《安全檢測監(jiān)控技術(shù)》整理資料

1安全檢測的意義、目的:eq\o\ac(○,1)確保設(shè)備的安全運行eq\o\ac(○,;2)預(yù)防和消除事故隱患eq\o\ac(○,3)避免事故發(fā)生2安全檢測與控制技術(shù):借助于儀器、儀表、傳感器、探測設(shè)備等工具迅速而準(zhǔn)確地了解生產(chǎn)系統(tǒng)及作業(yè)環(huán)境中危險因素與有毒有害因素的類型、危害程度、范圍及動態(tài)變化，對職業(yè)安全與衛(wèi)生狀態(tài)進行評價，對安全技術(shù)及設(shè)施進行監(jiān)督，對安全技術(shù)措施的效果進行檢測，提供可靠而準(zhǔn)確的信息，以改善勞動作業(yè)條件，改進生產(chǎn)工藝過程，控制系統(tǒng)或設(shè)備的事故發(fā)生。3安全檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢:新檢測方法與技術(shù)的研究應(yīng)用;實時在線安全檢測技術(shù);檢測與安全評價一體化4誤差:測量值與真值之間的差5真值:物理量在一定條件下客觀存在的量值6測量值:使用某一檢測設(shè)備對物理量進行測量時所得的量值7測量誤差的表示方法:1）絕對誤差測量值x與被測量的真值x0之間的代數(shù)差值Δx稱為測量值的絕對誤差2）相對誤差測量值的絕對誤差Δx與被測量真值x0的比值3）引用誤差它是測量值的絕對誤差Δx與儀表的滿量程L之比4）最大引用誤差在規(guī)定的工作條件下，當(dāng)被測量平穩(wěn)增加或減少時，在儀表全量程內(nèi)所測得的各示值的絕對誤差最大值的絕對值與滿量程L的比值，稱為儀表的最大引用誤差8研究誤差的目的:1)針對測試原理針對某一測試原理，分析測試過程中的誤差的類型和規(guī)律，提出消除或補償誤差的方法。2)針對測試儀分析測試儀器產(chǎn)生誤差的規(guī)律，提出消除或減少誤差的方法。3)針對數(shù)據(jù)處理方法研究正確的數(shù)據(jù)處理方法，合理計算所得結(jié)果，以便在一定條件下得到更接近真實的數(shù)據(jù)。9測量誤差的分類:1)按誤差出現(xiàn)的規(guī)律分類:1）系統(tǒng)誤差；2）隨機誤差；3）粗大誤差2)按誤差來源分類1）儀器誤差；2）理論誤差與方法誤差3）環(huán)境誤差；4）人員誤差3)按被測量隨時間變化的速度分類1）靜態(tài)誤差；2）動態(tài)誤差4)按使用條件分類1）基本誤差；2）附加誤差10系統(tǒng)誤差定義：被測量的數(shù)學(xué)期望（無限多次測量結(jié)果的平均）與真值之差。規(guī)律：按某一確定的規(guī)律變化，產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的因素很多，性質(zhì)各異。常見的變化規(guī)律有：不變的系統(tǒng)誤差線性變化的系統(tǒng)誤差周期性變化的系統(tǒng)誤差復(fù)雜規(guī)律變化的系統(tǒng)誤差11系統(tǒng)誤差變化規(guī)律:不變的系統(tǒng)誤差：在整個測量過程中，誤差的符號和大小都是固定不變的誤差。不變的系統(tǒng)誤差：在整個測量過程中，誤差的符號和大小都是固定不變的誤差。線性變化的系統(tǒng)誤差：誤差值隨時間的變化成比例地增大或減小的誤差。周期性變化的系統(tǒng)誤差：在整個測量過程中，誤差的大小和符號按周期性規(guī)律變化的誤差。復(fù)雜規(guī)律變化的系統(tǒng)誤差:在整個測量過程中，誤差值按確定的、復(fù)雜的規(guī)律變化。12系統(tǒng)誤差的發(fā)現(xiàn):不變的系統(tǒng)誤差的發(fā)現(xiàn)不能用增加測量次數(shù)的方法來發(fā)現(xiàn)，只有通過改變形成這種誤差的條件，再通過實驗對比才能發(fā)現(xiàn)變化的系統(tǒng)誤差的發(fā)現(xiàn)離差觀察法、馬爾可夫準(zhǔn)則、阿貝－赫梅特準(zhǔn)則13減小系統(tǒng)誤差的方法☆從產(chǎn)生誤差根源上采取措施減小系統(tǒng)誤差☆用修正的方法減小系統(tǒng)誤差☆減小不變系統(tǒng)誤差的方法(交換法、代替法)☆減小線性系統(tǒng)誤差的方法（對稱測量法）☆減小周期性系統(tǒng)誤差的方法（半周期法）減小不變系統(tǒng)誤差的方法：交換法：根據(jù)誤差產(chǎn)生的原因，將某些條件進行交換，以減小系統(tǒng)誤差。例如在等臂天平稱重，先將被測量放于左邊，標(biāo)準(zhǔn)砝碼放于右邊，調(diào)平衡后，將兩者交換位置，再調(diào)平衡，然后通過計算即可減少兩邊不等帶來的系統(tǒng)誤差。代替法：在測量裝置上對被測量測量后不改變測量條件，立即用一個標(biāo)準(zhǔn)量代被測量，放到測量裝置上進行測量，從而求出被測量于標(biāo)準(zhǔn)量的差值。減小線性系統(tǒng)誤差的方法：對稱測量法：被測量隨時間的變化線性增加時，若選定整個測量時間范圍內(nèi)的某時刻為中點，則對稱于此點的各對系統(tǒng)誤差算術(shù)平均值都相等。利用這一特點，可將測量在時間上對稱安排，取對稱點兩次讀數(shù)的算術(shù)平均值作為測量值。如要測量t=50s時的值，可以分別測量t＝45s和t=55s時的值，則有kt=50=(kt=45+kt=55)/2減小周期性系統(tǒng)誤差的方法：半周期法：相隔半個周期進行一次測量，取二次讀數(shù)的平均值，可有效減少周期性系統(tǒng)誤差。14隨機誤差定義：隨機誤差又稱偶然誤差，它是指在相同條件下多次重復(fù)測量同一被測參數(shù)時，測量誤差的大小與符號均無規(guī)律變化。特點：在同一條件下多次測量時，誤差的絕對值和符號以不可預(yù)測的規(guī)律隨機變化，表示測量結(jié)果的分散性的程度。產(chǎn)生的原因：測量儀器、元件、環(huán)境等隨機變化的因素造成消除方法：統(tǒng)計學(xué)的方法15粗大誤差定義明顯歪曲測量結(jié)果的誤差。特點測量結(jié)果與實際數(shù)據(jù)明顯不符合，與其他幾次測量結(jié)果的平均值明顯不符合。產(chǎn)生的原因測量者的主觀因素、測量條件意外地改變、突然受到強烈的環(huán)境因素干擾、操作不當(dāng)、測試系統(tǒng)故障、讀數(shù)錯誤、計算錯誤。消除方法數(shù)值濾波16線性測試系統(tǒng)特性：疊加原理、比例特性、微分和積分特性、頻率不變特性17靜態(tài)特性參數(shù)：1靈敏度2非線性度3回程誤差4精確度5分辨率6漂移7信噪比回程誤差：回程誤差在數(shù)值上用各校準(zhǔn)級中最大遲滯偏差△Hmax與滿量程理想輸出值YFS之比的百分率表示，即：分辨率：是指測量系統(tǒng)能檢測到的被測量的最小增量，表示方式有：漂移：指在一段時間內(nèi)，輸入信號保持不變的情況下，輸出量的變化量。漂移的種類很多，其中：溫漂：由于裝置內(nèi)部元件的發(fā)熱或環(huán)境溫度的變化引起的漂移。零點漂移（零漂）：若保持輸入為零時產(chǎn)生的漂移。信噪比：信號功率與噪聲功率之比，或信號電壓與噪聲電壓之比。18表示動態(tài)特性的指標(biāo)有：（1）頻域指標(biāo)：工作頻帶、幅頻特性、相頻特性等。時域指標(biāo)：時間常數(shù)，上升時間、響應(yīng)時間和超調(diào)量等。第三章1傳感器的定義能感受被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成2傳感器作用：敏感作用：感受被測量的變化，完成信號的拾取；轉(zhuǎn)換作用：完成信號的轉(zhuǎn)換，將信號轉(zhuǎn)換成容易處理的形式，一般是將非電量轉(zhuǎn)換成電量。3傳感器的分類：按被測量的類型分類：位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器；溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、流速傳感器；力傳感器、聲傳感器；光傳感器、感煙傳感器、濃度傳感器按原理分類：物理傳感器（物性型傳感器：熱電阻、熱電偶、壓電型傳感器、霍爾元件傳感器等；結(jié)構(gòu)型傳感器：可變電阻、可變電容）化學(xué)傳感器：利用電化學(xué)反應(yīng)原理，把無機和有機化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度等轉(zhuǎn)換為電信號。（離子選擇電極）生物傳感器:利用生物活性物質(zhì)選擇性的識別和測定生物化學(xué)物質(zhì)的傳感器4傳感器與基礎(chǔ)效應(yīng):光電效應(yīng)：物質(zhì)在光的作用下釋放電子的現(xiàn)象。電光效應(yīng)：物質(zhì)的光學(xué)特性受外電場影響而發(fā)生變化的現(xiàn)象統(tǒng)稱為電光效應(yīng)。磁光效應(yīng):置于外磁場中的物體，在光和外磁場的作用下，其光學(xué)特性（如吸光特性、折射率等）發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為磁光現(xiàn)象。電磁效應(yīng):置于磁場中的通電金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體所產(chǎn)生的種種物理現(xiàn)象，統(tǒng)稱為電磁效應(yīng)。主要包括：1）霍爾效應(yīng)：當(dāng)電流垂直于外磁場方向通過導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄片時，在薄片垂直于電流和磁場方向的兩側(cè)表面之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。2）磁阻效應(yīng)：當(dāng)通有電流的半導(dǎo)體或磁性金屬薄片置于與電流垂直或平行的外磁場中，由于磁場的作用力加長了載流子運動的路徑，使其電阻值隨外磁場增強而增大的現(xiàn)象。熱電效應(yīng):熱溫差效應(yīng)的俗稱，它是把溫差轉(zhuǎn)換成電的物理效應(yīng)。熱釋電效應(yīng):電石、水晶、等晶體受熱產(chǎn)生溫度變化時，其原子排列將發(fā)生變化，晶體自然極化，在其兩表面產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象。壓電效應(yīng):當(dāng)某些電介質(zhì)沿一定方向受外力作用而變形時，在其一定的兩個表面上產(chǎn)生異號電荷。電致伸縮效應(yīng):當(dāng)某些電介質(zhì)，置于電場中，將在一定方向產(chǎn)生變形。壓阻效應(yīng):半導(dǎo)體材料受到外力或應(yīng)力作用時，其電阻率發(fā)生變化。壓磁效應(yīng):磁致伸縮材料在外力作用下，引起內(nèi)部發(fā)生變形，產(chǎn)生應(yīng)力，同時使磁化強度和磁導(dǎo)率方生變化。5傳感器的發(fā)展趨勢:智能化、集成化、小型化、高精度、多功能化、新材料、新功能的開發(fā)、細(xì)微加工技術(shù)的發(fā)展6傳感器的主要性能參數(shù)靈敏度：（1）定義傳感器在穩(wěn)態(tài)下輸出變化量與輸入變化量之比為其靜態(tài)靈敏度。（2）表示方式對于一般情況，通常用其擬合直線的斜率來表示。對于非線性誤差較大的傳感器，則用dy/dx表示，或用某一較小輸入量區(qū)域內(nèi)的擬合直線斜率表示。（3）特點對于理想傳感器靈敏度為常數(shù)；傳感器的靈敏度通常隨被測量的增大而逐漸減??；同一變換原理的傳感器，其工作狀態(tài)的變化也可能使其靈敏度改變，如氣隙型電容式位移傳感器。線性度：理想的傳感器的輸出y與輸入x呈線性關(guān)系，即y=a1x，其中a1為傳感器的線性靈敏度或理論靈敏度。但一般情況下，傳感器的輸出輸入關(guān)系或多或少存有非線性關(guān)系。遲滯性：1）現(xiàn)象：傳感器在輸入量不斷增加（正行程）和不斷減?。ǚ葱谐蹋┑倪^程中，其輸出－輸入曲線不重合的現(xiàn)象。（2）一般規(guī)律：一般情況下，輸入不斷增加時的輸出要比輸入不斷減小時的輸出要小（3）原因：由于敏感元件材料的物理性質(zhì)和機械零件存在的缺陷所造成的。重復(fù)性：（1）現(xiàn)象:指傳感器在輸入按同一方向作全量程連續(xù)多次變動時，所得特性曲線不一致的程度。（2）性質(zhì):屬于隨機誤差。（3）原因:與產(chǎn)生遲滯的原因相同。穩(wěn)定性:1）定義:傳感器在較長時間工作下輸出量的變化，稱為傳感器長時間工作穩(wěn)定性，簡稱穩(wěn)定性。（2）原因:由于敏感元件和傳感器零件的特性，隨時間增長而產(chǎn)生的時效等所造成的。零漂:1）定義:傳感器在零輸入時，輸出的變化稱為零漂。（2）溫度漂移:指傳感器在外界溫度變化時輸出量的變化，一般用零點漂移和靈敏度漂移表示。（3）時間漂移:指在規(guī)定的時間內(nèi)，室溫不變得條件下，零輸出的變化。動態(tài)特性:（1）與頻率響應(yīng)特性有關(guān)的指標(biāo):頻帶:傳感器增益保持在一定值內(nèi)（即由所需測量精度確定的公差帶）的頻率范圍為傳感器的頻帶或通頻帶，對應(yīng)有上、下截止頻率。時間常數(shù)（一階傳感器）:如測溫傳感器，用時間常數(shù)表征其動態(tài)特性，其值小，頻帶越寬。固有頻率（二階傳感器）:如加速度傳感器，用其表示動態(tài)特性。（2）與階躍響應(yīng)有關(guān)的指標(biāo):時間常數(shù):近似于一階傳感器可用一階階躍響應(yīng)曲線由零上升到穩(wěn)態(tài)值的63.2％所需的時間作為時間常數(shù)。上升時間:輸出由某一值（如穩(wěn)態(tài)值的10％或5％）到達穩(wěn)定值的90％（或95％）所需要的時間。響應(yīng)時間:輸出達到穩(wěn)定值的95％或98％（由允許誤差范圍如±5％或±2％所決定）時所需要的時間，也稱為建立時間。超調(diào)量:輸出超過穩(wěn)定值的最大量。衰減度:瞬態(tài)過程中振蕩幅值衰減的速度7傳感器的選用原則靈敏度:選擇高靈敏度的優(yōu)點:靈敏度越高，意味傳感器感知的變化量越小，即被測量稍微的變化，傳感器就有較大的反應(yīng)。因此，檢測精度越高，要求傳感器的靈敏度就高。選擇高靈敏度帶來的問題（1）噪聲信號問題（2）非線性問題（3）方向性問題響應(yīng)特性:物性傳感器:利用光電效應(yīng)、壓電效應(yīng)等原理制作的傳感器，具有較寬的工作頻率范圍。結(jié)構(gòu)性傳感器:由于受結(jié)構(gòu)特性的影響，往往由于機械系統(tǒng)的慣性質(zhì)量的限制，其固有頻率較低。線性范圍:傳感器的線性特性:任何傳感器都不容易保證其絕對線性，在檢測時，在保證檢測精度的前提下，利用其近似線性區(qū)。選用原則:選用時必須考慮被測量的變化范圍，令其非線性誤差在允許的范圍內(nèi)。補償方法:在進行自動檢測的情況下，可利用微機系統(tǒng)，通過軟件對傳感器的輸出特性進行線性補償，往往可以使其線性范圍擴大。穩(wěn)定性影響傳感器穩(wěn)定性的環(huán)境因素:溫度、濕度、電磁干擾、振動、粉塵等。提高穩(wěn)定性的措施:1）選擇合適的傳感器2）定期檢修、更換和校準(zhǔn)3）采用抗干擾措施精確度精確度與經(jīng)濟性的關(guān)系；根據(jù)檢測的目的和要求正確選用測量方式傳感器的工作方式：接觸式、非接觸式、在線測量、近距離測量和遙測等。傳感器的工作條件：靜止測量、運動測量等。傳感器信號輸出形式：指針式、數(shù)字式、波形顯示、信號傳輸?shù)?。其他：?）結(jié)構(gòu)簡單（2）使用方便3）體積小4）價格便宜5）互換性好6）易于維修、維護第四章溫度檢測1溫標(biāo)：:是溫度的一種數(shù)值表示方法，并給出了溫度數(shù)值化的一套規(guī)則和方法，同時明確了溫度的測量單1）經(jīng)驗溫標(biāo)2）熱力學(xué)溫標(biāo)3）國際溫標(biāo)2溫度檢測的主要方法：1）接觸式測溫方法：使溫度敏感元件和被測溫度對象相接觸，當(dāng)被測溫度與感溫元件達到熱平衡時，溫度敏感元件與被測溫度對象的溫度相等。2）非接觸式測溫方法：應(yīng)用物體的熱輻射能量隨溫度的變化而變化的原理。3接觸式溫度檢測：熱膨脹式溫度計、熱電偶測溫、熱電阻測溫4熱膨脹式溫度計：熱膨脹式溫度計是利用液體、氣體或固體熱脹冷縮的性質(zhì)，即測溫敏感元件在受熱后尺寸或體積會發(fā)生變化，根據(jù)尺寸或體積的變化值得到溫度的變化值。1）玻璃管溫度計2）固體膨脹式溫度計3）壓力溫度計5、熱電效應(yīng)：把兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成閉合回路，如果把它們的兩個接點分別置于溫度不同的熱源中，則在該回路內(nèi)就會產(chǎn)生熱電勢。這種現(xiàn)象稱作熱電效應(yīng)或Seeback效應(yīng)。6熱電偶材料的性能要求（1）物理、化學(xué)穩(wěn)定性高；（2）互換性好；（3）電阻溫度系數(shù)小、電導(dǎo)率高、能產(chǎn)生較大的熱電勢，保證有足夠的靈敏度；（4）熱電勢與溫度要有線性關(guān)系；（5）耐高溫；（6）耐氧化；（7）抗腐蝕。7熱電偶的結(jié)構(gòu)組成：接線盒、保護套管、絕緣子、熱電極等8保護套管作用：保護熱電偶不受化學(xué)腐蝕和機械損傷。要求：耐高溫、耐腐蝕、不透氣，具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)。常用材質(zhì)：20＃碳鋼、不銹鋼（Cr25Ti,1Cr18Ni9Ti）、非金屬（剛玉管、高鋁管）9熱電偶的特點：①溫度測量范圍寬，可以測量-271～2800℃乃至更高的溫度。②性能穩(wěn)定、準(zhǔn)確可靠。在正確使用的情況下，熱電偶的性能是很穩(wěn)定的，其精度高，測量準(zhǔn)確可靠。③信號可以遠(yuǎn)傳和記錄。由于熱電偶能將溫度信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，因此可以遠(yuǎn)距離傳遞，也可以集中檢測和控制。④結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，其測量端能做得很小，可以用來測量“點”的溫度。又由于它的熱容量小，因此反應(yīng)速度很快。10熱電阻測溫原理根據(jù)物質(zhì)在溫度變化的時，本身電阻也隨著變化的特性來測量溫度。熱電阻的受熱部分（感溫元件）用細(xì)金屬絲均勻地雙繞在絕緣的骨架上，當(dāng)被測量介質(zhì)中有溫度梯度存在時，則所測得溫度是感溫元件所在介質(zhì)層中的平均溫度。優(yōu)點精確度高，不需冷端補償，尤其應(yīng)用于－200℃～＋500℃之間的溫度測量。低溫測量比熱電偶準(zhǔn)確。缺點不能進行高溫測量，體積大，具有熱惰性，連接導(dǎo)線隨環(huán)境溫度變化影響測量準(zhǔn)確度。11銅電阻優(yōu)點：價格便宜、制作容易、線性好。缺點：易于氧化，有滯后現(xiàn)象，不適宜快速變化的溫度測量。12鉑電阻優(yōu)點：能夠耐受較高的溫度，化學(xué)穩(wěn)定性好，容易提純、比電阻大。缺點：在高溫時容易被還原性氣體所破壞。13接觸測溫的誤差傳感器的傳熱誤差當(dāng)溫度傳感器插入被測介質(zhì)測溫時，管壁與管壁外的溫度都低于被測介質(zhì)的溫度，傳感器與管道連接處向管壁傳熱，其外露部分向空氣散熱，致使傳感器溫度降低，不能真實反映被測流體的溫度。傳熱誤差不能用提高儀表精確度來解決，而只能針對傳感器所處的傳熱狀況采取某些改善措施來減小。傳感器的動態(tài)誤差用接觸式測溫法測量快速變化的溫度時，由于受傳感器熱慣性的影響，其溫度變化跟不上被測溫度的變化，此時將產(chǎn)生動態(tài)誤差。為了減小動態(tài)誤差，可以減小傳感器的體積，減小熱容量；加快響應(yīng)速度；選用比熱小、導(dǎo)熱好的保護管材料；增大傳感器與被測介質(zhì)的接觸面積。14非接觸式溫度檢測缺點：傳感器必須經(jīng)得起被測溫度條件下各種氣氛的腐蝕、氧化、還原、振動等；小的被測對象插入測溫元件后會較大地歪曲溫度的原始分布；對于有些運動物體，幾乎無法用接觸式測溫；接觸式傳感器不能承受的高溫條件15紅外測溫技術(shù)紅外線是波長在0.76~1000μm之間的一種電磁波，按波長范圍分為近紅外線（0.76~3μm）、中紅外線（3~6μm）、遠(yuǎn)紅外線（6~15μm）、極遠(yuǎn)紅外線（15~1000μm）四類。紅外線輻射是自然界的一種最為廣泛存在的電磁波輻射，任何物體在常規(guī)環(huán)境下都會產(chǎn)生自身的分子和原子無規(guī)則的運動，并不停地輻射出熱紅外能量。分子和原子的運動越劇烈，輻射的能量越大；反之，輻射的能量越小。16黑體輻射特征黑體是指能對落在它上面的輻射能量全部吸收的物體。黑體輻射具有以下三個特征：1）任何溫度下，黑體的光譜輻射度Mλb(T)都隨波長連續(xù)變化，每條曲線只有一個極大值。2）隨著溫度的升高，與光譜輻射度Mλb(T)極大值對應(yīng)的波長減小。這表明隨著溫度的升高，黑體輻射中的短波長輻射所占比例增加。3）隨著溫度升高，黑體輻射曲線全面提高，即在任一指定波長λ處，與較高溫度相應(yīng)的光譜輻射度Mλb(T)也較大。17實際物體的紅外輻射規(guī)律黑體的輻射光譜和強弱，只與溫度及波長有關(guān)，與構(gòu)成黑體的材料無關(guān)。實際物體發(fā)射或吸收輻射的量值都低于在相同條件下黑體的相應(yīng)輻射量值。實際物體的輻射量除依賴于溫度和波長外，還與構(gòu)成該物體的材料性質(zhì)及表面狀態(tài)等因素有關(guān)。根據(jù)光譜發(fā)射率隨波長的變化形式，可把實際物體分為兩大類。光譜發(fā)射率與全發(fā)射率相等，并且是一個小于1的常數(shù)值的物體，叫做灰體；光譜發(fā)射率隨波長變化的物體叫做選擇性輻射體。18紅外輻射測溫儀利用紅外測溫儀測量物體的溫度，首先必須把物體發(fā)射的紅外輻射能量收集起來轉(zhuǎn)換成電信號，然后對電信號進行放大處理，并利用物體溫度與其輻射功率大小的對應(yīng)關(guān)系，顯示出物體溫度的測量結(jié)果。紅外測溫儀的基本結(jié)構(gòu)包括光學(xué)系統(tǒng)、紅外探測器、電信號放大及處理系統(tǒng)、結(jié)果顯示系統(tǒng)和其他附屬部分。光學(xué)系統(tǒng)：收集被測目標(biāo)發(fā)射的紅外輻射能量，并匯聚在紅外探測器的光敏面上；遮擋非被測目標(biāo)的輻射入射到探測器。紅外探測器：將接收到的目標(biāo)紅外輻射能量轉(zhuǎn)換成電信號輸出，主要包括熱探測器和光子探測器兩大類。電信號處理系統(tǒng)：放大探測器輸出的微弱電信號；抑制非目標(biāo)輻射的干擾噪聲和系統(tǒng)噪聲；線性化輸出處理；目標(biāo)表面發(fā)射率修正；環(huán)境溫度補償；A/D轉(zhuǎn)換，供計算機處理的通信接口等。顯示系統(tǒng)：目前幾乎都用數(shù)字顯示。19輻射測溫方法1）亮度測溫方法：某一被測體在溫度T、波長λ時的光譜輻射能量，等于黑體在同一波長下的光譜輻射能量。此時，黑體的溫度稱為該物體在該波長下的亮度溫度（簡稱亮溫）。物體的亮溫比真溫要低，測得亮溫后尚需校正。2）比色測溫法：黑體在波長λ1和λ2下的光譜輻射能量之比等于被測體在這兩個波長下的光譜輻射能量之比，此時黑體的溫度稱為被測體的比色溫度（簡稱色溫）。3）全輻射測溫法：當(dāng)某一被測體的全波長范圍的輻射總能量與黑體的全波長范圍的輻射總能量相等時，黑體的溫度就稱為該被測體的全輻射溫度。20輻射測溫儀表1）光學(xué)高溫計：當(dāng)被測物體輻射的單色亮度與光學(xué)高溫計內(nèi)燈絲的單色亮度相等時，兩者的溫度便是一致的，而燈絲的溫度可由流過它的電流的大小來確定。2）光電比色高溫計：利用被測對象兩個不同波長的輻射能量之比與其溫度之間的關(guān)系來實現(xiàn)輻射測量的。雙通道式光電比色高溫計的工作原理是：來自被測體的光穿過透鏡經(jīng)棱鏡分成兩束平行光。兩束光同時通過調(diào)制盤，然后再分別經(jīng)過濾光片后投射到兩個光敏元件上。由于兩個濾光片的波長不同，因此投射到兩個光敏元件上的是經(jīng)過調(diào)制了的兩束不同波長的光。它們在光敏元件上產(chǎn)生的電信號送入放大電路，經(jīng)計算后即顯示出被測物體的溫度。3）全輻射溫度計：將被測體的所有波長的能量全部接收下來，而不需要變?yōu)閱紊?。因此，全輻射式溫度計要求光敏元件對整個光譜的光都能較好的響應(yīng)。一般選用熱電堆或熱釋電器件。熱釋電器件近年來應(yīng)用較多，它的響應(yīng)速度快，有很寬的動態(tài)范圍，對光譜輻射的響應(yīng)幾乎與波長無關(guān)，直到遠(yuǎn)紅外波段靈敏度都相當(dāng)均勻。21基于彩色三基色理論的測溫技術(shù)使用輻射測溫技術(shù)得到的溫度準(zhǔn)確性，很大程度上受到被測物體發(fā)射率的影響。實際測溫中，往往要采用接觸式溫度測量技術(shù)測出被測物體的準(zhǔn)確溫度，再求出物體表面的發(fā)射率，故輻射測溫技術(shù)的應(yīng)用有很多不便之處。彩色三基色測溫技術(shù)，通過測量物體在可見光波段內(nèi)的輻射信息——顏色來反映被測物體的真實溫度，且不必對被測物體的表面發(fā)射率作任何假定，無須進行溫度標(biāo)定，具有廣泛的適應(yīng)性。22彩色三基色測溫原理對于具有連續(xù)輻射性質(zhì)的物體，其發(fā)射率在僅有0.4μm寬的可見光波段內(nèi)，可近似地看成一條直線。對于兩組光譜成分不同的光，只要三種光敏細(xì)胞對它們的刺激感覺相同，則主觀色彩感覺就相同。通過對物體三色系數(shù)的測量，運用最小二乘法求解，可計算出物體的溫度和發(fā)射率的數(shù)值。23光纖測溫技術(shù)1）功能型光纖溫度傳感器：由光纖本身感受被測物的溫度變化，引起傳輸光的相應(yīng)變化，據(jù)此確定被測目標(biāo)物體的溫度高低與位置。黑體輻射型：被測物體加熱光纖，使其熱點產(chǎn)生熱輻射在端部收集，根據(jù)輻射的光譜成分，確定高溫段的溫度和位置。屬于接觸式測溫，測溫范圍134~725℃。拉曼效應(yīng)型：利用光纖材料內(nèi)部分子相互作用調(diào)制光線的非線性散射，散射光的波長會在兩個方向上變化，輻射強度之比為熱力學(xué)溫度的函數(shù)，測定熱點溫度；測量光波傳輸時間，確定位置。2）非功能型光纖溫度傳感器液晶光纖溫度傳感器利用液晶的“熱色”效應(yīng)，溫度變化，液晶顏色變化，光的反射率也隨之變化，測量光強變化可知相應(yīng)溫度。測溫范圍-50~250℃之間。熒光光纖溫度傳感器熒光強度型：利用熒光材料的熒光強度隨溫度而變化的特性，測溫范圍-50~200℃之間。熒光余輝型：利用熒光強度的衰變速度隨溫度而變化的特性，測溫范圍-50~250℃之間。24光纖測溫技術(shù)的應(yīng)用對采用普通測溫儀表可能造成較大測量誤差，甚至無法正常工作的強電磁場范圍內(nèi)的目標(biāo)物體進行溫度測量，如金屬高頻熔煉、橡膠硫化的溫度等。高壓電器的溫度測量，如高壓變壓器繞組熱點、發(fā)電機、高壓開關(guān)的溫度測量。易燃易爆物的生產(chǎn)過程與設(shè)備的溫度測量，光纖傳感器本質(zhì)安全，不需要采用隔爆措施。連續(xù)測溫，如鋼水和鐵液在連軋和連鑄過程中的連續(xù)測溫。第五章1壓力是垂直地作用在單位面積上的力，即物理學(xué)中常稱得壓強2壓力的表示方法（1）絕對壓力被測介質(zhì)作用于物體表面上的全部壓力稱為絕對壓力，用符號pi表示。（2）大氣壓力由地球表面空氣質(zhì)量所形成的壓力，稱為大氣壓力，它隨地理緯度、海拔高度及氣象條件而變化，用符號p0表示。（3）表壓力絕對壓力與當(dāng)?shù)卮髿鈮褐罘Q為表壓力，用符號pg表示，pg=pi-p0。通常壓力測量儀表總是處于大氣之中，其測得的壓力值均是表壓力。（4）真空度（負(fù)壓）當(dāng)絕對壓力小于大氣壓力時，表壓力為負(fù)值（負(fù)壓力），其絕對值稱為真空度，用符號pV表示，pV=|pg|。（5）差壓（壓差）任意兩個壓力p1、p2之差稱為差壓（Δp），Δp=p1-p2。3壓力檢測的基本方法（1）重力平衡方法：這種方法利用一定高度的工作液體產(chǎn)生的重力或砝碼的重量與被測壓力相平衡的原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換為液柱高度或平衡砝碼的重量來測量。例如液柱式壓力計和活塞式壓力計。（2）彈性力平衡方法：利用彈性元件受壓力作用發(fā)生彈性變形而產(chǎn)生的彈性力與被測壓力相平衡的原理，將壓力轉(zhuǎn)換成位移，通過測量彈性元件位移變形的大小測出被測壓力。此類壓力計有多種類型，可以測量壓力、負(fù)壓、絕對壓力和壓差，應(yīng)用最為廣泛。（3）機械力平衡方法：這種方法是將被測壓力經(jīng)變換元件轉(zhuǎn)換成一個集中力，用外力與之平衡，通過測量平衡時的外力測得被測壓力。力平衡式儀表可以達到較高精度，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜。（4）物性測量方法：利用敏感元件在壓力的作用下，其某些物理特性發(fā)生與壓力成確定關(guān)系變化的原理，將被測壓力直接轉(zhuǎn)換為各種電量來測量。如應(yīng)變式、壓電式、電容式壓力傳感器等。4常用壓力檢測儀表：液柱式壓力計、彈性壓力計、力平衡式壓力計、壓力傳感器5壓力儀表的選擇壓力儀表的選擇應(yīng)本著經(jīng)濟合理的原則綜合考慮儀表類型、測量范圍和精度等方面。儀表類型應(yīng)根據(jù)被測介質(zhì)情況、現(xiàn)場環(huán)境及生產(chǎn)過程對儀表的要求，如信號是否需要遠(yuǎn)傳、控制、記錄或報警等，結(jié)合各類壓力儀表的特點選擇。儀表的量程要根據(jù)被測壓力的大小及其在測量過程中變化的情況來選取。在被測壓力較穩(wěn)定的情況下，其最高壓力值不應(yīng)超過儀表量程的2/3；若被測壓力波動較大，其最高壓力值應(yīng)低于儀表量程的1/2；為了保證實際測量的精度，被測壓力的最小值不應(yīng)低于儀表量程的1/3。儀表的精度應(yīng)根據(jù)工藝生產(chǎn)的要求在規(guī)定的精度等級中選擇確定。所選精度等級應(yīng)小于或至少等于工藝要求的儀表允許最大引用誤差。6壓力儀表的安裝（1）取壓管口應(yīng)與工質(zhì)流速方向垂直，與設(shè)備內(nèi)壁平齊，不應(yīng)有凸出物和毛刺。測點要選擇在其前后有足夠長的直管段的地方，以保證所測的是介質(zhì)的靜壓力。（2）防止儀表傳感器與高溫或有害的被測介質(zhì)直接接觸。（3）取壓口位置的確定。測氣體，一般位于管道上部；測蒸氣，應(yīng)位于管道的兩側(cè)偏上，可以保持管道內(nèi)有穩(wěn)定的冷凝液，同時防止管道底部的固體介質(zhì)進入管道和儀表；測液體，位于管道下部，可以讓液體內(nèi)析出的少量氣體順利返回，而不進入測量管和儀表。（4）取壓口與壓力表之間應(yīng)加裝隔離閥，以備檢修壓力表。（5）水平敷設(shè)的壓力信號導(dǎo)管應(yīng)有3%的坡度，以便排除導(dǎo)管內(nèi)積水。信號導(dǎo)管的長度一般不超過50m，一般內(nèi)徑為6~10mm，可以減少測量滯后。7壓力檢測儀表的校準(zhǔn)（1）靜態(tài)校準(zhǔn)校準(zhǔn)方法通常有兩種：一種是將被校表與標(biāo)準(zhǔn)表的示值在相同條件下進行比較；另一種是將被校表的示值與標(biāo)準(zhǔn)壓力比較。無論是壓力表還是壓力傳感器、變送器，均可采用上述兩種方法。一般在被校表的測量范圍內(nèi)，均勻地選擇至少5個以上的校驗點，其中應(yīng)包括起始點和終點。標(biāo)準(zhǔn)儀表的選擇原則是：標(biāo)準(zhǔn)表的允許絕對誤差應(yīng)小于被校表的允許絕對誤差的1/3～1/5，這樣可忽略標(biāo)準(zhǔn)表的誤差，將其示值作為真實壓力。采用此種校驗方法比較方便，所以實際校驗中應(yīng)用較多。將被校表示值與標(biāo)準(zhǔn)壓力比較的方法主要用于校驗0.2級以上的精密壓力表，亦可用于校驗各種工業(yè)用壓力表。動態(tài)校準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)周期性校準(zhǔn)、非穩(wěn)態(tài)校準(zhǔn)第六章1在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中，可燃性氣體或有毒氣體引起的工業(yè)事故主要有：由可燃性氣體引起的燃燒、爆炸事故；由有毒氣體引起的急性或慢性中毒事故；由于缺氧引起的缺氧窒息事故；2可燃性氣體和有毒氣體的性質(zhì)（1）可燃性氣體LEL：可燃性氣體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。UEL：能使火焰蔓延的最高濃度稱為該氣體或蒸汽的爆炸上限。（2）有毒氣體在工業(yè)生產(chǎn)過程中進行有毒氣體監(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。最高允許濃度是指人員工作地點空氣中的有害物質(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)危害有毒氣體的濃度有毒氣體的濃度單位一般采用ppm值或mg/m3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)。mg/m3是氣體濃度的絕對表示法，是指1立方米氣體中含該種氣體的毫克數(shù)3氣體檢測報警儀表的分類（1）按功能分類：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）按檢測對象分類：有可燃性氣體檢測報警儀表、有毒氣體檢測報警儀表和氧氣檢測報警儀表三類；（3）按檢測原理分類：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；氧氣檢測有電化學(xué)型等；（4）按使用方式分類：氣體測量儀表一般分為攜帶式和固定式兩種類型；（5）按使用場所分類：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)型和防爆型之分。4氣體傳感器必須滿足的條件（1）能夠檢測爆炸氣體的允許濃度、有害氣體的允許濃度和其他基準(zhǔn)設(shè)定濃度，并能及時給出報警、顯示和控制信號；（2）對被測氣體以外的共存氣體或物質(zhì)不敏感；（3）性能好，穩(wěn)定性好；（4）響應(yīng)迅速，重復(fù)性好；（5）維護方便，價格便宜等。第七章物位檢測1物位指存放在容器或工業(yè)設(shè)備中物質(zhì)的高度或位置，包括液位、界位及料位。2物位測量的目的（1）確定容器或貯罐中原料、半成品或成品的數(shù)量；（2）借助物位來反映連續(xù)生產(chǎn)過程正常與否，以便可靠控制生產(chǎn)。3常用物位傳感器玻璃液位計、差壓式液計、浮力式液計、電容式液計、超聲波物位計、（1）玻璃管液位計根據(jù)連通管原理，用玻璃管垂直安裝在與容器相通的兩根金屬管上，以顯示液體與容器內(nèi)的高度一樣。一般工作壓力不大于1.6MPa、溫度不高于400℃。雙色水位計，輔以光學(xué)系統(tǒng)，利用光從空氣進入蒸汽或水產(chǎn)生不同的折射，使汽水分界面顯示成紅、綠兩色的分界面。（2）玻璃板液位計玻璃板式液位計的工作壓力和溫度都大于玻璃管液位計，壓力可達5MPa，溫度可達400℃，最大規(guī)格1700mm。液位計上、下端安裝法蘭與容器相連構(gòu)成連通器，可直接觀察到容器內(nèi)液位的實際高度。在液位計上下閥門內(nèi)裝有安全鋼珠，當(dāng)玻璃板因故損壞時，鋼珠在容器內(nèi)壓力作用下自動密封，防止容器液體繼續(xù)外流。差壓式液位計用鋼管將差壓計正壓端接至被測液體底部，負(fù)壓端接至氣相，由兩者的差壓變化可反映出液位高度變化。超聲波物位計在容器底部或頂部安裝超聲波發(fā)射器和接收器，發(fā)射出的超聲波在相界面被反射，并由接收器接收，測出超聲波從發(fā)射到接收的時間差，便可測出液位高低。超聲波物位測量的優(yōu)點（1）與介質(zhì)不接觸，無可動部件，電子元件只以聲頻振動，振幅小，儀器壽命長；（2）超聲波傳播速度比較穩(wěn)定，光線、介質(zhì)粘度、濕度、介電常數(shù)、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率等對檢測幾乎無影響，因此適用于有毒、腐蝕性或高粘度等特殊場合的液位測量；（3）不僅可進行連續(xù)測量和定點測量，還能方便地遙測或遙控信號；（4）能測量高速運動或傾斜晃動的液體的液位，如置于汽車、飛機、輪船的容器中液位。第八章流量檢測1流量是指單位時間內(nèi)流過管道某截面流體的體積或質(zhì)量，前者稱為體積流量，后者稱為質(zhì)量流量2流體計量表或流量計，常見的有差壓式、容積式、速度式、質(zhì)量式流量計3流量計選型原則1）流量測量的安全可靠，首先是測量方式可靠，在正常生產(chǎn)或故障情況下都不致影響生產(chǎn)系統(tǒng)的安全。2）在保證儀表安全運行的基礎(chǔ)上，力求提高儀表的準(zhǔn)確性和節(jié)能性。3）正確地選擇儀表的規(guī)格第九章安全控制概述2安全控制技術(shù)的發(fā)展趨勢監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)集成化將被監(jiān)控對象按功能劃分為若干系統(tǒng)，每個系統(tǒng)分別監(jiān)控，所有監(jiān)控系統(tǒng)都與中心控制計算機連接，形成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)對生產(chǎn)系統(tǒng)全方位的安全監(jiān)控。預(yù)測型監(jiān)控控制計算機根據(jù)檢測結(jié)果，按照一定的預(yù)測模型進行計算，根據(jù)計算結(jié)果發(fā)出控制指令。3工業(yè)過程安全控制的方法（1）過程控制在現(xiàn)代化生產(chǎn)中，一些重要的工藝參數(shù)大都由變送器、工業(yè)儀表、計算機來測量和調(diào)節(jié)，以保證生產(chǎn)過程及產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。（2）應(yīng)急控制對工業(yè)災(zāi)害、危險源的可控性進行分析，選出一個或幾個能將工業(yè)災(zāi)害、危險源從事故臨界狀態(tài)復(fù)原到相對安全狀態(tài)的控制因素，以避免事故發(fā)生或?qū)⑹鹿实膫?、損失降至最小程度。（3）綜合安全控制系統(tǒng)從安全科學(xué)的整體觀點出發(fā)，綜合過程控制、安全狀態(tài)信息檢測、實時仿真、應(yīng)急控制、自診斷、專家決策等各項功能在內(nèi)的監(jiān)控系統(tǒng)。這種系統(tǒng)既能對生產(chǎn)工藝進行控制，又能在出現(xiàn)異常情況時及時給出預(yù)警信息，緊急情況下自動采取措施，避免事故的發(fā)生或?qū)⑹鹿饰：?、損失降到最低程度。4安全控制系統(tǒng)分類人工控制與自動控制5自動控制系統(tǒng)的組成由被控制對象、傳感器（或變送器）、控制器和執(zhí)行器等基本部件組成第十章開關(guān)信號的獲取1開關(guān)量變送器的工作過程如下：當(dāng)被測物理量在某一范圍內(nèi)變化時，變送器輸出一種狀態(tài)的信息；當(dāng)被測物理量達到某一值并繼續(xù)變化時，變送器輸出另一種狀態(tài)的信息。2開關(guān)量變送器輸出狀態(tài)的轉(zhuǎn)換方式有兩種：低值觸點——被測物理量較小時觸點閉合，被測量升高后觸點斷開；高值觸點——被測物理量較小時觸點斷開，被測量升高后觸點閉合。3變送器的死區(qū)是指變送器動作值和恢復(fù)值之間的差值。4開關(guān)量變送器的性能要求穩(wěn)定性：變送器的動作值和復(fù)位值在長期工作中均能保持在原來的整定值上?？煽啃裕涸谏a(chǎn)長期運行過程中應(yīng)處于待機狀態(tài)，一旦被測參數(shù)達到動作值，必須保證準(zhǔn)確動作。敏捷性：變送器兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)換的過程應(yīng)盡可能的短，而且在轉(zhuǎn)換過程中沒有波動。5微動開關(guān)（MicroSwitch）是一種施壓觸動的快速開關(guān)，又叫靈敏開關(guān)工作原理：外機械力通過傳動元件（如按鈕、按銷、杠桿、滾輪等）將力作用于動作簧片上，并將能量積聚到臨界點后，產(chǎn)生瞬時動作，使動作簧片末端的動觸點（常開觸頭）與定觸點（常閉觸頭）快速接通或斷開。當(dāng)傳動元件上的作用力移去后，動作簧片產(chǎn)生反向動作力。當(dāng)傳動元件反向行程達到簧片的動作臨界點后，瞬時完成反向動作。微動開關(guān)的觸點間距很小，具有動作行程短、按動力小、通斷迅速的特點。6壓力開關(guān)工作原理：當(dāng)被測壓力超過額定值時，彈性元件的自由端產(chǎn)生位移，直接或經(jīng)過比較后推動開關(guān)元件，改變開關(guān)元件的通斷狀態(tài)，達到控制被測壓力的目的。7金屬膨脹式溫度開關(guān)的工作原理：不同金屬隨著溫度變化的膨脹系數(shù)不一樣，雙金屬片由上層的黃銅或鋁和下層的銦鋼組成，前者的膨脹系數(shù)是后者的幾十倍。在正常溫度下銅片與彈簧片的觸點A與B的觸點是接通觸的，整個電路處在接通狀態(tài)。溫度升高時，主動層膨脹的比被動層多，雙金屬片向下彎曲，溫度升高到一定程度時，電路斷開。冷卻到一定程度雙金屬片復(fù)原，電路接通8氣體膨脹式溫度開關(guān)的工作原理：在封閉的溫包中裝有氣液共存的飽和蒸汽，通過毛細(xì)管，溫包和膜盒相連。當(dāng)溫度升高時，溫包內(nèi)的飽和蒸汽受熱膨脹，壓力增大，通過毛細(xì)管傳壓，使得膜盒脹大，從而推動杠桿克服彈簧的拉力逆時針轉(zhuǎn)動，當(dāng)溫度達到一定程度時，觸點閉合。當(dāng)溫度降低時，飽和氣體收縮，壓力降低，觸點斷開。9浮子式液位開關(guān)工作原理：浮球受液體浮力而隨液位上升或下降，在杠桿作用下臂端隨之?dāng)[動，從而驅(qū)動接線盒內(nèi)的微動開關(guān)開通或關(guān)閉的信號1/電極式液位開關(guān)工作原理：液位開關(guān)安裝在容器頂部