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防爆称重仪表的特性

2017-04-17 17:18:50 glzon 4

防爆称重仪表在标准规定条件 ( 包括正常工作和规定的故障条件 ) 下产生的任何电火花或任何热效应均不能点燃规定的爆炸性气体环境的电路。

防爆称重仪表的特性:
防爆称重仪表是一种以抑制点火源能量为防爆手段的“安全设计”技术。要求设备在正常工作和故障状态下可能产生的电火花和热效应分别小于爆炸性危险气体的最小点燃能量和自燃温度。防爆称重仪表实际上是一种低功率设计技术,因此它能很好地适用于工业自动化过程称重仪表

本安设备的等级:
防爆[称重仪表]2及设备和关联设备的本质安全部分应分为“ia”或“ib”等级。
“ia”等级:当施加 Um( 施加到关联设备非本安连接装置上,而不会使本安性能失效的最高电压 ) 或 Ui ( 施加到防爆称重仪表电路连接装置上,而不会使本安性能失效的最高电压 ) 之后,在下列每一种情况下,“ia”等级电气设备中的本质安全电路不能引起点燃:
a)正常工作和施加产生最不利条件的非计数故障
b)正常工作和施加一个计数故障加上产生最不利条件的非计数故障
c)正常工作和施加二个计数故障加上产生最不利条件的非计数故障
“ib”等级:当施加 Um或 Ui 之后,在下列每一种情况下,“ib”等级电气设备中的本质安全电路不能引起点燃:
a)正常工作和施加产生最不利条件的非计数故障
b)正常工作和施加一个计数故障加上产生最不利条件的非计数故障

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防爆称重仪表的特性:

防爆称重仪表是一种以抑制点火源能量为防爆手段的“安全设计”技术。要求设备在正常工作和故障状态下可能产生的电火花和热效应分别小于爆炸性危险气体的最小点燃能量和自燃温度。防爆称重仪表实际上是一种低功率设计技术,因此它能很好地适用于工业自动化过程称重仪表。

本安技术设计:

1、限制电压

防爆称重仪表均采用两只并联的齐纳二极管来实现 ( 双重化 )。

电路的限压值为齐纳二极管的齐纳击穿值 x最大误差,例如用两只 1N5339B 构成的限压电路的限压值应考虑为 5.6V×1.05=5.88V。

两只齐纳二极管在电路中应分别可测 ( 印制板上加桥接测试点 ),测试完毕后将齐纳二极管接入电路 ( 焊上测试点 ),测试纪录应保存十年备查。

齐纳二极管处的走线为保证可靠连接最好采用左下图的方式,如果走线宽度达 2mm 也可以采用图 1 的方式。①②③④各部分之间的间距应保证>=2mm( 根据电压值确定 )。特别要注意的是齐纳二极管的下面不能走线以防与走线短路。

齐纳二极管同样应在 2/3 额定值以下工作,并具有合适的散热面积。

2、限制电流

有三种限流电路可供选择:

a ) 电阻限流 ( 参考图 2 中 R1 )

电路限流值为 Umax/Rmin,电压取最大值,电阻必须考虑制造公差,取最小值。

对限流电阻的要求应符合 EN50020/8.4 节。

电阻类型为薄膜型或绕线型 ( 在断线时应能防止绕线松脱 ) 或者是符合标准规定的浇封或涂覆下的印制电阻器。

限流电阻应工作在额定值 2/3 之下,即能承受1.5 倍额定电压,承受 1.5 倍额定功率。

电阻限流的方式电路实现比较简单,概念清楚,不会有歧义。缺点是大电流时电路的压降较大,对使用电池供电的设备而言比较难以接受。


b) 保险丝限流

当采用保险丝来限流时,限流值应考虑为保险丝额定值的 1.7 倍,即 1.7xIn.。同时对保险丝有以下要求:

◆ 额定电压应大于 Um或 Ui

◆ 保险丝的分断能力应大于电路中预期的最大电流( 对供电电网不大于 250Vac 的系统来说,预期电流应认为不大于 1500A )

◆ 使用在危险区域的保险丝必须是密封的

◆ 保险丝的电阻应加以考虑,尤其是在低压电路中。一般而言保险丝是正温度系数元件,随着温度的升高电阻值会增大,压降也会变大

◆防爆称重仪表采用限流电路将预期电流限制到保险丝额定分断能力之下,该限流电路中的限流元器件应是可靠元器件,且器件的额定值应不小于:

- 电流额定值≥1.5x1.7xIn

- 电压额定值≥Um或 Ui

- 功率额定值≥1.5x(1.7xIn) 2 x 该限流器件的电阻值

◆ 用于限流电路的保险丝,只允许打开外壳进行更换;保险丝的型号,额定电流值等对本安性能起重要作用的特性指标应显著地标志在保险丝的附近

保险丝限流电路的实现同样比较简单,电路的压降也比较小,但是对保险丝本身的要求较高,用于危险区域的限流保险丝的价格也比较高。另外烧保险丝的问题也是比较困扰的一个问题。

c ) 串联半导体电路限流

注意只有在 ib 等级的防爆称重仪表中才允许使用这种形式的限流电路,ia 等级中不允许。并且必须是三重化的电路。

防爆称重仪表是此种限流电路的一个例子,当 R1 ( R2或 R3 ) 上流过的电流增大,使得电阻上的压降大于 0.7V 时,三极管 Q1 (Q2 或 Q3 ) 将调整 Q4( Q5 或 Q6 ) 的 G 极电压从而调整 Q4 ( Q5 或 Q6 )上的压降,使电阻 R1 ( R2 或 R3 ) 上的压降归于0.7V,从而限制电流为 0.7V/(18ohmx0.99)。

这种形式的限流电路相比与前面两种限流电路,电路比较复杂,设计及布板时需要考虑的因素也比较多,比如三部分之间的距离要求,每一部分内部各元件之间的距离要求,取样电阻的功率、距离要求、场效应管的额定值、散热面积等等。

3、限制能量 ( 含储能元件:电容和电感 )

电容及电感均为储能元器件,必须根据电压和电流做相应限制。

a) 电容控制

防爆称重仪表内部的所有电容值之和应小于EN50020 表 A.2 所规定的值。

限压电路之前的电容值之和应按输入电压的最大值考虑,限压电路之后的电容值之和应按限压值考虑。

查表 A.2 时应考虑到安全系数 ( X1 或 X1.5 )


b) 电感控制

一般来说,防爆称重仪表内电感很少,仅 A/D 输入端采用滤波器或信号输入 / 输出部分用滤波器含有电感,电感值几乎可以忽略。

当采用 DC/DC 电源时会选用电感,此时对电感值的控制极为重要,控制的依据为 EN50020 附录 A中的图 A.4 和 A.6。 ( 应考虑安全系数 )

4、合理选择元器件额定参数、载流导线截面等

a) 元器件额定参数的选择

合理选择元器件的额定参数,为保证可靠工作应使用降额使用的原则。尤其对那些与本质安全性能有关的元件,在正常工作和标准规定的故障条件下不得在超过元件安装条件和温度范围规定的最大电压,电流和额定功率的三分之二的情况下工作。

b) 载流导线截面要求

防爆称重仪表内的载流导线可区分为设备内绝缘导线和印制电路导线,为保证在正常工作和标准规定的故障条件下由于导线上流过的电流而引起的导线温度不超过设备规定的温度组别所规定的温度,这些导线必须符合 GB3836.4 表 1“铜导线的温度组别”和表 2“印制板导线温度组别”的要求。

5、结构及电路的分隔措施

为保证防爆称重仪表电路的本安特性,在称重仪表设计时应充分考虑到本质安全电路与其他不同电路之间的分隔措施。

防爆称重仪表内导电部件间的间距为:

a) 防爆称重仪表电路与非本质安全电路之间

b) 不同本质安全电路之间

c) 电路与接地或绝缘的金属件之间

防爆称重仪表具体的间距要求应符合 GB3836.4 表 4 的要求。

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