摘要：本文以深入淺出的方法，從防爆技術(shù)的基礎(chǔ)知識入手，循序漸進(jìn)地介紹了防爆技術(shù)在工業(yè)電子秤中的設(shè)計與選用，并介紹了目前世界上防爆技術(shù)的最新發(fā)展，以供衡器同行設(shè)計以及用戶選用防爆電子秤時參考。 關(guān)鍵詞：防爆技術(shù) 本質(zhì)安全型 隔爆型 正壓型 無火花型 前言 隨著我國工業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展以及與世界先進(jìn)工業(yè)技術(shù)的接軌，防止事故性爆炸的工業(yè)現(xiàn)場安全性問題，已引起了我國政府的高度重視。特別是近幾年在石油化工、煤礦等行業(yè)的事故頻頻發(fā)生，各種關(guān)于工業(yè)現(xiàn)場安全性問題的強(qiáng)制性法律法規(guī)亦相繼出臺。我國衡器行業(yè)如何為工業(yè)現(xiàn)場安全性服務(wù)，已成為迫在眉睫的大事。下文就防爆技術(shù)在工業(yè)電子秤中的應(yīng)用作一介紹。 1 防爆基礎(chǔ) 1.1 防爆電子秤應(yīng)用范圍 工業(yè)領(lǐng)域主要的易燃易爆場所如下： 1.2 電子秤引燃引爆的起固 電子秤的三大組成部分，電阻應(yīng)變式稱重傳感器、接線盒與稱重儀表電氣回路及其周圍環(huán)境可能燃引爆的固素為． 1.2.1 點燃源． （1）短路、斷路，產(chǎn)生瞬間火花； （2）觸點操作引起火花 （3）靜電旗電、磨擦產(chǎn)生火花； （4）導(dǎo)線、元器件過熱造成表面溫度升高。 1.2.2 爆炸性物質(zhì)——可燃性氣體或粉塵等； 1.2.3 助燃劑——空氣（氧氣） 1.3 電子秤的防爆 ●采取限梳限壓的：本質(zhì)安全型（“ia”，“ib”） ●采取隔爆保護(hù)外殼：隔爆型（“d“）； ●采取IP防護(hù)外殼設(shè)計的：粉塵類防爆（“DIP”）； ●采取隔離措施的：正壓型（“p“）、充油型（“o”）、充砂型（“q”），澆封型（“m”）； ●采取特定結(jié)構(gòu)的：增安型（“e”）、無火花型（“n”）； ●采取特殊設(shè)計的：特殊型（“s”） 電子秤常用的防爆型式為： 本質(zhì)安全型（包括復(fù)合本安型）、隔爆型、正壓型、增安型以及無火花型等。 1.4 易燃易爆危險場所的劃分 1.5 電子秤宜選用的主要防爆型式 1.6 電子秤宜選用的防爆等級 1.7 可燃性氣體引燃溫度等級 1.8 主要爆炸性氣體的分類 1.9 氣體防爆標(biāo)記 舉例：ExibIIDT4為ib類本質(zhì)安全型，氣體等級為IID類，引燃溫度T4級，可適用于1區(qū)或2區(qū)的防爆設(shè)備。 1.10 粉塵防爆型式分類以外殼保護(hù)的粉塵防爆電氣設(shè)備與外殼防護(hù)等級（IP）直接有關(guān)。防護(hù)等級表示如下 一般情況下，防爆電氣設(shè)備中帶有裸露帶電導(dǎo)體的外殼防護(hù)等級至少應(yīng)為IP54，帶有絕緣蟑部件的外殼要求不低于IP44。戶外使用的設(shè)備其外殼防護(hù)等要求IP54或更高一些。例如：IP54表示進(jìn)入灰塵量下影響設(shè)備正常運(yùn)行，向外殼各方面濺水無有害影響。 最新粉塵防爆標(biāo)準(zhǔn)簡介（GBl2476-2000）如下： （1） 防爆標(biāo)志：以外殼保護(hù)的粉塵防爆電氣設(shè)備新標(biāo)準(zhǔn)仍采用符號“DIP：取消了原標(biāo)志符號DT/DP。 （2） 可采用歐洲和北美標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的A，B兩種設(shè)備分類方法。即歐洲AA型設(shè)備采取適宜的防塵等級，并在5mm厚粉塵層堆積隋況下確定設(shè)備表面溫度；北BD型設(shè)備采用類似于隔爆面的防塵設(shè)計方法，并在12.5mm厚粉塵層堆積隋況下確定設(shè)備表面溫度。 （3） 危險區(qū)域：區(qū)域劃分由原來的10，11二個區(qū)修改為20，21，22三個區(qū)域，與氣體環(huán)境劃區(qū)方法（0，1，2）相適應(yīng)。 （4） 溫度級別：由原來的溫度分組方法（T11，Tl2．T13），改為與氣體溫度分組相同的分組方法（T1—T6）。 舉例：DIPA21T5表示采用歐洲A型、21類區(qū)域、T5溫度級別的粉塵防爆電氣設(shè)備； DIPB22T4表示采用北美B型、22類區(qū)域、T4溫度級別的粉塵防爆電氣設(shè)備。 2 節(jié)嚴(yán)重防爆系統(tǒng)設(shè)計與選用 2.1 本質(zhì)安全電氣設(shè)備及系統(tǒng) 本質(zhì)安全電氣設(shè)備指其內(nèi)部所有電路在規(guī)定的條件下，產(chǎn)生的火花或熱效應(yīng)均不可能引爆。本質(zhì)安全防爆系統(tǒng)由以下三部分組成： A 現(xiàn)場本質(zhì)安全設(shè)備——按本安防爆要求，對儲能元件回路作特殊設(shè)計，使現(xiàn)場設(shè)備下會產(chǎn)生由火花或熱源引起爆炸。 B 連接電纜——避免外界電磁場干擾影響，限制電纜分布參數(shù)。 C 關(guān)聯(lián)設(shè)備——安全柵，將從安全區(qū)的非本安回路傳到危險區(qū)的本安設(shè)備的能量限制在點火極限范圍內(nèi)。 2.2 安全柵 2.2.1 基本形式 以功能可分為四種：模擬信號用、開關(guān)/數(shù)宇信號用、通訊功能用、現(xiàn)場總線用安全柵。 以結(jié)構(gòu)形式可分為兩種：齊納式安全柵、隔離式安全柵。 安全柵是充當(dāng)危險區(qū)儀表和控制室儀表之間的“界面”。安全柵本身并不是本質(zhì)安全的，不可以直接安裝在危險區(qū)。安全柵必須安裝在安全區(qū)或采用隔爆裝置進(jìn)行保護(hù)后安裝在危險區(qū)。 2.2.2 齊納式安全柵 齊納安全柵工作原理如下： 齊納安全基本電路由快速熔斷器FAI，限壓元件VDl、VD2（齊納二極管或二極管），限梳電阻R1（電阻器或非線性元件）三部分組成（見上圖）。 正常操作條件下，非本安端1．2之間所加的電壓低于最高電壓Vmax，此時VDl、VD2處于下導(dǎo)通狀態(tài)，是“開路”狀態(tài)，只要漏電流小于規(guī)定值，安全柵電路下會影響系統(tǒng)的正常工作。當(dāng)非本安端發(fā)生故障，例如在非本安端1、2之間混入高電壓，使齊納二極管VDl，VD2反向擊穿，呈“導(dǎo)通”狀態(tài)，此時齊納：極管VDl、VD2把混入的高電壓限制在齊納電壓上，在安全柵的本安端3、4上下會出現(xiàn)高電壓。齊納二極管一旦導(dǎo)通后，其電流急劇上升把串聯(lián)在電路中的熔斷器FAl瞬時熔斷，切斷了至現(xiàn)場的高電壓，防止了高電壓引爆的危險，從而保護(hù)了現(xiàn)場設(shè)備及人目的安全。當(dāng)現(xiàn)場（危險區(qū)）發(fā)生故障， 例如負(fù)載短路了，安全柵電路中的限梳電阻R1立即起限流作用，把短路電流限制在某一個電流值以內(nèi)，這個電流值是安全值，現(xiàn)場也是安全的。 齊納安全柵的特點是電路簡單、安全可靠，模擬量精度損失極小，因可用于有精度要求的場合，例如稱重傳感器系統(tǒng)。其缺點是：現(xiàn)場必須要有可靠的接地；一旦異常故障隋況下，熔斷器熔斷使安全柵失效，造成更換頻繁。 2.2.3 隔離式安全柵 隔離式安全柵基本電路由快速熔斷器及其它保護(hù)元件或電路、可靠隔離元件以及一個相當(dāng)于具有限壓、限梳功能的二極管安全柵網(wǎng)絡(luò)所組成。 隔離式安全柵通過光、電、磁隔離技術(shù)來實現(xiàn)開關(guān)量、模擬量以及數(shù)字通信的電氣隔離。主要包括電源隔離和信號隔離兩部分，其中電源隔離是由高效率DC/DC轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的，而信號隔離固信號的種類不同有不同的實現(xiàn)方法，開關(guān)量信號由光電耦合器進(jìn)行隔離；模擬量信號隔離通過模擬信號的調(diào)制解調(diào)來實現(xiàn)；高速數(shù)據(jù)通信隔離則由高速的磁隔離器件及相應(yīng)的電子線路來實現(xiàn)。 隔離式安全柵的特點是不需要本安接地；三端口電隔離可構(gòu)成全浮空系統(tǒng)，抗干擾能力極強(qiáng)；可將兩線制變送器或操作器的4-20mA電流信號轉(zhuǎn)換成與之隔離的4-20mA電流信號，或1=5v的電壓信號輸出。其缺點是電路復(fù)雜、造價高，精度最高為0.1%，不適用于高精度的稱重系統(tǒng)。 2.3 本安電氣設(shè)備的選用原則 （1） 防爆標(biāo)志規(guī)定的等級是否適用使用危險場所的安全要求； （2） 明確最高輸入電壓、電流、功率和最大內(nèi)部電容、電感等參數(shù)； （3） 接地部分的本安電路是否與安全柵接口部分的電路加以有效隔離； （4） 信號傳輸是以何種方式進(jìn)行； （5） 本安電氣設(shè)備的最低工作電壓及回路正常工作電流。 2.4 關(guān)聯(lián)設(shè)備（安全柵）的選用原則 （1） 關(guān)聯(lián)設(shè)備的防爆等級必須下低于本安現(xiàn)場設(shè)備的防爆標(biāo)志的等級。 （2） 確定關(guān)聯(lián)設(shè)備的端電阻及回路電阻可以滿足本安現(xiàn)場設(shè)備的最低工作電壓。 （3） 關(guān)聯(lián)設(shè)備在故障狀態(tài)下的最高開路電壓、最大短路電流、最大功率分別不大于本安設(shè)備故障狀態(tài)下的最高輸入電壓、最大輸入電流、最大輸入功率；而關(guān)聯(lián)設(shè)備在故障狀態(tài)下的最大外部電容、最大外部電感分別不小于本安設(shè)備最大內(nèi)部等效電容、最大內(nèi)部等效電感的要求。 （4） 確定關(guān)聯(lián)設(shè)備類型，是齊納式安全柵還是隔離型安全柵。 （5） 根據(jù)本安現(xiàn)場儀表的電源及信號傳輸方式選擇與之相匹配的關(guān)聯(lián)設(shè)備。 2.5 連接電纜的選用原則 （1） 連接電纜為銅芯絞線，且每根芯線的截面積積不小于0.5mm2； （2） 介電強(qiáng)度應(yīng)能承受2倍本安電路的額定電壓，但下低于500V的耐壓試驗。 （3） 連接電纜長度的限制計算方法如下。 A 電纜最大允許分布電容Cc不大于關(guān)聯(lián)設(shè)備在故障狀態(tài)下的最大外部電容與本安設(shè)備最大內(nèi)部等效電容之差；電纜最大允許分布電感Lc不大于關(guān)聯(lián)設(shè)備在故障狀態(tài)下的最大外部電感與本安設(shè)備最大內(nèi)部等效電感之差。 B 按照： 電纜長度L=電纜最大允許分布電容Cc/電纜單位長度分布電容Ck 電纜長度L=電纜最大允許分布電感Lc/電纜單位長度分布電感Lk 取兩者中的小值作為實際配線長度。但多芯電纜，應(yīng)考慮相互疊加影響。 2.6 隔爆型電氣設(shè)備 具有隔爆外殼的電氣設(shè)備其外殼能承受內(nèi)部爆炸性氣體棍古物的爆炸壓力，并阻止內(nèi)部的爆炸向外殼周圍爆炸性棍古物傳播。 產(chǎn)品設(shè)計考核的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)為隔爆接合面長度和隔爆接合面的間隙。以往在我國衡器同行中，在隔爆型電氣設(shè)備的內(nèi)腔設(shè)計中，往往分為主腔與接線腔兩部分，現(xiàn)根據(jù)最新GB3836.2-2000國家標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定只需設(shè)置一個內(nèi)腔，使隔爆型電氣設(shè)備的體積大為減小。 2.7 正壓型電氣設(shè)備 設(shè)備外殼保持內(nèi)部氣體的壓力高于周圍爆炸環(huán)境的壓力，且能阻止外部混合物的進(jìn)入的具有正壓外殼的電氣設(shè)備。 正壓型電氣設(shè)備的最大特點是，殼體內(nèi)部的氣體壓力高于大氣壓力，使得任何非防爆的設(shè)備均可裝在內(nèi)殼。例如，目前市場上還沒有防爆打印機(jī)，則在稱重系統(tǒng)中就可將打印機(jī)置于正壓型電氣設(shè)備內(nèi)。 3 幾種典型防爆電子秤7的介紹 3.1 復(fù)合本質(zhì)安全型防爆電子秤（ExibIIBT4） 適用范圍：秤體、稱重傳感器、接線盒在易燃易爆1、2類危險區(qū)，稱重儀表置于安全區(qū)，中間采用關(guān)聯(lián)設(shè)備安全柵連接的臺秤、地上衡、汽車衡、稱重模塊（料斗秤）、皮帶秤、自動裝料秤等各種稱重系統(tǒng)。是目前最為昔遭的防爆形式。供電：交流220v。配置如下： 稱重傳感器——本質(zhì)安全型防爆傳感器。防爆型式一般為：ExibIIBT4。 接線盒——本質(zhì)安全型防爆接線盒。防爆型式一般為：ExiaIICT6。 安全柵——本質(zhì)安全型齊納安全柵。防爆型式一般為：Ex（ia）IIC。 稱重儀表與打印機(jī)——非防爆型式稱重儀表。 3.2 本質(zhì)安全型防爆電子秤（ExibIIBT4） 適用范圍：秤體、接線盒、稱重傳感器、稱重儀表均在易燃易爆1（10）、2（11）類危險區(qū)的防爆電子秤。供電方式：直流6v（4節(jié)1#干電池內(nèi)置防爆電池盒）或24V直流，系統(tǒng)配置如下： 稱重傳感器——本質(zhì)安全型防爆傳感器，防爆型式一般為：ExibIIBT4。 接線盒——本質(zhì)安全型防爆接線盒。防爆型式一般為：ExiaIICT6。 稱重儀表——本質(zhì)安全型防爆稱重儀表。內(nèi)置本安型防爆電池盒。防爆型式一般為： ExibIIBT4（氣體）DIPDTT13（粉塵） 3.3 氣動正壓型防爆電子秤（ExpIIBT6） 適用范圍：如呆在易燃易爆危險區(qū)想設(shè)置打印機(jī)，且秤體、稱重傳感器、稱重儀表、均在易燃易爆1、2類危險區(qū)的防爆電子臺秤、電子地上衡、電子汽車衡與稱重模塊（料斗秤、皮帶秤、自動裝料秤等各種稱重系統(tǒng)，需配置氣動正壓型防爆型式。供電方式：220V，氣源要求：0.4-0.8MPa，開機(jī)10-20m3/h，工作時≤1m3/h，系統(tǒng)配置如下： 稱重傳感器——本質(zhì)安全型防爆傳感器。防爆型式一般為：ExibIIBT4。 接線盒——本安防爆型式一般為：ExibIIBT4。 正壓儀表主箱——內(nèi)置安全柵、稱重儀表、TP型打印機(jī)。箱體防護(hù)型式一般為：IP54。 正壓氣控副箱——內(nèi)置氣動型微正壓控制聯(lián)鎖系統(tǒng)。 3.4 隔爆型防爆電子秤（ExdIIBT4） 適用范圍：秤體、稱重傳感器、稱重儀表均在易燃易爆1、2類危險區(qū)的防爆電子臺秤、電子地上衡、電子汽車衡與稱重模塊（料斗秤等）系統(tǒng)。供電方式：交流220V，系統(tǒng)配置如下： 稱重傳感器——本質(zhì)安全型防爆傳感器。防爆型式一般為：ExibIIBT4。 接線盒——本安防爆型式一般為：ExibIIBT4。 隔爆儀表箱——內(nèi)置安全柵、稱重儀表。箱體防護(hù)型式一般為：ExidIIBT4。 3.5 粉塵防爆電子秤（DIPA21T5．DIPB22T4）（DIPDTT13） 適用范圍：秤體、稱重傳感器、稱重儀表、打印機(jī)均在易燃易爆粉塵21、22類危險區(qū)的防爆電子臺秤、電子地上衡、電子汽車衡與稱重模塊（料斗秤等）系統(tǒng)。供電方式：交流220V，系統(tǒng)配置如下： 稱重傳感器——本質(zhì)安全型防爆傳感器。防爆型式一般為：ExibIIBT4。 接線盒——EF/SCS-B，本安防爆型式一般為：ExibIIBT4。 隔爆儀表箱——內(nèi)置安全柵、稱重儀表。箱體防護(hù)型式一般為：IP6X塵密封外殼。 4 我國防爆技術(shù)及產(chǎn)品認(rèn)證體系發(fā)展新趨向 4.1 無火花防爆技術(shù)在危險2區(qū)最新應(yīng)用 據(jù)最新資料介紹，典型的爆炸性危險場所被劃分為0區(qū)，1區(qū)和2區(qū)的百分比約為2%、28%和70%。2區(qū)危險場所在正常隋況下，爆炸氣體混合物下可能經(jīng)常性出現(xiàn)，或即使出現(xiàn)也只是短時間存在。所以2區(qū)場所相對比較安全，設(shè)計時通常只考慮正常工作，不需考慮故障狀態(tài)。但設(shè)備必須滿足真正意義上沒有火花的要求。 為了節(jié)省防爆成本，歐洲2區(qū)防爆技術(shù)進(jìn)行了長期探索，在技術(shù)概念上實現(xiàn)了從真正意義上的無火花到廣義無火花的突破。2區(qū)防爆技術(shù)最新標(biāo)準(zhǔn)出版物為無火花型電氣標(biāo)準(zhǔn)IECIEC60079.15：2001、歐洲：EN50021：2000、中國：GB3836.8（報批稿）（eqvlEC60079.15：2001）。 4.2 現(xiàn)場總線的防爆技術(shù)與“參量認(rèn)證” 隨著現(xiàn)場總線技術(shù)在我國工業(yè)稱重控制系統(tǒng)中日益廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)場總線的防爆技術(shù)已引起世界各國高度重視，一種自現(xiàn)場總線技術(shù)引出的“多負(fù)荷”本安防爆系統(tǒng)研究應(yīng)運(yùn)而生?，F(xiàn)場總線，顧名思義即可在總線上掛接多種設(shè)備負(fù)載，但本安防爆對于關(guān)聯(lián)設(shè)備的輸出電壓和電流則必須控制在一定的范圍內(nèi)，因此也就限制了總線上掛接的設(shè)備負(fù)載數(shù)。 另外,由于現(xiàn)場總線上可同時掛接不同的總線設(shè)備，實現(xiàn)相互通信，因而使本安防爆的現(xiàn)場總線必須滿足“可互換性”及“可操作性：以往，我國防爆柱驗技術(shù)機(jī)構(gòu)在防爆取證中采用了所謂的“系統(tǒng)認(rèn)證”法，即要求每一個具有不同配置的總線系統(tǒng)單獨(dú)進(jìn)行認(rèn)證。這樣造成了大量人力、物力上的浪費(fèi)。近年來，美國、德國等國，應(yīng)用了“參量認(rèn)證”技術(shù)，提出了現(xiàn)場總線本安防爆的新慨念。其主要特點是，對于經(jīng)過參量認(rèn)證過的本安設(shè)備關(guān)聯(lián)設(shè)備，用戶可自行合法地組合和評定本安系統(tǒng)。即用戶可按“參量認(rèn)證”的技術(shù)要求，完成兼容的安全設(shè)計，使不同的廠商生產(chǎn)的本安設(shè)備均能安全地掛在同一總線上。我國防爆柱驗技術(shù)機(jī)構(gòu)目前也正在積極推出這一做法。 4.3 推行IEC體系認(rèn)證 最新的國家標(biāo)準(zhǔn)GB3836.1-20002對防爆產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)的質(zhì)量體系提出要求，改變了以往中國防爆認(rèn)證僅僅進(jìn)行型式柱驗，無須對企業(yè)進(jìn)行體系考核的認(rèn)證模式。