安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)培訓(xùn)教材PPT課件

1、安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)培訓(xùn)教材安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)培訓(xùn)教材目錄目錄l 概述l 基本原理l 傳感器技術(shù)l 安全控制及控制裝置1 概述概述1.1幾起特大安全事故監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)缺失缺失或或失效！失效！1.系統(tǒng)本身的問(wèn)題（技術(shù)問(wèn)題）；系統(tǒng)本身的問(wèn)題（技術(shù)問(wèn)題）；2.操作人員出現(xiàn)了問(wèn)題（管理問(wèn)題）。操作人員出現(xiàn)了問(wèn)題（管理問(wèn)題）。1.2定義及結(jié)構(gòu)定義及結(jié)構(gòu) 通過(guò)傳感裝置獲取生產(chǎn)環(huán)境狀態(tài)參數(shù)；自動(dòng)、準(zhǔn)確和及時(shí)的分析和預(yù)通過(guò)傳感裝置獲取生產(chǎn)環(huán)境狀態(tài)參數(shù)；自動(dòng)、準(zhǔn)確和及時(shí)的分析和預(yù)測(cè)生產(chǎn)環(huán)境的安全性；并給予必要的預(yù)警和控制。測(cè)生產(chǎn)環(huán)境的安全性；并給予必要的預(yù)警和控制。信號(hào)獲取信號(hào)分析輸出控制確保設(shè)備的安全運(yùn)行

2、預(yù)防和消除事故隱患避免事故發(fā)生1.3發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展趨勢(shì)2.1主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)2 基本原理1）精度2）穩(wěn)定性3）量程4）分辨率5）信噪比6）傳遞特性1）精度和誤差）精度和誤差精度精度：系統(tǒng)測(cè)量值與真實(shí)值的接近程度。：系統(tǒng)測(cè)量值與真實(shí)值的接近程度。 用用誤差誤差來(lái)表示精度的高低。來(lái)表示精度的高低。0Axx絕對(duì)誤差：相對(duì)誤差：0Axx引用誤差：myXx測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。測(cè)量?jī)x器的精度等級(jí)。最大引用誤差：myXxmax2）穩(wěn)定性穩(wěn)定性時(shí)間穩(wěn)定性環(huán)境穩(wěn)定性穩(wěn)定度影響系數(shù)溫度影響系數(shù)壓力影響系數(shù)電壓影響系數(shù)濕度影響系數(shù)單位/時(shí)間3）量程量程量程：系統(tǒng)正常工作時(shí)所能測(cè)量的量程：系統(tǒng)正常工作時(shí)所能測(cè)量的

3、最大值范圍最大值范圍。4）分辨率）分辨率分辨率：系統(tǒng)可能檢測(cè)到的被測(cè)量的分辨率：系統(tǒng)可能檢測(cè)到的被測(cè)量的最小變化值最小變化值。5）信躁比）信躁比l信號(hào)功率與噪聲功率之比。信號(hào)功率與噪聲功率之比。l信號(hào)電壓與噪聲電壓之比。信號(hào)電壓與噪聲電壓之比。)(lg20lg10dBVVNNSNRNSNS6）傳遞特性）傳遞特性l系統(tǒng)輸入與輸出對(duì)應(yīng)關(guān)系的性能。系統(tǒng)輸入與輸出對(duì)應(yīng)關(guān)系的性能。動(dòng)態(tài)測(cè)試靜態(tài)測(cè)試傳遞特性動(dòng)態(tài)傳遞特性2.2線性系統(tǒng)及其主要性質(zhì)線性系統(tǒng)及其主要性質(zhì))()()()()()()()(0111101111txbdttdxbdttxdbdttxdbtyadttdyadttydadttydammmm

4、mmnnnnnnh(t)輸入/激勵(lì)x(t)輸出/響應(yīng)y(t)測(cè)試系統(tǒng)的傳遞特性/轉(zhuǎn)換特性線性系統(tǒng)/定常系統(tǒng)1）疊加性）疊加性)()(11tytx)()(22tytx)()()()(2121tytytxtx若：，則：2）比例性）比例性)()(tytx)()(taytax若：則：3）微分特性）微分特性)()(tytxdttdydttdx)()(若：則：4）積分特性）積分特性)()(tytxdttydttxtt00)()(若：則：5）頻率保持特性）頻率保持特性)sin()(tAtx)sin()(tBty若：則：2.3靜態(tài)傳遞特性及其主要參數(shù)靜態(tài)傳遞特性及其主要參數(shù))()(tytx，Sxxbay00靜

5、態(tài)測(cè)量：均為常量，不隨時(shí)間變化而變化。那么：靜態(tài)傳遞特性方程（靜態(tài)方程）標(biāo)定因子標(biāo)定曲線：標(biāo)定方法：用系列高出標(biāo)定系統(tǒng)精度一個(gè)數(shù)量級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸入，測(cè)出相 應(yīng)的輸出，用數(shù)學(xué)方法擬合出輸入輸出曲線（標(biāo)定曲線）。1）靈敏度）靈敏度xyS2）線性度）線性度%100ABf標(biāo)定曲線和理想曲線的接近程度。3）回程誤差）回程誤差%100maxAhh相同測(cè)試條件下和全量程范圍內(nèi)，輸入由小增大再由大減小的行程中，對(duì)于同一輸入值所得到的2個(gè)輸出值之間的最大差值與量程的比值。2.4動(dòng)態(tài)傳遞特性動(dòng)態(tài)傳遞特性動(dòng)態(tài)測(cè)量：輸入輸出隨時(shí)間變化而變化。時(shí)間響應(yīng)頻率響應(yīng)時(shí)間域、頻率域1）頻率特性）頻率特性)()()(jQPjH)

6、()()()(22QPjHA)()(arctan)()(PQjH幅頻特性方程：相頻特性方程：采用數(shù)學(xué)工具可以得到系統(tǒng)的幅頻特性方程和相頻特性方程：頻率響應(yīng)函數(shù)：2）一階系統(tǒng)的頻率特性）一階系統(tǒng)的頻率特性)()()(001txbtyadttdya低通特性2）一階系統(tǒng)的頻率特性）一階系統(tǒng)的頻率特性3）典型二階系統(tǒng)頻率特性）典型二階系統(tǒng)頻率特性)()()()(001222txbtyadttdyadttyda20aan2012aaa令：系統(tǒng)固有頻率系統(tǒng)阻尼系數(shù)2222)(4)(1 1)()(nnHA幅頻特性：相頻特性：2)(12arctan)(nn3 傳感器技術(shù)能感受被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸

7、出信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。3.1定義定義例：100mm大量程應(yīng)變式位移傳感器3.2傳感器命名傳感器命名1）按被測(cè)量：3.3傳感器分類(lèi)傳感器分類(lèi)a.結(jié)構(gòu)型速度、位移、加速度、應(yīng)力、應(yīng)變、溫度2）按原理b.物性型電阻電感電容頻率壓電磁電霍爾式光電輸入量改變傳感裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)通過(guò)物理原理將輸入量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)3.4常用結(jié)構(gòu)型傳感器常用結(jié)構(gòu)型傳感器u電阻式u電感式u電容式u頻率式1）電阻式變阻器式傳感器xkRlxkRa類(lèi)型:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能較穩(wěn)定，使用方便；分辨率低，噪聲大；檢測(cè)較大的線位移或角位移。應(yīng)用示例:電阻應(yīng)變片式傳感器輸入： ，應(yīng)變（相對(duì)變形量）L/L輸出：dR/R，電阻變

8、化率泊松比E彈性模量壓阻系數(shù))21 (ERdR1）電阻式類(lèi)型應(yīng)變片金屬絲式半導(dǎo)體式絲式絲式箔式箔式體積小、重量輕、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、精度高、使用簡(jiǎn)便、靈敏度高、頻響范圍寬、測(cè)量范圍大；熱穩(wěn)定性差、大應(yīng)變時(shí)非線性誤差大；用于應(yīng)變、應(yīng)力、位移、加速度、速度、扭矩等的高精度測(cè)量。 a）橋梁固有頻率測(cè)量原理在橋中設(shè)置一三角形障礙物，利用汽車(chē)礙時(shí)的沖擊對(duì)橋梁進(jìn)行激勵(lì)，再通過(guò)應(yīng)變片測(cè)量橋梁動(dòng)態(tài)變形，得到橋梁固有頻率。應(yīng)用示例b）電子稱(chēng)原理將物品重量通過(guò)懸臂梁轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)變形再通過(guò)應(yīng)變片轉(zhuǎn)化為電量輸出。應(yīng)用示例2）電容式AC0相對(duì)介電常數(shù)真空介電常數(shù)極板面積極板間距+A1 . 0/KC 間歇變化很小，優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，

9、對(duì)被測(cè)系統(tǒng)影響?。蝗秉c(diǎn)：測(cè)量范圍受限，測(cè)量精度受雜散電容影響，電路要求高；應(yīng)用：非接觸測(cè)量、小位移測(cè)量（0.01微米數(shù)百微米）。極距變化1 . 0/2）電容式面積變化2）電容式xKCl定板定板動(dòng)板動(dòng)板xKCaDdxKCl案例：案例：電容傳聲器電容傳聲器 案例案例: :液面高度測(cè)量液面高度測(cè)量廣泛應(yīng)用于位移、振動(dòng)、角度、加速度等機(jī)械量的精密測(cè)量，而且逐步地?cái)U(kuò)大應(yīng)用于壓力、差壓、液面、成分含量等。應(yīng)用示例3）電感式被測(cè)量電感自感互感可變磁阻渦流式電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理，它是把被測(cè)量轉(zhuǎn)化為電感量的一種裝置。電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理，它是把被測(cè)量轉(zhuǎn)化為電感量的一種裝置。線圈鐵心銜鐵L20

10、02AWL 空氣導(dǎo)磁率空氣隙導(dǎo)磁橫截面積可變磁阻電感式傳感器3）電感式KL 線圈鐵心銜鐵L優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高；缺點(diǎn)：測(cè)量范圍受限；應(yīng)用：小位移測(cè)量（1微米1毫米）。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便可靠；缺點(diǎn)：測(cè)量范圍受限；應(yīng)用：小位移測(cè)量（1微米1500微米）， 非接觸測(cè)量。電渦流式傳感器eeeLLRMLL22220)(Mk線圈電感互感系數(shù)金屬板等效電感電流頻率金屬板等效電阻3）電感式案例案例1 1： 連續(xù)油管的橢圓度測(cè)量連續(xù)油管的橢圓度測(cè)量Coiled TubeEddy Sensor Reference Circle原理：原理：應(yīng)用示例案例案例2 2： 測(cè)厚測(cè)厚案例案例3 3： 零件計(jì)數(shù)零件計(jì)數(shù)應(yīng)用示例

11、AFFLf210214）鋼弦式傳感器應(yīng)用示例3.5 常用物性型傳感器u磁電u壓電u霍爾傳感器u光電原理 磁電式傳感器是把被測(cè)量的物理量轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的一種轉(zhuǎn)換器。dtdWe 感應(yīng)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e為磁通變化率與磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁阻、線圈運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，改變其中一個(gè)因素，都會(huì)改變感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 sinSB),(mdtdRB1）磁電式面積磁磁電電式式動(dòng)圈式動(dòng)圈式磁阻式磁阻式線速度型線速度型角速度型角速度型N分類(lèi)：1）磁電式動(dòng)圈式傳感器 線速度型線速度型 sinWBLve 1）磁電式測(cè)速電機(jī)測(cè)速電機(jī)WBAe 動(dòng)圈式傳感器 1）磁電式磁阻式傳感器1）磁電式),(mRBdtd磁電式車(chē)速傳感器磁電式車(chē)速傳感器應(yīng)用

12、優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，輸出阻抗小靈敏度高，頻率響 應(yīng)范圍較寬(一般為152000Hz) ；缺點(diǎn)：尺寸和重量較大 ，只能用于動(dòng)態(tài)測(cè)量；應(yīng)用：適用于振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、扭矩等測(cè)量 。2）壓電傳感器 原理:壓電效應(yīng) +并并聯(lián)聯(lián)+串串聯(lián)聯(lián) 某些物質(zhì)，如石英，受到外力作用時(shí)，不僅幾何尺寸會(huì)發(fā)生變化，而且內(nèi)部會(huì)被極化，表面產(chǎn)生電荷；當(dāng)外力去掉時(shí)，又重新回到原來(lái)的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為壓電效應(yīng)。F+q=DF壓電系數(shù)應(yīng)用示例：飛機(jī)模態(tài)分析3）霍爾式傳感器 原理原理: :霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng) 金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中，當(dāng)有電流流過(guò)時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì) ，這種現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng)?；魻栃?yīng)原理 霍爾電勢(shì)可

13、用下式表示: 霍爾靈敏度霍爾系數(shù)霍爾式位移傳感器 從 a端通人電流I，根據(jù)霍爾效應(yīng)，左半部產(chǎn)生霍爾電勢(shì)VH1，右半部產(chǎn)生露爾電勢(shì)VH2，其方向相反。因此，c、d兩端電勢(shì)為VH1VH2。如果霍爾元件在初始位置時(shí)VH1=VH2，則輸出為零；當(dāng)改變磁極系統(tǒng)與霍爾元件的相對(duì)位置時(shí)，即可得到輸出電壓，其大小正比于位移量。 3）霍爾式傳感器 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、噪聲小、頻率范圍寬（從直流到微波）、動(dòng)態(tài)范圍大（輸出電勢(shì)變化范圍可達(dá)1000:1）、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)4）光電式 光電傳感器通常是指能敏感到由紫外線到紅外線光的光能量，并能將光能轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的器件。其工作原理是基于一些物質(zhì)的光電效應(yīng)。 光電傳感器在工業(yè)上的

14、應(yīng)用可歸納為吸收式、遮光式、反射式、輻射式四種基本形式。 應(yīng)用示例 半導(dǎo)體熱敏電阻的材料是一種由錳、鎳、銅、鉆、鐵等金屬氧化物按一定比例混合燒結(jié)而成的半導(dǎo)體，它具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)，隨溫度上升而阻值下降。 典型的熱敏電阻元件有圓形、桿形和珠形等，其結(jié)構(gòu)及溫度特性如圖所示。 3.6 其它1) 熱敏電阻傳感器 溫控器溫控器熱敏電阻熱敏電阻應(yīng)用示例2)氣敏電阻傳感器 氣敏傳感器是利用氣敏半導(dǎo)體材料，如氧化錫、氧化錳等金屬氧化物制成敏感元件，當(dāng)它們吸收了氣體煙霧，如一氧化碳、醇等時(shí)，會(huì)發(fā)生還原反應(yīng)，放出熱量，使元件溫度相應(yīng)增高，電阻發(fā)生變化。 氣敏傳感器應(yīng)用較廣泛的是用于防災(zāi)報(bào)警，如煤氣、或有毒氣體報(bào)

15、警，也可用于對(duì)大氣污染監(jiān)測(cè)、CO氣體測(cè)量、酒精濃度探測(cè)等方面。煙霧報(bào)警器煙霧報(bào)警器酒精傳感器酒精傳感器二氧化碳傳感器二氧化碳傳感器4 安全控制及控制裝置4.1 安全控制系統(tǒng)的發(fā)展4.1 安全控制系統(tǒng)的發(fā)展4.1 安全控制系統(tǒng)的發(fā)展4.2 安全控制方法4.2 安全控制方法4.3防爆泄出裝置 防爆泄出裝置的作用是及時(shí)排除由于物理、化學(xué)變化所引起的超壓現(xiàn)象。主要包括安全閥、爆破片、防爆門(mén)和放空管等。u安全閥主要用于防止爆裂u爆破片主要用于防止爆炸u防爆門(mén)主要用在燃油、燃?xì)饣蛉紵悍鄣募訜釥t上u放空管用于緊急排泄有超溫、超壓、爆聚和分解爆炸危險(xiǎn)的物料1）安全閥 用環(huán)形重塊作為加壓載荷，通過(guò)加減重塊的數(shù)

16、量來(lái)調(diào)節(jié)作用在閥芯上力的大小，從而調(diào)節(jié)安全閥的開(kāi)放壓力。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，比較靈敏準(zhǔn)確；缺點(diǎn)：檢驗(yàn)比較麻煩，不便于作提升排放試驗(yàn)。 靜重式安全閥1）安全閥用重量較輕的重錘代替笨重的環(huán)狀重塊，通過(guò)移動(dòng)重錘與杠桿支點(diǎn)的距離來(lái)調(diào)整安全閥的開(kāi)啟壓力。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整容易、準(zhǔn)確；缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較笨重，加載機(jī)構(gòu)容易振動(dòng)，而產(chǎn)生泄漏；回座壓力較低，開(kāi)啟后不易關(guān)閉及保持嚴(yán)密。杠桿式安全閥1）安全閥利用彈簧的壓力作為加壓載荷，通過(guò)調(diào)整螺絲或調(diào)節(jié)螺桿改變彈簧壓力的大小來(lái)調(diào)節(jié)安全閥的開(kāi)啟壓力。彈簧式安全閥2）爆破片 排出設(shè)備內(nèi)的氣體、蒸汽或粉塵等發(fā)生爆炸時(shí)產(chǎn)生的壓力，防止設(shè)備或容器爆裂，擴(kuò)大爆炸事故。 其特點(diǎn)是放出物

17、料多、泄壓快、構(gòu)造簡(jiǎn)單，可在設(shè)備試驗(yàn)壓力下破裂。 適用設(shè)備：在爆炸或異常反應(yīng)使壓力瞬間急劇上升；不允許介質(zhì)有任何泄漏的設(shè)備。平板型正拱型反拱型3）防爆門(mén) 是一種用于燃油、燃?xì)夂兔悍鄣娜紵摇⒓訜釥t上的安全裝置，當(dāng)燃料受熱膨脹時(shí)，造成系統(tǒng)壓力過(guò)高，氣流沖破膜板或頂開(kāi)重力蓋而泄壓，達(dá)到保護(hù)設(shè)備和管道的目的。分為膜板式和重力式兩種類(lèi)型。4）排氣筒、放空管 是當(dāng)反應(yīng)物料發(fā)生劇烈反應(yīng)，采取加強(qiáng)冷卻、減少投料等措施難以湊效，不能防止反應(yīng)設(shè)備超壓、超溫、爆聚、分解爆炸事故而設(shè)置的一種自動(dòng)或手控的緊急放空的防爆安全裝置，一般設(shè)置在反應(yīng)器、反應(yīng)塔、高壓容器的頂部。5）火炬 是石油化工企業(yè)的一種安全裝置，主要用于

18、排除生產(chǎn)裝置開(kāi)車(chē)時(shí)產(chǎn)生的不合格的可燃?xì)怏w和設(shè)備事故時(shí)排放的可燃?xì)怏w物料。4.4防火控制裝置 火焰隔斷裝置包括安全液封、水封井、阻火器、防火閥門(mén)等，其作用是防止外部火焰竄入有著爆炸危險(xiǎn)的設(shè)備、管道、容器內(nèi)或防止火焰在設(shè)備和管道間的擴(kuò)展。1）安全液封 有液體封在進(jìn)出氣管之間，在液封兩側(cè)的任一側(cè)著火后，火焰將在液封處被熄滅，從而阻止火焰蔓延。常用的安全液封有敞開(kāi)式和封閉式兩種，通常安裝在操作壓力低于0.02MPa的氣體管在線。2）水封井 設(shè)置在可燃?xì)怏w、易燃液體蒸氣或有油污的污水管網(wǎng)上，用以防止著火或爆炸沿管網(wǎng)蔓延擴(kuò)展的安全設(shè)施。3）阻火器 用來(lái)阻止可燃?xì)怏w和液體蒸汽火焰蔓延的安全裝置。主要是由能夠通過(guò)氣體的許多細(xì)小、均勻或不均勻的通道或孔隙的固體不燃材料所組成。4）防火閘門(mén) 為了防止火焰通過(guò)通風(fēng)管道或生產(chǎn)管道蔓延而設(shè)計(jì)的阻火裝置。正常條件下，阻火閘門(mén)受易熔金屬組件的控制處，處于開(kāi)啟狀態(tài)，一旦著火時(shí)，溫度升高使易熔金屬熔化，閘門(mén)自動(dòng)關(guān)閉。5）火星熄滅器 通常安裝在產(chǎn)生火星設(shè)備的排空系統(tǒng)，以防止飛出的火星引燃周?chē)囊兹嘉镔|(zhì)。熄滅火星的主要方法：將帶有火星的煙氣從小容器引入大容積，使其流速減慢、壓力降低、火星顆粒沉降下來(lái)；設(shè)緊障礙，改變煙氣流動(dòng)方向，