仪表防爆原理与本质安全技术文档格式.docx
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或者说每年存在10小时以上，但不会超过1000小时。
Zone2：
在此区域内上述爆炸性混合物极少存在，且即使存在也是短时间的。
或者说每年只存在不到10小时。
此外，将存在尘埃状爆炸性混合物的危险场所分成两个等级：
Zone10：
在此区域内尘埃状爆炸性混合物长期存在。
Zone11：
在此区域内尘埃状爆炸性混合物短期存在。
北美的美国和加拿大与众不同，将存在气态和尘埃状的爆炸性混合物的危险场所分成两个等级区域：
Division1：
在此区域内气态或尘埃状的爆炸性混合物连续地、经常性地、较长时间地存在。
或者说每年存在100小时以上。
Division2：
在此区域内气态或尘埃状的爆炸性混合物偶尔、间断性地、短暂地存在。
或者说每年存在不超过100小时。
防爆方法对危险场合的适用性依照中国和欧洲的标准规范，各等级危险场合所适用的防爆方法如下：
Zone0Exia本质安全型防爆方法
Exs经特别认证批准的特殊防爆方法
Zone1适用于Zone0的防爆方法
Exi本质安全型防爆方法
Exp正压型防爆方法
Exd隔爆型防爆方法
Exe增安型防爆方法
Exm浇封型防爆方法
Exq充砂型防爆方法
Exo充油型防爆方法
Zone2适用于Zone0和Zone1的防爆方法
Exn无火花型防爆方法
依照美、加标准规范，每款防爆仪表均会标明适用于Division1或Division2。
而本质安全型防爆方法适用于所有的危险场合。
可以看出，允许选用何种防爆方法完全取决于仪表被安装在哪个等级的危险场合下。
本质安全型防爆方法被允许用在任何危险场合。
还可以看出，允许选用何种防爆方法并不直接取决于现场存在的爆炸性混合物的危险性。
例如，如果需要将仪表安装在Zone0，则即便所涉及的爆炸性气体并不是最危险的，也必须选用本质安全型防爆方法。
爆炸型气体危险性的分类
各种防爆方法均根据爆炸性混合物的危险性规定了具体的防爆安全参数。
下面着重介绍对气态爆炸性混合物危险性的评价和分类。
评价爆炸性气体的危险性，主要考量该气体与爆炸可能性有关的三个特性：
1.爆炸性气体与空气混合的可爆浓度范围。
这种可爆范围越宽，则该气体就越危险。
例如，氢气与空气的混合浓度从大约4%至75%均有可能爆炸；
而丙烷的可爆浓度则为大约2%至9%。
可见，从这一点来评价，氢气的危险性远大于丙烷。
2.爆炸性气体与空气的混合气体对引爆火花能量的敏感性。
可能引爆的火花能量越小，则该气体就越危险。
例如，氢气与空气混合后的最小引爆火花能量为0.019mJ；
而乙烯与空气混合后的最小引爆火花能量为0.060mJ。
所以，从这一点来评价，氢气比乙烯更危险。
3.爆炸性气体与空气的混合气体对物体表面温度的敏感性。
可能引爆的物体表面温度越低，则该气体就越危险。
例如，硝酸乙酯与空气混合后，遇到100C物体表面就可能爆炸；
而氢气与空气混合后，即便遇到500C的物体表面也不可能被引爆。
显然，如果单从这一点来评价，氢气又不那么危险了。
实际上，上述三个特性中的第一个与后两个之间存在某种联系。
只要控制了爆炸性气体与空气混合后可能引爆的最小火花能量和最低物体表面温度，则整个可爆范围便都可得到控制。
而后两个特性则是相互独立，不存在联系的。
所以，对爆炸性气体的分类就分别根据后两个特性而做出。
根据可能引爆的最小火花能量，中国和欧洲及世界上大部分国家和地区将爆炸性气
体分类为四个危险性等级：
工况类别
气体分类
代表性气体
最小引爆火花能量
矿井下
I
甲烷
0.280mJ
矿井外的工厂
IIA
丙烷
0.180mJ
IIB
乙烯
0.060mJ
IIC
氢气
0.019mJ
美国和加拿大首先将散布在空气中的爆炸性物体分成三个CLASS：
CLASSI气体和蒸汽
CLASSn尘埃
CLASS川纤维
然后再将气体和尘埃分成Group:
Group代表性气体或尘埃
A乙炔
B氢气
C乙烯
D丙烷
E金属尘埃
F煤碳尘埃
G谷物尘埃
根据气体对物体表面温度的敏感性，国际上将爆炸性气体分成六个温度组别：
温度组别
安全的物体表面温度
155种常用爆炸性气体的举例
T1
<
450°
C
氢气、丙烯睛等46种
T2
300°
乙炔、乙烯等47种
T3
200°
汽油、丁烯醛等36种
T4
135°
乙醛、四氟乙烯等6种
T5
100°
二硫化碳
T6
85°
硝酸乙酯和亚硝酸乙酯
在温度组别的划分上，世界各国基本一致。
美国和加拿大只是在上述六个大组基础上，对几个组别又进行了细分而已。
上表可见，常用爆炸性气体中的绝大多数属于4以上温度组别。
T5和T6总共只有3例。
仪表的防爆标志
根据中国国家标准GB3836.1-2000、GB3836.4-2000对本质安全设备的定义如下：
本质安全设备（intrinsicaillysafeapparatus）:
在其内部的所有电路部是本质安全电路的电气设备；
关联设备（associatedapparatus）:
装有本质安全电路和非本质安全电路，且结构使非本质安全电路不能对本质安全电路产生不利影响的电气设备。
（注：
关联设备可以是下列两者中的任何一个：
a）使用在相适应的爆炸性气体环境中并且有GB3836.1规定的另一个防爆型式的电气设备。
b）非防爆型式，不能在爆炸性气体环境中使用的电气设备：
例如记录仪，它本身不再爆炸性气体环境中，但是，它与处在爆炸性气体环境中的热电偶连接，这时只有记录仪的输入电路是本质安全的。
）本质安全设备和关联设备在防爆型仪表的铭牌和样本或产品说明书中必须标注防爆标志。
而了解上述防爆基本知识的实用意义正在于识别仪表的防爆标志，从而对
仪表的可安装区域和可涉及的爆炸性气体一目了然例一：
ExiallCT6
这例防爆标志的含义为：
标志内容
符号
含义
防爆声明
EX
符合某种防爆标准，如中国国家标准
防爆方法
ia
采用ia级本质安全防爆方法。
可安装在Zone0区
气体类别
lle
被允许涉及lle类爆炸性气体
仪表表面温度不超过85°
e
例二：
[Exia]llC
这例防爆标志为本质安全关联设备的标志，其含义为：
防爆声明EX
符合某种防爆标准，如中国国家标准
标志内容符号含义
防爆方法ia
可安装在Zone0区的设备
IIC可连接的设备被允许涉及IIC类爆炸性气体
例三：
EExiaIIC
这例防爆标志的含义为符合欧洲标准、采用ia级本安防爆、可涉及llC类爆炸性气体的仪表。
没有温度组别说明该仪表不与爆炸性气体直接接触。
如安全栅多为此防爆标志。
上述两例的现场仪表和安全栅相配，可安装在最危险的场合，可涉及最危险的气体。
例四：
Exde（ib）llCT4~6
该仪表符合某种防爆标准，并同时采用了隔爆、增安和ib级本质安全防爆方法，可涉及lie类气体，且仪表表面温度不超过85~135C。
如某款电磁流量变送器采用隔爆供电、增安接线盒，而信号为ib级本安。
当使用环境温度范围高限为40~80C时，仪表表面温度不超过85~135C。
例五：
Division1;
elasslGroupA;
T6该仪表符合美国或加拿大防爆标准，可安装在Division1，可涉及GroupA气体，仪表表面温度不超过85Co这是美加标准认证的最高级的防爆仪表。
通常用文字说明其具体防爆方法。
本质安全防爆方法本质安全防爆方法是利用安全栅技术将提供给现场仪表的电能量限制在既不能产生足以引爆的火花，又不能产生足以引爆的仪表表面温升的安全范围内，从而消除引爆源的防爆方法。
对于仪表检测和控制回路而言，限制能量首先意味着限制电压和电流。
又由于电容和电感能够储存和释放电能量，因此电容和电感也须限制。
实践中，人们利用火花试验装置，通过实验确定对不同危险类别气体的电能量限制参数。
国际标准和中国国家标准中给出的常用电能量引爆曲线有电压电流引爆曲线、电压电容引爆曲线和电流电感引爆曲线等。
根据这些曲线，再考虑1.5倍的保险系数，人们便可以确定在涉及某类气体时，对指定回路的电能量限制参数。
例如，涉及IIC类气体（如氢气）时，对标称24VDC供电的回路（如变送器，电气转换器，电磁阀等）通常设定限压值为28V。
依此限压值查电压电流引爆曲线，并考虑1.5倍的保险系数，可确定此时的限流值应为119mA。
依28V限压值并考虑1.5倍的保险系数后查电压电容引爆曲线，可确定回路电容值应限制在0.13yF依119mA限流值并考虑1.5倍的保险系数后查电流电感引爆曲线，可确定回路电感值应限制在2.55mH。
为限制仪表的表面温度，除需限制回路的开路电压和短路电流外，还要限制回路的最大功率。
本质安全仪表和安全栅的防爆参数认证本质安全防爆回路，总是由一个本安现场仪表和作为回路限能关联设备的安全栅配合组成。
当现场仪表所产生或储存的电能量不超过1.2V,0.1mA,20yJ和25mw时，被称为简单仪表。
简单仪表无须本安认证即可与已取得本安认证的安全栅配合构成本安防爆回路。
常见的简单仪表有：
温度信号输入：
热电偶和热电阻
开关信号输入：
干接点，如压力开关，温度开关，行程开关，按钮等开关信号输出：
LED等若非简单仪表而采用本安防爆法，则必须取得本安防爆认证，并与同样取得本安防爆认证的安全栅配合构成本安防爆回路。
本安仪表或安全栅在认证时，除确认其防爆标志外，通常还须确认具体的安全参数。
本安仪表的主要安全参数包括：
Ui允许输入的最大故障电压
Ii允许输入的最大故障电流
Pi允许输入的最大功率
Ci仪表的等效电容
Li仪表的等效电感安全栅的主要安全参数包括：
Um允许施加在安全栅非本质安全电路上而不会本质安全性能失效的最高电压
Uo可能输出的最大电压，即安全限压值
lo可能输出的最大电流，即安全限流值
Po可能输出的最大功率
Co允许的最大回路电容
Lo允许的最大回路电感工程设计人员和最终用户可依据下表确认本安仪表和安全栅的安全参数是否匹配：
表中：
Cc和Lc为电缆分布电容和电感。
本安仪表参数＋电缆参数
安全参数匹配条件
安全栅参数
Um
>
Uo
Ul
IL
Io
Pl
Po
Cl+Cc
Co
Ll+Lc
Lo
表中：
Cc和Lc为电缆分布电容和电感。
在中国，工程设计人员和最终用户可依据国家授权认证机构签发的本安仪表和安全栅的联合取证确认该本安回路的安全性。
安全栅的基本限能原理和基本限能电路安全栅限能，就是限制送往危险现场的电压和电流。
安全栅的基本限能原理如图，所示。
齐纳管Z用于限制电压。
当回路电压接近安全限压值时，齐纳管导通放电，使齐纳管两端电压始终保持在安全限压值以下。
电阻R用于限制电流。
当电压被限制后，适当选择电阻值，即可将回路电流限制在安全限流值以下。
保险丝F的作用是防止因齐纳管被长时间流过的大电流烧断而导致回路限压失败。
当超过安全限压值的电压加在回路上时，齐纳管导通。
如果没有保险丝，流经齐纳管的电流会无限上升，最终烧断齐纳管，使回路失去限压。
为确保回路限压安全，保险丝必须选用高速熔断型。
其熔断速度应比齐纳管可能被烧断的速度快十倍。
采用图1所示三冗余齐纳管的安全栅基本限能电路结构，能够确保安全栅在正常工作、一个故障和二个故障时均能将输出电能量可靠限制在安全参数规定的范围内。
从而满足ia级本质安全的要求。
我国对爆炸性危险场所是如何划分的？
答我国对爆炸性危险场所的划分采用与IEC等效的方法。
国家标准GB50058-92中规定，爆炸性气体危险场所按其危险程度大小，划分为0区、1区、2区三个级别，爆炸性粉尘危险场所划分为0区、11区两个级别，详见表4-1。
表4-1中国对危险场所划分表
爆炸性物质区域划分区域定义
气体0区连续出现或长期出现爆炸性气体混合物的环境
1区在正常运行时可能出现爆炸性气体混合物的环境
2区在正常运行时不可能出现爆炸性气体混合物的环境，或即使出现也仅是短时存在的爆炸性气体混合物的环境
粉尘10区连续出现或长期出现爆炸性粉尘的环境
11区有时会将积留下的粉尘扬起而偶然出现爆炸性粉尘混合物的环境
国际上对爆炸性危险场所是如何划分的？
答国际上各主要工业国家对爆炸性危险场所的划分，基本上可分两种意见。
一种以IEC（国际电工委员会）为代表，包括德国、英国、意大利、日本、澳大利亚等国，对气体划分为0区、1区、2区，对粉尘划分为10区、11区。
其定义与IEC基本相同（可参见我国对各区域的定义，我国等效采用IEC标准）。
另一种为美国、加拿大等北美国家的划分，以NEC（美国国家电气规程）的定义为代表，对气体划分为1区、2区（没有0区），对粉尘也划分为1区、2区。
两者之间的对应关系大致如下：
气体：
IEC0区、1区——NEC1区
IEC2区——NEC2区
粉尘：
IEC10区——NEC1区
IEC11区——NEC2区
IEC“区”的英文为Zone;
NEC“区”的英文为Division。
我国的防爆电气设备，其防爆结构形式有几种？
列出其名称和标志。
答根据国家标准GB3836—83，我国的防爆电气设备其防爆结构形式有8种，列举如下。
结构形式标志结构形式标志
隔爆型d充油型o
增安型e充砂型q
本质安全型i无火花型n
正压型p特殊型s
什么是隔爆型仪表？
它有什么特点？
答隔爆又称耐压防爆，它把能点燃爆炸混合物的仪表部件封闭在一个外壳内，该外壳特别牢固，能承受内部爆炸性混合物的爆炸压力，并阻止向壳外的爆炸性混合物传爆。
这就是说，隔爆型仪表的壳体内部是可能发生爆炸的，但不会传到壳体外面来，因此这种仪表的各部件的接合面，如仪表盖的螺纹圈数，螺纹精度，零点，量程调整螺钉和表壳之间，变送器的检测部件和转换部件之间的间隙，以及导线口等，都有严格的防爆要求。
隔爆型仪表除了较笨重外，其他比较简单，不需要如安全栅之类的关联设备。
但是在打开表盖前，必须先把电源关掉，否则万一产生火花，便会暴露在大气之中，从而出现危险。
什么是本质安全型（intrinsicsafety）仪表？
它有什么特点？
答本质安全型仪表又叫安全火花型仪表。
它的特点是仪表在正常状态下和故障状态下，电路、系统产生的火花和达到的温度都不会引燃爆炸性混合物。
它的防爆主要由以下措施来实现：
1采用新型集成电路元件等组成仪表电路，在较低的工作电压和较小的工作电流下工作；
2用安全栅把危险场所和非危险场所的电路分隔开，限制由非危险场所传递到危险场所去的能量；
3仪表的连接导线不得形成过大的分布电感和分布电容，以减少电路中的储能。
本制安全型仪表的防爆性能，不是采用通风、充气、充油、隔爆等外部措施实现的，而是由电路本身实现的，因而是本质安全的。
它能适用于一切危险场所和一切爆炸性气体、蒸气混合物，并可以在通电的情况下进行维修和调整。
但是，它不能单独使用必须和本安关联设备（安全栅）、外部配线一起组成本安电路，才能发挥防爆功能。
本安型仪表有ia、ib两种，请说明它们之间的区别。
答ia等级—在正常工作状态下，以及电路中存在一个故障或两个故障时，均不能点燃爆炸性气体混合物。
在ia型电路中，工作电流被限制在100mA以下。
ib等级—在正常工作状态下，以及电路中存在一个故障时，不能点烯爆炸性气体混合物。
在ib电路中，工作电流被限帛在150mA以下。
ia型仪表适用于0区和1区，ib型仪表仅适用于1区。
或者说，从本质安全角度讲，ib型仪表适用于煤矿井下，ia型仪表适用于工厂。
什么是正压型（p型）仪表？
答向仪表外壳内充入正压的洁净空气、惰性气体，或连续通入洁净空气、不燃性气体，保持外壳内部保护气体的压力高于周围危险性环境的压力，阻止外部爆炸性气体混合物进入壳内，而使电气部件的危险源与之隔离的仪表设备。
什么是增安型（e型）仪表？
答正常运行条件下不会产生点燃爆炸性混合物的火花或危险温度，并在结构上采取措施（如密封等），提高其安全程度，以避免在正常和规定的过载条件下出现点燃现象的仪表设备。
什么是特殊型（s型）仪表？
答是除d、e、i、p、n之外的特殊形式，或者是上述几种形式的组合，采用这种结构形式的防爆仪表称为特殊型仪表。
防爆电气设备分为几大类？
答分为两大类：
I类：
煤矿井下用电气设备；
II类：
工厂用电气设备。
II类防爆电气设备划分为几级？
标志是什么？
答按照国家标准GB3836—83，II类防爆电气设备划分为三级，标志分别为A、B、C。
分级标准见表8-2。
表8-2II类防爆电气设备分类标准
级别MESG/mmMICR
IIA1.14>
MESO0.91.0>
MICR>
0.8
IIB0.9>
MESG>
0.50.8>
MICR>
0.45
IIC0.5OMESG0.45>
MICR
注：
MESG—可燃性气体混合物最大试验安全间隙，mm。
MICR—可燃性气体混合物最小点燃电流与甲烷最小点燃电流的比值。
IIA、IIB、IIC也是可燃性气体混合物的传爆等级。
解释下列名词：
最大试验安全间隙MESG；
最小点燃电流MIC；
最小点燃电流比MICR。
答最大试验安全间隙（MESG）——指在规定的试验条件下，一个壳体充有一定浓度的被试验气体与空气的混合物，点燃后，通过25mm长的接合面均不能引燃壳体爆炸性气体混合物的外壳接合面之间的最大间隙。
最小点燃电流（MIC）——在规定的试验装置上，用直流24V、95mH电感的火花进行3000次点燃试验时，能够点燃可燃性气体混合物的最小电流。
此电流降低5%即不能点
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