齐纳式安全栅的工作原理过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院

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二线制变送器和齐纳安全栅的连用 图中24V DC的电源一方面通过安全栅向二线制变 送器供电，同时将二线制变送器产生的4-20mA DC的信 号传送过来，由250Ω精确电阻转换为1-5V DC的电压 信号送显示仪表或控制器，当然变送器传送来的信号 也可通过信号分配器,其输出的多路信号可分别送显示 仪表和调节仪表。
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2.检测端安全栅的构成原理 (1)外型结构 (2)输入输出特性
V0 K A Ii
(3)结构组成及工作原理
输入端 输出端
1 5 2 6 7 8
Ii
4~20 mA
Vo Io
1~5 V 4~20 mA
24V DC 第13页
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安全栅的品种:
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一、齐纳式安全栅
1. 齐纳式安全栅的工作原理 齐纳安全栅是基于齐纳二极管反向击穿特性工作的。 由限压电路,限流电路和熔断器三部分组成。其原理 电路如图所示：图中R为限流电阻，VZ1、VZ2为齐纳 二极管，FU为快速熔断器。
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(一)检测端安全栅 1.检测端安全栅的作用 （1）把来自现场变送器的4～20mADC电流经隔离变压器 1:1地转换成1～5V DC信号或4～20mA DC信号输出至控制 室仪表（计算机） 。 （2）为现场两线制变送器提供24V DC直流电源 （3）利用限流、限压电路使得任何情况下送往危险场所的 电压不超过30V DC、电流不超过30mADC ，从而保证了危险 场所的安全。
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+
24V DC
结构组成
T1
输入端 现场 变送器 电流电压 限制电路 整流滤 波电路 Ⅰ 电源 变压器
-
DC/AC交直 流变换器
e
0
e
1
A B
Ii + -
VC 5 U-I
隔离 变压器
整流滤 波电路Ⅱ
e
2
输出端
T2
调制器 隔离
共基极 放大电路
wenku.baidu.comVC
3
+ V O
1~5 V
调计 节算 器机
4~20 mA
第5章 辅助仪表
5.1 安全栅 5.2 信号分配器
5.3 变频调速器
5.4 电源箱及电源分配器
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5.1 安全栅
安全栅是构成安全火花防爆系统的关键仪表，安装在控 制室内，是控制室仪表和现场仪表之间的关联设备。其作 用是：系统正常时保证信号的正常传输；故障时限制进入 危险场所的能量，确保系统的安全火花性能。 目前常用的安全栅有：齐纳式安全栅和变压器隔离式安全栅。
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③共基解调放大与输出（解调）回路 将ei1、2→I0 4～20mA V0 1-5VDC
W2—调零
④晶体管限压限流电路（限能器） ☆ 作用：对到现场的能量进行限制，（限压、限流） ☆ 过压保护（限压作用）： 正常时：DW1不导通；BG7截止；BG8饱和导通；VAB=VC7=24V
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二、变压器隔离式安全栅
变压器隔离式安全栅利用变压器或电流互 感器将供电电源、信号输入端和信号输出端进 行电气隔离，同时通过电子电路(限能器)限制 进入危险场所的能量。变压器隔离式安全栅分 为检测端安全栅（输入式安全栅）和操作端安 全栅（输出式安全栅）两种。
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齐纳安全栅和电气转换器的连用 控制器的输出 往往送给电气转换器或电气阀门定位器，由气动执行 器实现对被控对象的调节。由于控制器的输出方式不 同,和安全栅有两种不同的连接方法。
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发射极输出型的控制器可以和安全栅共地,故可 采用单通道保护的安全栅；而集电极输出型的控制 器，它的两个输出端都不接地，故需采用双通道齐 纳安全栅。
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齐纳式安全栅的优缺点 齐纳安全栅优点是采用的器件非常少，体积小，价 格便宜; 缺点是齐纳式安全栅必须本安接地，且接地电阻必 须小于1Ω； 危险侧本安仪表必须是隔离型的；齐纳安全栅对供 电电源电压响应非常大，电源电压的波动可能会引起齐 纳二极管的电流泄漏，从而引起信号的误差或者发出错 误电平，严重时会使快速熔断器烧断。
解调器
有六部分组成： 1.直流-交流变换器 2.整流滤波电路Ⅰ 3.整流滤波电路Ⅱ 4.电流电压限制电路 5.隔离变压器 6.共基极放大电路
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工作原理 ①DC/AC/DC交换器：实现“隔离供电”它是一个磁耦合 对称推挽式多潜振荡器24DC→eo→e1、e2方波，（8KHz） ②整流滤波与输入调制电路 e1→D5-8→C3→Vc3→为（解调）输出电路提供电源 e2→D10-D13→C5→Vc5→限压限流电路电源 e2→D10、D11，D14、D15（开关）→Ii→eT21、 eT22→ei1.2 e2→D10-D15→Vc7→为现场变送器提供24VDC电源
齐纳式安全栅原理图
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齐纳式安全栅的工作原理
系统正常工作时，安全侧电压U1低于齐纳二极管的击 穿电压U0，齐纳二极管截止，安全栅不影响正常的工作电 流。 但现场发生事故，如短路，利用电阻R进行限流，避 免进入危险场所的电流过大；当安全侧电压U1高于齐纳二 极管的击穿电压U0时，齐纳二极管击穿，进入危险场所的 电压被限制在U0上，同时安全侧电流急剧增大，快速熔断 器FU很快熔断，从而将可能造成危险的高电压立即和现场 断开，保证了现场的安全。并联两个齐纳二极管是增加安 全栅的可靠性。
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第5章 辅助仪表
知识目标：
掌握安全栅和信号分配器的作用及使用方法
了解变频器在过程控制系统中的应用方案 掌握电源箱、电源分配器的使用方法
技能目标：
能运用安全栅和本安仪表构成安全火花防爆系统 能完成实际控制系统供电和信号连接
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