安全柵原理

1. 安全柵原理—簡介

　　安全柵一般出現在本安係統中，首先介紹一個(ge) 電氣知識，本質安全是係統防爆技術，指通過設計等手段使生產(chan) 設備或生產(chan) 係統本身具有安全性，即使在誤操作或發生故障的情況下也不會(hui) 造成事故的功能。而安全柵是本安防爆係統中常用的關(guan) 聯設備。

　　安全柵是介於(yu) 現場設備和控製室之間的一個(ge) 回路限製能量的電路，如下圖所示。其基本功能有兩(liang) 個(ge) ：一使危險場所的本安設備能正常工作;第二用來把控製室供給現場儀(yi) 表的電能量限製在既不能產(chan) 生足以引爆危險氣體(ti) 的火花的範圍，又不能產(chan) 生足以引爆危險氣體(ti) 的儀(yi) 表表麵溫度的範圍，即使本安設備自身發生故障，隻要安全柵的限流限壓電路工作正常，也不會(hui) 產(chan) 生任何足以引燃爆炸環境的火花或表麵溫度。因此無論安全場所的控製室設備還是危險場所的本安設備發生故障，整個(ge) 係統在電路上都會(hui) 處於(yu) 本質上的安全狀態，不會(hui) 產(chan) 生爆炸。

　　由於(yu) 安全柵被設計為(wei) 介於(yu) 現場設備與(yu) 控製室設備之間的一個(ge) 限製能量的接口，因此無論控製室設備處於(yu) 正常或故障狀態，安全柵都能確保通過它傳(chuan) 送給現場設備的能量是本質安全的。

2. 安全柵原理—分類

　　安全柵作為(wei) 控製室的非本安設備與(yu) 危險場所的本安設備之間的關(guan) 聯設備，是本安爆係統中的重要組成部分，安全柵按結構分為(wei) 齊納式安全柵和隔離式安全柵兩(liang) 大類。

　　1)、齊納式安全柵

　　齊納式安全柵采用在電路回路中串聯快速熔斷絲(si) 、限流電阻和並聯限壓齊納二極管實現能量的限製，保證危險區儀(yi) 表與(yu) 安全區儀(yi) 表信號連接時安全限能。它采用器件非常少、體(ti) 積小、價(jia) 格低，但也有一些致命的缺陷，使應用範圍受到較大的限製。

　　2)、隔離式安全柵

　　隔離式安全柵采用了將輸入、輸出以及電源三方之間相互電氣隔離的電路結構，不但有限能功能，還有隔離功能，同時符合本安型限製能量的要求，它主要由回路限能單元、信號、電源隔離單元和信號處理單元組成。與(yu) 齊納式安全相比，雖然價(jia) 格較貴，但它性能上的突出優(you) 點卻為(wei) 用戶應用帶來了更大的受益其基本功能框圖如下：

　　對比齊納式和隔離式安全柵的特點和性能後可以看出，隔離式安全柵有著突出的優(you) 點和更為(wei) 廣泛用途，雖然其價(jia) 格略高於(yu) 齊納式安全柵，但從(cong) 設計、施工安裝、調試及維護成本來考慮，其綜合成本可能反而低於(yu) 齊納式安全柵。在要求較高的工程現場幾乎無一例外地采用了隔離式安全柵作為(wei) 主要本安防爆儀(yi) 表，隔離式安全柵已逐漸取代了齊納式安全柵，在安全防爆領域得到了日益廣泛的應用。

3. 安全柵原理—工作原理

　　安全柵的主要功能就是限製安全場所的危險能量進入危險場所，及限製送往危險場所的電壓和電流，下麵具體(ti) 分析兩(liang) 種安全柵的工作原理：

　　齊納安全柵的穩壓二極管限製了從(cong) 非本安端傳(chuan) 到本安端的電壓，電阻限製了電流，快速熔斷器用於(yu) 保護穩壓二極管不被過大的電流燒壞。通過電路的限壓和限流，把傳(chuan) 輸到危險區的能量限製在安全值之內(nei) 。它的特點是電路元器件少，故障率低，成本低，回路信號保真性好，但由於(yu) 必須加限能電阻再加上智能變送器的采樣電阻，過大的電壓降低往往會(hui) 導致回路供電不足，而且在工程中要可靠接地，否則會(hui) 失去防爆安全保護功能。如下圖所示：

　　齊納管Z用於(yu) 限製電壓。當回路電壓接近安全限壓值時，齊納管導通，使齊納管兩(liang) 端的電壓始終保持在安全限壓值以下。電阻R用於(yu) 限製電流。當電壓被限製後，適當選擇電阻值，可將回路電流限製在安全限流值以下。

　　與(yu) 齊納安全柵相比，隔離式安全柵除具有限壓與(yu) 限流的作用之外，還帶有電流隔離的功能。隔離式安全柵以安全柵的電路作為(wei) 本安電路，實現限流和限壓，並用脈衝(chong) 變壓器或光電器件隔離本安電路與(yu) 非本安電路，它容易實現信號一入兩(liang) 出等分配功能，因為(wei) 電源、輸入、輸出相互隔離，組成係統時不需要接地，信號*浮空，檢測和控製回路的信號穩定性和抗幹擾能力大大加強，從(cong) 而提高了整個(ge) 係統的可靠性。如下圖所示：

　　其核心的電路為(wei) 安全柵基本限能電路，隔離單元包括變壓器隔離組件、模頻轉換和頻模轉換電路，信號處理單元則根據各種隔離柵功能要求進行信號處理。隔離柵通常由回路限能單元、電流隔離單元和信號處理單元三部分組成，其中回路限能單元為(wei) 安全柵的核心部分。此外，輔助有用於(yu) 驅動現場儀(yi) 表的回路供電電路和用於(yu) 儀(yi) 表信號采集的檢測電路。信號處理單元則根據安全柵的功能要求進行信號處理。