安全检测技术第7章.ppt

　　按照本质安全防爆系统所应具备的充要条件，在自动化仪表的分类生产中，按功能划分,除设计和生产具有本质安全性能的测量仪表和执行仪表,以适应爆炸性危险场所生产过程控制的需要之外，将安全栅也作为独立的安全单元来设计和生产，从而使组合式生产过程控制系统模式同样可以应用于有爆炸危险的生产控制中。对于具有本质安全性能的测量仪表和执行仪表的结构及其设计问题已在前面给予讨论，这里不再赘述。但从仪表角度考虑，作为独立组合单元的安全栅则有必要进一步分析，以解决生产过程控制系统中危险现场与安全场所关联部分的本质安全性能问题，确保系统具有本质安全性能。 　　确保本质安全电路安全性的装置，可以说它是在危险场所与非危险场所线路中间的能量限制器，防止非危险场所的危险能量流到危险场所去，其原理如图7-2所示。 图7-2本质安全防爆系统的原理框图 　　2．隔离式安全栅及其工作原理 　　在目前我国生产的单元组合式仪表中，安全栅是独立的仪表单元，用于接收危险场所防爆仪表的标准传输信号，转换产生具有本质安全性能要求的同样的标准传输信号：直流4～20mA。在安全栅仪表单元中，一般是采用隔离式的方案，以变压器作为隔离元件，分别将输入、输出和电源电路进行隔离，以防止危险能量直接窜入现场。同时，用晶体管限压、限流电路对事故状态下的过电压或过电流做截止式的控制。虽然采用隔离式方案的安全栅单元线路复杂、体积较大、成本较高，但不要求特殊元件，便于生产，工作可靠，防爆定额较高，交、直流可达220V，因此得到广泛的应用。 　　目前应用最多的安全栅有两种形式：一个是以齐纳二极管为主要元件的二极管齐纳栅；另一个是隔离型的安全栅，如隔离变压器、光电耦合器等。在DDZ－Ⅲ型仪表及I系列仪表中,安全栅又分为检测端和操作端安全栅。本书中研究检测技术要使用检测端安全栅。EK系列仪表、YS系列仪表、S系列仪表则采用齐纳安全栅。一般按使用现场仪表来确定安全栅，不做检测端、操作端之分。由于二线制变送器在大量应用，因此用于供电的配电器也在大量应用。在DDZ－Ⅲ和Ⅰ系列仪表中如果用了检测端安全栅，就不再用配电器了。因为安全栅与配电器是合二为一的。这在选型时要注意。 图7-3检测端带隔离和齐纳管的安全栅 图7-4齐纳管安全栅 　　3．隔离式安全栅的分类 　　1）检测端安全栅 　　检测端安全栅作为现场测量变送器与控制室仪表和电源的联系纽带，一方面要向测量变送器提供电源，一方面要把变送器送来的信号电流经隔离变压器1∶1地传送给控制室仪表。在上述传递过程中，依靠双重限压、限流电路，使任何情况下输往危险场所的电压和电流不超过直流30V、30mA，从而确保危险场所的仪器仪表安全。 　　图7-5所示是检测端安全栅单元的原理图。24V直流电压经直流-交流变换器后变成8kHz的交流电压，再经变压器B１传递。一路经整流滤波和限压、限流电路为测量变送器提供电源(仍为直流24V)；另一路经整流滤波为解调放大器提供电源。而从测量变送器获得的4～20mA信号电流经限压、限流电路进入调制器，被二极管调制器调制成交流后，由变压器B2耦合到解调放大器，经解调后恢复成4～20mA直流信号，输出给控制室仪表。所以，从信号传送角度来看，安全栅是一个传递系数为1的传送器。被传送信号经过调制-变压器耦合—解调的过程后，照原样送出。而且在传送过程中，这里的电源、变送器、控制室仪表之间除磁的联系之外，电路上是互相绝缘的。 图7-5检测端安全栅单元的原理图 　　2）执行端安全栅 　　单元组合式仪表中执行端安全栅单元原理如图7-6所示。图中，24V直流电源经磁耦合多谐振荡器变成交流方波电压，通过隔离变压器B1分成两路，一路供给调制器，作为4～20mA信号电流的斩波电压(调制电压)；另一路经整流滤波，给解调放大器，限压、限流电路，以及执行器供给电源。安全栅中信号的通路是：由控制室仪表来的4～20mA直流信号电流经调制器变成交流方波，通过电流互感器B2作用于解调放大器，经解调恢复为与原来相等的4～20mA直流电流，以恒流源的形式输出，且该输出经限压、限流后供给现场的执行器。 图7-6执行端安全栅单元的原理图 　　4．外界因素对本质安全防爆系统的影响 　　1）导线分布电感与电容的影响 　　在本质安全防爆系统中，从关联设备到危险场所的本质安全设备之间，往往有很长的连接电缆，从而存在着分布电感和电容，储有一定的能量。当储能达到一定程度时，电缆短路火花就会酿成点燃的危险，因此必须控制电缆的分布电感和电容，使其储能小于爆炸性混合物的最小点燃能量。 　　长电缆的分布电感和电容可作为集中参数处理，其值可按照下列公式计算： （7-1） 式中:A——爆炸性混合物的最小点燃能量，单位为mJ； Uk——安全栅的最高开路电压，单位为V； Ik