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

5.2粉塵檢測

5.3噪聲及其檢測

5.4泄漏檢測

5.5火災(zāi)參數(shù)檢測與自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)

5.1可燃性氣體和有毒氣體的檢測

5.1.1可燃性氣體和有毒氣體的性質(zhì)

1.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。在石油化工生產(chǎn)中，有關(guān)規(guī)則規(guī)定：表5－1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5－1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。

表5-1常見的可燃性氣體和有毒氣體

表5-1常見的可燃性氣體和有毒氣體

表5-1常見的可燃性氣體和有毒氣體

對生產(chǎn)環(huán)境常見的可燃性氣體進(jìn)行安全監(jiān)測時(shí)，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(bào)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?jǐn)?shù)表示，爆炸下限用LEL表示，即LowerExplosiveLimit的縮寫；爆炸上限用UEL表示，即UpperExplosiveLimit的縮寫。有些可燃性氣體測量報(bào)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LEL＝1.8%，若以1.8%作為100%，則有1LEL%相當(dāng)于0.018%丁烷。鏈烷烴類的爆炸下限可用下式估算：

LEL＝0.55×C0

（5-1）

式中，C0為可燃性氣體完全燃燒時(shí)的化學(xué)計(jì)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(shí)，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：

（5-2）

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。

2.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(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中列有有毒物質(zhì)共計(jì)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體，因此在測量儀表的選用上要特別加以注意。

在工業(yè)生產(chǎn)過程中進(jìn)行有毒氣體監(jiān)測時(shí)，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(bào)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(dòng)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。

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)（ppm為非法定計(jì)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。mg／m3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mg／m3為單位，兩種單位的換算關(guān)系為（5-3）式中:Ｍ為有毒氣體的相對分子質(zhì)量；24.45為常數(shù)，是25℃、101325Pa時(shí)氣體的摩爾體積。（5-4）

5.1.2可燃性氣體和有毒氣體的檢測原理

1.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(xiǎn)程度和有毒氣體的惡劣程度，以便采取措施或通過自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)、生活環(huán)境的監(jiān)控。

１）可燃性氣體的監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)可燃性氣體的監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)取決于可燃物質(zhì)的危險(xiǎn)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(shí)，給出報(bào)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(bào)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20％～25％時(shí)，監(jiān)控功能中的聯(lián)動(dòng)控制裝置將產(chǎn)生動(dòng)作，以免形成火災(zāi)及爆炸事故。

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。我國制定的《大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095—82）中規(guī)定了空氣污染物三級標(biāo)準(zhǔn)濃度限值?！豆I(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)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。

2.各類氣體測量儀表的工作原理為了實(shí)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。

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)。

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(shí)，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（ΔR），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(shí)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。氣敏元件的結(jié)構(gòu)一般用直徑50～60μｍ的高純（99.999％）鉑絲，繞制成直徑約為0.5ｍｍ的線圈。為了使線圈具有適當(dāng)?shù)淖柚担?～2Ω）,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?，使在氧化鋁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。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(shí)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，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。

圖5-1催化燃燒式氣體檢測原理及其電路

２）熱傳導(dǎo)式氣體傳感器

(1)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。

(2)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(shí)輸出也要受影響，在低濃度檢測時(shí)有效信號較弱。

3）半導(dǎo)體式氣敏傳感器半導(dǎo)體式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涮匦院陀猛疽哺鞑幌嗤?。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。圖5-2半導(dǎo)體氣敏傳感器的基本工作電路

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Uf。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??；當(dāng)遇到待測氣體時(shí)，傳感器的電阻變得較?。∟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(bào)警器，超過規(guī)定濃度時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警。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(shí)達(dá)到危險(xiǎn)程度，有的時(shí)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(shí)提供報(bào)警，以便及早采取措施，保證生命和財(cái)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。

4）濕式電化學(xué)氣體傳感器

(1)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(gè)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(gè)電極，因此也稱為三端電化學(xué)傳感器。應(yīng)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。

圖5-3恒電位電解式氣體傳感器的結(jié)構(gòu)和測量電路

(2)燃料電池電解式氣體傳感器燃料電池電解式氣體傳感器是利用被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。

(3)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(gè)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。

圖5-4隔膜電池式氣體傳感器的構(gòu)造及基本測量電路

5.1.3可燃性氣體和有毒氣體的檢測儀表

1.氣體檢測報(bào)警儀表的分類工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境所用氣體測量及報(bào)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(bào)警儀表和氣體檢測報(bào)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(bào)警儀表、有毒氣體檢測報(bào)警儀表和氧氣檢測報(bào)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(bào)警儀表。

(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(bào)警;攜帶式多用于攜帶檢查泄漏和事故預(yù)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)型和防爆型之分。其中，防爆型多制成固定式，用在危險(xiǎn)場所進(jìn)行連續(xù)安全監(jiān)測。

2.常見的氣體檢測報(bào)警儀表

1）煤氣報(bào)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(shí)，它能自動(dòng)開啟排風(fēng)扇，凈化空氣，防止事故的發(fā)生。

圖5-5家用煤氣報(bào)警器電路

家用煤氣報(bào)警器電路如圖5-5所示，采用QM—N10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、VD5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(shí)電路，調(diào)整R4，使延時(shí)為60s左右（防止初始穩(wěn)定狀態(tài)誤動(dòng)作）。當(dāng)達(dá)到報(bào)警濃度時(shí)，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(dòng)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(shí)截止，則LED（紅）產(chǎn)生閃光報(bào)警信號。LED（綠）為工作指示燈。

2）瓦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：

式中I，I0為吸收后和吸收前的射線強(qiáng)度；μ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。

(5-5)圖5-6單波長吸收比較型的原理圖

選擇合適波長的光源。脈沖發(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(jì)算機(jī)處理，根據(jù)強(qiáng)度的變化測量瓦斯?jié)舛取?/p>

瓦斯的吸收波長為1.14μm、1.16μm、1.66μm、2.37μm和2.39μm。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(1.6～1.7μm)是微弱的，這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(dòng)、光纖耦合效率的變化和外界擾動(dòng)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。

(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(shí)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。

3）感煙探測器現(xiàn)代建筑必須有防災(zāi)報(bào)警裝置，火災(zāi)出現(xiàn)時(shí)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?yàn)闊熿F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(dòng)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。

（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5-7所示。圖中虛線圓圈代表了金屬絲網(wǎng)或多孔板。

平時(shí)在純凈空氣中，因?yàn)橛姓趽跗?，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(shí)，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(dòng)報(bào)警電路。為了避免環(huán)境可見光引起的錯(cuò)誤報(bào)警，選用紅外光譜，或采取避光保護(hù)措施。通常用脈沖光，每3～5s有1個(gè)脈沖，每個(gè)脈沖的寬度是100μs，這樣有利于環(huán)境的干擾。

圖5-7散射式感煙探測器圖

圖5-8離子式感煙探測器

3.其他氣體檢測報(bào)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。（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(shí)驗(yàn)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。

5.2粉塵檢測

5.2.1粉塵的有關(guān)概念

1.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。

2）呼吸性粉塵呼吸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5μｍ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(xiǎn)性與工業(yè)生產(chǎn)安全密切相關(guān)。

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的粉塵叫做惰性粉塵，例如巖粉等。

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。

2.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?？煞譃閮蓚€(gè)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(shí)，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(dòng)，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(gè)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。

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(shí)間吸入較高濃度的生產(chǎn)性粉塵所致，引起以肺組織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。

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(gè)方面著手解決。（1）加強(qiáng)組織領(lǐng)導(dǎo)，制定防塵規(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(dòng)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(dòng)工作，積極治療。

（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(gè)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)，選戴多種防塵口罩，以防止粉塵從呼吸道吸入，造成危害。

5.2.2粉塵的檢測方法

1.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(shí)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(shí)，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(shí)可采用分別過篩的方法，對微粒進(jìn)行尺寸分類。微粒個(gè)數(shù)可以以單位面積內(nèi)的數(shù)量進(jìn)行估算。

圖5-9微粒的測量(a）最大尺寸;(b）纖維測量的最大尺寸

2.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(gè)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(shí)，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(jì)算出被污染氣體中粉塵的濃度（g/m3或mg/m3）。圖5-10集塵電極的結(jié)構(gòu)

3.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)過勻速移動(dòng)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(jì)的流量，便可得到被污染氣體的濃度，它屬于相對濃度。

圖5-11濾紙帶空氣取樣法的結(jié)構(gòu)圖

4.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(shí)顯微鏡便可進(jìn)行正常的觀察。同時(shí),利用電子顯微鏡分析儀檢測有關(guān)微粒數(shù)量、大小、形狀等參數(shù)，通過計(jì)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(jì)分布。

5.β射線測塵原理

β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β射線穿過含有粉塵的空氣時(shí)，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β射線量越大。β射線的減少量與粉塵的濃度成正比關(guān)系。

β射線測塵儀的結(jié)構(gòu)如圖5-12所示。一般β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(gè)部分組成。放射源是儀表的特殊部分，由放射性同位素制成，如β射線放射源可用14Ｃ。探測器的作用是檢測β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β射線檢測管是蓋格計(jì)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。

圖5-12

β射線測塵儀結(jié)構(gòu)

6.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。ACG－1型測塵儀由測量、采樣和延時(shí)電路等組成，其測量過程是：當(dāng)微動(dòng)開關(guān)S1閉合時(shí)，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。

圖5-13光電測塵儀原理

在實(shí)際應(yīng)用條件下，可以獲得硅光電池的輸出電流Ｉ和光通量φ成線性關(guān)系，即

I=αφ

（5-6）

式中:α為比例因子。（5-7）

式中:φ0、φ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。若以C＝LC1表示整個(gè)被測區(qū)內(nèi)的塵重，則

（5-8）

由此得

（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φ0與φ，就能求出一定體積Ｖ（其大小由Ｖ＝Qt確定，其中:Q為采樣流量；t為取樣時(shí)間）的含粉塵氣體內(nèi)粉塵的質(zhì)量Ｃ；Ｃ/Ｖ就是單位體積含塵氣體內(nèi)的粉塵濃度，記為mg/ｍ3。若將式(5-6)代入式（5-9），可得（5-10）

式中:Ｉ0、Ｉ為光通過含塵氣體前、后對應(yīng)的硅光電池輸出電流。因此，可根據(jù)測塵前、后光電流的變化來求得粉塵的濃度Ｃ（此時(shí)設(shè)Ｖ＝1）。在圖5-13中，為了使光源1在采樣前后保持亮度不變以減小測量過程中產(chǎn)生的誤差，設(shè)有硅光電池來監(jiān)測采樣前后光源的亮度（根據(jù)電表示值，調(diào)節(jié)主電路中光強(qiáng)電位器RP1，以確保亮度不變或?qū)χ甘局敌拚２蓸託怏w流量由流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，抽氣泵由微電機(jī)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)采樣體積達(dá)到一定值時(shí)，由延時(shí)開關(guān)自動(dòng)斷電，結(jié)束采樣。5.3噪聲及其檢測

5.3.1噪聲的量度參數(shù)

1.聲壓和聲壓級聲壓是指有聲波時(shí)介質(zhì)的壓強(qiáng)對其靜壓力的變化量，是一個(gè)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聲音的聲壓為2×10-5Pa，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（5-11）

2.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(shí)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LI定義為：

（5-12）

聲強(qiáng)級亦為無量綱的相對量。

3.聲功率和聲功率級聲功率是聲源在單位時(shí)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：

（5-13）

4.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(shí)，多是將其頻譜按一定規(guī)律分為若干頻帶，然后分析各個(gè)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(shí)必須指明頻帶的寬度和參考聲壓值。

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(gè)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：

（5-14）

若式（5-14）中，當(dāng)n=1時(shí)（B/f0=0.71）稱為倍頻程，當(dāng)n=1/3時(shí)（B/f0=0.23），稱為1/3倍頻程。若采用1/3倍頻程時(shí)，每確定一個(gè)中心頻率f0便可以得到相應(yīng)的帶寬。

5.3.2噪聲的主觀評價(jià)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。

1.純音的響度及響度級當(dāng)兩個(gè)頻率不同而聲壓相同的純音分別作用于人耳時(shí)，感覺到它們并不一樣響。英國國家物理實(shí)驗(yàn)室魯賓遜（Robinson）等人，經(jīng)過大量的試驗(yàn)測得的純音的等響(度)曲線如圖5－14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(gè)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2×10-5Pa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。以宋為單位的響度，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（5-15）

式中:LN為響度級（方）；N為響度（宋）。

圖5-14等響曲線

2.頻率計(jì)權(quán)聲級頻率計(jì)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(yàn)時(shí)更是如此。因而從等響曲線出發(fā)，設(shè)計(jì)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(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)。近年來，在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(shí)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(shí)，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(shí)間，因?yàn)樵肼晫θ说奈：Τ潭扰c這三個(gè)因素均有關(guān)。為此，提出了等效連續(xù)聲級的概念。

3.等效連續(xù)聲級等效連續(xù)聲級是一個(gè)用來表達(dá)隨時(shí)間變化的噪聲的等效量，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

（5-16）

式中，T為總測量時(shí)間；PA（t）為A計(jì)權(quán)瞬時(shí)聲壓；P0為參考聲壓（20μPa）?？梢钥闯觯刃нB續(xù)聲級Leq與總的時(shí)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(shí)間越長，受到危害的程度也越大。表5-2典型噪聲及其參數(shù)

5.3.3噪聲測量常用儀器

1.聲級計(jì)聲級計(jì)是按照國際標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)，按照一定的頻率計(jì)權(quán)和時(shí)間計(jì)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(jì)的分類按精度來分：根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61672-2002，聲級計(jì)分為1級和2級兩種。在參考條件下，1型聲級計(jì)的準(zhǔn)確度為±0.7dB，2型聲級計(jì)的準(zhǔn)確度為±1dB（不考慮測量不確定度）。

按功能來分：測量指數(shù)時(shí)間計(jì)權(quán)聲級的通用聲級計(jì)、測量時(shí)間平均聲級的積分平均聲級計(jì)、測量聲暴露的積分聲級計(jì)（以前稱為噪聲暴露計(jì)）。另外，有的具有噪聲統(tǒng)計(jì)分析功能的稱為噪聲統(tǒng)計(jì)分析儀，具有采集功能的稱為噪聲采集器（記錄式聲級計(jì)），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。

2）聲級計(jì)的構(gòu)造及工作原理

圖5-15聲級計(jì)工作原理

(1)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(jì)中一般用電容式傳聲器測試傳聲器，它具有性能穩(wěn)定、動(dòng)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(gè)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(shí)，膜片發(fā)生振動(dòng)，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(gè)與聲波成比例的交變電壓信號，送到后面的前置放大器。

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:①空間各點(diǎn)聲能密度均勻;②從各個(gè)方向到達(dá)某一點(diǎn)的聲能流的概率相同;③各方向到某點(diǎn)的聲波相位是沒有規(guī)律的。

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(shí)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(shí)比較明顯。與三種靈敏度相對應(yīng)，上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(shí)地測量出傳聲器放入前該點(diǎn)原來的自由場聲壓，聲級計(jì)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(jì)用擴(kuò)散場型傳聲器。

傳聲器靈敏度單位為V／Pa（或mV／Pa），并以1V／Pa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50mV／Pa，靈敏度級為-26dB。傳聲器出廠時(shí)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(jì)內(nèi)部電校準(zhǔn)時(shí)使用。傳聲器的外形尺寸有1in（Φ23.77

mm）、in（Φ212.7mm）、in（6.35mm）、in（Φ3.175mm）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Φ13.2mm。

(2)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。

(3)衰減器衰減器將大的信號衰減，以提高測量范圍。

(4)計(jì)權(quán)放大器計(jì)權(quán)放大器將微弱信號放大，按要求進(jìn)行頻率計(jì)權(quán)（頻率濾波）。聲級計(jì)中一般均有A計(jì)權(quán)放大器計(jì)權(quán)，另外也可有C計(jì)權(quán)或不計(jì)權(quán)（Zero，簡稱Z）及平直特性（F）。

(5)有效值檢波器有效值檢波器將交流信號檢波整流成直流信號，直流信號大小與交流信號有效值成比例。

(6)電表模擬指示器電表模擬指示器用來直接指示被測聲級的分貝數(shù)。

(7)A／D

A/D將模擬信號變換成數(shù)字信號，以便進(jìn)行數(shù)字指示或送CPU進(jìn)行計(jì)算、處理。

(8)數(shù)字指示器數(shù)字指示器以數(shù)字形式直接指示被測聲級的分貝數(shù)，使讀數(shù)更加直觀。數(shù)字顯示器件通常為液晶顯示（LCD）或發(fā)光二極管顯示（LED），前者耗電省，后者亮度高。采用數(shù)字指示的聲級計(jì)又稱為數(shù)顯聲級計(jì)，如AWA5633數(shù)顯聲級計(jì)。

(9)CPU微處理器（單片機(jī)）

CPU微處理器對測量值進(jìn)行計(jì)算、處理。

(10)電源電源一般是DC／DC，將供電電源（電池）進(jìn)行電壓變換及穩(wěn)壓后，供給各部分電路工作。

2.積分平均聲級計(jì)和積分聲級計(jì)(噪聲暴露計(jì))積分平均聲級計(jì)是一種直接顯示某一測量時(shí)間內(nèi)被測噪聲等效連續(xù)聲級(Leq)的儀器，通常由聲級計(jì)及內(nèi)置的單片計(jì)算機(jī)組成。單片機(jī)是一種大規(guī)模集成電路，可以按照事先編制的程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、處理，進(jìn)一步在顯示器上顯示。積分平均聲級計(jì)的性能應(yīng)符合IEC804和GB/T17181標(biāo)準(zhǔn)的要求。積分平均聲級計(jì)通常具有自動(dòng)量程衰減器，使量程的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)大到80～100dB，在測量過程中無需人工調(diào)節(jié)量程衰減器。積分平均聲級計(jì)可以預(yù)置時(shí)間，可設(shè)為10s、1min、5min、10min、1h、4h、8h等，當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)置時(shí)間時(shí)，測量會自動(dòng)中斷。積分平均聲級計(jì)除顯示Leq外，還能顯示聲暴露級LAE和測量經(jīng)歷時(shí)間，當(dāng)然它還可顯示瞬時(shí)聲級。聲暴露級LAE是在1s期間保持恒定的聲級，它與實(shí)際變化的噪聲在此期間內(nèi)具有相同的能量。聲暴露級用來評價(jià)單發(fā)噪聲事件，如飛機(jī)飛越以及轎車和卡車開過時(shí)的噪聲。知道了測量經(jīng)歷時(shí)間和此時(shí)間內(nèi)的等效連續(xù)聲級，就可以計(jì)算出聲暴露級。積分平均聲級計(jì)不僅測量出噪聲隨時(shí)間的平均值，即等效連續(xù)聲級，而且可以測出噪聲在空間分布不均勻的平均值。只要在需要測量的空間移動(dòng)積分平均聲級計(jì)，就可測量出隨地點(diǎn)變動(dòng)的噪聲的空間平均值。積分平均聲級計(jì)主要用于環(huán)境噪聲的測量和工廠噪聲測量，尤其適宜作為環(huán)境噪聲超標(biāo)排污收費(fèi)使用。典型產(chǎn)品有AWA5610B型和AWA5671型積分平均聲級計(jì)。它們還具有測量噪聲暴露量或噪聲劑量的功能，并可外接濾波器進(jìn)行頻譜分析。

作為個(gè)人使用的測量噪聲暴露量的儀器叫個(gè)人聲暴露計(jì)。另一種測量并指示噪聲劑量的儀器叫噪聲劑量計(jì)。噪聲劑量以規(guī)定的允許噪聲暴露量作為100%，如規(guī)定每天工作8h，噪聲標(biāo)準(zhǔn)為85dB，也就是噪聲暴露量為1Pa2·h，則以此為100％。對于其他噪聲暴露量，可以計(jì)算相應(yīng)的噪聲劑量值。但是各國的噪聲允許標(biāo)準(zhǔn)不同,而且還會修改，如美國、加拿大等國家暴露時(shí)間減半，允許噪聲聲級增加5dB，而我國及其他大多數(shù)國家僅允許增加3dB。因此，不同國家、不同時(shí)期所指的噪聲劑量不能互相比較。個(gè)人聲暴露計(jì)主要用在勞動(dòng)衛(wèi)生、職業(yè)病防治所和工廠、企業(yè)對職工作業(yè)場所的噪聲進(jìn)行監(jiān)測。典型產(chǎn)品是AWA5911型個(gè)人聲暴露計(jì)，它的體積僅為一支鋼筆大小，可插在上衣口袋內(nèi)進(jìn)行測量，可以直接顯示聲暴露量、噪聲劑量以及瞬時(shí)聲級、等效聲級和暴露時(shí)間等。

3.噪聲統(tǒng)計(jì)分析儀噪聲統(tǒng)計(jì)分析儀是用來測量噪聲級的統(tǒng)計(jì)分布，并直接指示累計(jì)百分聲級LN的一種噪聲測量儀器，它還能測量并用數(shù)字顯示A聲級、等效連續(xù)聲級Leq，以及用數(shù)字或百分?jǐn)?shù)顯示聲級的概率分布和累計(jì)分布。它由聲級測量及計(jì)算處理兩大部分構(gòu)成，計(jì)算處理由單片機(jī)完成。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，尤其是大規(guī)模集成電路的發(fā)展，噪聲統(tǒng)計(jì)分析儀的功能越來越強(qiáng)，使用也越來越方便，國產(chǎn)的噪聲統(tǒng)計(jì)分析儀已完全能滿足環(huán)境噪聲自動(dòng)監(jiān)測的需要?，F(xiàn)以AWA6218B型噪聲統(tǒng)計(jì)分析儀為例進(jìn)行介紹。

AWA6218B型噪聲統(tǒng)計(jì)分析儀是一種內(nèi)裝單片機(jī)(電腦)的智能化儀器，其最大優(yōu)點(diǎn)是采用120×32點(diǎn)陣式LCD，既可顯示數(shù)據(jù)也可顯示圖表，既有數(shù)字顯示又有動(dòng)態(tài)條圖顯示瞬時(shí)聲級，而且可以同時(shí)顯示8組數(shù)據(jù)?？梢灾苯语@示Lp，Leq，Lmax，Lmin，L5，L10，L50，L90，L95，SD，T，LAE，E，Ld，Ln，Ldn16個(gè)測量值以及組號，可以設(shè)定11種測量時(shí)間，從手動(dòng)、l0s~24h。既可進(jìn)行常規(guī)單次測量，也可進(jìn)行24h自動(dòng)監(jiān)測，每小時(shí)測量一次，每次測量時(shí)間可以設(shè)定。儀器內(nèi)部有日歷、時(shí)鐘，關(guān)機(jī)后時(shí)鐘仍在繼續(xù)走動(dòng)，因此不需每次開機(jī)后進(jìn)行調(diào)整。

該儀器還具有儲存495組或24h測量數(shù)據(jù)的功能，平時(shí)只需將主機(jī)(僅0．5kg重)帶至現(xiàn)場測量，測量結(jié)束后，數(shù)據(jù)自動(dòng)儲存在機(jī)內(nèi)，將主機(jī)帶回辦公室接上打印機(jī)打印或送微型計(jì)算機(jī)進(jìn)一步處理并存盤，儲存數(shù)據(jù)可靠，不會丟失。所儲數(shù)據(jù)還可以通過調(diào)閱開關(guān)調(diào)閱任一組，并將其單獨(dú)打印出來。如發(fā)現(xiàn)該組數(shù)據(jù)不正常，也可通過刪除鍵將其刪除，補(bǔ)測一組數(shù)據(jù)替代。所配UP40TS打印機(jī)既可僅僅打印數(shù)據(jù)，也可既打印數(shù)據(jù)又打印統(tǒng)計(jì)分布圖、累計(jì)分布圖或24h分布圖。5.3.4噪聲測量中的若干問題目前噪聲檢測主要用于:檢測噪聲是否符合有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，對特定噪聲進(jìn)行處理分析，提取有關(guān)特征信息，了解聲源特性等。檢測噪聲是否符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，主要用于故障診斷與控制。了解聲源特性需要進(jìn)行聲功率（聲源在單位時(shí)間內(nèi)輻射的總能量）測量，范圍較寬。目前噪聲檢測主要采用A聲級和倍頻程噪聲頻譜。若需較詳細(xì)地分析噪聲成分，尚需測定1/3倍頻程頻譜。測量環(huán)境對噪聲測量的影響很大，因?yàn)橄嗤穆曉丛诓煌沫h(huán)境中所形成的聲場的區(qū)別很大，有的甚至是完全不一樣的。

在現(xiàn)場測量噪聲（包括測室外環(huán)境噪聲），由于聲源多，房間大小有一定限度，周圍有很多反射面，為了減小其他噪聲源發(fā)射的聲波及反射波的干擾，傳聲器應(yīng)當(dāng)接近機(jī)器的聲輻射面。因而多采用近聲場測量法，通常是將傳聲器置于距機(jī)器1m、距地面1.5m的地方來測量噪聲。注意傳聲器不應(yīng)過分地靠近聲源，因?yàn)榭柯曉刺幍穆晥鐾环€(wěn)定。如果機(jī)器不是均勻地向各方向輻射噪聲，則應(yīng)在圍繞機(jī)器的外表而相距1m且與地面相距1.5m的幾個(gè)不同位置上多測量幾點(diǎn)，找出其中A聲級最大的一點(diǎn)作為評價(jià)該機(jī)器噪聲的主要依據(jù)。同時(shí),還應(yīng)測出至少5點(diǎn)的A聲級和頻譜，作為評價(jià)參考。必要時(shí)尚需作出機(jī)器在各個(gè)方向上的噪聲級分布圖。

在測量噪聲時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡可能避免本底噪聲（背景噪聲）對測量的影響。所謂本底噪聲，就是指被測定的噪聲源停止發(fā)聲時(shí)其周圍環(huán)境的噪聲。在實(shí)際測量工作中，若被測噪聲源的A聲級以及各頻帶的聲壓級為10dB，則本底噪聲的影響可以忽略。如果測得噪聲（包括本底噪聲）與本底噪聲相差6～9dB，則應(yīng)從測值中減去1dB；若兩者相差4～5dB，則應(yīng)減掉2dB；兩者相差3dB,則應(yīng)減掉3dB；若兩者相差小于3dB，則測量無效。

在測量過程中，還應(yīng)注意避免反射聲波的影響。聲級計(jì)本身和測量者的身體所引起的反射是不可忽視的。為此建議采用三角架或盡量伸直握聲級計(jì)的手臂，或加長傳聲器與聲級計(jì)之間的距離（通常傳聲器與聲級計(jì)之間配有接長附件）。為了避免電纜對傳聲器的電壓靈敏度的影響和電纜噪聲的增加，在加長距離時(shí)，應(yīng)將前置放大器和傳聲器放在一起。目前由于集成化程度愈來愈高，有很多產(chǎn)品都是把傳聲器和前置放大器做在很小的體積內(nèi)。另外，氣流對噪聲測量的影響也很大，可在傳聲器前安裝風(fēng)罩及防風(fēng)錐等附件，以減小氣流的影響。

5.4泄漏檢測5.4.1危險(xiǎn)物質(zhì)的泄漏及危險(xiǎn)性

1.危險(xiǎn)物質(zhì)泄漏的原因

(1)容器內(nèi)壓異常上升。在工業(yè)生產(chǎn)過程和儲運(yùn)過程中，造成容器內(nèi)壓異常上升的原因分為物理原因和化學(xué)原因兩種情況：①物理原因使容器內(nèi)壓異常上升，主要表現(xiàn)為容器內(nèi)物料溫度上升產(chǎn)生的熱膨脹、機(jī)械壓縮、沖擊壓等；②化學(xué)原因使容器內(nèi)壓上升，主要表現(xiàn)在反應(yīng)體系內(nèi)反應(yīng)熱蓄積或過熱流體液體急劇蒸發(fā)，使容器內(nèi)氣體或空氣急劇熱膨脹或使液體蒸汽壓劇增。當(dāng)容器無法承受這些內(nèi)壓異常上升時(shí)，其薄弱部分最先被破壞，高壓氣體或過熱液體伴著爆炸聲或嘯叫聲向外噴出，使容器一部分或全部變?yōu)樗槠w散，在形成泄漏的同時(shí)發(fā)生火災(zāi)及爆炸。這種破壞泄漏多發(fā)生在生產(chǎn)裝置中，并且大部分是由于化學(xué)反應(yīng)或相變造成的，瞬間即會造成嚴(yán)重災(zāi)害。

（2）容器構(gòu)件受到異常外部載荷強(qiáng)烈的震動(dòng)、地基下沉、劇烈搖晃、事故相撞或施工不慎等，是引起外部載荷異常的主要原因，可造成裂紋、穿孔、管道彎曲或折斷等機(jī)械破壞，導(dǎo)致油品、液化烴等液態(tài)危險(xiǎn)物質(zhì)因泄漏而著火或形成災(zāi)害。

(3）容器或管道構(gòu)件材料強(qiáng)度降低引起構(gòu)件材料強(qiáng)度降低的主要原因如下。

①物料的腐蝕或摩擦；

②材料的低溫脆性；

③反復(fù)應(yīng)力或靜載荷作用；

④材料暴露于高溫。

2.泄漏的危險(xiǎn)性

1）可燃?xì)怏w泄漏的火災(zāi)危險(xiǎn)性當(dāng)純氣體泄漏時(shí)，由于氣體密度遠(yuǎn)小于液體密度，即使是高壓氣體，其密度也相對低，因此可燃?xì)怏w泄漏一般僅能形成體積不大的可燃?xì)庠苹虮ㄐ曰旌蠚狻．?dāng)泄漏的可燃?xì)怏w比空氣輕時(shí)，會隨擴(kuò)散范圍增大而逐漸稀薄上升，潛在的火災(zāi)危險(xiǎn)性較小。比空氣重的可燃?xì)怏w泄漏后，會向下風(fēng)方向和低洼處擴(kuò)散、積蓄，達(dá)到爆炸濃度范圍，潛在火災(zāi)危險(xiǎn)性較大，并具有隱蔽性。

2）液化烴或可燃液體泄漏的火災(zāi)危險(xiǎn)性由于液體燃燒的機(jī)理是其不斷蒸發(fā)的蒸汽在氣相中燃燒，同時(shí)液化烴或可燃液體在空氣中會快速汽化蒸發(fā)形成較大的蒸氣云，因此，這類液體有很強(qiáng)的火災(zāi)危險(xiǎn)性，并與泄漏當(dāng)日大氣壓（通?？山茷闃?biāo)準(zhǔn)大氣壓）下的液體沸點(diǎn)高低、泄漏量與汽化量的大小等有關(guān)。當(dāng)可燃液體沸點(diǎn)高于大氣溫度時(shí)，可燃蒸氣云的消散與形成存在競爭，低閃點(diǎn)液體露天泄漏能產(chǎn)生較大蒸氣云，而高閃點(diǎn)液體則難以產(chǎn)生較大蒸氣云。當(dāng)可燃液體沸點(diǎn)低于大氣溫度時(shí)，或者低于其工作溫度并在高于常壓的壓力下保持蒸氣壓平衡時(shí)，露天泄漏將立即汽化并迅速形成蒸氣云，尤其是深冷低沸點(diǎn)液體泄漏會產(chǎn)生猛烈的爆沸，過熱液體泄漏會引起劇烈的液氣相變，甚至無需點(diǎn)火源就會發(fā)生蒸氣爆炸，具有極強(qiáng)的火災(zāi)危險(xiǎn)性。

5.4.2管道泄漏檢測技術(shù)

1.基于硬件的方法和技術(shù)

1）聲發(fā)射技術(shù)管道檢漏方法基于聲發(fā)射技術(shù)的管道泄漏檢測系統(tǒng)的聲音傳感器預(yù)先地安裝在管道壁外側(cè)，如果管道發(fā)生漏點(diǎn)泄漏時(shí)，就會在漏點(diǎn)產(chǎn)生噪聲并被安裝在管道外壁上的聲音傳感器接收、放大，經(jīng)計(jì)算機(jī)軟件處理成相關(guān)的聲音全波形，通過對全波形的分析達(dá)到監(jiān)測和定位管道泄漏的狀況和漏點(diǎn)的位置。此技術(shù)特別適合于那些管道內(nèi)流量低、壓力高的情況。為了達(dá)到準(zhǔn)確地確定一個(gè)泄漏點(diǎn)的目的，需要排除外來噪聲和確定管道操作噪聲。通常，管道的泄漏量與由此引起的噪聲波型的幅度具有相關(guān)性，噪聲信號隨著泄漏量增加而增大。泄漏點(diǎn)的位置是通過管道上的三個(gè)固定的聲音傳感器通過泄漏引起的噪聲在管道上的傳播測量出來并予以確定的?；诼暟l(fā)射技術(shù)的管道泄漏檢測系統(tǒng)具有可實(shí)時(shí)和可連續(xù)地測定分析、泄漏點(diǎn)定位準(zhǔn)確和不必拆卸管道的外部測定等優(yōu)點(diǎn)。但是，對于大流量的管道，背景噪聲將會對泄漏噪聲產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。另外，基于聲發(fā)射技術(shù)的管道泄漏技術(shù)檢測泄漏量的準(zhǔn)確性與其他技術(shù)相比還具有較大的誤差。

2）電纜傳感器管道檢漏方法基于電纜傳感器的泄漏檢測技術(shù)的傳感器是由某些高分子材料制成并具有與碳?xì)浠衔锏姆磻?yīng)活性，碳?xì)浠衔飳@種材料會產(chǎn)生體積的或者電特性的改變，通過測量這些改變達(dá)到監(jiān)測管道內(nèi)碳?xì)浠衔镄孤┑哪康?。如果管道或儲罐發(fā)生泄漏，那么泄漏出的碳?xì)湮镔|(zhì)就會不同程度地改變了電纜傳感器的電容特性或者電阻特性，由此可確定管道的泄漏量狀況和泄漏點(diǎn)位置。基于電纜傳感器的泄漏檢測技術(shù)適合應(yīng)用于較短的燃料管線，諸如機(jī)場或者煉油廠等的燃料站（庫）等。SensorComm公司已經(jīng)研制了一種液體傳感電纜，應(yīng)用于管道的泄漏檢測。此種技術(shù)是一種非金屬的測量技術(shù)，可應(yīng)用于極冷的地區(qū)和20英尺深度的管道的泄漏檢測。通常，電纜傳感器經(jīng)過汽油或者其他的高揮發(fā)性碳?xì)湮镔|(zhì)暴露之后，必須經(jīng)空氣干燥，以保證電纜傳感器的正常應(yīng)用。此外，傳感器可能會干擾管道的陰極保護(hù)系統(tǒng)。

3）光纖管道檢漏方法光纖是一種有前途的管道泄漏檢測技術(shù)，光纖傳感器可以分散和定點(diǎn)地安裝在管線上。光纖可以檢測很寬范圍的物理和化學(xué)特性，既可以檢測管道泄漏也可以定位泄漏點(diǎn)位置。在實(shí)驗(yàn)室模擬如下：在一段10米長的埋地氨管道范圍內(nèi)設(shè)計(jì)了Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ4個(gè)可控制氨泄漏流量的模擬氨泄漏位置點(diǎn)，氨管道外壁上鋪設(shè)光纖傳感器以測定并記錄氨管道上的溫度。模擬試驗(yàn)研究結(jié)果表明，通過光纖傳感器測定關(guān)于管道的溫度分布狀況，在管道泄漏和無泄漏時(shí)管道的溫度分布狀況會出現(xiàn)溫度明顯下降的差別。在設(shè)定的4個(gè)泄漏點(diǎn)位置，無論是哪一個(gè)位置發(fā)生泄漏，此泄漏位置的溫度就會下降。這是因?yàn)橐喊毙孤┨幑艿烙捎谝喊睔饣a(chǎn)生的吸熱作用引起的溫度下降，由此發(fā)出管道泄漏報(bào)警和確定泄漏點(diǎn)位置。氨氣具有刺激性氣味，人體感官可以在氨濃度很低時(shí)就會感覺出來。但是，此模擬試驗(yàn)表明，在人體還沒有感覺到氨氣的氣味時(shí)，光纖傳感器就已經(jīng)將地下的管道泄漏狀況測定出來，并確定了修漏點(diǎn)的位置。

4）土壤檢測檢漏方法土壤檢測方法是一種蒸氣檢測系統(tǒng)，可以測定出地下管道周圍土壤中蒸氣相碳?xì)湮镔|(zhì)的濃度，由此檢測管道泄漏位置和泄漏狀況。通常，基于土壤檢測的管道泄漏測定和漏點(diǎn)定位技術(shù)是通過測定從管道泄漏的示蹤氣體來完成的。此示蹤氣體是預(yù)先添加到輸送管道中的一種惰性的、揮發(fā)性的、比較穩(wěn)定的氣體物質(zhì)，加入到管道中的濃度水平為幾個(gè)ppm（10-6）。如果輸送管道發(fā)生泄漏，示蹤氣體與管道中其他物質(zhì)同時(shí)流出管道，示蹤氣體將優(yōu)先地?cái)U(kuò)散到管道周圍的土壤中，在管道泄漏點(diǎn)附近的土壤氣體取樣孔洞中的測定探頭就會自動(dòng)地收集土壤中的示蹤氣體，然后應(yīng)用氣相色譜方法測定探頭收集的示蹤氣體的含量，由此監(jiān)測管道泄漏狀況和確定管道泄漏點(diǎn)的位置。應(yīng)用氣相色譜方法可測定出示蹤氣體在土壤中的濃度為ppt（10-9）水平。測定結(jié)果表明，示蹤氣體技術(shù)可以較準(zhǔn)確地確定管道泄漏的位置，誤差在數(shù)英尺范圍內(nèi)，測定結(jié)果與管道的直徑和長度無關(guān)。

5）超聲波流量測定檢漏方法超聲波測定流量的檢漏是一種比較經(jīng)濟(jì)、方便且易于安裝、維護(hù)的技術(shù)。首先，將管道分成若干部分，每一部分都安裝上超聲波流量測定裝置以測定這部分管道流進(jìn)的和流出的體積流量，同時(shí)測定管道溫度、環(huán)境溫度、聲波在管道內(nèi)流體的傳播速度等參數(shù)。然后，根據(jù)體積平衡原理，并應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件模型處理管道各個(gè)部分所有參數(shù)的測定結(jié)果，分析和比較出管道輸送中分別在泄漏時(shí)和正常運(yùn)行時(shí)的參數(shù)狀況，由此診斷和確定管道泄漏量和泄漏點(diǎn)位置。通常較短的處理周期表明了一個(gè)較大的泄漏點(diǎn)；較長的處理周期表明了一個(gè)較小的泄漏點(diǎn)。

超聲波測定流量的檢漏系統(tǒng)與聲發(fā)射技術(shù)的管道泄漏檢測系統(tǒng)類似，都是在管道外部安裝非破壞性的設(shè)備或器件的檢漏技術(shù)。超聲波測定流量的檢漏系統(tǒng)已經(jīng)成功地應(yīng)用于城市供水管道系統(tǒng)中的泄漏狀況診斷。除此之外，還有便攜式的超聲波管道檢漏系統(tǒng)，可供有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員佩戴超聲波耳機(jī)并在現(xiàn)場沿著地下管道線路巡檢使用，同樣具有比較準(zhǔn)確的漏點(diǎn)定位能力。

6）蒸氣測定檢漏方法蒸氣測定系統(tǒng)是將傳感器管道平行地安裝在被測定的管道上，如果管道發(fā)生泄漏，泄漏的碳?xì)湮镔|(zhì)就會流出管道并通過擴(kuò)散進(jìn)入傳感器管道，周期地應(yīng)用氣體泵抽取傳感器管道內(nèi)的氣體并將此氣體輸送到檢測器進(jìn)行測定，泄漏的碳?xì)湮镔|(zhì)就會被定量測定出來并以出峰的方式隨時(shí)間進(jìn)行記錄。根據(jù)氣體泵抽取管內(nèi)氣體的流速、抽取氣體的開始時(shí)間和碳?xì)湮镔|(zhì)在檢測器上的出峰時(shí)間可計(jì)算出被測管道的泄漏點(diǎn)位置，出峰面積的大小表明了管道泄漏量的大小。

蒸氣檢測技術(shù)是一種管道檢漏的物理測定方法，與管道內(nèi)的物質(zhì)的體積和壓力無關(guān)。此技術(shù)無需軟件處理，并且可同時(shí)檢測出多處泄漏點(diǎn)的狀況。但是，該檢測技術(shù)通常限于應(yīng)用較小泄漏的情況，不適合大的泄漏情況檢測。還有，此系統(tǒng)需要較高的費(fèi)用投資，但不需要太多的維護(hù)工作。另外，此系統(tǒng)的檢漏響應(yīng)時(shí)間較長，主要取決于氣體泵抽取氣體的流速、傳感器管線的長短等。

7）遙感檢漏方法遙感檢漏方法也是近年來發(fā)展迅速和有效的應(yīng)用技術(shù)之一。遙感檢漏技術(shù)可分成兩類。其一是主動(dòng)檢測技術(shù)，應(yīng)用激光源照射被調(diào)查的管道線路，發(fā)生泄漏的管道就會有氣體流出，并擴(kuò)散到大氣環(huán)境中形成泄漏出來的氣體云團(tuán)，激光通過這個(gè)云團(tuán)時(shí)泄漏的氣體分子就會吸收激光，與不通過此云團(tuán)的激光相比有一個(gè)能量差，由此判斷管道泄漏和確定管道泄漏的位置；其二是被動(dòng)檢測技術(shù)（也叫熱輻射檢測），發(fā)生泄漏的管道氣體在大氣環(huán)境中形成的云團(tuán)內(nèi)部與此云團(tuán)外部存在著溫度差（或者是輻射能力差），由此可判斷管道泄漏狀況并確定管道泄漏處的位置。

遙感技術(shù)與上述的管道泄漏檢測技術(shù)相比具有許多優(yōu)點(diǎn)：可應(yīng)用于大范圍管道區(qū)域內(nèi)發(fā)生管道泄漏的快速檢測和實(shí)地調(diào)查，可更完整和更有效地覆蓋可能發(fā)生泄漏的區(qū)域；一旦發(fā)生管道泄漏，不必通過收集氣體樣品或者采集土壤樣品的測定方法，而是通過可見的完整的泄漏測定結(jié)果準(zhǔn)確確定管道泄漏的位置；遙感技術(shù)不必依靠有經(jīng)驗(yàn)人員進(jìn)入管道輸送區(qū)域內(nèi)調(diào)查并判斷管道泄漏位置，可完成技術(shù)人員不能進(jìn)入的和有危險(xiǎn)的區(qū)域的管道泄漏調(diào)查工作。

2.基于軟件的方法和技術(shù)基于軟件的管道檢漏方法通常使用管道內(nèi)流體的流量、壓力、溫度和其他的數(shù)據(jù)的變化差異，通過數(shù)學(xué)模型確定管道內(nèi)流體的運(yùn)行狀態(tài)，判斷管道是否出現(xiàn)泄漏，確定泄漏量大小和泄漏點(diǎn)位置。因?yàn)檩斎氲接?jì)算機(jī)軟件的流量、壓力、溫度等參數(shù)都是應(yīng)用硬件設(shè)備（如上述各種硬件技術(shù)）獲得的，所以，基于軟件的管道檢漏方法是通過與其對應(yīng)的硬件技術(shù)共同實(shí)現(xiàn)的。

1）質(zhì)量（或體積）平衡檢漏方法基于質(zhì)量守恒或者體積守恒原理的軟件是指流入和排出一段管道的流體的質(zhì)量（體積）相等，可通過管道直徑、管道內(nèi)流體的溫度、壓力和流量計(jì)算出來。如果發(fā)生泄漏，那么流出這段管道的流體質(zhì)量就會比流入的少，管道內(nèi)的壓力就會表明管道內(nèi)部的充填狀況。質(zhì)量或者體積守恒原理是目前普遍采用的軟件技術(shù)之一，此軟件技術(shù)要求硬件能準(zhǔn)確地測量出管道內(nèi)流體的流量、壓力和溫度，通過軟件計(jì)算和處理這些參數(shù)并轉(zhuǎn)化成質(zhì)量流量或者標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量。國外已經(jīng)有此類的商品軟件，并已經(jīng)應(yīng)用于石油行業(yè)中輸油管道的泄漏檢測。質(zhì)量或者體積守恒方法的檢漏準(zhǔn)確性取決于安裝在管道系統(tǒng)中硬件設(shè)備的測量精度，通常不需要額外的設(shè)備投資。應(yīng)用此類軟件診斷管道泄漏需要較長的時(shí)間，只有在泄漏發(fā)生后并通過這段管道兩端的壓力或流量等參數(shù)的波動(dòng)反映出來時(shí)才能夠做出判斷。泄漏報(bào)警所需的響應(yīng)時(shí)間取決于此段管道泄漏量的大小，也取決于此段管道中測量設(shè)備的測量靈敏度和精度。

圖5-16管路泄漏的監(jiān)測

2）實(shí)時(shí)瞬變模型檢漏方法實(shí)時(shí)瞬變模型檢漏方法應(yīng)用質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒、能量守恒和流體的狀態(tài)方程計(jì)算管道內(nèi)流體的流量，應(yīng)用預(yù)測值（計(jì)算值）和實(shí)測值的差異確定管道的泄漏。此技術(shù)需要實(shí)時(shí)地測量管道的流量、壓力和溫度，同時(shí)，應(yīng)用實(shí)時(shí)瞬變模型計(jì)算這些對應(yīng)的物理量的數(shù)值。通過連續(xù)地分析噪聲水平和正常的瞬間狀態(tài)以減少泄漏的誤報(bào)警，根據(jù)管道的流體流量的統(tǒng)計(jì)變化量調(diào)整軟件的管道泄漏報(bào)警閾值。通常，此軟件可檢測出小于管道流體的1％泄漏量的報(bào)警。實(shí)時(shí)瞬變模型檢漏軟件是一種非常昂貴的技術(shù)，它需要大量昂貴的儀器和設(shè)備連續(xù)地、實(shí)時(shí)地測量和收集管道系統(tǒng)中的各種物理量。此軟件模型也比較復(fù)雜，通常要求訓(xùn)練有素的操作人員才能操作。

3）壓力點(diǎn)分析檢漏方法壓力點(diǎn)分析法(簡稱PPA)是一種用于氣體、液體和某些多相流管道檢測泄漏的方法，其原理是對管道的壓力和流量閉變化率進(jìn)行檢測。當(dāng)管道處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，壓力和速度以及密度分布不隨時(shí)間變化。在設(shè)備(泵或壓縮機(jī))供能增大或減少時(shí)，流體的速度、壓力和密度分布的變化是連續(xù)的。一旦穩(wěn)定狀態(tài)受到某一事故的干優(yōu)，管道將向新的穩(wěn)定狀態(tài)過渡。流體經(jīng)過一定時(shí)間將改變其流速和壓力。如果在沿線的某點(diǎn)發(fā)生事故，其最初的泄漏特征將在一定的時(shí)間內(nèi)傳遞到管道末端(或其他任何檢測位置)，傳遞時(shí)間取決于事故發(fā)生地點(diǎn)到檢測點(diǎn)的距離和聲音在管道流體中傳播的速度。當(dāng)泄漏發(fā)生時(shí)，管道完成過渡達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)。

過渡時(shí)間由動(dòng)量和沖量定理確定，一般為幾分鐘至十幾分鐘。為了解決專用檢測儀表檢測擴(kuò)張波峰產(chǎn)生噪聲后的可靠性問題，PPA在檢測點(diǎn)檢測流體從某一穩(wěn)態(tài)過渡到另一穩(wěn)態(tài)時(shí)管道中流體壓力和速度的變化情況。PPA的分析過程不需要在不變的穩(wěn)態(tài)之間過渡，它適合于管道的現(xiàn)行操作。PPA檢測首先分析取自單個(gè)測試點(diǎn)的一組數(shù)據(jù)，然后應(yīng)用計(jì)算機(jī)處理這些原始數(shù)據(jù)，以確定管道是否有泄漏點(diǎn)。

4）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)泄漏檢測技術(shù)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是以工程技術(shù)手段來模擬人腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)的系統(tǒng)。我們利用人工神經(jīng)元可以構(gòu)成各種不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它是生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一種模擬和近似。目前，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已逐步發(fā)展為一種公認(rèn)的、強(qiáng)有力的計(jì)算或處理模型。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域包括：辨識、控制、預(yù)測、優(yōu)化、診斷、模式識別、信息壓縮、數(shù)據(jù)融合、風(fēng)險(xiǎn)評估等。基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的管道泄漏檢測是一種有前途的和正在發(fā)展中的方法。國外已有報(bào)道，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的液化氣管道檢漏系統(tǒng)已獲得成功應(yīng)用，在100s以內(nèi)可監(jiān)測并定位出泄漏量相當(dāng)于管道內(nèi)流體流量1％以內(nèi)的泄漏點(diǎn)，監(jiān)測誤報(bào)率低于50％。

表5-3各種檢測方法和技術(shù)的比較

5.5火災(zāi)參數(shù)檢測與自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)

5.5.1火災(zāi)探測與信號處理

1.火災(zāi)現(xiàn)象

1）熱（溫度）凡是物質(zhì)燃燒，就必然有熱量釋放出來，使環(huán)境溫度升高。環(huán)境溫度升高的速率與物質(zhì)燃燒規(guī)模和燃燒速度有關(guān)。在燃燒規(guī)模不大、燃燒速度非常緩慢的情況下，物質(zhì)燃燒所產(chǎn)生的熱（溫度）是不容易鑒別出來的。

2）燃燒氣體物質(zhì)在燃燒的開始階段，首先釋放出來的是燃燒氣體。其中有單分子的CO、CO2等氣體、較大的分子團(tuán)、灰燼和未燃燒的物質(zhì)顆粒懸浮在空氣里，我們將這種懸浮物稱為氣溶膠，其顆粒粒子直徑一般在0.1μｍ左右。

3）煙霧煙霧沒有嚴(yán)格科學(xué)的定義，一般是把人們?nèi)庋劭梢姷娜紵晌?，其粒子直徑?.01～10μｍ的液體或固體微粒與氣體的混合物稱為煙霧。不管是燃燒氣體還是煙霧，它們都有很大的流動(dòng)性和毒害性，能潛入建筑物的任何空間，其毒害性對人的生命威脅特別大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在火災(zāi)中約有70%死者是由于吸入燃燒氣體或煙霧造成的，所以在火災(zāi)中將它們合在一起作為檢測參數(shù)來考慮，稱為煙霧氣溶膠或簡稱煙氣。

4）火焰火焰是物質(zhì)著火產(chǎn)生的灼熱發(fā)光的氣體部分。物質(zhì)燃燒到發(fā)光階段是物質(zhì)的全燃階段，在這一階段中，火焰熱輻射含有大量的紅外線和紫外線。易燃液體燃燒，是其不斷蒸發(fā)的可燃蒸汽在氣相中燃燒，其火焰熱輻射很強(qiáng)，含有更多的紫外線。對于普通可燃物質(zhì)，其燃燒表現(xiàn)形式首先是產(chǎn)生燃燒氣體，然后是煙霧，在氧氣供應(yīng)充分的條件下才能達(dá)到全部燃燒，產(chǎn)生火焰并散發(fā)出大量的熱，使環(huán)境溫度升高。有機(jī)化合物及易燃液體的起火過程則不同，它們表面全部著火前的過程甚短，火災(zāi)發(fā)展迅速，有強(qiáng)烈的火焰輻射，很少產(chǎn)生煙和熱。

2.火災(zāi)探測方法火災(zāi)的探測是以物質(zhì)燃燒過程中產(chǎn)生的各種現(xiàn)象為依據(jù)，以實(shí)現(xiàn)早期發(fā)現(xiàn)火災(zāi)為前提的。因?yàn)榛馂?zāi)的早期發(fā)現(xiàn)是充分發(fā)揮滅火措施的作用，減少火災(zāi)損失和保衛(wèi)生命財(cái)產(chǎn)安全的重要條件，所以，