安全监测监控技术

1、安全监测监控技术重庆大学任 松 教授Rs_rwx 安全监测监控技术第1页目录概述基本原理传感器技术安全控制及控制装置安全监测监控技术第2页1 概述1.1几起特大安全事故安全监测监控技术第3页安全监测监控技术第4页安全监测监控技术第5页安全监测监控技术第6页安全监测监控技术第7页安全监测监控技术第8页安全监测监控技术第9页监测监控系统缺失或失效！1.系统本身问题（技术问题）；2.操作人员出现了问题（管理问题）。安全监测监控技术第10页 经过传感装置获取生产环境状态参数；自动、准确和及时分析和预测生产环境安全性；并给予必要预警和控制。1.2定义及结构信号获取信号分析输出控制确保设备安全运行预防和消

2、除事故隐患防止事故发生安全监测监控技术第11页1.3发展趋势安全监测监控技术第12页2.1主要性能指标2 基本原理1）精度2）稳定性3）量程4）分辨率5）信噪比6）传递特征安全监测监控技术第13页1）精度和误差精度：系统测量值与真实值靠近程度。 用误差来表示精度高低。绝对误差：相对误差：引用误差：测量结果准确性。测量仪器精度等级。最大引用误差：安全监测监控技术第14页2）稳定性时间稳定性环境稳定性稳定度影响系数温度影响系数压力影响系数电压影响系数湿度影响系数单位/时间安全监测监控技术第15页3）量程量程：系统正常工作时所能测量最大值范围。安全监测监控技术第16页4）分辨率分辨率：系统可能检测到

3、被测量最小改变值。安全监测监控技术第17页5）信躁比信号功率与噪声功率之比。信号电压与噪声电压之比。安全监测监控技术第18页6）传递特征系统输入与输出对应关系性能。动态测试静态测试传递特征动态传递特征安全监测监控技术第19页2.2线性系统及其主要性质h(t)输入/激励x(t)输出/响应y(t)测试系统传递特征/转换特征线性系统/定常系统安全监测监控技术第20页1）叠加性若：，则：安全监测监控技术第21页2）百分比性若：则：安全监测监控技术第22页3）微分特征若：则：安全监测监控技术第23页4）积分特征若：则：安全监测监控技术第24页5）频率保持特征若：则：安全监测监控技术第25页2.3静态传递

4、特征及其主要参数静态测量：均为常量，不随时间改变而改变。那么：静态传递特征方程（静态方程）标定因子安全监测监控技术第26页标定曲线：标定方法：用系列高出标定系统精度一个数量级标准信号输入，测出相 应输出，用数学方法拟合出输入输出曲线（标定曲线）。安全监测监控技术第27页1）灵敏度安全监测监控技术第28页2）线性度标定曲线和理想曲线靠近程度。安全监测监控技术第29页3）回程误差相同测试条件下和全量程范围内，输入由小增大再由大减小行程中，对于同一输入值所得到2个输出值之间最大差值与量程比值。安全监测监控技术第30页2.4动态传递特征动态测量：输入输出随时间改变而改变。时间响应频率响应时间域、频率域

5、安全监测监控技术第31页幅频特征方程：相频特征方程：1）频率特征采取数学工具能够得到系统幅频特征方程和相频特征方程：频率响应函数：安全监测监控技术第32页2）一阶系统频率特征低通特征安全监测监控技术第33页2）一阶系统频率特征安全监测监控技术第34页3）经典二阶系统频率特征令：系统固有频率系统阻尼系数安全监测监控技术第35页幅频特征：安全监测监控技术第36页相频特征：安全监测监控技术第37页3 传感器技术能感受被测量并按照一定规律转换成可用输出信号器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。3.1定义安全监测监控技术第38页例：100mm大量程应变式位移传感器3.2传感器命名安全监测监控技术第3

6、9页1）按被测量：3.3传感器分类a.结构型速度、位移、加速度、应力、应变、温度2）按原理b.物性型电阻电感电容频率压电磁电霍尔式光电输入量改变传感装置结构参数经过物理原理将输入量转变为电信号安全监测监控技术第40页3.4惯用结构型传感器电阻式电感式电容式频率式安全监测监控技术第41页1）电阻式变阻器式传感器安全监测监控技术第42页类型:结构简单，性能较稳定，使用方便；分辨率低，噪声大；检测较大线位移或角位移。安全监测监控技术第43页应用示例:安全监测监控技术第44页电阻应变片式传感器输入： ，应变（相对变形量）L/L输出：dR/R，电阻改变率泊松比E弹性模量压阻系数1）电阻式安全监测监控技术

7、第45页类型应变片金属丝式半导体式丝式箔式体积小、重量轻、动态响应快、精度高、使用简便、灵敏度高、频响范围宽、测量范围大；热稳定性差、大应变时非线性误差大；用于应变、应力、位移、加速度、速度、扭矩等高精度测量。安全监测监控技术第46页 a）桥梁固有频率测量原理在桥中设置一三角形障碍物，利用汽车碍时冲击对桥梁进行激励，再经过应变片测量桥梁动态变形，得到桥梁固有频率。应用示例安全监测监控技术第47页b）电子称原理将物品重量经过悬臂梁转化结构变形再经过应变片转化为电量输出。应用示例安全监测监控技术第48页2）电容式相对介电常数真空介电常数极板面积极板间距+A安全监测监控技术第49页间歇改变很小，优点

8、：灵敏度高，对被测系统影响小；缺点：测量范围受限，测量精度受杂散电容影响，电路要求高；应用：非接触测量、小位移测量（0.01微米数百微米）。极距改变2）电容式安全监测监控技术第50页面积改变2）电容式定板动板Dd安全监测监控技术第51页案例：电容传声器 案例:液面高度测量广泛应用于位移、振动、角度、加速度等机械量精密测量，而且逐步地扩大应用于压力、差压、液面、成份含量等。应用示例安全监测监控技术第52页3）电感式被测量电感自感互感可变磁阻涡流式电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量转化为电感量一个装置。线圈铁心衔铁L空气导磁率空气隙导磁横截面积安全监测监控技术第53页可变磁阻电感式传感器

9、3）电感式线圈铁心衔铁L优点：灵敏度高；缺点：测量范围受限；应用：小位移测量（1微米1毫米）。安全监测监控技术第54页优点：结构简单、使用方便可靠；缺点：测量范围受限；应用：小位移测量（1微米1500微米）， 非接触测量。电涡流式传感器线圈电感互感系数金属板等效电感电流频率金属板等效电阻3）电感式安全监测监控技术第55页案例1： 连续油管椭圆度测量Coiled TubeEddy Sensor Reference Circle原理：应用示例安全监测监控技术第56页案例2： 测厚案例3： 零件计数应用示例安全监测监控技术第57页4）钢弦式传感器安全监测监控技术第58页应用示例安全监测监控技术第59

10、页3.5 惯用物性型传感器磁电压电霍尔传感器光电安全监测监控技术第60页原理 磁电式传感器是把被测量物理量转换为感应电动势一个转换器。 感应线圈感应电动势e为磁通改变率与磁场强度、磁阻、线圈运动速度相关，改变其中一个原因，都会改变感应电动势。 1）磁电式面积安全监测监控技术第61页磁电式动圈式磁阻式线速度型角速度型N分类：1）磁电式安全监测监控技术第62页动圈式传感器 线速度型 1）磁电式安全监测监控技术第63页测速电机动圈式传感器 1）磁电式安全监测监控技术第64页磁阻式传感器1）磁电式安全监测监控技术第65页磁电式车速传感器应用优点：电路简单，性能稳定，输出阻抗小灵敏度高，频率响 应范围较

11、宽(普通为15Hz) ；缺点：尺寸和重量较大 ，只能用于动态测量；应用：适合用于振动、转速、扭矩等测量 。安全监测监控技术第66页2）压电传感器 原理:压电效应 +并联+串联 一些物质，如石英，受到外力作用时，不但几何尺寸会发生改变，而且内部会被极化，表面产生电荷；当外力去掉时，又重新回到原来状态，这种现象称为压电效应。F+q=DF压电系数安全监测监控技术第67页应用示例：飞机模态分析安全监测监控技术第68页3）霍尔式传感器 原理:霍尔效应 金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场方向上将产生电动势 ，这种现象称为霍尔效应。霍尔效应原理 霍尔电势可用下式表示: 霍尔灵敏度

12、霍尔系数安全监测监控技术第69页霍尔式位移传感器 从 a端通人电流I，依据霍尔效应，左半部产生霍尔电势VH1，右半部产生露尔电势VH2，其方向相反。所以，c、d两端电势为VH1VH2。假如霍尔元件在初始位置时VH1=VH2，则输出为零；当改变磁极系统与霍尔元件相对位置时，即可得到输出电压，其大小正比于位移量。 3）霍尔式传感器 结构简单、体积小、噪声小、频率范围宽（从直流到微波）、动态范围大（输出电势改变范围可达1000:1）、寿命长等特点安全监测监控技术第70页4）光电式 光电传感器通常是指能敏感到由紫外线到红外线光光能量，并能将光能转化成电信号器件。其工作原理是基于一些物质光电效应。 安全

13、监测监控技术第71页 光电传感器在工业上应用可归纳为吸收式、遮光式、反射式、辐射式四种基本形式。 应用示例安全监测监控技术第72页 半导体热敏电阻材料是一个由锰、镍、铜、钻、铁等金属氧化物按一定百分比混合烧结而成半导体，它含有负电阻温度系数，随温度上升而阻值下降。 经典热敏电阻元件有圆形、杆形和珠形等，其结构及温度特征如图所表示。 3.6 其它1) 热敏电阻传感器 安全监测监控技术第73页温控器热敏电阻应用示例安全监测监控技术第74页2)气敏电阻传感器 气敏传感器是利用气敏半导体材料，如氧化锡、氧化锰等金属氧化物制成敏感元件，当它们吸收了气体烟雾，如一氧化碳、醇等时，会发生还原反应，放出热量，

14、使元件温度对应增高，电阻发生改变。 气敏传感器应用较广泛是用于防灾报警，如煤气、或有毒气体报警，也可用于对大气污染监测、CO气体测量、酒精浓度探测等方面。烟雾报警器酒精传感器二氧化碳传感器安全监测监控技术第75页4 安全控制及控制装置4.1 安全控制系统发展安全监测监控技术第76页4.1 安全控制系统发展安全监测监控技术第77页4.1 安全控制系统发展安全监测监控技术第78页4.2 安全控制方法安全监测监控技术第79页4.2 安全控制方法安全监测监控技术第80页4.3防爆泄出装置 防爆泄出装置作用是及时排除因为物理、化学改变所引发超压现象。主要包含安全阀、爆破片、防爆门和放空管等。安全阀主要用

15、于预防爆裂爆破片主要用于预防爆炸防爆门主要用在燃油、燃气或燃烧煤粉加热炉上放空管用于紧急排泄有超温、超压、爆聚和分解爆炸危险物料安全监测监控技术第81页1）安全阀 用环形重块作为加压载荷，经过加减重块数量来调整作用在阀芯上力大小，从而调整安全阀开放压力。优点：结构简单，比较灵敏准确；缺点：检验比较麻烦，不便于作提升排放试验。静重式安全阀安全监测监控技术第82页1）安全阀用重量较轻重锤代替粗笨环状重块，经过移动重锤与杠杆支点距离来调整安全阀开启压力。优点：结构简单，调整轻易、准确；缺点：结构较粗笨，加载机构轻易振动，而产生泄漏；回座压力较低，开启后不易关闭及保持严密。杠杆式安全阀安全监测监控技术

16、第83页1）安全阀利用弹簧压力作为加压载荷，经过调整螺丝或调整螺杆改变弹簧压力大小来调整安全阀开启压力。弹簧式安全阀安全监测监控技术第84页2）爆破片 排出设备内气体、蒸汽或粉尘等发生爆炸时产生压力，预防设备或容器爆裂，扩大爆炸事故。 其特点是放出物料多、泄压快、结构简单，可在设备试验压力下破裂。 适用设备：在爆炸或异常反应使压力瞬间急剧上升；不允许介质有任何泄漏设备。平板型正拱型反拱型安全监测监控技术第85页3）防爆门 是一个用于燃油、燃气和煤粉燃烧室、加热炉上安全装置，当燃料受热膨胀时，造成系统压力过高，气流冲破膜板或顶开重力盖而泄压，到达保护设备和管道目标。分为膜板式和重力式两种类型。安

17、全监测监控技术第86页4）排气筒、放空管 是当反应物料发生猛烈反应，采取加强冷却、降低投料等办法难以凑效，不能预防反应设备超压、超温、爆聚、分解爆炸事故而设置一个自动或手控紧急放空防爆安全装置，普通设置在反应器、反应塔、高压容器顶部。安全监测监控技术第87页5）火炬 是石油化工企业一个安全装置，主要用于排除生产装置开车时产生不合格可燃气体和设备事故时排放可燃气体物料。安全监测监控技术第88页4.4防火控制装置 火焰隔断装置包含安全液封、水封井、阻火器、防火阀门等，其作用是预防外部火焰窜入有着爆炸危险设备、管道、容器内或预防火焰在设备和管道间扩展。安全监测监控技术第89页1）安全液封 有液体封在

18、进出气管之间，在液封两侧任一侧着火后，火焰将在液封处被熄灭，从而阻止火焰蔓延。惯用安全液封有敞开式和封闭式两种，通常安装在操作压力低于0.02MPa气体管在线。安全监测监控技术第90页2）水封井 设置在可燃气体、易燃液体蒸气或有油污污水管网上，用以预防着火或爆炸沿管网蔓延扩展安全设施。安全监测监控技术第91页3）阻火器 用来阻止可燃气体和液体蒸汽火焰蔓延安全装置。主要是由能够经过气体许多细小、均匀或不均匀通道或孔隙固体不燃材料所组成。安全监测监控技术第92页4）防火闸门 为了预防火焰经过通风管道或生产管道蔓延而设计阻火装置。正常条件下，阻火闸门受易熔金属组件控制处，处于开启状态，一旦着火时，温度升高使易熔金属熔化，闸门自动关闭。安全监测监控技术第93页5）火星熄灭器 通常安装在产生火星设备排空系统，以预防飞出火星引燃周围易燃物质。熄灭火星主要方法：将带有火星烟气从小容器引入大容积，使其流速减慢、压力降低、火星颗粒沉降下来；设紧障碍，改变烟气流动方向，增大火星流动旅程，使火星熄灭或沉降；设置网格或叶轮，将较大火星挡住或分散，以加速火星熄灭；用水喷淋或水蒸气熄灭火星。安全监测监控技术第94页4.5紧急制动装置 紧急制动装置是当设备和管道断裂、填料脱落、操