高溫潮濕防爆等特殊環(huán)境電視的原理及其安裝設(shè)計

1、第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 第第9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 9.1 高溫電視高溫電視 9.2 防爆電視防爆電視 9.3 水下電視水下電視 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 9.1 高溫電視高溫電視 當(dāng)環(huán)境溫度較高時，攝像機靠自然對流冷卻和熱 量輻射已不能使其在額定溫度范圍內(nèi)正常工作，必須 采用鼓風(fēng)機強迫風(fēng)冷，采用水泵強迫水冷，或采用溫 差電致冷等方法，以確保攝像機的工作性能和可靠性。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 9.1.1 風(fēng)冷系統(tǒng) 風(fēng)冷系統(tǒng)一般采用直接冷卻，凈化空氣作為冷卻 劑直接送入防護罩中，將攝像機的熱量帶出，使攝像 機溫度下降。 風(fēng)冷防塵系統(tǒng)由

2、風(fēng)冷防塵罩、空氣濾清箱、半固 定云臺、空氣調(diào)壓、分水濾氣器、送風(fēng)軟管和線纜護 管等組成，如圖91所示。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 圖91 風(fēng)冷防塵系統(tǒng)示意圖 空氣調(diào)壓、分水濾氣器 空氣濾清箱 送風(fēng)軟管 風(fēng)冷防塵罩 半固定云臺 線纜護管 交流電源 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 由管道送來的壓縮空氣經(jīng)截止閥調(diào)壓，由分水濾 氣器過濾后送至空氣濾清箱?？諝庹{(diào)壓分水濾氣器采 用雙通道方式，當(dāng)分水濾氣器發(fā)生故障或需要維修時， 打開另一通道，以保證系統(tǒng)繼續(xù)工作。 空氣濾清箱由箱體、空氣過濾器、消音層和油水 排泄管等組成，用來對經(jīng)調(diào)壓、油水分離后的空氣作 進一步的減壓、凈化和消音處

3、理。經(jīng)它處理后的空氣 用送風(fēng)軟管送入風(fēng)冷防護(塵)罩。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 風(fēng)冷防塵罩由遮光罩和防護箱體組成。遮光罩中 裝有隔熱玻璃，以免外界輻射熱損壞攝像機鏡頭。防 護箱體中設(shè)有攝像機導(dǎo)軌，攝像機通過安裝板固定在 導(dǎo)軌上，前后位置可以調(diào)整。送到防護箱體的冷卻空 氣首先將攝像機冷卻，繼而均勻地吹向遮光罩中的隔 熱玻璃，將輻射熱量帶走。冷卻氣流沖出遮光罩，阻 止粉塵進入風(fēng)冷防塵罩內(nèi)，從而達(dá)到風(fēng)冷防塵的目的。 半固定云臺用于固定風(fēng)冷防塵罩，其仰角可調(diào)，并用 螺絲鎖定。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 9.1.2 水冷系統(tǒng) 當(dāng)環(huán)境溫度更高，靠風(fēng)冷無法控制攝像機溫度時，

4、 可采用水冷系統(tǒng)。因為水的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱均比空氣 大，水冷與風(fēng)冷相比較，具有換熱熱阻小，冷卻效率 高等優(yōu)點。用水作為冷卻劑的液體冷卻每平方厘米的 換熱量為4080W，最大可達(dá)120W。液體冷卻的缺點 是：系統(tǒng)復(fù)雜，體積大、價格高和維修難。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 1.水冷防塵電視系統(tǒng) 水冷防塵電視系統(tǒng)由水冷防塵罩、氣調(diào)壓系統(tǒng)、 水調(diào)壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、半固定云臺、攝像機和監(jiān)視 器等組成。圖92為水冷防塵防護罩的示意圖。經(jīng)過 調(diào)壓的冷卻水液從防護罩前端流入，在環(huán)形隔套中形 成紊流（指流體流速超過臨界值時分子紊亂無章的運 動，且產(chǎn)生渦流，促進能量交換），分別從內(nèi)水冷套 外壁和外水冷

5、套內(nèi)壁獲得熱量， 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 形成熱流體，從防護罩后端流出，達(dá)到冷卻的目的。 同時水冷套前端有密封隔熱玻璃，隔熱玻璃前端有錐 形噴氣孔，壓縮空氣從進氣管送入將隔熱玻璃上的輻 射熱帶出，同時在隔熱玻璃前部中心形成氣流屏障， 阻擋煙塵，實現(xiàn)水冷防塵功能。 水冷防塵電視系統(tǒng)用于冶金、化工等行業(yè)，在加 熱爐、玻璃熔爐附近高溫多粉塵環(huán)境中對作業(yè)現(xiàn)場進 行監(jiān)視，一般應(yīng)在環(huán)境溫度低于80的場合使用。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 圖92 水冷防塵防護罩示意圖 進氣管 進水管 出水管 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 2. 爐用高溫型電視設(shè)備 爐用高溫型電視設(shè)

6、備包括高溫防護罩、帶高溫針 孔鏡頭攝像機、空氣調(diào)壓分水濾氣系統(tǒng)、送風(fēng)軟管， 送水軟管、線纜護管、控制器、云臺、報警系統(tǒng)、快 門和水泵等設(shè)備。高溫防護罩可直接安裝在爐窯壁上， 通過窺視孔監(jiān)視爐內(nèi)溫度高達(dá)1600的景物。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 高溫防護罩包括水冷套、水冷中套、風(fēng)冷套和攝 像機座架等。攝像機安裝在機架上，針孔鏡頭隔熱玻 璃位于風(fēng)冷套內(nèi)側(cè)。冷卻水先進入水冷套，然后流經(jīng) 水冷中套帶出熱量，冷卻攝像機。為了減少外界輻射 熱的影響，水冷套外層裝有隔熱海綿膠板和輻射罩。 為了減少爐窯壁高溫對攝像機的影響，高溫防護罩分 為水冷套，水冷中套和風(fēng)冷套三段，相互之間采用石 棉橡膠板

7、襯墊，爐窯壁的影響明顯降低。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 壓縮冷卻空氣經(jīng)調(diào)壓、分水濾氣后分兩路送至風(fēng) 冷套：一路流向針孔鏡頭前的隔熱玻璃上，換熱后經(jīng) 風(fēng)冷套窺視孔向前噴出；另一路經(jīng)風(fēng)筒喇叭口風(fēng)孔形 成錐形氣流，與窺視孔噴出的壓縮空氣一起阻擋爐窯 內(nèi)高溫和煙塵對攝像機的影響。 噴出的壓縮空氣的氣壓必須比爐內(nèi)壓力大兩倍。 為了防止停水、停氣導(dǎo)致高溫防護罩內(nèi)攝像機溫度超 出上限值，系統(tǒng)設(shè)有故障報警裝置。風(fēng)冷套內(nèi)還有快 門裝置，當(dāng)停風(fēng)或攝像機需維修時，可用快門將窺視 孔關(guān)閉。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 9.1.3 半導(dǎo)體致冷 半導(dǎo)體致冷又叫溫差電致冷。當(dāng)任何兩種不同的 導(dǎo)

8、體組成一對電偶，并通以直流電流時，在電偶的相 應(yīng)接頭處就會發(fā)生吸熱和放熱現(xiàn)象，這種效應(yīng)在金屬 中很弱，在半導(dǎo)體中則比較顯著。 1.半導(dǎo)體致冷原理 半導(dǎo)體致冷的電偶是利用特制的N型和P型半導(dǎo)體 用銅片連接而成的，半導(dǎo)體致冷原理如圖93所示。 當(dāng)直流電從N型半導(dǎo)體流向P型半導(dǎo)體時，則在、 端的銅聯(lián)接片上產(chǎn)生吸熱現(xiàn)象(稱冷端)，而在、端 的銅聯(lián)接片上產(chǎn)生放熱現(xiàn)象(稱熱端)。若電流方向相反， 則冷、熱端互換。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 圖93 半導(dǎo)體致冷原理示意圖 NP I E QH QC 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 半導(dǎo)體致冷的原理可用載流子(電子或空穴)流過結(jié) 點時熱

9、能的變化來解釋。由于載流子在金屬和半導(dǎo)體 中的勢能大小是不同的，因此載流子在流過結(jié)點時， 必然會引起能量的傳遞。當(dāng)載流子由較低的勢能變到 較高的勢能時，必須吸收外界的能量；反之，必然放 出能量。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 P型半導(dǎo)體是空穴導(dǎo)電，空穴在金屬中具有的勢能 低于在P型半導(dǎo)體中具有的勢能。當(dāng)空穴在電場作用下 由金屬片通過結(jié)點到達(dá)P型半導(dǎo)體時必須增加一部分 勢能，空穴從金屬片中吸收熱量，把熱能變成空穴的 勢能，因此，結(jié)點處的金屬片被冷卻下來；當(dāng)空穴 沿P型半導(dǎo)體通過結(jié)點流向金屬片時，必須減少一部 分勢能，這些勢能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮茚尫懦鰜?，所以結(jié)點 處金屬片被加熱。 第第9 9章

10、章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 N型半導(dǎo)體是電子導(dǎo)電，電子在金屬中的勢能低于 N型半導(dǎo)體中的勢能。在電場作用下電子從金屬片通過 結(jié)點到達(dá)N型半導(dǎo)體時必然要增加勢能，這部分勢能 也只能從金屬片中吸收熱能來轉(zhuǎn)換，結(jié)果結(jié)點處的 金屬片冷卻下來。當(dāng)電子從N型半導(dǎo)體通過結(jié)點到金 屬片時就要釋放能量并轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，所以結(jié)點處金 屬片被加熱。 一個電偶對能產(chǎn)生的熱電效應(yīng)較少，可將幾十個 這樣的電偶對串聯(lián)以獲得較大的致冷量，將冷端排在 一側(cè)，熱端排在另一側(cè)，構(gòu)成一個電偶堆。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 2.半導(dǎo)體致冷器 半導(dǎo)體致冷器是由電偶堆、冷卻板和散熱器組成的。 為了加強熱交換冷卻板裝在電偶堆的

11、冷端。冷卻板可有 不同形式，如肋片式，平板式等。散熱器裝在電偶堆的 熱端，散熱形式可有強迫風(fēng)冷、強迫水冷和自然冷卻等， 圖94為半導(dǎo)體致冷器結(jié)構(gòu)示意圖。無論采取哪種冷卻 結(jié)構(gòu)形式，都必須使冷卻板、致冷電偶堆和散熱器三者 之間的連接滿足導(dǎo)熱和電絕緣的要求。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 圖94 半導(dǎo)體致冷器結(jié)構(gòu)示意圖 NPNPNP 散熱器 直流電源 冷卻板 絕緣導(dǎo)熱層 絕緣導(dǎo)熱層 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 致冷器的連接可用粘合法、螺絲固定法或焊接法。 粘合法用環(huán)氧樹脂粘合，粘合時加一定的壓力使 粘合層很薄以減少熱阻，固化后在6070下烘烤。 粘合法的缺點是粘合層不易做

12、得很薄，同時由于環(huán)氧 樹脂與電偶堆膨脹系數(shù)不同，長期冷熱交替工作會使 粘合層松脫，無法散熱，燒壞電偶堆。 螺絲固定法用螺絲將電偶堆、散熱器及冷卻板連 接在一起。在接觸面上涂硅脂提高導(dǎo)熱性能。為了避 免熱端通過螺絲向冷端傳熱，應(yīng)采用導(dǎo)熱性能差的尼 龍螺絲，這種方法因維修方便而被普遍采用。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 焊接法采用一種金屬化的陶瓷，這種陶瓷片大小 與銅連接片相同，在兩面燒結(jié)上金屬(如銀)層，一面與 銅連接片焊接，再焊上半導(dǎo)體元件，另一面與散熱器 或冷卻板相連接。此法電絕緣性能好，但增加了金屬 化陶瓷的工藝。 通常一級致冷能得到50的溫差，為得到較大溫 差可將致冷器用串聯(lián)

13、、并聯(lián)和混聯(lián)方式堆起來構(gòu)成多 級半導(dǎo)體致冷。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 多級致冷器是金字塔形狀，見圖95。下面的級 要帶走上面的級產(chǎn)生的熱量，而致冷器熱端發(fā)熱效率 比冷端致冷效率大，因此多級致冷器下面的級總要比 上面的級的元件對數(shù)多許多。多級致冷器的級數(shù)愈多， 達(dá)到的溫差愈大，頂端的產(chǎn)冷量也愈小，總的致冷效 率也就愈低。串聯(lián)型多級致冷電偶堆如圖95(a)所示, 雖然每一級工作電流相同，級與級之間必須絕緣良好。 并聯(lián)型多級致冷電偶堆如圖95(b)所示,特點是工作總 電流較大，但級間不必電絕緣?；炻?lián)型電偶堆則如圖 95(c)所示。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 圖95

14、多級半導(dǎo)體致冷器結(jié)構(gòu)示意圖 (a)串聯(lián)電偶堆；(b)并聯(lián)電偶堆；(c)混聯(lián)電偶堆 NPNP NPNPNP (a) NP NPNP (b) NPNP NPNPNP (c) NP 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 3.半導(dǎo)體致冷的特點 (1)無噪音，無振動，壽命長，結(jié)構(gòu)簡單，安裝容易， 維修方便，可靠性高，致冷時間短。 (2)致冷量和冷卻速度可通過改變電流的大小隨意調(diào) 節(jié)，加上溫度檢測手段，可實現(xiàn)高精度的溫度控制。容 易實現(xiàn)遙控、程控和計算機控制，組成自動控制系統(tǒng)。 (3)對核輻射很不敏感。如把致冷器放在離放射性鈷 幾十厘米的地方，數(shù)周之后致冷器的特性沒有任何改變， 所以半導(dǎo)體致冷法適用于

15、高溫核輻射環(huán)境的應(yīng)用電視。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 (4)功率范圍寬，單個致冷元件的功率雖小，但組 合簡單，容易實現(xiàn)各種功率的致冷系統(tǒng)。 (5)需要消耗功率很大的直流電，由于反向電壓有 致熱作用，要求直流電源波紋系數(shù)小；否則，致冷器 達(dá)不到最大溫差。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 4. 半導(dǎo)體致冷器的應(yīng)用 半導(dǎo)體致冷器的應(yīng)用比較靈活。所需致冷功率較 小時可以單獨使用。在需要較大致冷功率時，可與風(fēng) 冷裝置、水冷裝置配合使用，組成半導(dǎo)體致冷高溫防 塵電視系統(tǒng)，致冷效果較好；適用于高溫、高粉塵等 惡劣環(huán)境，在鋼鐵、冶金、水泥、玻璃、化工、電力 等部門中實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的監(jiān)

16、視調(diào)度。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 9.1.4 高溫電視自動退出系統(tǒng) 高溫電視自動退出系統(tǒng)，將攝像機探頭直接伸入 爐內(nèi)，監(jiān)測爐內(nèi)燃燒情況和火焰形狀， 可用于冶金、電力、建材、輕工和化工機械等行 業(yè)的加熱爐上。由于環(huán)境溫度高、輻射熱量大和粉塵 聚集等原因，只能在限定的范圍內(nèi)進行短時間的觀察。 全自動高溫電視退出系統(tǒng)由控制中心遠(yuǎn)距離遙控監(jiān)測， 既能提高冶煉質(zhì)量，又可降低勞動強度，還便于實現(xiàn) 集中調(diào)度和生產(chǎn)過程的自動化。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 爐用高溫電視自動退出設(shè)備由探頭攝像機、分配 盒、退出裝置、控制器、空氣壓縮裝置、水冷卻裝置、 電源和監(jiān)視器等組成，其方框圖

17、如圖96所示。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 圖96 爐用高溫電視自動退出系統(tǒng)方框圖 控制器 水冷裝置 探頭 攝像機 分配盒 退出裝 置 水冷裝置 空氣 壓縮 裝置 溫度 壓力 終端壓力開關(guān) 電磁閥 凈化空氣 進入工作氣 退出工作氣 冷卻空氣 壓縮空氣 鼓風(fēng)機 探頭冷卻水 基板冷卻水 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 探頭攝像機可在燃燒溫度高達(dá)2000的情況下使 用。當(dāng)壓力和溫度傳感器探測到攝像機冷卻功能發(fā)生 故障時，電動氣動控制的退出裝置會自動地把探頭攝 像機從燃燒室退出，以防止攝像機和鏡頭燒壞。探頭 攝像機也可以由控制室遙控裝置遙控退出。探頭攝像 機進入或退出時間大約是

18、1015秒鐘，探頭運動速度 約為0.1ms。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)下列七種情況之一時，退出裝置即退出。 探頭頂部的冷卻水溫度超過預(yù)定值時； 壓縮空氣故障或壓力降到預(yù)定值時； 探頭處凈化空氣通道故障或壓力降到預(yù)定值時； 當(dāng)水流量小于預(yù)定值時； 當(dāng)空氣或水監(jiān)測線路中斷時； 當(dāng)主電源電壓出現(xiàn)故障時； 當(dāng)控制器或控制中心發(fā)出退出指令時。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 只有當(dāng)以上七種情況全部不存在時，探頭的進入 過程才能進行。 攝像機安裝在探頭罩內(nèi)，采用高溫針孔鏡頭，視 角為82，探頭伸進爐內(nèi)，攝像機通過罩前2mm小孔 攝取圖像，輸出電視信號經(jīng)過分配盒轉(zhuǎn)接，由

19、視頻電 纜傳至監(jiān)視器顯示爐膛內(nèi)圖像。攝像機電源+12V由控 制器提供。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 凈化的壓縮空氣輸入空氣壓縮裝置內(nèi)，經(jīng)濾減壓 處理后供給自動退出裝置中的無桿氣缸，由電磁閥控 制無桿氣缸兩端壓縮空氣的壓差來帶動探頭，實現(xiàn)進 入和退出的功能。一路再過濾減壓形成的凈化空氣通 過分配盒送到探頭罩內(nèi)，由罩前小孔噴出，形成一定 的正壓，起到保護鏡頭的目的。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 輸入的冷卻水經(jīng)水冷卻裝置過濾減壓后分兩路， 一路供給探頭罩隔套起冷卻作用，另一路供給爐壁基 板，也起降溫冷卻作用。 氣泵形成的冷卻空氣經(jīng)過壓力表和壓力控制器， 提供給基板上圓形噴

20、嘴，產(chǎn)生恒定的錐形空氣流保護 探頭罩。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 9.1.5 渦旋致冷 1.渦旋致冷原理 渦旋致冷又稱渦旋膨脹致冷。渦旋致冷系統(tǒng)的主 要部件為渦旋致冷器，又叫渦旋管。渦旋管的兩端均 有氣流出口，當(dāng)送入壓縮空氣時，一端噴出冷氣流， 而另一端噴出熱氣流。壓縮空氣首先通過噴嘴成切線 送入渦旋發(fā)生腔，渦旋發(fā)生腔位于渦旋管的熱端和冷 端之間，并與它們相連。由渦旋發(fā)生腔形成的渦旋氣 流送入渦旋管的熱端，渦旋氣流緊貼渦旋管的內(nèi)表面， 熱空氣不斷從熱端排出，熱空氣在熱端產(chǎn)生一個流阻， 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 這個流阻在渦旋管中形成了足夠的負(fù)壓，這一負(fù)壓迫 使一

21、部分空氣經(jīng)渦旋管的中心回流到冷端。這部分空 氣由于流向熱端的膨脹氣流的吸熱而變得很冷，它是 反向流過渦旋管的，并通過冷排氣口離開渦旋管。將 這股冷氣流接入攝像機防護罩內(nèi)可達(dá)致冷目的。當(dāng)防 護罩內(nèi)空氣被冷卻至溫控點以下時，溫度繼電器放開， 關(guān)閉進氣閥，渦旋管停止工作;當(dāng)罩內(nèi)溫度上升到溫控 點時，溫度繼電器吸合，打開進氣閥，高壓空氣再次 進入渦旋管，即刻產(chǎn)生渦旋效應(yīng)，冷氣流再次進入機 殼此過程周而復(fù)始進行，保證攝像機在正常溫度環(huán) 境下工作。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 2.渦旋致冷特點 (1)安全可靠：渦旋致冷器構(gòu)造簡單，不易發(fā)生故 障，可長時間工作。 (2)經(jīng)濟實用：渦旋致冷的原理

22、較為復(fù)雜，渦旋致 冷產(chǎn)品的制造工藝卻較簡單，渦旋致冷器的工質(zhì)是空氣， 可以在風(fēng)冷防護系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加裝渦旋致冷器，提高致 冷效果，改變風(fēng)冷防護罩結(jié)構(gòu)復(fù)雜、龐大的缺點。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 (3)適應(yīng)性強：渦旋致冷系統(tǒng)防護的環(huán)境溫度可達(dá) 90，適應(yīng)于露天放置及高溫條件下工作的應(yīng)用電視 攝像機。 渦旋致冷系統(tǒng)與風(fēng)冷型、水冷型系統(tǒng)相比，在性 能上，價格上都有一定的優(yōu)勢。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 9.2 防爆電視防爆電視 石油、化工、煤炭等行業(yè)，在生產(chǎn)過程中可能會 泄漏出各種各樣的易燃易爆氣體、液體和粉塵，這類 物質(zhì)與空氣混合后，成為具有爆炸危險的混合物，當(dāng) 混合

23、物達(dá)到爆炸濃度時，一旦出現(xiàn)火源就會引起爆炸。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 為防止電氣設(shè)備火花引起爆炸，已經(jīng)研制出隔爆 型、本質(zhì)安全型、增安型、正壓型、充油型、充砂型 和無火花型等多種型式的防爆電氣設(shè)備。電視設(shè)備方 面國內(nèi)主要有隔爆型、本質(zhì)安全型、隔爆兼本質(zhì)安全 型(復(fù)合型)等防爆電視設(shè)備。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 防爆電視設(shè)備是按國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計制造不會引 起周圍爆炸性混合物爆炸的電視設(shè)備。按國家規(guī)定， 所有設(shè)計制造的防爆電視設(shè)備必須送國家勞動安全部 門指定的檢驗單位，按國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進行檢驗、認(rèn) 可并發(fā)給“防爆合格證”后方可投入生產(chǎn)和使用。對 已取得“防爆合格

24、證”的產(chǎn)品，其他廠生產(chǎn)時仍須重 新履行檢驗程序。 對于電壓不超過1.2V，電流不超過0.1A，能量不 超過20J或功率不超過25mW的電氣設(shè)備，在經(jīng)防爆檢 驗部門認(rèn)可后，可以在爆炸性氣體中和煤礦井下直接 使用。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 9.2.1 防爆電視設(shè)備的分類 1.按使用環(huán)境進行分類 防爆電視設(shè)備根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定按使用環(huán)境可 分為兩類。用于煤礦井下的防爆電視設(shè)備為類設(shè)備， 用于工廠的防爆電視設(shè)備為類設(shè)備。在類設(shè)備中， 按其適用于爆炸性氣體混合物最大試驗安全間隙或最 小點燃電流比可分為A、B、C三級，并結(jié)合應(yīng)用電視 的特點按其最高表面溫度又可分為85、100、 135三

25、組(對應(yīng)有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)中T6、T5、T4三組)。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 表91為可燃性氣體級別、溫度組別，表中T1 T9為設(shè)備允許最高表面溫度即T1為450，T2為300， T3為200，T4為135，T5為100，T6為85。一 般來說，T1T3適用于其他防爆電氣設(shè)備，未列出的 氣體詳見國標(biāo)GB3836.1附錄A。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 表91 可燃性氣體級別、溫度組別 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 2. 按防爆型式進行分類 根據(jù)防爆電視的特點及實際使用情況，其防爆型 式分為三大類。 1) d類(隔爆

26、型) d類是具有隔爆外殼的設(shè)備。外殼能承受內(nèi)部爆炸 性氣體混合物的爆炸壓力，并阻止內(nèi)部的爆炸向外殼 周圍爆炸性混合物的傳播。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 2) e類(增安型) e類是在正常運行條件下不會產(chǎn)生電弧、火花或可 點燃爆炸性混合物的高溫的設(shè)備。在結(jié)構(gòu)上采取措施 提高安全程度，以避免在正常和認(rèn)可的過載條件下出 現(xiàn)這些現(xiàn)象的設(shè)備。 3) i類(本質(zhì)安全型) i類是全部電路為本質(zhì)安全電路(簡稱本安電路)的 設(shè)備。本安電路就是在規(guī)定的試驗條件下，正常工作 或規(guī)定的故障狀態(tài)下產(chǎn)生的電火花和熱效應(yīng)均不能點 燃規(guī)定的爆炸性混合物的電路。按本安電路使用場所 和安全程度又可分為ia和ib兩

27、個等級。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 ia等級是在正常工作、一個故障和兩個故障時均 不能點燃爆炸性氣體混合物的設(shè)備。在正常工作時安 全系數(shù)為2.0，一個故障時安全系數(shù)為1.5，兩個故障時 安全系數(shù)為1.0。正常工作有火花的觸點，須加隔爆外 殼，氣密外殼或加倍提高安全系數(shù)。 ib等級是在正常工作和一個故障時不能點燃爆炸 性氣體混合物的設(shè)備。在正常工作時安全系數(shù)為2.0， 一個故障時安全系數(shù)為1.5。正常工作有火花的觸點加 隔爆外殼或氣密外殼保護，并且有故障自顯示的措施。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 9.2.2 防爆原理 1.引起爆炸的三要素 (1)易燃易爆介質(zhì)：周圍爆

28、炸性混合物。如瓦斯， 當(dāng)其在空氣中的濃度為5%15%時即會引起爆炸。 (2)助燃劑(氧化劑)：如空氣中的氧氣等。 (3)火源(熱源)：高溫、火花、電弧等。對瓦斯，熱 源或火源的溫度不得超過450；對于煤粉，熱源或火 源的溫度不可超過150。 上述三要素同時存在才能引起爆炸，防爆電氣設(shè) 備的目的就是將爆炸的三要素進行隔離或使三要素不 能同時達(dá)到引爆的條件。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 2.間隙防爆原理 電火花及電弧可以引燃爆炸性混合物。間隙隔爆結(jié) 構(gòu)是防止電弧等引燃周圍爆炸性混合物較可靠的方法。 這種結(jié)構(gòu)有一個牢固的外殼，能經(jīng)受內(nèi)部爆炸氣體混 合物產(chǎn)生的最大爆炸壓力，確保不變形或損

29、壞；并具 有一定的結(jié)構(gòu)間隙，使噴射出來的燃燒生成物冷卻到 低于外部爆炸性混合物的自燃溫度。結(jié)構(gòu)間隙可以由 平面結(jié)合面或圓筒結(jié)合面組成，也可以由曲路、螺紋 或屏障等結(jié)構(gòu)組成，諸如微孔、網(wǎng)罩、疊片、充砂等 結(jié)構(gòu)也屬于這種原理的防爆形式。間隙防爆廣泛地被 應(yīng)用在隔爆型防爆電視設(shè)備上。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 3. 采用安全措施的防爆原理 在設(shè)備上采取一系列的安全措施使其不致產(chǎn)生電 火花、電弧或危險溫度，或使其產(chǎn)生的火花、電弧或 溫度不能引燃爆炸性混合物，來達(dá)到防爆的目的。增 安型、本質(zhì)安全型防爆設(shè)備都是采用這一原理制造的。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 9.2.3 防爆

30、電視設(shè)備的通用要求 1.環(huán)境溫度 防爆電視設(shè)備均對環(huán)境的溫度及濕度有嚴(yán)格的要 求。類設(shè)備表面堆積粉塵時，允許最高表面溫度為 +150。類設(shè)備T4、T5、T6三組的允許最高表面溫 度分別為135、100、85。對于總表面積不大于 10cm2的部件(如本質(zhì)安全型電路使用的晶體管或電阻)， 其局部最高表面溫度相對于實測引燃溫度具有+25安 全余度時，該部件的局部最高表面溫度允許超過防爆 設(shè)備上標(biāo)志的組別溫度。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 2. 接地裝置 防爆電視設(shè)備絕緣損壞后，帶有危險電壓，在外 殼接地不良的情況下，可能產(chǎn)生漏電火花引起爆炸性 混合物的爆炸，所以防爆電視設(shè)備可靠接地是確

31、保安 全的重要環(huán)節(jié)。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 設(shè)備的金屬外殼須設(shè)有外接地螺栓，并標(biāo)志接地 符號“ ”。攜帶式和移動式的設(shè)備可不設(shè)外接地螺栓， 但必須采用有接地芯線的電纜。設(shè)備接線盒的內(nèi)部也 應(yīng)設(shè)有專用的內(nèi)接地螺栓，并標(biāo)志接地符號“ ”(電壓 不高于36V的設(shè)備除外)。對無必要接地或不允許接地 的設(shè)備，可不設(shè)內(nèi)、外接地螺栓。類本質(zhì)安全型設(shè) 備可只設(shè)專用外接地螺栓。接地螺栓應(yīng)采用不銹材料 制造，或進行電鍍等防銹處理。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 3. 設(shè)備的標(biāo)志 防爆型式的標(biāo)志為：隔爆型設(shè)備“d”，本質(zhì)安全 型設(shè)備“ia”或“ib”。在設(shè)備外殼的明顯處，應(yīng)設(shè)置清 晰

32、永久性凸紋標(biāo)志“Ex”，小型設(shè)備可采用標(biāo)志牌鉚在 或焊在外殼上，也可采用凹紋標(biāo)志。 同時在設(shè)備外殼容易看見的地方還應(yīng)設(shè)置銘牌， 并可靠地固定。銘牌上應(yīng)有下列內(nèi)容：其右上方標(biāo)有 明顯的標(biāo)志“Ex”，并順次標(biāo)明防爆型式、類別、級別、 溫度組別等，防爆合格證編號，產(chǎn)品出廠日期和產(chǎn)品 編號及產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中指出必須注明的內(nèi)容。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 本質(zhì)安全型設(shè)備的關(guān)聯(lián)設(shè)備銘牌應(yīng)增加下列內(nèi)容： 最高允許電壓、最大短路電流、最高開路電壓、外部 連接導(dǎo)線或電纜的允許分布電容(C)和電感(L)或電感與 電阻的比值(LR)、關(guān)聯(lián)設(shè)備型號和規(guī)格及電池型號 和規(guī)格。小型設(shè)備允許減少標(biāo)注內(nèi)容，但須在使

33、用說 明書中注出。銘牌、警告牌應(yīng)用青銅、黃銅或不銹鋼 制成，其厚度應(yīng)不小于1mm。各項標(biāo)志應(yīng)清晰、易見， 經(jīng)久不褪。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 防爆電視設(shè)備的防爆標(biāo)志舉例如下。 (1)類隔爆型的防爆標(biāo)志為“d，類隔爆型B 級T3組為“dBT3”，類本質(zhì)安全型ia等級A級T5組 為“iaAT5”。 (2) 采用一種以上的復(fù)合型式，須先標(biāo)出主體防爆 型式，后標(biāo)出其他防爆型式。如類主體隔爆型兼本 質(zhì)安全型部件B級T4組的防爆標(biāo)志為“diBT4”。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 (3) 對只允許在一種可燃性氣體或蒸氣環(huán)境中使用 的設(shè)備，其標(biāo)志可用該氣體或蒸氣的化學(xué)分子式或名

34、 稱表示，這時可不必注明級別與溫度組別。例如類 用于氨氣環(huán)境的隔爆型為“d(NH3)”或“d氨”。 (4) 對于類設(shè)備的標(biāo)志，可以標(biāo)溫度組別，也可 以標(biāo)最高表面溫度，或二者都標(biāo)出。例如，最高表面 溫度為70的工廠用隔爆型為“dT6”、“d(70)” 或“d(70)T6”。 (5)類本質(zhì)安全型ib等級關(guān)聯(lián)設(shè)備C級T5組為 “(ib)CTB”。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 9.2.4 防爆電視設(shè)備 在煤礦井下和工廠具有爆炸性氣體的危險場所進行 電視監(jiān)控時，防爆監(jiān)控系統(tǒng)框圖如圖9-7所示。 攝像機是防爆攝像機，通常設(shè)計成隔爆型，攝像機 可與甲烷檢測探頭相配合，把甲烷檢測與攝像合二為 一

35、。在實現(xiàn)電視監(jiān)視的同時，可遙測現(xiàn)場危險氣體的 濃度值，在終端監(jiān)視器顯示的現(xiàn)場圖像上疊加甲烷氣 體的濃度值。這種攝像機通常由攝像、甲烷測量、本 安電源等幾部分組成。其防爆型式為復(fù)合型，即隔爆 兼本質(zhì)安全型，也就是外殼為隔爆型結(jié)構(gòu)，提供給甲 烷檢測探頭的電源為本安電源。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 圖97 防爆監(jiān)控系統(tǒng)方框圖 甲烷測量 CCD攝像 本安電源 防爆云臺 防爆電纜補償器監(jiān)視器 控制器 防爆攝像機防爆區(qū)安全區(qū) 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 云臺是防爆云臺，是為了對現(xiàn)場進行全方位的監(jiān) 視而配置的，采用隔爆型結(jié)構(gòu)。通常由上殼體(內(nèi)裝俯 仰用的低速同步電機及傳動部件和

36、限位裝置)、下殼體 (內(nèi)裝水平旋轉(zhuǎn)用的低速同步電機及傳動部件和限位裝 置)、傳動連接部分和安裝固定基座等四部分組成。 電纜補償器是防爆電纜補償器。當(dāng)防爆監(jiān)控系統(tǒng) 用同軸電纜作長距離（2.5km以上）視頻傳輸時，在安 全區(qū)終端加電纜補償器不足以補償電纜損耗時需在防 爆區(qū)加置防爆電纜補償器，通常采用隔爆型結(jié)構(gòu)，由 隔爆主腔和接線腔組成。 監(jiān)視器和控制器一般都在安全區(qū)，采用通用型式。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 9.3 水下電視水下電視 隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，對海洋資源進行全面開發(fā) 利用，水利工程規(guī)模越來越大，水下電視是海洋開發(fā) 和水下工程必不可少的探測工具。 9.3.1 水下電視分類

37、我國海岸線長達(dá)18000km，水下電視絕大部分是供 水深在300m以內(nèi)的大陸架使用。水下電視按功能分主 要有以下四種。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 1.攜帶型 攜帶型水下電視由潛水員攜帶在3040m的淺海使 用。為攜帶方便，電視攝像機的重量設(shè)計成只有1 2kg，并且裝有水中穩(wěn)定翼，圖像信號用電纜送到船上； 電纜要盡量細(xì)，耐張力大，且應(yīng)具有撓性；攝像機的 穩(wěn)定靠潛水員來維持。操作攜帶型水下電視具有較大 的故障偶然性和危險性。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 2.固定型 這類水下電視的攝像機和照明燈具一起安裝在框 架上，用鋼纜吊著降到海底，固定于海底的架臺上， 在船上進行遙

38、控操作。因海流產(chǎn)生振動和搖動，還因 海面波浪拍動船只，帶動纜繩，影響攝像機的穩(wěn)定性。 通常用可動穩(wěn)定器葉片和調(diào)整箱(里面裝有移動性重物 如水銀等)來保證姿態(tài)穩(wěn)定并防止搖動。 在不很深的場合可用固定的升降機構(gòu)代替鋼纜， 升降機構(gòu)用來布放和回收水下燈具及水下攝像機，通 過電動機來調(diào)整燈具和攝像機在水中的深度，以便獲 得最佳水下攝像視場角。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 升降機構(gòu)主要由水下部分和水上的絞車兩部分組 成。水下部分包括兩根固定滑軌、四個滑輪和與滑輪 連接桿組成的固定架。水上部分包括電機、減速器、 絞盤、轉(zhuǎn)向滑輪等。絞盤連接在一根與標(biāo)準(zhǔn)減速器的 出軸相連的轉(zhuǎn)軸上，鋼纜跨過一個轉(zhuǎn)

39、向滑輪將升降架 與絞盤連接起來，這樣通過轉(zhuǎn)動絞盤，就可實現(xiàn)升降 機構(gòu)的升與降，使攝像機定位在精確位置上。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 3.拖曳型 拖曳型水下電視的攝像機和照明燈具安裝于平臺 或框架上，由船舶以12海里每小時(nmile/h)的速度拖 曳，可用于海底調(diào)查和探索等。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 4.遙控式水下電視攝像裝置 這類水下電視攝像裝置是最先進的，配備有多個水 中推進器，可在船上進行遙控，通過控制水下電視攝像 裝置兩側(cè)的推進器的輸出功率，可以進行前進、后退、 轉(zhuǎn)向等項操作；利用射流控制技術(shù)控制海水噴射可以調(diào) 整裝置的方向和姿態(tài)，采用轉(zhuǎn)頭式推進器和調(diào)

40、節(jié)平衡箱 中的海水等方法可以控制裝置在水下的深度。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 9.3.2 水下電視的技術(shù)問題 不同用途的水下電視各有種種技術(shù)問題。共同的問 題有如下幾方面： 1.水中光的衰減對圖像質(zhì)量的影響 在水下，光的衰減非常大，衰減現(xiàn)象隨海水的性 質(zhì)以及浮游生物和其他懸浮物的不同而變化。波長較 長的光衰減更大。光在水中傳播時，隨距離增加按指 數(shù)形式衰減，水中的照度 0 KZ z II e (91) 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 式中,IZ是距離為Z處的光的照度，單位是lx；I0為光源的 照度，單位是lx；Z為距離，單位是m；K為衰減系數(shù)， 單位是1/m，隨水質(zhì)而

41、變化。其值為0.050.5。它由吸 收系數(shù)與散射系數(shù)之和組成。 水中浮游生物、塵土、懸浮物等的存在引起光的散 射現(xiàn)象，使水下物體圖像的對比度下降，圖像容易變得 模糊。這就像地面上霧很大時會使能見度減小一樣。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 2.水中照明 一般來說，太陽光只能達(dá)到水下2030m，因此水 深20m以上都應(yīng)使用人工照明，而在透明度差的海域 不到這個深度也需照明。 1) 光源的選擇 在透明度大的水域，波長長的光衰減大，選擇波 長短的光源可獲得更佳的照明效果。在透明度較差的 水域，散射光隨水中污濁物質(zhì)的增加而增強，散射強 度與光波長的4次方成反比，應(yīng)選擇較長波長的光源。 第第9

42、 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 白熾燈主要輻射紅色光，對水下電視來說效率非常 低。目前，水下電視使用的光源主要有碘素石英燈、碘 化鉈燈、水銀燈和氙燈等。碘化鉈輻射的光能大部分集 中在藍(lán)光與綠光范圍內(nèi)，水對它吸收很少。與水下電視 采用白熾燈相比，這種光源在相同的功率條件下，效率 在六倍以上。水銀燈效率也很高，由于它能發(fā)出在水中 最易通過的藍(lán)綠色光，因此也得到廣泛應(yīng)用。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 2)照明燈的位置和方向 如照明燈放在電視攝像機附近，由于電視攝像機 和被攝物體之間的污濁粒子產(chǎn)生散射，投射光傳播到 被攝物體前被明顯衰減，圖像對比度變?nèi)酰踔量床?到圖像。如照明燈靠近被攝物體，投射光引起的散射 很小，同時照射角度大，入射到攝像透鏡的散射光少， 被攝物體的反射光增強，故可增強圖像的對比度。 第第9 9章章 特殊環(huán)境電視特殊環(huán)境電視 3.攝像機與鏡頭的選擇 攝像機應(yīng)選用高靈敏度低照度CCD攝像機，必要 時采用微光像增強器。攝像時要縮小與被攝體的距離， 又要進行大面積觀察，應(yīng)選用廣角鏡頭。還必須考慮 到大氣和水分界面的折射率(約43)，鏡頭視角在水中 為空氣中的3/4，更應(yīng)采用短焦距的廣角鏡頭。另外