内科大安全环境监测技术教案

教案课程名称安全环境监测技术总学时数40学时使用班级安全工程级班任课学期学年第学期任课教师编制时间20年月日

课程名称：安全环境监测技术授课章节第1次课：第1章绪论1.1安全检测的目的、作用与意义；1.2安全检测技术研究的主要内容；1.3发展趋势目的要求掌握安全检测的目的和主要内容；了解安全检测技术的发展趋势。重点难点重点：安全检测的主要内容【引言】开课第一节课。课程基本情况，对学生的要求（如何学好这门课、准备作业本），回顾相关础知识：先修课程除安全工程专业课程以外，还有《岩石力学》，《高等数学》、《大学物理》、《分析化学》、《电工学》、《计算机原理》等，导入新课（10分钟）【讲授新课】第1章绪论一、监测与检测的定义监测是指长时间的对某一物理量（或化学量）进行实时监视并记录它的变化规律；而检测就是用指定的方法检验测试某一物理量（或化学量）的技术性能指标。二、安全监测的定义安全监测是运用现代科学方法，对人类赖以生存的安全状态进行定量的描述，同时尽可能灵敏并及时地收集到安全现状变化的信息和对人体健康有无异常变化的信息，在分析、评价这些资料的基础上尽早地采取具体有效的行动以保护人类的正常生存与发展这样一种体系。安全检测可理解为监测、监控和控制的综合概念。在以后的章节里所提到的检测，都是如此。1.1安全检测的目的、作用与意义（20分钟）1）检测目的为职业健康安全状态进行评价；为安全技术及设施进行监督；为安全技术措施的效果进行评价等提供可靠的信息，通过对改善劳动作业条件，改进生产工艺过程、控制系统或减小事故发生的目的。点名、自我介绍、情况简介、引入新课（约10分钟）（约5分钟）监测与检测举例（约5分钟）（约20分钟）第1次第1页2）检测作用根据作业环境和生产系统在生产过程中产生的不安全因素，采用先进的仪器设备对其进行量化和诠释，从而更加科学全面检测、判断危害程度和准确位置，并提出相应整改措施，以消除隐患，避免事故的发生。3）意义对于矿山来讲，安全事故经常出现：▲煤矿瓦斯、煤尘爆炸事故▲煤矿煤自燃和火灾事故▲地下矿的透水及冒顶事故▲尾矿坝溃坝事故▲露天矿边坡滑坡事故▲地下工程引起的地面沉降塌陷事故重大恶性安全事故的频发，造成重大经济损失和人员伤亡，甚至群死群伤，在经济利益的诱惑下，不顾人的生命安全，社会反响也很强烈。2001年美国的911事件死亡人数几千人；2008年山西襄汾“9.8”特大尾矿库溃坝事故，死亡人数达268人；2009年黑龙江龙煤集团鹤岗分公司新兴煤矿“11.21”特别重大瓦斯爆炸事故造成108人遇难；2010年神华集团乌海能源公司骆驼山煤矿“3.1”特别重大透水事故，共造成32人死亡、7人受伤，直接经济损失4853万元。进行安全监测和全面提高安全监测的科学技术水平，有效减少事故隐患，预防和控制重特大事故的发生，遏制群死群伤、重大经济损失和保证国家经济与社会的可持续发展有着极其重要的现实意义。具体可归纳为以下几点：（1）保证安全生产（2）是现代化和法制化工程的管理需要（3）可推动工程设计和施工技术的进步（4）为安全隐患诊断和危害程度判断提供依据（5）判断工程事故及推动检测技术自身发展1.2安全检测技术研究的主要内容（30分钟）1）研究的主要内容（不安全因素的检测）（1）粉尘危害因素：粉尘浓度、粒径分布、呼吸性粉尘、煤尘、石棉尘、纤维尘、岩尘、沥青的烟尘。（2）化学不安全因素：易燃易爆气体（CH4、加油（气）站等）、有毒有害气体（CO、Cl2等）在空气中的浓度和在空气中的含量。强调目的与作用的区别安全事故举例强调安全的重要性重点内容，应有生产现场不安全因素举例（约30分钟）第1次第2页（3）物理不安全因素：噪声、振动、辐射、静电、电磁场、光照。（4）机械伤害不安全因素（5）电器伤害不安全因素（6）气候条件：气温、气压、风速、温度等。2）安全检测方法（1）化学检测：通过一定仪器和方法对检测对象进行定性、定量分析的方法，主要用于有毒有害物质检测。（2）物理检测：利用检测对象的物理性质进行分析。如噪声、电磁波、放射性、水质物理参数、温度、压力、光强、浊度、电导率等。1.3安全检测技术的发展趋势（15分钟）开发检测新技术、电子监控等先进的安全控制技术和产品，实现检测控制设备的网络化、数字化、智能化、小型化，积极推进检测监控仪器的国产化，重点发展检测敏感元件和新材料的研究和推广使用，加强设计、制造、安装等环节的监察，提高特种设备本身的安全性能和安全防范能力。不同行业，其安全检测技术的发展趋势不同：1）网络与信息安全检测：包括安全扫描技术和实时安全监控技术。（1）检测和访问控制技术协同、共存共融。（2）人仍是网络安全管理的决定因素。2）锅炉压力容器安全检测3）煤矿安全检测可朝着分布式入侵检测、智能化入侵检4）工程安全检测测、全面安全防御的方向发展。【思考题】（2分钟）1、安全检查、检测、监测、监控有何不同？2、在工矿企业安全管理工作中，哪些应是安全检测应完成的任务（可针对某一特定企业）？3、我们在学习生活中，都会遇到哪些不安全因素？应如何避免？（约15分钟）增加学生的创新意识（约2分钟）第1章作业内容较少，作业在第二次布置时一并交上来。注：布置作业用多媒体显示，以节省时间。【课堂教学小结】（3分钟）1、安全监测是在生产过程中产生的不安全因素，利用现代仪器设备进行进行定时定点检测，已达到优化管理或减少事故发生的目的。检测的目的是找出不安全因素，检测的作用消除隐患，避免事故的发生。2、安全监测研究的主要内容，就是对生产过程中不安全因素的监测，包括生物、化学和物理不安全因素的监测，监测方法有物理监测法和化学监测法。第3页课程名称：安全环境监测技术授课章节第2次课：第2章测试系统2.1测试系统的组成；2.2测试系统的基本特性目的要求熟悉测试系统的组成、基本型和标准通用接口类型；了解并理解测试系统的基本特性，了解微分方程、传递函数、频率特性、测量系统的动态特性参数。重点难点重点：测试系统的组成；难点：测试系统的微分方程及频率特性。第2章测试系统测试系统定义：能完成某种意义测量的仪器、设备的总称。2.1测试系统的组成2.1.1传统型可用以下框图表示：传感器将被测物理量(如粉尘、噪声、温度等)检出并转换为电量，中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经A/D变换后用软件进行信号分析，显示记录装置则测量结果显示出来，提供给观察者或其它自动控制装置。2.1.2基本型采集及接口总线采集及接口总线传感器2传感器2┇传感器1传感器n信号调理信号调理信号调理处理显示处理显示处理显示计算机存储显示分析监控判断决策它能完成对多点（多路）、多种随时间变化参量（信号）的快速、实时测量，并能排除干扰，进行数据处理、信号分析、信号控制等。（约5分钟）举例说明（约5分钟）说明各部分的作用，特殊情况下可由两部分组成。（约15分钟）智能仪表的一部分，分解原理第2次第1页2.1.3标准通用接口GPIB、VXI、PXI等总线标准的出现大大简化了自动测试系统(ATS)的集成，系统构建变成了各种仪器模块的功能组态。然而，由于设计连接（UUT）复杂多样，接口类型千变万化，因此，UUT和测试资源的通用测试接口(TUA)则是简化ATS集成开发，提高仪器互换性、软件移植性和系统性价比的有效手段。当今的计算机外部设备，都在追求高速度和高通用性。为了满足用户的需求以Intel为首的七家公司于1994年推出了USB（Universal

Serial

Bus，通用串行总线）总线协议，专用于低、中速的计算机外设。目前，USB端口已成为了微机主板的标准端口；而在不久的将来，所有的微机外设，包括键盘、鼠标、显示器、打印机、数字相机扫描仪和游戏柄等等，都将通过USB与主机相连。这种连接较以往普通并口和串口的连接而言，主要的优点是速度高、功耗低、支持即插即用和使用维护方便。目前，基于USB总线微控制器的硬件设计方法，可采用设备驱动程序控制USB总线的方法实现信号调理电路的软件设计。USB总线的信号调理电路及接口的普遍应用，USB数据接口电路具有支持热插拔、体积小、便于携带、降低对PC硬件伤害小、编程速度快等明显优点。2.2测试装置的基本特性知识要点及要求1、掌握线性系统及其主要特性。2、掌握测试装置的动态特性及静态特性。3、了解一、二阶测试装置的频率响应特性。2.2.1测试装置的基本要求为实现某种量的测量而选择或设计测量装置时，必须考虑这些测量装置能否准确获取被测量的量值及其变化，即实现准确测量，而是否能够实现准确测量，则决定于测量装置的特性。测试装置的基本特性主要讨论测试装置及其输入、输出的关系。理想的测试装置应该具有单值的、确定的输入——输出关系。知道其中的一个量就可以确定另一个量。（约10分钟）接口是仪器扩展和信息输出的必要装置，有时较大设备为便于携带，可分成若干部分，中间由标准接口链接。蓝牙技术的出现，无线电接口设备也越来越多。（约5分钟）（约5分钟）第2页2.2.2线性系统及其主要性质线性系统的输入与输出之间的关系可用下面的常系数线性微分方程：描述时，则称该系统为时不变（不随时间而变化）线性系统或线性时不变系统，也称定常线性系统或常系数线性微分方程。式中为时间自变量，、、…、、和、、…、、均为常数。时不变线性系统的主要性质：1）叠加原理特性；2）比例特性；3）系统对输入导数的响应等于对原输入响应的导数；4）如系统的初始状态均为零，则系统对输入积分的响应等同于对原输入响应的积分；5）频率保持性。2.2.3测试装置的静态特性测试装置的静态特性就是在静态测量情况下描述实际测试装置与理想定常线性系统的接近程度。描述测试装置静特性的主要指标有：线性度是指测量装置输出、输入之间保持常值比例关系的程度，是测试装置转换过程中产生的误差。作为技术指标则采用线性误差来表示，即用在装置标称输出范围Y内，校准曲线与拟合直线的最大偏差B来表示。也可用相对误差来表示，如线性误差＝2）灵敏度S当装置的输入量时有一个变化量，引起输出量发生相应的变化为，则定义灵敏度为：（约10分钟）（约10分钟）第2次第3页3）回程误差当输入量由小增大和由大减小（加卸载）时，对于同一输入量所得到的两个输出量却往往存在着差值，把在全测量范围内，最大的差值称为回程误差。4）稳定度和漂移稳定度是指测量装置在规定条件下保持其测量特性恒定不变的能力。测量装置的测量特性随时间的缓慢变化，称为漂移。2.2.4测试装置的动态特性动态特性是指测量系统的输出对随时间快速变化的输入量的响应特性。1)传递函数传递函数是测试装置动特性的复频域描述，它表达了系统的传递特性。2）频率响应函数，它是测试装置动态特性的频域描述，它描述了系统的简谐输入和其稳态输出的关系。3）脉冲相应函数它是测试装置动态特性的时域描述。这种输入输出之间的差异就是动态误差。测试装置动态特性的测试方法主要有：频率响应法和阶跃响应法。2.2.5测试装置的典型环节传递函数1）零阶系统2）一阶系统3）二阶装置【思考题】1、怎么理解电测系统一般由传感器、放大或衰减器、显示器或记录仪三部分组成。特殊情况下也可由传感器和显示器或记录仪两部分组成。【作业题】1、把灵敏度为404×10-4pC/Pa的压电式压力传感器与一台灵敏度调到0.226mV/pC的电荷放大器相接，求其总灵敏度。若要将总灵敏度调到10×106mV/Pa,电荷放大器的灵敏度应作如何调整？（约15分钟）（约5分钟）（约2分钟）【课堂教学小结】（3分钟）基本型测试系统是现代测试技术应用最广的，也是智能仪表的一部分。理想的测试系统的输出量与输入量应有良好的线性关系。3、测试系统的误差反映了系统的转换特性。第2次第4页课程名称：安全环境监测技术授课章节第3次课：2.3测试装置的主要性能指标1）灵敏度；2）非线性度；3）回程误差；4）重复精度；5）准确度；6）精确度；7）分辨力目的要求掌握测试装置的主要性能指标，熟悉性能参数计算和单位换算。重点难点重点：灵敏度及非线性度；难点：回程误差、重复精度。2.3测试装置的主要性能指标1）灵敏度反应输出量随输入量变化程度，当为一次函数且起点均为0时，，在测试系统中，系统总灵敏度等于各个环节灵敏度的乘积。即=··灵敏度的单位一般以分数形式表示，分子上是输出量的单位，分母上是输入量的单位。如压力传感器的输出量电压V或电流mA，输入量是MPa,那么传感器灵敏度的单位写作V/MPa，单位意义是，每输入1MPa的压力，可在传感器输出端得到多少伏特的输出电压。2）非线性度也称线性度或非线性误差，是指实际曲线偏离理论曲线的程度。一般以百分数表示，有时前面要加“±”。（1）实际曲线（标定曲线）的获得即测量值，不同的输入量与测试系统对应输出量在平面坐标上绘出的曲线。（2）拟合直线（理论曲线）的确定①端基法：在平面坐标上，通过测量范围（X坐标）和输出量（Y坐标）上、下限两点的连接线，作为拟合直线，与标定曲线中间的形态无关，如a图。②最小二乘法：所拟合直线与标定曲线间偏差Bi的平方和最小，即最小，在输入量由小到大的变化过程中，Bi不断在变化，（约15分钟）当输入输出为同类量时，灵敏度可称作放大倍数或增益。应强调灵敏度单位（约15分钟）解释标定曲线为多个标定点的连线Y=KX形式函数，端基过平面坐标原点第3次第1页拟合曲线与标定曲线一直相关。在工程上，有时用一条反映标定数据的一般趋势，而误差绝对值为最小的拟合直线作为参考理想直线，并给出表达式，也是一种曲线拟合的方法。0A0Axyy20y0y10是指输入量由小到大与由大到小（加卸载循环）变化时（如曲线箭头方向），测试装置对同一输入量所得输出量不一致的程度，用全量程范围内同一输入量下所得输出的最大差值hmax（Y20—Y10）与最大输出Ymax之比的百分数表示。4）重复精度也称重复性误差，是指在等精度测量的条件下，多次重复测量结果的一致程度。传感器在输入按同一方向作全量程连续多次变动时所得的特性曲线不一致。如图所示为实际输出的校正曲线的重复特性，正行程的最大重复性偏差为，反行程的最大重复性偏差为

。重复性误差取这两个最大偏差之中较大者为

，与满量程输出

YFS之比的百分数表示，即重复性误差一般可通过增加测量次数来逐渐减少。5）准确度反映测量仪器系统误差的大小。定义为被测量与真值的接近程度。6）精确度精确度简称精度。由上图可知，精确和精确度不同，精确度高也就是既精确又准确。精确就是测量值的一致性好，有时也叫精密，也说明重复精度高。（约5分钟）由小到大也叫正行程，由大到小叫反行程。（约10分钟）（约5分钟）（约5分钟）第3次第2页7）分辨力能引起输出量发生变化时输入量的最小变化量称为检测系统的分辨力。表明测试装置分辨输入量微小变化的能力。分辨率：能检测的最小被测量的输出量相对于满量程的百分数。设能引起输出量变化的最小被测量为，则其次，仪器的负载作用（通常指一次仪表，也叫对被测量的影响）、抗干扰能力、稳定性、漂移、信噪比、输入（量程）输出范围、测量频率范围（动态量）等，也是测试系统的性能指标。例题1.某压力传感器的加载（正行程）和卸载（反行程）标定数据如表2.1所示，最大荷载为10KPa，试根据表中数据画出压力传感器的标定曲线，并用端基法求出拟合直线，最后计算非线性误差。KPa012345678993.334.55.256.597.738.689.80.690.421.652.483.624.715.876.897.929.110.2解：①先画出标定曲线，如图；②用端基法拟合直线；③计算非线性误差【思考题】1、怎么能发现系统既有非线性误差又用滞后误差？2、传感器的分辨力受什么因素影响？3、为什么说高品质的传感器不一定测出精确的数据？【作业题】利用例1题数据，用最小二乘法拟合直线，列出表达式，最后计算滞后误差。（约10分钟）注意分辨力与灵敏度的区别（约18分钟）解释输出读数，有可能压力计后级接有一个合适比例（量程）的数字电压表重点指出解题方法和步骤（约4分钟）【课堂教学小结】（3分钟）1、系统的各项性能指标是使用、设计和购买测试系统的主要依据，2、一个高精度的测试设备，必然会付出高的价格成本，且要求各个环节的性能都要好，同时要进行各环节间的匹配。第3次第3页课程名称：安全环境监测技术授课章节第4次课：第3章传感器3.1传感器的基本概念；3.1.1定义及组成；3.1.2传感器分类；3.1.3传感器的技术特点；3.1.4传感器的基本特性。目的要求了解传感器的定义、组成、熟悉传感器的分类，掌握传感器的基本特性。重点难点重点：传感器的分类和基本特性；难点：传感器的技术特点。开始安排10分钟的时间讲一下作业及答疑情况。作业抄袭情况严重，望独立完成，若无故旷课，可通过答疑进行部分弥补。第3章传感器3.1传感器的基本概念传感器是检测仪器仪表的第一个环节，相当于人的感官，也称一次仪表。3.1.1定义及组成1）定义：能把被测物理量或化学量转变成为电量的一种器件或元件叫传感器。2）组成：敏感元件、转换元件、附件、引线、辅助电路。敏感元件是直接能感受或响应输入量（物理量或化学量）的部分，转换元件是将敏感元件感受的信息直接转换成电信号的部分，有些敏感元件直接可输出电信号，即敏感元件又是转换元件，这种敏感元件和转换元件合一的传感器也是很常见的，如压电式传感器、光电式传感器等。3.1.2传感器分类传感器的分类方法很多，可按工作原理、用途、被测量类型、敏感材料的类型、输出信号的类型、能量关系等进行分类。1）按用途分类①测力传感器：重量、拉（压）力、力矩、应力。②位移传感器：长度、厚度、应变、振幅。③速度传感器：质点振速、流量、流速、转速。④加速器传感器：振动、冲击、质量等。（约10分钟）（约10分钟）结合实例和图形。（约20分钟）解释一下其他分类方法第4次第1页2）按能量关系分类①参数式（无源式）：电阻、电容、电感式。转换元件是电路参数。②电能式（有源式）：磁电式、压电式、光电、热电式。3）传感器的命名传感器的名称是通用的，在购买、选择和使用传感器时，只有知道了名称，才能知道选择什么样的测试系统，知道了名称，也就知道了传感器的结构原理。一般是将按能量关系分类与用途分类的传感器名称结合起来，作为传感器的全称。如磁电式速度计、压电式加速度计。3.1.3传感器的技术特点1）技术特点传感器一般是利用物理、化学和生物等科学的某些效应或机理，按照一定的工艺和结构研制出来的，传感器技术包括传感器的设计、研究、试制、生产、检测与应用，是独立的专门学科。其技术特点是：①测量对象范围广且离散。②初识密集度甚高、涉及边缘科学甚多。③技术复杂、工艺要求高。④功能优、性能好。⑤品种多、应用广。2）对传感器的要求针对传感器的工作原理、结构和技术特点，在不同场合对传感器均需要的基本要求是：a.高灵敏度：抗干扰的稳定性(对环境干扰不敏感)；b.线性：理想的一次函数，容易调节(校准简易)；c.高精度：误差小，高可靠性；d.无迟滞性：工作寿命长(耐用性)；e.可重复性：抗老化；f.高响应速率：可测快速变化的信号；g.选择性：单值性，安全性(传感器应是无污染的)；（约10分钟）（约10分钟）第4次第2页h.互换性：低成本；i.宽测量范围：少更换仪器或切换量程，小尺寸、重量轻和高强度；j.宽工作温度范围：适应不同的工作环境。K.负载作用小：对被测量没有影响。3.1.4传感器的基本特性传感器的基本特性和测试系统的基本特性一样，都是用一些能体现传感器基本属性的特性参数来衡量。1）传感器的静特性（1）线性度实际曲线与理论曲线偏离的程度，也称非线性误差。用表示。（2）灵敏度传感器的灵敏度是输出量的变化与输入量的变化之比。用表示。（3）重复性传感器在做满量程加卸载循环测试时，曲线不重合的程度。曲线越重合，重复性就越好。用表示。（4）迟滞现象也称迟滞误差，或叫做滞环，与重复性误差的原因有一定关系。用表示。（5）分辨率能使传感器产生有效输出的最小输入量，用表示。也可用满量程输入值的百分数表示。（约18分钟）第4次第3页（6）稳定性又称长期稳定性，即传感器在相当长的时间内保持一定性能的能力。（7）漂移指传感器输入量没有变化时输出在变化的现象。包括零点漂移和灵敏度漂移。2）传感器的动特性是测量快速变化信号的特性。（1）最大超调量响应曲线超出新平衡位置的程度，一般用百分数表示：去掉百分数部分也叫超量比，也能反映传感器的阻尼特性，（2）延滞时间是阶跃响应达到稳态值的50%时所需要的时间。（3）上升时间一般取响应时间的10%~90%之间所用时间。（4）峰值时间响应曲线到达第一个峰值所用时间。（5）响应时间响应曲线衰减到稳态值之差不超过5%或2%时所用时间。有时也称过渡时间。【思考题】【作业题】（约9分钟）【课堂教学小结】（3分钟）1、传感器是测试系统中非常重要的一部分，直接影响着测试精度和成败。2、传感器的特性是通过实际标定而测得的，可比较测试系统的特性，不同的是传感器直接接触（响应）非电量。第4次第4页课程名称：安全环境监测技术授课章节第5次课：第3章传感器3.2常用传感器；3.3几种新型传感器目的要求熟练掌握传感器的基本特性和常用的几种传感器。了解几种新型传感器。重点难点重点：电阻式、电感式和磁电式传感器的原理及特性；难点：压磁及压电式传感器原理。利用几分钟的时间点名、讲一下上次布置作业的情况。3.2常用传感器3.2.1电阻式传感器将被测量的变化转换成电阻变化的传感器。大致可分为三类：变阻器式、电阻应变式、敏感电阻式（热敏电阻、气敏电阻、湿敏电阻、磁敏电阻、光敏电阻等）。敏感元件类型有应变片、半导体膜片、电位器和电触点式等。1）电阻应变式传感器（1）原理设有一长为l0的、截面积为S、电阻率为ρ的导电金属丝，它具有的电阻由式(3.1)确定（3.1）当它受到轴向力被拉伸(或压缩)时，其l、S和ρ均将发生变化，因而导体的电阻也随之发生变化。利用数学求导的方法可求得电阻的相对变化量。将式(3.1)两边取对数得再对上式两边取微分得（3.2）式中，为电阻的相对变化；为材料的轴向线应变，常用单位是微应变()，；为截面积的相对变化。（约5分钟）（约20分钟）第5次第1页又因为S=πr2，则dS=2πrdr所以，即式中为金属丝半径的相对变化，由材料力学可知所以代入式(3.2)中得(3.3)在一定范围内变化很小，设=K则K即为应变片的转换公式。一般金属应变片K值在1.7-3.6之间。(2)类型丝栅式、薄式、半导体式。2）压阻式传感器电阻变化率，可简化成K0其中压阻系数K0=50-1003）电位器式传感器以前提过，略讲。3.2.2电感式传感器电感式传感器是一种把被测量的变化转换成线圈电感参数（自感系数、互感系数、等效阻抗）变化的传感器，其工作原理是基于电磁感应。电感式传感器可分为自感型、互感型和压磁型三种。1）自感型特点：结构简单、输出功率大、输出阻抗小、抗干扰能力强、分辨力高、稳定性好。（约5分钟）（约10分钟）第5次第2页2）互感型原理：互感传感器是根据电磁感应中的互感原理工作的。互感原理：当某一线圈中通以交变的电流时，在其周围产生交变的磁通，因而在其邻近的线圈上感应出感生电动势。3.2.3电容式传感器1.变极矩型2.变面积型3.变介电常数型特点：结构简单、动态响应快、以实现非接触测量。3.2.4磁电式传感器：发电式传感器的一种特点：无需供电电源，电路简单性能稳定，输出阻抗小。电磁感应式传感器霍尔式位移传感器霍尔式压力传感器3.2.5压电式传感器特点：输出能量高、输出阻抗高、测量频率高、可直接测加速度。压电式力和压力传感器压电式加速传感器压电声表面波传感器3.2.6光电式传感器1.模拟式传感器2.脉冲式传感器3.光纤传感器4.光栅传感器5.激光式传感器6.红外传感器（约5分钟）（约5分钟）（约10分钟）（约5分钟）（约5分钟）第5次第3页3.2.7热电式传感器1.热电偶传感器2.热电阻传感器3.热敏电阻传感器课课3.3几种新型传感器3.3.1超声波传感器超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波传感器主要材料有压电晶体（电致伸缩）及镍铁铝合金（磁致伸缩）两类。3.3.2微波传感器微波传感器是利用微波特性来检测一些物理量的器件。包括感应物体的存在，运动速度，距离，角度信息。传统的微波传感器有喇叭天线型和抛物面型微波传感器，最新微波传感器采用平面微带技术，具有稳定性高，体积小，感应灵敏等特点。3.3.3力平衡式传感器（又称伺服式传感器）由机械部件与伺服电路组成的力反馈测量装置，是通过反馈力（或力矩）与输入力（或力矩）间的伺服平衡来测量输入力的一类传感器。伺服传感器的优点是静态精度和线性度高，滞后小，重复性好，灵敏度高，阈值小，低频响应好，动态测量范围宽。【作业题】1、在应变测量中，选用应变片灵敏系数K=2，应变片的电阻值R=120Ω，若估计测量时的最大应变为5000，问这时应变片电阻变化了多少欧姆？若换成灵敏系数K=200，R=1000Ω的半导体应变片，问这时半导体应变片的阻值变化了多少欧姆？2、压电式加速度计的技术指标如下：工作频率范围0～20KHz，最大测量范围±500g，电荷灵敏度50pC/g,固有频率50KHz，横向灵敏度<2%,试求：①振动加速度为30g时的电荷输出是多少nC？②当横向振动加速度为1.0g时，加速度计的电荷输出是多少？（约5分钟）（约12分钟）晚上辅导时布置作业【课堂教学小结】（3分钟）1、安全监测常用的传感器还很多，比如生物类的传感器，结构复杂，或是敏感元件特殊；2、敏感电阻式传感器在环境监测中应用很广，可制成温度、湿度、气体等不同用途的传感器。第5次第4页课程名称：安全环境监测技术授课章节第7次课：第4章粉尘检测（第6次课是传感器标定实验）4.1粉尘的来源、分类及危害目的要求了解粉尘的形成及来源，熟悉粉尘的分类及危害。重点难点重点：粉尘的分类及危害；难点：粉尘按粒径分类。点名，指出作业存在的问题，强调必须独立完成作业，警告不交作业的同学。（约10分钟）第4章粉尘检测粉尘检测，是当今生产企业职业危害检测中，最重要的检测项目。生产环境的粉尘污染，严重地影响了职工的身体健康。为了有效地控制粉尘污染、为职工提供好的生产环境、研究新的除尘装置、正确地研究、设计和评价除尘系统，保证生产安全，必须对粉尘的物理、化学性质、粉尘的粒径及分布、粉尘浓度等进行检测。4.1粉尘的来源、分类、及其危害1）粉尘的概念粉尘是一种通俗地对能较长时间悬浮于空气中的固体颗粒物的总称。生产性粉尘在生产过程中产生，并且能够长时间悬浮于空气中的固体微粒。PM2.5PM，英文全称为particulatematter(颗粒物），PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。它的直径还不到人的头发丝粗细的1/20。是雾霾的主要成分。气溶胶（aerosol）由固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系，又称气体分散体系。其分散相为固体或液体小质点，其大小为0.001～100微米，分散介质为气体。2）粉尘的来源(形成)生产性粉尘业源甚广，几乎所有矿山和厂矿在生产过程中均可产生粉尘。如采矿和隧道的钻孔、爆破、运输等，矿石的破碎、磨细、包装等；机械工业（约10分钟）（约10分钟）矿业举例（包括露天矿和地下矿）（约10分钟）（约10分钟）第7次第1页的铸造、翻砂、清砂等；以及玻璃、耐火材料等工业，均可接触大量粉尘、煤尘；而从事皮革、棉毛、烟茶等加工行业和塑料制品行业的人，可接触相应的有机性粉尘。生产性粉尘的主要来源有：（1）固体物质的机械破碎（2）物质以不完全燃烧或爆破（3）物质的研磨、钻孔、碾碎、切削、据断等过程的粉尘。（4）金属熔化（5）成品本身呈粉状3）粉尘的分类生产性粉尘可以从不同角度分类，可按性质、来源、粒径、生产工序（一次性粉尘、二次性粉尘）等进行分类，具体如下：（1）按性质分类：①无机粉尘：矿物性粉尘如石英、煤尘等；金属性粉尘如铁、铜、锰及其氧化物粉尘等；人工无机性粉尘如金刚砂、水泥、玻璃等。②有机粉尘：动物性粉尘如兽毛、鸟毛、骨粉等；植物性粉尘如谷物尘、烟草尘、茶等；人工有机性粉尘如合成纤维尘、有机染料尘等。③混合性粉尘：上述各类或同类粉尘中的几种物质的混合物。④还原性粉尘：即可燃性粉尘，在相对密闭场所的空气中达到一定浓度时，可发生粉尘爆炸。（2）按粉尘的来源分类①尘：固态分散性气溶胶，固体物料经机械性撞击、研磨、碾轧而形成，粒径为0.25μm～20μm，其中大部分为0.5μm～5μm。②雾：分散性气溶胶，为溶液经蒸发、冷凝或受到冲击形成的溶液粒子，以及当粒径为0.05μm～50μm左右。③烟：固态凝聚性气溶胶，包括：金属熔炼过程中产生的氧化微粒或升华凝结产物、燃烧过程中产生的烟尘，粒径<1μm，其中较多的粒径为0.01μm（约10分钟）（约5分钟）第7次第2页～0.1μm。（3）按粒径分类①降尘(dustfall)：指在空气自然环境条件下，能靠自身重力很快自然沉降的颗粒物。颗粒直径一般大于30μm。②总是悬浮颗粒物（TSP）：是指一定体积空气中所含有的、能较长时间悬浮的粉尘颗粒物的总质量，单位是mg/m3。③可吸入颗粒物（IP）：经过口腔和鼻孔吸入，并能达到鼻咽区的悬浮颗粒物。④胸部颗粒物（TP）：在吸入颗粒物种，能穿过咽喉的颗粒物称作胸部颗粒物。粒径一般小于30μm，通常有50%质量在10μm以下，即D50=10μm，所以TP也称作PM10。⑤呼吸性颗粒物（RP）：即能进入肺泡的颗粒物，一般在12μm以下，通常有50%的质量在4μm以下，即D50=4μm，对于老弱及心肺病人，RP的粒径一般小于7μm，D50=2.5μm，PM2.5的概念由此而来。4）粉尘的危害（1）尘肺：这是主要的职业病之一，我国已列为法定职业病范畴，这种病是由于较长时间吸入较高浓度的生产性粉尘所致，引起以肺组织纤维化为主要特征的全身性疾病。由于分成种类繁多，尘肺的种类也很多，主要有矽肺、石棉肺、滑石肺、云母肺、煤肺、煤矽肺、炭素尘肺等。（2）中毒：某些金属粉尘如铅、镉、铬、砷、锰等毒性元素及其化合物，通过呼吸道及肺组织吸收，进入血循环，引起中毒；如六价铬混入水泥中虽只有0.01％，但可增强粉尘的致敏性。（3）上呼吸道慢性炎症：毛尘、棉尘、麻尘、木尘等轻质粉尘，吸入呼吸道时，附着于鼻腔、气管、支气管的粘膜上，长期局部刺激作用和继发感染引起慢性炎症。（4）眼部疾病：金属粉尘、烟草粉尘及刺激性较大的粉尘，可引起角膜炎、角膜损伤等。（5）皮肤疾患：细小的粉尘可堵塞汗腺、皮脂腺而引起皮肤干燥，继发（约15分钟）（约15分钟）第7次第3页感染，发生粉刺、毛囊炎、脓皮病等。（6）致癌作用：放射性粉尘射线、盐酸、雄黄矿等可引发肺癌，石棉尘可引起胸膜间皮瘤。生产性粉尘对人体危害轻重，受着多种因素的影响，首先是粉尘的化学成分和性质，游离二氧化硅含量高的粉尘比含量低的危害大。含游离二氧化硅的粉尘比不含游离二氧化硅的危害大。其次是粉尘的颗粒大小，一般来说，大颗粒的粉尘容易降落，在空气中漂移时间短，不容易被吸入，不会发生危害。此外，粉尘在肺组织中溶解度大小，粉尘的比重、形态、硬度等对人体的危害都有一定的关系。生产性粉尘引起的职业病中以尘肺为最严重。据不完全统计尘肺病例约占职业病患病总人数的三分之二。尘肺是生产过程中长期吸入生产性粉尘引起的，以肺组织纤维化病变为主的疾病。我国按病因将尘肺分为矽肺、煤工尘肺、石墨尘肺、碳黑尘肺、石棉肺、滑石尘肺、水泥尘肺、云母尘肺、陶工尘肺、铝尘肺、电焊工尘肺、铸工尘肺和其它尘肺等13种。【思考题】1、结合个人的认识实习和生产实习，举出产生粉尘的生产环节，其原因是什么？想一想如何治理？2、高寒地区露天矿大风袭来，尘土飞扬，是生产性粉尘吗？3、什么是可吸入颗粒物？其危害是什么？【作业题】本节无作业（约3分钟）课堂小结过后若有时间可对旷课较多的同学进行提问。【课堂教学小结】（2分钟）1、粉尘存在于自然界中的各个角落，粉尘无处不在，但对于我们来说，粉尘检测，主要是对生产性粉尘进行检测。2、粉尘影响职工身体健康，特别是呼吸性颗粒物，是恶劣环境下尘肺职业病的发源地，粉尘防治则是减少尘肺职业病的主要措施。第7次第4页课程名称：安全环境监测技术授课章节第8次课：第4章粉尘检测4.2粉尘的物性检测；4.3粉尘颗粒检测目的要求了解并理解粉尘密度检测、比电阻检测、可燃性及爆炸性检测；了解粉尘颗粒的检测方法。重点难点重点：粉尘密度检测；难点：显微镜法颗粒检测。点名，强调上节课内容，引入新课。4.2粉尘的物性检测4.2.1粉尘密度检测由于粉尘粒子间的空隙、颗粒的外开孔和内闭孔占据了比尘粒本身大得多的体积，这使得粉尘的密度有三种概念：(1)粉尘的堆积密度。指单位体积内松散堆积的粉尘质量。(2)真密度。指单位体积(不包括内闭孔体积)的粉尘颗粒材料所具有的质量。粉尘的真密度，在理论上应与形成这种粉尘的固体材料的密度一致。(2)假密度(视密度)。指单位粉尘颗粒体积(包括内闭孔体积)所具有的粉尘质量。实际测量和应用中，常把粉尘的真密度和假密度视为一致，这是因为测量粉尘体积是很难把内闭孔的体积测量出来，而且在机械破碎过程中产生的粉尘一般没有内闭孔。只有在化学过程中形成的某些粉尘有内闭孔，这种粉尘的真密度值比假密度值大。通常，采用液相置换法测定粉尘的真密度。图4.1液相转换法1-比重瓶,2-真空干燥器,3-三通阀,4-真空表,5-温度表,6-抽气泵液相置换法测试系统如图4.1所示。首先称量洗净烘干后的比重瓶的质量,装入粉尘(约至瓶体积的1/3)并称量瓶加尘质量。将浸液注入装有粉尘的比重瓶内(约至瓶体积的2/3处)，然后置于密闭容器中抽真空，直到瓶内基本无气泡逸出时停止抽气，保持30,待瓶中气体充分排出后取出比重瓶并注满浸液，称其质量图4.1液相转换法1-比重瓶,2-真空干燥器,3-三通阀,4-真空表,5-温度表,6-抽气泵（约5分钟）（约15分钟）第8次第1页(4.1)式中：—浸液在测定温度下的密度。测定时需取两平行样品，二者的误差应小于1%，否则应重新测定。粉尘真密度取平行样的平均值。温度的变化是误差的主要原因，为此通常将比重瓶置于恒温槽充分恒温后再读取温度。4.2.2粉尘比电阻检测1)粉尘比电阻及其重要性(1)定义：粉尘导电的阻力特征通常用比电阻来表示：(4.2)式中：—施加于粉尘层的电压,；—通过粉尘层地电流密度,；—粉尘层的厚度,。2）影响粉尘比电阻的因素（1)与粉尘层的孔隙率及粉尘层的形成方式有关；（2)与粉尘层的电气特性有关；（3)与粉尘温度和湿度有关；（4)与烟气成分有关。3）粉尘比电阻检测粉尘比电阻是通过测定一定厚度和一定表面积粉尘层上的电压和电流值来进行的，其计算公式是：(4.3)式中：—电阻,,；k—测定仪的几何参数,,。圆盘电极法(或称平行平板电极法)是美国实验室测定粉尘比电阻的标准方法，也是我国目前实验室采用较多的方法。如图4.2。（约15分钟）第8次第2页图4.2圆盘电极法比电阻测定装置1-圆盘电极图4.2圆盘电极法比电阻测定装置1-圆盘电极,2-粉尘层,3-电流表,4-绝缘机械导向,5-屏蔽环,6-气缝4.2.3粉尘爆炸特性检测粉尘爆炸特性有两重含义：一是指与粉尘爆炸界限条件有关的特性，如粉尘云的爆炸上下浓度、最低着火温度、最小着火能量等；二是指粉尘充分爆炸时的特性，如最大爆炸压力及其上升速度等。粉尘爆炸特性一般在粉尘云发生装置内测定。粉尘云发生装置的关键是能否造成均匀的粉尘云。世界各国研制出多种原理、多种形式的实验装置，采用的较多的是美国的哈特曼实验装置。在煤炭工业方面，许多国家都建立了地下或地面的大型煤尘爆炸试验巷道或中、小型管道，以此来研究煤尘的爆炸及传播特性，检验抑制爆炸的措施。1）哈特曼爆炸测试仪哈特曼爆炸测试仪是1939年由美国矿业局哈特曼研制的圆筒型爆炸测试装置，其结构如图4.3所示。该装置长30.5，内径6.4，容积1.21升，曾作为标准粉尘爆炸实验装置被各国广泛采用。图4.3哈特曼爆炸试验装置1-固定环,2-燃烧容器,3-电极变更位置,图4.3哈特曼爆炸试验装置1-固定环,2-燃烧容器,3-电极变更位置,4-电极绝缘材料,5-电极,6-反射板,7-分散杯为测定爆炸压力和压力上升速度,可将透明玻璃试验筒改为钢制圆筒,上端密闭形成封闭容器,由安装于顶端的压力传感器测定爆炸压力。（约10分钟）（约10分钟）第8次第3页图4.4煤尘爆炸鉴定仪1-硬质玻璃管图4.4煤尘爆炸鉴定仪1-硬质玻璃管,2-加热器,3-冷藏瓶,4-高温计,5-试料管,6-导气管,7-打气筒,8-滤尘箱,9-吸尘器,10-铂-铑热电偶,11-铂丝,K1-板把开关,K2-电纽,T-变压器,A-电流表,R-可变电阻我国煤炭部颁布的安全规程规定：新矿井在建井前必须对所有煤层进行煤尘爆炸性鉴定工作；生产矿井每延伸一个新水平，都必须进行一次煤尘爆炸性鉴定工作。使用仪器如图4.4所示。该仪器由燃烧、形成煤尘云和通风除尘三部分组成。供煤尘云燃烧的容器是内径为75～88、长140的硬质玻璃管，在距管口40处开有直径为12～14的小孔，用铂金丝绕成的加热器由此孔放入管内。试验时将加热器升温至1100℃20℃，由管口将1g煤尘试样喷入管内，判断煤尘云是否燃烧。同一煤样作五次相同试验。如果五次均不产生火焰，则还要再做五次试验。十次试验中均未出现火焰，该煤样即为无爆炸性危险煤尘；只要其中一次出现火焰，该煤样即为有爆炸性危险煤尘。4.3粉尘颗粒检测4.3.1粉尘颗粒概述由于粉尘粒径范围很宽，从百分之几微米到数百微米，并且各种粉尘又各具不同的物理、化学性质，致使粉尘粒径的测试方法繁多。然而每种测试方法只能在一定条件、一定粒径范围内使用，尚未出现一种通用方法。粉尘是一种群体，其粒径的性质，表现为分布的统计特性。粉尘粒径分布测定的手段是随机取样分级，即把尘样按一定粒径范围划分成若干区间计量，并不针对具体粉尘颗粒测定其直径的大小。测定粉尘粒径分布采用的方法可分为如下几类：1）计数法。该方法是对具有代表性的尘样逐一测定其粒径。显微镜法和光散射法均属此类方法。计数法测量的分散度以各级粒子的数量百分数表示。2）计重法。将粉尘按一定粒径范围分级，然后称量各级的重量，求其粒径分布。常用的计重法粉尘粒径测定仪采用离心、沉降或冲击原理将粉尘按（约10分钟）（约15分钟）第8次第4页粒径分级，测量的分散度以各级粒子的重量百分数表示。3）其他方法。包括面积法、体积法等。各种粉尘粒径分布测定仪器都是基于特性设计的，如光学特性、惯性、电性等等。由于设计原理不同，测得的粒径含义各不相同。例如，用显微镜测得的是投影径，电导法测得的是等体积径，沉降法测得的是斯托克斯径等。不同的方法之间没有对比性，所以在给出粒径分布数据时，应说明是何种意义的粉尘粒径。4.3.2显微镜法显微镜法是测量粒径的一种最基本方法，通过显微镜可以直接看到单个粒子的大小、形状、颜色以及聚集、空洞等现象，并可测量很小的粒子，这些都是其他方法所不及。但用肉眼直接测量粒子大小和计数十分劳累，可望电视扫描显微镜代替繁重的人操作。4.3.3惯性分级法利用粉尘大小粒子在气体、液体介质中的惯性不同可以对其分级，这种分析方法称为惯性分级法。采用惯性分级的仪器有级连冲击器、巴柯分级器和串联旋风分级器及空气动力径自动测定仪。【思考题】1、什么是可吸入颗粒物？主要危害有哪些？2、何为粉尘的真密度？如何测定？3、粉尘爆炸特性如何测定？【作业题】本节无作业。（约5分钟）（约2分钟）【课堂教学小结】（3分钟）1、粉尘的物性与粉尘的类型有关，密度大的粉尘容易降落，但不意味着密度小的粉尘不易降落。当粉尘湿度很大时，也会出现降尘，这就是湿法除尘的原理。2、粉尘比电阻及粒径分布的测定与测定仪器和方法有关，其结果应标注测定方法。第8次第5页课程名称：安全环境监测技术授课章节第9次课：4.4粉尘浓度检测；4.5粉尘的游离二氧化硅检测目的要求熟练掌握粉尘浓度检测的基本原理和基本方法；熟悉游离二氧化硅的检测原理。重点难点重点：粉尘浓度检测的基本原理和基本方法；难点：游离二氧化硅的检测原理。4.4粉尘浓度检测为了评价工作场所粉尘对工人健康的危害状况、研究改善防尘技术措施、评价除尘器性能、检验排放粉尘浓度和排放量是否符合国家标准，以及保护机电设备、防止粉尘爆炸均需对粉尘浓度进行测定，因此粉尘浓度检测是评价作业环境的重要指标。4.4.1作业场所粉尘浓度检测图4.5滤膜测尘系统1-三脚支架图4.5滤膜测尘系统1-三脚支架,2-滤膜采样头,3-转子流量计,4-调节流量螺旋夹,5-抽气泵1）滤膜测尘滤膜测尘是作业场所粉尘浓度测定的常用方法。由于这种方法操作简单、精度高、费用低而得到广泛使用。其测试系统如图4.5所示。该系统由滤膜采样头、流量计和调节装置及抽气泵等组成。测定时，抽取一定体积的含尘空气，其中粉尘被阻留在已知质量的滤膜上。由取样后滤膜的增量，求出空气中粉尘浓度：(4.4)式中：、——采样前、后的滤膜质量,；——采样时间，min；——采样流量，。点名引入新课（约10分钟）（约5分钟）（约5分钟）第9次第1页滤膜测尘需进行现场采样和滤膜称重等步骤，不能立即获得结果。近年来根据粉尘的某些特性研制了多种快速测尘仪。2）射线测尘仪当低能射线[或(钷读作pǒ)等]穿过厚度为的粉尘层时，射线的强度被减弱，并服从于指数衰减规律：(4.5)式中：、——射线穿过粉尘层前后的强度；——粉尘的线性吸收系数,；——粉尘质量吸收系数,,；——粉尘的密度,；——粉尘的质量厚度,,。图4.6射线测尘仪结构简图1-图4.6射线测尘仪结构简图1-泵,2-探测器,3-放射源,4-可移动滤膜,

5-信号处理及控制线路,6-显示器图4.7压电晶体测尘仪原理图1图4.7压电晶体测尘仪原理图1-放电针,2-金属电极,3-石英晶体,

4-直流高压发生器,5-压电谐振电路,

6-频率检测电路压电晶体测尘仪是将粉尘采集到石英谐振器的电极表面上，利用石英振荡频率随粉尘量而变化的原理进行测量的。图4.7为型压电晶体快速测尘仪原理图。被测空气进入由电晕放电针和谐振器电极表面组成的点—面式静电采样器，将尘粒收集在电极表面上，收集效率可达98%以上。晶体频率的变化由频率计电路检测。（约10分钟）（约5分钟）频率随粉尘增加而下降。第9次第2页4.4.2作业者个体接触粉尘浓度检测个体测尘技术是国际上20世纪60年代以来发展起来的评价作业场所粉尘对工人身体危害程度的一种测定方法。由佩带在工人身上的个体采样器连续在呼吸带抽取一定体积的含尘气体，测定工人一个工作班的接触粉尘浓度或呼吸性粉尘浓度。个体采样器若测定个人接触浓度，所采集的应为工人呼吸区域内的总粉尘粒子；若测定呼吸性粉尘浓度，所捕集的应为进入到人体肺部的粒子。目前国际上普遍采用的呼吸性粉尘卫生标准有和两种，因此在测定呼吸性粉尘浓度时，个体采样器必须带有符合上述要求的采样器入口及分粒装置。个体采样器主要由采样头、采样泵、滤膜等组成。采样头是个体采样器收集粉尘的装置，主要由入口、分粒装置(测定呼吸性粉尘时用)、过滤器三部分组成。采样器入口将呼吸带内满足总粉尘卫生标准的粒子有代表性地采集下来。分粒装置将采集的粒子中非呼吸性粉尘阻留。其余部分，即呼吸性粉尘由过滤器全部捕集下来。接触粉尘浓度按下式计算：(4.14)式中：——粉尘增重，为分粒装置内与滤膜上粉尘量之和,；——平均采样流量,；——采样时间,min。如计算呼吸性粉尘浓度，只须将滤膜上粉尘量作为值代人上式即可。4.4.3管道粉尘浓度检测管道测尘通常是指一般含尘管道和烟道两种类型粉尘浓度和排放量的测定。车间一般含尘管道排出的尘粒，大多是由机械破碎、筛选、包装和物料输送等生产过程中产生的，气体介质成分稳定，气体的温度也不高。而从烟道排放的尘粒，大都是由燃烧、锻造、冶炼、烘干等热过程产生的，这种含尘气体不但温度高，含湿量大，而且气体成分也发生变化，并伴有二氧化硫、氮（约15分钟）（约10分钟）第9次第3页图4.22无动力等速采样器结构1-图4.22无动力等速采样器结构1-电晕极,2-沉降极,3-管嘴,4-流量调节装置,5-电晕极支座,6-支架,7-电源管道粉尘排放量按下式计算：(4.32)式中：——采取的粉尘质量，；——采样时间，min；——采样点处管道断面积，；——采样嘴面积，。无动力等速粉尘采样器是一种直接测量烟囱或一般含尘管道粉尘排放量的仪器，它利用采样器的特殊结构和气流本身提供的动力实现等速采样。如上图。当采样器对准气流时，一方面气流的动能迫使气体通过管嘴进入采样器，另一方面气流在流经采样器锥形尾翼时，产生一定的抽力，以克服气流通过采样器的阻力，在两种力的联合作用下达到等速采样的要求。如果在采样同时测定气体速度及其状态参数，即可计算出粉尘浓度。该仪器结构简单、操作方便，但捕集效率低于过滤法。4.5粉尘中游离二氧化硅检测粉尘的化学成分决定其对机体危害的性质和程度，其中游离状态的二氧化硅含量影响尤为严重。长期大量吸入含结晶型游离二氧化硅的粉尘将引起矽肺病。粉尘中游离二氧化硅的含量愈高，引起病变的程度愈重，病变的发展速度愈快。测定粉尘中的游离二氧化硅有化学法和物理法。化学法采用焦磷酸重量法和硷熔钼蓝比色法。其中焦磷酸重量法国内应用普遍，其优点是适用范围广、可靠性较好，缺点是操作程序繁琐、花费时间。硷熔钼蓝比色法灵敏度较高，但应用范围有一定局限性。物理法如射线衍射法和红外分光光度法。物理法不改变被分析样品的化学状态，需要的样品量很少，分析资料可以保存在图谱上，常用于定性鉴别化合物的种类，用于定量测定则有一定的局限性。（约5分钟）（约10分钟）第9次第4页1）焦磷酸重量法是一定量的粉尘样品经焦磷酸在245～250℃处理后，其中的硅酸盐等杂质完全溶解，而游离二氧化硅则几乎不溶。因此，称量处理后的残渣重量，可以推算出游离二氧化硅的含量。2）碱熔钼篮比色法是在800～900℃的温度下，碳酸氢钠和氯化钠混合熔剂与硅酸盐不发生作用，而选择性地熔融游离二氧化硅，生成可溶性的硅酸钠，在酸性介质中，硅酸钠与钼酸铵可形成络合物质，它遇到还原剂时被还原成钼蓝，根据其颜色深浅进行比色测定。3）红外分光光度法(比色法)红外分光光度法可用于样品的化学组成的分析和分子结构的研究。样品可以是无机物也可以是有机物。可以是气态、液态、固态或者溶液。当具有连续波长的红外光照射物质时，该物质的分子选择性地吸收某几种波长的光，若将其透过的光进行色散，就得到一吸收光谱。图4.24石英的红外吸收光谱图4.24石英的红外吸收光谱【思考题】1、烟气粉尘为什么要进行等速采样？2、等速采样原理是什么？3、怎样才能保证等速采样？4、测定粉尘中游离二氧化硅含量有哪些方法？【作业题】1、经测得水泥厂生产车间空气中粉尘浓度为10mg/m3，测定时采用直径为40mm的过氯乙烯纤维滤膜，测前滤膜重量为40mg,测定时间为15分钟，称得带尘滤膜重量为55mg，计算测尘仪气体流量是多少？（约10分钟）（约2分钟）【课堂教学小结】（3分钟）1、粉尘检测时，应选择在接尘人员经常活动的范围内，且粉尘分布较均匀处的呼吸带。在风流影响时，一般应选择在作业地点的下风侧或回风侧。2、游离二氧化硅，即结晶态二氧化硅，粉尘中游离二氧化硅的含量愈高，引起病变的程度愈重，我们必须引起极大的重视。第9次第5页课程名称：安全环境监测技术授课章节第10次课：第5章主要环境污染物的检测5.1概述；5.2污染物的检测方法；5.3气态污染物的检测目的要求了解主要环境污染源和监测对象；掌握金属污染物、非金属污染物的检测，了解有机污染物、挥发酚、矿物油的检测；了解并理解二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、苯及苯系物、总挥发性有机物、氟化物的检测。重点难点重点：污染物的检测方法；难点：气体污染检测方法点名，指出作业存在问题。引入新课。第5章主要环境污染物检测5.1概述环境污染物，特别是那些化学污染物大多是有害物质，对人和生物会产生即时的或潜在的危险，表现为毒性、致癌性、致畸性、致突变性、腐蚀性等。为采取防治措施、制定法规、了解污染情况、预报污染趋势、评价治理效果，有必要对环境污染物进行监测。根据环境监测的对象，环境监测内容分为水质污染物监测、大气污染物监测、固体废物监测、生物监测、生态监测、物理污染监测等。一、水污染的检测1、反应水质污染的综合指标：温度、色度、pH值、电导率、溶解氧、需氧量等。2、有毒有害物质：酚、氰、砷、铅、铬、汞、镉、镍、农药等。二、大气污染物检测以分子状和粒子状存在于大气中。大气污染物很多，已发现有危害作用而被人们注意到的就有一百多种，其中大部分是有机物。在环境科学中，通常按下列两种方法对大气污染物进行分类。大气污染物，按其形成过程的不同，可分为一次污染物和二次污染物。1）一次污染物：直接从污染源排放到大气中的有害物质。最常见的一次污染物有S02、CO、NOx(主要是NO和NO2)及颗粒物。颗粒物中还包含有毒重金属、强致癌物3，4—苯并吡(Bap)，以及其他碳氢化合物等多种物质。2）二次污染物：进入大气的一次污染物间的相互作用或它们与大气正常组（约10分钟）（约25分钟）第10次第1页分发生反应所产生的新的污染物。最常见的二次污染物有臭氧、醛类(乙醛和丙烯醛等)、过氧乙酰硝酸酯(PAN)以及硫酸雾和硝酸雾等。三、固体废物监测固体废物主要包括工业固体废物和城市垃圾。四、生物监测通过大气、水体和土壤进入动植物体内，从而抑制、损害其生长和繁殖，甚至导致死亡。五、生态监测就是观测与评价生态系统对自然变化及人为变化所做出的反应，着重于生物群落和种群的变化。六、物理污染监测指噪声、震动、电磁辐射、放射性等。5.2污染物的检测方法一．化学分析法化学分析法是以特定的化学反应为基础的分析方法，分为重量分析法和容量分析法。重量分析法是将待测物质以沉淀的形式析出，经过过滤、烘干，用天平称其质量，通过计算得出待测物质的含量。由于重量分析法的手续繁琐、费时费力，因而在环境监测中的应用较少。容量分析法的特点是操作简便、迅速、结果准确、费用低，在环境监测中得到较多的应用。滴定分析是容量分析中常用的方法，分为酸碱滴定法；配位滴定法；沉淀滴定法；氧化还原滴定法。二．仪器分析法仪器分析法是利用被测物质的物理或物理化学性质来进行分析的方法。仪器分析法具有灵敏度高、选择性强、简便快速、可以进行多组分分析、容易实现连续自动分析等优点。根据分析原理和仪器的不同，环境监测中常用到色谱分析仪；光谱分析仪电化学分析仪（电导分析法、电位分析法、库仑分析法和伏安和极谱法）；质谱分析仪等。（约15分钟）第10次第2页5.3气态污染物的检测5.3.1二氧化硫的检测二氧化硫是主要大气污染物之一。SO2常用的测定方法有分光光度法、紫外荧光法、电导法、库仑滴定法、火焰光度法等。5.3.2氮氧化物(NOx)的检测大气中含氮化合物有NO、NO2、N2O3、N3O4和N2O5等多种形式。大气中的氮氧化物主要以一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)形式存在。常用的氮氧化物测定方法有盐酸萘乙二胺分光光度法、化学发光法及恒电流库仑滴定法等。5.3.3一氧化碳的检测一氧化碳(CO)是大气中主要污染物之一，它主要来自石油、煤炭燃烧不充分的产物和汽车排气，一些自然灾害如火山爆发、森林火灾等也是来源之一。测定大气中的CO的方法有非分散红外吸收法、气相色谱法、定电位电解法、间接冷原子吸收法等。5.3.4光化学氧化剂和臭氧的测定大气污染物中，将所有能氧化碘化钾溶液的I-而析出碘分子I2的物质，称为总氧化剂，包括臭氧、过氧乙酰硝酸酯(PAN)和部分氮氧化合物等。这些物质中除去氮氧化物的其他氧化剂称为光化学氧化剂。5.3.5总烃及非甲烷烃的检测总碳氢化合物常以两种方法表示：一种是包括甲烷在内的碳氢化合物，称为总烃(THC)；另一种是除甲烷以外的碳氢化合物，称为非甲烷烃(NMHC)。大气中的碳氢化合物主要是甲烷，其质量浓度范围为2～6mg／m3，但当大气严重污染时会大量增加甲烷以外的碳氢化合物。测定总烃和非甲烷烃的主要方法有气相色谱法、光电离检测法等。5.3.6苯及苯系物的检测主要有气相色谱法测定和光离子化法。气相色谱法测定首先是空气中苯及苯系物用活性炭管采集，然后用二硫化碳洗脱，用氢火焰离子化检测器的气相色谱仪分析测定。光离子化法也称PID法。具有灵敏度高、检测限低、线性范围宽、不破坏被测分子等优点，特别适合苯系物等环境污染物的监测。（约20分钟）第10次第3页5.3.7总挥发性有机物的检测测定总挥发有机物通常采用气相色谱法。选择合适的吸附剂(TenaxGC或TenaxTA)，用吸附管采集一定体积的空气样品，空气流中的挥发性有机物保留在吸附管中。采样后，将吸附管加热，解析挥发性有机物，待测样品进行色谱分析、测定。采样管和吸附剂采样前进行处理或活化，使干扰到最小，选择合适的色谱柱和分析条件。吸附管内可以填充一种或多种吸附剂，并应使吸附层处于解析仪的加热区。根据吸附剂的相对密度，吸附管中可填充200～1000mg的吸附剂，吸附剂应按其吸附能力增加的顺序排列，并用玻璃纤维毛隔离开，吸附能力最弱的装填在吸附管的采样入口端。采样体积一般在1～10L左右，当总样量超过1mg时，采样体积相应减少。采样结束后，密封管的两端将其放入可密封的金属或玻璃管中，样品可保留5天。5.3.8氟化物的检测气态的氟在大气中除大部分是氟化氢外，还有少量氟化硅(SiF4)和氟化碳(CF4)，以及含氟粉尘等。大气中氟化物的测定方法有吸光光度法、滤膜(或滤纸)采样-氟离子选择电极法等。【思考题】1、主要环境污染物有哪些？按其形态分哪几种？2、水质中重金属类检测有哪些？非金属污染物检测有哪几项？3、二氧化硫的检测常用哪些方法？一氧化碳的检测常用哪些方法？（约15分钟）（约2分钟）【课堂教学小结】（3分钟）1、主要环境污染物多为环保监测内容，在矿山生产中涉及较少，主要是气体污染物。2、根据环境监测的对象，环境监测内容分为水质污染物监测、大气污染物监测、固体废物监测、生物监测、生态监测、物理污染监测等。第10次第4页课程名称：安全环境监测技术授课章节第12次课：第6章噪声检测（第11次课为一氧化碳检测实验）6.1概述；6.2噪声的物理量度和主观量度目的要求掌握噪声的定义和种类；熟练掌握噪声的物理量度和主观量度。重点难点重点：噪声的物理量度和主观量度；难点：噪声的复合第6章噪声监测6.1概述1）噪声的定义噪声是一种紊乱、断续或统计上随机的声震荡。从生理学上讲，凡是使人烦恼、讨厌、刺激的声音，即人们不需要的声音就称其为噪声。2）噪声的分类（1）空气动力噪声它是由于气体振动产生的。当气体中有了涡流或压力发生突变时，因气体的扰动，气体与物体的相互作用而产生噪声。如喷气式飞机的噪声、鼓风机的噪声等。（2）机械性噪声因机械设备的摩擦、撞击和交变应力的作用引起振动所产生的噪声。如电锯、球磨机、破碎机、机加车间等。（3）电磁性噪声由于电磁相互作用，产生周期性的交变力，引起电磁振动而产生的噪声。如电磁铁、交流接触器、变压器铁芯等引起的噪声。6.2噪声物理量度和主观量度6.2.1噪声物理量度虽然噪声是一种声波，可以用声波的物理特性就来描述它。但是，为便于评价和控制噪声，人们还特地引入一些专用量来表示它。点名，引入新课（约5分钟）（约15分钟）（约20分钟）第12次第1页1）声压、声强和声功率（1）声压由于噪声能引起空气质点的振动，使周围空气质点发生疏密交替变化而产生的压强变化称为声压，亦即噪声场中单位面积上由声波引起的压力增量为声压，用p表示，单位为Pa。声强声波作为一种波动形式，将噪声源的能量向空间辐射，人们可用能量来表示它的强弱。在单位时间内(每秒)，通过垂直声波传播方向的单位面积上的声能，叫做声强。用I表示，单位为W/m2。在自由声场中(离声源很远且没有任何反射的声场)，声压与声强有密切的关系：I＝p2／(ρ·c)式中p——声压，单位为Pa；ρ——空气的密度，单位为kg／m3；c——声速，单位为m/s。(3)声功率噪声源在单位时间内向外辐射的总声能叫声功率，通常用W表示，单位是W，1W＝1N·m/s。在自由声场中，若有一个向四周均匀辐射噪声的点噪声源，则在r处的声功率与声强有如下关系：I＝W／(4πr2)式中I——离噪声源r处的声强，单位为W/m2；W——声源辐射的声功率，单位为W；r——离声源的距离，单位为m。声压、声强和声功率三个物理量中，声强和声功率是不容易直接测定的，所以在噪声监测中一般都是测定声压，只要测出声压，就可算出声强，并进而算得声功率。2）声压级、声强级、声功率级及其分贝（1）声压级能够引起人们听觉的噪声不仅要有一定的频率范围(20～20000Hz)，而且还要有一定的声压范围(2×l0－5～20Pa)。（约15分钟）第12次第2页声压级的单位是分贝(记为dB)，分贝是一个相对单位。声压与基准声压之比，取以10为底的对数，再乘以20就是声压级的分贝数。声压级实际上是声压分贝标度的一种形式，其数学表示式为：Lp＝20lg(p/p0)式中Lp——声压级，单位为dB；p——声压，单位为Pa；p0——基准声压，p0＝2×10－5Pa。分贝标度法不仅用于声压，同样也能用于声强和声功率的标度，当用分贝标度声强或声功率的大小时，就是声强级或声功率级。（2）声强级L1＝10lg(I/I0)式中Ll——声强级，dB：I——声强，W/m2；I0——基准声强，I0＝10－12W/m2。（3）声功率级Lw＝10lg式中Lw——声功率级，单位为dB；W——声功率，单位为W；W0——基准声功率，W0＝10－12W。利用以上公式，我们就可以把人耳能听到的各种噪声的声压、声强和声功率转化为声压级、声强级和声功率级，从而很方便地判断其危害程度。3）噪声的复合（叠加）一是声能量是可以进行代数相加的物理量度，设两个声明的声功率分别是W1和W2，那么总声功率W总＝W1+W2，同样两个声源在同一点的声强为I1和I2，则它的总声强I总＝I1+I2；二是声压是不能直接进行代数相加的物理量度，根据前面公式可以推导总声压与各声压的关系式如下：（约20分钟）第12次第3页I1＝p12／(ρ·c)I2＝p22／(ρ·c)由I总＝p总2／(ρ·c)知，得总声压p总2＝p12+p12（1）相同噪声级的叠加噪声级是噪声物理量度的统称，它可代表的是噪声的声压级、声强级或声功率级。如果某场所有N个噪声级相同的噪声源叠加到一起，那么它们所产生的总得噪声级可用下式表示：Lc＝L+10lgN式中Lc——总噪声级，单位为dB；L——一个噪声源的噪声级，单位为dBN——噪声源的数目。有时人们把10lgN叫噪声级增值，若L分别用Lp、LI、LW表示时，则Lc分别代表的是总声压级，总声强级和总声功率级，。由于每个噪声源的噪声级多数以该噪声源的声压级来表示，因此，在噪声合成中总噪声级多以总声压级来表示。（2）不同噪声级的叠加如果有两个噪声级不同的噪声源(如Ll和L2，且L1>L2)叠加在一起，这时它们产生的总噪声级可按下式计算：Lc＝Ll十ΔL式中Lc——总噪声级，单位为dB；Ll——两个相叠加的噪声级中数值较大的一个，单位为dB；ΔL——增加值，单位为dB，其数值可由表6-1查出。表6-2分贝和的增加值表声压级差0123456789101112131415增值0.20.1由表6-2看出，当噪声级相同时，叠加后总噪声级增加3dB，当噪声级相差15dB时，叠加后的总噪声级增加0.1dB。因此、两个噪声级叠加，若两者相差15dB以上，其中较小的噪声级对总噪声级的影响可以忽略。同样，当L1分别用第12次第4页声压级、声强级、声功率级表示时，则Lc分别代表的是总声压级总声强级、总声功率级。6.2.2噪声的主观量度1）响度和响度级（1）响度响度是人耳判别声音由轻到响的强度等级概念，响度的单位叫“宋”，用S表示。1宋的定义为声压级为40dB，频率为1000Hz，且来自听者正前方的平面波形的强度。如果另一个声音听起来比这个大n倍，则声音的响度为n宋。（2）响度级定义1000Hz纯音声压级的分贝值为响度级的数值，任何其他频率的声音，当调节1000Hz纯音的强度使之与这声音一样响时，则这1000Hz纯音的声压级分贝值就定为这一声音的响度级值。响度级的单位叫“方”，用LN表示。2）计权声级A计权声级是模拟人耳对55dB以下低强度噪声的频率特性。B计权声级是模拟55～85dB的中等强度噪声的频率特性。C计权声级是模拟高强度噪声的频率特性。D计权声级是对噪声参量的模拟，专用于飞机噪声的测量。本节无作业（约10分钟）【课堂教学小结】（3分钟）1、所有超过人们听觉极限的声音都是噪声，包括震耳欲聋的音乐；2、噪声的复合是指噪声即可以叠加又可以相减，即有背景噪声时的单一噪声感觉比没有背景噪声时小。第12次第5页课程名称：安全环境监测技术授课章节第13次课：第6章噪声检测6.3噪声频谱；6.4常用噪声测量仪器目的要求了解噪声的频谱范围及倍频程；熟悉常用噪声测量仪器。重点难点重点：常用噪声测量仪器；难点：噪声的频谱范围及倍频程.6.3噪声的频谱将噪声的强度（声压级）按频率顺序展开，使噪声的强度成为频率的函数，并考查其波形，称为噪声的频率分析（或频谱分析）。频谱分析的方法是使噪声信号通过一定带宽的滤波器，通带越窄，频率展开越详细；反之通带越宽，展开越粗略。以频率为横坐标，相应的强度（如声压级）为纵坐标作图。经过滤波后各通带对应的声压级的包络线（即轮廓）叫噪声谱。图6.5为一次实测