本安火花试验装置关键部件设计

雷文龙

摘 要：本文介绍了一种本安火花试验[1]电路的实验装置设计，给出了系统总体设计，详细介绍了试验与标定电路系统、数据采集系统、数据处理及控制系统的设计。该装置具有功能齐全、操作简单、配气准确、安全可靠等优点，已在重庆安标检测研究有限公司的本安电气产品检验过程中得到了广泛应用。

关键词：本安火花;标定电路;数据采集

中图分类号：TD601 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）21-0064-02

0 引言

本质安全电路广泛应用在石油、化工、纺织和煤矿等含有爆炸性混合物环境中。国内各检测检验机构对本质安全电路的评价现阶段均是依据GB 3836.4—2010爆炸性气体环境用电气设备第4部分：本质安全型“i”的规定，将被试电路中那些被认为可能出现开路、短路或接地故障的每一个试验点接入火花装置的电极上，电极在充满爆炸性混合气体的试验槽内由电机带动转动并进行重复性的短路放电，在规定的转数内是否点燃爆炸性试验混合气体，由此判定电路的本质安全性。因此本安火花实验装置（以下简称装置）在电气本质安全产品的检验过程当中起着不可替代的关键作用。

1 装置总体方案设计

装置主要由火花点燃试验槽系统、配气管路系统、试验与标定电路系统、数据采集、数据处理及控制系统等五大部分组成，各部分关系如图1。

2 关键子设计

2.1 系统试验电路与标定电路设计

试验电路用于被试电路引入，如图2，当试验电极转数达到200转时，继电器KM2、KM4断开，KM1、KM3吸合，自动实现极性转换。当400转未爆时，继电器KM5、KM6断开，KM7吸合，断开试验电路，接入标定电路。试验电路选用40A大电流、大触点继电器减小接触电阻小;继电器均只用一对触点，可拉大各线之间的距离，减小电感;电线选用4mm2的去皮单芯铜线，大线径有利于减小电阻，但经试验后发现太大不利于走线。铜线去皮有利于减小电容。同时，为减小电容、电阻、电感，在实际走线时应尽量缩短走线距离。

根据标准GB3836.4的规定，在每一系列火花点燃试验前，应对火花试验装置的灵敏度进行检查。在火花试验装置的两极之间引入95（±5）mH电感，施加24V直流电压后与“模块电路”构成标定电路，如图3。继电器KM7对标定电路与试验电路间进行切换，通过KM8选择试验安全系数，由KM9～KM12选择试验组别。“模块电路”由不同数值电阻串联，用于将电流控制在各试验组别规定的范围内。电极旋转440转以内，如果试验槽内爆炸混合物点燃，则认为装置灵敏度合格。

2.2 数据采集

装置需要采集的数据有极握轴的转速与转数、试验槽内压力、配气浓度三种数据。

2.2.1 极握轴的转速与转数

采用光电对管测量极握轴的转速与转数。在极握轴上设计一个带缺口的圆盘，在圆盘转动一圈时，固定好的光电对管可经过缺口照射到一次产生一次电压信号。由PLC开关量数据采集模块可采集此信号个数，同时可计算相邻两个信号之间的间隔时间。信号个数即为转数。通过公式：V=60/T，T为相邻两个信号之间的间隔时间（秒）。即可计算转速。

2.2.2 试验槽内压力

在试验槽底板出气侧气体通路上设计有一螺纹，安装高速压力传感器，传感器量程为（-0.1～1.0）MPa，负量程用于抽真空时。正量程用于测量爆炸压力。由PLC模拟量采集模块采集数据。

2.2.3 配气浓度

对气体混合物，采用在线气体分析仪进行实时测量，并通过RS485接口上传入工控机。

2.3 数据处理及控制系统

数据处理及控制系统上位机采用工控机搭载组态王软件，组态王具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。它实现了对现场的实时监测与控制。它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。下位机采用PLC，负责数据采集，开关量控制信号的输出，控制各继电器动作。

伺服电机自带有专用的驱动器，带RS485可与工控机通讯，通过组态王软直接控制各部分的控制逻辑关系如图4。

3 结语

该装置具有功能齐全、操作简单、配气准确、自动化程度高、安全可靠等优点，已在重庆安标检测研究有限公司的本安电气产品检验过程中得到了广泛应用。

参考文献

[1] GB3836.4-2010，爆炸性環境第4部分：由本质安全型“i”保护的设备[S].