如何使用齐纳式安全栅？

齐纳式安全栅的工作原理如图4-3所示。

它利用在本安电路与非本安电路间串接的电阻限制进入本安电路的电流，利用齐纳二极管VS₁及VS₂限制进入本安电路的电压，并用快速熔断器FU保护齐纳二极管。

在正常工作时，安全栅端电压U_i小于齐纳二极管的击穿电压U_o，齐纳二极管不工作，电路电流数值由安装在危险侧的变送器决定，安全栅并不影响正常的工作电流值。在现场发生事故，如危险场所形成短路时，则用R限制过大电流进入危险场所。在安全栅端电压U_i高于齐纳二极管的击穿电压U_o时，齐纳二极管击穿，进入危险场所的电压将被限制在U_o值上。同时，安全侧电流急剧增大，使快速熔断器FU很快熔断，立即把可能造成事故的高压与危险现场隔断，也保护了齐纳二极管。

图4-3 齐纳式安全栅工作原理图

上述介绍的为简单齐纳式安全栅的结构及工作原理。它在使用过程中有两点不足。分别是：①固定的限流电阻其大小难以选择，选小了起不到很好的限流作用，选大了又影响仪表的恒流特性，理想的限流电阻应该是可变的，即电流在安全范围内其阻值要足够小，而当电流超出安全范围时其电阻要足够大。②接地不合理，通常一个信号回路只允许一点接地，若有两点以上接地会造成信号通过大地短路或形成干扰。

针对以上两点不足，对简单齐纳式安全栅作出了以下改进，改进后的齐纳式安全栅如图4-4所示。

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图4-4 改进型齐纳式安全栅原理图

做出的两点改进如下：

①用晶体管限流电路取代固定电阻。VT₃工作于零偏压，作为恒流源向VT₁提供足够的基极电流，保证信号在4～20mA范围内VT₁处于饱和状态。

②由VS₁～VS₄和FU₁～FU₂组成限压电路。背靠背的齐纳管中点接地，改直接接地为保护时接地。

其工作原理为：正常时VT₁饱和导通，此时V_R1=0.1～0.5V，VT₂不通；过电流时V_R1＞0.6V则VT₂导通，分流VT₃的电流，此时VT₁退饱和，V_ce1升高，呈现较高的电阻；过电压时VS₁～VS₄中至少有一个被击穿，限压并接地。在此，要求快速熔断丝熔断时间小于1ms。

齐纳式安全栅的优点是结构简单、尺寸小、准确度高、价格便宜、可靠、通用性高，而且防爆额定电压也可做得很高。但齐纳式安全栅对其主要构成元器件有很高要求。如对齐纳二极管的要求有：当反向电压超过其击穿电压U_o，但不超过其额定功率时，在反向电压除去或降压后应恢复其原有特性。快速熔断器FU在超过其额定电流时应迅速熔断，其熔断时间应不超过齐纳二极管过电流断路时间的1/1000。

我国已大量生产性能良好的齐纳式安全栅，如LB800系列齐纳式安全栅，可满足大多数过程控制的要求。