本安火花試驗裝置關鍵部件設計

雷文龍

摘 要：本文介紹了一種本安火花試驗[1]電路的實驗裝置設計，給出了系統總體設計，詳細介紹了試驗與標定電路系統、數據采集系統、數據處理及控制系統的設計。該裝置具有功能齊全、操作簡單、配氣準確、安全可靠等優點，已在重慶安標檢測研究有限公司的本安電氣產品檢驗過程中得到了廣泛應用。

關鍵詞：本安火花;標定電路;數據采集

中圖分類號：TD601 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）21-0064-02

0 引言

本質安全電路廣泛應用在石油、化工、紡織和煤礦等含有爆炸性混合物環境中。國內各檢測檢驗機構對本質安全電路的評價現階段均是依據GB 3836.4—2010爆炸性氣體環境用電氣設備第4部分：本質安全型“i”的規定，將被試電路中那些被認為可能出現開路、短路或接地故障的每一個試驗點接入火花裝置的電極上，電極在充滿爆炸性混合氣體的試驗槽內由電機帶動轉動并進行重復性的短路放電，在規定的轉數內是否點燃爆炸性試驗混合氣體，由此判定電路的本質安全性。因此本安火花實驗裝置（以下簡稱裝置）在電氣本質安全產品的檢驗過程當中起著不可替代的關鍵作用。

1 裝置總體方案設計

裝置主要由火花點燃試驗槽系統、配氣管路系統、試驗與標定電路系統、數據采集、數據處理及控制系統等五大部分組成，各部分關系如圖1。

2 關鍵子設計

2.1 系統試驗電路與標定電路設計

試驗電路用于被試電路引入，如圖2，當試驗電極轉數達到200轉時，繼電器KM2、KM4斷開，KM1、KM3吸合，自動實現極性轉換。當400轉未爆時，繼電器KM5、KM6斷開，KM7吸合，斷開試驗電路，接入標定電路。試驗電路選用40A大電流、大觸點繼電器減小接觸電阻小;繼電器均只用一對觸點，可拉大各線之間的距離，減小電感;電線選用4mm2的去皮單芯銅線，大線徑有利于減小電阻，但經試驗后發現太大不利于走線。銅線去皮有利于減小電容。同時，為減小電容、電阻、電感，在實際走線時應盡量縮短走線距離。

根據標準GB3836.4的規定，在每一系列火花點燃試驗前，應對火花試驗裝置的靈敏度進行檢查。在火花試驗裝置的兩極之間引入95（±5）mH電感，施加24V直流電壓后與“模塊電路”構成標定電路，如圖3。繼電器KM7對標定電路與試驗電路間進行切換，通過KM8選擇試驗安全系數，由KM9～KM12選擇試驗組別。“模塊電路”由不同數值電阻串聯，用于將電流控制在各試驗組別規定的范圍內。電極旋轉440轉以內，如果試驗槽內爆炸混合物點燃，則認為裝置靈敏度合格。

2.2 數據采集

裝置需要采集的數據有極握軸的轉速與轉數、試驗槽內壓力、配氣濃度三種數據。

2.2.1 極握軸的轉速與轉數

采用光電對管測量極握軸的轉速與轉數。在極握軸上設計一個帶缺口的圓盤，在圓盤轉動一圈時，固定好的光電對管可經過缺口照射到一次產生一次電壓信號。由PLC開關量數據采集模塊可采集此信號個數，同時可計算相鄰兩個信號之間的間隔時間。信號個數即為轉數。通過公式：V=60/T，T為相鄰兩個信號之間的間隔時間（秒）。即可計算轉速。

2.2.2 試驗槽內壓力

在試驗槽底板出氣側氣體通路上設計有一螺紋，安裝高速壓力傳感器，傳感器量程為（-0.1～1.0）MPa，負量程用于抽真空時。正量程用于測量爆炸壓力。由PLC模擬量采集模塊采集數據。

2.2.3 配氣濃度

對氣體混合物，采用在線氣體分析儀進行實時測量，并通過RS485接口上傳入工控機。

2.3 數據處理及控制系統

數據處理及控制系統上位機采用工控機搭載組態王軟件，組態王具有適應性強、開放性好、易于擴展、經濟、開發周期短等優點。它實現了對現場的實時監測與控制。它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構成監控畫面，并以動畫方式顯示控制設備的狀態，它還具有豐富的設備驅動程序和靈活的組態方式、數據鏈接功能。下位機采用PLC，負責數據采集，開關量控制信號的輸出，控制各繼電器動作。

伺服電機自帶有專用的驅動器，帶RS485可與工控機通訊，通過組態王軟直接控制各部分的控制邏輯關系如圖4。

3 結語

該裝置具有功能齊全、操作簡單、配氣準確、自動化程度高、安全可靠等優點，已在重慶安標檢測研究有限公司的本安電氣產品檢驗過程中得到了廣泛應用。

參考文獻

[1] GB3836.4-2010，爆炸性環境第4部分：由本質安全型“i”保護的設備[S].