第9章控制室设计(终)
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（本内容仅适用于新建控制室的设计，旧装置控制室的改造可酌 情参考。 ）
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2 控制室的环境气候条件
2.1 环境气候条件对DCS的影响 DCS受环境影响而失效或性能降低，往往是由于下列的环境气 候条件导致内部元器件性能衰退。 A.低温 温度过低，影响电子元器件的电性能，元器件的塑料 封装材料也容易脆化。 B.高温 容易造成电子元器件绝缘老化、性能变坏，材料容易 变形，尺寸改变以致活动件卡死。 对模拟量卡件，温度每变化10度，精度将降低0.1%。对DCS 元器件的表面温升，在有些标准里（如富士）规定不得超过20摄氏 度。 C.温度变化率 过大的温度变化率因元器件的胀缩导致引力、 变形、开裂、密封失效及保护层脱落。
注：表中红字为“HG/T 20508-2000 控制室设计规定”。
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2.3 控制室设计应采取的对策
1）控制室宜座北朝南，其次是朝北或朝东，不宜朝西，如不 能避免时，应采取遮阳措施。
2）操作室和机柜室不宜开窗或只开少量双层密封金属窗。 3）控制室应采用空气调节，并应设置门斗或前室。
4）控制室内气流组织，应根据空气调节设计规范并结合现场 实际情况确定。对设备布置密度大、设备发热量大的机柜间通风宜 采用活动地板下送上方式；其出口风速不应大于3m/s.
机械工作条件应包括振动、冲击和自由跌落。冲击和自由跌落 一般发生在设备的运输和安装过程中，因本讲座是相对于控制室的 防干扰，故只讨论振动。 4.1 振动对控制系统的影响 振动是交变的机械外力。如果控制系统的安装地点附近有强烈 振动的设备，例如球磨机、粉碎机、搅拌机，重型机床设备，它们 产生的机械力会通过支架和地面传到控制系统，影响控制系统的工 作，长时间的机械振动力作用对控制系统的危害十分严重。具体表 现在如下几个方面。
3
一个典型的控制室平面布置图
4
1.2 控制室的范围和一个实例
控制室是对生产过程进行集中控制、监视的场所。它分“常规仪 表控制室”和“分散型控制系统控制室”两类（这里主要指后者）。 分散型控制系统控制室主要包括：操作室、机柜室、工程师站 室、UPS电源室等。在可能的情况下应设置诸如交接班室、维修室 、空调机室、消防间及卫生间等辅助房间。
控制室的工作环境设计
徐义亨 编
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1概述
1.1 问题的提出
1）根据IEC标准[可编程序控制器（IEC 61131）]，影响控 制系统工作的条件如下表所示。控制室的设计就是在允许的经济条 件下， 给DCS的运行提供一个良好的工作条件。
2
2）控制室也是操作人员的工作场所，它的设计也应该符合人 体物理学、心理学、人体工程学的特征，为操作人员的工作创造一 个适宜的环境。 3）控制室又是生产装置的一个部分，它应该保证人--机交互 作用下生产监控操作能够安全、有效。 本讲主要内容系针对控制室的抗干扰设计，干扰包括自然环境 条件、电气工作条件和机械工作条件等。 电气工作条件中的供电、接地分别在专门的讲座里讨论。 机械工作条件应包括振动、冲击和自由跌落，本讲座重点讨论 振动。
对DCS而言，由于存在大量的铜质线路板，为了避免腐蚀对其 性能的影响，所以控制室的反应性环境要求应按1级进行设计，即 为受严格控制的环境。
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3.3 IEC标准对1级（工业清洁空气）控制室内的腐蚀气氛要求
注：1）单位ppm为[立方厘米/立方米]； 2）本要求引自“JB/T 9237.1-1999（EQV IEC 654-4:1987)工业自动化 仪表工作条件 腐蚀和侵蚀影响”。
10-150 0.075 1
如果AI模块的精确度为a,在这样的振动条件下，模拟量的示值 变化如小于0.5a%F.S是允许的。
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但不同的DCS制造商对控制室会提出不同的振动要求，见下表。
制造商 Honeywell 横河 频率范围HZ 14-150 小于14 大于14 Rosemount 30-60 3-100 Fisher 5-7.11 7.11-150 0.1 小于0.2 0.2 0.5 0.5 0.75 加速度 g 1 位移峰幅值 2.5 0.5 mm
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5 控制室设计可参考的规范和标准
1）控制室设计规定 HG 20508-2000；
2）化工厂控制室建筑设计规定 HG20556-1993； 3）控制中心的电气导则 ISA RP60.8 ； 4）计算站场地技术条件 GB 2887；
5）计算机机房设计规定 GB 50174；
6）计算机机房用活动地板技术条件 GB 6650。
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4.3 控制室设计应采取的对策 1）控制室的建筑结构设计，应使其的振动条件低于前述标准的 规定。 2）控制室宜单独设置。当组成综合建筑物时，控制室宜设在一 层平面，避免设在振动较大的场所（如泵房、球磨机房、压缩机房 的附近）。 3）控制室不宜设在工厂主要交通干道旁边，以免车辆振动的影 响。如不能避免，控制室最外边轴线距主干道中心的距离不应小于 20米。 4）控制室地面为水磨石时，机柜应通过地脚螺钉或其它予埋件 的方式固定。 5）控制室地面为活动地板时，机柜应固定在型钢制作的支撑架 上，该支撑架固定在基础地面上。
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1）高频率、高加速度的振动能损坏集成电路的内部接头。
2）继电器是控制系统中最不耐振动的部件，它的簧片在振动时 很容易发出错误的通断信号，或者由于疲劳而损坏。 3）振动可以使零件疲劳，出现裂缝，强度下降。当振动频率同 于零部件的固有频率时，会发生谐振，振幅显著增大，容易招致严 重破坏。 4）振动还可以使插接件松动，接触面磨损，粘接面脱落。
2）控制室不应直接位于有腐蚀性液体的楼层下，不应与有腐蚀 性生产的厂房直接相通，也不应与化学药品库、化验室毗邻布置。 3）控制室内不得安装有腐蚀性介质的在线分析一次仪表。
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4）控制室地面应平整、光洁，不起灰尘；墙面应平整，不积 灰，易于清洁；窗户应采用金属窗，并应有良好的气密性。 5）控制室不宜设在工厂主要交通干道旁边，以防扬尘的危害 。
5）振动将使永磁零件退磁，压电元件产生有害的电信号，开关 和电位器接触不良。
6）控制系统中的易碎器件，如CRT显示管、光学零件、数码管 更经不起强烈的振动。
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4.2 振动的限制条件
控制室地面振动的幅度、频率和加速度应该满足DCS制造商提出 的限制条件。 根据“GB/T 18271.3-2000过程测量和控制装置通用性能评定方 法 和程序 第3部分：影响量影响的试验”，DCS应低于如下表所示的振 动 位移峰幅值 mm 加速度 g 条件。 频率范围HZ
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D.湿度 若相对湿度超过65%，就会在物体表面形成一层水膜 ，使绝缘劣化；潮湿会加快腐蚀。相对湿度太低合成材料容易变脆 、收缩、表面龟裂；绝缘材料表面容易积累静电。 E.阳光辐射 阳光辐射中的红外线使物体升温，材料老化，寿 命缩短，紫外线不但对有机物有加速老化的作用，在有氧和水时， 对绝缘材料和有机涂料也有劣化作用。 F.大气压力 大气压力降低时，空气绝缘强度下降，海拔每升 高100m，绝缘强度将降低1%；大气压力降低时，空气的热容量 减小，因而对DCS系统内的发热元件的冷却能力下降，海拔每升高 100m，元器件温升增加0.2-1摄氏度。 我公司的DCS产品可以在62-106kPa的大气压力下正常工作 ，62kPa对应的海拔高度为4000米。
在有些行业里（如核电）往往会对控制系统会提出抗地震的要 求。这除了在建筑物的结构设计上要采取一定的措施外，还必须在 控制系统的盘柜设计和其安装上采取一定的措施，如： 1）控制柜应使用厚度不小于3.2mm厚的重型冷轧碳素钢； 2）机柜的前后门和侧壁应焊加强筋； 3）机柜内凡使用螺栓处均应加弹簧垫； 4）应使用直径大于18mm的地脚螺栓。
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谢谢大家
22
9Βιβλιοθήκη Baidu
3 控制室的空气洁净条件
3.1 空气洁净条件对DCS的影响
污染物对DCS的影响是与浓度、温度和暴露时间成正比的，并 往往因湿度的增加而加剧。
A. 盐雾等腐蚀气氛 会引起对金属的强烈腐蚀。由于氯离子半 径极小，很容易穿透保护涂层到底部，又很容易被受潮金属表面所 吸附，所以对其要求更严格。此外，硫化氢能迅速腐蚀铜、银和铁 合金，二氧化硫同样对DCS也有腐蚀作用。
6）对灰尘量较大的生产装置，为了防尘，控制室可以采用清 洁空气的正压通风系统，它应满足： A.室内门窗关闭时，压力不低于25Pa； B.室内门窗全开时，通过门窗的气流速度不低于0.3m/s； C.正压通风系统发生故障时，应发出报警； D.正压通风系统的电源应采用独立的电源回路。
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4 控制室的机械工作条件——振动
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3.4 控制室内的空气含尘量要求 根据[电工电子产品应用环境条件（GB 4798.1）]和[过程测量 和控制系统环境条件空气中的污染物（ISA S71.04）]的规定，控制 室内含尘量应小于0.2毫克/立方米（粒径小于10微米）。 3.5 控制室设计应采取的对策 1）在有腐蚀性介质或尘埃的生产装置内，控制室宜布置在本地 区常年最小频率风向的下风侧或全年主导风向的上风侧。
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4.4 控制柜的抗震要求 控制系统还可能会受到来源于地震的影响，这种影响的大小不 仅取决于地震本身的强弱，而且还与安装装置的建筑物、管道或厂 房的结构有关。一般而言，地震的频率很低，很少超过10Hz，所以 甚至在很低的加速度下，都能达到很大的运动振幅。其次，发生地 震时，既有水平方向的振动，也有垂直方向的振动。垂直方向的振 动影响通常可取水平方向影响的一半。
B. 灰尘与沙尘 灰尘是指直径1-150um的颗粒，沙尘是指直 径100-1000um的颗粒。灰尘与沙尘对DCS设备的机械冲刷造成 磨损；沉降在绝缘表面后吸潮而降低绝缘性能；吸潮或吸附腐蚀性 气体而加速化学腐蚀。
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3.2 IEC标准对反应性环境（腐蚀气氛）的分级方法 根据污染物和铜起反应的速率来确定工业环境的严酷度。这种 方法需要将事先制备好的铜试样放置到被监测场所，经一定暴露时 间（1个月）后，对铜试样进行腐蚀膜厚度的测定或外观检查，而 后可以按下表中三种严酷度进行分级。
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2.2 标准规定的环境气候条件
如果我们将控制室看成是“ GB/T 17214.1-1998（idt IEC 654-1:1993)工业过程测量和控制装置工作条件 第1部分：气候条 件”中规定的属于“有气候防护的场所”中的B1级：升温和（或）降温 的封闭场所，那么其气候条件参数和严酷度应满足下表所示。
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2 控制室的环境气候条件
2.1 环境气候条件对DCS的影响 DCS受环境影响而失效或性能降低，往往是由于下列的环境气 候条件导致内部元器件性能衰退。 A.低温 温度过低，影响电子元器件的电性能，元器件的塑料 封装材料也容易脆化。 B.高温 容易造成电子元器件绝缘老化、性能变坏，材料容易 变形，尺寸改变以致活动件卡死。 对模拟量卡件，温度每变化10度，精度将降低0.1%。对DCS 元器件的表面温升，在有些标准里（如富士）规定不得超过20摄氏 度。 C.温度变化率 过大的温度变化率因元器件的胀缩导致引力、 变形、开裂、密封失效及保护层脱落。
注：表中红字为“HG/T 20508-2000 控制室设计规定”。
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2.3 控制室设计应采取的对策
1）控制室宜座北朝南，其次是朝北或朝东，不宜朝西，如不 能避免时，应采取遮阳措施。
2）操作室和机柜室不宜开窗或只开少量双层密封金属窗。 3）控制室应采用空气调节，并应设置门斗或前室。
4）控制室内气流组织，应根据空气调节设计规范并结合现场 实际情况确定。对设备布置密度大、设备发热量大的机柜间通风宜 采用活动地板下送上方式；其出口风速不应大于3m/s.
机械工作条件应包括振动、冲击和自由跌落。冲击和自由跌落 一般发生在设备的运输和安装过程中，因本讲座是相对于控制室的 防干扰，故只讨论振动。 4.1 振动对控制系统的影响 振动是交变的机械外力。如果控制系统的安装地点附近有强烈 振动的设备，例如球磨机、粉碎机、搅拌机，重型机床设备，它们 产生的机械力会通过支架和地面传到控制系统，影响控制系统的工 作，长时间的机械振动力作用对控制系统的危害十分严重。具体表 现在如下几个方面。
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一个典型的控制室平面布置图
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1.2 控制室的范围和一个实例
控制室是对生产过程进行集中控制、监视的场所。它分“常规仪 表控制室”和“分散型控制系统控制室”两类（这里主要指后者）。 分散型控制系统控制室主要包括：操作室、机柜室、工程师站 室、UPS电源室等。在可能的情况下应设置诸如交接班室、维修室 、空调机室、消防间及卫生间等辅助房间。
控制室的工作环境设计
徐义亨 编
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1概述
1.1 问题的提出
1）根据IEC标准[可编程序控制器（IEC 61131）]，影响控 制系统工作的条件如下表所示。控制室的设计就是在允许的经济条 件下， 给DCS的运行提供一个良好的工作条件。
2
2）控制室也是操作人员的工作场所，它的设计也应该符合人 体物理学、心理学、人体工程学的特征，为操作人员的工作创造一 个适宜的环境。 3）控制室又是生产装置的一个部分，它应该保证人--机交互 作用下生产监控操作能够安全、有效。 本讲主要内容系针对控制室的抗干扰设计，干扰包括自然环境 条件、电气工作条件和机械工作条件等。 电气工作条件中的供电、接地分别在专门的讲座里讨论。 机械工作条件应包括振动、冲击和自由跌落，本讲座重点讨论 振动。
对DCS而言，由于存在大量的铜质线路板，为了避免腐蚀对其 性能的影响，所以控制室的反应性环境要求应按1级进行设计，即 为受严格控制的环境。
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3.3 IEC标准对1级（工业清洁空气）控制室内的腐蚀气氛要求
注：1）单位ppm为[立方厘米/立方米]； 2）本要求引自“JB/T 9237.1-1999（EQV IEC 654-4:1987)工业自动化 仪表工作条件 腐蚀和侵蚀影响”。
10-150 0.075 1
如果AI模块的精确度为a,在这样的振动条件下，模拟量的示值 变化如小于0.5a%F.S是允许的。
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但不同的DCS制造商对控制室会提出不同的振动要求，见下表。
制造商 Honeywell 横河 频率范围HZ 14-150 小于14 大于14 Rosemount 30-60 3-100 Fisher 5-7.11 7.11-150 0.1 小于0.2 0.2 0.5 0.5 0.75 加速度 g 1 位移峰幅值 2.5 0.5 mm
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5 控制室设计可参考的规范和标准
1）控制室设计规定 HG 20508-2000；
2）化工厂控制室建筑设计规定 HG20556-1993； 3）控制中心的电气导则 ISA RP60.8 ； 4）计算站场地技术条件 GB 2887；
5）计算机机房设计规定 GB 50174；
6）计算机机房用活动地板技术条件 GB 6650。
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4.3 控制室设计应采取的对策 1）控制室的建筑结构设计，应使其的振动条件低于前述标准的 规定。 2）控制室宜单独设置。当组成综合建筑物时，控制室宜设在一 层平面，避免设在振动较大的场所（如泵房、球磨机房、压缩机房 的附近）。 3）控制室不宜设在工厂主要交通干道旁边，以免车辆振动的影 响。如不能避免，控制室最外边轴线距主干道中心的距离不应小于 20米。 4）控制室地面为水磨石时，机柜应通过地脚螺钉或其它予埋件 的方式固定。 5）控制室地面为活动地板时，机柜应固定在型钢制作的支撑架 上，该支撑架固定在基础地面上。
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1）高频率、高加速度的振动能损坏集成电路的内部接头。
2）继电器是控制系统中最不耐振动的部件，它的簧片在振动时 很容易发出错误的通断信号，或者由于疲劳而损坏。 3）振动可以使零件疲劳，出现裂缝，强度下降。当振动频率同 于零部件的固有频率时，会发生谐振，振幅显著增大，容易招致严 重破坏。 4）振动还可以使插接件松动，接触面磨损，粘接面脱落。
2）控制室不应直接位于有腐蚀性液体的楼层下，不应与有腐蚀 性生产的厂房直接相通，也不应与化学药品库、化验室毗邻布置。 3）控制室内不得安装有腐蚀性介质的在线分析一次仪表。
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4）控制室地面应平整、光洁，不起灰尘；墙面应平整，不积 灰，易于清洁；窗户应采用金属窗，并应有良好的气密性。 5）控制室不宜设在工厂主要交通干道旁边，以防扬尘的危害 。
5）振动将使永磁零件退磁，压电元件产生有害的电信号，开关 和电位器接触不良。
6）控制系统中的易碎器件，如CRT显示管、光学零件、数码管 更经不起强烈的振动。
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4.2 振动的限制条件
控制室地面振动的幅度、频率和加速度应该满足DCS制造商提出 的限制条件。 根据“GB/T 18271.3-2000过程测量和控制装置通用性能评定方 法 和程序 第3部分：影响量影响的试验”，DCS应低于如下表所示的振 动 位移峰幅值 mm 加速度 g 条件。 频率范围HZ
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D.湿度 若相对湿度超过65%，就会在物体表面形成一层水膜 ，使绝缘劣化；潮湿会加快腐蚀。相对湿度太低合成材料容易变脆 、收缩、表面龟裂；绝缘材料表面容易积累静电。 E.阳光辐射 阳光辐射中的红外线使物体升温，材料老化，寿 命缩短，紫外线不但对有机物有加速老化的作用，在有氧和水时， 对绝缘材料和有机涂料也有劣化作用。 F.大气压力 大气压力降低时，空气绝缘强度下降，海拔每升 高100m，绝缘强度将降低1%；大气压力降低时，空气的热容量 减小，因而对DCS系统内的发热元件的冷却能力下降，海拔每升高 100m，元器件温升增加0.2-1摄氏度。 我公司的DCS产品可以在62-106kPa的大气压力下正常工作 ，62kPa对应的海拔高度为4000米。
在有些行业里（如核电）往往会对控制系统会提出抗地震的要 求。这除了在建筑物的结构设计上要采取一定的措施外，还必须在 控制系统的盘柜设计和其安装上采取一定的措施，如： 1）控制柜应使用厚度不小于3.2mm厚的重型冷轧碳素钢； 2）机柜的前后门和侧壁应焊加强筋； 3）机柜内凡使用螺栓处均应加弹簧垫； 4）应使用直径大于18mm的地脚螺栓。
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谢谢大家
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9Βιβλιοθήκη Baidu
3 控制室的空气洁净条件
3.1 空气洁净条件对DCS的影响
污染物对DCS的影响是与浓度、温度和暴露时间成正比的，并 往往因湿度的增加而加剧。
A. 盐雾等腐蚀气氛 会引起对金属的强烈腐蚀。由于氯离子半 径极小，很容易穿透保护涂层到底部，又很容易被受潮金属表面所 吸附，所以对其要求更严格。此外，硫化氢能迅速腐蚀铜、银和铁 合金，二氧化硫同样对DCS也有腐蚀作用。
6）对灰尘量较大的生产装置，为了防尘，控制室可以采用清 洁空气的正压通风系统，它应满足： A.室内门窗关闭时，压力不低于25Pa； B.室内门窗全开时，通过门窗的气流速度不低于0.3m/s； C.正压通风系统发生故障时，应发出报警； D.正压通风系统的电源应采用独立的电源回路。
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4 控制室的机械工作条件——振动
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3.4 控制室内的空气含尘量要求 根据[电工电子产品应用环境条件（GB 4798.1）]和[过程测量 和控制系统环境条件空气中的污染物（ISA S71.04）]的规定，控制 室内含尘量应小于0.2毫克/立方米（粒径小于10微米）。 3.5 控制室设计应采取的对策 1）在有腐蚀性介质或尘埃的生产装置内，控制室宜布置在本地 区常年最小频率风向的下风侧或全年主导风向的上风侧。
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4.4 控制柜的抗震要求 控制系统还可能会受到来源于地震的影响，这种影响的大小不 仅取决于地震本身的强弱，而且还与安装装置的建筑物、管道或厂 房的结构有关。一般而言，地震的频率很低，很少超过10Hz，所以 甚至在很低的加速度下，都能达到很大的运动振幅。其次，发生地 震时，既有水平方向的振动，也有垂直方向的振动。垂直方向的振 动影响通常可取水平方向影响的一半。
B. 灰尘与沙尘 灰尘是指直径1-150um的颗粒，沙尘是指直 径100-1000um的颗粒。灰尘与沙尘对DCS设备的机械冲刷造成 磨损；沉降在绝缘表面后吸潮而降低绝缘性能；吸潮或吸附腐蚀性 气体而加速化学腐蚀。
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3.2 IEC标准对反应性环境（腐蚀气氛）的分级方法 根据污染物和铜起反应的速率来确定工业环境的严酷度。这种 方法需要将事先制备好的铜试样放置到被监测场所，经一定暴露时 间（1个月）后，对铜试样进行腐蚀膜厚度的测定或外观检查，而 后可以按下表中三种严酷度进行分级。
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2.2 标准规定的环境气候条件
如果我们将控制室看成是“ GB/T 17214.1-1998（idt IEC 654-1:1993)工业过程测量和控制装置工作条件 第1部分：气候条 件”中规定的属于“有气候防护的场所”中的B1级：升温和（或）降温 的封闭场所，那么其气候条件参数和严酷度应满足下表所示。