目前在化工企業(yè)廣泛使用的電子自動(dòng)平衡電橋與電位差計(jì)是非防爆儀表。這些儀表與各種熱電阻及熱電偶配套組成溫度測(cè)量系統(tǒng)，若用于具有爆炸性混合物(可燃性氣體蒸汽與空氣形成的爆炸性混合物)的環(huán)境時(shí)，必須采取可靠的防爆措施。目前較多采用的措施是選用防爆型(其防爆型式為隔爆型)熱電阻及熱電偶與電橋、電位差計(jì)配套組成溫度測(cè)量系統(tǒng)。但此類系統(tǒng)在實(shí)際使用中存在一些不可避免的缺點(diǎn)，給儀表的使用和維修帶來(lái)了不少麻煩。如處理一次元件故障時(shí)必須停掉儀表電源，而多點(diǎn)測(cè)溫儀表的停電使其它測(cè)量點(diǎn)的檢測(cè)也不能進(jìn)行，給工藝操作人員的操作帶來(lái)一定的困難(往往工藝相關(guān)點(diǎn)的測(cè)量在同一臺(tái)表上進(jìn)行)。由于腐蝕造成的保護(hù)套密封及機(jī)械強(qiáng)度的破壞均可造成防爆性能的破壞，形成生產(chǎn)中的不安全因素，防爆電阻體及熱電偶價(jià)錢比較貴，一般比普通型貴20-30%等。

 

　　為了解決上述間題，我們研制了安全火花型電子自動(dòng)平衡電橋與電位差計(jì)供橋臂電源防爆安全柵。此安全柵可用來(lái)對(duì)電子自動(dòng)平衡電橋(直流電橋)及電位差計(jì)進(jìn)行防爆結(jié)構(gòu)的改造。改造后的儀表為本質(zhì)安全防爆結(jié)構(gòu)，可用于任何爆炸性環(huán)境。

 

　　二、電源安全柵工作原理及性能

 

　　電源防爆柵電路如原理圖(圖一)所示。考慮到易于在現(xiàn)有產(chǎn)品儀表結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)改造，防爆安全柵采用了雙層限流限壓電路兼有給儀表測(cè)量橋臂供直流穩(wěn)壓電源和起防爆安全柵雙重作用。

 

 

 

 

 

　　防爆安全柵由二極管D1~D9、三極管T1~T4、電阻R5~R8、熔斷器B1、B2等組成。D1、D2組成全波整流電路，D3保證流過(guò)T1、T3管的全部電流只能分別流經(jīng)熔斷器B1和B2，以便在事故狀態(tài)下快速熔斷B1和B2。D4~D6保證在各種狀態(tài)下T1-T4管都能處在正常工作狀態(tài)，保證了送到危險(xiǎn)場(chǎng)所去的電流、電壓的可控性。

 

　　D7~D9及R8組成了一級(jí)限流限壓電路，使可能竄到危險(xiǎn)場(chǎng)所去的最大橋路電壓不超過(guò)2.5伏，最大短路電流不超過(guò)5mA(在電源變壓器未損壞的情況下)。

 

　　T1~T4、R5、R6、B1、B2組成又一級(jí)限幅限壓電路，主要用來(lái)防止220V高壓直接竄到電源變壓器的次級(jí)繞組而可能產(chǎn)生的危險(xiǎn)。當(dāng)高壓直接竄到變壓器次級(jí)線圈(如線圈絕緣及隔離屏蔽層破壞的情況)，而且儀表測(cè)量線或測(cè)量元件與設(shè)備相碰時(shí)(接地)，由此電路限制其能量。

 

　　當(dāng)流過(guò)電阻R5、R6的電流大于20mA時(shí)，由T1和T2、T3和T4組成的旁路復(fù)合管電路導(dǎo)通，將大于20mA的電流通過(guò)T1、T8管旁路。當(dāng)旁路電流大于100mA時(shí)，熔斷器B1和B2被熔斷，從而實(shí)現(xiàn)了高壓與電路相切除。當(dāng)儀表測(cè)量成懸空時(shí)(即沒(méi)有與設(shè)備相接觸)，由于T2、T4管的Vceo=40V，當(dāng)A、B點(diǎn)的電壓升至±40V時(shí)(對(duì)地電壓)便使T1、T3管導(dǎo)通，同樣可以實(shí)現(xiàn)上述過(guò)程。這樣便限制了可能竄到危險(xiǎn)場(chǎng)所去的電路最大并路電壓為40V，最大短路電流為20mA，達(dá)到了限制可能去危險(xiǎn)場(chǎng)所的電路能量的目的。正常工作時(shí)，T1~T4管處在截止?fàn)顟B(tài)，不導(dǎo)通。

 

　　DW1、DW2及電阻R1、R3、R4等組成普遍兩級(jí)并聯(lián)穩(wěn)壓電路給測(cè)量橋臂提供6V穩(wěn)壓電源。

 

　　上述電路正常工作時(shí)流過(guò)危險(xiǎn)側(cè)測(cè)溫元件Rt的電流為:

 

 

 

 

 

　　因此上述電路可以有效地限制儀表的危險(xiǎn)能量進(jìn)入危險(xiǎn)場(chǎng)所，達(dá)到安全防爆的目的。

 

　　三、幾個(gè)豁要說(shuō)明的問(wèn)題

 

　　1.安全柵兼有給儀表測(cè)量橋臂供直流穩(wěn)壓電源和起防爆安全柵雙重作用，因此在電源回路中增加的器件不應(yīng)降低供橋穩(wěn)壓電源的精度，因此DW2必須采用標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)壓管D7-D9應(yīng)選用電流溫度系數(shù)小的硅管。

 

　　2.根據(jù)本質(zhì)安全防爆電路要求，電路中保護(hù)性晶體管器件必須雙重化，方可認(rèn)為是可靠組件。在實(shí)際電路中T1~T4、D7~D9都采用了取重給構(gòu)，在上述電路中沒(méi)有畫出。

 

　　3.用此安全柵對(duì)電橋、電位計(jì)進(jìn)行防爆結(jié)構(gòu)改造時(shí)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)如接線端子、導(dǎo)線排列、導(dǎo)線絕緣、印刷線路板、安全柵防護(hù)罩等必須符合本質(zhì)安全型電路和電器設(shè)備國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

 

　　4.用此安全柵對(duì)電子自動(dòng)平衡電橋、電位差計(jì)進(jìn)行防爆性能改造的示意圖如圖二所示。

 

 

 

 

 

　　四、結(jié)束語(yǔ)

 

　　經(jīng)國(guó)家有關(guān)部門審查檢定，此防爆安全柵不能點(diǎn)燃Ⅲ級(jí)爆炸性混合物，可以用來(lái)對(duì)電子自動(dòng)平衡電橋及電位差計(jì)進(jìn)行防爆結(jié)構(gòu)的改造，用于危險(xiǎn)場(chǎng)所的溫度測(cè)量。我們已用上述電源安全柵，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)全廠幾十臺(tái)XQ型及XW型電橋、電位計(jì)進(jìn)行了防爆性能的改造。經(jīng)多項(xiàng)目的試驗(yàn)及兩年多時(shí)間的運(yùn)行，證明改造后的儀表保證了儀表原有精度，其可靠性、抗干擾性等均滿足了使用要求，儀表運(yùn)行良好，對(duì)化工生產(chǎn)安全起了一定的作用。

 

　　由于受JF-12型晶體管放大器電源變壓器技術(shù)參數(shù)的限制，目前只能在具有J40l型電源變壓器的晶體管放大器儀表上進(jìn)行防爆性能改造。若儀表制漳廠家能對(duì)電源變壓器及輸入變壓器的結(jié)構(gòu)稍加改造，例如將電源變壓器初次級(jí)繞組間的隔離屏蔽銅箔厚度增加到0.05mm，輸入變壓器兩個(gè)繞組間加上述屏蔽層等，此安全防爆柵的適用范圍將更大，這對(duì)化工企業(yè)安全生產(chǎn)是有重要意義的。