关键词：案例教学法；化工仪表；自动化教学；应用
1化工仪表及自动化教学现状分析
1.1教学模式的问题
在传统的教学模式中，教师是知识的传授者，学生是知识的接受者，教材是教的内容。学生是被动地接受知识，在课堂上教师和学生之间的互动不够，导致大多数学生不爱问、不想问，也不知道要问的习惯，学习主动性丧失，产生倦怠情绪，体会不到学习课程的重要性。在传统教学模式下，学生缺乏想象力和创新精神，难以升华所学的知识，在今后的工作中不能将所学知识和实践相结合，难以为自控设计提供正确的工艺条件和数据。因此，在教学模式上应该必须改变传统教学模式，提高学生的学习主动性，培养高素质的创造性人才。
1.2教学内容的改革
随着检测与控制技术的发展，老式仪表逐渐被新型的检测仪表所代替，控制理论不断更新，但目前所使用的教材比较滞后。在教学过程中应顺应时代发展，不断调整充实学习材料，要学生了解检测技术和控制技术的发展趋势和最新发展动态，使教学内容的组织体现应用性和开放性，让学生解决一些简单的工程实践实例，体验学习化工仪表及自动化课程的价值，学会分析问题和解决问题的策略。
2案例教学法在课堂教学中的具体实践
2.1关于被控变量的选择
在探索简单控制系统被控变量的实验课上，教学过程中老师以糖化工段被控变量的选择作为进一步教学的引导和案例。课堂上以工业糖化的实验流程作为学生进一步学习的引子，先向学生介绍这一工艺流程。引导学生对糖化工艺进行剖析，并进一步得到工艺的控制因素，在这一实践中，根据教学成果，学生得到糖化工艺的影响条件有多种，其中包括温度因素、酸碱度、时间的长短、酶用量多少等等。学生得到结论后，教师在进一步点评过程中，需要提示学生在影响变量的选择方面，应该注意主要考虑其关键因素，对其他因素可以不用控制；应主要选择控制可大幅度提高产品质量的变量，兼顾节能环保；适合被选取的变量应具备可以被直接测量出来的特征，测量结果不能具有滞后性，要能实时得到其测量结果；如若选择直接变量作为被控变量不可以的话，那么选择与其具有一定函数关系的变量进行控制；要保证所选取的被控变量是可以被独立控制的，不能与其它变量或条件具备多方面的影响；在选取被控变量时必须考虑条件是否可能达到，比如所能达到的实验室环境和仪器环境及技术条件等。这些就是教材上所规定的教师点评被控变量的选择时所应考虑的条件，通过案例教学法这种教学模式可以加深学生对知识的理解与吸收能力。老师还可以根据教学的实际情况，列举出其他类似的案例，让学生自己分析得到结论。
2.2温度检测仪表及传感器
准确测量温度是对温度进行调控的前提。温度不能直接测量,只能借助于冷热物体间的热交换及物体的某些物理性质(如密度、热电势等)随冷热程度不同而变化的特征加以间接测量。日常生活中使用的体温计是水银温度计,它是基于物体受热时体积膨胀的性质而制成的,利用同样的原理可以制备化工生产中的双金属温度计;而根据在密封系统中液体、气体或者低沸点液体的饱和蒸汽受热后体积膨胀或者压力变化可以设计压力式温度计。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆而目前工业上和实验室中广泛使用的温度计是热电偶式温度计,它利用不同材料在不同温度下的热电势不同,检测闭合回路的电势差,转换成电信号,便于传输和运算。实验室使用的温度不超过1000℃的箱式电阻炉使用镍铬-镍硅电偶温度计,温度不超过1700℃箱式电阻炉使用铂铑30-铂铑6热电偶温度计。在教学过程中以铂铑30-铂铑6热电偶为例介绍热电偶温度计的工作原理:由两种不同成分的导体两端接合成回路时,当两接合点温度不同时,会在回路内产生热电势;如果热电偶的工作端与参比端存在温差时,测试出热电偶产生的热电势,对应查表可得到温度值(在此处深入讲解热电现象和热电势以及热电偶的工作原理)。铂铑热电偶的热电势随着测量端温度升高而增长,它的大小只与热电偶材料组成和两端的温度有关、与热电极的长度、直径无关。因此,测量的温度正常在1000-1300℃时建议使用单铂铑热电偶(铂铑10-铂),测量的温度正常在12001600℃时建议使用双铂铑热电偶(铂铑30-铂铑6),这样在所使用的温度范围内才能保证铂铑热电偶的使用寿命和测试的灵敏度。在此处引入热电偶的选用的概念,以及选用的基本原则如精密度等级、测温范围和工作的物理化学环境等。热电偶温度计直接产生电信号有利于信息的传输和运算,但是热电偶温度计一般适用于测量500℃以上的较高温度,对于在500℃以下的中低温,利用热电偶进行测量的准确性降低,因此在中低温区一般使用热电阻温度计,它是利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特征进行温度测量的。
2.3反应釜控制系统的设计
反应釜是化工生产关键设备之一，反应釜内部化学反应机理较为复杂，外界条件、原料添加量的变化、加热及冷却用水温度的变化等对系统影响较大，使系统本身具有较大的时变性、非线性和时滞性，因而是过程控制领域备受关注的因素。学生通过对反应釜工艺的分析，发现对产品质量有影响的关键因素为温度、压力，并确定温度为被控变量。对控制系统的设计也各抒己见，在活跃课堂气氛的同时也充分调动了学生对自动控制理论学习的积极性。总结学生讨论结果，在实际的操作过程中是如何进行控制以满足工业生产对产品质量和节能等方面的要求。在实际的生产中，对反应釜的温度控制进行两部分的控制，一是升温控制，二是保温控制，控制系统的方块图如下所示。在升温阶段，需控制温度上升速率，同时由于温度具有一定的滞后性，可采用前馈和反馈联合控制的方式。另外，在升温阶段，冷却水的用量会发生变化，从而影响温度，为了确保升温速率，需要同时调节夹套冷却水量和蛇形管冷却水量，可采用温度—流量串级控制体系，已达到控制要求。在保温阶段，由于温度的滞后性，采用简单控制系统达不到系统对温度变化的要求。通过对反应体系的分析和研究可知，压力的变化超前于温度的变化，为达到较好的控制效果，采用温度—压力串级控制系统。另外，在温度不变的前提条件下，物料B的百分比含量越高，系统的压力越低，所以将物料B的流量加到压力控制器的输出作为静态前馈控制，补偿物料B的流量变化对压力的干扰。通过对其进行详细讲解，使学生知道实际生产采用的是较为复杂的控制系统，而不是课本中的简单控制系统。这样能提高学生对复杂控制系统有进一步了解的兴趣，同时达到案例教学的目的。
3结论
为使案例教学法施行顺利，并能得到较好的教学效果，首先必须仔细筛选、修改和撰写优秀案例以供使用，案例要与课堂所授知识紧密相连，且较为常见，甚至学生在日常生活中都有接触；其次，案例应该简单明了、通俗易懂，能够激发学生的学习兴趣。教师在使用案例前必须对案例有充分的认识，要熟练应对案例中可能出现的各种问题。教师在给学生介绍案例之后，要充分尊重和注重学生自主思考、自主分析和自主创造的过程，尊重学生提出的问题和见解，并指导其做进一步探讨和分析，更好地培养学生分析问题的能力和创新能力。案例教学法在化工仪表及自动化教学中具有明显的优越性，如果使用恰当，定能为传统课堂增加新的活力，得到更好的教学效果。
参考文献：
[1]李旭辉，申轶华.化工生产中自动化控制仪表探讨[J].化学工程与装备，2018，(11).
[2]周川.简明高等教育学[M].南京：南京河海大学出版社，2018：155-156.
论文作者:杨媛,周霞
论文发表刊物:《科学与技术》2019年14期
论文发表时间:2019/12/5
标签：温度论文; 热电偶论文; 案例论文; 变量论文; 学生论文; 温度计论文; 测量论文; 《科学与技术》2019年14期论文;