安全监测与监控技术复习题.docx
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安全监测与监控技术复习题
安全科学理论是发展安全科技的基础，超前的科学理论能够有效地指导安全科技研究和安全生产工作实践。
风险辨识、评价和控制的技术和方法是安全科学技术中的前沿课题之一。
危害检测和危险监控是事故预防的基本技术手段，现代化生产迫切需要发展在线、智能化检测监测技术和手段。
风险控制是实现系统安全的最终目的。
科学的事故防范体系不仅要有预防的措施，还需要有应急的对策。
事前预防、事中应急、事后补救是安全保障的基本方法体系。
发生事故后的科学调查处理是事后补救的基础。
安全技术标准是发挥安全科技功能的支持条件。
安全信息是科学决策和管理的基础。
要利用先进管理理论和现代信息技术，通过互联网连接各种静态、动态安全信息，资源共享，实现国家安全生产的动态监管，提高时效性、准确性。
安全科技的投入水平既是国家经济实力的体现，同时也是社会管理者意识的表现。
安全生产科技工作作为以社会公益性为主导的事业，我国的投入水平与发达国家相比存在巨大差距，需要建立多元化的安全科学投入机制。
生产安全关键技术：
灾前抑制、前兆检测、早期监测、灾害扑救
用于灾害监测的传感器非常多，如化学传感器、声学传感器、机械传感器、磁传感器、辐射传感器、热传感器、生物传感器、膜传感器、光纤传感器、硅传感器、应用MEMS的微传感器等。
检测主要包括检验和测量两方面的含义。
检验是分辨出被测参数量值所归属的某一范围带，以此来判别被测参数是否合格或现象是否存在。
测量是把被测未知量与同性质的标准量进行比较，确定被测量对标准量的倍数，并用数字表示这个倍数的过程。
在自动化领域，检测的任务不仅是对成品或半成品的检验和测量，而且为了检查、监督和控制某个生产过程或运动对象使之处于人们选定的最佳状况，需要随时检验和测量各种参量的大小和变化等情况。
这种对生产过程和运动对象实时定性检验和定量测量的技术又称为工程检测技术。
测量有两种方式，即直接测量和间接测量。
传感器是将非电量转换为与之有确定对应关系的电量输出的器件或装置，它本质上是非电量系统与电量系统之间的接口。
传感器是必不可少的转换器件。
从能量的角度出发，可将传感器划分为两种类型，一类是能量控制型传感器（也称有源传感器），一类是能量转换型传感器（也称无源传感器）。
能量控制型传感器是指传感器将被测量的变化转换成电参数（如电阻、电容）的变化，传感器需外加激励电源才可将电参数的变化转换成电压、电流的变化。
如铂电阻温度传感器。
铂电阻阻值随被测温度的变化而变化，需外加电桥电路，才可将阻值的变化转换成电压的变化。
而能量转换型传感器可直接将被测量的变化转换成电压、电流的变化，不需外加激励电源，如热电偶、光电池、压电传感器等。
检测系统是由传感器、信号调理器和输出环节三部分组成的。
安全检测方法依检测项目不同而异，种类繁多。
根据检测的原理机制不同，大致可分为化学检测和物理检测两大类。
1．安全检测的目的
（1）能及时、正确地对设备的运行参数和运行状况做出全面检测，预防和消除事故隐患。
（2）对设备的运行进行必要的指导，提高设备运行的安全性、可靠性和有效性，以期把运行设备发生事故的概率降低到最低水平，将事故造成的损失减低到最低程度。
（3）通过对运行设备进行检测、隐患分析和性能评估等，为设备的结构修改、设计优化和安全运行提供数据和信息。
安全检测的任务是为安全管理决策和安全技术有效实施提供丰富、可靠的安全因素信息。
安全预测和诊断的任务是根据设备运行状态监测所获得的信息，结合已知的结构特性、参数以及环境条件，并结合该设备的运行历史（包括运行记录、曾发生过的故障及维修记录等），对设备可能要发生的或已经发生的故障进行预报、分析和判断，确定故障的性质、类别、程度、原因和部位，指出故障发生和发展的趋势及其后果，提出控制故障继续发展和消除故障的调整、维修和治理的对策措施，并加以实施，最终使设备复原到正常状态。
按误差出现的规律分类
1）系统误差2）随机误差3）粗大误差
按误差来源分类
1）仪器误差2）理论误差与方法误差 3）环境误差4）人员误差又称主观误差，
按被测量随时间变化的速度分类
1）静态误差 2）动态误差
按使用条件分类
1）基本误差2）附加误差
按误差与被测量的关系分类
1）定值误差 2）累积误差
消除系统误差的方法
引入修正值法
零位式测量法
替换法（替代法、代替法）
对照法（交换法）
交叉读数法
半周期法
随机误差的特征：
（1）对称性：
绝对值相等的正误差与负误差出现的次数相等。
（2）单峰性：
绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的次数多。
（3）有界性：
在一定的测量条件下，随机误差的绝对值不会超过一定的界限。
（4）抵偿性：
当测量次数增加时，随机误差的代数和趋于零。
测量数据处理采用的方法有表格法、图示法和经验公式法。
信号是随时间变化的物理量（电、光、文字、符号、图像、数据等），可以认为它是一种传载信息的函数。
随机信号的统计特征分析
随机信号在任一时刻的幅值和相位是不确定的，不可能用单个幅值或峰值来描述。
主要统计特性：
均值、均方值、方差和标准差、概率密度函数、概率分布函数和自相关函数等。
检测系统的静态特性-精确性、稳定性、静态输入输出特性
检测系统的动态特性是指在动态测量时，输出量与随时间变化的输入量之间的关系。
它反映仪表测量动态信号的能力，因此它也和仪表的静态性能一样，是仪表的重要性能指标。
衡量检测系统可靠性的指标4：
1）平均无故障时间MTBF（MeanTimeBetweenFailure）
2）可信任概率P
3）故障率
故障率也称失效率，它是MTBF的倒数。
4）有效度
产生爆炸的条件是：
（1）氧气（空气）;
（2）易爆气体;
（3）引爆源。
防爆措施
（1）控制易爆气体。
（2）控制爆炸范围。
（3）控制引爆源。
防腐蚀措施
（1）合理选择材料。
针对性地选择耐腐蚀金属或非金属材料来制造仪表的零部件，是工业仪表防腐蚀的根本办法
（2）加保护层。
在仪表零件或部件上加制保护层，是工业中十分普遍的防腐蚀方法。
（3）采用隔离液。
这是防止腐蚀介质与仪表直接接触的有效方法。
（4）膜片隔离。
利用耐腐蚀的膜片将隔离液或填充液与被测介质加以隔离，实现防腐目的。
（5）吹气法。
用吹入的空气（或氮气等惰性气体）来隔离被测介质对仪表测量部件的腐蚀作用。
在检测系统中，抑制电磁干扰的常用方法有以下5种。
1）屏蔽技术2）接地技术3）浮置4）滤波5）平衡电路
传感器的分类5
1.按输入量（被测对象）分类
输入量即被测对象，按此方法分类：
、
物理量传感器：
温度传感器、压力传感器、位移传感器
化学量传感器
生物量传感器
2.按转换原理分类
从传感器的转换原理来说，通常分为结构型、物性型两大类。
3.按能量转换的方式分类
按转换元件的能量转换方式，传感器可分为有源型和无源型两类。
有源型也称能量转换型或发电型，它把非电量直接变成电压量、电流量、电荷量等（如磁电式、压电式、光电池、热电偶等）；
无源型也称能量控制型或参数型，它把非电量变成电阻、电容、电感等量。
4.按输出信号的形式分类
按输出信号的形式，传感器可分为开关式、模拟式和数字式。
5.按输入和输出的特性分类
按输入、输出特性，传感器可分为线性和非线性两类。
电阻应变式传感器主要优点
（1）由于电阻应变片尺寸小、重量轻，因而具有良好的动态特性。
而且应变片粘贴在试件上对其工作状态和应力分布基本上没有影响，适用于静态和动态测量
（2）测量应变的灵敏度和精度高，可测量1～2μm应变，误差小于1%～2%
（3）测量范围上，既可测量弹性变形，也可测量塑性变形，变形范围从1%～20%
（4）能适应各种环境，可在高（低）温、超低压、高压、水下、强磁场以及辐射和化学腐蚀等恶劣环境下使用。
电阻应变式传感器缺点是输出信号微弱，在大应变状态下具有较明显的非线性等。
电容传感器测量电路具有的特点
（1）不论是极距变化型或面积变化型，其输入与输出变化量都呈线性关系，而且脉冲宽度调制电路对传感元件的线性要求不高
（2）不需要解调电路，只要经过低通滤波器就可以得到直流输出
（3）调宽脉冲频率的变化对输出无影响
（4）由于采用直流稳压电源供电，不存在对其波形及频率的要求。
电感式传感器有如下几个特点
（１）结构简单，无活动电触点，工作可靠，寿命较长
（２）灵敏度和分辨率高，电压灵敏度一般每毫米的位移可达数百毫伏的输出
（３）线性度和重复性比较好，在一定位移（如几十微米至几毫米）内，传感器非线性误差可做到0.05％～0.1％，并且稳定性好。
包括：
自感式电感传感器
互感式电感传感器
磁电式传感器
某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又重新恢复不带电状态，这种现象称为压电效应。
当作用力方向改变时，电荷极性也随着改变。
•光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。
它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。
光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点
利用外光电效应制成的光电器件有真空光电管、充气光电管和光电倍增管。
利用光电导效应可制成半导体光敏电阻。
利用光生伏特效应制成的光电器件有光敏二极管、光敏三极管和光电池等。
光电管的主要特性伏安、光照、光谱特性
霍尔效应的产生是由于电荷受磁场中洛仑兹力作用的结果。
基于霍尔效应制成的位移传感器一般可以测量1～2mm的小位移。
传感器的选用指标6
1.灵敏度 2.响应特性3.线性范围 4.稳定性 5.精确度
6.测量方式
选择传感器所应考虑的项目是各种各样的，可是要满足所有项目要求也未必是必要的。
应根据传感器实际使用目的、指标、环境条件和成本，从不同的侧重点，优先考虑几个重要的条件就可以了。
选择的标准主要考虑以下因素：
传感器的性能、传感器的可用性、能量消耗、成本、环境条件以及与购置有关的项目等。
传感器常见的使用方法11P112
摄氏、华氏、列氏温度之间的换算关系为
温度检测的主要方法及分类
1）接触式测温方法
非接触式测温方法
非接触式测温方法是应用物体的热辐射能量随温度的变化而变化的原理。
热电偶的特点
（1）温度测量范围宽。
随着科学技术的发展，目前热电偶的品种较多，它可以测量自-271～2800℃乃至更高的温度。
（2）性能稳定、准确可靠。
在正确使用的情况下，热电偶的性能是很稳定的，其精度高，测量准确可靠。
（3）信号可以远传和记录。
感温电阻的材料必须满足
①电阻温度系数ａ要高，这样在同样条件下可加快热响应速度，提高灵敏度。
通常纯金属的温度系数比合金大，一般均采用纯金属材料；
②在测温范围内，化学、物理性能稳定，以保证热电阻的测温准确性；
③具有良好的输出特性，即在测温范围内电阻与温度之间必须有线性或接近线性的关系；
④具有比较高的电阻率，以减小热电阻的体积和重量；
⑤具有良好的可加工性，且价格便宜。
比较适合的材料有铂、铜、铁和镍等。
它们的阻值随温度的升高而增大，具有正温度系数。
辐射测温的理论基础是黑体辐射定律，黑体是指能对落在它上面的辐射能量全部吸收的物体。
压力仪表的分类
（1）按敏感元件和转换原理的特性不同分类:
①液柱式压力计。
根据液体静力学原理，把被测压力转换为液柱的高度来实现测量。
如U形管压力计、单管压力计和斜管压力计等；
②弹性式压力计。
根据弹性元件受力变形的原理，把被测压力转换为位移来实现测量。
如弹簧管压力计、膜片压力计和波纹管压力计等；
③负荷式压力计。
基于静力平衡原理测量。
如活塞式压力计、浮球式压力计等；
④电测式压力仪表。
利用敏感元件将被测压力转换为各种电量，根据电量的大小间接进行检测。
应变片的粘贴步骤7P149
电磁流量计的特点、选型及安装
Ⅰ.电磁流量计的特点6
从电磁流量计的基本原理和结构来看，它有如下主要特点：
（1）电磁流量变送器的测量管道内无运动部件和阻力环节，因此，使用可靠、维护方便、寿命长，而且压力损力很小；
（2）只要流体具有一定的导电性，测量过程就不受被测介质的温度、密度、粘度、压力、流动状态（层流或紊流）的影响；
（3）测量管道为绝缘衬里，只要选择合适的衬里材料，就可测量腐蚀性介质的流量；
（4）测量中无惯性、滞后现象，流量信号反应快，可测脉冲流量；
（5）测量范围大，满刻度量程连续可调；
（6）仪表呈均匀刻度和线性输出，便于配套。
传感器的安装应注意以下3问题：
（1）避免安装在周围有强腐蚀性气体的场所；避免安装在周围有电动机、变压器等可能带来电磁场干扰的场合；如果测量对象是两相或多相流体，应避免可能会使流体相分离的场所；避免安装在可能被雨水浸没的场所，避免阳光直射。
（2）水平安装时，电极轴应处于水平，防止流体夹带气泡可能引起的电极短时间绝缘；垂直安装时流动方向应向上，可使较轻颗粒上浮离开传感电极区。
（3）传感器应采取接地措施以减小干扰的影响。
在一般情况下，可通过将参比电极或金属管将管中流体接地，将传感器的接地片与地线相连。
如果是非导电的管道或者没有参比电极，可以将流体通过接地环接地。
科里奥力流量计的主要特点
Ⅰ.优点5
（1）实现了真正的、高精度的直接质量流量测量。
精度一般可达0.1%～0.2%,重复性优于0.1%。
（2）可以测量多种介质,如油品、化工介质、造纸黑液、浆体及天然气等。
（3）可测量多个参数,在测量质量流量的同时,获取密度、温度、体积流量等参数。
（4）流体的介质密度、黏度、温度、压力、导电率、流速分布等特性对测量结果影响较小。
安装时无上下直管段要求。
（5）无可动部件,流量管内无障碍物,便于维护。
缺点4
（1）零点漂移较大。
科里奥力流量计的零点不稳定性是它的最主要缺陷,这与它本身的高精度很不相称。
（2）对外界振动干扰较敏感。
为防止管内振动的影响,流量传感器安装要求较高。
（3）流体中气泡含量超过某一界限会显著影响测量值。
（4）价格较贵。
超声波物位测量优点：
（1）与介质不接触，无可动部件，电子元件只以声频振动，振幅小，仪器寿命长；
（2）超声波传播速度比较稳定，光线、介质粘度、湿度、介电常数、电导率、热导率等对检测几乎无影响，因此适用于有毒、腐蚀性或高粘度等特殊场合的液位测量；
（3）不仅可进行连续测量和定点测量，还能方便地提供遥测或遥控信号；
（4）能测量高速运动或倾斜晃动的液体的液位，如置于汽车、飞机、轮船的容器中液位。
5.对生产环境常见的可燃性气体进行安全监测时，以可燃性气体浓度为检测对象，以可燃性气体的爆炸极限为标准来确定测量与报警指标。
可燃性气体或蒸汽与空气的混合物能使火焰蔓延或爆炸的可燃性气体或蒸汽的最低浓度，称为该气体或蒸汽的爆炸下限。
能使火焰蔓延的最高浓度称为该气体或蒸汽的爆炸上限。
在工业生产过程中使用或产生的对人体有害，能引起慢性或急性中毒的气体或蒸汽称为有毒气体。
我国《工业企业设计卫生标准》中列有有毒物质共计111种，其中绝大部分为气体或蒸汽。
在工业生产过程中进行有毒气体监测时，是以有毒气体浓度为检测对象，并以有毒气体的最高允许浓度为标准确定监测与报警指标。
最高允许浓度，是指人员工作地点空气中的有害物质在长期分次有代表性的采样测定中均不应超过的浓度值，以确保现场工作人员在经常性的生产劳动中不致发生急性和慢性职业危害。
可燃性气体的监测标准取决于可燃物质的危险特性，且主要是由可燃性气体的爆炸下限决定的。
从监测和控制两方面的要求来看，监测首先应做到可燃性气体与空气混合物中可燃气体的浓度达到阈限值时，给出报警或预警指示，以便采取相应的措施，而其中规定的浓度阈值和可燃性气体与空气混合物的爆炸下限直接相关。
一般取爆炸下限的10％左右作为报警阈值，当可燃性气体的浓度继续上升，一般达到其爆炸下限的20％～25％时，监控功能中的联动控制装置将产生动作，以免形成火灾及爆炸事故。
有害气体即有毒气体，其监测标准由多种气体的环境卫生标准来确定，这里的多种气体是指氧气及各种有害气体。
从所用气体传感器的基本工作方式和原理来划分，目前用于测量可燃气体和多种气体的仪器、仪表可归纳划分成如下4种主要类型:
接触（催化）燃烧式气体传感器
热传导式气体传感器
半导体式气敏传感器
湿式电化学气体传感器
接触（催化）燃烧式气体传感器中的铂丝催化型元件没有专门的催化外壳，是由铂丝承担三种工作的：
铂丝表面完成可燃气体氧化催化功能，同时又兼作加热丝和测温元件。
气体热传导式气体传感器是利用被测气体的热传导率与铂丝（发热体）的热传导率之差所引起的温度变化的特性测定气体的浓度的。
这类气体传感器主要用于测定氢气（H2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、氮气（N2）、氧气（O2）等气体的浓度，多制成携带式仪器。
综合防尘和降尘措施-八字方针“革、水、密、风、护、管、教、查”，对控制粉尘危害具有指导意义。
①革，即工艺改革和技术革新，这是消除粉尘危害的根本途径
②水，即湿式作业，可防止粉尘飞扬，降低环境粉尘浓度
③风，加强通风及抽风措施，常在密闭、半密闭发尘源的基础上，采用局部抽出式机械通风，将工作面的含尘空气抽出，并可同时采用局部送人式机械通风，将新鲜空气送入工作面；
④密，将发尘源密闭，对产生粉尘的设备，尽可能在通风中罩密闭，并与排风结合，经除尘处理后再排人大气
⑤护，即个人防护，是防、降尘措施的补充，特别在技术措施未能达到的地方必不可少
⑥管，经常性地维修和管理工作
⑦查，定期检查环境空气中粉尘浓度和接触者的定期体格检查
⑧教，加强宣传教育
粉尘的检测方法
1.光学显微镜法、电集尘法、滤纸取样法、扫描显微镜检测法、
噪声测量常用仪器
1.声级计
积分平均声级计和积分声级计（噪声暴露计）
噪声统计分析仪
管道泄漏检测技术
1.基于硬件的方法和技术7
1）声发射技术管道检漏方法
2）电缆传感器管道检漏方法
3）光纤管道检漏方法
4）土壤检测检漏方法
5）超声波流量测定检漏方法
6）蒸气测定检漏方法
7）遥感检漏方法
基于软件的管道检漏方法通常使用管道内流体的流量、压力、温度和其他的数据的变化差异，通过数学模型确定管道内流体的运行状态，判断管道是否出现泄漏，确定泄漏量大小和泄漏点位置。
因为输入到计算机软件的流量、压力、温度等参数都是应用硬件设备（如上述各种硬件技术）获得的，所以，基于软件的管道检漏方法是通过与其对应的硬件技术共同实现的。
人工神经网络是以工程技术手段来模拟人脑神经元网络的结构与特点的系统。
利用人工神经元可以构成各种不同拓扑结构的神经网络，它是生物神经网络的一种模拟和近似。
目前，神经网络已逐步发展为一种公认的、强有力的计算或处理模型。
神经网络的应用领域包括：
辨识、控制、预测、优化、诊断、模式识别、信息压缩、数据融合、风险评估等。
火灾的探测是以物质燃烧过程中产生的各种现象为依据，以实现早期发现火灾为前提的。
火灾的探测方法目前主要有以下5种。
1）空气离化探测法2）热（温度）检测法3）光电探测方法 4）光辐射或火焰辐射探测方法 5）可燃气体探测法
在GA/T228-1999《火灾探测器产品型号标准方法》中，按照标准规定，火灾探测器的产品型号火灾探测器类型分组代号
Y——感烟火灾探测器；
W——感温火灾探测器；
G——感光火灾探测器；
Q——气体敏感火灾探测器；
T——图像摄像方式火灾探测器；
S——感声火灾探测器；
F——复合式火灾探测器。
火灾自动报警系统由火灾探测器、火灾报警控制器、火灾报警装置、火灾报警联动控制装置等组成，其核心是由各种火灾探测器与火灾报警控制器构成的火灾信息探测系统。
火灾报警控制器主机部分的主要功能：
（1）故障声光报警。
（2）火灾声光报警。
（3）火灾报警优先。
（4）火灾报警记忆。
（5）声光报警消声及再声响。
（6）时钟及时间记录。
（7）输出控制。
进行区域报警系统设计时，应符合下列3点要求：
（1）在一个区域系统中，宜选用一台通用火灾报警控制器，最多不超过两台；
（2）区域报警控制器应设在有人值班的房间；
（3）区域报警系统容量比较小，只能设置一些功能简单的联动控制设备。
6.超声频率高、波长短、绕射现象小，方向性好，能作为射线而定向传播
超声波的产生是把电能转变为超声能的过程，它利用的是压电材料的逆压电效应，目前在超声检测中普遍应用的产生超声波的方法是压电法。
压电法利用压电材料施加交变电压，它将发生交替的压缩或拉伸，由此而产生振动，振动的频率与交变电压的频率相同。
常见压电材料有
超声检测的优点8
（1）适应范围广。
无论是金属、非金属，还是复合材料都可应用超声波进行无损检测。
（2）不会对工件造成损坏。
施加给工件的超声强度低，最大作用应力远低于弹性极限，不会对工件使用造成任何影响。
（3）仅需从一侧接近被检工件，便于复杂形状工件的检测。
（4）穿透能力强、灵敏度高。
能够检验极厚部件，不适宜检验较薄的工件，能够检出微小不连续性缺陷，对面积型缺陷的检出率较高，而对体积型缺陷的检出率较低。
（5）对确定内部缺陷的大小、位置、取向、埋深、性质等参量较之其他无损检测方法有综合优势。
（6）检验成本低、速度快，能快速自动检测。
（7）检测仪器体积小，质量轻，现场使用较方便。
（8）对人体及环境无害。
超声检测的基本方法5
1）脉冲反射法
2）共振法
3）穿透法
4）接触法
5）液浸法
采用超声波检测技术时应注意的事项4
1）检测条件的选择
2）检测仪的选择
3）探头的选择
4）检测方法和耦合剂的选择
射线检测诊断使用的射线主要是X射线、γ射线和其他射线。
射线检测诊断成像技术主要有实时成像技术、背散射成像技术、CT技术等。
该技术的主要优点5
（1）几乎适用于所有材料，而且对试件形状及其表面粗糙度均无特别要求。
对于厚度为0.5mm的钢板等，均可检查其内部质量。
（2）能直观地显示缺陷影像，便于对缺陷进行定性、定量与定位分析。
（3）射线底片也就是检测结果可作为档案资料长期保存备查，便于分析事故原因。
（4）对被测物体无破坏、无污染。
（5）检测技术和检测工作质量可以自我监测。
射线检测的方法5有透视照相法、电离检测法、Ｘ射线荧光屏观察法和电视观察法以及正在发展中的工业射线ＣＴ（计算机层析成像）技术等。
磁粉检测对工件中表面或近表面的缺陷检测灵敏度最高，对裂纹、折叠、夹层和未焊透等缺陷较为灵敏，能直观地显示出缺陷的大小、位置、形状和严重程度，并可大致确定缺陷性质，检查结果的重复性好。
一般来说，采用交流电磁化可以检测表面下2mm以内的缺陷，采用直流电磁化可以检测表面下6mm以内的缺陷。
随着缺陷的埋藏深度的增加，其检测灵敏度迅速降低。
因此，它被广泛用于磁性材料表面和近表面缺陷的检测。
磁粉检测的适用范围
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