隨著稱重儀表在各種場(chǎng)合的廣泛使用，市場(chǎng)對(duì)防爆稱重儀表的需求也越來(lái) 越多。本安防爆技術(shù)作為一種低功率設(shè)計(jì)技術(shù)，具有安全可靠性高，適用范圍廣，可帶電維 護(hù)等特點(diǎn)，在防爆稱重儀表的設(shè)計(jì)中被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用。本文將圍繞本安防爆技術(shù)在稱重 儀表中的應(yīng)用淺談一些筆者的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，與同行探討。

一?本質(zhì)安全電路的概念 在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定條件（ 包括正常工作和規(guī)定的故障 條件）下產(chǎn)生的任何電火花或任何熱效應(yīng)均不能點(diǎn) 燃規(guī)定的爆炸性氣體環(huán)境的電路。

二、設(shè)計(jì)所依據(jù)的主要標(biāo)準(zhǔn)

GB3836.1 IEC60079- 0 EN50014 FM3600 GB3836.4 IEC60079- 11 EN50020 FM3610

三、本安設(shè)備的等級(jí)

本質(zhì)安全設(shè)備和關(guān)聯(lián)設(shè)備的本質(zhì)安全部分應(yīng)分 為a?或b?等級(jí)。

a?等級(jí)：當(dāng)施加Um (施加到關(guān)聯(lián)設(shè)備非 本安連接裝置上，而不會(huì)使本安性能失效的最高電 壓）或Ui (施加到本質(zhì)安全電路連接裝置上，而 不會(huì)使本安性能失效的最高電壓）之后，在下列每 一種情況下，a”等級(jí)電氣設(shè)備中的本質(zhì)安全電路 不能引起點(diǎn)燃：

a)正常工作和施加產(chǎn)生最不利條件的非計(jì)數(shù)故

障

正常工作和施加一個(gè)計(jì)數(shù)故障加上產(chǎn)生最不 利條件的非計(jì)數(shù)故障

正常工作和施加二個(gè)計(jì)數(shù)故障加上產(chǎn)生最不 利條件的非計(jì)數(shù)故障

b?等級(jí)：當(dāng)施加Um或Ui之后，在下列每 一種情況下，b”等級(jí)電氣設(shè)備中的本質(zhì)安全電 路不能引起點(diǎn)燃：

正常工作和施加產(chǎn)生最不利條件的非計(jì)數(shù)故

障

正常工作和施加一個(gè)計(jì)數(shù)故障加上產(chǎn)生最不 利條件的非計(jì)數(shù)故障

四、本安技術(shù)的特征

本安技術(shù)是一種以抑制點(diǎn)火源能量為防爆手段 的“安全設(shè)計(jì)”技術(shù)。要求設(shè)備在正常工作和故障 狀態(tài)下可能產(chǎn)生的電火花和熱效應(yīng)分別小于爆炸性 危險(xiǎn)氣體的最小點(diǎn)燃能量和自燃溫度。

本安技術(shù)實(shí)際上是一種低功率設(shè)計(jì)技術(shù)，因此 它能很好地適用于工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程儀表。

五、本安技術(shù)設(shè)計(jì)

1、限制電壓

一般均采用兩只并聯(lián)的齊納二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)（雙 重化）。

電路的限壓值為齊納二極管的齊納擊穿值x最 大誤差，例如用兩只1N5339B構(gòu)成的限壓電路的 限壓值應(yīng)考慮為5.6Vx 1.05=5.88V。

兩只齊納二極管在電路中應(yīng)分別可測(cè)（印制板 上加橋接測(cè)試點(diǎn)，測(cè)試完畢后將齊納二極管接入 電路焊上測(cè)試點(diǎn)，測(cè)試紀(jì)錄應(yīng)保存十年備查。

齊納二極管處的走線為保證可靠連接最好采用 左下圖的方式，如果走線寬度達(dá)2mm也可以采用 圖1的方式。①②③④各部分之間的間距應(yīng)保證> = 2mm (根據(jù)電壓值確定）。特別要注意的是齊納 二極管的下面不能走線以防與走線短路

齊納二極管同樣應(yīng)在2/3額定值以下工作，并 具有合適的散熱面積。

2、限制電流

有三種限流電路可供選擇：

)電阻限流參考圖2中R)

電路限流值為Umax/Rmin，電壓取最大值，電 阻必須考慮制造公差，取最小值。

對(duì)限流電阻的要求應(yīng)符合EN50020/8.4節(jié)。 電阻類(lèi)型為薄膜型或繞線型（在斷線時(shí)應(yīng)能防 止繞線松脫）或者是符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的澆封或涂覆下 的印制電阻器。

限流電阻應(yīng)工作在額定值2/3之下，即能承受

1.5倍額定電壓，承受1.5倍額定功率。

電阻限流的方式電路實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，概念清楚，不會(huì)有歧義。缺點(diǎn)是大電流時(shí)電路的壓降較 大，對(duì)使用電池供電的設(shè)備而言比較難以接受。 b保險(xiǎn)絲限流（參考圖3)

當(dāng)采用保險(xiǎn)絲來(lái)限流時(shí)，限流值應(yīng)考慮為保險(xiǎn) 絲額定值的1.7倍，即1.7xIn.。同時(shí)對(duì)保險(xiǎn)絲有以 下要求：

?額定電壓應(yīng)大于Um或Ui ?保險(xiǎn)絲的分?jǐn)嗄芰?yīng)大于電路中預(yù)期的最 大電流（對(duì)供電電網(wǎng)不大于250Vac的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)， 預(yù)期電流應(yīng)認(rèn)為不大于1500A

?使用在危險(xiǎn)區(qū)域的保險(xiǎn)絲必須是密封的 ?保險(xiǎn)絲的電阻應(yīng)加以考慮，尤其是在低壓 電路中。一般而言保險(xiǎn)絲是正溫度系數(shù)元件，隨著 溫度的升高電阻值會(huì)增大，壓降也會(huì)變大

?可以采用限流電路將預(yù)期電流限制到保險(xiǎn) 絲額定分?jǐn)嗄芰χ?，該限流電路中的限流元器?/span> 應(yīng)是可靠元器件，且器件的額定值應(yīng)不小于：

?電流額定值2 1.5x1.7xIn 一 電壓額定值2 Um或Ui -功率額定值2 1.5x(1.7xIn)2x該限流器件的 電阻值

用于限流電路的保險(xiǎn)絲，只允許打開(kāi)外殼 進(jìn)行更換；保險(xiǎn)絲的型號(hào)，額定電流值等對(duì)本安性 能起重要作用的特性指標(biāo)應(yīng)顯著地標(biāo)志在保險(xiǎn)絲的 附近

保險(xiǎn)絲限流電路的實(shí)現(xiàn)同樣比較簡(jiǎn)單，電路的 壓降也比較小，但是對(duì)保險(xiǎn)絲本身的要求較高，用 于危險(xiǎn)區(qū)域的限流保險(xiǎn)絲的價(jià)格也比較高。另外燒

保險(xiǎn)絲的問(wèn)題也是比較困擾的一個(gè)問(wèn)題。

a串聯(lián)半導(dǎo)體電路限流（ 參考圖4 注意只有在ib等級(jí)的本安儀表中才允許使用 這種形式的限流電路，ia等級(jí)中不允許。并且必須 是三重化的電路。

圖4是此種限流電路的一個(gè)例子，當(dāng)R1 (R2 或R3上流過(guò)的電流增大，使得電阻上的壓降大 于0.7V時(shí)，三極管Q1 (Q2或Q3將調(diào)整Q4(Q5或Q6的G極電壓從而調(diào)整Q4 (Q5或Q6 上的壓降，使電阻R1 (R2或R3上的壓降歸于

7V，從而限制電流為 0.7V/(18ohmx0.99)。

這種形式的限流電路相比與前面兩種限流電 路，電路比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)及布板時(shí)需要考慮的因素 也比較多，比如三部分之間的距離要求，每一部分 內(nèi)部各元件之間的距離要求，取樣電阻的功率、距 離要求、場(chǎng)效應(yīng)管的額定值、散熱面積等等。

3、限制能量（含儲(chǔ)能元件：電容和電感） 電容及電感均為儲(chǔ)能元器件，必須根據(jù)電壓和 電流做相應(yīng)限制。

^電容控制

本安儀表內(nèi)部的所有電容值之和應(yīng)小于EN50020表K1所規(guī)定的值。

限壓電路之前的電容值之和應(yīng)按輸入電壓的最 大值考慮，限壓電路之后的電容值之和應(yīng)按限壓值

考慮。

查表A.2時(shí)應(yīng)考慮到安全系數(shù)（X1或X1.S b電感控制

一般來(lái)說(shuō)，稱重儀表內(nèi)電感很少，僅A/D輸 入端采用濾波器或信號(hào)輸入/輸出部分用濾波器含 有電感，電感值幾乎可以忽略。

當(dāng)采用DC/DC電源時(shí)會(huì)選用電感，此時(shí)對(duì)電 感值的控制極為重要，控制的依據(jù)為EN50020附 錄A中的圖A.4和人6。（應(yīng)考慮安全系數(shù)

4、合理選擇元器件額定參數(shù)、載流導(dǎo)線截面

等

B)元器件額定參數(shù)的選擇 合理選擇元器件的額定參數(shù)，為保證可靠工作 應(yīng)使用降額使用的原則。尤其對(duì)那些與本質(zhì)安全性 能有關(guān)的元件，在正常工作和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的故障條件 下不得在超過(guò)元件安裝條件和溫度范圍規(guī)定的最大 電壓，電流和額定功率的三分之二的情況下工作。 b載流導(dǎo)線截面要求

儀表內(nèi)的載流導(dǎo)線可區(qū)分為設(shè)備內(nèi)絕緣導(dǎo)線和 印制電路導(dǎo)線，為保證在正常工作和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的故 障條件下由于導(dǎo)線上流過(guò)的電流而引起的導(dǎo)線溫度 不超過(guò)設(shè)備規(guī)定的溫度組別所規(guī)定的溫度，這些導(dǎo) 線必須符合GB3836.4表1 “銅導(dǎo)線的溫度組別” 和表2 “印制板導(dǎo)線溫度組別”的要求。

5、結(jié)構(gòu)及電路的分隔措施 為保證本質(zhì)安全電路的本安特性，在儀表設(shè)計(jì) 時(shí)應(yīng)充分考慮到本質(zhì)安全電路與其他不同電路之間 的分隔措施。

儀表內(nèi)導(dǎo)電部件間的間距為：

本質(zhì)安全電路與非本質(zhì)安全電路之間

不同本質(zhì)安全電路之間

電路與接地或絕緣的金屬件之間

具體的間距要求應(yīng)符合GB3836.4表4的要求。

六、結(jié)語(yǔ)

總而言之，本安儀表的設(shè)計(jì)最為關(guān)鍵之處為： ?限流并據(jù)此限制設(shè)備內(nèi)部電感的大小 ?限壓并據(jù)此限制設(shè)備內(nèi)部電容的大小

合理的選擇可靠元器件 ?合理的布板，保持必要的間距 在此，僅根據(jù)個(gè)人的淺薄理解，對(duì)本安防爆技 術(shù)在稱重儀表中的應(yīng)用作一介紹，不當(dāng)之處，請(qǐng)同 行專家指正。