化工班：《化工仪表及自动化》综合报告
HefeiUniversity
化工班：《化工仪表及自动化》
过程考核之一综合报告
系别：班级：姓名：学号：教师：日期：
化学材料与工程系
201*-10-28
学习计划
我们在学习任何事物、课程时都应该有一个规划。学习规划能更有利于我们知道自己该干什么，明确我们的学习目的和学习方法。在学习《化工仪表及自动化》这门课时，我的规划包括以下几个方面。
一、看课本（落实基础的方法）
1、注重学科思维。要将课本看一遍，课本讲了多少种不同的思维方式。这些思维方式对学习有多大的要求，总结课本上的思维。
2、看课本注重知识理解。每条知识点都有研究目的和一些独有的表现形式。在理解知识点的过程中，假设不用式子推导，单纯看能不能理解，这是定性的理解。定性是第一位，首先通过定性分析，再定量，上课时听老师讲明白，老师把
知识点量化解析了，我要从定式思维上形成自己所理解的东西，自然就会应用了。
二、看题和做题（学会思考与能力训练）1、借助试题消化知识点
碰到题中不会的知识点，不明白的公式为什么这么用的，看课本定义部分，这样就能够将课本知识点实际应用化，形成知识掌握和应用的全部过程。
2、看题归纳、理解课本知识点
归纳、理解知识点。需要找一些比较类似的类型题。总结题的考法和解答思想。通过综合、比较，就能解决绝大多数的题型，也不再害怕陌生题。这样不仅对课本知识本质有一个理解，对知识的应用范围理解的更加透彻。自然能形成纯熟的应用。
3.团队合作（团队的力量，知识思维的汇总）
胡老师上课也说了要注重团队合作。的确，团队的合作，能将多人的知识，能力等有机的整合起来，能更好的发挥大家的能力。大家团队合作，能分工明确，专攻一项，能使工作更细致，更有效的完成当今社会，对团队的合作的要求越来越高，我们要努力培养这点。
我相信有了这些规划和在胡老师的教导下，《化工仪表及自动化》这门课一定可以学的开心而且成功。
章末总结通过第七章的学习，我基本对这章有了比较深刻的认识。具体表现在于对知识点的认识。
1、串级控制系统
应用场合：当对象的滞后较大，干扰比较剧烈、频繁时，采用简单控制系统往往控制质量较差，满足不了工艺上的要求。这时，可考虑串级控制系统。
主变量的确定：
主变量：工艺控制指标，在串级控制系统中起主导作用的被控变量。确定：同简单控制系统的被控变量选择原则副变量的确定：
副变量：串级控制系统中为了稳定主变量或因某种需要而引入的辅助变量。确定：①主副变量应有一定的内在联系。两类情况：a.选择与主变量有一定关系的某一中间变量为副变量b.副变量就是操纵变量本身，可以及时克服操纵变量的波动，减少对主变量的影响
②要使系统的主要干扰被包围在副回路内。一方面能将主变量影响最严重、变化最剧烈的干扰包围在副回路内，另一方面又使副对象的时间常数很小。
③在可能的情况下，应使副环包围更多的次要干扰。在考虑使副环包围更多干扰时，应同时考虑到副环的灵敏度，两者经常矛盾。
④要考虑到主、副变量的时间常数的匹配，以防共振。共振：一个变量发生振荡，另一个量也发生振荡的现象。
主回路：是由主变量的侧送变送装置，主、副控制器，执行器和主、副对象构成的外回路，具有后调、细调、慢调的特点，并对副回路没有完全克服掉的干扰影响能彻底加以克服。
副回路：由副变量的测量变送装置，副控制器执行器和副对象所构成的内回路。副回路具有先调、粗调、快调的特点。
其确定，实际上就是根据生产工艺的具体情况，选择了一个合适的副变量，从而构成一个以副变量为被控变量的副回路。主、副控制器控制规律的选择
主控制器：通常都选用比例积分控制规律。对对象控制通道容量滞后比较大，如温度对象或成分对象等，为了克服容量滞后，可以选择比例积分微分控制规律
副控制器：一般采用比例控制规律。控制器正、反作用的选择
①副控制器作用方向的选择：选定执行器的气开、关后，按照使副控制回路称为一个负反馈的原则来确定副控制器的作用方向。
②主控制器作用方向选择：为使主、副变量减小，要求控制阀的动作方向是一致的时候，主控制器选择反作用。反之，为正作用。
③当由于工艺过程的需要，控制器由气开改为气关，或者由气关改为气开时，只要改变副控制器的正反作用而不需要改变主控制器的正反作用。只有当副控制器为反作用是，才能在串级与主控之间直接进行切换，如果副控制器为正作用，则在串级与主控之间进行切换的同时，要改变主控制器的正反作用。所以，在执行器的气开、关可任选时，应选择能使副控制器为反作用的那种执行器类型。
2、前馈控制系统
前馈控制与反馈控制的区别及前馈控制的特点：
前馈控制是基于不变性原理工作的，比反馈控制及时、有效
前馈控制①依据是干扰的变化②检测信号是干扰量的大小③控制作用的发生时间实在干扰作用的瞬间而不需等到偏差出现之后
反馈控制①依据是被控变量与给定值的偏差②检测信号时被控变量③控制作用发生时间是在偏差出现之后
前馈控制属于开环控制系统，而反馈控制系统是一个闭环控制系统，这是它们的基本区别
前馈控制使用的是视对象特性而定的“专用”控制器，而反馈控制系统均采用通用PID控制器。对于不同的对象特性，前馈控制器的控制规律讲不通。
一种前馈作用只能克服一种干扰，反馈控制能够克服多个干扰。
课程总结
通过这门课程的学习使我知道了自动控制系统的基本概念，过程特性及其数学模型，检测仪表与传感器，自动控制仪表，执行器，简单控制系统复杂控制系统及新型控制系统等的知识。让我更加扎实的掌握了有关化工仪表自动化方面的知识。在学习过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的学习最终还是解决了问题。实践出真知，在学习过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。在学习过程中遇到的很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。
这些都使我明白在今后的学习和社会实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！
化工仪表自动化给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，化工仪表自动化让我感触很深。不仅仅是理论而且还使我对抽象的理论有了具体的认识。
我认为，在这学期的学习中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在化工仪表自动化设计上，我学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在学习过后变的更加成熟，能面对更多的事情。
回顾起此课程的学习过程，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且还学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
化工仪表自动化这门课程，也需要团队的精神，通过合作让我们更加默契。团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。
当然其中的体会是不能仅仅以这点点知识能概括的，还包涵了老师的悉心教导和同学们的相互帮助。虽然一门课程已经结束了，但是伴随着这门课程的历练还远没结束。只有在不断地学习之中才能把所学的运用到我们的切身实际当中来。
扩展阅读：《化工仪表及自动化》实验报告书
学院专业班组、学号姓名协作者教师评定实验题目温度传感器热电偶测温实验及热电偶标定
一、实验目的
1.了解热电偶的结构及测温工作原理；2.掌握热电偶校验的基本方法；
3.学习如何定期检验热电偶误差，判断是否及格。二、实验内容和要求
观察热电偶，了解温控电加热器工作原理；通过对K型热电偶的测温和校验，了解热电偶的结构及测温工作原理；掌握热电偶的校验的基本方法；学习如何定期检验热电偶误差，判断是否合格。三、实验原理：
（1）由两根不同质的导体熔接而成的闭合回路叫做热电回路，当其两端处于不同温度时则回路中产生一定的电流，这表明电路中有电势产生，此电势即为热电势。
图1-1热电偶测温原理试验台
图（1-1）中T为热端，To为冷端，热电势E(T)AB(T)AB(To)（2）以K分度热电偶作为标准热电偶来校准E分度热电偶。四、实验所需部件：
K（也可选用其他分度号的热电偶）、E分度热电偶、温控电加热炉、温度传感器实验模块、数字电压表。五、实验步骤：
（1）观察热电偶结构（可旋开热电偶保护外套），了解温控电加热器工作原理。
温控器：作为热源的温度指示、控制、定温之用。温度调节方式为时间比例
式，绿灯亮时表示继电器吸合电炉加热，红灯亮时加热炉断电。
温度设定：拨动开关拨向“设定”位，调节设定电位器，仪表显示的温度值℃随之变化，调节至实验所需的温度时停止。然后将拨动开关扳向“测量”侧，接入热电偶控制炉温。（注：首次设定温度不应过高，以免热惯性造成加热炉温度过冲）。
（2）首先将温度设定在50℃左右，打开加热开关，（加热电炉电源插头插入主机加热电源出插座），热电偶插入电加热炉内，K分度热电偶为标准热电偶，冷端接“测试”端，E分度热电偶接“温控”端，注意热电偶极性不能接反，而且不能断偶，万用表置毫伏档，当钮子开关倒向“温控”时测E分度热电偶的热电势，待设定炉温达到稳定时用电压表毫伏档分别测试温控（E）和测试（K）两支热电偶的热电势（直接用电压表在热电偶接线端测量，钮子开关还是保持倒向“E”分度热电偶方向）。每支热电偶至少测两次求平均值，并将结果填入表1-1。
（3）继续将炉温提高到70℃、90℃、110℃、130℃和150℃，重复上述实验，观察热电偶的测温性能，并将对应结果填入下表。。
（4）因为热电偶冷端温度不为0℃，则需对所测的热电势值进行修正
E（T，To）=E(T,t1)+E(T1,T0)
实际电动势＝测量所得电势＋温度修正电势查阅热电偶分度表，上述测量与计算结果对照。
（5）校热电偶热电势与标准热电偶温度的绝对误差为TT校T标，相对误差为TT标(T校T标)T标100%。六、思考题
将平台上的热电偶转换开关打向左边，显示的温度值是否正确？为什么？答：将转换开关打向左边，指示温度是标准热电偶K测试点温度，显示的温度与E分度热电偶有差别。当转换开关转向K分度热电偶时，温度数字温度并非为加热炉内温度，会引起误差。
表1-1实验数据表
被测量温度热电偶50℃第1次测量第2次测量标准热电偶（K）第3次测量平均电势修正电势分度表温度第1次测量第2次测量被校热电偶（E）第3次测量平均电势修正电势分度表温度两偶温度误差绝对误差相对误差1.41.51.51.4672.548632.32.42.42.3674.16870711.11%70℃2.72.62.62.6333.714914.24.24.24.26.0019544.40%90℃3.83.93.93.8674.9481216.16.26.26.1677.96812543.31%110℃5.25.35.35.2676.3481558.48.68.58.510.30115831.94%130℃6.56.66.66.5677.64818810.910.910.810.86712.66819021.06%150℃8.08.08.08.09.08122413.213.513.513.415.201*23-1-0.41%
实验时环境温度：27℃
七．讨论
随着温度的升高，相对误差逐渐降低。
经过本次实验，对校正热电偶的过程有了大概的理解与认识
学院专业班组、学号姓名协作者教师评定实验题目光纤传感器位移测量
一、实验目的
1．了解光纤位移传感器的结构和工作原理，2．掌握光纤位移传感器的输入--输出特性。二、实验内容和要求
光纤传感技术是适随着光纤通信和集成光学技术而发展起来的新型传感技术。通过光纤位移传感器来测量位移，掌握这种传感器的特性。本光纤传感器为反射式，光纤采用Y型结构，两束多模光纤合并于一端组成光纤探头，一束作为接收，另一端作为光源发射，近红外二极管发出的近红外光经光源光纤照射至被测物，由被测物反射的光信号经接收光纤传输至光电转换器转换为电信号，反射光的强弱与反射物与光纤探头的距离成一定的比例关系，通过对光强的检测就可得知位置量的变化。三、实验原理：
反射式光纤传感器工作原理如图2-1所示，光纤采用Y型结构，两束多模光纤合并于一端组成光纤探头，一束作为接收，另一束为光源发射，近红外二级管发出的近红外光经光源光纤照射至被测物，由被测物反射的光信号经接收光纤传输至光电转换器件转换为电信号，反射光的强弱与反射物与光纤探头的距离成一定的比例关系，通过对光强的检测就可得知位置量的变化。
图2-1反射式光纤位移传感器原理图及输出特性曲线
四、实验所需部件：
光纤（光电转换器）、光纤光电传感器实验模块、电压表、示波器、螺旋测微仪、反射镜片
五、实验步骤：
（1）观察光纤结构：本实验仪所配的光纤探头为半圆型结构，由数百根导光纤维组成，一半为光源光纤，一半为接收光纤。
（2）连接主机与实验模块电源线及光纤变换器探头接口，光纤探头装上探头支架，探头垂直对准反射片中央（镀铬圆铁片），螺旋测微仪装上支架，以带动反射镜片位移。
（3）开启主机电源，光电变换器V0端接电压表，首先旋动测微仪使探头紧贴反射镜片（如两表面不平行可稍许扳动光纤探头角度使两平面吻合），此时V0输出≈0，然后旋动测微仪，使反射镜片离开探头，每隔0.2mm记录一数值并记入表2-1。
表2-1位移与输出电压表
X(mm)00.20.40.60.81.01.21.41.61.822.22.42.62.83.03.23.43.63.84.0V(V)
位移距离如再加大，就可观察到光纤传感器输出特性曲线的前坡与后坡波形，作出V-X曲线，通常测量用的是线性较好的前坡范围。
六、思考题
（1）为什么要分析线性较好的范围？
答：这与光纤传感器的特性有关，当位移达到某一值以后，输出信号与位移不再呈线性关系此时打不到测量目的
（2）光纤通信与测量的原理一样吗？答：一样，都是把光信号转换成电信号七、讨论与思考
实验开始时不能调零，是设备年久失修，因此产生不能避免的误差，光纤测距较精准，但量程较小，对于反光能力较差的材质测量不太合适
学院专业班组、学号姓名协作者教师评定实验题目电容式传感器输出特性测量
一、实验目的
1．了解电容式传感器的结构和工作原理，2．掌握电容式移传感器的输入--输出特性。二、实验原理：
差动式同轴变面积电容的两组电容片Cx1与Cx2作为双T电桥的两臂，当电容量发生变化时，桥路输出电压发生变化。
图3-1电容式传感器结构示意图
三、实验所需部件：
电容传感器、电容传感器实验模块四、实验步骤：
（1）观察电容传感器结构：传感器由一个动极与两个定级组成，连接主机与实验模块的电源线及传感器接口，按图（3-1）接好实验线路，增益适当。
（2）打开主机电源，用测微仪带动传感器动极位移至两组定极中间，调整调零电位器，此时模块电路输出为零。
（3）前后位移动极，每次0.5mm，直至动静极完全重合为止，记录数据，并填入表3-1，作出V-X曲线，求出灵敏度。
表3-1位移与输出电压表X（mm）V0（v）
五、思考题
结合课本探讨电容式传感器可能应用的范围。
答：可检测各种机械的液压，适用于各种导电、非导电液体的液位或粉末状物体的测量。
六、讨论
灵敏度为0.0427，电容或传感器的变化情况比较稳定，线性效果较好
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