在易燃易爆环境下安全“触控”：本质安全型触摸屏的认证之道
在石油、化工、制药等行业的控制室边缘或现场，操作员需要与控制系统进行交互。本质安全型（简称“本安型”， Ex i）触摸屏，作为唯一可用于爆炸性气体环境0区（连续存在危险气体）的人机交互设备，其安全性要求极高。其认证不仅关注屏体本身，更涵盖整个信号回路的安全。本文将深入剖析本安触摸屏防爆合格证的技术核心。
本安型防爆的核心原理
本质安全是一种通过限制电路中的电能（电压、电流）来防止产生足以引燃爆炸性混合物的火花或热效应的保护技术。对于触摸屏而言，这意味着：
- 内部电路能量限制：其内部的显示屏背光驱动电路、触摸感应电路、处理器电路等，必须在正常工作和规定的故障条件下，其储存和释放的能量均低于最小点燃能量。
- 外部接口能量限制：与外部设备（如PLC、安全栅）连接的通訊接口（如RS485、以太网）、电源接口，其输出的电气参数（Ui, Ii, Pi, Ci, Li）必须被严格限定在安全值内。
本安触摸屏认证的关键技术要素
- 本安参数与防爆标志取得认证后，触摸屏的铭牌上将明确标注其本安参数，例如：Ex ia IIC T4 Ga。其中：
- Ui (最大输入电压): 外部可施加到本安端子的最高电压。
- Ii (最大输入电流): 外部可流入本安端子的最大电流。
- Pi (最大输入功率): 外部可输入的最大功率。
- Ci (内部等效电容): 本安端子间及对地的内部电容。
- Li (内部等效电感): 本安端子间及对地的内部电感。
这些参数是用户选配关联设备（通常是安全栅）的唯一依据。
- 电路设计与元器件选择
- 必须使用精密的限流、限压、隔离元件（如齐纳二极管、隔离DC/DC、保险丝）。
- 电路布局需保证充分的电气间隙和爬电距离。
- 储能元件（如电容、电感）的选型和数量受到严格控制。
- 结构要求
- 本安电路与非本安电路（如可能存在的非本安电源模块）之间必须有可靠的接地金属隔板或符合要求的绝缘隔离。
- 接线端子需有明显标识，防止误接。
认证测试的严苛性
本安设备的测试非常系统和严格，主要包括：
| 测试类别 | 测试项目 | 目的 |
|---|---|---|
| 电气参数测试 | 测量Ui, Ii, Pi, Ci, Li等 | 确认设备实际参数不超过申报值，为系统配置提供依据。 |
| 火花点燃试验 | 在特定爆炸性试验气体中，使设备电路在正常和故障状态下打火。 | 直接验证电路的本质安全性，是本安认证的核心。 |
| 温度测试 | 测量设备表面及内部元件的最高温度。 | 确定其温度组别（T1-T6）。 |
| 介电强度与绝缘电阻测试 | 施加高电压，测试绝缘性能。 | 验证电路隔离的可靠性。 |
汇策-海沣在本安产品认证中的专业支持
本安设计是防爆技术中最具挑战性的领域之一。汇策-海沣的专家团队可以为您提供：
- 从原理图开始的技术评审：在PCB设计阶段介入，提前识别可能导致测试失败的电路设计问题。
- 本安参数计算与优化：协助进行精确的本安参数计算，在安全性与功能性能之间找到最佳平衡点。
- 关联设备选型指导：根据触摸屏的参数，推荐匹配的、已获认证的安全栅或隔离器，确保整个回路的系统安全性。
- 应对复杂故障条件分析：协助定义和分析标准要求的各类故障条件，确保产品在设计上就能满足最严苛的评估。
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