自动化仪表教材

《传感器与检测技术》课程设计一．课程设计目的课程设计的目的是使学生能够将《传感器与检测技术》课程的内容有机的联系起来，形成系统的概念，培养学生综合应用知识的能力，掌握智能检测（或仪表）系统设计的基本思想和方法。

二．设计方法（一）智能化测量控制仪表的总体设计在设计一台智能化测量控制仪表时，首先要进行仪表的总体设计。

在课程设计中要考虑以下两点。

1．从整体到局部(自顶向下)的设计原则开始时，根据仪表功能和设计要求提出仪表设计的总任务，分别并绘制硬件和软件总框图，然后将总任务分解成一批可以独立表征的子任务，这些子任务再向下分，直到每个低级的子任务足够的简单，可以直接而且容易实现为止。

这些低级子任务可用模块化的方法来实现，有些子任务可以采用某些通用化的模块（模件）实现。

2．经济性要求为了获得较高的性能价格比，设计仪表时不应盲目地追求复杂高级的方案。

在满足性能指标的前提下，应尽可能采用简单的方案，因为方案简单意味着元器件少，可靠性高，从而也比较经济。

在进行实际的产品设计时，还应考虑仪表的可靠性要求、操作和维护的要求等。

（二）智能化测量控制仪表的硬件电路设计1．单片机芯片的选择课题中指定在MCS-51系列单片机中选择机种。

选择时，应考虑单片机的时钟频率、内部程序存储器和数据存储器容量、片内功能部件，以及相关的技术支持等因素。

2．存储器设计如果仪表中所涉及的程序或者数据量使单片机内部存储器难以满足要求时，应设计片外存储器。

3．输入/输出接口的设计单片机从测量环节或者说前向通道（包括A/D转换器和输入电路）输入测量信息、从键盘输入仪表需要的各种数据和信息（如功能选择，量程范围、阈值等）以及向显示器输出测量结果、仪表的工作状态（如报警信息）都需要通过接口电路实现，因此要设计相应的接口电路。

4．测量部分的设计测量部分通常由两大部分组成，即模拟测量部分和A/D转换器。

模拟测量部分如传感器、传感器测量电路、信号放大电路、滤波电路以及其它的信号调理电路都是一些独立的模块或组件，如果已有相应的模块芯片出售，设计时只要选用合适（符合技术要求）的芯片即可；如果没有相应的模块供应，则在设计时要根据仪表的技术指标，自行设计这些组件。

《自动化仪表及过程控制》课程教学大纲英文名称：Automatic Instruments and Process Control 课程编号：适用专业：自动化学时： 54 学分： 3课程类别：专业方向课课程性质：限选课一、课程的性质和目的《自动化仪表及过程控制》是自动化专业的重要专业课。

本课程在系统简明地阐述常用过程量测控仪表和计算机控制系统基本原理和基本知识的基础上，同时介绍自动调节系统设计和整定的基础知识，通过本课程的学习，使学生掌握生产过程控制的基础知识和基本应用技术。

二、课程教学内容概述主要内容：1、自动化仪表的概念及其发展；2、DDZ仪表及其控制系统；3、自动化仪表的基本性能指标。

第一章检测仪表基本内容和要求：1、了解温度测量的概念和工业上常用的测量方法；2、掌握热电偶的测温原理及其应用；3、掌握热电阻的测温原理及其应用；4、理解温度变送器的基本结构；5、了解工业生产中压力参数的概念和常用压力测量原理；6、理解压力式、力平衡式、位移式和固态测压元件及其变送器的工作原理；7、理解节流式、容积式流量测量的基本原理及其应用。

8、理解涡轮、电磁、漩涡等流量测量方法的应用；9、理解浮力式、静压式、电容式、超声式等常用液位测量原理；10、了解成分分析仪表的基本概念。

教学重点：1、常用温度仪表、压力仪表、液位仪表、流量仪表和成分仪表的工作原理及其应用。

2、分度表，分度号，热电偶的冷端延伸和冷端补偿，热电阻的三线制；3、差动电容压力变送器工作原理；4、差压流量计的流量公式；5、差压变送器的零点迁移原理。

第二章调节器基本内容和要求：1、重点掌握PID调节规律的原理及其应用；2、理解PID模拟电路的结构原理；了解二位式和连续调节仪表应用的基础知识；3、理解数字PID算法基本表达式及其原理；4、简单了解工业现场常用模拟和数字调节器的基本结构及其应用。

PID调节规律的原理及其应用；第三章集散控制系统和现场总线控制系统基本内容和要求：1、了解单回路可编程调节器的概念2、了解DCS系统的基本概念；3、理解DCS系统的结构特点及其组成；4、理解DCS控制站和操作站的功能；5、了解FCS系统的基本概念；第四章执行器和防爆栅基本要求1、熟炼掌握气动调节阀的基本结构、原理及其应用等基本概念；2、熟悉调节器流量特性的定义及其应用；3、理解和掌握气动执行器气开/气关的形式及其选择原则；4、了解电动执行器及电气转换器的基本原理；5、简单了解工业控制系统防爆的基本概念。

课件教学教程•化工仪表概述•自动化基础知识•化工仪表测量原理与技术•化工仪表选型与安装维护目•化工自动化控制系统设计与实践•化工仪表及自动化技术应用拓展录化工仪表概述定义作用分类特点化工仪表具有高精度、高可靠性、防爆防腐、适应性强等特点，能够满足化工生产过程中的各种特殊要求。

化工仪表发展趋势网络化智能化化工仪表正逐渐向着网络化的方向发展，实现远程监控和数据共享，提高生产效率和安全性。

集成化自动化基础知识自动化概念及原理自动化定义自动化原理自动化系统组成要素控制器传感器与变送器执行器被控对象石油化工自动化技术在石油化工行业应用广泛，包括炼油、化肥、乙烯等生产过程的自动化控制。

冶金工业冶金工业中的高炉、转炉、连铸等生产过程的自动化控制，以及轧钢过程的自动化电力工业机械制造自动化技术应用领域化工仪表测量原理与技术压力单位与测量方法介绍压力的国际单位制单位以及常用测量方法，如直接测量法和间接测量法。

压力仪表分类及特点阐述不同类型压力仪表的工作原理、结构特点以及适用场景，如弹性式压力计、电气式压力计等。

压力传感器技术介绍压力传感器的种类、工作原理及其在化工生产中的应用，如压阻式传感器、压电式传感器等。

压力测量系统组成及调试详细讲解压力测量系统的组成部分，包括传感器、变送器、显示仪表等，并介绍系统调试方法和注意事项。

温度单位与测量方法温度测量系统组成及调试温度仪表分类及特点温度传感器技术介绍温度的国际单位制单位以及常用测量方法，如接触式测量法和非接触式测量法。

介绍温度传感器的种类、工作原理及其在化工生产中的应用，如热敏电阻传感器、红外传感器等。

流量单位与测量方法流量测量系统组成及调试流量仪表分类及特点流量传感器技术物位单位与测量方法物位测量系统组成及调试物位仪表分类及特点物位传感器技术化工仪表选型与安装维护选型原则及注意事项选型原则注意事项安装前准备安装步骤调试方法030201安装调试方法与步骤维护保养策略及周期维护保养策略维护保养周期化工自动化控制系统设计与实践确保系统安全、稳定、可靠，满足生产工艺要求，提高生产效率和产品质量。

化工仪表及自动化教案(总87页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--化工仪表及自动化绪论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化工自动化的意义及目的加快生产速度、降低生产成本、提高产品产量和质量。

减轻劳动强度、改善劳动条件。

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。

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。

化工自动化的发展情况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。

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。

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化工仪表及自动化系统的分类按功能不同，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)图0-1 各类仪表之间的关系1.自动检测系统利用各种仪表对生产过程中主要工艺参数进行测量、指示或记录的部分。

作用：对过程信息的获取与记录作用。

图0-2 热交换器自动检测系统示意图自动检测系统中主要的自动化装敏感元件传感器显示仪表敏感元件对被测变量作出响应,把它转换为适合测量的物理量。

传感器对检测元件输出的物理量信号作进一步信号转换显示仪表将检测结果以指针位移、数字、图像等形式,准确地指示、记录或储存。