防爆热电偶作为工业过程控制中的核心温度传感器，在石油化工、制药、化纤等易燃易爆环境中承担着关键测量任务。上仪集团生产的WR系列防爆热电偶通过两种主流防爆技术——隔爆型与本安型，实现了对爆炸性混合物的安全控制。本文将从工作原理、设计差异及工程应用三个维度，系统解析两种技术路线的核心特征。
一、基础工作原理：热电效应的共性基础
防爆热电偶的核心测量原理基于塞贝克效应(热电效应)，即两种不同金属导体(如K型镍铬-镍硅、E型镍铬-铜镍)组成的闭合回路中，当两接点温度不同时，回路中会产生与温差成正比的热电动势。上仪WR系列热电偶通过以下步骤实现温度测量：
感温元件设计：采用压簧式结构，使测温端与被测介质紧密接触，抗振性能优于传统焊接式;
信号传输：热电动势通过补偿导线传输至显示仪表，WRNK-191S型号在3秒内即可完成热响应;
防爆处理：根据不同防爆类型，对电路与外壳进行针对性设计。
二、隔爆型设计：物理隔离的暴力美学
1. 防爆原理：间隙隔爆技术
隔爆型热电偶通过高强度外壳(如铝合金压铸件)将所有可能产生电火花、电弧或高温的部件(如接线端子、补偿导线连接点)完全密封。当腔体内发生爆炸时，设计参数需满足：
外壳强度：承受1.5倍***大爆炸压力(如1MPa以上);
接合面间隙：根据GB 3836.2标准，直径≤25mm的接合面间隙需≤0.15mm;
熄火冷却：爆炸火焰通过狭窄间隙时，因热损失和气流膨胀实现熄灭。
上仪WR系列隔爆型产品(如WRP铂铑热电偶)采用双层密封结构，内层橡胶圈耐温达200℃，外层金属压环确保IP65防护等级，实测在甲烷-空气混合物爆炸试验中，火焰传播阻断成功率**。
2. 电路设计特点
无能量限制：允许电路在正常状态下产生足以点燃可燃气体的能量，但通过物理隔离防止传播;
维护限制：开盖检修前必须断电，否则可能因工具碰撞产生火花引发二次爆炸;
成本优势：相同测温范围下，隔爆型成本较本安型低15%-20%(无需安全栅等附加设备)。
三、本安型设计：能量阉割的精密艺术
1. 防爆原理：本质安全技术
本安型热电偶通过限制电路参数，确保在任何状态下(包括元件短路、断路)产生的能量均低于可燃气体的***小点燃能量(如甲烷为0.28mJ)。设计需满足：
电压限制：工作电压≤30V(Ex ia级);
电流限制：峰值电流≤100mA;
储能限制：电容≤10μF，电感≤1mH;
安全系数：所有参数需预留1.5倍安全裕量。
上仪本安型产品采用两级保护电路：**级齐纳安全栅将电压钳位在安全范围，第二级快速熔断器在0.1秒内切断过流。实测在氢气-空气混合物中，即使模拟三重故障(短路+断路+元件失效)，仍无法引发爆炸。
2. 结构设计特点
外壳简化：通常采用IP20防护等级(工厂用)，无需承受爆炸压力;
布线规范：本质安全电路导线需采用浅蓝色标识，且与非本安电路间距≥50mm;
维护便利性：允许带电开盖检修，但需使用防爆工具;
成本构成：安全栅成本占整机价格的25%-30%，但节省了隔爆外壳的制造费用。
四、工程应用对比：安全与经济的博弈
参数隔爆型本安型
适用区域1区、2区(GB 3836.1)0区、1区、2区(Ex ia级)
安装复杂度需独立接线盒，占用空间大可与关联设备共用安全栅
响应速度热响应时间≤3秒因安全栅延迟，增加0.5-1秒
典型场景化工反应釜、储罐温度监测煤矿瓦斯抽放管道、油库计量
全生命周期成本维护成本高(需定期检测外壳完整性)初始成本高，但维护成本低
五、技术演进趋势
随着工业4.0发展，上仪集团正推动防爆热电偶向智能化升级：
隔爆型：集成无线传输模块，通过蓝牙5.0实现远程诊断，减少开盖次数;
本安型：开发纳米晶合金感温元件，将测温范围扩展至-200℃~1300℃，同时降低热惯性;
复合型：在隔爆外壳内嵌入本安电路，实现"双重防护"，适用于超高危环境(如LNG接收站)。
隔爆型与本安型防爆热电偶的设计差异，本质是"物理隔离"与"能量控制"两种技术路线的博弈。上仪集团通过模块化设计，使同一WR系列热电偶可快速切换防爆类型，满足从煤矿到炼油厂的多元化需求。未来，随着本质安全标准的升级(如IEC 60079-11:2025)，本安型设备将在0区市场占据主导，而隔爆型仍将凭借成本优势主导2区市场。
