一、引言
目前在化工企業(yè)廣泛使用的電子自動平衡電橋與電位差計是非防爆儀表。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，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、電位差計配套組成溫度測量系統(tǒng)。但此類系統(tǒng)在實際使用中存在一些不可避免的缺點，給儀表的使用和維修帶來了不少麻煩。如處理一次元件故障時必須停掉儀表電源，而多點測溫儀表的停電使其它測量點的檢測也不能進行，給工藝操作人員的操作帶來一定的困難(往往工藝相關(guān)點的測量在同一臺表上進行)。由于腐蝕造成的保護套密封及機械強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平衡電橋與電位差計供橋臂電源防爆安全柵。此安全柵可用來對電子自動平衡電橋(直流電橋)及電位差計進行防爆結(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?？紤]到易于在現(xiàn)有產(chǎn)品儀表結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上實現(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)，保證了送到危險場所去的電流、電壓的可控性。
D7~D9及R8組成了一級限流限壓電路，使可能竄到危險場所去的最大橋路電壓不超過2.5伏，最大短路電流不超過5mA(在電源變壓器未損壞的情況下)。
T1~T4、R5、R6、B1、B2組成又一級限幅限壓電路，主要用來防止220V高壓直接竄到電源變壓器的次級繞組而可能產(chǎn)生的危險。當(dāng)高壓直接竄到變壓器次級線圈(如線圈絕緣及隔離屏蔽層破壞的情況)，而且儀表測量線或測量元件與設(shè)備相碰時(接地)，由此電路限制其能量。
當(dāng)流過電阻R5、R6的電流大于20mA時，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T1、T8管旁路。當(dāng)旁路電流大于100mA時，熔斷器B1和B2被熔斷，從而實現(xiàn)了高壓與電路相切除。當(dāng)儀表測量成懸空時(即沒有與設(shè)備相接觸)，由于T2、T4管的Vceo=40V，當(dāng)A、B點的電壓升至±40V時(對地電壓)便使T1、T3管導(dǎo)通，同樣可以實現(xiàn)上述過程。這樣便限制了可能竄到危險場所去的電路最大并路電壓為40V，最大短路電流為20mA，達到了限制可能去危險場所的電路能量的目的。正常工作時，T1~T4管處在截止?fàn)顟B(tài)，不導(dǎo)通。
DW1、DW2及電阻R1、R3、R4等組成普遍兩級并聯(lián)穩(wěn)壓電路給測量橋臂提供6V穩(wěn)壓電源。
上述電路正常工作時流過危險側(cè)測溫元件Rt的電流為:
因此上述電路可以有效地限制儀表的危險能量進入危險場所，達到安全防爆的目的。
三、幾個豁要說明的問題
1.安全柵兼有給儀表測量橋臂供直流穩(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，電路中保護性晶體管器件必須雙重化，方可認為是可靠組件。在實際電路中T1~T4、D7~D9都采用了取重給構(gòu)，在上述電路中沒有畫出。
3.用此安全柵對電橋、電位計進行防爆結(jié)構(gòu)改造時，其機械結(jié)構(gòu)如接線端子、導(dǎo)線排列、導(dǎo)線絕緣、印刷線路板、安全柵防護罩等必須符合本質(zhì)安全型電路和電器設(shè)備國家標(biāo)準。
4.用此安全柵對電子自動平衡電橋、電位差計進行防爆性能改造的示意圖如圖二所示。
四、結(jié)束語
經(jīng)國家有關(guān)部門審查檢定，此防爆安全柵不能點燃Ⅲ級爆炸性混合物，可以用來對電子自動平衡電橋及電位差計進行防爆結(jié)構(gòu)的改造，用于危險場所的溫度測量。我們已用上述電源安全柵，按國家標(biāo)準要求對全廠幾十臺XQ型及XW型電橋、電位計進行了防爆性能的改造。經(jīng)多項目的試驗及兩年多時間的運行，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，儀表運行良好，對化工生產(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行防爆性能改造。若儀表制漳廠家能對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繞組間的隔離屏蔽銅箔厚度增加到0.05mm，輸入變壓器兩個繞組間加上述屏蔽層等，此安全防爆柵的適用范圍將更大，這對化工企業(yè)安全生產(chǎn)是有重要意義的。