安全检测与监控技术

安全检测与监控技术
第1章 安全检测概述
安全检测在安全科学中的地位与任务 安全检测与工业运行状态信息的关系 安全检测系统的组成和分类 安全检测技术的发展趋势
1.1安全检测在安全科学中的地位与任务
工业革命给人类带来了无穷的财富，但是，工 业事故和工业灾难与科技发展和社会进步 伴随而来， 从泰坦尼克号到切尔诺贝利核泄露，人类经历了无 数次危险和灾难。现代化学工业、高能技术、高新 技术、航空航天技术、核工业技术以及探海技术的 发展以及规模装置、大型联合装置的出现，使技术 密集性、物质高能性和过程高参数性更为突出,使得 当代工业生产、科学探索、经济运行中的事故更具 突发性、灾难性、社会性。由于事故现象越来越复 杂，损失越来越惨重，迫使人们必须认真地去分析 事故现象，研究事故规律，建立安全科学，发展安 全工程学科。
1.1安全检测在安全科学中的地位与任务

美国大停电事故； 博帕尔市农药厂爆炸事故； 切尔诺贝利核电站核泄漏； 日本福岛第一核电站事件……
1.1安全检测在安全科学中的地位与任务
现代生产装置和系统对工程技术的严格性和严密性提 出更高的要求，这就使不太重要的技术 缺陷对于现代装 置和系统往往成为灾难性隐患。工业过程的微小温度或压 力的变化、高速流 体系统的流量流速的变化、快速运转 机械平衡条件的微小变化、物料配比系统的微小失误、 高压装置的细小裂纹、爆炸危险体系的微小触发能量等， 对于现代装置、高能过程和高技术 系统都会导致毁灭性 的灾难。这些安全管理决策的基础信息都需要通过安全检 测来提供，使 生产过程或特定系统按预定的指标运行， 避免和控制系统因受意外的干扰或波动而偏离正常 运行 状态并导致故障或事故。
1.2安全检测与工业运行状态信息的关系
安全检测包含两方面的含义，一是指获取被检测对 象某时刻数据的过程，另一是指对目 的物进行长时 间连续测试的过程。根据检测性质不同，安全检测 可分为研究性检测、监视性检测和特定目的检测。 研究性检测是为研究危险、有害因素的发生、发展 规律而进行的检测，通常是研究技术人员为特定研 究目的而专门设计的检测；监视性检测是为了了解 危险、有害因素变化状况，进行安全评价、产品安 全卫生性能评定、劳动安全监督所进行的检测，它 既是企业安全管理的重要内容，也是国家安全监察 的依据。我国建有省、地、县三级国家检测站，负 责安全卫生监察机构指派的检测检验任务；特定目 的检测是指因意外事件、事故发生毒物泄漏、放射 性污染等而进行的检测。
第2章 温度检测
温度标准与测量方法 接触式温度检测 非接触式温度检测
2.1 温度标准与测量方法
温度是国际单位制给出的基本物理量之一。 温度就是表征物体冷热程度的一个物理量，从微观上 说是物质分子运动平均动能大小的标志。自然界中的 许多物理现象和化学反应都紧密的与温度相关，温度 的变化会影响到物体的尺寸、体积、密度、硬度、弹 性系数、电导率、磁导率、热容量等值。温度是安全 检测的重要参数之一，在防火防爆、保证设备强度等 方面起着重要的作用。
长度:米(m)
1. 1790年5月由法国科学家组成的特别委员会，建议以通过巴黎的地球子午线全长的四千万分之一作 为长度单位——米 2. 1960年第十一届国际计量大会：“米的长度等于氪－86原子的2P10和5d1能级之间跃迁的辐射在 真空中波长的1650763．73倍”。 3. 1983年10月在巴黎召开的第十七届国际计量大会：“米是1／299792458秒的时间间隔内光在真空 中行程的长度” 质量：千克（kg） 1000立方厘米的纯水在4℃时的质量， 时间：秒（s） 1967年的第13届国际度量衡会议上通过了一项决议，采纳以下定义代替秒的天 文定义：一秒为铯-133原子基态两个超精细能级间跃迁辐射9,192,631,770周所持续的时间。 国 际原子时是根据以上秒的定义的一种国际参照时标，属国际单位制(SI)。 电流：安培（A） 安培是一恒定电流，若保持在处于真空中相距1米的两无限长，而圆截面可 忽略的平行直导线内，则两导线之间产生的力在每米长度上等于2×10-7牛顿。该定义在1948年 第九届国际计量大会上得到批准，1960年第十一届国际计量大会上，安培被正式采用为国际单位 制的基本单位之一。 安培是为纪念法国物理学家A.-M.安培而命名的。 热力学温度：开尔文（K） 开尔文 英文是 Kelvin 简称开，国际代号K，热力学温度的单位。 开尔文是国际单位制（SI）中7个基本单位之一，以绝对零度（0K）为最低温度，规定水的三相 点的温度为 273.16K，1K等于水三相点温度的1／273.16。热力学温度T与人们惯用的摄氏温度t 的关系是T＝t＋273.15，因为水的冰点温度近似等于 273.15K，并规定热力学温度的单位开（K) 与摄氏温度的单位摄氏度（℃)完全相同。开尔文是为了纪念英国物理学家Lord Kelvin而命名的。 发光强度：坎德拉（cd） 坎德拉是一光源在给定方向上的发光强度，该光源发出频率为 540×1012赫兹的单色辐射，而且在此方向上的辐射强度为1／683瓦特每球面度． 定义中的 540×1012赫兹辐射波长约为555nm，它是人眼感觉最灵敏的波长． 物质的量——表示组成物质微粒数目多少的物理量（物质的量是一个专用名词，不可分割 和省略） 摩尔——是物理量物质的量的单位（mol） 根据科学测定，12克12C所含的C原子数为 6.0220943×1023 用符号NA表示，称阿伏加德罗常数 阿伏加德罗常数（NA ） 近似值 6.02×1023 定义：凡是含有阿伏加德罗常数个结构微粒（约6.02×1023）的物质，其物质的量 为1摩。
借助于仪器、仪表、传感器、探测设备等工具迅速而 准确地了解生产系统及作业环境中危险因素与有毒有害因 素的类型、危害程度、范围及动态变化，对职业安全与卫 生状态进行评价，对安全技术及设施进行监督，对安全技 术措施的效果进行检测，提供可靠而准确的信息，以改善 劳动作业条件，改进生产工艺过程，控制系统或设备的事 故（故障）发生，所有这些运作过程被称为安全检测与控 制技术。通过这种检测和控制技术，使生产过程或特定系 统按预定的指标运行，避免和控制系统因受意外的干扰或 波动而偏离正常（安全）运行状态并导致故障或事故。它 是现代化工业安全生产不可缺少的技术手段，化工、石油、 石化、矿山、航空、航天、航海、铁路、电业、建筑、冶 金、核工业等部门都存在安全检测与控制技术的问题。
1.2安全检测与工业运行状态信息的关系
为了获取工业运行或危险源的状态信息，需要将 这些信息通过物理的或化学的方法转化为可观测的 物理量（模拟的或数字的信号），这就是通常所说 的安全检测，它是作业环境安 全与卫生条件、特种 设备安全状态、生产过程危险参数、操作人员不规 范动作等各种不安全 因素检测的总称。担负信息转 化任务的器件称为传感器或检测器，由传感器或检 测器及信号 处理、显示单元便组成了"安全检测仪 器"。如果将传感器或检测器及信号处理、显示单元 集于一体固定安装于现场，对安全状态信息进行实 时检测，则称这种装置为安全监测仪器。 如果只是 将传感器或检测器固定安装于现场，而信号处理、 显示、报警等单元安装在远离现 场的控制室内，则 称为安全监测系统。
1.3.2 检测系统的分类
按被测参量分类 电工量、热工量、机械量、物性和成分量、光学 量、状态量 按被测参量的检测转换方法分类 电磁转换、光电转换、其它 按使用性质分类 标准表、实验室表、工业用表
1.4 安全检测技术的发展趋势
高速数据采集系统 先进技术的发展 1、传感器向新型、微型、智能型方向发展和多 传感器融合技术的应用。2、柔性测试系统。3、 测量仪器向高精度、多功能、小型化、在线监测、 性能标准化和低价格发展。 4、参数测量和数据处 理以计算机为核心，使测量、分析、处理、打印、 绘图、状态显 示及故障预报向自动化、集成化、 网络化发展。5、大型设备的测试。6、微观系统 的测试。7、视觉测试技术。8、智能结构。 虚拟仪器的应用
1.2安全检测与工业运行状态信息的关系
工业事故寓于工业危险源，通常指“人（劳动者） -机（生产过程和设备）-环境（工作场 所） "有限空 间的全部或一部分，属于"人造系统"，正常运行条 件下，绝大多数具有可观测性和可控性。表征工业 危险源状态的可观测参数称为危险源的"状态信息"。 状态信息是一 个广义的概念，包括对安全生产和人 员身心健康有直接或间接危害的各种因素，例如， 表征 生产过程或设备的运行状况正常与否的参数， 作业环境中化学和物理危害因素的浓度或强度 等。 安全状态信息出现异常，说明危险正在从相对安全 的状态向即将发生事故的临界状态转 化，提示人们 必须及时采取措施，以避免事故发生或将事故的伤 害和损失降至最小强度。
2.1.1 温标
温标是温度数值变化的标尺，它规定了温度的读数 起点（零点）和温度测量的基本单位。热学发展史中出 现过的温标有：华氏温标、列式温示、兰氏温标、摄氏 温标、热力学温标和国际温标等。 经验温标：依赖物体的物理性质建立起来的。
2.1.1 温标
华氏温标 1714年德国人法勒海特(Fahrenheit)以水银为测温介质，制成玻 璃水银温度计。按照华氏温标，则水的冰点为32℉，沸点为212℉ 列氏温标，符号为oR（左上角有个小圈，像摄氏度符号那样），规 定在水（标准大气压下）的冰点与沸点之间划分为80个单位（冰水 混合物T=0R ，沸点T=80R） 摄氏温标 1740年瑞典人摄氏(Celsius)提出在标准大气压下，把水的冰点规 定为0度，水的沸点规定为100度。 摄氏温度和华氏温度的关系为 T ℉ = t℃ + 32 式中 T——华氏温度值; t——摄氏温度值
被测 对象 传感器 信号调理 模数转换 信号处理 显示、记录
激励装置
数模转换
显示、记录
观察 者
1.3.1 检测系统的组成Fra bibliotek 传感器是可将被测量转换成某种电信号的器件。它包括敏感器和 转换器两部分，敏感 器可以把温度、压力、位移、振动、噪声等 被测量转换成某种物理量，然后通过转换器，把 这些物理量转换 成某种容易检测的电量，例如电阻、电容、电感的变化。 信号调理环节把传感器的输出信号转换成适合于进一步传输和处 理的形式。这种信号的 转换多数是电信号之间的转换，例如，把 阻抗变化转换成电压变化，还有把滤波、幅值放大 或者把幅值的 变化转换成频率的变化等。 信号处理环节对来自信号调理环节的信号进行各种运算、滤波和 分析。 信号显示、记录环节将来自信号处理环节的信号，即测试 的结果，以易于观察的形式显 示或存储。 反馈、控制环节主要用于闭环控制系统中的测试系统。 模数（A/D）转换和数模（D/ A）转换环节是在采用计算机、 PLC等测试、控制系 统时进行模拟信号与数字信号相互转换的环 节。