章模擬式儀表(2-2)安全保持器(NPowerLite)

1、1第二章 模擬式儀表第二節(jié) 安全保持器 一、安全防爆的基本知識 二、齊納式安全保持器 三、輸入式安全保持器2一、基本定義爆炸性混合物、安全火花、本安型防爆系統(tǒng)、非本安型防爆系統(tǒng)二、基本原理1、調制式直流放大器的工作原理（24V電源經(jīng)過DC/AC/DC變換，向變送器隔離式供電；420mA電流經(jīng)過DC/AC/DC變換，向調節(jié)器隔離式傳遞信號）2、過流保護的工作原理本節(jié)重點內容介紹3一、安全防爆的基本知識（一）概論爆炸三要素自燃物質助燃物質激發(fā)能量自燃物質+助燃物質=爆炸性混合物4化工生產(chǎn)的過程現(xiàn)場，經(jīng)常含有氫、甲烷、乙烷、苯、氨等易燃易爆的氣體。 這些可燃性氣體都是自燃物質，它們和空氣中的助燃物質

2、氧和在一起構成了爆炸性混合物。 爆炸性混合物都是危險的，其危險程度是不一樣的。5 按照最大不傳爆間隙 自燃溫度 最小引爆電流 三項指標對它們進行分級分組：爆炸性混合物按自燃溫度分為6組T1組 300自燃溫度450 T2組 200自燃溫度300T3組 135自燃溫度200T4組 100自燃溫度135T5組 85120m AB 70m A最小引爆電流120m AC 最小引爆電流70m A爆炸性混合物按最大不傳爆間隙分為3級A 0.9mm最大不傳爆間隙 1.14mmB 0.5mm最大不傳爆間隙 0.9mmB 最大不傳爆間隙 0.5mm7含有可燃性氣體或蒸氣煤礦井下含有可燃性粉塵或纖維含有爆炸性混合物

3、的現(xiàn)場稱為危險場所我國規(guī)定的三類危險場所8第一類危險場所根據(jù)危險程度不同可分為三級正常情況下，能形成爆炸性混合物的現(xiàn)場Q-0正常情況下不能形成，僅在不正常情況下能形成爆炸性混合物的現(xiàn)場Q-1不正常情況下，僅在局部地區(qū)能形成爆炸性混合物的現(xiàn)場Q-29類別型號本安型i隔離型d充油型o充砂型q正壓型p無火花型n增安型e特殊型s我國防爆電氣設備的分類10經(jīng)常使用的自動化裝置一般都是防爆隔離型和防爆安全型隔離型在外殼的內部發(fā)生爆炸時，不引起外部爆炸性混合物爆炸的電氣設備。安全型在正?；蚴鹿薁顟B(tài)下產(chǎn)生的火花都不能引起爆炸性混合物爆炸的電氣設備。正常狀態(tài)在設計規(guī)定條件下正常工作（實驗時，在實驗裝置中產(chǎn)生短路

4、或斷路視為正常）事故狀態(tài)在電路中，非保護性元件損壞或產(chǎn)生短路、斷路、接地及電源故障等情況11（二）概念1、安全火花其能量不足以引起周圍爆炸性混合物起火或爆炸的火花。2、安全火花型儀表在正?；蚴鹿薁顟B(tài)下產(chǎn)生的火花均不能引起爆炸性混合物爆炸的儀表。3、非安全火花型防爆系統(tǒng)通過“配電器”向現(xiàn)場儀表供電和向控制室儀表傳輸信號的系統(tǒng)為非安全火花型防爆系統(tǒng)。124、安全火花型防爆系統(tǒng)通過“安全保持器”向現(xiàn)場儀表供電和向控制室儀表傳輸信號的系統(tǒng)為安全火花型防爆系統(tǒng)。(現(xiàn)場儀表必須是本安儀表)5、關聯(lián)設備與安全火花型電路相聯(lián)，并影響其安全火花性能的有關設備。（這里意指安裝在控制室，但又和現(xiàn)場儀表有聯(lián)系）13變

5、送器配電器配電器調節(jié)閥控制室儀表調節(jié)閥控制室儀表安保器電源箱變送器安保器電源箱現(xiàn)場現(xiàn)場220V220V24V24V安全火花型防爆系統(tǒng)14隔爆型和安全火花型自動化裝置的符號標記B 3 dH e隔爆型按爆炸性混合物傳爆能力來分為3級按爆炸性混合物自燃溫度來分為d級安全火花型按爆炸性混合物最小引爆電流分為級按爆炸性混合物自燃溫度來分為e級15二、齊納式安全保持器(一)用途齊納式安全保持器有三種規(guī)格BARD-200和熱電偶配合使用，構成本安防爆系統(tǒng)。BARD-400和兩線制變送器、執(zhí)行器配合使用，構成本安防爆系統(tǒng)。 BARD-300 和熱電阻配合使用，構成本安防爆系統(tǒng)。16接線方式：BARD-200S

6、TED溫度變送器STED溫度變送器BARD-300危險場所安全場所在變送器前面17 BARD-400SLPC調節(jié)器BARD-400SDBT配電器危險場所安全場所18(二)BARD-200齊納式安全保持器1、構成AB21R2R1F2F1過壓保護信號傳輸192、原理信號傳輸電路A、R1、F1、1B、R2、F2、2過壓保護電路V1、V2、V3V4、V5、V620三、隔離式安全保持器(一)用途 給二線制變送器供電， 把二線制變送器的輸出電流1:1地傳送到調節(jié)器。21(二)方框圖調節(jié)器整流濾波器互感器調制器變送器限能器整流濾波器多諧振蕩器24VDC420m A420m A危險場所安全場所22 24VDC

7、多諧振蕩器 中高頻（8KHz )方波 整流濾波器 24VDC 限能器給二線制變送器提供24VDC 二線制變送器產(chǎn)生420mA DC 限能器 調制器中高頻(8KHz)方波電流互感器整流濾波器420mA DC 調節(jié)器輸出420mA DC/15V DC 24V電源DC/AC/DC的變換過程，向變送器隔離式供電（變壓器）420mA信號DC/AC/DC的變換過程， 向調節(jié)器隔離式傳輸信號（變壓器）23設置了過電壓（30V）限制器設置了過電流（30mA）限制器防止高能量（大電壓）從安全場所串入危險場所防止高能量（大電流）從安全場所串入危險場所24（三）特點隔離將危險場所的儀表和安全場所的儀表用變壓器實現(xiàn)電

8、氣隔離。使危險場所和安全場所之間只有磁的聯(lián)系，沒有電的聯(lián)系。限能利用電壓、電流限制電路，把可能竄入危險場所的大電壓大電流限制在安全定額之內。防止變壓器原副邊擊穿時，原邊高壓信號竄入危險場所，破壞其安全火花性能保證危險場所的安全25 （四）ISB-5262安全保持器 多諧振蕩器+調制式直流放大器+限能器 1、多諧振蕩器作用：將24VDC轉換成頻率為8KHz的交流矩形波電壓 具體過程：省略26 2、調制式直流放大器 （1）作用 對420mA DC進行DC/AC/DC轉換傳遞。 （2）構成 調制器電流互感器整流濾波器27T1420mA DC15V DCV13R7C4V15C5R8V147845-+C

9、7R9C2R4V5V8T2R6R5V12V11R10R11V9V10C3限能器 輸入BA+-420mA DC為了便于分析，次要環(huán)節(jié)用方框圖替代，主要環(huán)節(jié)用電路圖表示，畫出的電路圖V9和V10組成復合放大管，不僅能進行電流傳遞，而且可以保持恒流特性。把二線制變送器的輸出電流1:1地傳送到調節(jié)器。28T1420mA DC15V DCV13R7C4V15C5R8V147845-+C7R9C2R4V5V8T2R6R5V12V11R10R11V9V10C3限能器 輸入BA+-420mA DC橋式整流濾波電路,給變送器提供電源29T1420mA DC15V DCV13R7C4V15C5R8V147845-

10、+C7R9C2R4V5V8T2R6R5V12V11R10R11V9V10C3限能器 輸入BA+-420mA DC調制器，420mADC變成方波把二線制變送器的輸出電流1:1地傳送到調節(jié)器。30T1420mA DC15V DCV13R7C4V15C5R8V147845-+C7R9C2R4V5V8T2R6R5V12V11R10R11V9V10C3限能器 輸入BA+-420mA DC全波整流濾波電路,方波變成420mADC/ 15V31T1420mA DC15V DCV13R7C4V15C5R8V147845-+C7R9C2R4V5V8T2R6R5V12V11R10R11V9V10C3限能器 輸入B

11、A+-420mA DC24V DC 多諧振蕩器8KHz的方波 從T1原邊耦合到副邊， V5V8的橋式全波整流脈動信號 R4C2阻容濾波UC7=24V DC 二線制變送器獲得24V DC電源之后就產(chǎn)生了420mA DC。多諧振蕩器24V DC工作原理（1）32420mA DC15V DCV13R7C4V15C5R8V147845-+C7R9C2R4V5V8T2R6R5V12V11R10R11V9V10C3限能器 輸入BA+-420mA DCT1多諧振蕩器（方波）24V DC+-+I0T1的副邊方波的正半周為、，因此V11截止，V12導通。C7限能器AB限能器V9V10的c、eT2原邊（下）V12

12、 T1副邊中心抽頭 R5C7 工作原理（2）33420mA DC15V DCV13R7C4V15C5R8V147845-+C7R9C2R4V5V8T2R6R5V12V11R10R11V9V10C3限能器 輸入BA+-420mA DCT1多諧振蕩器(方波）24V DC+-+I0T1的副邊方波的負半周、 +、+，因此V11導通，V12截止C7 限能器AB 限能器V9V10的c、eT2原邊（上）V11 T1副邊中心抽頭R5C7工作原理（3）34420mA DC15V DCV13R7C4V15C5R8V147845-+C7R9C2R4V5V8T2R6R5V12V11R10R11V9V10C3限能器 輸

13、入BA+-420mA DCT1多諧振蕩器(方波）24V DC+-+I0無論T1副邊的方波相位如何變化，二線制變送器流過的電流始終是一個方向。所以是直流電流。流經(jīng)互感器T2的電流卻不是一個方向，一會兒從中心抽頭向下流動，一會兒從中心抽頭向上流動。所以是交變電流。小結35T1的副邊、V5V8、R4、C2、R9、C7T2的副邊、V13、V14、R7、C4、V15、C5、R8橋式整流濾波電路全波整流濾波電路給變送器提供電源方波變成420mA DCT1的副邊、V11、V12、R6、V9、V10、C3、R11、R10、R5、T2的原邊調制器420mA DC變成方波36 （3）原理 24V DC 多諧振蕩器

14、8KHz的方波 從T1原邊耦合到副邊， V5V8的橋式全波整流脈動信號 R4C2阻容濾波UC7=24V DC 二線制變送器獲得24V DC電源之后就產(chǎn)生了420mA DC。37 T1的副邊方波的正半周為、，因此V11截止，V12導通。 I0經(jīng)過： C7限能器AB限能器V9V10的c、eT2原邊（下）V12 T1副邊中心抽頭 R5C7 流經(jīng)二線制變送器的電流為下+上流經(jīng)T2原邊的電流為上+下 38 T1的副邊方波的負半周、 +、+，因此V11導通，V12截止。 I0經(jīng)過： C7 限能器AB 限能器V9V10的c、eT2原邊（上）V11 T1副邊中心抽頭R5C7 流經(jīng)二線制變送器的電流為下+上流經(jīng)

15、T2原邊的電流為上 下+39 結論：無論T1副邊的方波相位如何變化，二線制變送器流過的電流始終是一個方向。所以是直流電流。流經(jīng)互感器T2的電流卻不是一個方向，一會兒從中心抽頭向下流動，一會兒從中心抽頭向上流動。所以是交變電流。40 互感器T2原邊的交變電流耦合到副邊后，再經(jīng)V13 、V14全波整流。 R7 、C4阻容濾波流經(jīng)負載電阻時又變成420mA DC。 結論： 從信號的角度來看，在二線制變送器為DC，在T2為AC，在RL上為DC。41 3、限能器 (1)作用 限制進入危險場所的大電壓和大電流。 采取雙工備用的措施 （2）過流保護42過流BAV38 V39V36F3 V9V37R6C8V3

16、5V34V33V32V22V26V20V17V21V27V31F2C724VR1522用于限制反向電壓（即AB電壓接反）安全場所43a、正常狀態(tài) Ii=420mA 24V DC經(jīng)過V21給V17提供基極電流，使V17飽和導通，流經(jīng)V17的電流Ii=420mA。R15上的最大壓降UR15=440mV，使V20截止。流經(jīng)V17的電流=變送器的輸入電流Ii=420mA。R15V17V2124VF2V20IiUR15=440mV44b、事故狀態(tài) Ii30mAR15V17V2124VF2V20IiUR15=660mV 變送器出現(xiàn)故障，若Ii30mA時，R15上的最大壓降UR15 660mV，V20變?yōu)閷?/p>

17、通。因此分流了V17的基極電流。使V17由飽和區(qū)進入了放大區(qū)。V17在放大區(qū)時，Ic17=I b17，IC17=Ii隨Ib17的變化而變化，Ii Ii R15 V20導通好 IC20 Ib17 IC17=Ii負反饋過程，使Ii得到限制，不能過大。45過流BAV38 V39V36F3 V9V37R6C8V35V34V33V32V22V26V27V31F2C724V用于限制反向電壓（即AB電壓接反）安全場所過流 正常時UC7=24V 故障時UC730V F2/F3熔斷46(3)過壓保護a、正常狀態(tài) UC7=24V 正常狀態(tài)，二線制變送器的供電電壓UC7=24Vb、事故狀態(tài)UC730V供電電壓UC7

18、30V，V27V31在高壓作用反向擊穿導通，V37也處于導通狀態(tài)，使電壓穩(wěn)定在某一個值上，限制UC7的變化。若UC7再高，則F2、F3熔斷，把UC7和現(xiàn)場切斷，防止大電壓竄入危險場所。47 (穩(wěn)壓管V32和二極管V33限制開路電壓，二極管V38V39用于限制反向電壓，防止UC7接反。)48作業(yè)：1-14、什么是安全火花和安全火花防爆系統(tǒng)？2-12、在過程控制系統(tǒng)中，安全保持器處于（ ）儀表和（ ）儀表之間，與變送器配合使用的叫（ ）安全保持器；與執(zhí)行器配合使用的叫（ ）安全保持器。2-13、ISB安全保持器采取哪些措施，使其具有安全火花防爆性能？2-14、ISB安全保持器的限制器如何實現(xiàn)過壓保護和過流保護？49作業(yè)答案：1-17、答：1、安全火花其能量不足以引起周圍爆炸性混合物起火或爆炸的火花。2、安全火花型防爆系統(tǒng)通過“安全保持器”向現(xiàn)場儀表供電和向控制室儀表傳輸信號的系統(tǒng)為安全火花型防爆系統(tǒng)。(現(xiàn)場儀表必須是本安儀表)502-13、答：在過程控制系統(tǒng)中，安全保持器處于（一次）儀表和（二次）儀表之間，與變送器配合使用的叫（輸入式）安全保持器