控制仪表及装置教案2006
使用注意：*揭开仪表表壳后，将失去了防爆性能 *长期使用会逐渐降低防爆性能 2. 本质安全型防爆仪表
本质安全型防爆仪表也称安全火花型防爆仪表。这种仪表，在正常状态下或规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不会引起规定的易爆性气体混合物爆炸。
正常状态指在设计规定条件下的工作状态，故障状态指电路中非保护性元件损坏或产生短路、断路、接地及电源故障等情况。
本质安全型防爆仪表
本质安全型ia和ib两个等级分别表示：
①ia 等级 在正常工作、一个故障和两个故障时均不能点燃爆炸性气体混合物的电气设备。
②ib 等级 在正常工作和一个故障时不能点燃爆炸性气体的电气设备。。 安全火花型防爆仪表所采取的措施主要有：
①仪表采用低工作电压和小工作电流。通常，正常工作电压不大于24VDC，电流不大于20mADC；故障时电压不大于35VDC，电流不大于35mADC；
②在线路设计上，对处于危险场所的电路，选择适当大小的电阻、电容和电感参数，使其只产生安全火花；同时在较大的电容、电感回路中并联双重化二极管，以消除不安全火花。
1.3.5 控制系统的防爆措施
要使整个测量或控制系统的防爆性能符合安全火花防爆要求，必须满足： ①在危险场所使用安全火花型防爆仪表 ②在控制室仪表与危险场所仪表之间设置安全栅
图 1.13
要真正实现安全火花防爆，必须做到： 1.必须正确地安装安全栅和布线。 （1）安全栅必须有良好的接地。
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第一章 概述
（2）安全栅的输入、输出端的接线，应该分别布设，不能走同一条线槽。 （3）对由安全栅通向现场仪表的信号线的分布电容和分布电感有一定的限制。 分布电感、分布电容的数值可按下公式计算
（4）因为信号线与穿线管管壁之间存在的分布电容也具有储能作用。穿管安装时，穿线管的直径宜足够大
2.安全火花型现场仪表在危险场所时，虽然允许打开表壳进行检查, 携带到现场的检修用的仪器仪表必须是安全火花型的。
1.4 补充：仪表的分析方法 从仪表整体结构上看，模拟式控制仪表有两种构成形式：
①仪表整机采用单个放大器，其放大器可由若干级放大电路或不同的放大器串联而成。属于这一类的仪表有DDZ-II型仪表、大部分的变送器以及气动仪表等。
②整机由数目不等的运算放大器电路以不同形式（主要是串联形式）组装而成。采用运算放大器的仪表都属于这一类构成形式，如DDZ-III型系列、I系列和EK系列仪表等。
1.4.1 采用单个放大器的仪表分析
这类仪表一般具有如图所示的典型结构，整个仪表可以划分为：输入部分、放大器和反馈部分。
图 1.14
yKiK?x1?KKf
Ki——输入部分的转换系数； K——放大器的放大系数； Kf——反馈部分的反馈系数。
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当满足KKf>>1的条件时，
由于 Zi = DX Zf =Kfy Zi= Zf 因此 e= Zi -Zf = 0 特点：
１.在满足KKf >>1的条件时，仪表的输出与输入关系仅取决于输入部分的特性和反馈部分的特性。
2.在满足KKf >>1的条件时，放大器的净输入e趋向于零（ e →0）。 分析方法：
1、将仪表划分为输入部分、放大器和反馈部分； 2、对各个部分分析，重点是输入部分和反馈部分； 3、求出整机输出与输入之间的关系，得整机特性。 比较环节的确定可以从放大器的输入端即?所加位置着手； 取样环节的确定可以从仪表的输出信号回路着手 。 电动仪表的两种比较方式 1.串联比较
图 1.15
2.并联比较
图 1.16
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第一章 概述
电动仪表的两种取样方式 气动仪表的比较环节
主要有：力比较和力矩比较二种方式。
力比较是输入力和反馈力作用在比较元件上，其差值使比较元件产生微小的位移； 力矩比较是输入力矩和反馈力矩作用在作为比较元件的杠杆上，其差值使杠杆产生微小的偏转。
气动仪表的取样方式是将仪表输出气压信号直接引入反馈部分。
1.4.2 采用运算放大器的仪表分析方法
这类仪表的线路是由若干个运算放大器电路组装而成，主要是运算放大器电路以串联形式相联。由于每一个运算放大器电路的输出电阻很小，而输入电阻又都足够大，这样，前、后级运算放大器电路之间相互影响很小。
分析这类仪表时，可以把整个仪表线路分成一个个运算放大器电路单独地进行分析，最后再综合得到整机的特性。
3. 运算放大器的基本知识 (1) 运算放大器的基本性能
图 1.17
〈1〉输入端（+、-）：+端为同相输入端，-端为反相输入端。电压差Ud 的正方向是从同相端到反相端。UT 为同相端对地（正、负电源的公共端）的电压，UF 为反相端对地的电压。
〈2〉输出端：Uo 为输出端对地的电压， 即输出电压。
〈3〉电源端（U+ 、U- ）
把运算放大器看成是双端输入、单端输出的三端器件。 运算放大器的使用条件
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图 1.18
为差模输入电压
为共模输入电压
任何一个运算放大器，其允许承受的 和 都有一定的限制，制造厂规定了运算放大器的最大差模输入电压（又称差模输入范围）和 最大共模输入电压（又称共模输入范围）。
运算放大器的输出电压和电流也都有一定的限制，最大输出电压一般比电源电压低1～2V,最大输出电流一般为5mA或10mA，在仪表电路中需要输出大电流时，往往采用三极管进行电流放大。
理想运算放大器特点： 〈1〉输入电阻Ri=0； 〈2〉输出电阻Ro=0；
〈3〉开环电压增益Ko=0；
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