專利名稱：利用非接地能量限制柵的防爆裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及過程控制系統(tǒng)，更具體地說，涉及在無需常規(guī)的本 質(zhì)安全柵且無需正常情況下所要求的被防爆外殼完全包圍的情況下就可以 在危險環(huán)境下安全地實施的系統(tǒng)和設(shè)備。
背景技術(shù)：
在一些過程控制應(yīng)用中， 一些過程控制設(shè)備可以用在若這些過程控制設(shè) 備產(chǎn)生火花或火焰就會呈現(xiàn)巨大爆炸風險的危險環(huán)境中。為了在這種危險環(huán) 境中安全地操作和進行過程控制，已經(jīng)開發(fā)了用于防止爆炸的標準。兩種最 普遍接受的方法是通過為過程控制設(shè)備提供防爆外殼，或通過在連接到過程 控制設(shè)備的電路中提供本質(zhì)安全型能量限制，使得無論在正常操作期間還是 設(shè)備故障期間，設(shè)備都不會產(chǎn)生火花或火焰。
在防爆外殼標準中，設(shè)備外殼被配置為防止在外殼內(nèi)部爆炸或出現(xiàn)火花 的情況下火焰從外殼傳播。例如，外殼的壁可以被安全地密封，并且使電力 和通信線通過的外殼壁的開口被配置為防止火焰漏出外殼。為了防止火焰從 開口漏出，可以利用火焰-阻燃劑、防止火焰通過開口的施壓灌注材料來填 充或堵塞開口，或者可以將開口配置為提供縫隙，這些縫隙并不提供足夠的 使火焰從所述縫隙中逸出的空間。
在本質(zhì)安全操作標準中，過程控制設(shè)備操作時的電壓和/或電流被提供 為處于不足以在連接故障或設(shè)備的電路故障的情況下產(chǎn)生火花的電平。因
此，操作電壓可以被限制在用以防止產(chǎn)生火花的特定最大電壓。通過防止產(chǎn) 生火花，本質(zhì)安全型設(shè)備將不會在在正常操作中或出現(xiàn)故障的情況下導致火 災或爆炸。
盡管在以上描述的標準下操作的過程控制設(shè)備提供在危險環(huán)境下的必 需的火災和爆炸安全性，但是這些標準還創(chuàng)建了對在危險區(qū)域?qū)嵤┖瓦M行過 程控制的限制。防爆外殼要求非常嚴格，因此使得難以利用便利的過程控制
和監(jiān)視特征，例如，LCD顯示器、按鈕和開關(guān)等。這些特征無法在防爆外 殼的外部實施，因此以可利用這些特征的方式來配置防爆外殼是很困難和昂 貴的。本質(zhì)安全柵通常不需要防爆罩，但是購買和安裝這種柵是很昂貴的。 本質(zhì)安全柵通常需要接地以將可用于潛在故障的能量限制到接地能量。由于 可靠連接到地并不容易可行，這樣在很多實施中提供接地并不方便，而且提 供接地可能產(chǎn)生額外的費用。
另外，過程控制系統(tǒng)常規(guī)地利用根據(jù)這些方法中的一種方法或另 一種方 法指定和安裝的完全危險區(qū)域設(shè)備來安裝。也就是說，完全防爆或完全本質(zhì) 安全。這是為了避免由于各種方法所涉及的不同實踐所導致的維修人員間的 混淆。防爆方法不需要本質(zhì)安全柵及其相關(guān)的費用，而本質(zhì)安全方法不需要 沉重的外殼及其相關(guān)的訪問限制。因此，需要提供更易于訪問顯示器以及在 使用防爆方法安裝時對危險區(qū)域安全性的控制的能量受限益處。
在諸如以上描述的過程控制環(huán)境中，可以實施被配置為在過程控制環(huán)境 中出現(xiàn)緊急事件的情況下就停機的緊急停機(ESD)閥。通常，ESD閥很少 工作(只有在緊急狀況下)，并且在打開或不安全的地方可能會被固定。因
此，期望實施測試這種閥的操作以檢驗它們的狀態(tài)的方法。在很多當前實施 中，特別是在ESD閥利用防爆安全方法安裝在危險環(huán)境的情況下，無法容 易地訪問閥控制設(shè)備以手工控制或測試ESD閥。為了便于更容易地進行更 頻繁的閥測試以及閥操作的本地控制，期望實施滿足在危險環(huán)境中使用的要 求、并能利用防爆安裝方法來安裝的劃算的本地控制面板。
根據(jù)實施，可以通過各種源向包括ESD閥的設(shè)備供電。在一些安裝中， 可以通過諸如24伏DC電力輸入之類的典型電源來供電。在其它安裝中， 過程控制設(shè)備可以從過程控制網(wǎng)絡(luò)來接收電力，通過該過程控制網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備
還可以交換過程控制信息。例如，在4-20mA的網(wǎng)絡(luò)中，連接到設(shè)備的導線 可以向設(shè)備供應(yīng)DC直流電并傳達過程控制信號。在一些實施中，例如與 HART⑧協(xié)議相關(guān)的實施中，數(shù)字通信信號疊加在DC信號上以向設(shè)備提供 控制和診斷通信。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可認知到，在安裝中可能存在各種用 于過程控制設(shè)備的電源，因此需要本地過程控制面板來適應(yīng)不同的電源。進 一步，由于可以在危險環(huán)境中實施ESD闊，因此需要提供滿足在這種危險 環(huán)境中安裝的設(shè)備的設(shè)計標準的、更低成本且容易訪問的本地控制面板。

發(fā)明內(nèi)容
一種意在滿足防爆批準妻求的設(shè)備，被配置為具有被能量限制柵分開的 兩個隔室。所述設(shè)備的第一隔室容納承載能夠點火的能量的配線終端，并且 因此必須是防爆的。所述能量限制柵被配置為將可到達所述第二隔室的能量 限制到不能夠點火的水平。這樣允許所述第二隔室在無需滿足防爆要求的情 況下就是安全的，并且允許諸如開關(guān)和指示器之類的用戶接口元件以更劃算 的方式來設(shè)計。所述能量限制柵可以包括使用熔絲和齊納二極管的電力供應(yīng) 能量限制電路，該電力供應(yīng)能量限制電路被配置為在所述防爆外殼內(nèi)發(fā)生電 壓或電流浪涌時，確保所述能量限制柵的輸出維持在期望的低能量水平。所 述能量限制柵可以進一步包括二極管的外部連接能量限制柵，該外部連接能 量限制柵被配置為確保通過所述外部連接器有意或無意供應(yīng)的任何能量維 持在所述能量限制柵所提供的低能量輸出信號的電壓之內(nèi)。所述能量限制柵 并不意在用于限制所述設(shè)備的電路系統(tǒng)與外殼之間的電壓，而是限制所述電 路內(nèi)部任何兩點之間的電壓。所述第二外殼內(nèi)部的可靠空間的提供將防止所 述電路與外殼之間的能量釋放。
根據(jù)另一方面，用于ESD閥的本地控制面板被配置為從不同的電源接 收和使用電力。所述本地控制面板可以包括通信電路系統(tǒng)、開關(guān)和指示器、
以及被配置為在所述通信電路系統(tǒng)與所述ESD閥之間傳送信號的通信濾波
器。所述本地控制面板可以進一步包括多個電力轉(zhuǎn)換器，每個所述電力轉(zhuǎn)換 器被配置為接收電力輸入信號，并將所述電力輸入信號轉(zhuǎn)換為固定的電壓信 號，以供所述本地控制面板的部件使用。所述本地控制面板版還可以包括將 所述電力轉(zhuǎn)換器柵電路輸出端連接到所述通信電路系統(tǒng)的電力選擇開關(guān)，其 中所述電力選擇開關(guān)將所述電力轉(zhuǎn)換器柵電路之一的輸出端連接到所述本 地控制面板的部件。根據(jù)再一方面，所述電力轉(zhuǎn)換器可以布置在具有能量限 制柵的防爆外殼內(nèi)，而所述通信電路系統(tǒng)、開關(guān)和指示器以及通信濾波器可 以布置在非防爆外殼中，并且可以從所述防爆外殼的能量限制柵接收所述低
育b 量輸出信號。


圖1是包含能量限制柵并連接到非防爆外殼的防爆外殼的示例性示意
圖2是用于緊急停機閥的雙電源本地控制面板的實施例的示意性框圖； 圖3是利用圖1的防爆外殼在危險環(huán)境中實施的圖2的本地控制面板的
實施的示例性框圖；和
圖4是包含符合"增強安全性"標準的能量限制柵的非防爆外殼的示意
性框圖。
具體實施例方式
雖然以下文本提出發(fā)明的若干不同實施例的詳細描述，但是應(yīng)當理解的 是，發(fā)明的合法范圍由本專利結(jié)尾處所提出的權(quán)利要求的文字來限定。該詳 細描述應(yīng)當被解釋為僅僅是示例性的，并且由于描述本發(fā)明每一種可能的實 施例如果有可能的話，也是不實際的，因此并沒有描述每一種可能的實施例。 可以利用當前技術(shù)或者利用該專利6々申請日之后開發(fā)的技術(shù)來實施若干的 作為替代的實施例，這些作為替代的實施例仍然落入限定本發(fā)明的權(quán)利要求
的范圍之內(nèi)。
也應(yīng)當理解，除非在本專利中利用語句"如這里所使用的，術(shù)語'—， 在這里被限定為意味著…"或相似的語句來確切地限定術(shù)語，無論是確切地 還是隱含地，不存在將該術(shù)語的意思限制到它的簡單或 一般意思之外的意 圖，并且這種術(shù)語不應(yīng)當基于在本專利的(除了權(quán)利要求的語言之外的)任 何部分做出的任何陳述而被解釋為在范圍上是限制性的。在該專利結(jié)尾處的 權(quán)利要求中列舉的任何術(shù)語在本專利中以符合單一意思的方式來被引用，就 這一方面而言，這樣做僅僅是為了清楚以便使讀者不誤解，并且并不意在將 這種權(quán)利要求術(shù)語通過隱含或以其它方式限制在該單一的意思。最后，除非 一權(quán)利要求元素是通過列舉單詞"意味著"和功能而不列舉任何結(jié)構(gòu)來限定
的，否則并不意在基于美國法典35章112條第六段的應(yīng)用來解釋任何權(quán)利 要求元素的范圍。
圖1示出具有內(nèi)部能量限制柵102的防爆外殼100的實施例，該能量限 制柵102被配置為提供低能量輸出，以便不需要考慮連接到輸出的接口設(shè) 備，例如液晶顯示器(LCD)、按鈕和開關(guān)是否能夠點火(即在過程環(huán)境中 提供著火源)。通常，在示出的實施例中，防爆外殼100和能量限制柵102 被配置為確保諸如5伏之類的最大電壓輸出到具有諸如3伏之類的額定工作 電壓的電力供應(yīng)線上。其它外部連接，例如通過外部連接線136連接到儀器 的連接，在非防爆外殼104內(nèi)也被柵102限制在不能點火的電壓。然而，本 領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，外殼100的組件和能量限制柵102可以被配置為 針對特定實施所期望和/或必需的來提供特定最大輸出電壓。
防爆外殼例如，在常規(guī)的4-20mA電流環(huán)路中經(jīng)由承載電流供應(yīng)的兩條 導線106、 108從諸如分布式控制系統(tǒng)之類的系統(tǒng)接收電力，其中第一導線 106供應(yīng)電流，而第二導線108提供可能內(nèi)部連接到儀器地線的返回通路。 包括兩條導線106和108的電流環(huán)路可以，例如還與諸如4-20mA通信網(wǎng)絡(luò) 之類的通信環(huán)路相關(guān)聯(lián)。按照可用的安全標準，導線106、 108通常通過防 爆管道進入防爆外殼100。導線106、 108通過用以將工作電壓降低到輸入
至能量限制柵102的期望電平的DC-DC轉(zhuǎn)換器110被饋電。
在轉(zhuǎn)換器110的輸出端處，導線106、 108可以連接到能量限制柵102 的電源電路112，該能量限制柵102被配置為確保從防爆外殼IOO到非防爆 外殼104輸出的電壓不會超過預定的最大輸出電壓。相應(yīng)地，轉(zhuǎn)換器IIO的 輸出供應(yīng)諸如3伏之類的額定工作電壓，并且被齊納二極管118和120箝位 到電壓的最大值，例如5.1伏。更具體地說，電源電路112可以包括沿導線 106、 108的熔絲114、 116,并且可以進一步包括連接在導線106、 108之間 的冗余并聯(lián)齊納二極管118、 120。熔絲114、 116和齊納二極管118、 120 被配置為防止任何大于穩(wěn)壓電壓的差分電壓傳送到非防爆外殼104中的部 件。特別地，選擇具有合適的電流和電壓標稱值的熔絲114、 116，以便確 保齊納二極管118、 120防止任何過高電壓輸出(例如高于它們的標稱箝位 電壓)到達非防爆外殼104。
此外，齊納二極管118、 120可以具有諸如5.1伏之類的擊穿電壓，使 得二極管118、 120將在導線106和108之間傳導必要的電流，以維持導線 160、 108之間的擊穿電壓和最大電壓降。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以進一步 認知到，如圖所示，電源電^各112可以進一步包括沿導線106、 108中的一 條或兩條的電阻器122A、 124A和/或122B、 124B,以限制從能量限制柵到 非防爆外殼104中的部件的電流。在電源電路112的出口處，電壓源線126 和具有特定電壓降的儀器接地線128通過防爆外殼IOO的外壁，并分別經(jīng)由 防爆符合連接器130、 132連接到非防爆外殼104。
為了提供系統(tǒng)的其它部件和外殼100、 104的部件之間的外部連接，能 量限制柵102可以進一步包括一個或多個外部連接電路134，該外部連接電 路134被配置為將外部連接器的電壓維持在能量限制柵102的規(guī)定限制之 內(nèi)。例如，非防爆外殼104中的設(shè)備可以連接到遠程變換器設(shè)備、開關(guān)或過 程控制系統(tǒng)的其它設(shè)備。在本實施例中，外部連接線136利用所有的符合防 爆標準的連接器，例如防爆外殼IOO和非防爆外殼104之間的連接器138, 通過防爆外殼100并進入非防爆外殼104。外部連接線13通過第一冗余并
聯(lián)二極管對140、 142連接到高電力線126,并通過第二冗余并聯(lián)二極管對 144、 146連接到儀器接地線128。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以認知到，這些二 極管對140-146確保外部連接線126上的電壓維持在能量限制柵102的電源 電路112的輸出端的電壓限制之內(nèi)。該電路用于維持非防爆外殼的電路中的 任意兩點之間的不能點火電壓。重要的是，這種箝位并不控制任一外殼中任 何電路系統(tǒng)上的共模電壓。如果防爆外殼100具有多個外部連接器，則將為 每個外部連接器提供外部連接電路134。
利用本實施例的防爆外殼100和能量限制柵102,有可能還試圖在危險 環(huán)境下的防爆外殼100中放置能夠點火的部件，并且仍然在鄰接的非防爆外 殼104中提供低電力用戶接口部件。如所示和所述的，能夠點火的部件被安 全地容納，以便防爆外殼100內(nèi)的火焰或爆炸不會逸到周圍的環(huán)境，并且無 需艱難和昂貴地配置防爆外殼100的代價就可以安裝非易燃部件，使得用戶 接口設(shè)備可由危險環(huán)境中的操作者訪問，從而便于在危險環(huán)境中進行本地監(jiān) 一見、測試和控制。
如先前所描述的，可以期望在危險環(huán)境中安裝諸如LCD、按鈕和開關(guān) 之類的設(shè)備，而無需復雜和昂貴地安裝被配置為使用這些設(shè)備的防爆外殼為 代價。事實上，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解的是，在特定環(huán)境下這樣的安裝可 能根本是不可能的。因此，如上所述，防爆外殼100和能量限制柵102提供 一種無需定制配置防爆外殼就在危險環(huán)境中，即在諸如圖1的外殼104之類 的非防爆外殼中安全地安裝這些設(shè)備的機制。防爆外殼100和能量限制柵 102的實施的一個示例是在位于危險環(huán)境中的ESD閥處安裝本地控制面板。 在很多典型安裝中，ESD閥被安裝而沒有本地控制或監(jiān)視，而是在遠程用戶 接口處被監(jiān)視。然而，可以期望的是，能夠在ESD閥本身處對這些閥進行 控制、監(jiān)視和測試。為了操作、監(jiān)視和控制ESD閥，本地控制面板需要將 電源和通信鏈路連接到ESD閥，以交換控制信號。
參見圖2，圖2示出雙電源本地控制面板200的實施例的功能框圖。本 地控制面板200可以包括通信電路系統(tǒng)202、開關(guān)和指示器204以及通信濾
波器206。通信電路系統(tǒng)202可以包括處理和存^f渚能力，以控制本地控制面 板200的操作來進行必需或期望的監(jiān)視或測試功能。因此，通信電路系統(tǒng) 202可以包括合適的處理器、存儲器設(shè)備以及與本地控制面板200的其它部 件通信所必需的接口或1/0模塊。開關(guān)和指示器204可以包括本地控制面板 200處的操作者監(jiān)—見ESD閥的操作和對ESD閥進行測試或手工操作所必需 的輸入和輸出設(shè)備。
在一個實施例中，開關(guān)和指示器204可以包括獨立開關(guān)，用于手工解 扣ESD閥、用于重置ESD閥和用于啟動ESD設(shè)備的部分沖程測試；以及例 如LCD顯示器或LED顯示器的獨立狀態(tài)指示器，對應(yīng)于開關(guān)并向用戶提供 各開關(guān)狀態(tài)的可視指示或提供其它信息。開關(guān)以可操作的方式連接到通信電 路系統(tǒng)202 ，使得通信電路系統(tǒng)202檢測開關(guān)的開動，并產(chǎn)生待執(zhí)行的相應(yīng) 功能，而指示器以可操作的方式連接到開關(guān)和/或通信電路系統(tǒng)202，使得指 示器以合適的方式被點亮，以指示開關(guān)和ESD閥的狀態(tài)。通信濾波器206 以可操作的方式連接在通信電路系統(tǒng)202和ESD閥之間，并且被配置為便 于控制面板200和ESD閥之間的通信。在一個實施例中，通信濾波器206 #皮配置為經(jīng)由半雙工串4亍比特流與ESD閥通信。
如先前所描述的，本地控制面板200還需要電源來操作與該本地控制面 板200相關(guān)聯(lián)的部件。在示出的實施例中，本地控制面板200被配置為使得 控制面板200可以由至少兩個交替電力供應(yīng)中的任一個來供電。根據(jù)ESD 閥處的電力供應(yīng)的實施和可用性，控制面板200可以由24伏DC電力供應(yīng) 供電，或者由用來控制ESD閥的控制環(huán)路供電。例如，系統(tǒng)可以使用承載 在導線對上并具有DC基電流的4-20mA控制信號以及在某些情況下疊加在 基電流上的諸如HART⑧的數(shù)字通信信號。因此，設(shè)備可以由控制信號的DC 基電流供電，而非每個接收4-20mA控制信號的設(shè)備都具有獨立的電源連接 器，包括本地控制面板200也是如此。
由于任一電力輸入均可用，因此本地控制面板200可以包括一皮配置為接 收24伏DC電力輸入的DC-DC電力轉(zhuǎn)換器208以及被配置為接收4-20mA
信號的環(huán)路電力轉(zhuǎn)換器210。轉(zhuǎn)換器208、 210被配置為將相應(yīng)的輸入信號 轉(zhuǎn)換為適合于向本地控制面板200的部件供電的固定電壓信號，并且這是本 領(lǐng)域所公知的。為了向控制面板200的控制電路系統(tǒng)和其它部件提供可用的 電力信號，本地控制面板200進一步包括從轉(zhuǎn)換器208和210接收輸出并具 有連接通信電路系統(tǒng)202的輸出端的電力選擇開關(guān)212。電力選擇開關(guān)212 向本地控制面板200的通信電路系統(tǒng)202和其它部件提供電力輸入中的 一個 可用電力輸入。
按照所述配置，雙電力供應(yīng)本地控制面板200可以在不同的過程控制系 統(tǒng)中實施，并且可以利用可用的電力輸入，而不用以必需和昂貴地提供一種 在系統(tǒng)或系統(tǒng)的一部分中不容易可行的電力輸入為代價。因此，在從控制信 號為設(shè)備供電的實施中，可以利用微量的現(xiàn)場布線安裝本地控制面板200, 而無需安裝特定電力輸入。此外，由于本地控制面板200的所有部件都通過 電力選擇開關(guān)212的輸出供電，因此只需要單個導線對來向所有的本地控制 面板200部件才是供電力。
圖3示出與具有能量限制柵102的防爆外殼IOO相結(jié)合的、在危險環(huán)境 中本地控制面才反200的實施。在該實施例中，由于必需確保危險環(huán)境中的本 地控制面板的安全操作，因此本地控制面板200的部件可以劃分在防爆外殼 IOO和非防爆外殼104之間。因此，通信電if各系統(tǒng)202、開關(guān)和指示器204、 通信濾波器206以及電力選擇開關(guān)212可以布置在非防爆外殼104內(nèi)，并被 配置為在能量限制柵102的電源電路112所提供的3伏DC額定輸入電壓下 工作，而電力轉(zhuǎn)換器208和210可以布置在防爆外殼100內(nèi)。
在非防爆外殼104內(nèi)，電力線126、 128分別經(jīng)由防爆符合連接器130、 132進入，并且連接到電力選擇開關(guān)212。所選擇的電源通過電力選擇開關(guān) 212連接到通信電路系統(tǒng)202、開關(guān)和指示器204以及通信濾波器206,以 提供必要的電力來操作部件。
在本地控制面板200的部件工作為監(jiān)視ESD閥時，通信電路系統(tǒng)202 經(jīng)由通信濾波器206來與ESD閥通信。通信濾波器206經(jīng)由獨立防爆符合
連接器138和獨立外部連接能量電路134而通過防爆外殼100連接到ESD 閥。此外，ESD閥還經(jīng)由防爆符合連接器連接到防爆外殼100,并且與通信 濾波器206相對應(yīng)的外部連接能量電路134也布置在位于電力環(huán)路和熔絲之 間的由虛線139指明的必要內(nèi)部分隔區(qū)或空間。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，防爆外殼100和本地控制面板200的其它配置 有可能提供對危險環(huán)境中的本地控制面板200的安全實施。例如，電力轉(zhuǎn)換 器208可以被配置為提供對該電源的可靠隔離，使得通過該通路提供的能量 不能與從環(huán)路連接提供的能量組合。技術(shù)人員可以進一步認知到，在不脫離 發(fā)明的精神和范圍的情況下，也可以預料到防爆外殼100和本地控制面板 200的另外替換配置。
圖4中描繪了實施這里所公開的原理的另一替換配置。在該實施例中， 沒有防爆罩，但是整個危險區(qū)域的批準基于"增強安全性"標準，或者被本 領(lǐng)域技術(shù)人員稱為"Ex e."。該實施例中的罩只需要與環(huán)境密封，不需要防 爆。也就是說，在Exe區(qū)300內(nèi)的配線終端點處要求有特定空間(分隔區(qū))。 任何能夠點火的電路系統(tǒng)完全以被封裝的方式放置在Exm區(qū)302內(nèi)，諸如 按鈕和開關(guān)之類的切換元件位于沒有能夠點火的能量的Exib區(qū)304中。使 用該實施例中的能量限制柵允許使用比它們的防爆對應(yīng)物便宜得多且更小 的普通切換元件。該實施例不需要分開的罩和防爆饋電通路。然而，設(shè)備的 安全性是利用與其它實施例非常相似的整體能量限制方法來實現(xiàn)的，并提供 相似的低成本利益，且在危險環(huán)境中更易于操縱指示器和開關(guān)。
通過實施具有防爆外殼100和能量限制4冊102的本地控制面板200,有 可能在安裝ESD閥的危險環(huán)境中將本地控制面板200的高電力部件(轉(zhuǎn)換 器208、 210)放入防爆外殼100中，而仍然在鄰接的非防爆外殼104中提 供低電力用戶接口部件(通信電路系統(tǒng)202、開關(guān)和指示器204、通信濾波 器206和電力選擇開關(guān)212)。如以上所描述的，可以安全地容納高電力部 件并且安裝低電力部件，而無需定制的防爆外殼，從而便于對危險環(huán)境中的 ESD閥進行本地監(jiān)^L、測試和控制。
雖然已經(jīng)參照意在僅作為示例性而非發(fā)明的限制的特定示例描述了發(fā) 明，不過，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，顯而易見的是，可以在不脫離發(fā) 明的精神和范圍的情況下，對所公開的實施例做出修改、增加或刪除。
權(quán)利要求
1.一種防爆裝置，包括:防爆外殼；防爆符合輸入連接器，被布置為通過所述防爆外殼來承接將所述防爆裝置連接到外部電源的導線；防爆符合輸出連接器，被布置為通過所述防爆外殼，并具有電壓源線；電壓轉(zhuǎn)換器，被布置在所述防爆外殼內(nèi)，具有連接到所述防爆符合輸入連接器的轉(zhuǎn)換器輸入端，并具有轉(zhuǎn)換器輸出端，其中所述電壓轉(zhuǎn)換器將來自所述外部電源的電壓轉(zhuǎn)換為小于或等于預定最大輸出電壓的轉(zhuǎn)換器輸出電壓；和能量限制柵，被布置在所述防爆外殼內(nèi)，并具有以可操作的方式連接到所述轉(zhuǎn)換器輸出端的柵輸入端和以可操作的方式連接到所述電壓源線的柵輸出端，所述能量限制柵包括將所述電壓源線處的輸出電壓限制為小于或等于所述最大輸出電壓的限制電路。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的防爆裝置，其中所述限制電路包括電壓限制器件， 該電壓限制器件布置在所述轉(zhuǎn)換器輸出端和^^用線之間，在所述轉(zhuǎn)換器輸出電 壓超過所述最大輸出電壓時，所述電壓限制器件將所述轉(zhuǎn)換器輸出端連接到所 述公用線。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的防爆裝置，其中所述電壓限制器件包括二極管。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的防爆裝置，其中所述電壓限制器件包括冗余二極管。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的防爆裝置，其中所述電壓限制器件包括齊納二極官。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的防爆裝置，其中所述電壓限制器件包括冗余齊納 二極管。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的防爆裝置，其中所述限制電路包括與所述轉(zhuǎn)換器 輸出端相連接的電流限制器件，其中所述電流限制器件在來自所述轉(zhuǎn)換器輸出 端的電流超過預定最大輸出電流時以形成開路的方式工作。
8 、根據(jù)權(quán)利要求7所述的防爆裝置，其中所述電流限制器件包括熔絲。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的防爆裝置，包括 另一防爆符合輸入連接器，被布置為通過所述防爆外殼； 另一防爆符合輸出連接器，被布置為通過所述防爆外殼；和連接線，在所述另一防爆符合輸入連接器與所述另一防爆符合輸出連接器 之間延伸，其中所述能量限制柵包括另一限制電路，該另一限制電路以可操作的方式 連接到所述連接線并被配置為將所述連接線的電壓限制為小于或等于所述最大 專命出電壓。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的防爆裝置，其中所述另一限制電路將所述連接 線連接到所述柵輸出端，以使所述連接線的電壓不超過所述柵輸出端處的輸出 電壓。
11、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的防爆裝置，其中所述另一限制電路包括將所述 連接線連接到所述柵輸出端的二極管。
12、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的防爆裝置，其中所述另一限制電路將所述連接 線連接到公用線，以使所述連接線的電壓不降到所述公用線上的電壓以下。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的防爆裝置，其中所述另一限制電路包括將所述 連接線連接到所述公用線的二極管。
14、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的防爆裝置，包括非防爆外殼，該非防爆外殼承 接來自所述防爆外殼的所述電壓源線，并將電儀器布置在其中且使該電儀器以 可操作的方式連接到所述電壓源線。
15、 一種在沒有本質(zhì)安全柵且沒有被防爆外殼完全包圍的情況下在危險環(huán) 境中操作系統(tǒng)和設(shè)備的方法，包括在防爆外殼內(nèi)通過第 一防爆符合輸入連接器從外部電源接收輸入電力信，.在所述防爆外殼內(nèi)將所述輸入電力信號的電壓轉(zhuǎn)換為小于或等于預定最大 輸出電壓的轉(zhuǎn)換后的輸出電壓；在所述轉(zhuǎn)換后的輸出電壓大于所述最大輸出電壓時，將所述轉(zhuǎn)換后的輸出電壓限制為小于所述最大輸出電壓；以及通過所述防爆外殼的防爆符合輸出連接器從所述防爆外殼輸出已受限的轉(zhuǎn) 換后輸出電壓。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中限制所述轉(zhuǎn)換后的輸出電壓包括在 所述轉(zhuǎn)換后的輸出電壓超過所述最大輸出電壓時，通過電路將所述轉(zhuǎn)換后的輸 出電壓連接到公用線。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中通過電路將所述轉(zhuǎn)換后的輸出電壓 連接到公用線包括通過二極管將所述轉(zhuǎn)換后的輸出電壓連接到所述公用線。
18、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中通過電路將所述轉(zhuǎn)換后的輸出電壓 連接到公用線包括通過冗余二極管將所述轉(zhuǎn)換后的輸出電壓連接到所述公用 線。
19、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中通過電路將所述轉(zhuǎn)換后的輸出電壓 連接到公用線包括通過齊納二極管將所述轉(zhuǎn)換后的輸出電壓連接到所述公用線。
20、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中通過電路將所述轉(zhuǎn)換后的輸出電壓 連接到公用線包括通過冗余齊納二極管將所述轉(zhuǎn)換后的輸出電壓連接到所述公 用線。
21、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，包括在與所述轉(zhuǎn)換后的輸出電壓相關(guān)聯(lián) 的電流超過預定最大輸出電流時，防止所述轉(zhuǎn)換后的輸出電壓到達所述防爆符 合輸出連接器。
22、 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述在與所述轉(zhuǎn)換后的輸出電壓相 關(guān)聯(lián)的電流超過預定最大輸出電流時防止所述轉(zhuǎn)換后的輸出電壓到達所述防爆 符合輸出連接器的步驟包括在與所述轉(zhuǎn)換后的輸出電壓相關(guān)聯(lián)的電流超過所 述預定最大電流時形成開路。
23、 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中形成開路包括使用熔絲以形成開路。
24、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述防爆外殼包括另一防爆符合輸 入連接器、另 一防爆符合輸出連接器以及在所述另 一防爆符合輸入連接器與所 述另一防爆符合輸出連接器之間延伸的連接線，所述方法進一步包括將所述連 接線上的電壓限制為小于或等于所述最大輸出電壓。
25、 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中限制所述連接線上的電壓包括將所 述連接線連接到所述轉(zhuǎn)換后的輸出電壓，以使所述連接線的電壓不超過所述轉(zhuǎn) 換后的輸出電壓。
26、 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中將所述連接線連接到所述轉(zhuǎn)換后的 輸出電壓包括通過二極管將所述連接線連接到所述轉(zhuǎn)換后的輸出電壓。
27、 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，包括以可操作的方式將所述連接線連接 到公用線，以使所述連接線的電壓不降到接地電壓以下。
28、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中以可操作的方式將所述連接線連接 到公用線包括通過二極管將所述連接線連接到所述公用線。
29、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，包括將來自所述防爆外殼的所述輸出連 接器連接到非防爆外殼，以使布置在所述非防爆外殼內(nèi)的電儀器以可操作的方 式連接到所述輸出連接器。
30、 一種用于位于危險環(huán)境中的過程控制設(shè)備的本地控制面板，包括 防爆外殼；防爆符合輸入連接器，被布置為通過所述防爆外殼來承接將所述本地控制 面板連接到外部電源的導線；防爆符合輸出連接器，被布置為通過所述防爆外殼，并具有電壓源線；非防爆外殼；輸入設(shè)備，被布置在所述非防爆外殼內(nèi)，并被配置為從用戶接收輸入； 通信電路系統(tǒng)，被布置在所述外殼內(nèi)，并以可操作的方式連接到所述輸入 設(shè)備，所述通信電路系統(tǒng)被配置為檢測在所述輸入設(shè)備處從用戶接收的輸入， 并響應(yīng)于檢測到在所述輸入設(shè)備處來自用戶的輸入而控制待由所述本地控制面 板控制的過程控制設(shè)備的操作，其中所述電壓輸出線延伸通過所述非防爆外殼的外壁，并且以可操作的方式連接到所述通信電路系統(tǒng)和所述輸入設(shè)備；連接線，以可操作方式連接到所述通信電路系統(tǒng)，并被配置為連接到待由所述本地控制面板控制的過程控制設(shè)備，所述連接線延伸通過所述非防爆外殼； 和電路系統(tǒng)，被布置在所述防爆外殼內(nèi)，將來自所述來自外部電源的電壓轉(zhuǎn) 換為小于或等于預定最大輸出電壓的轉(zhuǎn)換器輸出電壓，在所述電壓源線上輸出 所述轉(zhuǎn)換器電壓，并將所述電壓源線處的輸出電壓限制為小于或等于所述最大 專餘出電壓。
31、 根據(jù)權(quán)利要求30所述的本地控制面板，其中裝在所述防爆外殼內(nèi)的所 述電路系統(tǒng)包括電壓轉(zhuǎn)換器，具有連接到所述防爆符合輸入連接器的轉(zhuǎn)換器輸入端，并具或等于所述最大輸出電壓的轉(zhuǎn)換器輸出電壓；和能量限制柵，以可操作的方式連接到所述轉(zhuǎn)換器輸出端，并且柵輸出端以 可操作的方式連接到所述電壓源線，所述能量限制柵包括將所述電壓源線處的 輸出電壓限制為小于或等于所述最大輸出電壓的限制電路。
32、 根據(jù)權(quán)利要求31所述的本地控制面板，其中所述限制電路包括電壓限 制器件，該電壓限制器件布置在所述轉(zhuǎn)換器輸出端和公用線之間，在轉(zhuǎn)換器輸 出電壓超過所述最大輸出電壓時，所述電壓限制器件將所述轉(zhuǎn)換器輸出端連接 到所述公用線。
33、 根據(jù)權(quán)利要求31所述的本地控制面板，其中所述限制電路包括與所述 轉(zhuǎn)換器輸出端相連接的電流限制器件，其中所述電流限制器件在來自所述轉(zhuǎn)換 器的電流超過預定最大輸出電流時以形成開路的方式工作。
34、 根據(jù)權(quán)利要求31所述的本地控制面板，其中所述防爆外殼包括另一防 爆符合輸入連接器和另 一防爆符合輸出連接器，其中所述連接線在所述另 一防 爆符合輸入連接器與所述另一防爆符合輸出連接器之間延伸，所述防爆外殼內(nèi) 的所述電路系統(tǒng)包括另一限制電路，該另一限制電路以可操作的方式連接到所 述連接線并被配置為將所述連接線的電壓限制為小于或等于所述最大輸出電壓。
35、 根據(jù)權(quán)利要求34所述的本地控制面板，其中所述另一限制電路將所述連接線連接到所述柵輸出端，以使所述連接線的電壓不超過所述柵輸出端處的 專命出電壓。
36、 根據(jù)權(quán)利要求34所述的本地控制面板，其中所述另一限制電路將所述 連接線連接到公用線，以使所述連接線的電壓不降到所述公用線上的電壓以下。
37、 根據(jù)權(quán)利要求31所述的本地控制面板，包括以可操作的方式連接到所 述通信電路系統(tǒng)的輸出設(shè)備，其中所述通信電路系統(tǒng)被配置為使所述輸出設(shè)備 輸出待由所述本地控制面板控制的過程控制設(shè)備的狀態(tài)的可視指示。
38、 根據(jù)權(quán)利要求30所述的本地控制面板，包括另 一防爆符合輸入連接器，被布置為通過所述防爆外殼來承接將所述本地 控制面板連接到另 一外部電源的導線；另一防爆符合輸出連接器，被布置為通過所述防爆外殼，并具有另一電壓 源線；另一電路系統(tǒng)，被布置在所述防爆外殼內(nèi)，將來自所述另一外部電源的電 壓轉(zhuǎn)換為小于或等于所述最大輸出電壓的另一轉(zhuǎn)換器輸出電壓，在所述另一電 壓源線上輸出所述另一轉(zhuǎn)換器輸出電壓，并將所述另一電壓源線處的輸出電壓 限制為小于或等于所述最大輸出電壓；和開關(guān)，被布置在所述非防爆外殼內(nèi)，并且以可操作的方式連接到所述電壓 源線、所述通信電路系統(tǒng)和所述輸入設(shè)備，其中所述開關(guān)以可操作的方式交替 地將所述電壓源線中的 一條電壓源線連接到所述通信電路系統(tǒng)和所述輸入設(shè) 備。
39、 根據(jù)權(quán)利要求30所述的本地控制面板，其中所述通信電路系統(tǒng)被配置 為響應(yīng)于檢測到所述輸入設(shè)備處的輸入而控制緊急停機閥的運行。
全文摘要
一種意在滿足防爆批準要求的設(shè)備，被配置為具有被能量限制柵分開的兩個隔室。所述設(shè)備的第一隔室容納承載能夠點火能量的配線終端，并且因此必須是防爆的。所述能量限制柵被配置為將可到達所述第二隔室的能量限制到不能夠點火的水平。這樣允許所述第二隔室在無需滿足防爆要求的情況下就是安全的，并且允許諸如開關(guān)和指示器之類的用戶接口元件以更劃算的方式來設(shè)計。
文檔編號H02H9/00GK101375480SQ200780003432
公開日2009年2月25日 申請日期2007年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月24日
發(fā)明者克萊德·托馬斯·艾森拜斯, 吉米·L·斯諾伯格, 斯蒂芬·G·斯爾伯格, 羅納德·L·烏倫貝格, 里亞茲·M·阿里 申請人:費希爾控制產(chǎn)品國際有限公司