检测技术与控制工程 教学大纲
《现代分析检测技术》课程教学大纲
《现代分析检测技术》课程教学大纲课程编号：课程名称：现代分析检测技术英文名称：Characterization and Analysis Techniques for Materials Science课程类型：学科基础课程要求：必修学时/学分：32/2（讲课学时：32 实验学时：0 上机学时：0）适用专业：材料成型与控制工程一、课程性质与任务《现代分析检测技术》是金属材料工程专业学生学习和掌握现代材料学科常用的几种分析检测方法的学科基础课，它也是帮助学生学习专业课的一种手段。
本课程在教学内容方面着重各种检测方法的基本原理，熟知材料现代检测技术的适用范围、各种检测方法的特点及试样的制备方法，为从事材料的分析检测工作及进一步学习专业课打下基础。
二、课程与其他课程的联系本课程是在学习了大学物理、材料科学基础等课程后方能学习本课程；该课程也是学习后续专业课程的基础。
三、课程教学目标1．学习x射线的基础知识及x射线衍射理论的基本理论知识，掌握连续x射线、特征x射线及布拉格方程及应用等基本知识和方法，使毕业学生在材料晶体结构及点阵常数的测定与分析方面具有扎实的基础理论知识和分析的能力；（支撑毕业能力要求2、4、5和9）2．学习电子束与晶体中原子的相互作用的基本规律，电子衍射过程与电子衍射花样的分析方法的基本知识和方法，使学生掌握利用透射电子显微镜能够进行晶体材料的形貌观察及晶体结构分析方法；（支撑毕业能力要求2、4、5和9）3．学习透射电子显微分析所用样品的制备方法及操作步骤，使学生具有试样的制备能力及注意事项；（支撑毕业能力要求2、4、5和9）4．学习扫描电子显微镜的构造，操作方法及使用范围，使学生掌握利用扫描电子显微镜能够进行材料的形貌观察及断口分析方法；（支撑毕业能力要求2、4、5和9）5．学习电子探针及波谱仪、能谱仪的构造及成分分析原理，使学生掌握进行材料微区成分分析的基本方法；（支撑毕业能力要求2、4、5和9）6．培养学生的工程实践学习能力，使学生掌握观察和分析材料微观组织及晶体结构的实验方法的比较及使用范围，具有查阅有关技术资料的能力；（支撑毕业能力要求2、4、5 、9和12）7．了解材料分析方法新发展的前沿和动向。
检测技术与控制工程-2.1 热电偶
非接触式测温：无需接触被测体，利用物体的热辐射能量随温度变化而 变化的原理实现测量。
类型有：光电高温传感器、红外辐射温度传感器、光纤高温传感器等。 测温速度快，可对运动体进行测温，测温范围在600—6000℃，但误差较大。
各类温度检测方法构成的测温仪表的大体测温范围
2.2.1 热电偶传感器
热电偶是工程上应用最广泛的温度传感器。
优点： ▲▲
结构简单、制作容易、精度高、温度测量范围宽、动 态响应特性好、输出信号便于远传、使用方便。
测温范围：100℃~1300℃ 在温度测量中占有重要的地位。 应用： 测量炉子或管道的气体、液体的温度或固体的表面温度
实际应用中，为了简便，温度与热电势之间的关系是通过热电偶分度表 来确定的。
分度表是在参考端温度T0为0℃时，通过实验建立起来的热电势与工作 端温度T之间的数值对应关系。
例如：镍铬——镍硅热电偶分度表（参考端温度为0 ℃ ）
-
通过查表可以查 得输出热电势相 对应的工作端温 度T，避免了繁杂 的运算
热电偶基本性质
一、热电偶测温原理
热电偶的测温原理基于热电 效应。将两种不同的导体A和B连 成闭合回路，当两个接点处的温 度不同时，回路中将产生热电势， 由于这种热电效应现象是1823年 塞贝克（Seeback）首先发现提 出，故又称塞贝克效应。
一、热电偶测温原理
1、热电偶的结构
图中的闭合回路称为热电偶，导体A和B称为热电偶的
右图回路中的总电动势为：
T0
T0
EABC T，T0 eAB T eBC T0 eCA T0 A
B
机械工程测试与控制技术 教学大纲
教学大纲
1、课程体系
图1 机械工程测试与控制技术教学体系
2、课程结构
为便于组织教学，建立了旨在全面提高机械类学生测控技术基本素养与创新意识、增强学生测控系统设计能力的理论教学、实践教学、科学研究三元一体教学体系，在实际讲授过程中，结合课程组积累的解决工程实际问题的经验，逐渐形成了由基本概念、分析方法、工程应用和案例设计等多种形式组成的授课体系，如图2所示，人才培养效果显著，学生表现出很强的机电系统实现能力。
图2 课程知识点体系图
3、教学大纲
机械工程测试与控制技术I教学大纲
机械工程测试与控制技术II教学大纲
附：东南大学机械工程及自动化专业毕业生能力
1) 具有较好的人文社会科学素养、较强的社会责任感和良好的工程职业道德
2) 具有从事机械工程所需的相关数学、自然科学与机械工程知识以及经济管理知识
3) 掌握扎实的工程基础知识和机械工程专业的基本理论知识，了解机械工程的前沿发展现状和趋势
4) 具有综合运用所学科学理论和技术手段设计机械系统、部件和过程的能力
5) 具有对于机械工程问题进行系统表达、建立模型、分析求解和论证的能力
6) 掌握文献检索、资料查询及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法
7) 了解与本专业相关的职业和行业的生产、设计、研究与开发的法律、法规，熟悉环境保护和
8) 可持续发展等方面的方针、政策和法津、法规，能正确认识工程对于客观世界和社会的影响
9) 具有一定的组织管理能力、较强的表达能力和人际交往能力以及在团队中发挥作用的能力
10)具有适应发展的能力以及对终身学习的正确认识和学习能力。
《材料成型检测及控制》课程教学大纲
《材料成型检测及控制》课程教学大纲英文名称：Measuring and Controlling of Material Forming process课程类型：学科基础课课程要求：必修学时/学分：56/3.5（讲授50学时、实验6学时）适用专业：材料成型及控制工程一、课程性质与任务材料成型检测及控制是材料成型及控制工程专业学生学习和掌握各类检测器件工作原理、控制理论及应用，和成型装备中常用液压传动过程及控制的学科基础课。
通过本门课程的学习，掌握材料加工领域中温度、压力、速度、位移等常用的非电量检测原理基础和技术、实例应用；掌握自动控制原理；掌握接触器控制、液压传动系统及其控制的基本理论和实际应用。
本课程是工科学生将来学习材料成型工艺、材料成型设备、材料成型过程控制等课程的理论和实践基础。
本课程在教学内容方面着重基本知识、基本理论和基本方法的讲解；在培养实践能力方面着重工程应用能力和基本工程设计技能的训练，使学生对材料工程中检测与控制技术有较深入的了解并具备一定的创新设计能力。
二、课程与其他课程的联系学生在学习本课程之前除学习高等数学、大学物理等基础课程外，还必须先行学习电工技术基础、电子技术基础、材料工程导论、材料科学基础、工程制图、机械设计、专业认识实习等课程。
学生学完本课程，为材料成形设备、材料成形工艺、专业生产实习等后续课程的学习打下坚实基础。
三、课程教学目标1．了解检测与控制的物理量、技术手段、检测方法，掌握材料成型应用中常用检测器件基本原理、应用方式方法和信号处理原则，具备传感器选择与利用的基本能力，具备检测信号处理的基本能力，支撑毕业能力要求1.1、2.1、3.2；2、学习自动控制理论知识，掌握时域分析的方法和手段，掌握一般控制系统的驱动控制技术，具备成型控制系统的分析和计算能力，支撑毕业能力要求1.1、2.1、3.2；3．学习并掌握液压传动基础原理、基本控制回路及其控制方法，具备复杂液压成型设备的分析和计算能力，支撑毕业能力要求1.1、2.1、3.2；4．理解材料成型过程检测与控制科学原理与实验方法，掌握典型控制系统实验方法，获得实验技能的基本训练，培养学生的工程实践学习能力，培养追求创新的意识和自主学习意识，支撑毕业能力要求4.2；5．培养学生树立正确的设计思想，了解检测与控制设计相关规范和制约因素，具备运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料的能力，并能够利用电气原理图、系统结构图等进行书面交流，支撑毕业能力要求10.1；四、教学内容、基本要求与学时分配序号教学内容教学要求学时教学方式对应课程教学目标1 一、绪论1、材料成型检测方法及技术2、常见检测与控制物理量与应1、了解检测与控制方法，了解检测与控制技术发展现状2 讲授1、2、3用3、检测与控制技术发展2、掌握检测与控制量及其应用方向2 二、检测器件与检测技术1、传感器定义、组成与分类2、工程中常用传感器结构及原理详细讲解热电式、电阻式、电感式、电容式、霍尔器件、光电式传感器结构及原理3、传感器信号处理方法4、传感器适用原则5、传感器新发展1、了解传感器定义、组成及分类，了解传感器发展2、掌握热电式、电阻式、电感式、电容式、霍尔器件、光电式传感器结构及原理3、重点掌握霍尔器件、压电器件及其应用4、掌握传感器信号处理方法和适用原则8 讲授、讨论1、53 三、检测仪器仪表1、工程中常用检测仪器仪表2、磁电式仪表结构、原理及应用3、电位差计结构、原理及应用4、热电偶材料、结构、原理及应用5、应力应变仪器仪表结构、原理及应用6、数字式仪表结构、原理及应用示例7、传感器测量及应用实验1、了解常用仪器仪表分类及其作用2、掌握磁电式仪表、电位差计、热电偶、应力应变仪及数字化仪表的结构、原理，熟悉各类仪表应用实例。
M106103《精密测量技术》课程教学大纲
《精密测量技术》课程教学大纲Precision Measurement Technology课程代码：M106103总学时：54 学分：3一、课程的地位与任务本课程为测控技术与仪器专业光电检测与控制方向的专业必修课，通过该课程的学习，融会贯通各门专业基础课程，系统掌握各类几何量测量的基本原理和方法，了解现代计量测试新技术。
通过本课程学习，培养学生具有计量测试的基本知识，能够依据被测量的技术要求拟定合理的测量方案，实施测量并分析处理测量结果，完成一个测试的全过程，何参量精从而具有初步解决工程测量中几密测试问题的能力。
二、课程的基本内容第一章绪论4学时1、精密测量技术的发展概况2、公差基础知识3、测量的基本概念4、测量方法的选择12学时第二章长度尺寸的测量1、长度的基准与标准2、量块的检定3、线纹尺的检定4、光滑极限量规5、轴类零件测量6、孔类零件测量7、大尺寸测量及新技术发展6学时8、微小尺寸测量及纳米测量技术第三章角度测量1、角度的实用基准2、角度和锥度的测量心」6学时3、小角度测量技术4、新型角度传感器第四章表面粗糙度的测量1、表面粗糙度的评定参数2、表面粗糙度的测量方法3、微观形貌测量新技术的发展第五章形位误差测量12学时1、直线度误差测量及准直技术的新发展2、平面度误差测量3、圆度误差测量4、平行度位置误差测量5、垂直度位置误差测量6、同轴度位置误差测量7、误差分离技术8、形位公差与尺寸公差的关系第六章螺纹测量6学时1、螺纹测量基础2、普通螺纹的综合检验3、螺纹的单项测量4、丝杠的测量第七章圆柱齿轮测量8学时1、概述2、齿轮单项测量3、齿轮综合测量4、齿轮整体误差测量三、课程的基本要求1、了解精密计量与测试发展概况，熟悉量值传递系统，掌握长度计量检定基本内容。
2、理解几何量测量的基本原则，对拟定测试方案的全过程有一个全面的认识。
3、掌握工程测量中各种几何量参数的测量原理、数据分析及误差分析，了解各种常用仪器的技术指标。
检测技术与控制工程基础讲义
检测技术与自动控制工程基础材料成型及控制工程专业(必修)课程讲义南京农业大学工学院机械工程系机电工程教研室2012年1月第一章检测系统概论1.1 概述1.1.1 认识检测(测试)技术的重要性1、认识检测技术●检测是科学地认识各种现象的基础性的方法和手段。
●检测技术是所有现代科学技术的基础。
●检测技术是科学技术的重要分支,是一门具有特殊性的专门科学和专门技术,又称测试技术。
●现代科学技术的发展,尤其是计算机技术、通信技术、微电子技术等学科的迅猛发展，推动了检测技术的飞速发展，反过来，检测技术的发展又进一步推动了现代科学技术在工程实践中的应用，加快了科学技术向生产力的转化过程。
2、检测技术的作用●检测技术在国民经济各个部门和科学研究各个领域的应用日益广泛，已成为促进生产和科学技术发展的有力手段，使用先进的检测技术是科学技术现代化的重要标志之一，是科学技术现代化必不可少的条件。
●利用检测技术手段，可以有效地揭示出表征各种生产工艺和技术操作过程特征的有关物理参量，能更深刻地认识和把握客观过程的本质和规律性，从而有利于生产工艺和生产设备的研究与改造。
●检测反馈环节是构成高精度闭环控制系统的必要环节，检测技术的发展推动了生产过程的机械化与自动化水平，推动了科学技术向高、精、尖方向的发展，例如机器人技术、海洋石油钻探、航空航天以及外太空探索等都依赖高精度、高可靠性的检测技术的发展。
●检测动态物理量。
对于从事机械制造业的工程技术人员，不仅面临着静态几何量的测量，随着科学技术的发展，还越来越多地面临着许多不可避免的动态物理量的检测（如位移、振动、力、流量、温度、噪声等）。
这些动态量的检测，大量地使用非电量电测法，即通过传感器将被测量变换为电量，而后，要对电信号进行各种变换与处理来达到最终的检测目的。
P1机床动态量检测例子。
●机械工程中许多理论和计算方法只具有粗略估算性质，往往不是很准确，因此只能通过测试获得数据并进行分析，才能了解与实际工况较接近的承载及变形情况、动态过程的载荷特征和运动参数的情况。
火灾探测与控制工程课程教学大纲优选全文
《火灾探测与控制工程》课程教学大纲课程英文名称：Fire Detection and Control Engineering课程编号：010022150课程类型：必修总学时：40，其中授课学时：34，实验学时：6，线上学时：0实践周数：无学分数：2.5适用专业：消防工程专业任课学院、系部：安全科学与工程学院消防工程系课程负责人：编制日期：一、课程简介该课程是消防工程专业学生必修的一门重要的专业核心课程。
火灾自动报警及联动控制系统对于建筑场所的火灾预防和控制具有非常重要的意义。
通过教学使学生了解国内外火灾自动报警及联动控制系统及工程应用方面的最新科技成果及发展方向，掌握火灾自动报警系统的工作原理、工程应用、系统运行与维护管理、联动设备控制方法等知识，培养学生解决建筑火灾探测与控制应用中复杂工程问题的能力，为从事消防工程工作打下良好的基础。
二、课程教学的目标通过本课程的理论教学与实验训练，达到以下目标：目标1：掌握火灾自动报警系统的基本组成和工作原理，了解主要构成部件的功能和应用要求，并能应用于解决复杂火灾探测与控制工程问题。
目标2：掌握火灾探测信息处理的原理和方法，将相关专业知识和数学模型方法应用于火灾信息处理方法中，能比较各种处理方法应用的效果及适用性，能根据实际场景需求，通过文献查询等手段选择合适的方法。
目标3：掌握火灾探测器的典型类型和工作原理，能根据其工作原理及影响因素，结合实际建筑环境，选择合适的火灾探测器，并进行火灾探测器的工程应用相关参数的计算。
目标4：掌握火灾自动报警系统结构的类型及适用范围，能根据建筑实际要求，设计火灾自动报警系统结构形式，选择研究路线，设计火灾自动报警及联动控制系统测试方案，并进行系统功能测试。
目标5：能使用火灾自动报警系统工程施工常用仪器仪表，根据实验方案构建试验系统，安全地开展实验，正确地财经实验数据，能对火灾自动报警系统各种工作状态和现象进行分析和解释，并能给出解决方案；熟练掌握常见火灾自动报警系统及控制器的功能要求及操作方法。
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《检测技术与控制工程》课程教学大纲
一、课程的地位、目的和任务
本课程地位：
检测技术与控制工程是高等院校机械电子工程、机械设计制造及其自动化等专业的专业课程。
本课程在教学内容方面应着重于介绍机电一体化系统中传感器与检测技术与计算机控制技术的基本知识、基本理论和基本方法，在培养实践能力方面应重视设计构思、创新意识和设计技能的培养。
本课程目的：
1.学生获得传感器、自动检测方法及计算机控制系统的组成及特点等方面的基本知识和基本技能；
2.将所学到的自动检测技术与计算机控制系统灵活地应用于今后的工作、生产实践中去。
本课程任务：
1.掌握各种传感器的原理及应用；
2.具备自动检测技术方面的基本知识和基本技能；
3.掌握计算机控制系统的组成和特点；
4.掌握计算机控制系统的应用程序设计及实现技术；
5.初步形成解决生产实际问题的能力。
二、本课程与其它课程的联系
前修课程：电工电子技术、c语言程序设计。
后修课程：机械创新设计等。
三、教学内容及要求
第一章绪论
教学要求：
掌握机电一体化的基本概念、关键技术，了解机电一体化的典型产品与发展趋势。
重点：机电一体化的基本概念、关键技术
难点：机电一体化的关键技术
教学内容：
第一节机电一体化的基本概念
（一）机电一体化的定义
（二）机电一体化系统构成要素
（三）机电一体化系统分类
（四）机电一体化系统特点
第二节机电一体化技术与产品
（一）机电一体化的理论与技术基础
（二）机电一体化的关键技术
（三）典型的机电一体化产品
第三节机电一体化的发展历史及趋势
（一）机电一体化的发展历史
（二）机电一体化的发展趋势
第二章传感器与检测技术
教学要求：
了解传感与检测技术的基本概念；掌握应变与应力、压力、位移、流量、温度等典型物理量的检测技术及其相应传感器的测量原理。
重点：传感器的基本概念；力传感器、压力传感器、温度传感器等的测量原理。
难点：各种传感器的工作原理、适用场合及选型。
教学内容：
第一节传感与检测技术概述
（一）检测技术基础
（二）传感器的基本概念
（三）传感器和检测系统的基本特性
（四）传感与检测系统的发展趋势
第二节应变与应力的检测
（一）电阻应变效应
（二）电阻应变片
（三）测量电桥
第三节应力的直接检测
（一）压电效应
（二）压电传感器及其等效电路
（三）压电式测力传感器及其应用
第四节位移量的检测
（一）常用位移测量方法
（二）电阻式位移传感器测量位移
（三）电感式位移传感器测量位移
（四）电容式位移传感器测量位移
（五）数字式位移传感器测量位移
第五节流量的检测
（一）流量的特征
（二）介入式流量检测方法
（三）非介入式流量检测方法
第六节温度的检测
（一）温度及其测量方法
（二）热电阻及其热敏电阻
（三）热电偶
（四）集成电路温度传感器
第三章电动机及其控制特性
教学要求：
熟悉电机拖动系统运动分析方法；了解直流电动机、控制电机等的结构原理及其控制特性，掌握三相异步交流电动机的结构原理及其控制特性。
重点：三相异步交流电动机、直流电动机、控制电机的结构原理及其控制特性。
难点：电机拖动系统运动分析方法。
教学内容：
第一节电机拖动机构的运动分析
（一）单轴拖动机构的运动分析
（二）多轴拖动机构的运动分析
（三）拖动机构的机械特性
（四）电动机稳定运行的条件
第二节直流电动机及其特性
（一）直流电动机的结构
（二）直流电动机的工作原理
（三）直流电动机的主要特性
第三节交流电动机及其特性
（一）三相异步电动机的结构
（二）三相异步电动机的工作原理
（三）三相异步电动机的电路分析
（四）三相异步电动机的主要特性
第四节伺服电机及其控制
（一）直流伺服电动机与控制
（二）交流伺服电动机与控制
（三）步进电机与控制
第四章继电器控制技术
教学要求：
掌握常用控制电器的工作原理、电路符号及适用场合；熟悉继电器控制电路的设计、分析方法，掌握三相异步电动机的基本控制线路的设计与分析。
重点：常用控制电器的工作原理、继电器控制电路的设计、电动机的继电器控制。
难点：三相异步电动机的基本控制线路的设计与分析。
教学内容：
第一节常用控制电器
（一）手动控制电路
（二）自动控制电路
第二节继电接触器控制常用基本线路
（一）电气控制线路图绘制规则
（二）继电接触器控制的基本线路
（三）常用自动控制方法
第三节电动机的继电器控制
（一）直流电动机的控制
（二）三相异步电动机的控制
（三）多电动机的顺序控制
第五章PLC控制技术
教学要求：
了解顺序控制的概念与描述方法；了解PLC的原理结构及其特点；分析PLC的输入/输出模块原理，掌握PLC应用程序设计及应用系统开发方法。
重点：顺序控制的概念与描述方法、PLC应用程序设计及应用系统开发方法。
难点：PLC的输入/输出模块、PLC应用程序设计及应用系统开发方法。
教学内容：
第一节顺序控制概述
（一）顺序控制的概念与分类
（二）顺序控制过程概述
（三）顺序控制系统的实现方式
第二节 PLC基础
（一）PLC的发展历史
（二）PLC的功用
（三）PLC的结构
（四）PLC的工作机制
（五）PLC的分类和特点
第三节 PLC的输入/输出模块
（一）输入/输出模块的功用与分类
（二）开关量I/O模块
（三）模拟量I/O模块
（四）扩展I/O模块
第四节 PLC控制应用程序设计
（一）PLC的编程语言
（二）PLC的编程元素
（三）PLC的指令系统
（四）梯形图的编程规则
（五）基本功能的梯形图实现
第五节 PLC控制应用实例分析
（一）PLC控制系统的设计步骤
（二）交流异步电动机的正反转控制
（三）交流异步电动机的星-三角降压启动控制
（四）液压回路的顺序动作控制
第六章计算机控制技术
教学要求：
了解现代计算机控制系统的原理、组成与分类；了解计算机输入/输出接口原理、典型计算机控制算法及PID控制实例；掌握计算机控制网络的概念与方法，了解现场总线技术原理与CAN总线应用技术。
重点：现代计算机控制系统的原理、典型计算机控制算法及PID控制实例。
难点：典型计算机控制算法及PID控制实例、现场总线技术原理与CAN总线应用技术。
教学内容：
第一节计算机控制系统概述
（一）计算机控制系统原理与组成
（二）计算机控制系统的典型分类
（三）计算机控制系统的现状与发展趋势
第二节计算机输入／输出接口
（一）模拟量输入接口
（二）模拟量输出接口
（三）开关量输入／输出接口
第三节计算机控制算法
（一）输入信号的处理
（二）过程变量的控制方法
（三）经典PID控制算法
（四）数字PID控制算法
四、教学安排及方式
总学时：32学时，其中理论教学时数32学时，实验（上机）教学时数为0学时。
五、考核方式
1、考核方式：
（1）笔试开卷考试：时间为100分钟，试题量应以中等水平的应试者在规定的时间内答完全部试题为宜。
（2）结合本课程特点最终完成不少于2000字的论文/设计。
2、成绩评定：
平时成绩占20%，包括出勤、课堂提问、作业等；期中成绩占20%；期终成绩占60%。
综合考核成绩=平时成绩*20%+期中成绩*20%+期末成绩*60%
六、推荐教材与参考资料
1、推荐教材：
高钦和等编.《机电检测与控制》.北京：北京航空航天大学出版社,2015.
2、参考资料：
[1]田裕鹏.《传感器原理》.北京：科学出版社,2007.
[2]刘绍堂.《控制测量学》.北京：黄河水利出版社,2007.
[3]闫坤.《电气与可编程器应用技术》.北京：清华大学出版社,2007.
编写人：朱青青
审核人：杜昌民。