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(guó)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)所。該區(qū)域包括與充入排放粉塵點(diǎn)直接相鄰的場(chǎng)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(chǎng)所。磨坊，煤炭，谷物倉(cāng)庫(kù)以及包裝生產(chǎn)線及其周圍是典型的21區(qū)場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(zhǎng)時(shí)間存在的場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(guó)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?？筛鶕?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(guó)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(zhǎng)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?；蚱渌?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(cè)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(chǎng)所。
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