熱加工測控技術

前言

　　本書是為我國高等院校材料成型與控制工程專業(yè)和金屬材料工程專業(yè)本科生而編寫的創(chuàng)新型應用人才培養(yǎng)規(guī)劃教材。編寫的指導思想是適當降低理論深度，增強實際應用，力求將熱加工領域中自動檢測與控制技術的相關理論與工程實際應用相結合，用更新、更準、更多的工程應用實例和科學研究結果來闡述問題。　　熱加工測控技術主要研究熱加工（鑄造、鍛造、焊接和熱處理）過程中有關參量的檢測原理與方法，進而通過一定的控制算法使其參量保持在最佳狀態(tài)，達到最優(yōu)控制的目的。自動檢測與控制技術在熱加工領域中占有重要地位，測控技術的完善和發(fā)展將推動著熱加工技術的不斷進步?！　〗涍^幾十年的發(fā)展，原鑄造、鍛造、焊接和熱處理等已自成體系，相對較為獨立，但以講授金屬材料熱加工成型內容為主，包括各自的測控技術，學習知識面較窄。而進入21世紀，隨著我國高等教育的發(fā)展和高等教育的大眾化，為了滿足社會發(fā)展對人才的需求，新的材料成型與控制工程專業(yè)和金屬材料工程專業(yè)的知識內容覆蓋了原鑄造、鍛造、焊接和熱處理等，并出現了多種培養(yǎng)人才的高等教育模式。其中，工程創(chuàng)新應用型人才培養(yǎng)的課程體系改革的趨勢為縮減理論學時，強化實踐。因此，編寫適合于當前教學改革要求的“熱加工測控技術”教材，是培養(yǎng)工程創(chuàng)新應用型人才的迫切之需?！　”緯樟司幷唛L期進行工程創(chuàng)新應用型人才培養(yǎng)的教學與教改實踐經驗，參考了大量的文獻、工程應用實例及科學研究成果，注重理論聯(lián)系實際，結合工程應用實例和科研成果來闡述理論。　　全書共分12章。第1章主要介紹電測量的基礎知識，為學習以后知識打下基礎。第2章主要闡述了熱加工領域中常用的傳感器，重點對應變式傳感器、差動電感式傳感器、壓電式傳感器和霍爾傳感器進行了介紹。第3章主要介紹溫度測量技術，這是本書的重點，因此，獨立成章介紹。其中熱電偶和熱電阻測溫技術是熱加工領域中最為重要也是最為常用的測溫方法，該章對這兩種方法進行了重點闡述。除此之外，該章還對其他測溫方法（膨脹式、輻射測溫和集成溫度傳感器測溫）進行了闡述。第4章主要介紹常用的顯示和記錄儀表，包括磁電動圈式儀表、直流電位差計、自動平衡記錄儀、數字式顯示儀表和無紙記錄儀。第5章主要介紹流體流量及壓力的檢測技術，分別闡述了畢托管流量計、渦街流量計、渦輪流量計、電磁流量計和浮子流量計，并介紹了流量計的選用原則；根據壓力計的不同分類分別闡述了活塞壓力計、彈性壓力計和真空計（壓縮式、熱傳導式和電離式）。第6章主要介紹熱分析測試技術，主要闡述了鑄造熱分析法、熱重法、差熱分析和差示掃描量熱法。第7章主要介紹微機檢測系統(tǒng)的輸入／輸出通道的組成和基本電路，同時闡述了A／D和D／A轉換器的工作原理。第8章主要介紹自動控制系統(tǒng)基礎知識，包括組成、工作過程、過渡過程和評價指標以及對自動控制系統(tǒng)的要求。

內容概要

　　《熱加工測控技術》對熱加工（鑄造、鍛造、焊接和熱處理）領域中的自動檢測和控制技術進行了系統(tǒng)的介紹，全書共分12章，第1～7章為熱加工領域中常用檢測技術，第8～11章為自動控制技術，第12章以實例的形式給出了自動檢測與控制技術在熱加工領域中的應用，具體包括電測量的基礎知識、常用傳感器、溫度測量技術、常用顯示和記錄儀表、流體流量及壓力檢測技術、熱分析測試技術、微機檢測系統(tǒng)的輸入／輸出通道、自動控制系統(tǒng)基礎、控制規(guī)律和控制器、執(zhí)行器、熱加工中的智能控制技術概論及自動檢測與控制技術在熱加工領域中的應用。在《熱加工測控技術》編寫過程中，編者力求理論聯(lián)系實際，突出實際應用，通過大量工程實際應用案例對理論加以闡述，增強學生對相關知識點的理解和掌握；書中給出形式多樣的綜合習題和閱讀材料供學生參考，以便于學生鞏固所學知識，同時拓寬視野。　　《熱加工測控技術》可作為全國高等院校材料成型與控制工程專業(yè)和金屬材料工程專業(yè)的本科教材；由于《熱加工測控技術》收集了很多實用性和工程性很強的應用實例，因此，也可作為從事熱加工測試與控制的工程技術人員的參考書。

書籍目錄

第1章 電測量的基礎知識1.1 測量的基本概念1.2 測量誤差1.2.1 測量誤差的分類1.2.2 測量誤差的表示方法1.2.3 測量結果的評定指標1.3 常見信號及分類1.3.1 常見信號類型1.3.2 信號的傳遞形式1.3.3 信號的標準化1.4 電測量系統(tǒng)的分類和組成1.4.1 單參數電測量系統(tǒng)1.4.2 多參數電測量系統(tǒng)1.4.3 遙測系統(tǒng)1.5 電測量系統(tǒng)的基本特性1.5.I電測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性1.5.2 電測量系統(tǒng)的動態(tài)特性1.5.3 電測量系統(tǒng)的動態(tài)性能指標1.6 常用測量電路1.6.1 電橋電路1.6.2 放大器1.6.3 濾波電路1.6.4 電流／電壓轉換電路1.6.5 相敏檢波電路小結綜合習題第2章 常用傳感器2.1 傳感器概述2.1.1 傳感器的定義及組成2.1.2 傳感器的分類2.1.3 對傳感器的要求2.1.4 傳感器的發(fā)展方向2.2 電阻式傳感器2.2.1 電位器式傳感器2.2.2 電阻應變式傳感器2.2.3 電阻式傳感器應用舉例2.3 電容式傳感器2.3.1 電容式傳感器的工作原理2.3.2 電容式傳感器的基本類型2.3.3 電容式傳感器的測量電路2.4 電感式傳感器2.4.1 自感式傳感器2.4.2 互感式傳感器2.4.3 渦流式傳感器2.5 電動勢式傳感器2.5.1 磁電式傳感器2.5.2 壓電式傳感器2.5.3 光電式傳感器2.6 霍爾傳感器2.6.1 霍爾效應2.6.2 霍爾元件的結構及測量電路2.6.3 霍爾元件的主要特性參數2.6.4 霍爾元件的誤差及補償小結綜合習題第3章 溫度測量技術3.1 溫度測量技術概述3.1.1 溫度與溫標3.1.2 溫度計標定3.1.3 測溫傳感器分類3.2 熱膨脹式溫度計3.3 熱電偶測溫技術3.3.1 熱電偶的測溫原理3.3.2 熱電偶測溫的基本定律3.3.3 熱電偶的冷端溫度補償方法3.3.4 熱電偶的類型和結構3.3.5 熱電偶測溫的線路連接方式3.3.6 熱電偶的安裝和使用注意事項3.4 熱電阻測溫技術3.4.1 熱電阻測溫的基本原理3.4.2 常用熱電阻3.4.3 熱電阻的接線方式3.5 輻射式測溫技術3.5.1 輻射測溫的物理基礎3.5.2 輻射式測溫儀表3.6 集成溫度傳感器小結綜合習題第4章 常用顯示和記錄儀表4.1 磁電動圈式儀表4.1.1 磁電動圈式儀表的結構和工作原理4.1.2 動圈式儀表使用時應注意的問題4.2 直流電位差計4.2.1 直流電位差計的組成和工作原理4.2.2 直流電位差計的線路4.2.3 直流電位差計的分類及精度等級4.3 自動平衡記錄儀4.3.1 自動平衡記錄儀的結構和工作原理4.3.2 自動平衡記錄儀的測量電路垂4.3.3 自動平衡記錄儀的校驗4.4 數字式顯示儀表4.4.1 數字式顯示儀表的組成原理4.4.2 數字式顯示儀表舉例4.4.3 微機化數字顯示儀表4.5 無紙記錄儀4.5.1 無紙記錄儀的基本結構4.5.2 記錄儀的界面顯示小結綜合習題第5章 流體流量及壓力檢測技術5.1 流體流量及流量計的分類5.1.1 流量的概念5.1.2 流量計分類5.2 常用流量計5.2.1 畢托管流量計5.2.2 渦街流量計5.2.3 渦輪流量計5.2.4 電磁流量計5.2.5 浮子流量計5.3 流量計的選用5.4 流體壓力及壓力測量方法分類5.4.1 壓力的概念5.4.2 壓力測量方法分類5.5 常用壓力計5.5.1 液柱式壓力計5.5.2 活塞式壓力計5.5.3 彈性壓力計5.5.4 真空計5.6 壓力計的選擇和使用小結綜合習題第6章 熱分析測試技術6.1 概述6.2 鑄造熱分析法6.2.1 鑄造熱分析法的基本原理6.2.2 鑄造熱分析測試裝置的基本構成6.2.3 鑄造熱分析法的應用6.3 熱重法6.3.1 熱重法的基本原理6.3.2 影響熱重曲線的因素6.3.3 熱重法的應用6.4 差熱分析6.4.1 差熱分析的基本原理6.4.2 影響DTLA曲線的因素6.4.3 差熱分析的應用6.5 差示掃描量熱法6.5.1 差示掃描量熱法的基本原理6.5.2 影響差示掃描量熱曲線的因素6.5.3 差示掃描量熱法的應用小結綜合習題第7章 微機檢測系統(tǒng)的輸入／輸出通道7.1 輸入通道7.1.1 輸入通道的基本結構7.1.2 輸入通道的基本電路7.2 輸出通道7.2.1 輸出通道的基本結構7.2.2 輸出通道的基本電路7.3 微機檢測系統(tǒng)輸入／輸出通道設計實例7.3.1 設計要求7.3.2 主計算機的選擇7.3.3 輸入通道的設計7.3.4 輸出通道設計小結綜合習題第8章 自動控制系統(tǒng)基礎8.1 自動控制系統(tǒng)的組成8.2 自動控制系統(tǒng)的分類8.3 自動控制系統(tǒng)的工作過程8.3.1 開環(huán)控制系統(tǒng)8.3.2 閉環(huán)控制系統(tǒng)8.3.3 復合控制系統(tǒng)8.4 自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質指標8.4.1 自動控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動態(tài)8.4.2 自動控制系統(tǒng)的過渡過程8.4.3 自動控制系統(tǒng)的品質指標8.4.4 影響過渡過程品質指標的主要因素8.5 對自動控制系統(tǒng)的要求小結綜合習題第9章 控制規(guī)律和控制器9.1 控制器的控制規(guī)律9.1.1 位式控制規(guī)律9.1.2 比例控制規(guī)律9.1.3 積分控制和比例積分控制規(guī)律9.1.4 微分控制和比例微分控制規(guī)律9.1.5 模擬PID控制規(guī)律9.1.6 數字PID控制算法9.2 控制器的參數整定方法9.2.1 臨界比例度法9.2.2 衰減曲線法9.2.3 擴充響應曲線法9.2.4 經驗湊試法9.3 PID控制實例——直線電動機的數字PID控制9.3.1 控制系統(tǒng)的組成9.3.2 PID控制算法的選取9.3.3 PID參數的自整定9.4 模擬控制器9.4.1 模擬控制器的基本結構9.4.2 DDZ一Ⅲ型電動控制器9.5 數字控制器9.5.1 數字控制器的主要特點9.5.2 數字控制器的基本構成9.5.3 KMM數字控制器簡介9.6 可編程邏輯控制器9.6.1 PLC的基本組成9.6.2 PLC的等效電路9.6.3 PLC的基本工作原理9.6.4 PLC的編程語言9.6.5 PI￡控制在鑄造中的應用小結綜合習題第10章 執(zhí)行器10.1 氣動執(zhí)行器10.1.1 氣動執(zhí)行器的結構和分類10.1.2 控制閥的流量特性10.1.3 控制閥的選擇10.2 電動執(zhí)行器10.3 氣動閥門定位器10.4 電一氣轉換器和電一氣閥門定位器小結綜合習題第11章 熱加工中的智能控制技術概論11.1 智能控制簡介11.2 模糊控制11.2.1 模糊控制系統(tǒng)的基本結構11.2.2 模糊控制器的沒計方法11.2.3 模糊控制在熱加工中的應用——爐溫模糊控制系統(tǒng)11.3 專家系統(tǒng)及專家控制系統(tǒng)11.3.1 專家系統(tǒng)11.3.2 專家控制系統(tǒng)11.3.3 專家系統(tǒng)在鑄造中的應用11.4 神經網絡控制11.4.1 神經元模型11.4.2 人工神經網絡11.4.3 人工神經網絡的應用型砂質量的控制小結綜合習題第12章 自動檢測與控制技術在熱加工領域中的應用12.1 鑄造過程的自動檢測與控制12.1.1 沖天爐熔煉過程的自動檢測與控制12.1.2 低壓鑄造過程自動控制12.2 鍛造過程的自動檢測與控制12.2.1 熱模鍛自動控制12.2.2 自由鍛造自動控制12.3 焊接過程的自動檢測與控制12.3.1 脈沖GTAW過程的自動控制12.3.2 TIG焊機的自動控制12.4 熱處理工藝參數的自動控制12.4.1 溫度的控制12.4.2 可控氣氛碳勢的自動控制小結綜合習題附錄參考文獻

章節(jié)摘錄

　　所謂信號，是指為了傳遞信息而使用的量。其中包括實際存在于自然界中的各種物理量，也包括為了傳遞信息而人工設置的各種信號（如文字、標記等）?！　≡跓峒庸y控技術中僅需考慮那些利用電、磁、光、聲、熱、輻射、流體、機械以及各種化學能來傳遞信息的信號。根據信息一能量理論，在測量裝置中傳遞信息的工具是能量流。如果沒有能量進入測量裝置的輸入端，則測量信息的傳遞過程是不可能實現的。在工業(yè)檢測中，攜帶有被測信息的被測信號，可能具有各種各樣的能量形式。如熱氣，一般是非電量，其進入測量裝置的輸人端后，必須轉變成便于測量、轉換、傳輸和顯示的能量形式。也就是說，在測量系統(tǒng)中流動的信號，并不是原始的被測信號，而是與被測信號呈一定單值函數關系的信號，兩者的能量形式很可能是不相同的?，F將測量系統(tǒng)中流動的常見信號種類和傳遞形式簡要介紹如下。1.3.1 常見信號類型　　作用于測量裝置輸入端的被測信號，通常要轉換成以下幾種便于傳輸和顯示的信號?！　?.位移信號　　位移信號包括直線位移和角位移兩種形式，它屬于一種機械信號。在測量力、壓力、質量、振動等物理量時，通常都首先把它們轉換成位移量，然后再做進一步處理。如當被測參數是力或壓力時，可以通過適當的彈性元件轉換成位移。在測量系統(tǒng)中，位移信號可利用杠桿、齒輪副等機構進行機械放大和傳送，也可以利用一定的元件轉換為氣壓信號或轉換成為電信號?！　?.壓力信號　　壓力信號包括氣壓信號和液壓信號，熱加工過程中主要是氣壓信號。在氣動檢測系統(tǒng)中，以凈化的恒壓空氣為能源，氣動傳感器將被測參數轉換為與之相適應的氣壓信號。在測量系統(tǒng)中，氣壓信號可以通過氣動功率放大器放大，也可通過氣動計算單元進行加、減、乘、除、開方等數學運算，還可輸送給顯示單元進行指示、記錄、報警或用于自動調節(jié)，采用氣一電轉換器，可將氣壓信號轉換成電信號?！　?.電氣信號　　常用的電氣信號有電壓信號、電流信號、阻抗信號和頻率信號?！　‰姎庑盘柨梢赃h距離傳遞，便于和計算機連接，易于實現檢測自動化，而且響應速度快。因此，將被測的非電參數轉換成電信號進行測量的方法應用越來越廣，并已逐漸形成一個重要分支。將被測參數的變化直接或間接地轉換成電信號的傳感器，近年來也發(fā)展很快?！　　?/pre>




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　　新穎：編寫體例新穎：借鑒優(yōu)秀教材特別是國外精品教材的寫作思路和方法，圖文并茂，活潑新穎。書中設置導入案例、閱讀材料和應用案例等多種模塊，并配備大量實物圖和實景圖，并輔以示意圖進行介紹，增強教材的可讀性，激發(fā)學生的學習興趣?！　≈R內容新穎：充分反映學科新理論、新技術、新材料和新工藝，體現最新教學改革成果，并將學科發(fā)展趨勢和前沿研究內容以閱讀材料的方式介紹給學生，增強教材內容的延展性，有效拓展學生的知識面?！　嵱茫褐R體系實用：以學生就業(yè)所需專業(yè)知識和操作技能為著眼點，著重講解應用型人才培養(yǎng)所需的技能。理論講解簡單實用，重視實踐環(huán)節(jié)，強化實際操作訓練，培養(yǎng)學生的職業(yè)意識和職業(yè)能力。讓學生學而有用，學而能用。　　內容編排實用：以學生為本，緊緊抓住學生專業(yè)學習的動力點，并充分考慮學生的認知過程，結合不同的工程實例深入淺出地進行講解，案例分析和習題設置注重啟發(fā)性，強調鍛煉學生的思維能力和運用知識解決問題的能力。





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