在石油化工、矿山开采、海洋平台等易燃易爆环境中，仪表设备的防爆设计是保障生产安全的核心环节。上海仪器仪表自控系统检验测试所(简称“上仪”)的显控仪表通过严格的Ex认*体系，结合本质安全型(Exi)、隔爆型(Exd)等防爆技术，实现了对爆炸风险的精准控制。本文将从防爆原理、Ex认*标准、技术实现路径三个维度，解析上仪显控仪表的防爆设计逻辑。

　　一、防爆设计的核心原理：切断爆炸三要素的连锁反应

　　爆炸的发生需同时满足三个条件：可燃性物质(气体、粉尘)、助燃剂(氧气)、点燃源(电火花、高温表面)。防爆技术的本质是通过物理或电气手段，切断其中至少一个要素的传递链条。上仪显控仪表主要采用以下两种原理：

　　1. 本质安全型(Exi)：限制能量至安全阈值

　　本质安全型通过低功率设计，将电路中的电压、电流、电容、电感等参数限制在极低水平，确保在正常工作或故障状态下(如短路、元件损坏)，产生的电火花能量或表面温度均低于可燃性物质的**引燃能量(MIE)。例如，针对氢气(ⅡC类气体)环境，电路功率需控制在1.3W以下，工作电流不超过100mA(Exia级)或150mA(Exib级)。

　　技术实现上，本质安全型仪表需配合安全栅使用。安全栅作为关联设备，位于安全区与非安全区之间，通过限压、限流、隔离等措施，将非安全区的能量输入限制在安全范围内。例如，齐纳式安全栅利用二极管的稳压特性限制电压，隔离式安全栅则通过变压器或光耦实现电气隔离。

　　2. 隔爆型(Exd)：构建物理隔离屏障

　　隔爆型通过高强度外壳承受内部爆炸压力，并利用精密的接合面设计(如螺纹精度、间隙宽度)阻止爆炸火焰传播至外部环境。其核心逻辑是“允许内部爆炸，但限制爆炸范围”。例如，外壳接合面的*大间隙需小于该环境可燃性气体的*大实验安全间隙(MESG)，确保爆炸火焰在穿透接合面时因能量耗散而熄灭。

　　隔爆型仪表的设计需严格遵循GB 3836.2标准，对外壳材料、厚度、接合面粗糙度等参数进行精细化控制。例如，铝合金外壳需通过抗爆试验，验*其在内部爆炸压力下的完整性;接合面需采用镀锌或镀镍处理，防止腐蚀导致间隙增大。

　　二、Ex认*体系：防爆设计的合规性基石

　　Ex认*是防爆设备进入市场的“通行*”，其核心标准包括国际IECEx体系、欧盟ATEX指令以及中国GB 3836系列标准。上仪显控仪表的Ex认*需通过以下关键环节：

　　1. 防爆型式与危险区域匹配

　　根据爆炸性环境的危险程度，区域划分为0区(连续存在爆炸性气体)、1区(可能存在)和2区(仅在异常情况下存在)。不同防爆型式对应不同的适用区域：

　　Exia本质安全型：**可用于0区的防爆技术，适用于传感器、变送器等低功率设备。

　　Exib本质安全型：可用于1区和2区，适用于控制回路中的信号传输设备。

　　Exd隔爆型：适用于1区和2区，常用于电机、灯具等高功率设备。

　　2. 设备保护级别(EPL)与气体分级分组

　　设备保护级别(Ga/Gb/Gc)定义了仪表在不同故障条件下的防爆能力。例如，Ga级(如Exia)要求在正常及双重故障状态下均不引燃爆炸性气体，而Gc级(如Exn无火花型)仅要求在正常状态下安全。

　　可燃性气体按*大试验安全间隙(MESG)和*小点燃电流比(MICR)分为ⅡA、ⅡB、ⅡC三级，其中ⅡC类(如氢气)的引燃风险**。仪表的防爆设计需确保其适用气体分组不低于环境气体分组。例如，用于氢气环境的仪表必须通过ⅡC认*。

　　3. 温度组别与表面温度控制

　　设备表面温度需低于环境可燃性气体的**引燃温度(AIT)。温度组别(T1-T6)定义了设备的**允许表面温度，例如T6组设备表面温度需低于85℃。上仪显控仪表通过优化电路设计、选用低发热元件等措施，确保温度组别与使用环境匹配。

　　三、技术实现路径：从电路设计到系统集成

　　上仪显控仪表的防爆设计需贯穿产品全生命周期，涵盖电路设计、外壳制造、系统集成等多个环节：

　　1. 本质安全型仪表的关键技术

　　低功耗电路设计：采用CMOS集成电路、低电压供电(如24V DC)等技术，降低电路能量水平。

　　安全栅集成：将安全栅功能集成至仪表内部(如本安型变送器)，或通过外部独立安全栅实现能量限制。

　　布线规范：本质安全电路与非本质安全电路需物理隔离，电缆需采用专用蓝色标识，并限制分布电容(Ci)和分布电感(Lc)，防止储能元件引发非本安能量释放。

　　2. 隔爆型仪表的关键技术

　　外壳抗爆设计：通过有限元分析(FEA)优化外壳结构，确保其在内部爆炸压力下不变形、不破裂。

　　接合面精密加工：采用数控机床加工接合面，控制间隙宽度在0.1-0.2mm范围内，并通过气密性试验验*密封性能。

　　防爆电缆引入装置：选用防爆格兰头或填料函，确保电缆引入部位无泄漏风险。

　　3. 系统级防爆集成

　　在复杂工业场景中，显控仪表需与DCS、PLC等控制系统协同工作。上仪通过以下措施保障系统级防爆安全：

　　本安回路认*：现场仪表、安全栅、连接电缆需通过整体防爆认*，确保回路参数匹配(如电压、电流、电容、电感)。

　　接地系统设计：本质安全型仪表需独立接地，接地电阻小于1Ω;隔爆型仪表需与工厂接地网可靠连接，接地电阻小于4Ω。

　　冗余设计：对关键控制回路采用双通道冗余设计，确保单一故障不导致系统失防。

　　上仪显控仪表的防爆设计以本质安全型和隔爆型为核心，通过严格的Ex认*体系，实现了对爆炸风险的主动防控。其技术逻辑不仅符合国际防爆标准，更通过低功耗电路、抗爆外壳、精密接合面等创新设计，为易燃易爆环境提供了高可靠性的自动化解决方案。未来，随着物联网、人工智能等技术的发展，防爆仪表将向智能化、集成化方向演进，但防爆设计的核心原理——切断爆炸三要素的连锁反应——将始终是保障工业安全的不变基石。