第四节 安全保持器
? 一、安全防爆的基本知识
? 二、齐纳式安全保持器
? 三、输入式安全保持器
本节重点内容提示,
? 一,基本定义
? 爆炸性混合物、安全火花、本安型防爆
系统、非本安型防爆系统
? 二,基本原理
? 1.调制式直流放大器的工作原理
? （ 24V电源经过 DC/AC/DC的变换，向变
送器隔离式供电；
? 4~20mA电流经过 DC/AC/DC的变换，
向调节器隔离式传递信号）
? 2.过流保护的工作原理
一,安全防爆的基本知识
（一）概论
一个物体发生爆炸必须具备三个条件：
自燃物质
助燃物质
激发能量
这三个条件称为爆炸三要素。
自燃物质 +助燃物质 =爆炸性混合物
在化工生产的过程现场，经常含有
氢、甲烷、乙烷、苯、氨等易燃易爆的
气体 。
这些可燃性气体都是自燃物质，它
们和空气中的 助燃物质 —— 氧 和在一起
构成了爆炸性混合物。
爆炸性混合物都是危险的，其危险
程度是不一样的。
根据我国的标准，按照 最大不传爆
间隙、自燃温度、最小引爆电流 三项指
标对它们进行分级分组,
? 爆炸性混合物按 最大不传爆间隙 分为 4级
1级 最大不传爆间隙 >1.0mm
2级 0.6mm<最大不传爆间隙 ≤1.0mm
3级 0.4mm<最大不传爆间隙 ≤0.6mm
4级 最大不传爆间隙 ≤0.4mm
爆炸性混合物按 自燃温度 分为 5组
a组 自燃温度 >450℃
b组 300℃ <自燃温度 ≤450℃
c组 200℃ < 自燃温度 ≤300℃
d组 135℃ <自燃温度 ≤200℃
e组 100℃ <自燃温度 ≤135℃
爆炸性混合物按 最小引爆电流 分为三级
Ⅰ 最小引爆电流 >120m A
Ⅱ 70m A<最小引爆电流 ≤120m A
Ⅲ 最小引爆电流 ≤70m A
凡是含有爆炸性混合物的现场统称为危
险场所，我国规定的危险场所分为三类
第一类危险场所 用 Q表示
含有可燃性气体或蒸气的爆炸性混合物的危险
场所
第二类危险场所 用 G表示
含有可燃性粉尘或纤维爆炸性混合物的危险场
所
第三类危险场所 用 H表示
火灾危险场所
就第一类危险场所而言，根据危险程度不
同可分为三级
Q— 1级, 正常情况下,能形成爆炸性混合物
的现场
Q— 2级,正常情况下不能形成，仅在不正常
情况下 能形成爆炸性混合物的现场
Q— 3级,不正常情况下，仅在局部地区 能形
成爆炸性混合物的现场
在危险场所的自动化控制系统中使用的自
动化装置、电气设备等都必须考虑防爆问
题，防爆的电气设备有如下的分类标准
类别 型号
安全型 A
隔离型 B
充油型 C
通风充气型 F
安全火花（本质安全）
型
H
特殊型 T
? 经常使用的仪表一般都是防爆 隔离型 和防爆 安全
型
? 隔离型 —— 在外壳的内部发生爆炸时，不引起外
部爆炸性混合物爆炸的电气设备。
? 安全型 —— 在 正常 或 事故 状态下产生的火花都不
能引起爆炸性混合物爆炸的电气设备。
事故状态 —— 在电
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
正常状态 —— 在设
计规定条件下正常
工作（实验时，在
实验装置中产生短
路或断路视为正常）
（二）概念
1.安全火花 —— 其能量不足以引起周围爆炸性混合物
起火或爆炸的火花。
2.安全火花型仪表 —— 在正常或事故状态下产生的火
花均不能引起爆炸性混合物爆炸的仪表。
3.非安全火花型防爆系统 —— 通过“配电器”向现场
仪表供电和向控制室仪表传输信号的系统为非安全
火花型防爆系统。
4.安全火花型防爆系统 —— 通过“安全保持器”
向现场仪表供电和向控制室仪表传输信号的系
统为安全火花型防爆系统。 (现场仪表必须是
本安仪表 )
5.关联设备 —— 与安全火花型电路相联，并影响
其安全火花性能的有关设备。 （这里意指安装
在控制室，但又和现场仪表有联系）
变送器 配电器 配电器 调节阀 控制室仪表
调节阀 控制室仪表 安保器
电源箱
变送器 安保器
电源箱
现场 现场
220V～
220V～
? 隔爆型仪表和安全火花型仪表的符号标
记
B 3 d
按爆炸性混合物自燃温度来分为 d级
按爆炸性混合物传爆能力来分为 3级
隔爆型仪表
H Ⅲ e
按爆炸性混合物自燃温度来分为 e级
按爆炸性混合物最小引爆电流分为 Ⅲ 级
安全火花型仪表
? 二,齐纳式安全保持器
? (一 )用途
? 齐纳式安全保持器有三种规格
? BARD-200
? 和热电偶配合使用，构成本安防爆系统。
BARD-300
和热电阻配合使用，构成本安防爆系统。
? BARD-400
? 和两线制变送器、执行器配合使用，构成本安
防爆系统。
? 接线方式,
BARD-200 STED温度变送器
STED温度变送器 BARD-300
危险场所 安全场所
?
BARD-400
BARD-400
SDBT配电器
SLPC调节器
危险场所 安全场所
? (二 )BARD-200齐纳式安全保持器
? 1.构成
A
B 2
1
R2
R1
F2
F1
? 2.原理
? 信号传输电路
? A,R1,F1,1
? B,R2,F2,2
? 过压保护电路
? V1,V2,V3
? V4,V5,V6
三,隔离式安全保持器
(一 )用途
给二线制变送器供电,
把二线制变送器的输出电流 1:1地传送到调
节器。
(二 )方框图
调节器
整流滤波器
互感器
调制器
变送器 限能器 整流滤波器 多谐振荡器
24VDC
4～ 20m A
4～ 20m A
危险场所 安全场所
24VDC→多谐振荡器 → 8KHz方波 → 整流
滤波器 → 24VDC →限能器 →给二线制变送器提
供 24VDC
二线制变送器产生 4～ 20m ADC →限能器
→ 调制器 →8KHz方波 →电流互感器 →整流滤波
器 →4～ 20m ADC →调节器输出 4～ 20m ADC
能量角度,
24V电源 →DC/AC/DC的变换
过程,→向变送器隔离式供
电（变压器）
信号角度,
4～ 20m A信号 →DC/AC/DC
的变换过程,→向调节器隔
离式传输信号（变压器）
防止高能量（如大电流）从安全场所串入
危险场所
设置了大电压、大电流限能器，防止大电
压、大电流窜入危险场所引起爆炸或着火。
（三）特点
＜ 隔离 ＞＜ 限能 ＞
隔离 —— 将危险场所的仪表和安全场所的
仪表用 变压器实现电气隔离 。使危险场所和安
全场所之间只有磁的联系，没有电的联系。
防止变压器原副边击穿时，原边高压信号
窜入危险场所，破坏其安全火花性能。
限能 —— 利用 电压、电流限制电路,把可
能窜入危险场所的大电压大电流限制在安全定
额之内。
保证危险场所的安全。
（四） ISB-5262安全保持器
多谐振荡器 +调制式直流放大器 +限
能器
1.多谐振荡器
省略
2.调制式直流放大器
(1)作用
对 4～ 20 m ADC进行 DC/AC/DC转换传递。
（ 2）构成
调制器 +电流互感器 +整流滤波器
为了便于分析起见,
次要环节用方框图替代,
主要环节用电路图表示,
画出下面的电路图
T1
~~~~~~~~~~~
4~20mA DC
1~5V DC
V13 R7
C4 V15
C5 R8 V14
7
8
4
5 -
+
~~~~~~
C7
R9
C2 R4
V5~V8 ~~~
T2 ~~~~~~
R6
R5
V12 V11
R10
R11
V9 V
10
C3
~~~~~~~
限
能
器
输入
B
A +
-
4~20mA DC
T1的副边,V5～ V8、
R4,C2,R9,C7
T2的副边,V13,V14、
R7,C4,V15,C5、
R8
桥式整流
滤波电路
全波整流
滤波电路
给变送器
提供电源
方波变成
4~20mADC
T1的副边, V11,V12、
R6,V9,V10,C3、
R11,R10,R5,T2的
原边
调制器 4~20mADC 变成方波
（ 3）原理
24VDC →多谐振荡器 →8KHz的方波 →从 T1
原边耦合到副边,→V5～ V8的桥式全波整流 →脉
动信号 →R4C2阻容滤波 →UC7=24VDC
二线制变送器获得 24VDC电源之后就产生
了 4～ 20m ADC。
T1的副边方波的正半周为＋、－、＋、－，
因此 V11截止,V12导通。
I0经过,
C7＋ →限能器 →A＋ →B－ →限能器 →V9V10的
c,e→T2原边（下） →V12→ T1副边中心抽头
→R5→C7－
流经二线制变送器的电流
为下 +上－
流经 T2原边的电流为上 +下 －
T1的副边 方波的负半周 －,+,－、
+，因此 V11导通,V12截止。
I0经过,
C7＋ →限能器 →A＋ →B － →限能器
→V9V10的 c,e→T2原边（上） →V11→T1
副边中心抽头 →R5→C7－
流经二线制变送器的电流
为下 +上－
流经 T2原边的电流为上－ 下 +
结论,
无论 T1副边的方波相位如何变化，二线制
变送器流过的电流始终是一个方向。所以是
直流电流。
流经互感器 T2的电流却不是一个方向，一
会儿从中心抽头向下流动，一会儿从中心抽
头向上流动。所以是交变电流。
互感器 T2原边的交变电流耦合到副
边后，再经 V13, V14全波整流。 R7, C4
阻容滤波流经负载电阻时又变成 4～ 20m
ADC。
结论,
从信号的角度来看，在二线制变送器
为 DC，在 T2为 AC，在 RL上为 DC。
3.限制器
(1)作用
限制进入危险场所的大电压和大电流。
采取双工备用的措施
（ 2）过流保护
过
流
B－
A＋
V38 V39
V36
F3 V9
V37 R6
C8
V35
V34
V33
V32
V22～ V26
V20
V17
V21
V27～ V31
F2 C7
24V ＋ －
R15
22Ω
用于限制反向电压（即 AB电压接反）
安全场所
a.正常状态 Ii=4～ 20mA
24VDC经过 V21给 V17提供基极电流，使 V17
饱和导通，流经 V17的电流 Ii=4～ 20mA。 R15上
的最大压降 UR15=440mV，使 V20截止。流经 V17
的电流 =变送器的输入电流 Ii=4～ 20mA。
b.事故状态 Ii≥30mA
变送器出现故障，若 Ii≥30mA时,R15上的最
大压降 UR15 ≥660mV,V20变为导通。因此分流
了 V17的基极电流。使 V17由饱和区进入了放大区。
V17在放大区时,Ic17=βI b17,IC17=Ii随 Ib17的
变化而变化,Ii↑ → Ii × R15↑ → V20导通好 →
IC20↑ → Ib17↓ → IC17=Ii↓→负反馈过程,使 Ii得
到限制，不能过大。
(3)过压保护
a.正常状态 UC7=24V
正常状态，二线制变送器的供电电压 UC7=24V
b.事故状态 UC7≥30V
供电电压 UC7≥30V,V27～ V31在高压作用反
向击穿导通,V37也处于导通状态，使电压稳定
在某一个值上，限制 UC7的变化。
若 UC7再高，则 F2,F3熔断，把 UC7和现场
切断，防止大电压窜入危险场所。
(稳压管 V32和二极管 V33限制开路电
压，二极管 V38～ V39用于限制反向电压，
防止 UC7接反。 )
? 作业,
? 1.什么是安全火花和安全火花防爆系统？
? 2.在自动控制系统中，安全保持器处于
（ ）仪表和（ ）仪表之间，与变送器
配合使用的（ ）安全保持器；与执行器
配合使用的叫（ ）安全保持器。
? 3.ISB安全保持器采取哪些措施，使其具
有安全火花防爆性能？
? 4,ISB安全保持器的限制器如何实现过压
保护和过流保护？
? 一、安全防爆的基本知识
? 二、齐纳式安全保持器
? 三、输入式安全保持器
本节重点内容提示,
? 一,基本定义
? 爆炸性混合物、安全火花、本安型防爆
系统、非本安型防爆系统
? 二,基本原理
? 1.调制式直流放大器的工作原理
? （ 24V电源经过 DC/AC/DC的变换，向变
送器隔离式供电；
? 4~20mA电流经过 DC/AC/DC的变换，
向调节器隔离式传递信号）
? 2.过流保护的工作原理
一,安全防爆的基本知识
（一）概论
一个物体发生爆炸必须具备三个条件：
自燃物质
助燃物质
激发能量
这三个条件称为爆炸三要素。
自燃物质 +助燃物质 =爆炸性混合物
在化工生产的过程现场，经常含有
氢、甲烷、乙烷、苯、氨等易燃易爆的
气体 。
这些可燃性气体都是自燃物质，它
们和空气中的 助燃物质 —— 氧 和在一起
构成了爆炸性混合物。
爆炸性混合物都是危险的，其危险
程度是不一样的。
根据我国的标准，按照 最大不传爆
间隙、自燃温度、最小引爆电流 三项指
标对它们进行分级分组,
? 爆炸性混合物按 最大不传爆间隙 分为 4级
1级 最大不传爆间隙 >1.0mm
2级 0.6mm<最大不传爆间隙 ≤1.0mm
3级 0.4mm<最大不传爆间隙 ≤0.6mm
4级 最大不传爆间隙 ≤0.4mm
爆炸性混合物按 自燃温度 分为 5组
a组 自燃温度 >450℃
b组 300℃ <自燃温度 ≤450℃
c组 200℃ < 自燃温度 ≤300℃
d组 135℃ <自燃温度 ≤200℃
e组 100℃ <自燃温度 ≤135℃
爆炸性混合物按 最小引爆电流 分为三级
Ⅰ 最小引爆电流 >120m A
Ⅱ 70m A<最小引爆电流 ≤120m A
Ⅲ 最小引爆电流 ≤70m A
凡是含有爆炸性混合物的现场统称为危
险场所，我国规定的危险场所分为三类
第一类危险场所 用 Q表示
含有可燃性气体或蒸气的爆炸性混合物的危险
场所
第二类危险场所 用 G表示
含有可燃性粉尘或纤维爆炸性混合物的危险场
所
第三类危险场所 用 H表示
火灾危险场所
就第一类危险场所而言，根据危险程度不
同可分为三级
Q— 1级, 正常情况下,能形成爆炸性混合物
的现场
Q— 2级,正常情况下不能形成，仅在不正常
情况下 能形成爆炸性混合物的现场
Q— 3级,不正常情况下，仅在局部地区 能形
成爆炸性混合物的现场
在危险场所的自动化控制系统中使用的自
动化装置、电气设备等都必须考虑防爆问
题，防爆的电气设备有如下的分类标准
类别 型号
安全型 A
隔离型 B
充油型 C
通风充气型 F
安全火花（本质安全）
型
H
特殊型 T
? 经常使用的仪表一般都是防爆 隔离型 和防爆 安全
型
? 隔离型 —— 在外壳的内部发生爆炸时，不引起外
部爆炸性混合物爆炸的电气设备。
? 安全型 —— 在 正常 或 事故 状态下产生的火花都不
能引起爆炸性混合物爆炸的电气设备。
事故状态 —— 在电
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
正常状态 —— 在设
计规定条件下正常
工作（实验时，在
实验装置中产生短
路或断路视为正常）
（二）概念
1.安全火花 —— 其能量不足以引起周围爆炸性混合物
起火或爆炸的火花。
2.安全火花型仪表 —— 在正常或事故状态下产生的火
花均不能引起爆炸性混合物爆炸的仪表。
3.非安全火花型防爆系统 —— 通过“配电器”向现场
仪表供电和向控制室仪表传输信号的系统为非安全
火花型防爆系统。
4.安全火花型防爆系统 —— 通过“安全保持器”
向现场仪表供电和向控制室仪表传输信号的系
统为安全火花型防爆系统。 (现场仪表必须是
本安仪表 )
5.关联设备 —— 与安全火花型电路相联，并影响
其安全火花性能的有关设备。 （这里意指安装
在控制室，但又和现场仪表有联系）
变送器 配电器 配电器 调节阀 控制室仪表
调节阀 控制室仪表 安保器
电源箱
变送器 安保器
电源箱
现场 现场
220V～
220V～
? 隔爆型仪表和安全火花型仪表的符号标
记
B 3 d
按爆炸性混合物自燃温度来分为 d级
按爆炸性混合物传爆能力来分为 3级
隔爆型仪表
H Ⅲ e
按爆炸性混合物自燃温度来分为 e级
按爆炸性混合物最小引爆电流分为 Ⅲ 级
安全火花型仪表
? 二,齐纳式安全保持器
? (一 )用途
? 齐纳式安全保持器有三种规格
? BARD-200
? 和热电偶配合使用，构成本安防爆系统。
BARD-300
和热电阻配合使用，构成本安防爆系统。
? BARD-400
? 和两线制变送器、执行器配合使用，构成本安
防爆系统。
? 接线方式,
BARD-200 STED温度变送器
STED温度变送器 BARD-300
危险场所 安全场所
?
BARD-400
BARD-400
SDBT配电器
SLPC调节器
危险场所 安全场所
? (二 )BARD-200齐纳式安全保持器
? 1.构成
A
B 2
1
R2
R1
F2
F1
? 2.原理
? 信号传输电路
? A,R1,F1,1
? B,R2,F2,2
? 过压保护电路
? V1,V2,V3
? V4,V5,V6
三,隔离式安全保持器
(一 )用途
给二线制变送器供电,
把二线制变送器的输出电流 1:1地传送到调
节器。
(二 )方框图
调节器
整流滤波器
互感器
调制器
变送器 限能器 整流滤波器 多谐振荡器
24VDC
4～ 20m A
4～ 20m A
危险场所 安全场所
24VDC→多谐振荡器 → 8KHz方波 → 整流
滤波器 → 24VDC →限能器 →给二线制变送器提
供 24VDC
二线制变送器产生 4～ 20m ADC →限能器
→ 调制器 →8KHz方波 →电流互感器 →整流滤波
器 →4～ 20m ADC →调节器输出 4～ 20m ADC
能量角度,
24V电源 →DC/AC/DC的变换
过程,→向变送器隔离式供
电（变压器）
信号角度,
4～ 20m A信号 →DC/AC/DC
的变换过程,→向调节器隔
离式传输信号（变压器）
防止高能量（如大电流）从安全场所串入
危险场所
设置了大电压、大电流限能器，防止大电
压、大电流窜入危险场所引起爆炸或着火。
（三）特点
＜ 隔离 ＞＜ 限能 ＞
隔离 —— 将危险场所的仪表和安全场所的
仪表用 变压器实现电气隔离 。使危险场所和安
全场所之间只有磁的联系，没有电的联系。
防止变压器原副边击穿时，原边高压信号
窜入危险场所，破坏其安全火花性能。
限能 —— 利用 电压、电流限制电路,把可
能窜入危险场所的大电压大电流限制在安全定
额之内。
保证危险场所的安全。
（四） ISB-5262安全保持器
多谐振荡器 +调制式直流放大器 +限
能器
1.多谐振荡器
省略
2.调制式直流放大器
(1)作用
对 4～ 20 m ADC进行 DC/AC/DC转换传递。
（ 2）构成
调制器 +电流互感器 +整流滤波器
为了便于分析起见,
次要环节用方框图替代,
主要环节用电路图表示,
画出下面的电路图
T1
~~~~~~~~~~~
4~20mA DC
1~5V DC
V13 R7
C4 V15
C5 R8 V14
7
8
4
5 -
+
~~~~~~
C7
R9
C2 R4
V5~V8 ~~~
T2 ~~~~~~
R6
R5
V12 V11
R10
R11
V9 V
10
C3
~~~~~~~
限
能
器
输入
B
A +
-
4~20mA DC
T1的副边,V5～ V8、
R4,C2,R9,C7
T2的副边,V13,V14、
R7,C4,V15,C5、
R8
桥式整流
滤波电路
全波整流
滤波电路
给变送器
提供电源
方波变成
4~20mADC
T1的副边, V11,V12、
R6,V9,V10,C3、
R11,R10,R5,T2的
原边
调制器 4~20mADC 变成方波
（ 3）原理
24VDC →多谐振荡器 →8KHz的方波 →从 T1
原边耦合到副边,→V5～ V8的桥式全波整流 →脉
动信号 →R4C2阻容滤波 →UC7=24VDC
二线制变送器获得 24VDC电源之后就产生
了 4～ 20m ADC。
T1的副边方波的正半周为＋、－、＋、－，
因此 V11截止,V12导通。
I0经过,
C7＋ →限能器 →A＋ →B－ →限能器 →V9V10的
c,e→T2原边（下） →V12→ T1副边中心抽头
→R5→C7－
流经二线制变送器的电流
为下 +上－
流经 T2原边的电流为上 +下 －
T1的副边 方波的负半周 －,+,－、
+，因此 V11导通,V12截止。
I0经过,
C7＋ →限能器 →A＋ →B － →限能器
→V9V10的 c,e→T2原边（上） →V11→T1
副边中心抽头 →R5→C7－
流经二线制变送器的电流
为下 +上－
流经 T2原边的电流为上－ 下 +
结论,
无论 T1副边的方波相位如何变化，二线制
变送器流过的电流始终是一个方向。所以是
直流电流。
流经互感器 T2的电流却不是一个方向，一
会儿从中心抽头向下流动，一会儿从中心抽
头向上流动。所以是交变电流。
互感器 T2原边的交变电流耦合到副
边后，再经 V13, V14全波整流。 R7, C4
阻容滤波流经负载电阻时又变成 4～ 20m
ADC。
结论,
从信号的角度来看，在二线制变送器
为 DC，在 T2为 AC，在 RL上为 DC。
3.限制器
(1)作用
限制进入危险场所的大电压和大电流。
采取双工备用的措施
（ 2）过流保护
过
流
B－
A＋
V38 V39
V36
F3 V9
V37 R6
C8
V35
V34
V33
V32
V22～ V26
V20
V17
V21
V27～ V31
F2 C7
24V ＋ －
R15
22Ω
用于限制反向电压（即 AB电压接反）
安全场所
a.正常状态 Ii=4～ 20mA
24VDC经过 V21给 V17提供基极电流，使 V17
饱和导通，流经 V17的电流 Ii=4～ 20mA。 R15上
的最大压降 UR15=440mV，使 V20截止。流经 V17
的电流 =变送器的输入电流 Ii=4～ 20mA。
b.事故状态 Ii≥30mA
变送器出现故障，若 Ii≥30mA时,R15上的最
大压降 UR15 ≥660mV,V20变为导通。因此分流
了 V17的基极电流。使 V17由饱和区进入了放大区。
V17在放大区时,Ic17=βI b17,IC17=Ii随 Ib17的
变化而变化,Ii↑ → Ii × R15↑ → V20导通好 →
IC20↑ → Ib17↓ → IC17=Ii↓→负反馈过程,使 Ii得
到限制，不能过大。
(3)过压保护
a.正常状态 UC7=24V
正常状态，二线制变送器的供电电压 UC7=24V
b.事故状态 UC7≥30V
供电电压 UC7≥30V,V27～ V31在高压作用反
向击穿导通,V37也处于导通状态，使电压稳定
在某一个值上，限制 UC7的变化。
若 UC7再高，则 F2,F3熔断，把 UC7和现场
切断，防止大电压窜入危险场所。
(稳压管 V32和二极管 V33限制开路电
压，二极管 V38～ V39用于限制反向电压，
防止 UC7接反。 )
? 作业,
? 1.什么是安全火花和安全火花防爆系统？
? 2.在自动控制系统中，安全保持器处于
（ ）仪表和（ ）仪表之间，与变送器
配合使用的（ ）安全保持器；与执行器
配合使用的叫（ ）安全保持器。
? 3.ISB安全保持器采取哪些措施，使其具
有安全火花防爆性能？
? 4,ISB安全保持器的限制器如何实现过压
保护和过流保护？
