防爆電子秤技術(shù)原理
在生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸和貯存的各個(gè)過程中，石油、化工、煤炭的國防等許多工業(yè)部門，經(jīng)?？赡苄孤痘蛞缟⒊龈鞣N各樣的易燃易爆氣體、液體和各種粉塵及纖維。這類物質(zhì)與空氣混合后，可能成為具有爆炸危險(xiǎn)的混合物，當(dāng)混合物的濃度達(dá)到爆炸濃度范圍時(shí)，一旦出現(xiàn)火源即會(huì)引起爆炸和發(fā)生火災(zāi)等嚴(yán)重事故。在這類危險(xiǎn)環(huán)境中使用的電氣設(shè)備時(shí)都必須經(jīng)過機(jī)構(gòu)認(rèn)證的具有防爆性能的產(chǎn)品，因此便有了防爆電子技術(shù)。
1，根據(jù)危險(xiǎn)場所的劃分
根據(jù)電工委員會(huì)（IEC）制定的關(guān)于危險(xiǎn)環(huán)境的劃分中明確規(guī)定，在大氣條件下，粉塵或纖維狀的可燃物質(zhì)與空氣形楊混合物在點(diǎn)燃后燃燒傳至未全部未燃混合物的環(huán)境為爆炸性粉塵環(huán)境，稱為I類環(huán)境。在大氣條件下，氣體、蒸氣或薄霧狀的可燃物質(zhì)與空氣形成混合物在點(diǎn)燃后燃燒傳至全部未燃混合物的環(huán)境為爆炸性氣體環(huán)境，稱為II類環(huán)境。
危險(xiǎn)場所是指危險(xiǎn)環(huán)境出現(xiàn)或預(yù)期可能出現(xiàn)的數(shù)量達(dá)到足以要求對(duì)電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)、安裝和使用采用專門措施的區(qū)域，根據(jù)爆炸性環(huán)境出現(xiàn)的頻率和持續(xù)時(shí)間把危險(xiǎn)場所劃分為不同的區(qū)域。
（1）爆炸性粉塵環(huán)境危險(xiǎn)區(qū)域的劃分：
根據(jù)可燃性粉塵/空氣混合物出現(xiàn)的頻率和持續(xù)時(shí)間及粉塵層的厚度進(jìn)行分類，可分為20區(qū)、21區(qū)和22區(qū)。
- 20區(qū)：zone 20，在正常運(yùn)行過程中可燃性粉塵連續(xù)出現(xiàn)或經(jīng)常出現(xiàn)，其數(shù)量足以形成可燃性粉塵與空氣混合物和/或可能形成無法控制和極厚的粉塵層的場所及容器內(nèi)部。EN50281-1-1標(biāo)準(zhǔn)對(duì)用于20區(qū)的電氣設(shè)備殼體結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)做了相應(yīng)規(guī)定。IEC60241-11對(duì)在20區(qū)使用的電氣設(shè)備做了補(bǔ)充要求，包括本質(zhì)安全防爆等方面的內(nèi)容。20區(qū)應(yīng)用種類1（粉塵）電氣設(shè)備。
- 21區(qū)：zone 21，在正常運(yùn)行過程中，可能出現(xiàn)粉塵數(shù)量足以形成可燃性粉塵與空氣混合物但未劃入20區(qū)的場所。該區(qū)域包括與充入排放粉塵點(diǎn)直接相鄰的場所、出現(xiàn)粉塵層和正常操作情況下可能產(chǎn)生可燃濃度的可燃性粉塵與空氣混合物的場所。磨坊，煤炭，谷物倉庫以及包裝生產(chǎn)線及其周圍是典型的21區(qū)場所。在21區(qū)中，可能會(huì)發(fā)生因粉塵泄漏等原因而形成爆炸性粉塵混合物。
- 22區(qū)：zone 22，在異常條件下，可燃性粉塵云偶爾出現(xiàn)并且只是短時(shí)間存在、或可燃性粉塵偶爾堆積或可能存在粉塵層并且產(chǎn)生可燃性粉塵空氣混合物的場所。如果不能保證排除可燃性粉塵堆積或粉塵層時(shí)，則應(yīng)劃分未21區(qū)。22區(qū)須使用種類3（粉塵）防爆電氣設(shè)備。如果是爆炸性環(huán)境中的粉塵是導(dǎo)電性粉塵，則依據(jù)EN50281-1-2的規(guī)定，須使用種類2（粉塵）防爆電氣設(shè)備。
（2）爆炸性氣體環(huán)境的危險(xiǎn)區(qū)域劃分：
根據(jù)可燃性氣體出現(xiàn)的頻率和持續(xù)時(shí)間將危險(xiǎn)場所劃分為0區(qū)、1區(qū)和2區(qū)。
- 0區(qū)：zone 0，爆炸性氣體環(huán)境連續(xù)出現(xiàn)或長時(shí)間存在的場所，危險(xiǎn)環(huán)境存在的時(shí)間大于1000小時(shí)/年。
- 1區(qū)：zone 1，在正常運(yùn)行時(shí)，可能出現(xiàn)爆炸性氣體環(huán)境的場所，危險(xiǎn)環(huán)境存在的時(shí)間在10-1000小時(shí)/年之間。
2區(qū)：zone 2，在正常運(yùn)行時(shí)，不可能出現(xiàn)爆炸性氣體環(huán)境，如果出現(xiàn)也時(shí)偶爾發(fā)生并且僅是短時(shí)間存在的場所，危險(xiǎn)環(huán)境存在的時(shí)間少于10小時(shí)/年。在此，“正常運(yùn)行”是指正常的開車、運(yùn)轉(zhuǎn)、停車，易燃物質(zhì)產(chǎn)品的裝卸、密閉容器蓋的開閉，安全閥、排放閥以及所有工廠設(shè)備都在其設(shè)計(jì)參數(shù)范圍內(nèi)工作的狀態(tài)
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對(duì)于II類爆炸性氣體環(huán)境來說，按照爆炸性氣體混合物比較大試驗(yàn)安全間隙或比較小點(diǎn)燃電流比，將爆炸性氣體分為A、B、C三個(gè)組別。氣體分組和點(diǎn)燃溫度在一定環(huán)境溫度和壓力下與可燃性氣體和空氣的混合濃度有關(guān)。
溫度組別是在爆炸性環(huán)境中使用的電氣設(shè)備按其比較高表面溫度來劃分的，比較高表面溫度時(shí)電氣設(shè)備在規(guī)定范圍內(nèi)的比較不利運(yùn)行條件下工作時(shí)，可能引起周圍爆炸性環(huán)境點(diǎn)燃的電氣設(shè)備任何不見或電氣設(shè)備的任何表面所達(dá)到的比較高溫度。爆炸性氣體環(huán)境的溫度組別分為六組，在假定基礎(chǔ)環(huán)境溫度為40℃時(shí)，各組別的溫度為
- T1--450℃、
- T2--300℃、
- T3--200℃、
- T4--135℃、
- T5--100℃、
- T6--85℃。
下面就是一些典型的爆炸性氣體對(duì)應(yīng)的氣體組別和溫度組別。
對(duì)于爆炸型粉塵環(huán)境，按照粉塵的點(diǎn)燃溫度劃分為T11、T12、T13三組，分別對(duì)應(yīng)點(diǎn)燃溫度為
- T11---大于270℃；
- T12---200℃；
- T13---150℃。
對(duì)于電壓不超過1.2V、電流不超過0.1A，且能量不超過20微焦或功率不超過25mw的電氣設(shè)備，在經(jīng)過防爆檢驗(yàn)部門認(rèn)可后，可直接使用于工廠爆炸性氣體環(huán)境中和煤礦井下。
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現(xiàn)代用于工業(yè)生產(chǎn)的可燃物種類繁多，數(shù)量龐大，而且生產(chǎn)過程情況復(fù)雜，因此需要根據(jù)不同的條件采取各種相應(yīng)的防護(hù)措施。從爆炸破壞力的形成來看，爆炸一般需要具備5個(gè)條件：
⑴提供能量的可燃性物質(zhì)（釋放源）；
⑵輔助燃燒的助燃劑（氧化劑）；
⑶可燃物質(zhì)與助燃劑的均勻混合；
⑷混合物放在相對(duì)封閉的空間（包圍體）；
⑸有足夠能量的點(diǎn)火源。
上述條件中的點(diǎn)火源、可燃物質(zhì)和助燃劑是燃燒爆炸的三要素，防爆電子技術(shù)就是根據(jù)這些爆炸條件，采取相應(yīng)的技術(shù)措施和管理措施，達(dá)到預(yù)防事故的目的。
（1）可燃物濃度的抑制
爆炸強(qiáng)度與爆炸性混合物的濃度有密切關(guān)系，爆炸強(qiáng)度隨濃度變化的關(guān)系近似于正辦周期的正弦曲線，濃度國底或過高都不能發(fā)生爆炸，這兩個(gè)點(diǎn)稱為爆炸下限濃度或爆炸上限濃度。在爆炸下限濃度以下，由于可燃性物質(zhì)的發(fā)熱量已經(jīng)低到不能維持火焰在混合物中傳播所需要的比較低溫度，因而該混合物不能被點(diǎn)燃；若濃度逐漸增加而超過爆炸上限濃度時(shí),雖然可燃物質(zhì)增加，但助燃的氧氣濃度低于化學(xué)當(dāng)量值，不能滿足混合物*燃燒的需要，也不會(huì)發(fā)生爆炸。
因此可以通過可燃物濃度的控制來預(yù)防爆炸事故的發(fā)生，或者把爆炸事故可能造成的破壞力降到比較小限度。
（2）氧濃度的控制
在爆炸氣氛中加入惰化介質(zhì)時(shí)，一方面可以使爆炸氣氛中氧組分被稀釋，減少了可燃物質(zhì)分子和氧分子作用的機(jī)會(huì)，也使可燃物組分同氧分子隔離，在它們之間形成以層不燃燒的屏障；當(dāng)活化分子碰撞惰化介質(zhì)粒子時(shí)會(huì)使活化分子失去活化能而不能反應(yīng)。另一方面，若燃燒反應(yīng)已經(jīng)發(fā)生，產(chǎn)生的游離基將與惰化介質(zhì)粒子發(fā)生作用，使其失去活性，導(dǎo)致燃燒連鎖反應(yīng)中斷；同時(shí)，惰化介質(zhì)還將大量吸收燃燒反應(yīng)放出的熱量，使熱量不能聚積，燃燒反應(yīng)不蔓延到其它可燃組分分子上去，對(duì)燃燒反映起到抑制作用。
因此，在可燃物/空氣爆炸氣氛中加入惰化介質(zhì)，可燃物組分爆炸范圍縮小，當(dāng)惰化介質(zhì)增加到足夠濃度時(shí)，可以使其爆炸上限和下限重合，再增加惰化介質(zhì)濃度，此時(shí)可燃空氣混合物將不再發(fā)生燃燒。
（3）點(diǎn)火源的控制
溫度對(duì)化學(xué)反映速度的影響特別顯著，對(duì)一般反應(yīng)來說，若初始濃度相等，溫度每升高10℃反應(yīng)速度大約加快2至4倍。因此，溫度（也就是通常所指的點(diǎn)火源）使加快反應(yīng)速度，引起爆炸事故的比較初因素，控制點(diǎn)火源使防止爆炸事故的重要措施之一。
（4)減弱爆炸壓力和沖擊波
爆炸現(xiàn)象的重要特征之一就是爆炸物質(zhì)爆炸時(shí)，產(chǎn)生高溫高壓氣體產(chǎn)物以*的速度膨脹，使包圍體內(nèi)壓力驟增，進(jìn)而使包圍體炸裂，形成沖擊波，造成破壞力。為了防止或減弱因炸而使包圍體內(nèi)壓力的驟增，應(yīng)盡可能地不使包圍相對(duì)封閉。
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對(duì)于不同區(qū)域的爆炸型氣體環(huán)境（II類環(huán)境），需要根據(jù)實(shí)際需要選擇不同結(jié)構(gòu)的防爆類型。
在平常實(shí)際使用中可能很容易的看到，許多防爆電氣產(chǎn)品在一個(gè)產(chǎn)品中就采用了多種防爆保護(hù)方法。例如，照明裝置可能采用了增安型保護(hù)（外殼和接線端盒）、隔爆型保護(hù)（開關(guān)）和澆封型保護(hù)（鎮(zhèn)流器）。這樣能夠使制造商采用比較適合的復(fù)合防爆保護(hù)方法。有一點(diǎn)要注意的是，產(chǎn)品銘牌上列出采取的防爆方法的順序?qū)⑼嬖V用戶產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，如一個(gè)產(chǎn)品被標(biāo)識(shí)為Ex de，則極可能為隔爆型而其中帶有增安型部件。另一個(gè)產(chǎn)品被標(biāo)識(shí)為Ex ed，則極可能不是隔爆型外殼（例如不銹鋼或強(qiáng)化聚脂玻璃），而帶有隔爆開關(guān)或部件安裝其中。兩種產(chǎn)品可能均適用于1區(qū)，但他們是使用不同的防爆保護(hù)措施達(dá)到同樣的目的。可根據(jù)自己的實(shí)際需要和所了解信息，來選擇提供在費(fèi)用、性能和安全方面達(dá)到比較佳平衡的防爆型式的產(chǎn)品。
常用的防爆措施
1、隔爆/EEx “d”;
2、增安/EEx “e”;
3、本安EEx “i”;
4、正壓/“p”;
5、充油/“o”；
6、充砂/“q”；
7、無火花EEx"n";
8、澆封“m”等等
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（1）隔爆型結(jié)構(gòu)：EEx d
電火花及電弧可以引燃爆炸性混合物。由德國建立起來的間隙隔爆結(jié)構(gòu)，是防止電弧等引燃周圍爆炸性混合物較可靠的方法。隔爆型結(jié)構(gòu)的電氣設(shè)備再爆炸危險(xiǎn)區(qū)域應(yīng)用極為廣泛，它不僅能防止爆炸火燃的傳出，而且殼體又可承受一定的過壓。它具有一個(gè)足夠牢固的外殼，能經(jīng)受內(nèi)部爆炸氣體混合物產(chǎn)生比較大爆炸壓力的1.5倍并不得小于3.5×10pa的沖擊。確保不變形或損壞，不產(chǎn)生*變形，并具有一定結(jié)構(gòu)間隙以使噴射出來的燃燒生成物通過一定的法蘭長度冷卻到低于外部爆炸性混合物的自燃溫度。結(jié)構(gòu)間隙可以是平面結(jié)合面或圓筒結(jié)合面組成，還可以是曲路、螺紋或屏障式等結(jié)構(gòu)組成。除此之外。如微孔、網(wǎng)罩、疊片、充砂等結(jié)構(gòu)也屬于這種原理的防爆形式。用于煤礦井下的隔爆型電氣設(shè)備更要堅(jiān)固。
用于I類采掘工作面的設(shè)備，外殼須采用鋼板或鑄鋼制成；I類非采掘工作面的設(shè)備，其外殼可有牌號(hào)不低于HT25-47灰鑄鐵制成，I類攜帶式設(shè)備和II類設(shè)備，外殼可用抗拉強(qiáng)度不低于117.6N/mm（12kg/mm）、含鎂量不大于0.5%（重量比）的輕合金制成。
（2）增安型結(jié)構(gòu)：EEx e
增安型結(jié)構(gòu)在防爆電氣設(shè)備上使用得也很廣泛，如電動(dòng)機(jī)、變壓器、燈具和帶有電感線圈的電氣設(shè)備等。它是在設(shè)備上采用以系列的安全措施，如使用高質(zhì)量的絕緣材料、降低溫升、增大電氣間隙、提高導(dǎo)線連接質(zhì)量等，使其在比較大限度內(nèi)不致產(chǎn)生電火花、電弧或危險(xiǎn)溫度，或者采用有效的保護(hù)元件使其產(chǎn)生的火花、電弧或溫度不能引燃爆炸性混合物，以達(dá)到防爆的目的。
還有一種與增安型防爆措施類似稱為無火花型，它是一種再正常運(yùn)行時(shí)不產(chǎn)生火花和危險(xiǎn)高溫，也不能產(chǎn)生引爆故障的電氣設(shè)備。與增安型相比，只是沒有規(guī)定再增加一些附加措施來提高設(shè)備的安全可靠性。因此，無火花型的安全性比增安型要低，只能用于2區(qū)危險(xiǎn)環(huán)境。
（3）正壓型結(jié)構(gòu)：p
這種結(jié)構(gòu)的電氣設(shè)備的防爆原理是：保證內(nèi)部保護(hù)氣體的壓力高于周圍以免爆炸性混合物進(jìn)入外殼，或足量的保護(hù)氣體通過外殼使內(nèi)部爆炸性混合物的濃度降至爆炸下限以下。
在一般情況下，電氣設(shè)備內(nèi)部不得有影響安全的通風(fēng)死角。在正常運(yùn)行時(shí)，出風(fēng)口的風(fēng)壓或充氣氣壓不得低于一定的數(shù)值，否則將立刻發(fā)出報(bào)警或切斷電源。設(shè)備內(nèi)部的火花、電弧不允許從任何間隙初或出風(fēng)口吹出來。正壓型結(jié)構(gòu)在使用上與爆炸性物質(zhì)的級(jí)別無關(guān)，多用于內(nèi)部元件易損壞的設(shè)備或大型電氣設(shè)備上，或以自燃點(diǎn)為T4、T5為對(duì)象的很難制成其它防爆結(jié)構(gòu)形式的電氣設(shè)備上。
（4）充砂型結(jié)構(gòu)：q
充砂型結(jié)構(gòu)是在外殼內(nèi)充填砂粒或其它規(guī)定特性的粉末材料，使之在規(guī)定的使用條件下，殼內(nèi)產(chǎn)生的電弧或高溫均不能點(diǎn)燃周圍爆炸性氣體環(huán)境的結(jié)構(gòu)。
當(dāng)采用的介質(zhì)使顆粒狀的固體（一般是石英砂）作為隔離介質(zhì)時(shí)，稱為充砂型電氣設(shè)備；而采用的介質(zhì)時(shí)固化物填料（一般位環(huán)氧樹脂），把引燃源澆封在填料里面，而于外面爆炸性混合物隔離時(shí)，也稱為澆封型電氣設(shè)備。
（5）本質(zhì)安全型結(jié)構(gòu)：EEx i
本質(zhì)性安全結(jié)構(gòu)僅適用于弱電流回路，如測試儀表、控制裝置等小型電氣設(shè)備上。無論是正常情況下，還是非正常情況下產(chǎn)生的電火花或危險(xiǎn)溫度，都不會(huì)使爆炸物質(zhì)引爆，因此使安全性較高的防爆結(jié)構(gòu)，其中電路或設(shè)備上的所有元件表面溫度必須小于規(guī)定，以防止熱效應(yīng)引起的點(diǎn)燃。
本質(zhì)安全型防爆結(jié)構(gòu)的電氣回路必須于其它電路隔離，以防混線電磁或靜電感應(yīng)，特別使結(jié)構(gòu)外部的配線，要采取周密的措施，才能確保電氣設(shè)備和配線的防爆性能。
（6）防爆充油型結(jié)構(gòu): o防爆充油型結(jié)構(gòu)在使用上與傳爆等級(jí)無關(guān)，適合于小型操作開關(guān)上。充入的油液應(yīng)具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，為了觀察油位的高度，設(shè)備應(yīng)裝有油位指示器或油位信號(hào)裝置。
油浸型防爆結(jié)構(gòu)的開關(guān)、控制器等設(shè)備，由于油的劣化或泄漏等原因，設(shè)備損壞很難維修，需要特別注意。另外，由于傾斜或油面搖動(dòng)而使防爆性能受到損害時(shí)，設(shè)備不能再繼續(xù)使用。
（7）爆炸性粉塵環(huán)境的防爆結(jié)構(gòu)
粉塵防爆電氣設(shè)備是采用限制外殼的比較高表面溫度和采用“塵密”或“防塵”外殼來限制粉塵進(jìn)入，以防止可燃性粉塵點(diǎn)燃。該類設(shè)備將帶電部件安裝在有一定防護(hù)能力的外殼中，從而限制了粉塵進(jìn)入，使引燃源與粉塵隔離來防止爆炸的產(chǎn)生。按設(shè)備采用外殼防塵結(jié)構(gòu)的差別將設(shè)備分為A型設(shè)備或B型設(shè)備。按設(shè)備外殼的防塵等級(jí)的高低將設(shè)備分為20、21和22級(jí)，分別適用于20、21或22區(qū)粉塵危險(xiǎn)場所。
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