解执行器（调节阀）的基本组成和分类，掌握气动执行器的基本结构和工作原理，理解和掌握执行器的四类理想流量特性曲线、特点和应用场合，熟练掌握实际工程应用时串联和并联的工作流量特性，并根据过程控制系统要求分析和确定工作流量特性和理想流量特性，了解调节阀的结构型式和材料选择。熟练掌握根据过程控制系统要求分析和确定工作流量特性和理想流量特性；理解PID控制规律对系统性能的影响、应用场合和控制规律的选择原则；了解过程计算机控制系统的组成和特点，掌握模拟合数字PID控制算法；了解控制系统的投运，熟练掌握几种常用的控制器参数工程整定方法；能够按照上述单回路控制系统的设计内容和要求，针对实际过程控制系统进行单回路控制系统的方案设计和各种设备的选型。

5、串级控制系统工程设计

（一）教学内容

1)串级控制系统的基本结构和工作过程 2)串级控制系统的特点与性能分析 3)串级控制系统的设计 4)串级控制系统运行和参数整定 5)串级控制系统的工业应用范围

（二）教学要求

教学要求是：了解串级控制系统的基本组成和串级控制系统的工作过程；掌握串级控制系统的特点，能够针对实际工艺生产工程进行串级控制系统的设计，画出设计图、方框图，实现仪表选型、控制器选型、调节阀选型等分析；理解串级控制系统的工业应用范围；熟练掌握串级控制系统的设计要求、设计内容和串级控制系统调节器的参数整定方法，能够针对实际过程系统进行串级控制系统的主回路、副回路的选择和各种设备的选型。

6、复杂过程控制系统

（一）教学内容 1)前馈控制系统 2)大滞后补偿控制 3)比值控制 4)分程与选择性控制 5)多变量解耦控制

（二）教学要求

教学要求是：理解前馈控制系统的特点和针对的实际过程的应用情况，掌握前馈控制系统的典型结构，理解前馈控制系统的应用范围和了解前馈控制系统的参数工程整定方法；理解大滞后补偿控制基本思想，掌握常规大滞后控制方案，理解大滞后过程的Smith预估补偿控制思想，熟练掌握Smith预估补偿控制器的设计和系统分析；理解比值控制系统的基本概念，了解比值控制系统的控制方案和比值控制的设计与参数整定；理解分程与选择控制系统原理与设计，了解分程与选择控制系统工业应用；理解多变量解耦控制的基本概念，掌握相对增益的定义和计算，能够实现复杂控制通道的选择，了解解耦控制系统的设计方法、稳定性和解耦简化等问题。

三、考核及成绩评定方式

本课程考核方式为闭卷笔试，考试时间为2个小时，卷面满分85分，课程设计和平时成绩15分。平时成绩包括作业成绩、实验成绩。

第四篇：《过程设备设计》教学大纲

《过程设备设计》教学大纲

课程名称:过程设备设计

英文名称: Process Equipment Design 学分: 4.5

学时: 72

理论学时: 64

实验学时:8 教学对象:过程装备与控制工程专业本科生

先修课程:高等数学,机械制图,工程力学,机械设计,化工原理,弹性力学,专业英语

教学目的: 本课程是过程装备与控制工程专业的主干专业课程，其目的旨在使学生能综合运用基础课、技术基础课程中的基本理论及相关的工程实践知识，通过本课程的学习，基本具备从事过程设备设计和研究开发的初步能力。

教学要求: 熟悉并掌握过程设备设计的基本理论及工程实践，能采用正确、合理的方法进行过程设备的设计。从材料、设备的结构、温度、制造质量、安装、操作维护等方面对过程设备的工程设计进行综合分析和研究。

教学内容: Introductory Remarks(1学时)Chapter 1 Pressure Vessel Introduction(1学时)1.1 Gross Structure 1.2 Pressure Vessel Classification 1.3 Pressure Vessel Codes and Standards 基本要求: 压力容器分类方法,总体结构,国内外规范和标准及其比较 重点:按技术管理的分类, GB150,ASME 难点:正确理解按技术管理的分类方法

Chapter 2 Stress Analysis of Pressure Vessels(14学时)

2.1 Stress Analysis of Revolution Shells

2.1.1 Stress in Thin Walled Cylinders

2.1.2 Membrane Theory

2.1.3 Basic Equations

2.1.4 Application of Membrane Shell Theory

2.1.5 Discontinuity Analysis

2.2 Analysis of Thick Walled Cylinder

2.2.1 Elastic Stresses

2.2.2 Elastic-Plastic Stress

2.2.3 Yield Pressure and Bursting Pressure

2.3 Stress Analysis of Flat Plate

2.3.1 Introduction

2.3.2 Bending Differential Equation

2.3.3 Stresses in Circular Plate

2.3.4 Stress of Symmetrically Loaded Circular Plate with a Circular Central Hole

2.4 Stability Analysis of Shells

2.4.1 Introduction

2.4.2 Bucking Analysis of Thin Wall Cylinder under External Pressure

2.4.3 Critical Pressure of Other Revolution Shells

2.5 Typical Local Stresses 基本要求:回转壳的应力分析,二种基本理论,无力矩理论的基本方程,无力矩理论的应用,厚壁圆筒的弹性应力和弹塑性应力,屈服压力,爆破呀力,圆平板的应力计算及其应力分布,稳定性分析的基本方法,临界压力,局部应力分析的几种方法,降低局部应力的措施.重点: 回转壳的应力分析, 无力矩理论的基本方程, 厚壁圆筒的弹性应力, 临界压力, 难点: 回转壳的应力分析, 稳定性的分析方法, 弹塑性应力.Chapter 3 Pressure Vessel Materials and Properties Effected by Environment and Time(6学时)

3.1 Pressure Vessel Materials

3.1.1 Pressure Vessel Steels

3.1.2 Nonferrous Metal and Nonmetal

3.2 Pressure Vessel Steel Properties Effected by Fabrication

3.2.1 Plastic Deformation

3.2.2 Welding

3.2.3 Heat Treatment

3.3 Pressure Vessel Steel Properties Effected by Environment

3.3.1 Temperature

3.3.2 Medium

3.3.3 Loading Speed

3.4 Selection of Pressure Vessel Materials

3.4.1 Basic Requirement

3.4.2 Selection 基本要求:压力容器常用钢材,环境的影响,制造的影响,压力容器材料的选用 重点: 压力容器常用钢材,各种环境的影响,材料的正确选用 难点: 压力容器常用钢材的正确选用

Chapter 4 Design of Pressure Vessels(14学时)

4.1 Introduction

4.2 Design Criterions

4.3 Design by Rules

4.3.1 Introduction

4.3.2 Cylinder Design

4.3.3 Head Design

4.3.4 Sealing Device Design

4.3.5 Opening and Reinforcement

4.3.6 Support and Manhole(Handhole)

4.3.7 Safety Relieving Device

4,3,8 Welded Structure Design

4.3.9 Pressure Test

4.4 Design by Analysis

4.4.1 Introduction

4.4.2 Stress Categories

4.4.3 Computation of Stress Intensities

4.4.4 Stress Intensity Limiting

4.4.5 Application of Design by Analysis

4.5 Fatigue Analysis

4.6 Development of Pressure Vessel Technology 基本要求:设计文件,设计准则,圆筒设计,封头设计,密封装置设计,开孔和开孔补强设计,常用支座,安全泄放装置,焊接结构,压力试验,应力分类,应力强度计算及限制,低循环疲劳曲线,平均应力影响.重点:圆筒和封头设计,密封机理,性能参数,高压密封结构,补强计算,焊接接头分类,应力分类,应力强度.难点:设计参数确定,夹套容器设计,双锥环受力分析,应力分类,应力强度

Chapter 5 Storage Equipment(5学时)

5.1 Introduction

5.2 Horizontal Storage Tank

5.2.1 Basic Structure

5.2.2 Design Calculation

5.3 Spherical Storage Tank

5.3.1 Tank Body

5.3.2 Support

5.3.3 Manhole and Nozzle

5.3.4 Accessories 基本要求:鞍式支座的位置和数量,力学模型,内力分析,几种应力,球形储罐的罐体,支座

重点:鞍式支座的结构和确定,扁塌现象.难点:卧式容器的力学模型

Chapter 6 Heat Exchanger(8学时)

6.1 Introduction

6.2 Shell-and-Tube Heal Exchangers

6.2.1 Basic Types

6.2.2 Shell-and Tube Heat Exchanger Structure

6.2.3 Tubesheet Design

6.2.4 Expansion Joint Design

6.2.5 Tubes Vibration and Protection

6.3 Waste Heat Boiler

6.4 Forced Heat Transfer 基本要求:换热设备分类,管壳式换热器分类及选型,管程结构,壳程结构,管板设计思路,膨胀节,管束振动和防止,传热强化技术

重点: 管壳式换热器分类,换热管,换热管与管板连接,管束分程,壳程结构,管束振动,传热强化技术.难点: 管壳式换热器结构,危险工况的确定

Chapter 7 Tower(10学时)

7.1 Introduction

7.2 Packed Tower

7.2.1 Packing

7.2.2 Internals of Packed Tower

7.3 Plate Column

7.3.1 Classification

7.3.2 Structure

7.3.3 Construction of Tray

7.4 Accessories

7.4.1 Forth Remover

7.4.2 Skirt Support

7.4.3 Boom

7.5 Strength Design of Tower

7.5.1 Natural Vibration Period

7.5.2 Loading Analysis

7.5.3 Strength and Stability of Cylinder

7.5.4 Strength and Stability of Skirt

7.6 Vibration of Tower

7.6.1 Vibration induced by Wind

7.6.2 Prevention of Vibration 基本要求:塔设备选型,填料分类,塔内件结构,板式塔分类,板式塔结构,塔盘结构,塔设备附件,塔强度计算,固有周期,载荷分析,筒体强度校核,稳定性校核,风的诱导振动,卡曼旋涡,塔设备的防振

重点:填料塔结构,塔盘结构,塔设备载荷分析, 卡曼涡街 难点: 风的诱导振动机理, 载荷分析,筒体强度校核

Chapter 8 Reactors(5学时)

8.1 Introduction

8.1.1 Classification

8.1.2 Characteristics

8.2 Mechanical Agitated Reactor

8.2.1 Basic Structure

8.2.2 Agitated Vessel

8.2.3 Agitator Impeller

8.2.4 Shaft Design

8.2.5 Sealing Device

8.2.6 Gearing

8.3 Development of Mechanical Agitated Reactors 基本要求:反应器分类,机械式搅拌反应器的结构,搅拌器,搅拌容器,夹套结构,流动特性,搅拌器选型,影响搅拌功率的因素,搅拌轴的力学模型,填料密封,机械密封,传动装置.重点: 搅拌器的分类及选用,密封装置,流动类型 难点: 搅拌器的选型

实验教学

1.内压薄壁容器应力测定（3学时）实验目的及要求:(1)了解内压薄壁容器在内压作用下薄膜应力的分布规律(2)验证薄壁容器筒体应力计算的理论公式

(3)掌握用电阻应变仪测定应力的基本原理及具体操作的过程和方法 本实验的具体操作为重点，故而需3学时。2.高压容器内外壁应力测定（2学时）实验目的及要求:(1)测定高压容器筒体在内压作用下，内、外壁面的应力，并与理论公式比较(2)了解高压液压下电阻应变测量的基本方法，如电阻片的保护，内壁的引线及压力效应的校正等

本实验以内壁液压下应力测量技术为重点 3.厚壁筒体的爆破及测试实验（2学时）实验的目的和要求:(1)了解厚壁容器加载，塑性变形，应变硬化，最后大变形破坏的全过程(2)测量厚壁圆筒的爆破压力，并与各种失效理论的结果进行比较(3)了解大应变及数据采集的技术 4.外压薄壁圆筒形容器失稳试验（1学时）实验目的及要求:(1)观察薄壁圆筒形容器在外压作用下失稳的形态(2)测定圆筒形容器的临界压力并与理论值进行比较 具体实验的内容、方法详见实验指导书

参考教材: 1.郑津洋等编,过程设备设计,北京,化学工业出版社,2005年 2.自编, Process Equipment Design, 2003年(2005年 修订补充)12

第五篇：过程设备设计教学大纲

过程设备设计

课程类型：专业课程 总 学 时：48 学

分：3 开课系（院）：机械工程系

适用专业：过程装备与控制工程

一、课程的地位、作用与任务

过程设备在生产技术领域中的应用十分广泛，是化工、炼油、轻工海洋工程等传统部门所必须的关键设备。本课程的任务是根据产品在全寿命期内的功能及市场竞争要求，综合考虑环境要求和资源利用率，运用工艺、机械、控制、力学、材料以及美学、经济学等知识，经过设计师的创造性劳动，制定可以用于制造的技术文件。主要是介绍学习流体储存、传热、传质和反应设备的一般设计方法，是一门涉及多学科、综合性很强的课程。

二、课程教学基本内容及要求

（一）教学基本要求

要求学生掌握过程设备设计的基础理论、方法及相应的规范，充分了解过程设备的结构特点与运作规律，学会对经典的过程设备如传热设备、传质设备、储存设备及反应设备等的一般工程设计方法和设计程序步骤。学习相关的国家标准和行业规范的使用，拓宽学生的专业知识面，锻炼学生独立获取所须知识及综合应用所学知识的能力，培养学生独立解决实际生产过程中由于设备所产生的各类问题的能力和团体协作能力。

（二）主要教学内容 1.过程设备概论

主要讲述过程设备的作用、特点及任务，过程设备的设计要求及常用规范、过程设备常用材料及其基本要求等知识。

2.过程设备设计基础理论

本部分主要讲述压力容器应力分析、压力容器一般设计方法、影响压力容器性能的因素等知识。

3.过程设备设计应用

主要讲述贮存设备、换热设备、塔设备及反应设备的结构特点、性能、应用及设计计算的方法等知识。

四、教学说明

1.本课程应在完成金工实习、化工原理等课程的学习后进行。

2.本课程内容多、教学时数少，教学时应采用教学与学生自学相结合方式。

五、教材及主要参考书

（一）使用教材： 《过程设备设计》，郑津洋、董其伍、桑芝富，化学工业出版社教材出版中心，2001.8

（二）主要参考书： 1.钢制压力容器（GB150-1998）.中华人民共和国国家标准.北京：中国标准出版社，2000 2.管壳式换热器（GB151-1999）.中华人民共和国国家标准.北京：中国标准出版社，2001