安全檢測技術(shù)課件第5章

1、第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 5.1 可燃性氣體和有毒氣體的檢測可燃性氣體和有毒氣體的檢測 5.2 粉塵檢測粉塵檢測 5.3 噪聲及其檢測噪聲及其檢測 5.4 泄漏檢測泄漏檢測 5.5 火災(zāi)參數(shù)檢測與自動報警系統(tǒng)火災(zāi)參數(shù)檢測與自動報警系統(tǒng) 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 5.1可燃性氣體和有毒氣體的檢測可燃性氣體和有毒氣體的檢測 .1可燃性氣體和有毒氣體的性質(zhì)可燃性氣體和有毒氣體的性質(zhì)1.1.可燃性氣體可燃性氣體可燃性氣體的涉及面十分廣泛，凡在空氣中可以燃燒的氣體都屬于可燃性氣體，如日常生活中的城市煤氣、液化石油氣、工業(yè)原料氣（乙烯、丙烷）、煤礦中的甲烷等

2、。在石油化工生產(chǎn)中，有關(guān)規(guī)則規(guī)定：表51所示氣體中的32種氣體以及爆炸下限含量在10%以下，或爆炸上限與爆炸下限含量差大于20%的氣體稱為可燃性氣體。表51所列的32種可燃性氣體均為最常見的可燃?xì)怏w或可燃有毒氣體，也是石化生產(chǎn)環(huán)境有可能存在的氣體。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 表表5-1常見的可燃性氣體和有毒氣體常見的可燃性氣體和有毒氣體 歸屬 爆炸極限/% 允許濃度 序號 可燃 有害 物質(zhì)名稱 化學(xué)式 LEL UEL 10-6 mg/m3 1 ? 乙炔 HC?CH .5 100 2 ? 乙醛 CH3CHO 4.0 60 3 ? 乙烷 C2H6 3.0 12.4 4 ? 乙胺 C2H5NH2

3、3.5 13.95 5 ? 乙苯 C6H5C2H5 1.0 6.7 6 ? 乙烯 CH2CH2 2.7 36 7 ? 氯乙烷 C2H5Cl 3.8 15.4 8 ? 氯乙烯 CH2CHCl 3.6 33 9 ? 環(huán)氧丙烷 CH2CHCH2O 2.1 21.5 10 ? 環(huán)丙烷 2.4 10.4 11 ? 二甲胺 （CH3）2NH 2.8 14.4 12 ? 氫 H2 4.0 75 13 ? 丁二烯 CH2CHCHCH2 2.0 12 14 ? 丁烷 CH3（CH2）2CH3 1.8 8.4 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 表表5-1常見的可燃性氣體和有毒氣體常見的可燃性氣體和有毒氣體 15 ? 丁

4、烯 C4H8 9.7 16 ? 丙烷 CH3CH2CH3 2.1 9.5 17 ? 丙烯 CH3CHCH2 2.4 11 18 ? 甲烷 CH4 5.0 15.0 19 ? 二甲醚 CH3OCH3 3.4 27 20 ? ? 丙烯腈 CH2CHCN 3.0 17.0 20 2 21 ? ? 一氧化碳 CO 12.5 74 50 30 22 ? ? 丙烯醛 CH2CHCHO 2.8 31 0.1 0.3 23 ? ? 氨 NH3 15 28 25 30 24 ? ? 一氯甲烷 CH3Cl 7 17.4 100 25 ? ? 氧乙烯 （CH2）2O 3 100 50 26 ? ? 氰化氫 HCN

5、6 41 10 0.3 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 表表5-1常見的可燃性氣體和有毒氣體常見的可燃性氣體和有毒氣體 27 ? ? 三甲基胺 （CH3）3N 2.0 12 10 28 ? ? 二硫化碳 CS2 1.3 50 10 10 29 ? ? 溴甲烷 CH3r 10 15 15 1 30 ? ? 苯 C6H6 1.3 7.9 10 40 31 ? ? 甲胺 CH3NH2 4.9 20.7 10 5 32 ? ? 硫化氫 H2S 4 4.4 10 10 33 ? 二氧化硫 SO2 5 15 34 ? 氯 Cl2 1 1 35 ? 二乙胺 （C2H5）2NH 1.8 10 25 36 ? 氟

6、2 1 1 37 ? 光氣 COCl2 0.1 0.5 38 ? 氯丁二烯 C4H5Cl 4.0 20 25 2 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 對生產(chǎn)環(huán)境常見的可燃性氣體進(jìn)行安全監(jiān)測時，以可燃性氣體濃度為檢測對象，以可燃性氣體的爆炸極限為標(biāo)準(zhǔn)來確定測量與報警指標(biāo)?？扇夹詺怏w或蒸汽與空氣的混合物能使火焰蔓延或爆炸的可燃性氣體或蒸汽的最低濃度，稱為該氣體或蒸汽的爆炸下限。同理，能使火焰蔓延的最高濃度稱為該氣體或蒸汽的爆炸上限。爆炸極限濃度通常用可燃性氣體 的 體 積 分 數(shù) 表 示 ， 爆 炸 下 限 用 L E L 表 示 ， 即LowerExplosiveLimit的縮寫；爆炸上限用UEL表示，

7、即UpperExplosiveLimit的縮寫。有些可燃性氣體測量報警儀表以LEL（%）作測量單位，此即是以某種可燃性氣體的爆炸下限為滿刻度（100%），例如丁烷的LEL1.8%，若以1.8%作為100%，則有1LEL%相當(dāng)于0.018%丁烷。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 鏈烷烴類的爆炸下限可用下式估算： LEL0.55C0 （5-1） 式中，C0為可燃性氣體完全燃燒時的化學(xué)計量濃度。 當(dāng)某些作業(yè)環(huán)境中，由于存在多種可燃性氣體，與空氣形成具有復(fù)雜組成的可燃性氣體混合物時，混合可燃?xì)怏w爆炸下限可根據(jù)各組分已知的爆炸下限求出，見下式： nn2211LELC.LELCLELC100LEL混（5-2）

8、 式中，LEL混為混合物爆炸下限；C1 Cn為各組分在總體積中所占的體積分?jǐn)?shù)，且C1+C2+Cn=100；LEL1 LELn為各組分爆炸下限。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 2.2.有毒氣體有毒氣體在工業(yè)生產(chǎn)過程中使用或產(chǎn)生的對人體有害，能引起慢性或急性中毒的氣體或蒸汽稱為有毒氣體。我國工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中列有有毒物質(zhì)共計111種，其中絕大部分為氣體或蒸汽。我國現(xiàn)已制定出毒物毒性分級標(biāo)準(zhǔn)和毒物管理分級標(biāo)準(zhǔn)，有毒氣體方面的規(guī)定與表5-1所列的有毒氣體及參數(shù)規(guī)定相似，這里不做詳細(xì)敘述。需指出，表5-1中列出的32種可燃性氣體和19種有毒氣體，其中有13種重疊，即這13種氣體既是可燃性氣體又是有毒氣

9、體，因此在測量儀表的選用上要特別加以注意。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 在工業(yè)生產(chǎn)過程中進(jìn)行有毒氣體監(jiān)測時，是以有毒氣體濃度為檢測對象，并以有毒氣體的最高允許濃度為標(biāo)準(zhǔn)確定監(jiān)測與報警指標(biāo)的。所謂最高允許濃度，是指人員工作地點(diǎn)空氣中的有害物質(zhì)在長期分次有代表性的采樣測定中均不應(yīng)超過的濃度值，以確?，F(xiàn)場工作人員在經(jīng)常性的生產(chǎn)勞動中不致發(fā)生急性和慢性職業(yè)危害。我國采用最高允許濃度作為衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。除最高允許濃度（MAC）外，有毒氣體還有以TLV作為衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的。TLV即閾限值（ThresholdLimitValues），是指空氣中有毒物質(zhì)的濃度。在此濃度下，幾乎全體現(xiàn)場工作人員每日重復(fù)接觸不會產(chǎn)生有害影響

10、。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 有毒氣體的濃度單位一般不采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示，而是采用ppm值或mgm3來表示。ppm值是指一百萬份氣體總體積中，該氣體所占的體積分?jǐn)?shù)（ppm為非法定計量單位）。它使用相對濃度表示法，與體積分?jǐn)?shù)的換算關(guān)系為：ppm（體積分?jǐn)?shù)%）104。mgm3是氣體濃度的絕對表示法，是指1立方米氣體（空氣）中含該種氣體的毫克數(shù)。我國衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中的最高允許濃度是以mgm3為單位，兩種單位的換算關(guān)系為 45.24)ppm()m/mg(3M（5-3） 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 Mgpp45.24)m/m()m(3式中:為有毒氣體的相對分子質(zhì)量；24.45為常數(shù)，是25、101325Pa時

11、氣體的摩爾體積。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 .2可燃性氣體和有毒氣體的檢測原理可燃性氣體和有毒氣體的檢測原理1.1.可燃性氣體和有毒氣體的監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)可燃性氣體和有毒氣體的監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn) 為了保護(hù)環(huán)境，保障人的身體健康，保證安全生產(chǎn)和預(yù)防火災(zāi)爆炸事故發(fā)生，必須首先確知生產(chǎn)和生活環(huán)境中可燃性氣體的爆炸下限和有毒氣體的最高允許濃度的閾限值，以及氧氣的最低濃度閾限值，以便通過應(yīng)用各種類型的測量儀器、儀表對這些氣體進(jìn)行檢測。通過檢測了解生產(chǎn)環(huán)境的火災(zāi)危險程度和有毒氣體的惡劣程度，以便采取措施或通過自動監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)對生產(chǎn)、生活環(huán)境的監(jiān)控。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 ）可燃性氣體的監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn) 可燃

12、性氣體的監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)取決于可燃物質(zhì)的危險特性，且主要是由可燃性氣體的爆炸下限決定的。從監(jiān)測和控制兩方面的要求來看，監(jiān)測首先應(yīng)做到可燃性氣體與空氣混合物中可燃?xì)怏w的濃度達(dá)到閾限值時，給出報警或預(yù)警指示，以便采取相應(yīng)的措施，而其中規(guī)定的濃度閾值和可燃性氣體與空氣混合物的爆炸下限直接相關(guān)。一般取爆炸下限的10左右作為報警閾值，當(dāng)可燃性氣體的濃度繼續(xù)上升，一般達(dá)到其爆炸下限的2025時，監(jiān)控功能中的聯(lián)動控制裝置將產(chǎn)生動作，以免形成火災(zāi)及爆炸事故。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 2）有害氣體的監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn) 有害氣體即有毒氣體，其監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)由多種氣體的環(huán)境衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)來確定，這里的多種氣體是指氧氣及各種有害氣體。我國制定

13、的大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB309582）中規(guī)定了空氣污染物三級標(biāo)準(zhǔn)濃度限值。工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中列出了居住區(qū)大氣有害氣體的最高允許濃度值，以及工礦車間環(huán)境有害氣體的最高允許濃度值。此外，我國對煤礦井下環(huán)境也做了必要的規(guī)定。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 2.2.各類氣體測量儀表的工作原理各類氣體測量儀表的工作原理為了實現(xiàn)對可燃性氣體和多種有害氣體的測量和預(yù)防，采用各種氣體傳感器構(gòu)成的測量儀表品種繁多，其結(jié)構(gòu)原理、測定范圍、性能、操作使用等互不相同，無法一一分析。但是，從所用氣體傳感器的基本工作方式和原理來劃分，目前用于測量可燃?xì)怏w和多種氣體的儀器、儀表可歸納劃分成如下幾種主要類型。 第5章 環(huán)境

14、與災(zāi)害參數(shù)檢測 1）接觸（催化）燃燒式氣體傳感器 此類儀器是利用可燃性氣體在有足夠氧氣和一定高溫條件下發(fā)生催化燃燒（無焰燃燒），放出熱量，從而引起電阻變化的特性，達(dá)到對可燃性氣體濃度進(jìn)行測量的目的。這類可燃?xì)怏w測量儀器采用有代表性的氣體傳感材料：Pt絲催化劑（Pd、Pt、Al2O3、CuO），其具有體積小、質(zhì)量輕的特點(diǎn)。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 可燃性氣體（H2、CO和CH4等）與空氣中的氧接觸，發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生反應(yīng)熱（無焰接觸燃燒熱），使得作為敏感材料的鉑絲溫度升高，具有正的溫度系數(shù)的金屬鉑的電阻值相應(yīng)增加，并且在溫度不太高時，電阻率與溫度的關(guān)系具有良好的線性關(guān)系。一般情況下，空氣中可

15、燃性氣體的濃度都不太高（低于10），可以完全燃燒，其發(fā)熱量與可燃性氣體的濃度成正比。這樣，鉑電阻值的增大量就與可燃性氣體濃度成正比。因此，只要測定鉑絲的電阻變化值（R），就可以檢測到空氣中可燃性氣體的濃度。但是，使用單純的鉑絲線圈作為檢測元件，其使用壽命較短。所以實際應(yīng)用的檢測元件，都是在鉑絲線圈外面涂覆一層氧化物觸媒，以延長其壽命，提高其響應(yīng)特性。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 氣敏元件的結(jié)構(gòu)一般用直徑5060的高純（99.999）鉑絲，繞制成直徑約為0.5的線圈。為了使線圈具有適當(dāng)?shù)淖柚担?2）,一般應(yīng)繞10圈以上，在線圈外面涂以氧化鋁（或者由氧化鋁和氧化硅組成）的膏狀涂覆層，干燥后在一定溫

16、度下燒結(jié)成球狀多孔體。燒結(jié)后，放在貴金屬鉑、鈀等的鹽溶液中，充分浸漬后取出烘干，然后經(jīng)過高溫?zé)崽幚恚乖谘趸X載體上形成貴金屬接觸媒層，最后組裝成氣體敏感元件。除此之外，也可以將貴金屬觸媒粉體與氧化鋁等載體充分混合后配成膏狀，涂覆在鉑絲繞成的線圈上，直接燒成后使用。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 催化燃燒式氣體檢測原理及其電路如圖5-1所示。所用檢測元件有鉑絲催化型和載體催化型兩種。其中,鉑絲催化型元件沒有專門的催化外殼，是由鉑絲承擔(dān)三種工作的：鉑絲表面完成可燃?xì)怏w氧化催化功能，同時鉑絲又兼作加熱絲和測溫元件。而載體催化型元件由加熱芯絲和載體催化外殼組成，催化外殼對可燃?xì)怏w的氧化過程起催化作用，

17、加熱電流通過芯絲將催化外殼加熱到正常工作溫度，而芯絲又兼作電阻測溫元件來檢測催化外殼的溫度變化。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 圖5-1催化燃燒式氣體檢測原理及其電路 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 ）熱傳導(dǎo)式氣體傳感器 .氣體熱傳導(dǎo)式氣體傳感器氣體熱傳導(dǎo)式氣體傳感器 它是利用被測氣體的熱傳導(dǎo)率與鉑絲（發(fā)熱體）的熱傳導(dǎo)率之差所引起的溫度變化的特性測定氣體的濃度的。這類氣體傳感器主要用于測定氫氣（H2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、氮?dú)猓∟2）、氧氣（O2）等氣體的濃度，多制成攜帶式儀器。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 .固體熱傳導(dǎo)式氣體傳感器固體熱傳導(dǎo)式氣體傳感器 它是利用被測氣體的不同濃度

18、在金屬氧化物表面燃燒引起的電阻變化特性，來達(dá)到測定被測氣體濃度的目的的。這類儀器多制成攜帶式儀器，用于測定氫氣（H2）、一氧化碳（CO）、氨氣（NH3）等氣體的濃度，也可用于測定其他可燃性氣體的濃度。 熱傳導(dǎo)式氣體傳感器的測量儀器儀表的檢測電路原理與催化燃燒式的檢測電路原理相同，只是其中R1用熱傳導(dǎo)式元件。熱導(dǎo)式氣體濃度檢測方法的優(yōu)點(diǎn)是在測量范圍內(nèi)具有線性輸出，不存在催化元件中毒問題，工作溫度低，使用壽命長，防爆性能好。其缺點(diǎn)是背景氣要干擾測量結(jié)果（如二氧化碳、水蒸氣等），在環(huán)境溫度驟變時輸出也要受影響，在低濃度檢測時有效信號較弱。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 3）半導(dǎo)體式氣敏傳感器 半導(dǎo)體式

19、氣敏傳感器的品種也是很多的，其中金屬氧化物半導(dǎo)體材料制成的數(shù)量最多（占?xì)饷魝鞲衅鞯氖孜唬?，其特性和用途也各不相同。金屬氧化物半?dǎo)體材料主要有SnO2系列、ZnO系列及Fe2O3系列，由于它們的添加物質(zhì)各不相同，因此能檢測的氣體也不同。半導(dǎo)體氣敏傳感器適用于檢測低濃度的可燃性氣體及毒性氣體如CO、H2S、NOx及C2H5OH、CH4等碳?xì)錃怏w。其測量范圍為百萬分之幾到百萬分之幾千。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 圖5-2半導(dǎo)體氣敏傳感器的基本工作電路 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 半導(dǎo)體式氣敏傳感器的基本工作電路如圖5-2所示。負(fù)載電阻RL串聯(lián)在傳感器中，其兩端加工作電壓，加熱絲f兩端加上加熱電壓U

20、f。在潔凈空氣中，傳感器的電阻較大，在負(fù)載電阻上的輸出電壓較小；當(dāng)遇到待測氣體時，傳感器的電阻變得較小（N型半導(dǎo)體型氣敏傳感器檢測還原性氣體），則RL上的輸出電壓較大。氣敏傳感器主要用于報警器，超過規(guī)定濃度時，發(fā)出聲光報警。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 眾所周知，對于某些危害健康，引起窒息、中毒或容易燃燒爆炸的氣體，應(yīng)注意其含量為何值時達(dá)到危險程度，有的時候并不一定要求測出其含量的具體數(shù)值。在這種情況下，就需要一種氣敏元件，它可以及時提供報警，以便及早采取措施，保證生命和財產(chǎn)的安全。一般來說，半導(dǎo)體氣敏元件對氣體的選擇性比較差，并不適合精確地測定氣體成分，這種元件一般只能夠檢查某種氣體的存在與

21、否，卻不一定能夠精確地分辨出是哪一種氣體。盡管如此，這類元件在環(huán)境保護(hù)和安全監(jiān)督中仍然有極其重要的作用。為了說明其用途，以下代表性地列舉若干半導(dǎo)體氣敏元件。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 4 4）濕式電化學(xué)氣體傳感器）濕式電化學(xué)氣體傳感器 .恒電位電解式氣體傳感器恒電位電解式氣體傳感器 恒電位電解式氣體傳感器利用的是定電位電解法原理，其構(gòu)造是在電解池內(nèi)安置了三個電極，即工作電極、對電極和參比電極，并施加一定的極化電壓，以薄膜同外部隔開，被測氣體透過此膜到達(dá)工作電極，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而使傳感器有一輸出電流，該電流與被測氣體濃度呈正比關(guān)系。由于該傳感器具有三個電極，因此也稱為三端電化學(xué)傳感器。應(yīng)

22、用恒電位電解式氣體傳感器的結(jié)構(gòu)和測量電路如圖5-3所示。傳感器電極薄膜由三塊催化膜組成，在催化膜的外面覆蓋多孔透氣膜。測定不同的氣體，選擇不同的催化劑，并將電解電位控制為一定數(shù)值。其中，傳感器電極一般是采用外加電源的燃燒電池（也稱極譜電池），電解液用硫酸，一面使電極與電解質(zhì)溶液的界面保持一定電位，一面進(jìn)行電解，通過改變其設(shè)定電位，有選擇地使用氣體進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，從而在工作極間形成電流,以此電流可定量檢測氣體的濃度。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 圖5-3恒電位電解式氣體傳感器的結(jié)構(gòu)和測量電路第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 .燃料電池電解式氣體傳感器燃料電池電解式氣體傳感器 這類儀器的傳感器是利用被

23、測氣體可引起電流變化的特性來測定被測氣體的濃度的。這類儀器主要用于測定H2S、HCN、COCl2（二氯甲烷）、NO2、Cl2、SO2等氣體的濃度。目前，這類產(chǎn)品主要產(chǎn)自國外。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 .隔膜電池式氣體傳感器隔膜電池式氣體傳感器 隔膜電池式氣體傳感器又稱伽伐尼電池式氣體傳感器或原電池式氣體傳感器。這類測量儀器是利用伽伐尼電池與氧氣（O2）或被測氣體接觸產(chǎn)生電流的特性來測定氣體的濃度的，其構(gòu)造和基本測量電路如圖5-4所示。它由兩個電極、隔膜及電解液構(gòu)成。陽極是鉛（Pb），陰極是鉑（Pt）或銀（Ag）等貴金屬，電解池中充滿電解質(zhì)溶液（氫氧化鉀，KOH），在陰極上覆蓋有一層有機(jī)氟材

24、料薄膜（聚四氟乙烯薄膜）。被測氣體溶于電解液中，在電極上產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，從而在兩極間形成電位差，產(chǎn)生與被測氣體濃度成正比的電流。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 圖5-4隔膜電池式氣體傳感器的構(gòu)造及基本測量電路 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 .3可燃性氣體和有毒氣體的檢測儀表可燃性氣體和有毒氣體的檢測儀表 1.1.氣體檢測報警儀表的分類氣體檢測報警儀表的分類工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境所用氣體測量及報警儀表，可按其功能、檢測對象、檢測原理、使用方式、使用場所等分為以下幾類。(1）按其功能分類:有氣體檢測儀表、氣體報警儀表和氣體檢測報警儀表三種類型。 (2）按其檢測對象分類:有可燃性氣體檢測報警儀表、

25、有毒氣體檢測報警儀表和氧氣檢測報警儀表三種類型，或者將適于多種氣體檢測的通稱為多種氣體檢測報警儀表。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 (3）按其檢測原理分類:主要取決于所用氣體傳感器的基本工作原理，一般可燃?xì)怏w檢測有催化燃燒型、半導(dǎo)體型、熱導(dǎo)型和紅外線吸收型等；有毒氣體檢測有電化學(xué)型、半導(dǎo)體型等；氧氣檢測有電化學(xué)型等。 (4）按其使用方式分類:根據(jù)使用方式不同，氣體測量儀表一般分為攜帶式和固定式兩種類型。其中,固定式裝置多用于連續(xù)監(jiān)測報警;攜帶式多用于攜帶檢查泄漏和事故預(yù)測。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 (5）按其使用場所分類:根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，尤其是石油化工場所防爆安全的要求，氣體測量儀表有常規(guī)

26、型和防爆型之分。其中，防爆型多制成固定式，用在危險場所進(jìn)行連續(xù)安全監(jiān)測。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 2.2.常見的氣體檢測報警儀表常見的氣體檢測報警儀表1）煤氣報警控制器 當(dāng)廚房由于油煙污染或由于液化石油氣（或其他燃?xì)猓┬孤┻_(dá)到一定濃度時，它能自動開啟排風(fēng)扇，凈化空氣，防止事故的發(fā)生。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 圖5-5家用煤氣報警器電路 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 家用煤氣報警器電路如圖5-5所示，采用QMN10型氣敏傳感器，它對天然氣、煤氣、液化石油氣均有較高的靈敏度，并且對油煙也敏感。傳感器的加熱電壓直接由變壓器次級（6V）經(jīng)R12降壓提供。工件電壓由全波整流后，經(jīng)C1濾波及R1、V

27、D5穩(wěn)壓后提供。傳感器負(fù)載電阻由R2及R3組成（更換R3大小，可調(diào)節(jié)控制信號與待測氣體的濃度的關(guān)系）。R4、VD6、C2及C1組成開機(jī)延時電路，調(diào)整R4，使延時為60s左右（防止初始穩(wěn)定狀態(tài)誤動作）。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 當(dāng)達(dá)到報警濃度時，IC1的2腳為高電平，使IC4輸出為高電平，此信號使VT2導(dǎo)通，繼電器吸合（啟動排氣扇）。R5、C3組成排氣扇延遲停電電路，使IC4出現(xiàn)低電平并持續(xù)10s后才使繼電器釋放。另外，IC4輸出高電平使IC2、IC3組成的壓控振蕩器起振，其輸出使VT1導(dǎo)通時截止，則LED（紅）產(chǎn)生閃光報警信號。LED（綠）為工作指示燈。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 2）瓦

28、斯檢測儀 瓦斯檢測的方法主要有兩種：一是利用瓦斯氣體的光譜吸收檢測濃度；二是利用瓦斯?jié)舛群驼凵渎实年P(guān)系以及干涉法測折射率。 (1)單波長吸收比較型瓦斯傳感器。吸收法的基本原理均是基于光譜吸收，不同的物質(zhì)具有不同特征的吸收譜線。單波長吸收比較型屬吸收光譜型傳感器，根據(jù)的是Lambert定律： cL0e II式中I，I0為吸收后和吸收前的射線強(qiáng)度；為吸收系數(shù)；L為介質(zhì)厚度；c為介質(zhì)的濃度。從上式可以看出，根據(jù)透射和入射光強(qiáng)之比，可以得知?dú)怏w的濃度。單波長吸收比較型的原理圖見圖5-6。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 圖5-6單波長吸收比較型的原理圖 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 選擇合適波長的光源。脈沖

29、發(fā)生器使激光器發(fā)出脈沖光，或采用快速斬波器將連續(xù)光轉(zhuǎn)變成脈沖光(斬波頻率為數(shù)千赫茲)，經(jīng)透鏡耦合進(jìn)入光纖，并傳輸?shù)竭h(yuǎn)處放置的待測氣體吸收盒，由氣體吸收盒輸出的光經(jīng)接收光纖傳回。干涉濾光片選取瓦斯吸收率最強(qiáng)的譜線，由檢測器接收，經(jīng)鎖相放大器后送入計算機(jī)處理，根據(jù)強(qiáng)度的變化測量瓦斯?jié)舛取?第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 瓦斯的吸收波長為1.14m、1.16m、1.66m、2.37m和2.39m。由于水蒸氣在可見光波段具有強(qiáng)吸收，而瓦斯的強(qiáng)吸收也在此波段范圍內(nèi)，因此，為避免水蒸氣的光吸收對測量結(jié)果造成影響，激光器的波長范圍應(yīng)與瓦斯的二次諧振吸收譜線相符。而瓦斯的二次諧振吸收(1.61.7m)是微弱的，這

30、種傳感方式把氣體吸收盤輸出的光強(qiáng)度作為判斷瓦斯?jié)舛鹊呐袚?jù)，因而光源輸出強(qiáng)度的波動、光纖耦合效率的變化和外界擾動引起接收光強(qiáng)度的變化，都會使檢測結(jié)果產(chǎn)生誤差。用這種傳感方式對微弱信號進(jìn)行監(jiān)測，能有效地抑制高頻噪聲，但對一些低頻噪聲，其抑制能力較弱。此外，傳感頭對其他氣體的抗干擾能力也較弱。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 (2)干涉型光纖瓦斯傳感器。此類傳感器采用兩束光干涉的方法檢測氣室中折射率的變化，而折射率的變化直接與濃度有關(guān)。事實上，目前我國普遍使用的便攜式瓦斯檢測儀均是基于此原理。此類傳感器存在需經(jīng)常調(diào)校、易受其他氣體干涉的不足，其可靠性及穩(wěn)定性均較差。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 3）感煙

31、探測器 現(xiàn)代建筑必須有防災(zāi)報警裝置，火災(zāi)出現(xiàn)時往往伴隨著煙霧、火光、高溫及有害氣體。感煙探測器是很重要的一類探測器。下面分別介紹常見的3種感煙探測器：透射式感煙探測器、散射式感煙探測器和離子式感煙探測器。 （1）透射式感煙探測器是利用煙霧的顆粒性來進(jìn)行探測的,這是因為煙霧由微小的顆粒組成。在發(fā)光管和光敏元件之間，如果為純凈空氣，則完全透光；如果有煙霧，則接收的光強(qiáng)減少。這種方法適合于長距離的直線段自動監(jiān)測，稱為“線型探測器”。最好用半導(dǎo)體激光器發(fā)射脈沖光，這樣光線強(qiáng)，且體積小、壽命長。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 （2）散射式感煙探測器由發(fā)光管和光敏元件構(gòu)成，在兩者之間有遮擋屏，其結(jié)構(gòu)如圖5-

32、7所示。圖中虛線圓圈代表了金屬絲網(wǎng)或多孔板。 平時在純凈空氣中，因為有遮擋屏，光敏元件接收不到發(fā)光管的信號。但是空氣中含有煙霧時，煙霧的微粒對光有散射作用，光敏元件就接收到了信號，經(jīng)過放大后就可以驅(qū)動報警電路。為了避免環(huán)境可見光引起的錯誤報警，選用紅外光譜，或采取避光保護(hù)措施。通常用脈沖光，每35s有1個脈沖，每個脈沖的寬度是100s，這樣有利于環(huán)境的干擾。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 圖5-7散射式感煙探測器圖 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 圖5-8離子式感煙探測器 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 3.其他氣體檢測報警儀器其他氣體檢測報警儀器（1）光干涉式氣體測量儀器。這類儀器是利用被測氣體與新鮮

33、空氣的光干涉形成的光譜來測定某氣體的濃度的。該類儀器主要用于測定甲烷（CH4）、二氧化碳（CO2）、氫氣（H2）以及其他多種氣體的濃度。 （2）紅外線氣體分析儀。這類儀器利用選擇性檢測器測定氣樣中特定成分引起的紅外線吸收量的變化，從而求出氣樣中特定成分的濃度。該類儀器主要用于測定CO、CO2和CH4等氣體的濃度。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 （3）氣相色譜儀。這類儀器是在色譜柱內(nèi)，用載氣把氣體試樣展開，使氣體的各組分完全分離，對氣體進(jìn)行全面分析的儀器。該類儀器較笨重，只適于實驗室環(huán)境中使用。（4）氣體檢定管與多種氣體采樣器組合類型儀器。這類儀器中的檢定管是利用填充于玻璃管內(nèi)的指示劑與被測氣體起

34、反應(yīng)來測定各種被測氣體的濃度的。 這類檢測氣體的儀器結(jié)構(gòu)簡單，使用方便、迅速，具有相當(dāng)高的靈敏度，一般制成攜帶式，最適于在各種環(huán)境中現(xiàn)場采集、測定CO、H2S、NO、NO2、NH3、CO2以及烷烴、烯烴、苯、酮等多種有機(jī)化合物氣體，應(yīng)用十分廣泛。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 5.2粉塵檢測粉塵檢測 .1粉塵的有關(guān)概念粉塵的有關(guān)概念1.1.粉塵的種類粉塵的種類在工業(yè)粉塵檢測過程中，常用到下列關(guān)于粉塵的術(shù)語。1）全塵 通常，將包括各種粒徑（即粉塵顆粒直徑）在內(nèi)的粉塵總和叫做全塵。對于工業(yè)生產(chǎn)，工業(yè)粉塵常指粒徑在1mm以下的所有粉塵。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 2）呼吸性粉塵 呼吸

35、性粉塵的粒徑大小各國尚無嚴(yán)格統(tǒng)一的規(guī)定。嚴(yán)格地講，能夠通過人的上呼吸道而進(jìn)入肺部的粉塵稱為呼吸性粉塵。一般認(rèn)為，粒徑在5以下的工業(yè)粉塵就是呼吸性粉塵。 3）爆炸性粉塵 對懸浮于空氣中，在一定濃度和有引爆源條件下，本身能夠發(fā)生爆炸或傳播爆炸的可燃固體微粒稱為爆炸性粉塵或可燃粉塵。典型的可燃粉塵有煤塵、易燃有機(jī)物粉塵、糧食粉塵等，它們的火災(zāi)危險性與工業(yè)生產(chǎn)安全密切相關(guān)。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 4）無爆炸性粉塵 經(jīng)過爆炸性鑒定，不能發(fā)生爆炸和傳播爆炸的粉塵叫做無爆炸性粉塵。例如，由于粒徑分布、濃度等不同，煤塵可能是爆炸性粉塵，也可能是無爆炸性粉塵。 5）惰性粉塵 能夠減弱或阻止有爆炸性粉塵爆炸

36、的粉塵叫做惰性粉塵，例如巖粉等。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 6）硅塵 含游離二氧化硅在10%以上的巖塵稱做硅塵。它的主要危害是有損人的健康。 7)游離粉塵 懸浮在空氣中，能形成粉塵云的粉塵叫做游離粉塵，也稱懸浮粉塵或浮游粉塵。 8）沉積粉塵 在平面上、周邊上、設(shè)備上、物料上能形成粉塵層的粉塵叫做沉積粉塵。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 2.2.粉塵的危害粉塵的危害1）可燃粉塵的火災(zāi)及爆炸危害 可燃粉塵爆炸通常可分為兩個步驟，即初次爆炸和二次爆炸。當(dāng)粉塵懸浮于含有足以維持燃燒的氧氣的環(huán)境中，并有合適的點(diǎn)火源時，初次爆炸能在封閉的空間中發(fā)生。如果發(fā)生初次爆炸的裝置或空間是輕型結(jié)構(gòu)，則燃燒著的粉塵顆

37、粒產(chǎn)生的壓力足以摧毀該裝置或結(jié)構(gòu)，其爆炸效應(yīng)必然引起周圍環(huán)境的擾動，使那些原來沉積在地面上的粉塵彌散，形成粉塵云。該粉塵云被初始的點(diǎn)火源或初次爆炸的燃燒產(chǎn)物所引燃，由此產(chǎn)生的二次爆炸的膨脹效應(yīng)往往是災(zāi)難性的，壓力波能傳播到整個廠房而引起結(jié)構(gòu)物倒塌。由于此壓力效應(yīng)，粉塵爆炸的火焰能傳播到較遠(yuǎn)的地方，會把火焰蔓延到初次爆炸以外的地方。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 2）粉塵對人體的危害 粉塵對人體的危害是多方面的，但最突出的危害表現(xiàn)在肺部，粉塵引起的肺部疾患可分為三種情況。第一種是塵肺。這是主要的職業(yè)病之一，我國已將它列為法定職業(yè)病范疇。這種病是由于較長時間吸入較高濃度的生產(chǎn)性粉塵所致，引起以肺組織

38、纖維化為主要特征的全身性疾病。由于粉塵種類繁多，塵肺的種類也很多，主要有矽肺、石棉肺、滑石肺、云母肺、煤肺、煤矽肺、炭素塵肺等。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 第二種是肺部粉塵沉著癥，它是由于吸入某些金屬性粉塵或其他粉塵而引起粉塵沉著于肺組織，從而呈現(xiàn)異物反應(yīng)，其危害比塵肺小。 第三種是粉塵引起的肺部病變反應(yīng)和過敏性疾病。這類疾病主要是由有機(jī)粉塵引起的，如棉塵、麻塵、皮毛粉塵、木塵等。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 減輕粉塵對人體的危害關(guān)鍵在于防護(hù)。經(jīng)常注意防護(hù)，可以把危害降到最低限度，甚至可以完全控制和消除粉塵的危害。防塵應(yīng)采取綜合性措施，主要從以下幾個方面著手解決。 （1）加強(qiáng)組織領(lǐng)導(dǎo)，制定防

39、塵規(guī)章制度，設(shè)有專、兼職人員，從組織上給予保證。對從業(yè)人員應(yīng)作嚴(yán)格的健康檢查，凡有活動性肺內(nèi)外結(jié)核、各種呼吸道疾患（鼻炎、哮喘、支氣管擴(kuò)張、慢性支氣管炎、肺氣腫等），都不宜擔(dān)任接觸粉塵的工作。從事與粉塵接觸的工人，每年應(yīng)定期作體檢，如發(fā)現(xiàn)塵肺，則應(yīng)立即調(diào)動工作，積極治療。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 （2）逐步改革生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)設(shè)備，進(jìn)行濕式作業(yè)方式，減少粉塵的飛揚(yáng)。 （3）降低空氣中粉塵濃度，密封機(jī)械，防止粉塵外逸，采用通風(fēng)排氣裝置和空氣凈化除塵設(shè)備，使車間粉塵降低到國家職業(yè)接觸限值標(biāo)準(zhǔn)以下。 （4）加強(qiáng)個人衛(wèi)生防護(hù)，從事粉塵作業(yè)者應(yīng)穿戴工作服、工作帽，減少身體暴露部位。要根據(jù)粉塵的性質(zhì)，選

40、戴多種防塵口罩，以防止粉塵從呼吸道吸入，造成危害。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 .2粉塵的檢測方法粉塵的檢測方法 1.1.光學(xué)顯微鏡法光學(xué)顯微鏡法通過光學(xué)顯微鏡法可以測定微粒的尺寸、形狀以及數(shù)量。必要時可用電子顯微鏡測定更小的微粒尺寸。 在取樣沉積后，將微粒刷在碳質(zhì)透明塑料片或類似膠片上，通過光學(xué)顯微鏡進(jìn)行觀察。在觀測時，微粒的尺寸通常都按水平面的尺寸來考慮，如圖5-9所示。必要時可采用分別過篩的方法，對微粒進(jìn)行尺寸分類。微粒個數(shù)可以以單位面積內(nèi)的數(shù)量進(jìn)行估算。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 圖5-9微粒的測量(a）最大尺寸;(b）纖維測量的最大尺寸 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測

41、2.電集塵法電集塵法電集塵法屬于重量濃度法，其結(jié)構(gòu)如圖5-10所示。這是一種使氣體中的微粒子帶電后進(jìn)行捕捉的方法。含塵氣體通過具有高電位差的兩個電極間形成的強(qiáng)電場，利用電暈放電現(xiàn)象使氣體帶電的同時，也使粉塵帶電，從而粉塵可以附著在電極上。然后根據(jù)捕捉到的粉塵的質(zhì)量和流過集塵器的氣體體積，便可計算出被污染氣體中粉塵的濃度（g/m3或mg/m3）。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 圖5-10集塵電極的結(jié)構(gòu) 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 3.3.濾紙取樣法濾紙取樣法 濾紙取樣法的結(jié)構(gòu)如圖5-11所示。它利用帶狀濾紙對氣體進(jìn)行過濾的原理進(jìn)行工作。圖中，吸引泵以10L/min的吸引流量從吸引口吸引氣體，經(jīng)過勻

42、速移動的濾紙后，粉塵沉積在濾紙上。在光源的照射下，用光電管在下面檢測濾紙的透光量。透光量與沉積的粉塵量成反比。由此可算出粉塵是根據(jù)流量計的流量，便可得到被污染氣體的濃度，它屬于相對濃度。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 圖5-11濾紙帶空氣取樣法的結(jié)構(gòu)圖 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 4.4.掃描顯微鏡檢測法掃描顯微鏡檢測法 對于燃燒產(chǎn)生的微粒，特別是煤的微粒、油的飛沫或煤煙粉塵，可以利用定量電子顯微鏡分析儀按形狀和大小進(jìn)行分析。也可通過視像管攝像機(jī)進(jìn)行觀察。其具體分析過程是將被檢查的微粒樣品放在普通的顯微鏡載物玻璃片上，此時顯微鏡便可進(jìn)行正常的觀察。同時,利用電子顯微鏡分析儀檢測有關(guān)微粒數(shù)量、大小

43、、形狀等參數(shù)，通過計算機(jī)對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，便可以很快地得到有關(guān)微粒的數(shù)量、各種形狀、載距、面積以及在設(shè)定的尺寸上、下限范圍內(nèi)的統(tǒng)計分布。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 5.5.射線測塵原理射線測塵原理射線測塵儀表是利用核輻射原理工作的。它利用粉塵對射線的吸收作用，當(dāng)放射源產(chǎn)生的射線穿過含有粉塵的空氣時，一部分射線被粉塵吸收掉，一部分射線穿過被測物質(zhì)（含塵空氣）?？諝庵械姆蹓m含量越大，被吸收掉的射線量越大。射線的減少量與粉塵的濃度成正比關(guān)系。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 射線測塵儀的結(jié)構(gòu)如圖5-12所示。一般射線測塵儀由放射源、探測器、電信號轉(zhuǎn)換放大電路和顯示電路四個部分組成。放射源是儀表的特殊

44、部分，由放射性同位素制成，如射線放射源可用14。探測器的作用是檢測射線，將穿過被測物質(zhì)的射線接收并轉(zhuǎn)換成電信號輸出，即將射線強(qiáng)弱的變化以電信號的大小變化反映出來。常用的射線檢測管是蓋格計數(shù)管。由探測器輸出的信號再經(jīng)放大和一些特殊電路處理，由顯示部分指示出檢測值。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 圖5-12射線測塵儀結(jié)構(gòu) 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 6.6.光電測塵原理光電測塵原理 圖5-13所示為ACG-1型光電測塵儀的工作原理。ACG1型測塵儀由測量、采樣和延時電路等組成，其測量過程是：當(dāng)微動開關(guān)S1閉合時，光源1發(fā)光，經(jīng)過凸鏡2變?yōu)榻叫泄?，通過濾紙3照射到硅光電池4上，硅光電池輸出電流，由微

45、安表5讀出光電流大小。若含有粉塵的氣體通過濾紙3，濾紙上集聚了粉塵。經(jīng)過濾紙照射則硅光電池上的照度減弱，微安表的指示就減少，從而可根據(jù)測塵前后光電流的變化來反映粉塵濃度。顯然，只要配置合適的采樣器，由濾紙所集聚的即是呼吸性粉塵，就可得出呼吸性粉塵的濃度大小。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 圖5-13光電測塵儀原理 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 在實際應(yīng)用條件下，可以獲得硅光電池的輸出電流和光通量成線性關(guān)系，即 I= （5-6） 式中:為比例因子。 1KLC0e（5-7） 式中:0、為光通過含塵氣體前、后的光通量；L為含塵氣體的厚度；K為含塵氣體的減光系數(shù)；C1為單位厚度含塵氣體中的塵重。 第5章

46、環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 若以CLC1表示整個被測區(qū)內(nèi)的塵重，則 KC0e（5-8） 由此得 0lnK1C （5-9） 顯然，只要知道粉塵的減光系數(shù)K和通過濾紙吸塵前、后的0與，就能求出一定體積（其大小由Qt確定，其中:Q為采樣流量；t為取樣時間）的含粉塵氣體內(nèi)粉塵的質(zhì)量；/就是單位體積含塵氣體內(nèi)的粉塵濃度，記為mg/3。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 5.3噪聲及其檢測噪聲及其檢測 5.3.1噪聲的量度參數(shù)噪聲的量度參數(shù)1.聲壓和聲壓級聲壓和聲壓級聲壓是指有聲波時介質(zhì)的壓強(qiáng)對其靜壓力的變化量，是一個周期量。通常以均方根值來衡量其大小并用p來表示，單位為Pa（帕）。正常人耳剛剛能聽到的1000Hz聲音

47、的聲壓為210-5Pa，稱為聽閾聲壓，并規(guī)定作為聲音或噪聲的參考聲壓，用P0表示。聲壓級LP，并定義為 )dB(PP20lg0pL（5-11） 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 2.2.聲強(qiáng)和聲強(qiáng)級聲強(qiáng)和聲強(qiáng)級由于聲音也是一種能量，因而也可以用能量來表示其強(qiáng)弱。聲場中某一點(diǎn)在指定方向的聲強(qiáng)，就是在單位時間內(nèi)通過該點(diǎn)并與指定方向垂直的單位面積上的聲能，并以I表示。其單位為瓦/米（W/m2）。與聲壓相類似，定義聲強(qiáng)級也需規(guī)定參考聲強(qiáng)，通常取為10-12W/m2，并用I0表示，故聲強(qiáng)級L定義為： )dB(20lgL0III（5-12） 聲壓級是相對量，沒有量綱，在聲學(xué)中用“級”來表示相對量。 第5章 環(huán)境

48、與災(zāi)害參數(shù)檢測 3.3.聲功率和聲功率級聲功率和聲功率級聲功率是聲源在單位時間內(nèi)發(fā)射出總能量，用W表示，其單位為瓦（W）。通常參考聲功率W0取為10-12W，聲功率級Lw定義為： )dB(20lgL0wWW（5-13） 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 4.4.噪聲的頻譜噪聲的頻譜聲音的高低主要與頻率有關(guān)。如音樂中的音調(diào)，分為C、D、E、F、G、A、B，其中C調(diào)最低，頻率為250Hz，B調(diào)最高，其頻率為480Hz。而噪聲的頻率成分比這些單一頻率的樂音的頻率成分要復(fù)雜得多，且各頻率成分之間還可能產(chǎn)生疊加、調(diào)制或卷積等關(guān)系。因而在對所測得的噪聲進(jìn)行頻譜分析時，多是將其頻譜按一定規(guī)律分為若干頻帶，然后分析

49、各個頻帶對應(yīng)的聲壓級。得到各頻帶噪聲的聲壓級稱為頻帶聲壓級。因此，在研究頻帶聲壓級時必須指明頻帶的寬度和參考聲壓值。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 通常各頻帶的寬度多按倍頻程和1/3倍頻程來劃分，現(xiàn)簡要說明。每個頻帶的上限頻率為fc2，下限頻率為fc1，故頻帶的帶寬B=fc2-fcl，頻帶的中心頻率。并規(guī)定其上限頻率與下限頻率之間的關(guān)系為fc2=22fcl。根據(jù)上述條件可以導(dǎo)出條帶寬與中心頻率的關(guān)系為： c2c10fff常數(shù)2n2n022fB（5-14） 若式（5-14）中，當(dāng)n=1時（B/f0=0.71）稱為倍頻程，當(dāng)n=1/3時（B/f0=0.23），稱為1/3倍頻程。若采用1/3倍頻程時，

50、每確定一個中心頻率f0便可以得到相應(yīng)的帶寬。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 .2噪聲的主觀評價噪聲的主觀評價人類的聽覺是很復(fù)雜的，具有多種屬性，其中包括區(qū)分聲音的高低和強(qiáng)弱兩種屬性。聽覺區(qū)分聲音的高低，用音調(diào)來表示，它主要依賴于聲音的頻率，但也與聲壓和波形有關(guān)；聽覺判別聲音的強(qiáng)弱用響度來表示，它主要靠聲壓，但也和頻率及波形有關(guān)。響度的單位為宋(sone)。頻率為1000Hz，聲壓比閾值聲壓大40dB的聲音響度定為1宋，并規(guī)定，在此基礎(chǔ)上聲音的聲壓級每增加10dB，響度增加1倍，即聲壓級40dB為1宋，50dB為2宋，60dB為3宋，其余類推。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 1.純音

51、的響度及響度級純音的響度及響度級當(dāng)兩個頻率不同而聲壓相同的純音分別作用于人耳時，感覺到它們并不一樣響。英國國家物理實驗室魯賓遜（Robinson）等人，經(jīng)過大量的試驗測得的純音的等響(度)曲線如圖514所示。它表明了正常的人耳對響度相同的純音所感受的聲壓級與頻率的關(guān)系。這些曲線充分顯示出，同樣響度不同頻率的純音具有不同聲壓級。 同樣響度的聲音稱為具有同等的響度級。一個聲音響度級就是以與該聲音處于同一條等響曲線上的1000Hz純音對于210-5Pa的聲壓級的分貝n來表示的，并稱其響度級為n方(phon)。響度級是表示聲音強(qiáng)弱的主觀量，它把聲壓級和頻率一起考慮。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 以宋為

52、單位的響度，和以方為單位的響度級都是人耳對純音的主觀反應(yīng)，其兩者的關(guān)系如圖5-14所示。具體的表達(dá)式為 1040LN2N（5-15） 式中:LN為響度級（方）；N為響度（宋）。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 圖5-14等響曲線 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 2.2.頻率計權(quán)聲級頻率計權(quán)聲級頻率計權(quán)聲級可以用確定其總聲壓級的辦法較容易地測量出來，但此法既不能表示出頻率的分布情況，也沒有類似人耳對噪聲的那種感覺，尤其是用于環(huán)境噪聲試驗時更是如此。因而從等響曲線出發(fā)，設(shè)計某種電氣網(wǎng)絡(luò)對不同頻率的聲音信號進(jìn)行不同程度的衰減，使得儀器的讀數(shù)能近似地表達(dá)人耳對聲音的響應(yīng)，這種網(wǎng)絡(luò)稱為頻率計權(quán)網(wǎng)絡(luò)。 近年來，在

53、噪聲測量中多采用聲級，特別是用A聲級來表示噪聲的強(qiáng)弱。這種測量方法在比較具有相似頻譜的噪聲時頗為有效。但應(yīng)指出，若用聲級來確定寬帶噪聲的響度和響度級是不合適的。另外，在考察噪聲對人們的危害程度時，除了要分析噪聲的強(qiáng)度和頻率外，還要注意噪聲的作用時間，因為噪聲對人的危害程度與這三個因素均有關(guān)。為此，提出了等效連續(xù)聲級的概念。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 3.3.等效連續(xù)聲級等效連續(xù)聲級等效連續(xù)聲級是一個用來表達(dá)隨時間變化的噪聲的等效量，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 tPPTLd) t (110lgt00Aeq（5-16） 式中，T為總測量時間；PA（t）為A計權(quán)瞬時聲壓；P0為參考聲壓（20Pa）。可以看出，

54、等效連續(xù)聲級Leq與總的時間T有關(guān)。也就是說，人們在非連續(xù)噪聲的環(huán)境中，所處的時間越長，受到危害的程度也越大。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 表表5-2典型噪聲及其參數(shù)典型噪聲及其參數(shù) 噪聲 分貝 對應(yīng)能量 聲壓(N/m2) 典型環(huán)境示例 震耳欲聾的轟轟聲 120 110 100 1012 1011 1010 20 2 離噴氣式飛機(jī) 150m， 高音喇叭 5m 處 甚高聲 90 80 109 108 0.2 地下鐵道的火車內(nèi)、車間內(nèi)，繁忙的大街、例小汽車 7.5m 處 高聲 70 60 107 106 0.02 嘈鬧的辦公室、小汽車內(nèi)，大商店、最大音量的收音機(jī) 適中聲 50 40 105 104

55、 0.002 距離 1m 的一般談話，城市的屋內(nèi)、安靜的辦公室，農(nóng)村的房屋內(nèi) 輕聲 30 20 103 102 0.0002 公共圖書館、低聲的談話、紙的沙沙聲、耳語 極輕聲 10 0 101 1 0.00002 安靜的教堂、鄉(xiāng)村的寂夜、隔音室 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 .3噪聲測量常用儀器噪聲測量常用儀器1.1.聲級計聲級計聲級計是按照國際標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)，按照一定的頻率計權(quán)和時間計權(quán)測量聲壓級的儀器。它是聲學(xué)測量中最基本、最常用的儀器，適用于室內(nèi)噪聲、環(huán)境保護(hù)、機(jī)器噪聲、建筑噪聲等各種噪聲測量。 1）聲級計的分類 按精度來分：根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61672-2002，聲級計分

56、為1級和2級兩種。在參考條件下，1型聲級計的準(zhǔn)確度為0.7dB，2型聲級計的準(zhǔn)確度為1dB（不考慮測量不確定度）。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 按功能來分：測量指數(shù)時間計權(quán)聲級的通用聲級計、測量時間平均聲級的積分平均聲級計、測量聲暴露的積分聲級計（以前稱為噪聲暴露計）。另外，有的具有噪聲統(tǒng)計分析功能的稱為噪聲統(tǒng)計分析儀，具有采集功能的稱為噪聲采集器（記錄式聲級計），具有頻譜分析功能的稱為頻譜分析儀。按大小來分：臺式、便攜式、袖珍式。 按指示方式：模擬指示（電表、聲級燈）、數(shù)字指示、屏幕指示。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 2）聲級計的構(gòu)造及工作原理 圖5-15聲級計工作原理 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參

57、數(shù)檢測 .傳聲器傳聲器 傳聲器是把聲信號轉(zhuǎn)換成交流電信號的換能器。在聲級計中一般用電容式傳聲器測試傳聲器，它具有性能穩(wěn)定、動態(tài)范圍寬、頻響平直、體積小等特點(diǎn)。電容傳聲器由相互緊靠著的后極板和繃緊的金屬膜片組成，后極板和膜片在電氣上互相絕緣，構(gòu)成以空氣為介質(zhì)的電容器的兩個電極。兩電極上加有電壓（極化電壓200V或28V），電容器充電，并貯有電荷。當(dāng)聲波作用在膜片上時，膜片發(fā)生振動，使膜片與后極板之間的距離發(fā)生變化，電容也變化，于是就產(chǎn)生一個與聲波成比例的交變電壓信號，送到后面的前置放大器。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 電容傳聲器的靈敏度有三種：自由場靈敏度、聲壓靈敏度和擴(kuò)散場靈敏度。自由場是指聲

58、場中只有直達(dá)聲波而沒有反射聲波的聲場。擴(kuò)散場是由聲波在一封閉空間內(nèi)多次漫反射而引起的，它滿足下列條件:空間各點(diǎn)聲能密度均勻;從各個方向到達(dá)某一點(diǎn)的聲能流的概率相同;各方向到某點(diǎn)的聲波相位是沒有規(guī)律的。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 傳聲器自由場靈敏度是傳聲器輸出端的開路電壓與傳聲器放入前該點(diǎn)自由場聲壓之比值。傳聲器聲壓靈敏度是傳聲器輸出端的開路電壓與作用在傳聲器膜片上的聲壓之比值。傳聲器擴(kuò)散場靈敏度是傳聲器輸出端的開路電壓與傳聲器未放入前該點(diǎn)擴(kuò)散場聲壓之比值。由于傳聲器放入聲場某一點(diǎn)，聲場產(chǎn)生散射作用，從而使實際作用在膜片上的聲壓比傳聲器放入前該點(diǎn)的聲壓大，高頻時比較明顯。與三種靈敏度相對應(yīng)，上

59、述自由場靈敏度平直的傳聲器叫自由場型（或聲場型）傳聲器，主要用于消聲室等自由場測試。它能比較真實地測量出傳聲器放入前該點(diǎn)原來的自由場聲壓，聲級計中就使用這種傳聲器。聲壓靈敏度平直的傳聲器叫聲壓型傳聲器，主要用于仿真耳等腔室內(nèi)使用。擴(kuò)散場靈敏度平直的叫擴(kuò)散場型傳聲器，用于擴(kuò)散場測量，有的國家規(guī)定聲級計用擴(kuò)散場型傳聲器。 第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 傳聲器靈敏度單位為VPa（或mVPa），并以1VPa為參考，叫靈敏度級。如1英寸(in,1in=2.54cm)電容傳聲器標(biāo)稱靈敏度為50mVPa，靈敏度級為-26dB。傳聲器出廠時均提供它的靈敏度級以及相對于-26dB的修正值K，以便聲級計內(nèi)部電校準(zhǔn)時

60、使用。 傳聲器的外形尺寸有1in（23.77mm）、in（2 12.7mm）、in（6.35mm）、in（3.175mm）等。外徑小，頻率范圍寬，能測高聲級，方向性好，但靈敏度低，現(xiàn)在用得最多的是，它的保護(hù)罩外徑為 13.2mm。 214181in21第5章 環(huán)境與災(zāi)害參數(shù)檢測 .前置放大器前置放大器 由于電容傳聲器電容量很小、內(nèi)阻很高，而后級衰減器和放大器阻抗不可能很高，因此中間需要加前置放大器進(jìn)行阻抗變換。前置放大器通常由場效應(yīng)管接成源極跟隨器，加上自舉電路，使其輸入電阻達(dá)到幾百兆歐以上，輸入電容小于3pF，甚至0.5pF。輸入電阻低影響低頻響應(yīng)，輸入電容大則降低傳聲器靈敏度。 第5章 環(huán)