《執(zhí)行器及安全柵下》

4.2平安柵平安柵〔又稱防爆柵〕是防止危險(xiǎn)電能從控制系統(tǒng)信號(hào)線進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)儀表的平安保護(hù)器。4.2.1平安防爆的根本概念在大氣條件下，氣體蒸汽、簿霧、粉塵或纖維狀的易燃物質(zhì)與空氣混合，點(diǎn)燃后燃燒將在整個(gè)范圍內(nèi)傳播的混和物，稱為爆炸性混合物。含有爆炸性混合物的環(huán)境，稱為爆炸性環(huán)境。按爆炸性混合物出現(xiàn)的頻度、持續(xù)時(shí)間和危險(xiǎn)程度，又可將危險(xiǎn)場(chǎng)所劃分成不同級(jí)別的危險(xiǎn)區(qū)。

對(duì)于Ⅱ類電氣設(shè)備，電路電壓限制在30VDC時(shí)，各種爆炸性混合物按最小引爆電流分為三級(jí)。表4-1爆炸性混合物的最小引爆電流級(jí)別最小引爆電流（mA）爆炸性混合物種類Ⅰi＞120甲烷、乙烷、汽油、甲醇、乙醇、丙酮、氨、一氧化碳Ⅱ70＜i＜120乙烯、乙醚、丙烯晴等Ⅲi≤70氫、乙炔、二硫化碳、市用煤氣、水煤氣、焦?fàn)t煤氣等不同的危險(xiǎn)等級(jí)對(duì)電氣設(shè)備的防爆要求不同，煤礦井下用電氣設(shè)備屬Ⅰ類設(shè)備；有爆炸性氣體的工廠用電氣設(shè)備屬Ⅱ類設(shè)備；有爆炸性粉塵的工廠用電氣設(shè)備屬Ⅲ類設(shè)備。4.2.2平安火花防爆系統(tǒng)電動(dòng)儀表存在電路打火的可能。如果從電路設(shè)計(jì)就開始考慮防爆，把電路在短路、開路及誤操作等各種狀態(tài)下可能發(fā)生的火花都限制在爆炸性氣體的點(diǎn)火能量之下，那么此儀表稱為平安火花防爆儀表。平安火花防爆儀表只能保證本儀表內(nèi)部不發(fā)生危險(xiǎn)火花，對(duì)其它儀表通過信號(hào)線傳入的能量是否平安那么無法保證。如果在與其它儀表的電路連線之間設(shè)置平安柵，防止危險(xiǎn)能量進(jìn)入，那么完全做到了平安火花防爆。構(gòu)成平安火花防爆系統(tǒng)的二要素：①在危險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用的儀表必須是平安火花防爆儀表〔本安儀表〕。②現(xiàn)場(chǎng)儀表與危險(xiǎn)場(chǎng)所之間的電路連接必須經(jīng)過平安柵〔防爆柵〕。平安柵是傳遞正常信號(hào)、阻止危險(xiǎn)能量通過的保險(xiǎn)器件。如在信號(hào)通路上串聯(lián)一定電阻，起限流作用，可稱作電阻式平安柵。其缺點(diǎn)是正常信號(hào)也衰減，且防爆定額低。4.2.3平安柵的工作原理如熱電偶溫度變送器的輸入端存在的問題：有兩點(diǎn)以上接地，會(huì)造成信號(hào)通過大地短路或形成干擾〔除平安柵接地外，相連儀表也有接地〕R1、R2對(duì)儀表正常的工作仍有影響，阻值過大影響儀表的恒流特性，過小起不到限流作用。根本設(shè)想：用二極管VD1、VD2進(jìn)行限壓，用電阻R1、R2及熔斷絲F進(jìn)行限流。4.2.3.1齊納式平安柵〔2〕由VD1~VD4和F1~F’2組成限壓電路。背靠背的齊納管中點(diǎn)接地，改直接接地為保護(hù)時(shí)接地?！?〕用晶體管限流電路取代固定電阻。VT3工作于零偏壓，作為恒流源向VT1提供足夠的基極電流，保證信號(hào)在4～20mA范圍內(nèi)VT1處于飽和狀態(tài)。改進(jìn)后的齊納式安全柵正常時(shí)VT1飽和導(dǎo)通

VR1=0.1～0.5V

VT2不通過流時(shí)VR1>0.6V

VT2導(dǎo)通，分流VT3的電流

VT1退飽和

Vce1↑呈現(xiàn)較高的電阻要求快速熔斷絲熔斷時(shí)間<1mS工作原理過壓時(shí)VD1~VD4中至少有一個(gè)被擊穿，限壓并接地4.2.3.2隔離式平安柵用變壓器作為隔離元件，分別將輸入、輸出和電源進(jìn)行隔離，可以對(duì)二線制變送器進(jìn)行隔離供電。因而分檢測(cè)端平安柵和執(zhí)行端平安柵。1檢測(cè)端平安柵檢測(cè)端平安柵在向變送器提供電源的同時(shí)，將變送器的測(cè)量信號(hào)經(jīng)隔離變壓器傳給控制室儀表。檢測(cè)端平安柵是一個(gè)傳遞系數(shù)為1的傳送器，電源、變壓器、控制室儀表之間用磁耦合，電路上是隔離的。簡(jiǎn)化原理圖如下圖。＋＋（1）電源變壓器DC/AC：VT1、VT2，VD1～VD4

及變壓器T1構(gòu)成磁耦合自激多諧振蕩器。＋＋〔2〕晶體管限壓限流電路串聯(lián)使用了兩套完全相同的限壓限流電路：VT3、VT4和VD15；VT5、VT6和VD16。正常工作時(shí)VT4、VT6飽和，VT3、VT5截止。①

電源出現(xiàn)過電壓VD15擊穿〔30V〕

VT3飽和Vce3≈0VT4截止VAB↓—限壓

晶體管限壓限流電路原理

②

變送器出現(xiàn)過電流VR6>0.6VVT3導(dǎo)通，分流

VT4退飽和

Vce4↑—限流

限流特性限壓特性（3）調(diào)制解調(diào)電路調(diào)制：

VD13、VD14交替工作

送往變送器的DC4～20mA

交替通過T2原邊解調(diào)：

T2副邊1：1耦合

復(fù)合管VT7~VT10整流＋--＋2執(zhí)行端平安柵用于控制室中調(diào)節(jié)器和現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器之