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安全檢測技術課件第5章_圖文

安全檢測技術課件第5章_圖文

第5章?環境與災害參數檢測

第5章?環境與災害參數檢測
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 火災參數檢測與自動報警系統

第5章?環境與災害參數檢測

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

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、工業原料氣(乙烯、丙烷)、煤礦中的甲烷等。在石 油化工生產中,有關規則規定: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氣體或可燃有毒氣體,也是石化 生產環境有可能存在的?氣體。

第5章?環境與災害參數檢測

表5-1常見的可燃性氣體和有毒氣體
序號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 歸屬 物質名稱 可燃 有害 ? 乙炔 ? 乙醛 ? 乙烷 ? 乙胺 ? 乙苯 ? 乙烯 ? 氯乙烷 ? 氯乙烯 ? 環氧丙烷 ? 環丙烷 ? 二甲胺 ? 氫 ? ? 丁二烯 丁烷 化學式 HC? CH CH3CHO C2H6 C2H5NH2 C 6 H 5C 2 H 5 CH2=CH2 C2H5Cl CH2=CHCl CH2CHCH2O (CH3)2NH H2 CH2=CHCH= CH2 CH3(CH2)2CH3 爆炸極限/% LEL UEL 100 2.5 4.0 60 3.0 12.4 3.5 13.95 1.0 6.7 2.7 36 3.8 15.4 3.6 33 2.1 21.5 2.4 10.4 2.8 14.4 4.0 75 2.0 1.8 12 8.4 允許濃度 × 10-6 mg/m3

第5章?環境與災害參數檢測 表5-1常見的可燃性氣體和有毒氣體
15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 丁烯 丙烷 丙烯 甲烷 二甲醚 丙烯腈 一氧化碳 丙烯醛 氨 一氯甲烷 氧乙烯 氰化氫 C 4H 8 CH3CH2CH3 CH3CH=CH2 CH4 CH3OCH3 CH2=CHCN CO CH2=CHCHO NH3 CH3Cl (CH2)2O HCN 9.7 2.1 2.4 5.0 3.4 3.0 12.5 2.8 15 7 3 6 9.5 11 15.0 27 17.0 74 31 28 17.4 100 41

? ? ? ? ? ? ?

20 50 0.1 25 100 50 10

2 30 0.3 30 — — 0.3

第5章?環境與災害參數檢測 表5-1常見的可燃性氣體和有毒氣體
27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 三甲基胺 二硫化碳 溴甲烷 苯 甲胺 硫化氫 二氧化硫 氯 二乙胺 氟 光氣 氯丁二烯 (CH3)3N CS2 CH3Br C 6H 6 CH3NH2 H 2S SO2 Cl2 (C2H5)2NH F2 COCl2 C4H5Cl 2.0 1.3 10 1.3 4.9 4 — — 1.8 — — 4.0 12 50 15 7.9 20.7 4.4 5 — 10 — — 20 10 10 15 10 10 10 15 1 25 1 0.1 25 — 10 1 40 5 10 1 — 1 0.5 2

第5章?環境與災害參數檢測 對生產環境常見的可燃性氣體進行安全監測時,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準來 確定測量與報警指標?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 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%相當于0.018%丁烷。

第5章?環境與災害參數檢測 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的化學計量濃度。? 當某些作業環境中,由于存在多種可燃性氣體,與空氣 形成具有復雜組成的可燃性氣體混合物時,混合可燃氣體爆 炸下限可根據各組分已知的爆炸下限求出,見下式:

LEL 混

100 ? C1 C2 Cn ? ? ... ? LEL 1 LEL 2 LEL n

(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 所占的體積分數,且C1+C2+…+Cn=100;LEL1~ LELn為各組分 爆炸下限。

第5章?環境與災害參數檢測 2.有毒氣體 在工業生產過程中使用或產生的對人體有害,能引起慢 性或急性中毒的氣體或蒸汽稱為有毒氣體。我國《工業企業 設計衛生標準》中列有有毒物質共計111種,其中絕大部分 為氣體或蒸汽。我國現已制定出毒物毒性分級標準和毒物管 理分級標準,有毒氣體方面的規定與表5-1所列的有毒氣體 及參數規定相似,這里不做詳細敘述。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。

第5章?環境與災害參數檢測 在工業生產過程中進行有毒氣體監測時,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準確定 監測與報警指標的。所謂最高允許濃度,是指人員工作地點 空氣中的有害物質在長期分次有代表性的采樣測定中均不應 超過的濃度值,以確,F場工作人員在經常性的生產勞動中

不致發生急性和慢性職業危害。我國采用最高允許濃度作為
衛生標準。除最高允許濃度(MAC)外,有毒氣體還有以TLV 作為衛生標準的。TLV即閾限值(ThresholdLimitValues),

是指空氣中有毒物質的濃度。在此濃度下,幾乎全體現場工
作人員每日重復接觸不會產生有害影響。

第5章?環境與災害參數檢測 有毒氣體的濃度單位一般不采用質量分數表示,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數(ppm為非法定計量單 位)。它使用相對濃度表示法,與體積分數的換算關系為: ppm=(體積分數%)×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。 我國衛生標準中的最高允許濃度是以mg/m3為單位,兩種 單位的換算關系為

M (mg / m ) ? (ppm) ? 24.45
3

(5-3)

第5章?環境與災害參數檢測

24.45 ( ppm) ? (mg / m ) ? M
3

式中:M為有毒氣體的相對分子質量;24.45為常數,是25℃、

101325Pa時氣體的摩爾體積。

第5章?環境與災害參數檢測 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測標準?

為了保護環境,保障人的身體健康,保證安全生產和預
防火災爆炸事故發生,必須首先確知生產和生活環境中可燃 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,以便通過應用各種類型的測量儀 器、儀表對這些氣體進行檢測。通過檢測了解生產環境的火 災危險程度和有毒氣體的惡劣程度,以便采取措施或通過自 動監測系統實現對生產、生活環境的監控。

第5章?環境與災害參數檢測 1)可燃性氣體的監測標準? 可燃性氣體的監測標準取決于可燃物質的危險特性,且 主要是由可燃性氣體的爆炸下限決定的。從監測和控制兩方 面的要求來看,監測首先應做到可燃性氣體與空氣混合物中 可燃氣體的濃度達到閾限值時,給出報警或預警指示,以便 采取相應的措施,而其中規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。一般取爆炸下限的10%左右 作為報警閾值,當可燃性氣體的濃度繼續上升,一般達到其 爆炸下限的20%~25%時,監控功能中的聯動控制裝置將產 生動作,以免形成火災及爆炸事故。

第5章?環境與災害參數檢測 2)有害氣體的監測標準? 有害氣體即有毒氣體,其監測標準由多種氣體的環境衛

生標準來確定,這里的多種氣體是指氧氣及各種有害氣體。
我國制定的《大氣環境質量標準》(GB3095—82)中規定了 空氣污染物三級標準濃度限值!豆I企業設計衛生標準》

中列出了居住區大氣有害氣體的最高允許濃度值,以及工礦
車間環境有害氣體的最高允許濃度值。此外,我國對煤礦井 下環境也做了必要的規定。

第5章?環境與災害參數檢測 2.各類氣體測量儀表的工作原理 為了實現對可燃性氣體和多種有害氣體的測量和預防,

采用各種氣體傳感器構成的測量儀表品種繁多,其結構原
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,目前用于測量可燃氣體和多種氣體的儀器、儀表可歸 納劃分成如下幾種主要類型。?

第5章?環境與災害參數檢測 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,達到對可燃性氣體濃度進行測量的目的。 這類可燃氣體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、 質量輕的特點。

第5章?環境與災害參數檢測 可燃性氣體(H2 、CO和CH4 等)與空氣中的氧接觸, 發生氧化反應,產生反應熱(無焰接觸燃燒熱),使得作為 敏感材料的鉑絲溫度升高,具有正的溫度系數的金屬鉑的電 阻值相應增加,并且在溫度不太高時,電阻率與溫度的關系 具有良好的線性關系。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 實際應用的檢測元件,都是在鉑絲線圈外面涂覆一層氧化物 觸媒,以延長其壽命,提高其響應特性。

第5章?環境與災害參數檢測 氣敏元件的結構一般用直徑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 有適當的阻值(1~2Ω),一般應繞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成球狀多孔體。燒結后,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
過高溫熱處理,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。

第5章?環境與災害參數檢測 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,是由鉑絲承擔三種工作的:
鉑絲表面完成可燃氣體氧化催化功能,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,催化外殼對可燃氣體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。

第5章?環境與災害參數檢測

圖5-1催化燃燒式氣體檢測原理及其電路

第5章?環境與災害參數檢測 2)熱傳導式氣體傳感器? Ⅰ.氣體熱傳導式氣體傳感器?

它是利用被測氣體的熱傳導率與鉑絲(發熱體)的熱傳 導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)、氮氣(N2)、氧氣(O2)等氣體的濃度, 多制成攜帶式儀器。

第5章?環境與災害參數檢測 Ⅱ.固體熱傳導式氣體傳感器? 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用熱傳導式元件。 熱導式氣體濃度檢測方法的優點是在測量范圍內具有線性輸 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。其缺點是背景氣要干擾測量結果(如二氧化碳、 水蒸氣等),在環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?環境與災害參數檢測 3)半導體式氣敏傳感器? 半導體式氣敏傳感器的品種也是很多的,其中金屬氧 化物半導體材料制成的數量最多(占氣敏傳感器的首位), 其特性和用途也各不相同。金屬氧化物半導體材料主要有 SnO2系列、ZnO系列及Fe2O3系列,由于它們的添加物質各 不相同,因此能檢測的氣體也不同。半導體氣敏傳感器適 用于檢測低濃度的可燃性氣體及毒性氣體如CO、H?2S、 NOx及C2H5OH、CH4等碳氫氣體。其測量范圍為百萬分之 幾到百萬分之幾千。

第5章?環境與災害參數檢測

圖5-2 半導體氣敏傳感器的基本工作電路

第5章?環境與災害參數檢測 半導體式氣敏傳感器的基本工作電路如圖5-2所示。負 載電阻RL 串聯在傳感器中,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
負載電阻上的輸出電壓較;當遇到待測氣體時,傳感器的 電阻變得較。∟型半導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
規定濃度時,發出聲光報警。

第5章?環境與災害參數檢測 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,應注意其含量為何值時達到危險程度, 有的時候并不一定要求測出其含量的具體數值。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,保證生命和財產的安全。一般來說,半導 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 類元件在環境保護和安全監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體氣敏元件。

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4)濕式電化學氣體傳感器?
Ⅰ.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 構造是在電解池內安置了三個電極,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 體透過此膜到達工作電極,發生氧化還原反應,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系。由于該傳 感器具有三個電極,因此也稱為三端電化學傳感器。應用恒電 位電解式氣體傳感器的結構和測量電路如圖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溶液 的界面保持一定電位,一面進行電解,通過改變其設定電位, 有選擇地使用氣體進行氧化還原反應,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?環境與災害參數檢測

圖5-3 恒電位電解式氣體傳感器的結構和測量電路

第5章?環境與災害參數檢測 Ⅱ.燃料電池電解式氣體傳感器? 這類儀器的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H?
2S、HCN、COCl2(二氯甲烷)、NO2、Cl2、SO2等氣體的濃度。

目前,這類產品主要產自國外。

第5章?環境與災害參數檢測 Ⅲ.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)或被測氣體接觸產生電流的特性來測定氣體的濃度 的,其構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溶液(氫氧化鉀, KOH),在陰極上覆蓋有一層有機氟材料薄膜(聚四氟乙烯 薄膜)。被測氣體溶于電解液中,在電極上產生電化學反應, 從而在兩極間形成電位差,產生與被測氣體濃度成正比的電 流。

第5章?環境與災害參數檢測

圖5-4隔膜電池式氣體傳感器的構造及基本測量電路

第5章?環境與災害參數檢測 5.1.3可燃性氣體和有毒氣體的檢測儀表? 1.氣體檢測報警儀表的分類

工業生產環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、 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?環境與災害參數檢測 (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,一般可燃氣體檢測有催化燃燒型、半導體

型、熱導型和紅外線吸收型等;有毒氣體檢測有電化學型、
半導體型等;氧氣檢測有電化學型等。? (4)按其使用方式分類:根據使用方式不同,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 多用于連續監測報警;攜帶式多用于攜帶檢查泄漏和事故預 測。

第5章?環境與災害參數檢測

(5)按其使用場所分類:根據工業生產環境,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 行連續安全監測。

第5章?環境與災害參數檢測 2.常見的氣體檢測報警儀表 1)煤氣報警控制器?

當廚房由于油煙污染或由于液化石油氣(或其他燃氣) 泄漏達到一定濃度時,它能自動開啟排風扇,凈化空氣,防 止事故的發生。

第5章?環境與災害參數檢測

圖5-5家用煤氣報警器電路

第5章?環境與災害參數檢測 家用煤氣報警器電路如圖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R12降壓提供。工件電壓由全波整流后, 經C1濾波及R1、VD5穩壓后提供。傳感器負載電阻由R2及R3

組成(更換R3大小,可調節控制信號與待測氣體的濃度的
關系)。R4、VD6、C2及C1組成開機延時電路,調整R4,使 延時為60s左右(防止初始穩定狀態誤動作)。

第5章?環境與災害參數檢測 當達到報警濃度時,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 出現低電平并持續 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 導通時截止,則LED
(紅)產生閃光報警信號。LED(綠)為工作指示燈。

第5章?環境與災害參數檢測 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;二是利用瓦斯濃度和折射率的關系以及干涉 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,根據的是Lambert 定律: ? ?cL

I ? I 0e

式中I,I0為吸收后和吸收前的射線強度;μ為吸收系數;L為 介質厚度;c為介質的濃度。從上式可以看出,根據透射和 入射光強之比,可以得知氣體的濃度。單波長吸收比較型的 原理圖見圖5-6。

第5章?環境與災害參數檢測

圖5-6單波長吸收比較型的原理圖

第5章?環境與災害參數檢測 選擇合適波長的光源。脈沖發生器使激光器發出脈沖光, 或采用快速斬波器將連續光轉變成脈沖光(斬波頻率為數千

赫茲),經透鏡耦合進入光纖,并傳輸到遠處放置的待測氣
體吸收盒,由氣體吸收盒輸出的光經接收光纖傳回。干涉濾 光片選取瓦斯吸收率最強的譜線,由檢測器接收,經鎖相放 大器后送入計算機處理,根據強度的變化測量瓦斯濃度。

第5章?環境與災害參數檢測 瓦斯的吸收波長為1.14μ m、1.16μ m、1.66μ m、 2.37μ m和2.39μ m。由于水蒸氣在可見光波段具有強吸收, 而瓦斯的強吸收也在此波段范圍內,因此,為避免水蒸氣的 光吸收對測量結果造成影響,激光器的波長范圍應與瓦斯的 二次諧振吸收譜線相符。而瓦斯的二次諧振吸收(1.6~ 1.7μ m)是微弱的,這種傳感方式把氣體吸收盤輸出的光強 度作為判斷瓦斯濃度的判據,因而光源輸出強度的波動、光 纖耦合效率的變化和外界擾動引起接收光強度的變化,都會

使檢測結果產生誤差。用這種傳感方式對微弱信號進行監測,
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?環境與災害參數檢測 (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。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常調校、易受其他氣 體干涉的不足,其可靠性及穩定性均較差。

第5章?環境與災害參數檢測 3)感煙探測器? 現代建筑必須有防災報警裝置,火災出現時往往伴隨著 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行探 測的,這是因為煙霧由微小的顆粒組成。在發光管和光敏元 件之間,如果為純凈空氣,則完全透光;如果有煙霧,則接 收的光強減少。這種方法適合于長距離的直線段自動監測, 稱為“線型探測器”。最好用半導體激光器發射脈沖光,這 樣光線強,且體積小、壽命長。

第5章?環境與災害參數檢測 (2)散射式感煙探測器由發光管和光敏元件構成,在 兩者之間有遮擋屏,其結構如圖5-7所示。圖中虛線圓圈代

表了金屬絲網或多孔板。?
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,經過放大后就 可以驅動報警電路。為了避免環境可見光引起的錯誤報警, 選用紅外光譜,或采取避光保護措施。通常用脈沖光,每 3~5s有1個脈沖,每個脈沖的寬度是100μ s,這樣有利于環 境的干擾。

第5章?環境與災害參數檢測

圖5-7散射式感煙探測器圖

第5章?環境與災害參數檢測

圖5-8離子式感煙探測器

第5章?環境與災害參數檢測 3.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?環境與災害參數檢測 (3)氣相色譜儀。這類儀器是在色譜柱內,用載氣把 氣體試樣展開,使氣體的各組分完全分離,對氣體進行全面 分析的儀器。該類儀器較笨重,只適于實驗室環境中使用。 (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的指示劑與被測氣 體起反應來測定各種被測氣體的濃度的。? 這類檢測氣體的儀器結構簡單,使用方便、迅速,具有 相當高的靈敏度,一般制成攜帶式,最適于在各種環境中現 場采集、測定CO、H2S、NO、NO2 、NH3 、CO2 以及烷烴、烯烴、 苯、酮等多種有機化合物氣體,應用十分廣泛。

第5章?環境與災害參數檢測

5.2粉塵檢測
5.2.1粉塵的有關概念
1.粉塵的種類 在工業粉塵檢測過程中,常用到下列關于粉塵的術語。 1)全塵? 通常,將包括各種粒徑(即粉塵顆粒直徑)在內的粉 塵總和叫做全塵。對于工業生產,工業粉塵常指粒徑在 1mm以下的所有粉塵。?

第5章?環境與災害參數檢測 2)呼吸性粉塵? 呼吸性粉塵的粒徑大小各國尚無嚴格統一的規定。嚴格 地講,能夠通過人的上呼吸道而進入肺部的粉塵稱為呼吸性 粉塵。一般認為,粒徑在5μ m以下的工業粉塵就是呼吸性粉 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、易燃有機物粉塵、糧食 粉塵等,它們的火災危險性與工業生產安全密切相關。

第5章?環境與災害參數檢測 4)無爆炸性粉塵? 經過爆炸性鑒定,不能發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。

第5章?環境與災害參數檢測

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、設備上、物料上能形成粉塵層的
粉塵叫做沉積粉塵。

第5章?環境與災害參數檢測 2.粉塵的危害 1)可燃粉塵的火災及爆炸危害? 可燃粉塵爆炸通?煞譃閮蓚步驟,即初次爆炸和二次 爆炸。當粉塵懸浮于含有足以維持燃燒的氧氣的環境中,并 有合適的點火源時,初次爆炸能在封閉的空間中發生。如果 發生初次爆炸的裝置或空間是輕型結構,則燃燒著的粉塵顆 粒產生的壓力足以摧毀該裝置或結構,其爆炸效應必然引起 周圍環境的擾動,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火源或初次爆炸的燃燒產物 所引燃,由此產生的二次爆炸的膨脹效應往往是災難性的, 壓力波能傳播到整個廠房而引起結構物倒塌。由于此壓力效 應,粉塵爆炸的火焰能傳播到較遠的地方,會把火焰蔓延到 初次爆炸以外的地方。

第5章?環境與災害參數檢測 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。這是主要的職業病之一,我國已將它列
為法定職業病范疇。這種病是由于較長時間吸入較高濃度的 生產性粉塵所致,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5章?環境與災害參數檢測 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,從而呈現異物反應,

其危害比塵肺小。?
第三種是粉塵引起的肺部病變反應和過敏性疾病。這類 疾病主要是由有機粉塵引起的,如棉塵、麻塵、皮毛粉塵、 木塵等。

第5章?環境與災害參數檢測

減輕粉塵對人體的危害關鍵在于防護。經常注意防護,
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。防塵應采取綜合性措施,主要從以下幾個方面著手?

解決。??
(1)加強組織領導,制定防塵規章制度,設有專、兼職 人員,從組織上給予保證。對從業人員應作嚴格的健康檢查, 凡有活動性肺內外結核、各種呼吸道疾患(鼻炎、哮喘、支 氣管擴張、慢性支氣管炎、肺氣腫等),都不宜擔任接觸粉 塵的工作。從事與粉塵接觸的工人,每年應定期作體檢,如 發現塵肺,則應立即調動工作,積極治療。

第5章?環境與災害參數檢測 (2)逐步改革生產工藝和生產設備,進行濕式作業方 式,減少粉塵的飛揚。?

(3)降低空氣中粉塵濃度,密封機械,防止粉塵外逸,
采用通風排氣裝置和空氣凈化除塵設備,使車間粉塵降低 到國家職業接觸限值標準以下。? (4)加強個人衛生防護,從事粉塵作業者應穿戴工作 服、工作帽,減少身體暴露部位。要根據粉塵的性質,選

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?環境與災害參數檢測 5.2.2粉塵的檢測方法?

1.光學顯微鏡法
通過光學顯微鏡法可以測定微粒的尺寸、形狀以及數量。 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,將微粒刷在碳質透明塑料片或類似膠片 上,通過光學顯微鏡進行觀察。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,對微粒進行尺寸分類。微粒個數可以以單位 面積內的數量進行估算。

第5章?環境與災害參數檢測

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?環境與災害參數檢測 2.電集塵法 電集塵法屬于重量濃度法,其結構如圖5-10所示。這是

一種使氣體中的微粒子帶電后進行捕捉的方法。含塵氣體
通過具有高電位差的兩個電極間形成的強電場,利用電暈 放電現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。然后根據捕捉到的粉塵的質量和流過集 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?環境與災害參數檢測

圖5-10集塵電極的結構

第5章?環境與災害參數檢測 3.濾紙取樣法 ? 濾紙取樣法的結構如圖5-11所示。它利用帶狀濾紙對氣

體進行過濾的原理進行工作。圖中,吸引泵以10L/min的吸
引流量從吸引口吸引氣體,經過勻速移動的濾紙后,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?環境與災害參數檢測

圖5-11濾紙帶空氣取樣法的結構圖

第5章?環境與災害參數檢測 4.掃描顯微鏡檢測法? 對于燃燒產生的微粒,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
進行分析。也可通過視像管攝像機進行觀察。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,此時顯微鏡便可進行正常的觀察。同時,利用電子顯微
鏡分析儀檢測有關微粒數量、大小、形狀等參數,通過計 算機對這些數據進行處理,便可以很快地得到有關微粒的 數量、各種形狀、載距、面積以及在設定的尺寸上、下限 范圍內的統計分布。

第5章?環境與災害參數檢測 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,當放射源產生的β 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(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系。

第5章?環境與災害參數檢測 β 射線測塵儀的結構如圖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,將穿過被測物質的射線接收并轉換成電信號輸出,

即將射線強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數管。由探測器輸出的信號再經 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?環境與災害參數檢測

圖5-12 β 射線測塵儀結構

第5章?環境與災害參數檢測 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、采樣和延時電路等組成,其測量過程是:
當微動開關S1閉合時,光源1發光,經過凸鏡2變為近平行光, 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?環境與災害參數檢測

圖5-13光電測塵儀原理

第5章?環境與災害參數檢測 在實際應用條件下,可以獲得硅光電池的輸出電流I 和光通量φ 成線性關系,即

I=α φ
式中:α 為比例因子。

(5-6)

? ? ? 0 e ? KLC

1

(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;C1 為單位厚度含塵
氣體中的塵重。

第5章?環境與災害參數檢測 若以C=LC1表示整個被測區內的塵重,則

? ? ?0e
由此得

? KC

(5-8)

1 ?0 C ? ln K ?

(5-9)

顯然,只要知道粉塵的減光系數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為取樣時間)的含粉塵氣體內粉塵的質量

C;C/V就是單位體積含塵氣體內的粉塵濃度,記為mg/m3。

第5章?環境與災害參數檢測

5.3噪聲及其檢測
5.3.1噪聲的量度參數

1.聲壓和聲壓級
聲壓是指有聲波時介質的壓強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聲音的聲壓 為2×10-5Pa,稱為聽閾聲壓,并規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

P Lp ? 20lg (dB) P0

(5-11)

第5章?環境與災害參數檢測

2.聲強和聲強級
由于聲音也是一種能量,因而也可以用能量來表示其強 弱。聲場中某一點在指定方向的聲強,就是在單位時間內 通過該點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,定義聲強級也需規定參考聲強,通常 取為10-12W/m2,并用I0表示,故聲強級L定義為:

I L I ? 20lg (dB) I0

(5-12)

聲壓級是相對量,沒有量綱,在聲學中用“級”來表示相對量。

第5章?環境與災害參數檢測 3.聲功率和聲功率級 聲功率是聲源在單位時間內發射出總能量,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:

W L w ? 20lg (dB) W0

(5-13)

第5章?環境與災害參數檢測 4.噪聲的頻譜 聲音的高低主要與頻率有關。如音樂中的音調,分為

C、D、E、F、G、A、B,其中C調最低,頻率為250Hz,
B調最高,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雜得多,且各頻率成分之間還

可能產生疊加、調制或卷積等關系。因而在對所測得的噪
聲進行頻譜分析時,多是將其頻譜按一定規律分為若干頻 帶,然后分析各個頻帶對應的聲壓級。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?環境與災害參數檢測 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 f 0 ? f c1 ? f c2
上述條件可以導出條帶寬與中心頻率的關系為:

。

并規定其上限頻率與下限頻率之間的關系為fc2=22fcl。根據

B ? 2 ?2 f0

n 2

?

n 2

? 常數

(5-14)

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

第5章?環境與災害參數檢測 5.3.2噪聲的主觀評價 人類的聽覺是很復雜的,具有多種屬性,其中包括區

分聲音的高低和強弱兩種屬性。聽覺區分聲音的高低,用
音調來表示,它主要依賴于聲音的頻率,但也與聲壓和波 形有關;聽覺判別聲音的強弱用響度來表示,它主要靠聲

壓,但也和頻率及波形有關。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, 并規定,在此基礎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?環境與災害參數檢測

1.純音的響度及響度級
當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,經過大量的試驗測得的純音的等響(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弱的主觀量,它把聲壓級和頻 率一起考慮。

第5章?環境與災害參數檢測 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,其兩者的關系如圖5-14所示。具體的 表達式為

N ?2

L N ? 40 10

(5-15)

式中:LN為響度級(方);N為響度(宋)。

第5章?環境與災害參數檢測

圖5-14等響曲線

第5章?環境與災害參數檢測

2.頻率計權聲級
頻率計權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,尤其是用于環境噪聲試驗時更是如此。因 而從等響曲線出發,設計某種電氣網絡對不同頻率的聲音信號 進行不同程度的衰減,使得儀器的讀數能近似地表達人耳對聲 音的響應,這種網絡稱為頻率計權網絡。? 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。為此,提出了等效連 續聲級的概念。

第5章?環境與災害參數檢測 3.等效連續聲級 等效連續聲級是一個用來表達隨時間變化的噪聲的等效

量,其數學表達式為

1 t PA ( t ) Leq ? 10lg ? dt T 0 P0

(5-16)

式中,T為總測量時間;PA(t)為A計權瞬時聲壓;P0為參 考聲壓(20μPa)。

可以看出,等效連續聲級Leq 與總的時間T有關。也就 是說,人們在非連續噪聲的環境中,所處的時間越長,受 到危害的程度也越大。

第5章?環境與災害參數檢測 表5-2典型噪聲及其參數
噪聲 震耳欲聾 的轟轟聲 甚高聲 高聲 適中聲 輕聲 極輕聲 分貝 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 對應能量 1012 1011 1010 109 108 107 106 105 104 103 102 101 1 聲壓(N/m2) 20 2 0.2 0.02 0.002 0.0002 0.00002 地下鐵道的火車內、車間內,繁忙的 大街、例小汽車 7.5m 處 嘈鬧的辦公室、小汽車內,大商店、 最大音量的收音機 距離 1m 的一般談話,城市的屋內、 安靜的辦公室,農村的房屋內 公共圖書館、低聲的談話、紙的沙沙 聲、耳語 安靜的教堂、鄉村的寂夜、隔音室 典型環境示例 離噴氣式飛機 150m, 高音喇叭 5m 處

第5章?環境與災害參數檢測

5.3.3噪聲測量常用儀器
1.聲級計 聲級計是按照國際標準和國家標準,按照一定的頻率計 權和時間計權測量聲壓級的儀器。它是聲學測量中最基本、 最常用的儀器,適用于室內噪聲、環境保護、機器噪聲、建 筑噪聲等各種噪聲測量。 1)聲級計的分類? 按精度來分:根據國際標準IEC61672-2002,聲級計分 為1級和2級兩種。在參考條件下,1型聲級計的準確度為 ±0.7dB,2型聲級計的準確度為±1dB(不考慮測量不確? 定度)。

第5章?環境與災害參數檢測 按功能來分:測量指數時間計權聲級的通用聲級計、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,有的具有噪聲統計分析 功能的稱為噪聲統計分析儀,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)、數字指示、 屏幕指示。

第5章?環境與災害參數檢測 2)聲級計的構造及工作原理

圖5-15聲級計工作原理

第5章?環境與災害參數檢測 Ⅰ.傳聲器? 傳聲器是把聲信號轉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,它具有性能穩定、
動態范圍寬、頻響平直、體積小等特點。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,構成以空氣為介質的電容器的兩個電
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。當聲波作用在膜片上時,膜片發生振動,

使膜片與后極板之間的距離發生變化,電容也變化,于是
就產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?環境與災害參數檢測 電容傳聲器的靈敏度有三種:自由場靈敏度、聲壓靈敏 度和擴散場靈敏度。自由場是指聲場中只有直達聲波而沒有 反射聲波的聲場。擴散場是由聲波在一封閉空間內多次漫反 射而引起的,它滿足下列條件:①空間各點聲能密度均勻;② 從各個方向到達某一點的聲能流的概率相同;③各方向到某 點的聲波相位是沒有規律的。

第5章?環境與災害參數檢測 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 放入前該點擴散場聲壓之比值。由于傳聲器放入聲場某一點, 聲場產生散射作用,從而使實際作用在膜片上的聲壓比傳聲 器放入前該點的聲壓大,高頻時比較明顯。與三種靈敏度相 對應,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 地測量出傳聲器放入前該點原來的自由場聲壓,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使用。擴散場靈敏度平直的叫擴散 場型傳聲器,用于擴散場測量,有的國家規定聲級計用擴散 場型傳聲器。

第5章?環境與災害參數檢測 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
標稱靈敏度為50mV/Pa,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 計內部電校準時使用。?

1 1 12.7mm)、 in(6.35mm)、 in(Φ3.175mm)等。外徑 4 8
在用得最多的是 in ,它的保護罩外徑為Φ 13.2mm。

傳聲器的外形尺寸有1in(Φ23.77

1 mm)、 in(Φ2 2

小,頻率范圍寬,能測高聲級,方向性好,但靈敏度低,現

1 2

第5章?環境與災害參數檢測 Ⅱ.前置放大器? 由于電容傳聲器電容量很小、內阻很高,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
進行阻抗變換。前置放大器通常由場效應管接成源極跟隨 器,加上自舉電路,使其輸入電阻達到幾百兆歐以上,輸 入電容小于3pF,甚至0.5pF。輸入電阻低影響低頻響應, 輸入電容大則降低傳聲器靈敏度。

第5章?環境與災害參數檢測 Ⅲ.衰減器? 衰減器將大的信號衰減,以提高測量范圍。?

Ⅳ.計權放大器?
計權放大器將微弱信號放大,按要求進行頻率計權

(頻率濾波)。聲級計中一般均有A計權放大器計權,另外
也可有C計權或不計權(Zero,簡稱Z)及平直特性(F)。

第5章?環境與災害參數檢測 Ⅴ.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。??
Ⅵ.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。? Ⅶ.A/D? A/D將模擬信號變換成數字信號,以便進行數字指示或 送CPU進行計算、處理。?

第5章?環境與災害參數檢測 Ⅷ.數字指示器? 數字指示器以數字形式直接指示被測聲級的分貝數,使 讀數更加直觀。數字顯示器件通常為液晶顯示(LCD)或發 光二極管顯示(LED),前者耗電省,后者亮度高。采用數 字指示的聲級計又稱為數顯聲級計,如AWA5633數顯聲級計。 Ⅸ.CPU微處理器(單片機)? CPU微處理器對測量值進行計算、處理。? Ⅹ.電源? 電源一般是DC/DC,將供電電源(電池)進行電壓變 換及穩壓后,供給各部分電路工作。

第5章?環境與災害參數檢測 2.積分平均聲級計和積分聲級計(噪聲暴露計) 積分平均聲級計是一種直接顯示某一測量時間內被測

噪聲等效連續聲級(Leq)的儀器,通常由聲級計及內置的單
片計算機組成。單片機是一種大規模集成電路,可以按照 事先編制的程序對數據進行運算、處理,進一步在顯示器

上 顯 示 。 積 分 平 均 聲 級 計 的 性 能 應 符 合 IEC804 和
GB/T17181標準的要求。

第5章?環境與災害參數檢測 積分平均聲級計通常具有自動量程衰減器,使量程的動 態范圍擴大到80~100dB,在測量過程中無需人工調節量程

衰減器。積分平均聲級計可以預置時間,可設為10s、1min、
?5min、10min、1h、4h、8h等,當到達預置時間時,測量 會自動中斷。積分平均聲級計除顯示Leq外,還能顯示聲暴露

級LAE 和測量經歷時間,當然它還可顯示瞬時聲級。聲暴露
級?LAE是在1s期間保持恒定的聲級,它與實際變化的噪聲在 此期間內具有相同的能量。聲暴露級用來評價單發噪聲事件,

如飛機飛越以及轎車和卡車開過時的噪聲。知道了測量經歷
時間和此時間內的等效連續聲級,就可以計算出聲暴露級。

第5章?環境與災害參數檢測 積分平均聲級計不僅測量出噪聲隨時間的平均值,即等 效連續聲級,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積分平均聲級計,就可測量出隨
地點變動的噪聲的空間平均值。? 積分平均聲級計主要用于環境噪聲的測量和工廠噪聲測 量,尤其適宜作為環境噪聲超標排污收費使用。典型產品有 AWA5610B型和AWA5671型積分平均聲級計。它們還具有測量 噪聲暴露量或噪聲劑量的功能,并可外接濾波器進行頻譜分 析。

第5章?環境與災害參數檢測 作為個人使用的測量噪聲暴露量的儀器叫個人聲暴露計。 另一種測量并指示噪聲劑量的儀器叫噪聲劑量計。噪聲劑量 以規定的允許噪聲暴露量作為100%,如規定每天工作8h,噪 聲標準為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,可以計算相應的噪聲劑量值。但 是各國的噪聲允許標準不同,而且還會修改,如美國、加拿 大等國家暴露時間減半,允許噪聲聲級增加5dB,而我國及 其他大多數國家僅允許增加3dB。因此,不同國家、不同時 期所指的噪聲劑量不能互相比較。個人聲暴露計主要用在勞 動衛生、職業病防治所和工廠、企業對職工作業場所的噪聲 進行監測。典型產品是AWA5911型個人聲暴露計,它的體積 僅為一支鋼筆大小,可插在上衣口袋內進行測量,可以直接 顯示聲暴露量、噪聲劑量以及瞬時聲級、等效聲級和暴露時 間等。

第5章?環境與災害參數檢測 3.噪聲統計分析儀 噪聲統計分析儀是用來測量噪聲級的統計分布,并直接

指示累計百分聲級LN的一種噪聲測量儀器,它還能測量并用
數字顯示A聲級、等效連續聲級Leq,以及用數字或百分數顯 示聲級的概率分布和累計分布。它由聲級測量及計算處理兩 大部分構成,計算處理由單片機完成。隨著科學技術的進步, 尤其是大規模集成電路的發展,噪聲統計分析儀的功能越來 越強,使用也越來越方便,國產的噪聲統計分析儀已完全能 滿足環境噪聲自動監測的需要,F以AWA6218B型噪聲統計 分析儀為例進行介紹。?

第5章?環境與災害參數檢測 AWA6218B型噪聲統計分析儀是一種內裝單片機(電腦)的 智能化儀器,其最大優點是采用120×32點陣式LCD,既可顯

示數據也可顯示圖表,既有數字顯示又有動態條圖顯示瞬時
聲級,而且可以同時顯示8組數據?梢灾苯语@示Lp,Leq, Lmax,Lmin,L5,L10,L50,L90,L95,SD,T,LAE,E,Ld,

Ln,Ldn16個測量值以及組號,可以設定11種測量時間,從手
動、l0s~24h。既可進行常規單次測量,也可進行24h自動監 測,每小時測量一次,每次測量時間可以設定。儀器內部有 日歷、時鐘,關機后時鐘仍在繼續走動,因此不需每次開機 后進行調整。

第5章?環境與災害參數檢測 l該儀器還具有儲存495組或24h測量數據的功能,平時只 需將主機(僅0.5kg重)帶至現場測量,測量結束后,數據自

動儲存在機內,將主機帶回辦公室接上打印機打印或送微型
計算機進一步處理并存盤,儲存數據可靠,不會丟失。所儲 數據還可以通過調閱開關調閱任一組,并將其單獨打印出來。 如發現該組數據不正常,也可通過刪除鍵將其刪除,補測一 組數據替代。所配UP40TS打印機既可僅僅打印數據,也可既 打印數據又打印統計分布圖、累計分布圖或24h分布圖。

第5章?環境與災害參數檢測 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的標準, 對特定噪聲進行處理分析,提取有關特征信息,了解聲源特 性等。檢測噪聲是否符合規定標準,主要用于故障診斷與控 制。了解聲源特性需要進行聲功率(聲源在單位時間內輻射 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。若需較詳細地分析噪聲成分,尚需測定 1/3倍頻程頻譜。?
測量環境對噪聲測量的影響很大,因為相同的聲源在不 同的環境中所形成的聲場的區別很大,有的甚至是完全不一 樣的。?

第5章?環境與災害參數檢測

在現場測量噪聲(包括測室外環境噪聲),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 其他噪聲源發射的聲波及反射波的干擾,傳聲器應當接近 機器的聲輻射面。因而多采用近聲場測量法,通常是將傳 聲器置于距機器1m、距地面1.5m的地方來測量噪聲。注意 傳聲器不應過分地靠近聲源,因為靠聲源太近處的聲場往 往不穩定。?
如果機器不是均勻地向各方向輻射噪聲,則應在圍繞 機器的外表而相距1m且與地面相距1.5m的幾個不同位置上 多測量幾點,找出其中A聲級最大的一點作為評價該機器噪 聲的主要依據。同時,還應測出至少5點的A聲級和頻譜,作 為評價參考。必要時尚需作出機器在各個方向上的噪聲級 分布圖。

第5章?環境與災害參數檢測 在測量噪聲時,應當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 發聲時其周圍環境的噪聲。在實際測量工作中,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,則應從測值中減去1dB;若兩者相差4~5dB,則應

減掉2dB;兩者相差3dB,則應減掉3dB;若兩者相差小于3dB,
則測量無效。

第5章?環境與災害參數檢測 在測量過程中,還應注意避免反射聲波的影響。聲級 計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的手臂,或加長傳聲 器與聲級計之間的距離(通常傳聲器與聲級計之間配有接 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,應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,有很多產品 都是把傳聲器和前置放大器做在很小的體積內。另外,氣 流對噪聲測量的影響也很大,可在傳聲器前安裝風罩及防 風錐等附件,以減小氣流的影響。

第5章?環境與災害參數檢測 5.4泄漏檢測 5.4.1危險物質的泄漏及危險性 1.危險物質泄漏的原因 1)容器內壓異常上升? 在工業生產過程和儲運過程中,造成容器內壓異常上升 的原因分為物理原因和化學原因兩種情況:①物理原因使容 器內壓異常上升,主要表現為容器內物料溫度上升產生的熱 膨脹、機械壓縮、沖擊壓等;②化學原因使容器內壓上升, 主要表現在反應體系內反應熱蓄積或過熱流體液體急劇蒸發, 使容器內氣體或空氣急劇熱膨脹或使液體蒸汽壓劇增。當容 器無法承受這些內壓異常上升時,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 一部分或全部變為碎片飛散,在形成泄漏的同時發生火災及 爆炸。這種破壞泄漏多發生在生產裝置中,并且大部分是由 于化學反應或相變造成的,瞬間即會造成嚴重災害。

第5章?環境與災害參數檢測 2)容器構件受到異常外部載荷? 強烈的震動、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械破壞,導致油品、液化烴等液態危險 物質因泄漏而著火或形成災害。?

第5章?環境與災害參數檢測 3)容器或管道構件材料強度降低? 引起構件材料強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)反復應力或靜載荷作用;?
(4)材料暴露于高溫。?

第5章?環境與災害參數檢測 2.泄漏的危險性 1)可燃氣體泄漏的火災危險性?

當純氣體泄漏時,由于氣體密度遠小于液體密度,即使
是高壓氣體,其密度也相對低,因此可燃氣體泄漏一般僅能 形成體積不大的可燃氣云或爆炸性混合氣。當泄漏的可燃氣 體比空氣輕時,會隨擴散范圍增大而逐漸稀薄上升,潛在的 火災危險性較小。比空氣重的可燃氣體泄漏后,會向下風方 向和低洼處擴散、積蓄,達到爆炸濃度范圍,潛在火災危險 性較大,并具有隱蔽性。

第5章?環境與災害參數檢測 2)液化烴或可燃液體泄漏的火災危險性? 由于液體燃燒的機理是其不斷蒸發的蒸汽在氣相中燃燒, 同時液化烴或可燃液體在空氣中會快速汽化蒸發形成較大的 蒸氣云,因此,這類液體有很強的火災危險性,并與泄漏當 日大氣壓(通?山茷闃藴蚀髿鈮海┫碌囊后w沸點高低、 泄漏量與汽化量的大小等有關。當可燃液體沸點高于大氣溫 度時,可燃蒸氣云的消散與形成存在競爭,低閃點液體露天 泄漏能產生較大蒸氣云,而高閃點液體則難以產生較大蒸氣 云。當可燃液體沸點低于大氣溫度時,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,露天泄漏將立即 汽化并迅速形成蒸氣云,尤其是深冷低沸點液體泄漏會產生 猛烈的爆沸,過熱液體泄漏會引起劇烈的液氣相變,甚至無 需點火源就會發生蒸氣爆炸,具有極強的火災危險性。

第5章?環境與災害參數檢測 5.4.2管道泄漏檢測技術

1.基于硬件的方法和技術
1)聲發射技術管道檢漏方法?

基于聲發射技術的管道泄漏檢測系統的聲音傳感器預先 地安裝在管道壁外側,如果管道發生漏點泄漏時,就會在漏 點產生噪聲并被安裝在管道外壁上的聲音傳感器接收、放大, 經計算機軟件處理成相關的聲音全波形,通過對全波形的分 析達到監測和定位管道泄漏的狀況和漏點的位置。此技術特 別適合于那些管道內流量低、壓力高的情況。為了達到準確 地確定一個泄漏點的目的,需要排除外來噪聲和確定管道操 作噪聲。

第5章?環境與災害參數檢測 通常,管道的泄漏量與由此引起的噪聲波型的幅度具有 相關性,噪聲信號隨著泄漏量增加而增大。泄漏點的位置是

通過管道上的三個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射技術的管 道泄漏檢測系統具有可實時和可連續地測定分析、泄漏點定

位準確和不必拆卸管道的外部測定等優點。但是,對于大流
量的管道,背景噪聲將會對泄漏噪聲產生嚴重干擾。另外, 基于聲發射技術的管道泄漏技術檢測泄漏量的準確性與其他

技術相比還具有較大的誤差。

第5章?環境與災害參數檢測 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的傳感器是由某些高分 子材料制成并具有與碳氫化合物的反應活性,碳氫化合物對

這種材料會產生體積的或者電特性的改變,通過測量這些改
變達到監測管道內碳氫化合物泄漏的目的。如果管道或儲罐 發生泄漏,那么泄漏出的碳氫物質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 量狀況和泄漏點位置。?

第5章?環境與災害參數檢測 基于電纜傳感器的泄漏檢測技術適合應用于較短的燃 料管線,諸如機場或者煉油廠等的燃料站(庫)等。

SensorComm公司已經研制了一種液體傳感電纜,應用于管
道的泄漏檢測。此種技術是一種非金屬的測量技術,可應 用于極冷的地區和20英尺深度的管道的泄漏檢測。通常, 電纜傳感器經過汽油或者其他的高揮發性碳氫物質暴露之 后,必須經空氣干燥,以保證電纜傳感器的正常應用。此

外,傳感器可能會干擾管道的陰極保護系統。

第5章?環境與災害參數檢測 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,光纖傳感器可 以分散和定點地安裝在管線上。光纖可以檢測很寬范圍的物 理和化學特性,既可以檢測管道泄漏也可以定位泄漏點位置。 在實驗室模擬如下:在一段10米長的埋地氨管道范圍內設計 了A、B、C、D4個可控制氨泄漏流量的模擬氨泄漏位置點, 氨管道外壁上鋪設光纖傳感器以測定并記錄氨管道上的溫度。 模擬試驗研究結果表明,通過光纖傳感器測定關于管道的溫 度分布狀況,在管道泄漏和無泄漏時管道的溫度分布狀況會 出現溫度明顯下降的差別。在設定的4個泄漏點位置,無論是 哪一個位置發生泄漏,此泄漏位置的溫度就會下降。這是因 為液氨泄漏處管道由于液氨氣化產生的吸熱作用引起的溫度 下降,由此發出管道泄漏報警和確定泄漏點位置。氨氣具有 刺激性氣味,人體感官可以在氨濃度很低時就會感覺出來。 但是,此模擬試驗表明,在人體還沒有感覺到氨氣的氣味時, 光纖傳感器就已經將地下的管道泄漏狀況測定出來,并確定 了修漏點的位置。

第5章?環境與災害參數檢測

4)土壤檢測檢漏方法?
土壤檢測方法是一種蒸氣檢測系統,可以測定出地下管 道周圍土壤中蒸氣相碳氫物質的濃度,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 定位技術是通過測定從管道泄漏的示蹤氣體來完成的。此示 蹤氣體是預先添加到輸送管道中的一種惰性的、揮發性的、 比較穩定的氣體物質,加入到管道中的濃度水平為幾個ppm (10-6 )。如果輸送管道發生泄漏,示蹤氣體與管道中其他 物質同時流出管道,示蹤氣體將優先地擴散到管道周圍的土 壤中,在管道泄漏點附近的土壤氣體取樣孔洞中的測定探頭 就會自動地收集土壤中的示蹤氣體,然后應用氣相色譜方法 測定探頭收集的示蹤氣體的含量,由此監測管道泄漏狀況和 確定管道泄漏點的位置。應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。測定結果表明,示蹤 氣體技術可以較準確地確定管道泄漏的位置,誤差在數英尺 范圍內,測定結果與管道的直徑和長度無關。

第5章?環境與災害參數檢測 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濟、方便且易于安

裝、維護的技術。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的和流出 的體積流量,同時測定管道溫度、環境溫度、聲波在管道內

流體的傳播速度等參數。然后,根據體積平衡原理,并應用
計算機軟件模型處理管道各個部分所有參數的測定結果,分 析和比較出管道輸送中分別在泄漏時和正常運行時的參數狀

況,由此診斷和確定管道泄漏量和泄漏點位置。通常較短的
處理周期表明了一個較大的泄漏點;較長的處理周期表明了 一個較小的泄漏點。

第5章?環境與災害參數檢測 超聲波測定流量的檢漏系統與聲發射技術的管道泄漏 檢測系統類似,都是在管道外部安裝非破壞性的設備或器

件的檢漏技術。超聲波測定流量的檢漏系統已經成功地應
用于城市供水管道系統中的泄漏狀況診斷。除此之外,還 有便攜式的超聲波管道檢漏系統,可供有經驗的技術人員

佩戴超聲波耳機并在現場沿著地下管道線路巡檢使用,同
樣具有比較準確的漏點定位能力。

第5章?環境與災害參數檢測 6)蒸氣測定檢漏方法? 蒸氣測定系統是將傳感器管道平行地安裝在被測定的管

道上,如果管道發生泄漏,泄漏的碳氫物質就會流出管道并
通過擴散進入傳感器管道,周期地應用氣體泵抽取傳感器管 道內的氣體并將此氣體輸送到檢測器進行測定,泄漏的碳氫 物質就會被定量測定出來并以出峰的方式隨時間進行記錄。 根據氣體泵抽取管內氣體的流速、抽取氣體的開始時間和碳 氫物質在檢測器上的出峰時間可計算出被測管道的泄漏點位 置,出峰面積的大小表明了管道泄漏量的大小。

第5章?環境與災害參數檢測 蒸氣檢測技術是一種管道檢漏的物理測定方法,與管道 內的物質的體積和壓力無關。此技術無需軟件處理,并且可

同時檢測出多處泄漏點的狀況。但是,該檢測技術通常限于
應用較小泄漏的情況,不適合大的泄漏情況檢測。還有,此 系統需要較高的費用投資,但不需要太多的維護工作。另外,

此系統的檢漏響應時間較長,主要取決于氣體泵抽取氣體的
流速、傳感器管線的長短等。

第5章?環境與災害參數檢測

7)遙感檢漏方法?
遙感檢漏方法也是近年來發展迅速和有效的應用技術之 一。遙感檢漏技術可分成兩類。其一是主動檢測技術,應用 激光源照射被調查的管道線路,發生泄漏的管道就會有氣體 流出,并擴散到大氣環境中形成泄漏出來的氣體云團,激光

通過這個云團時泄漏的氣體分子就會吸收激光,與不通過此
云團的激光相比有一個能量差,由此判斷管道泄漏和確定管 道泄漏的位置;其二是被動檢測技術(也叫熱輻射檢測),

發生泄漏的管道氣體在大氣環境中形成的云團內部與此云團
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。

第5章?環境與災害參數檢測 遙感技術與上述的管道泄漏檢測技術相比具有許多優點: 可應用于大范圍管道區域內發生管道泄漏的快速檢測和實地

調查,可更完整和更有效地覆蓋可能發生泄漏的區域;一旦
發生管道泄漏,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果準確確定管

道泄漏的位置;遙感技術不必依靠有經驗人員進入管道輸送
區域內調查并判斷管道泄漏位置,可完成技術人員不能進入 的和有危險的區域的管道泄漏調查工作。

第5章?環境與災害參數檢測 2.基于軟件的方法和技術 基于軟件的管道檢漏方法通常使用管道內流體的流量、

壓力、溫度和其他的數據的變化差異,通過數學模型確定管
道內流體的運行狀態,判斷管道是否出現泄漏,確定泄漏量 大小和泄漏點位置。因為輸入到計算機軟件的流量、壓力、 溫度等參數都是應用硬件設備(如上述各種硬件技術)獲得 的,所以,基于軟件的管道檢漏方法是通過與其對應的硬件 技術共同實現的。

第5章?環境與災害參數檢測 1)質量(或體積)平衡檢漏方法? 基于質量守恒或者體積守恒原理的軟件是指流入和排出一 段管道的流體的質量(體積)相等,可通過管道直徑、管道內 流體的溫度、壓力和流量計算出來。如果發生泄漏,那么流出 這段管道的流體質量就會比流入的少,管道內的壓力就會表明 管道內部的充填狀況。質量或者體積守恒原理是目前普遍采用 的軟件技術之一,此軟件技術要求硬件能準確地測量出管道內 流體的流量、壓力和溫度,通過軟件計算和處理這些參數并轉 化成質量流量或者標準狀態下的體積流量。國外已經有此類的 商品軟件,并已經應用于石油行業中輸油管道的泄漏檢測。質 量或者體積守恒方法的檢漏準確性取決于安裝在管道系統中硬 件設備的測量精度,通常不需要額外的設備投資。應用此類軟 件診斷管道泄漏需要較長的時間,只有在泄漏發生后并通過這 段管道兩端的壓力或流量等參數的波動反映出來時才能夠做出 判斷。泄漏報警所需的響應時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備的測量靈敏度和精度。?

第5章?環境與災害參數檢測

圖5-16管路泄漏的監測

第5章?環境與災害參數檢測

2)實時瞬變模型檢漏方法?
實時瞬變模型檢漏方法應用質量守恒、動量守恒、能量 守恒和流體的狀態方程計算管道內流體的流量,應用預測值 (計算值)和實測值的差異確定管道的泄漏。此技術需要實 時地測量管道的流量、壓力和溫度,同時,應用實時瞬變模 型計算這些對應的物理量的數值。通過連續地分析噪聲水平 和正常的瞬間狀態以減少泄漏的誤報警,根據管道的流體流 量的統計變化量調整軟件的管道泄漏報警閾值。通常,此軟 件可檢測出小于管道流體的1%泄漏量的報警。實時瞬變模 型檢漏軟件是一種非常昂貴的技術,它需要大量昂貴的儀器 和設備連續地、實時地測量和收集管道系統中的各種物理量。 此軟件模型也比較復雜,通常要求訓練有素的操作人員才能 操作。

第5章?環境與災害參數檢測 3)壓力點分析檢漏方法? 壓力點分析法(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 閉變化率進行檢測。當管道處于穩定狀態時,壓力和速度以 及密度分布不隨時間變化。在設備(泵或壓縮機)供能增大或 減少時,流體的速度、壓力和密度分布的變化是連續的。一 旦穩定狀態受到某一事故的干優,管道將向新的穩定狀態過 渡。流體經過一定時間將改變其流速和壓力。如果在沿線的 某點發生事故,其最初的泄漏特征將在一定的時間內傳遞到 管道末端(或其他任何檢測位置),傳遞時間取決于事故發生 地點到檢測點的距離和聲音在管道流體中傳播的速度。當泄 漏發生時,管道完成過渡達到新的穩態。

第5章?環境與災害參數檢測 過渡時間由動量和沖量定理確定,一般為幾分鐘至十幾 分鐘。為了解決專用檢測儀表檢測擴張波峰產生噪聲后的可

靠性問題,PPA在檢測點檢測流體從某一穩態過渡到另一穩
態時管道中流體壓力和速度的變化情況。PPA的分析過程不 需要在不變的穩態之間過渡,它適合于管道的現行操作。 PPA檢測首先分析取自單個測試點的一組數據,然后應用計 算機處理這些原始數據,以確定管道是否有泄漏點。?

第5章?環境與災害參數檢測

4)神經網絡泄漏檢測技術?
人工神經網絡是以工程技術手段來模擬人腦神經元網絡 的結構與特點的系統。我們利用人工神經元可以構成各種不 同拓撲結構的神經網絡,它是生物神經網絡的一種模擬和近 似。目前,神經網絡已逐步發展為一種公認的、強有力的計 算或處理模型。神經網絡的應用領域包括:辨識、控制、預 測、優化、診斷、模式識別、信息壓縮、數據融合、風險評 估等;谌斯ど窠浘W絡的管道泄漏檢測是一種有前途的和 正在發展中的方法。國外已有報道,基于人工神經網絡的液 化氣管道檢漏系統已獲得成功應用,在100s以內可監測并定 位出泄漏量相當于管道內流體流量1%以內的泄漏點,監測 誤報率低于50%。

第5章?環境與災害參數檢測 表5-3各種檢測方法和技術的比較
泄漏檢測 方法 生物方法 光纖方法 聲學方法 蒸氣檢測 負壓方法 流量變化 質量平衡 實時模型 壓力點高 遙感技術 檢漏檢 測靈敏 度 高 高 高 高 高 低 低 高 差 中 泄漏點 定位能 力 好 好 好 好 好 差 差 好 無 好 操作條 件改變 好 好 不好 好 不好 不好 不好 好 好 好 實用 性評 估 差 差 好 差 好 好 好 好 好 好 誤報 警率 低 中 高 低 高 高 高 高 高 中 技術維 護要求 中 中 中 中 中 低 低 高 中 高 檢測費 用消耗 高 高 中 高 中 低 低 高 中 高

第5章?環境與災害參數檢測

5.5火災參數檢測與自動報警系統
5.5.1火災探測與信號處理 1.火災現象 1)熱(溫度)? 凡是物質燃燒,就必然有熱量釋放出來,使環境溫度升 高。環境溫度升高的速率與物質燃燒規模和燃燒速度有關。

在燃燒規模不大、燃燒速度非常緩慢的情況下,物質燃燒所
產生的熱(溫度)是不容易鑒別出來的。

第5章?環境與災害參數檢測 2)燃燒氣體? 物質在燃燒的開始階段,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、灰燼和未 燃燒的物質顆粒懸浮在空氣里,我們將這種懸浮物稱為氣溶 膠,其顆粒粒子直徑一般在0.1μ m左右。

第5章?環境與災害參數檢測 3)煙霧? 煙霧沒有嚴格科學的定義,一般是把人們肉眼可見的

燃燒生成物,其粒子直徑在0.01~10μ m?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。據統計,在火災中
約有70%死者是由于吸入燃燒氣體或煙霧造成的,所以在火 災中將它們合在一起作為檢測參數來考慮,稱為煙霧氣溶 膠或簡稱煙氣。

第5章?環境與災害參數檢測

4)火焰?
火焰是物質著火產生的灼熱發光的氣體部分。物質燃燒 到發光階段是物質的全燃階段,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 的可燃蒸汽在氣相中燃燒,其火焰熱輻射很強,含有更多的 紫外線。? 對于普通可燃物質,其燃燒表現形式首先是產生燃燒氣 體,然后是煙霧,在氧氣供應充分的條件下才能達到全部燃 燒,產生火焰并散發出大量的熱,使環境溫度升高。有機化 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,火災發展迅速,有強烈的火焰輻射,很少產生煙 和熱。

第5章?環境與災害參數檢測 2.火災探測方法 火災的探測是以物質燃燒過程中產生的各種現象為依 據,以實現早期發現火災為前提的。因為火災的早期發現 是充分發揮滅火措施的作用,減少火災損失和保衛生命財 產安全的重要條件,所以,世界各國對火災自動報警技術 的研究,都著眼于火災探測手段的研究和實驗工作,以期 發現新的早期火災探測方法,開拓火災自動報警技術的新 領域。? 根據火災現象和普通可燃物質的典型起火過程曲線, 火災的探測方法目前主要有以下幾種。

第5章?環境與災害參數檢測 1)空氣離化探測法? 這是以火災早期產生的煙氣為主要檢測對象的火災探測 方法?諝怆x化法利用放射性同位素 241Am所產生的α 射線 (即帶正電的粒子流,也就是氦原子核流,其穿透能力很小、 而電離能力很強),將處于一定電場中兩電極間的空氣分子 電離成正離子和負離子,使電極間原來不導電的空氣具有一 定的導電性,形成離子電流。當含煙氣流進入電離空間時, 由于煙粒子對帶電離子的吸附作用和對α 射線的阻擋作用, 原有的離子電流發生變化(減。,離子電流變化量的大小 反映了進入電離空間煙粒子的濃度,從而將煙氣濃度轉化成 電信號,據此可探測火災的發生。顯然,空氣離化火災探測 方法是放射性同位素在火災探測技術方面的應用,是原子能 和平利用的一個重要方面。

第5章?環境與災害參數檢測 2)熱(溫度)檢測法? 這是以火災產生的熱對流所引起環境溫度上升為主要

檢測對象的火災探測方法。該方法主要利用各種熱(溫度)
敏感元件來檢測火災所引起的環境溫升速率或環境溫度變 化。熱(溫度)檢測方法是最早使用的火災探測方法,迄 今已有一百多年的歷史。?

第5章?環境與災害參數檢測 3)光電探測方法? 這是以早期火災產生的煙氣為檢測對象的火災探測方法。 該方法根據光學原理和光電轉換機理,利用煙霧粒子對光的 阻擋吸收和散射特性來實現對火災的早期發現。隨著近年來 微電子技術和光電轉換技術的不斷發展,光電探測方法在火 災探測領域獲得了廣泛的應用。

第5章?環境與災害參數檢測 4)光輻射或火焰輻射探測方法? 這是以物質燃燒所產生的火焰熱輻射為檢測對象的火 災探測方法。該方法利用紅外或紫外光敏元件來檢測火災 產生的紅外輻射或紫外輻射,從而達到早期發現火災的目 的。這類探測方法特別適于對火災起始階段很短、火災發 展迅速的油品類火災的探測。

第5章?環境與災害參數檢測 5)可燃氣體探測法? 這種方法是以早期火災所產生的可燃氣體或氣溶膠為 檢測對象的火災探測方法。該方法主要利用半導體式和催 化燃燒式氣敏元件的轉化機理來早期探測火災。由于各種 氣敏元件用于火災探測的機理還有待進一步完善,因此這 類探測方法尚沒有在火災探測中獲得廣泛應用。? 綜合上述各種探測方法:對于普通可燃物質燃燒過程, 用光電探測法和空氣離化法應用最廣、探測最及時,用熱 (溫度)檢測法則相對較遲緩,但它們都是廣泛使用的火 災探測方法;其他兩種探測方法僅在一定范圍內使用。

第5章?環境與災害參數檢測

3.火災探測器的產品型號?
在GA/T228-1999《火災探測器產品型號標準方法》中,

按照標準規定,火災探測器的產品型號如圖5-17所示。

圖5-17火災探測器的產品型號

第5章?環境與災害參數檢測

圖中:?
1 ——消防產品中的火災報警設備分類代號,采用“J” 表示。? 2 ——火災探測器類型分組代號。各種火災探測器的具 體表示方法是:? Y——感煙火災探測器;?

W——感溫火災探測器;?
G——感光火災探測器;? Q——氣體敏感火災探測器;? T——圖像攝像方式火災探測器;? S——感聲火災探測器;?

F——復合式火災探測器。?

第5章?環境與災害參數檢測 3 4 ——火災探測器應用范圍特征代號。表示方法

是:防爆型用B(在前),普通型省略;船用型用C(在
后),普通型省略。 5 ——火災探測器中傳感器特征代號。常用表示方法 如下。? (1)感煙火災探測器采用如下字符表示:?

L——離子;G——光電;?
H——紅外光束;LX——吸氣型離子;?

GX——吸氣型光電。

第5章?環境與災害參數檢測 (2)感溫火災探測器采用兩個字母表示。其中,第一個 字母采用如下字符表示:? M——膜盒;S——雙金屬;? Q——玻璃球;G——空氣管;? J——易熔金屬;L——熱敏電纜;?

O——熱電偶;B——半導體;?
Y——水銀接點;Z——熱敏電阻;? R——易熔材料;X——光纖。? 第二個字母采用如下字符表示:? D——定溫;C——差溫;O——差定溫。

第5章?環境與災害參數檢測

(3)感光火災探測器采用如下字符表示:?
Z——紫外;H——紅外;D——多波段。? (4)氣體敏感火災探測器采用如下字符表示:? B——半導體;C——催化。 (5)復合火災探測器采用上述代號組合,圖像攝像方式 和感聲式火災探測器特征省略。?? 6 ——表示火災探測器的傳輸方式代號,表示方法是: W——無限傳輸方式;M——編碼方式;F——非編碼方式。 火災探測器廠家及產品代號,一般是4~6位,前2~3 位采用字母表示廠家代號,其后采用數字表示產品下列號。

第5章?環境與災害參數檢測 5.5.2火災自動報警系統

1.火災自動報警系統的組成
火災自動報警系統由火災探測器、火災報警控制器、 火災報警裝置、火災報警聯動控制裝置等組成,其核心是 由各種火災探測器與火災報警控制器構成的火災信息探測 系統。為了達到我國有關消防技術規范提出的火災自動報 警系統的基本要求,并為一些特殊對象中系統的應用提供 基礎,我國國家標準GB50116-98《火災自動報警系統設計 規范》中還納入了消防聯動控制的技術要求,強調火災自 動報警系統具有火災監測和聯動控制兩個不可分割的組成 部分,因此,火災自動報警系統也常稱為火災監控系統。

第5章?環境與災害參數檢測 1)觸發器件?

在火災自動報警系統中,自動或手動產生火災報警信 號的器件稱為觸發器件,它主要包括火災探測器和手動火 災報警按鈕。不同類型的火災探測器適用于不同類型的火 災和不同的場所,在實際應用中,應當按照現行有關國家 標準的規定合理選擇。?
另一類觸發器件是手動火災報警按鈕。它是用手動方 式產生火災報警信號、啟動火災自動報警系統的器件,也 是火災自動報警系統中不可缺少的組成部分之一。

第5章?環境與災害參數檢測 2)火災報警裝置? 在火災自動報警系統中,用以接收、顯示和傳遞火災 報警信號,并能發出控制信號和具有其他輔助功能的控制 指示設備稱為火災報警裝置;馂膱缶刂破骶褪瞧渲凶 基本的一種;馂膱缶刂破骶邆錇榛馂奶綔y器供電、接 收、顯示和傳輸火災報警信號,并能對自動消防設備發出 控制信號的完整功能,是火災自動報警系統中的核心組成 部分。

第5章?環境與災害參數檢測 火災報警控制器按其用途不同,可分為區域火災報警控 制器、集中火災報警控制器和通用火災報警控制器三種基本

類型。區域火災報警控制器用于火災探測器的監測、巡檢、
供電與備電,接收火災監測區域內火災探測器的輸出參數或 火災報警、故障信號,并且轉換為聲、光報警輸出,顯示火

災部位或故障位置等。其主要功能有火災信息采集與信號處
理,火災模式識別與判斷,聲、光報警,故障監測與報警, 火災探測器模擬檢查,火災報警計時,備電切換和聯動控制

等。

第5章?環境與災害參數檢測 集中火災報警控制器用于接收區域火災報警控制器的火 災報警信號或設備故障信號,顯示火災或故障部位,記錄火 災信息和故障信息,協調消防設備的聯動控制和構成終端顯 示等。其主要功能包括火災報警顯示、故障顯示、聯動控制 顯示、火災報警計時、聯動聯鎖控制實現、信息處理與傳輸 等。?

通用火災報警控制器兼有區域和集中火災報警控制器的 功能,小容量的可以作為區域火災報警控制器使用,大容量 的可以獨立構成中心處理系統,其形式多樣、功能完備,可 以按照其特點用做各種類型火災自動報警系統的中心控制器, 完成火災探測、故障判斷、火災報警、設備聯動、滅火控制 及信息通信傳輸等功能。

第5章?環境與災害參數檢測 3)火災警報裝置? 在火災自動報警系統中,用以發出區別于環境聲、光的

火災警報信號的裝置稱為火災警報裝置;馂木瘓笃骶褪且
種最基本的火災警報裝置,它以聲、光音響方式向報警區域 發出火災警報信號,以警示人們采取安全疏散、滅火救災措 施。

第5章?環境與災害參數檢測

4)消防控制設備?
在火災自動報警系統中,當接收到來自觸發器件的火災 報警信號時,能自動或手動啟動相關消防設備并顯示其狀態 的設備,稱為消防控制設備,主要包括火災報警控制器,自 動滅火系統的控制裝置,室內消火栓系統的控制裝置,防煙、 排煙系統及空調通風系統的控制裝置,常開防火門、防火卷 簾的控制裝置,電梯回降控制裝置以及火災應急廣播、火災 警報裝置、消防通信設備、火災應急照明與疏散指示標志的 控制裝置等十類控制裝置中的部分或全部。消防控制設備一 般設置在消防控制中心,以便于實行集中統一控制。也有的 消防控制設備設置在被控消防設備所在現場,但其動作信號 則必須返回消防控制室,實行集中與分散相結合的控制方式。

第5章?環境與災害參數檢測 5)電源? 火災自動報警系統屬于消防用電設備,其主電源應當采 用消防電源,備用電源采用蓄電池。系統電源除為火災報警 控制器供電外,還為與系統相關的消防控制設備等供電。

第5章?環境與災害參數檢測 2.火災報警控制器的功能要求 火災報警控制器主要包括電源部分和主機部分;馂膱

警控制器主機部分承擔著對火災探測器輸出信號的采集、處
理、火警判斷、報警及中繼等功能。從原理上講,無論是區 域火災報警控制器還是集中火災報警控制器,都遵循同一工 作模式,即采集探測源信號→輸入單元→自動監測單元→輸 出單元。同時,為了方便使用和擴展功能,又附加上人機接 口—鍵盤、顯示單元、輸出聯動控制部分、計算機通信單元、 打印機部分等。

第5章?環境與災害參數檢測 對火災報警控制器主機部分而言,其常態是監測火災 探測器回路的變化情況,遇有火災報警信號時執行相應的 操作。因此,火災報警控制器主機部分的主要功能如下: (1)故障聲光報警。當火災探測器回路斷路、短路、 出現自身故障和系統故障時,火災報警控制器均應進行聲、 光報警,指示具體故障部位。? (2)火災聲光報警。當火災探測器、手動報警按鈕或 其他火災報警信號單元發出火災報警信號時,火災報警控 制器應能夠迅速、準確地接收、處理火災報警信號,進行 火災聲光報警,指示具體火災報警部位和時間。

第5章?環境與災害參數檢測 (3)火災報警優先;馂膱缶刂破髟趫蠊收蠒r,如果 出現火災報警信號,應能夠自動切換到火災聲光報警狀態。

若故障信號依然存在,則只有在火情被排除、人工進行火災
信號復位后,火災報警控制器才能夠轉換到故障報警狀態。 (4)火災報警記憶。當火災報警控制器接收到火災探測 器的火災報警信號時,應能夠保持并記憶,不可隨火災報警 信號源的消失而消失,同時應還能夠接收、處理其他火災報 警信號。

第5章?環境與災害參數檢測 (5)聲光報警消聲及再聲響;馂膱缶刂破靼l出聲 光報警信號后,可通過火災報警控制器上的消聲按鈕人為 消聲。同時,在停止聲響報警時又出現其他報警信號,火 災報警控制器應能夠繼續進行聲光報警。? (6)時鐘及時間記錄;馂膱缶刂破鞅旧響峁┮ 個工作時鐘,用于給工作狀態提供監測參考。當發生火災 報警時,時鐘應能指示并記錄準確的報警時間。? (7)輸出控制;馂膱缶刂破鲬哂幸粚σ陨系妮 出控制接點,用于火災報警時的直接聯動控制,如控制警 鈴、啟動自動滅火系統等。

第5章?環境與災害參數檢測 3.火災自動報警系統的設計形式

1)設計選型依據?
依據各類火災參數敏感元件輸出的電信號,取不同的火 災信息判斷處理方式,可以得到不同形式的火災自動報警系 統,并導致系統火災探測與報警能力、各類消防設備協調控 制和管理能力以及系統本身與上級網絡的信息交換與管理能 力等方面產生較大的差別?紤]到火災自動報警系統的基本 保護對象是工業與民用建筑,各種保護對象的具體特點又千 差萬別,對火災自動報警系統的功能要求也不盡相同;同時, 從設計技術的角度來看,火災自動報警系統的結構形式可以 做到多種多樣。

第5章?環境與災害參數檢測 但從標準化的基本要求來看,系統結構形式應當盡可能 簡化、統一,避免五花八門,脫離規范。因此,火災自動報

警系統按國家標準GB50116-98《火災自動報警系統設計規范》
規定進行設計。一般地,根據火災監控對象的特點和火災報 警控制器的分類以及消防設備聯動控制要求的不同,火災自 動報警系統的基本設計形式有三種,即區域報警系統、集中 報警系統和控制中心報警系統。

第5章?環境與災害參數檢測 2)區域報警系統設計形式? 區域報警系統由火災探測器、手動報警器、區域報警 控制器或通用報警控制器、火災警報裝置等構成,其原理 如圖5-18所示。

第5章?環境與災害參數檢測

圖5-18區域報警系統

第5章?環境與災害參數檢測 進行區域報警系統設計時,應符合下列幾點要求:? (1)在一個區域系統中,宜選用一臺通用火災報警控 制器,最多不超過兩臺;? (2)區域報警控制器應設在有人值班的房間;?

(3)區域報警系統容量比較小,只能設置一些功能簡
單的聯動控制設備。?

第5章?環境與災害參數檢測 3)集中報警系統設計形式? 集中報警系統由火災探測器、區域火災報警控制器或用 做區域報警的通用火災報警控制器和集中火災報警控制器等 組成。傳統型集中報警控制系統應設有一臺集中報警控制器 (或通用報警控制器)和兩臺以上區域報警控制器(或樓層 顯示器,帶聲光報警),其系統如圖5-19所示。其中,消防 泵、噴淋泵、風機等聯動控制部分沒有畫出。這類系統中的 聯動控制信號取自集中火災報警控制器,并且通過消防聯動 控制臺對消防設備進行直接控制。

第5章?環境與災害參數檢測

圖5-19集中報警系統

第5章?環境與災害參數檢測

4)控制中心報警系統設計形式?
控制中心報警系統是由設置在消防控制中心(或消防控 制室)的消防聯動控制設備、集中火災報警控制器、區域火 災報警控制器和各種火災探測器等組成(如圖5-20所示),或 由消防聯動控制設備、環狀布置的多臺通用火災報警控制器

和各種火災探測器及功能模塊等組成?刂浦行膱缶到y的
消防控制設備主要是:火災警報器的控制裝置、火警電話、 空調通風及排煙、消防電梯等控制裝置、火災事故廣播及固

定滅火系統控制裝置等。它進一步加強了對消防設備的監測
和控制,可兼容各種類型的火災探測器和功能模塊,可以對 各類消防設備實現聯動控制和手動/自動控制轉換。?

第5章?環境與災害參數檢測

圖5-20控制中心報警系統

第5章?環境與災害參數檢測

5)火災監控系統的應用形式?
根據火災自動報警系統的基本結構和設計形式,火災自 動報警系統按照所采用的火災探測器、各種功能模塊和樓層 顯示器等與火災報警控制器的連接方式(接線制),分為多 線制和總線制兩種系統應用形式;按各個生產廠的系統實際 產品形式,分為中控機、主子機和網絡通信系統應用形式等。

多線制系統應用形式是火災自動報警系統的基本結構形 式,與早期產品設計、開發和生產有關。多線制系統應用形 式易于判斷,系統中火災探測器和各種功能模塊與火災報警 控制器采用硬線對應連接方式,火災報警控制器依靠直流信 號對火災探測器進行巡檢以實現火災和故障判斷處理,系統 線制為:an+b(n是火災探測器個數或編碼地址個數,a、b是 設計系數)。

第5章?環境與災害參數檢測

總線制系統應用形式也是火災自動報警系統的基本結構 形式,是在多線制結構基礎上發展起來的?偩制系統主要 采用數字電路構成編碼、譯碼電路,并采用數字脈沖信號巡 檢和數據協議通信與信息壓縮傳輸,系統接線少、總功耗低 且可靠性高、工程布線靈活性和抗干擾能力強、誤報率低。 當前,主要采用二總線、三總線和四總線等系統應用形式。
總的來講,采取不同的火災信息判斷處理方式和火災模 式識別方式,可得到不同應用形式的火災自動報警系統。從 石油化工生產安全監控要求來看,區域報警系統聯動固定滅 火裝置的模式或集中報警系統形式應用較多,可廣泛用于大 型化工倉庫、輸配電站、油庫等場所。所用的火災探測器, 除典型感煙和感溫探測器外,紅外光分離式感煙探測器、紫 外火焰探測器、可見光探測器及線纜式火災探測器廣泛應用 于石化場所,用于及時探測各種有機物火災、油品火災等。


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