《過程控制系統(tǒng)與儀表》課件及教案,過程控制系統(tǒng)與儀表,過程,控制系統(tǒng),儀表,課件,教案 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章4.2安全柵安全柵安全柵（又稱防爆柵）是防止危險(xiǎn)電能從控制安全柵（又稱防爆柵）是防止危險(xiǎn)電能從控制系統(tǒng)信號(hào)線進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)儀表的安全保護(hù)器。系統(tǒng)信號(hào)線進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)儀表的安全保護(hù)器。4.2.1 安全防爆的基本概念安全防爆的基本概念在大氣條件下，氣體蒸汽、簿霧、粉塵或纖維在大氣條件下，氣體蒸汽、簿霧、粉塵或纖維狀的易燃物質(zhì)，點(diǎn)燃后燃燒將在整個(gè)范圍內(nèi)迅速傳狀的易燃物質(zhì)，點(diǎn)燃后燃燒將在整個(gè)范圍內(nèi)迅速傳播，稱為爆炸性混合物。含有爆炸性混合物的環(huán)境播，稱為爆炸性混合物。含有爆炸性混合物的環(huán)境稱為爆炸性環(huán)境或危險(xiǎn)場(chǎng)所。稱為爆炸性環(huán)境或危險(xiǎn)場(chǎng)所。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)按爆炸性混合物出現(xiàn)的頻度、持續(xù)時(shí)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)按爆炸性混合物出現(xiàn)的頻度、持續(xù)時(shí)間和危險(xiǎn)程度，劃分不同級(jí)別的危險(xiǎn)區(qū)。間和危險(xiǎn)程度，劃分不同級(jí)別的危險(xiǎn)區(qū)。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章危險(xiǎn)區(qū)使用的電氣設(shè)備劃分不同的類別危險(xiǎn)區(qū)使用的電氣設(shè)備劃分不同的類別:類：煤礦井下區(qū)域用電氣設(shè)備；類：煤礦井下區(qū)域用電氣設(shè)備；類：有爆炸性氣體的工廠區(qū)域用電氣設(shè)備；類：有爆炸性氣體的工廠區(qū)域用電氣設(shè)備；類：有爆炸性粉塵的工廠區(qū)域用電氣設(shè)備。類：有爆炸性粉塵的工廠區(qū)域用電氣設(shè)備。在爆炸性氣體中使用的儀表，引起爆炸的原因在爆炸性氣體中使用的儀表，引起爆炸的原因主要有兩種：主要有兩種：(1)儀表過高的表面溫度儀表過高的表面溫度(2)儀表產(chǎn)生能量過高的電火花或儀表內(nèi)部因故儀表產(chǎn)生能量過高的電火花或儀表內(nèi)部因故障產(chǎn)生火焰通過表殼的縫隙引燃儀表外的氣體。障產(chǎn)生火焰通過表殼的縫隙引燃儀表外的氣體。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章儀表產(chǎn)生的熱量和電火花來源于工作電流，電儀表產(chǎn)生的熱量和電火花來源于工作電流，電流越大，能量越高。不同的爆炸性物質(zhì)，其最小引流越大，能量越高。不同的爆炸性物質(zhì)，其最小引爆電流不同。因此，危險(xiǎn)區(qū)使用的電氣設(shè)備還劃分爆電流不同。因此，危險(xiǎn)區(qū)使用的電氣設(shè)備還劃分不同的等級(jí)。不同的等級(jí)。如如類類(工廠用工廠用)電氣儀表，電路電壓限制在電氣儀表，電路電壓限制在30VDC時(shí)，按最小引爆電流分為三個(gè)等級(jí)。時(shí)，按最小引爆電流分為三個(gè)等級(jí)。級(jí)級(jí) 別別最小引爆電流最小引爆電流爆炸性混合物種類爆炸性混合物種類 A Ai120120（mA）甲烷、乙烷、汽油、甲醇、乙醇、丙酮、氨、一氧化碳甲烷、乙烷、汽油、甲醇、乙醇、丙酮、氨、一氧化碳 B B7070i120120（mA）乙烯、乙醚、丙烯晴等乙烯、乙醚、丙烯晴等 C Ci7070（mA）氫、乙炔、二硫化碳、市用煤氣、水煤氣、焦?fàn)t煤氣等氫、乙炔、二硫化碳、市用煤氣、水煤氣、焦?fàn)t煤氣等表表4-1 類儀表爆炸性混合物的最小引爆電流類儀表爆炸性混合物的最小引爆電流過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章危險(xiǎn)區(qū)使用的電氣設(shè)備危險(xiǎn)區(qū)使用的電氣設(shè)備主要采用的防爆措施：主要采用的防爆措施：（1）隔爆型防爆（又稱為結(jié)構(gòu)防爆）隔爆型防爆（又稱為結(jié)構(gòu)防爆）隔爆型防爆措施是在結(jié)構(gòu)上用隔離措施將電路隔爆型防爆措施是在結(jié)構(gòu)上用隔離措施將電路和周圍環(huán)境隔絕，使電路在正常工作時(shí)所產(chǎn)生的熱和周圍環(huán)境隔絕，使電路在正常工作時(shí)所產(chǎn)生的熱量和在故障狀態(tài)時(shí)形成的電火花以及高溫，均限制量和在故障狀態(tài)時(shí)形成的電火花以及高溫，均限制在密封的殼體之內(nèi)。在密封的殼體之內(nèi)。（2）本質(zhì)安全型防爆）本質(zhì)安全型防爆本質(zhì)安全型防爆措施主要是限制能量，從根本本質(zhì)安全型防爆措施主要是限制能量，從根本上排除發(fā)生災(zāi)害的因素，采用這種技術(shù)措施的儀表上排除發(fā)生災(zāi)害的因素，采用這種技術(shù)措施的儀表稱為本質(zhì)安全型防爆儀表。稱為本質(zhì)安全型防爆儀表。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章 4.2.2 安全火花防爆系統(tǒng)安全火花防爆系統(tǒng) 電動(dòng)儀表存在電路打火的可能。如果電路設(shè)計(jì)從電動(dòng)儀表存在電路打火的可能。如果電路設(shè)計(jì)從供電電壓、電流及元器件設(shè)置都符合防爆要求，把電供電電壓、電流及元器件設(shè)置都符合防爆要求，把電路在短路、開路及誤操作等各種狀態(tài)下可能發(fā)生的火路在短路、開路及誤操作等各種狀態(tài)下可能發(fā)生的火花都限制在爆炸性氣體的點(diǎn)火能量之下，則此儀表稱花都限制在爆炸性氣體的點(diǎn)火能量之下，則此儀表稱為安全火花防爆儀表（本安儀表）為安全火花防爆儀表（本安儀表）。本質(zhì)安全型防爆儀表在其所適用的危險(xiǎn)場(chǎng)合中本質(zhì)安全型防爆儀表在其所適用的危險(xiǎn)場(chǎng)合中使用時(shí)，必須考慮與其配合的儀表及信號(hào)導(dǎo)線可能使用時(shí)，必須考慮與其配合的儀表及信號(hào)導(dǎo)線可能對(duì)危險(xiǎn)場(chǎng)所產(chǎn)生的影響，即應(yīng)使整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)具有對(duì)危險(xiǎn)場(chǎng)所產(chǎn)生的影響，即應(yīng)使整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)具有安全火花防爆性能。安全火花防爆性能。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章 在危險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用的儀表必須是本安儀表。在危險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用的儀表必須是本安儀表。安全場(chǎng)所與危險(xiǎn)場(chǎng)所之間的電路連接必須經(jīng)過安全柵。安全場(chǎng)所與危險(xiǎn)場(chǎng)所之間的電路連接必須經(jīng)過安全柵。安全火花防爆儀表能保證儀表內(nèi)部不產(chǎn)生危險(xiǎn)火安全火花防爆儀表能保證儀表內(nèi)部不產(chǎn)生危險(xiǎn)火花，但無法保證其通過信號(hào)線傳入的能量是否安全?；?，但無法保證其通過信號(hào)線傳入的能量是否安全。為防止危險(xiǎn)能量進(jìn)入，在與其它儀表的電路連線之間為防止危險(xiǎn)能量進(jìn)入，在與其它儀表的電路連線之間設(shè)置安全柵，則做到了安全火花防爆系統(tǒng)。設(shè)置安全柵，則做到了安全火花防爆系統(tǒng)。構(gòu)成安全火花防爆系統(tǒng)的二要素：構(gòu)成安全火花防爆系統(tǒng)的二要素：過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章4.2.3 安全柵工作原理安全柵工作原理安全柵是傳遞正常信號(hào)、阻止危險(xiǎn)能量的安保器。安全柵是傳遞正常信號(hào)、阻止危險(xiǎn)能量的安保器。簡(jiǎn)簡(jiǎn)易易的的安安保保措措施施是是用用二二極極管管限限壓壓、電電阻阻限限流流。例例如如，熱熱電電偶偶溫溫度度變變送送器器的的信信號(hào)號(hào)輸輸入入口口上上串串聯(lián)聯(lián)兩兩個(gè)個(gè)電電阻阻可可起起限限流流作作用用，其其缺缺點(diǎn)點(diǎn)是是會(huì)會(huì)衰衰減減正正常常信信號(hào)號(hào)，且且防防爆爆定定額低。額低。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章 4.2.3.1 齊納式安全柵齊納式安全柵最簡(jiǎn)單的安全柵就是用二極管限壓（齊納式擊最簡(jiǎn)單的安全柵就是用二極管限壓（齊納式擊穿），用電阻及熔斷絲限流。但存在缺陷：穿），用電阻及熔斷絲限流。但存在缺陷：qR1、R2對(duì)對(duì)儀儀表表的的正正常常信信號(hào)號(hào)衰衰減減較較大大。阻阻值值過過大大影響儀表的恒流特性，過小起不到限流作用。影響儀表的恒流特性，過小起不到限流作用。q安安全全柵柵接接地地構(gòu)構(gòu)成成系系統(tǒng)統(tǒng)有有兩兩點(diǎn)點(diǎn)以以上上接接地地（相相接接儀儀表表也也有有接接地地），易易引引入入干干擾擾；安安全全柵柵不不接接地地則則擊擊穿穿電流仍然進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)。電流仍然進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章（2）由由VD1VD4和和F1 F2組組成成限限壓壓電電路路。背背靠靠背的齊納管中點(diǎn)接地，改直接接地為保護(hù)時(shí)接地。背的齊納管中點(diǎn)接地，改直接接地為保護(hù)時(shí)接地。改進(jìn)后的齊納式安全柵改進(jìn)后的齊納式安全柵（1）用用限限流流電電路路取取代代固固定定電電阻阻。場(chǎng)場(chǎng)效效應(yīng)應(yīng)管管VT3工工作作于于零零偏偏壓壓，作作為為恒恒流流源源向向VT1提提供供足足夠夠的的基基極極電電流，保證信號(hào)在流，保證信號(hào)在420mA范圍內(nèi)范圍內(nèi)VT1處于飽和狀態(tài)。處于飽和狀態(tài)。改進(jìn)后的齊納式安全柵改進(jìn)后的齊納式安全柵過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章正常時(shí)：正常時(shí)：VT1飽和導(dǎo)通飽和導(dǎo)通 VR1 0.5V VT2不通不通過流時(shí)：過流時(shí)：VR 1 0.6V VT2導(dǎo)通，分流導(dǎo)通，分流VT3的電流的電流 VT1基極電流減少退出飽和基極電流減少退出飽和 Vce1呈現(xiàn)高電阻呈現(xiàn)高電阻v要求快速要求快速熔斷絲熔斷熔斷絲熔斷時(shí)間時(shí)間1mS工作原理工作原理過壓時(shí)：過壓時(shí)：VD1 VD4中至少一個(gè)被擊穿，限壓并接地中至少一個(gè)被擊穿，限壓并接地過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章4.2.3.2 隔離式安全柵隔離式安全柵用用變變壓壓器器作作為為隔隔離離元元件件，分分別別將將輸輸入入、輸輸出出及及電電源進(jìn)行隔離。源進(jìn)行隔離。如如果果接接二二線線制制變變送送器器，則則安安全全柵柵既既要要隔隔離離又又要要供供電，電，因而檢測(cè)端安全柵和執(zhí)行端安全柵稍有不同。因而檢測(cè)端安全柵和執(zhí)行端安全柵稍有不同。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章隔隔離離式式安安全全柵柵是是一一個(gè)個(gè)傳傳遞遞系系數(shù)數(shù)為為1的的傳傳送送器器，電電源、變送器、控制室儀表之間用磁耦合隔離。源、變送器、控制室儀表之間用磁耦合隔離。1 1 檢測(cè)端安全柵檢測(cè)端安全柵檢檢測(cè)測(cè)端端安安全全柵柵在在向向變變送送器器提提供供電電源源的的同同時(shí)時(shí)，將將變送器的測(cè)量信號(hào)經(jīng)隔離變壓器傳給控制室儀表。變送器的測(cè)量信號(hào)經(jīng)隔離變壓器傳給控制室儀表。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章（1）電源變壓器）電源變壓器DC/AC：VT1、VT2，VD1VD4 及變壓及變壓器器T1構(gòu)成磁耦合自激多諧振蕩器。構(gòu)成磁耦合自激多諧振蕩器。AC/DC：VD5 VD12兩組副邊輸出。兩組副邊輸出。檢測(cè)端安全柵原理電路檢測(cè)端安全柵原理電路 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章（2）晶體管限壓限流電路）晶體管限壓限流電路 串串聯(lián)聯(lián)使使用用了了兩兩套套完完全全相相同同的的限限壓壓限限流流電電路路：VT3、VT4和和VD15；VT5、VT6和和VD16。正常工作時(shí)正常工作時(shí)VT4、VT6飽和，飽和，VT3、VT5截止。截止。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章 電源出現(xiàn)過電壓電源出現(xiàn)過電壓（30V以上以上）VD15擊穿擊穿VBe3 VT3飽和飽和 Vce30 VT4截止截止 VAB 晶體管限壓限流電路原理晶體管限壓限流電路原理 VBe3過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章電源出現(xiàn)過電流電源出現(xiàn)過電流（30mA以上以上）VR6VT3導(dǎo)通導(dǎo)通分流分流VT4基極基極電流電流VT4退出飽和退出飽和Vce4、Ice4限流特性限流特性限壓特性限壓特性過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章-（3）檢測(cè)信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路）檢測(cè)信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路調(diào)制：調(diào)制：VD13、VD14使使送往送往變送器的變送器的DC420mA 交替通過交替通過T2原邊；原邊；解調(diào)：解調(diào)：T2副邊副邊1:1耦合耦合復(fù)合管復(fù)合管VT7VT10整流整流。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章2 2 執(zhí)行端安全柵執(zhí)行端安全柵 用用于于控控制制室室儀儀表表和和現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)執(zhí)執(zhí)行行器器之之間間，將將420mA控控制制信信號(hào)號(hào)送送往往現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)。與與檢檢測(cè)測(cè)端端安安全全柵柵的的電電路路原理基本相似。不同之處是：原理基本相似。不同之處是：電流信號(hào)傳輸方向相反電流信號(hào)傳輸方向相反 不需給現(xiàn)場(chǎng)不需給現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器執(zhí)行器提供電源電壓提供電源電壓過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章總結(jié)總結(jié)安全火化安全火化防爆系統(tǒng)防爆系統(tǒng)隔離式安全柵隔離式安全柵安全火化防爆儀表安全火化防爆儀表安全柵安全柵齊納式安全柵齊納式安全柵作業(yè)（作業(yè)（P124）：）：4-15題；題；期中論文期中論文期中論文期中論文過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章期中論文：自動(dòng)化儀表之自動(dòng)化儀表之的認(rèn)識(shí)的認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：引言、引言、闡述認(rèn)識(shí)、闡述認(rèn)識(shí)、結(jié)論、參考文獻(xiàn)。結(jié)論、參考文獻(xiàn)。字?jǐn)?shù)：字?jǐn)?shù)：2000字以上字以上選題方向：選題方向：1、檢測(cè)領(lǐng)域新技術(shù)的認(rèn)識(shí)、檢測(cè)領(lǐng)域新技術(shù)的認(rèn)識(shí)2、某個(gè)儀表原理的深入探討、某個(gè)儀表原理的深入探討3、檢測(cè)儀表的工程應(yīng)用分析、檢測(cè)儀表的工程應(yīng)用分析