称重地磅防爆技术的应用简介

在石油、煤矿、化工行业，存在较多爆炸危险场所。在爆炸危险场所工作的 电子衡器，必须进行防爆设计，选用具有“防爆证”的电器产品。在称重应用中的防爆衡器， 一般是本质安全型与隔爆型两大类。当选用本安型防爆称重传感器、防爆接线盒、防爆安全 栅配套时，就可组成本安型防爆地磅系统。本安防爆技术是一个系统的概念，一般由关联设 备（安全栅、现场本质安全设备和本质安全用电缆构成。复合本质安全型防爆电子秤，是一 种比较经济适用的防爆衡器系统，在化工企业得到较多应用。

一、概述

在石油、煤矿、化工行业，存在爆炸危险 的场所。据统计，这些企业中爆炸危险的场所 较多。

（1）煤矿井下约2/3的场所有爆炸性危险；

（2）在石油企业中，约60%_80%场所有爆 炸性危险；

⑶在化工工业中，约80%的生产车间有 爆炸性危险。

所以，在具有爆炸危险的场所工作的电子 衡器，必须是防爆型的电子衡器。

二、防爆基本原理

(一)产生爆炸的基本条件（爆炸三角形原理）

（1）爆炸性物质

爆炸性物质：能与氧气（空气）反应的物 质，包括气体、液体和固体。（气体：（2）氢气、 乙炔、甲烷等；液体：酒精、汽油、固体：粉 尘、纤维粉尘等。）

空气或氧气

⑶点燃源（如：电火花、表面炽热） 点燃源：包括明火、电气火花、机械火花、 静电火花、高温、化学反应、光能等。尤其当 仪表、电气发生故障时。

(二)防止爆炸发生的基本方法

(1)避免形成爆炸性环境一理想的方法；

(2)排除消除可能的点火源一实际的方法；

（3）控制爆炸的危害。

防止爆炸的产生，必从三个必要条件来考 虑，限制了其中的一个必要条件，就限制了爆炸 的产生。

1)预防或最大限度地降低易燃物质泄漏的可 能性；

2）不用或尽量少用易产生电火花的电器元件；

3)采取充氮气之类的方法维持惰性状态。

三、防爆地磅基础简介

(一）防爆地磅的典型型式 防爆地磅，是专为煤矿、石油、化工、医药、 仓储等有爆炸性气体和爆炸性粉尘环境而设计的 专用称重计量设备。

①复合本质安全型防爆电子秤 适用范围：秤体（承载器）、称重传感器、接 线盒在易燃易爆1、2类危险区安装，称重仪表置 于安全区，中间采用关联设备安全栅连接，构成 各种称重系统。供电：交流220V。

配置本质安全型防爆称重传感器、本质安全 型防爆接线盒、本质安全型齐纳安全栅。

(2）本质安全型防爆电子秤

秤体、接线盒、称重传感器、称重仪表均安 装在易燃易爆类危险区的防爆电子秤。供电方式: 直流 6V、24V。

配置本质安全型防爆称重传感器、本质安全 型防爆接线盒、本质安全型齐纳安全栅和本质安 全型防爆称重仪表：内置本安型防爆电池盒。

(3)隔爆型防爆电子秤

秤体、称重传感器、称重仪表均在易燃易爆 1、2类危险区的防爆电子秤。供电方式：交流 220V。

配置本质安全型防爆称重传感器、本质安全 型防爆接线盒、 本质安全型齐纳安全栅。 隔爆仪 表箱：内置安全栅、称重仪表。

(二）防爆衡器常用的几种配置方法，如表1 所示。

(三）防爆衡器系统的关联设备 防爆称重传感器、防爆接线盒产品，必须 与安全栅配套，才能组成本安防爆系统。

本安型防爆衡器系统组成。当选用本安型防 爆传感器、防爆接线盒、防爆安全栅配套时，可 组成本安型防爆衡器系统，如图1所示。

(四）防爆电器产品选型原则 ①选“防爆证”产品

在我国，防爆电器产品的管理，实行防爆 合格证制度。长期以来，防爆产品实行的是防 爆合格证制度，即凡使用于爆炸性危险场所的 电工产品均需取得防爆合格证才允许使用，己 经成为行业惯例。防爆合格证是强制性的国家 标准GB3836.1-2010的附录中规定的，因此， 制造商生产防爆产品必须办理防爆合格证。但 是，防爆合格证并非“防爆认证”，防爆合格证仅仅是对产品的防爆性能进行型式认可。

防爆电器产品选型，首先要选用具有“防爆 证”的防爆产品。并要进行防爆证真伪验证。国 内防爆证取证单位，目前有如下几家，它们是：

A、NEPSI国家级仪器仪表防爆安全监督检测 站（上海，证书编号GYB

B、CQST国家防爆电气产品质量监督检验中 心（河南，证书编号CNEX

C、PPEC中国石油和化学工业电气产品质量 监督检验中心（天津，证书编号CE

D、国家防爆设备质量监督检验中心（广东）

选用“防爆证”产品，要坚持“三不”原则。

1)对防爆证编号弄虚作假的产品坚决不用；

2）对防爆证有效期超期的产品坚决不用；

3)对防爆证名称与实物标牌、说明书、合格 证等产品名称不符的产品坚决不用。

(2）适应性原则

选择防爆电气设备必须与爆炸性混合物的危 险程度相适应，选择防爆结构必须适用于危险区 域。

1)电气设备的防爆型式应与爆炸危险区域相 适应。

2）电气设备的防爆性能应与爆炸危险环境物 质的危险性相适应；当区域存在两种以上爆炸危 险物质时，电气设备的防爆性能应满足危险程度 较高的物质要求。爆炸性气体环境内，防爆电气 设备的类别和温度组别，应与爆炸性气体的分类、 分级和分组相对应；可燃性粉尘环境内，防爆电 气设备的最高表面温度应符合规范规定。

3)应与环境条件相适应。电气设备的选择应 符合周围环境内化学的、机械的、热、霉菌以及

风沙等不同环境条件对电气设备的要求，电气设 备结构应满足电气设备在规定的运行条件下不降 低防爆性能的要求。

4）应符合整体防爆的原则，安全可靠、经济 合理、使用维修方便。

四、称重应用中主要防爆部件

在称重应用中的防爆地磅，一般是本质安全 型与隔爆型两大类。主要由防爆称重传感器、防 爆称重仪表和关联设备或附件（防爆电源、安全 栅、防爆接线盒等组成。

(一)本质安全型防爆

(1)本质安全型的设计依据，是国家标准 GB3836.1,GB3836.4。

(2）本安防爆技术是一个系统的概念。本安防 爆系统一般由关联设备（即安全柳、现场设备 (即本质安全设备）和本质安全系统用电缆构成。

(3)本质安全电路，是一种以抑制点火能源量 为防爆手段的“安全设计”技术。

本安技术实际上是一种低功率设计技术，它能 很好地适用于工业过程中的自动化仪表。

(4）本质安全电路的概念，在标准规定的条件 下，产生的任何火花或热效应，应均不能点燃规 定的爆炸性气体环境的电路。

(5)本安电路基本设计采用的技术措施是：限 制电压、限制电流、限制能量、电路结构分隔措 施和合理选择元器件的额度参数。

(二)关联设备一安全栅体质安全型）

安全栅，是接在本质安全电路和非本质安全 电路之间。将供给本质安全电路的电压电流限制 在一定安全范围内的装置。安全栅主要有齐纳式 安全栅和隔离式安全栅两大类。

(1）安全栅工作原理

安全栅，是重要的关联设备。齐纳安全栅基 本电路如图2所示。

齐纳安全栅的基本电路，由快速熔断器 FA1，限压元件VD1、VD2 (齐纳二极管或二极 管)，限流电阻R1 (电阻器或非线性元件）三 部分组成。

正常操作条件下，非本安端1、2之间所加 的电压低于最高电压Vmax (更低于齐纳二极管的齐纳电压），此时VD1、VD2处于不导通状态， 除有极微小的漏电流以外，是“开路”状态，安 全栅电路等效于一个电阻串联在信号回路内，只 要漏电流小于规定值，安全栅电路不会影响系统 的正常工作。

当非本安端发生故障，例如在非本安端1、2 之间因某种原因混入高电压，使齐纳二极管 VD1、VD2反向击穿，呈“导通”状态，此时齐纳 二极管VD1、VD2把混入的高电压限制在齐纳电 压上，在安全栅的本安端3、4上不会出现高电 压，齐纳二极管一旦导通以后，其电流急剧上升 (雪崩过程把串联在电路中的熔断器FA1瞬时熔 断，切断了至现场的高电压，防止了高电压引爆 现场爆炸性物质的危险，从而保护了现场设备及 人员的安全。当现场（危险区内）发生故障，例 如负载短路了，安全栅电路中的限流电阻R1立即 起限流作用，把短路电流限制在某一个电流值之 内，这个电流值是安全值，故现场也是安全的。

齐纳安全栅的安全保护作用，实际上是对能 量的限制作用，在本质安全防爆系统中，由于安 全栅的功能，所以不论发生任何故障都保证传输 到现场（危险区）的能量限制在一个安全值（不 会点燃规定的分级、分组爆炸性气体混合物）， 从而保证现场安全。

(2)安全栅与应变电桥的连接应用

应变电桥被广泛用于各种称重系统中，当与 齐纳安全栅组成一个本安系统时，一般要用二只 或二只以上的齐纳安全栅。安全栅与称重传感器 接线盒的基本联接方式如下。

1)安全栅基本电路与平衡桥系统的联接，如 图3所示。

2）安全栅基本电路与平衡桥标准检测系统组 成，如图4所示。

3)安全栅基本电路与三个桥路系统组成，如 图5所示。

(三防爆称重传感器体质安全型）

①称重传感器防爆检验试验

TY2015AEX称重传感器，经国家级仪器仪表防爆安全监督检验站（NEPS)检测 审查，防爆安全性能符合GB3836.1-2010； GB3836.4-2010 和 GB3836.20-2010 的有关要求， 其防爆标志为：Exia II cT4Ga，防爆合格证号 为：GYB16.1407。

(2)防爆称重传感器使用注意

防爆称重传感器产品，必须与置放在非危 险场所的关联设备连接共同组成本安防爆系 统，方可使用于现场存在II c级以下的爆炸性 气体混合物的场所。

用户在使用时需注意以下事项：

产品使用温度及环境温度范围：-10V ?+60 °C c

称重传感器本体与永久性引入电缆各芯 线间的绝缘强度必须大于500r.m.s。

称重传感器在危险场所所附电缆的延伸 必须选用经防爆检验机构认可的防爆接线盒。

称重传感器的本安参数为：

Ui:30V Ii: 100mA Pi:0.8W Ci:6nF Li:100^ H

关联设备必须安装在不含爆炸性汽体混 合物的非危险场所，其安装使用必须遵守该关 联设备的使用说明书及GB3836标准的相关规 定要求。

产品与关联设备本安端之间的连接电缆 必须为屏蔽电缆（必须有绝缘护套），每根芯线 截面积>0.5mm2，其屏蔽层应在安全场所接地。 电缆布线应尽可能排除电磁干扰的影响，其分布 参数必须控制在本安系统认可范围之内。

0称重传感器基本工作原理

TY2015系列电阻应变式称重传感器，利用 力-电转换原理：将电阻应变计粘贴在弹性体 敏感元件上，组成电桥，将力（重量）转换成 电信号输出。数字式称重传感器，是在模拟传 感器上加数字式模块，转换成数字信号输出。

★称重传感器的弹性敏感元件——把被测 的重量转换为弹性体的应变值；——电阻应变 计——将弹性体的应变同步转换为电阻值的变 化；

★应变原理：重力——一(将弹性体纵向 压缩，横向拉伸）变形———应变计同步变形一—电阻值改变一—电桥发生不平衡一 —输出电信号（在电源激励下）；

★输出信号与外力（重量成正比。

(4称重传感器典型检测电路 称重传感器检测电路，由惠斯登电桥构成， 如图 6 所示。

图6在电路接线中，红：接电源正极，黄: 接电源负极，蓝：接信号输出正极，白：接信号 输出负极。

(5）信号电缆接线方法

称重传感器电缆一般有5根不同色别的导线， 拉线方法如图7所示。

(四）防爆接线盒体质安全型）

(1)TY-JX--EX接线盒，经国家级仪 器仪表防爆安全监督检验站（NEPSI检测审查， 防爆安全性能符合 GB3836.1- 2010;GB3836.4- 2010 和GB3836.20-2010的有关要求，其防爆标志为： ExiaIIcT4Ga，防爆合格证号为：GYB16.1408X。

TY-JX接线盒，是电子衡器系统的组成部件 之一。它的主要功能是连接称重传感器和称重仪 表，即将现场称重传感器信号经过接线盒连接到 称重仪表。

(防爆接线盒使用注意

防爆接线盒产品，必须与安全栅配套组成本 安防爆系统，方可使用于现场存在IIc级以下的爆 炸性气体混合物的场所。

用户在使用时需注意以下事项：

1)产品使用温度及环境温度范围：-10°C? +60。。。

2）接线盒的本安参数为：

Ui:30V Ii: 100mA Pi:1.2W Ci:6nF Li:100|J H

3)安装现场不存在对产品外壳有腐蚀性作用 的气体。

4）产品与关联设备本安端之间的连接电缆必 须为屏蔽电缆（必须有绝缘护套），每根芯线截面 积>0.5mm2，其屏蔽层应在安全场所接地，电缆布 线应尽可能排除电磁干扰的影响。

5）产品的安装、使用和维护应同时遵守产品 说明书及GB3836标准的相关规定要求。

(3)线盒与称重传感器、称重显示仪表的连 接，如图8所示。

TY-JX接线盒可以接2只?8只传感器并联组 秤，称重传感器的信号并联输出，当各称重传感 器的输出阻抗相等时，总输出电压为称重传感器 的输出电压的算术平均值。各称重传感器的输出 可通过电阻均衡网络中的可调电阻调整。

TY-JX接线盒的主要功能：多个称重传感器 信号和算；多个称重传感器信号电缆汇接；电子 秤偏载性能调整。

五、结束语

在石油、煤矿、化工行业，存在爆炸危险的 场所。这些企业中爆炸危险的场所较多。在具有 爆炸危险的场所工作的电子衡器，必须是防爆型 的电子衡器。

防止爆炸的产生，必从三个必要条件来考 虑，限制了其中的一个必要条件，就限制了爆炸 的产生。

防爆产品实行防爆合格证制度，凡使用于爆炸性危险场所的电气产品均需取得防爆合格证才 允许使用。

在称重应用中的防爆地磅，一般是本质安全 型与隔爆型两大类。当选用本安型防爆称重传感 器、防爆接线盒、防爆安全栅配套时，就可组成 本安型防爆衡器系统。本安防爆技术是一个系统 的概念。本安防爆系统一般由关联设备（即安全 栅、现场设备（即本质安全设备）和本质安全系 统用电缆构成。

TY2015AEX本质安全型防爆称重传感 器、TY-JX-EX本质安全型防爆接线盒、本质安全 型安全栅及普通称重仪表组成的复合本质安全型防爆电子秤，是一种比较经济适用的防爆地磅系 统，在化工企业得到较多应用。