一文讲透：四线制仪表能做本安吗？

深圳计为自动化技术有限公司

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在危险区域的自动化工程中，仪表防爆型式的选择是设计人员必须面对的问题。

很多工程师在项目讨论中会问：

“二线制变送器可以做成本安，那四线制仪表能不能也做成本安呢？”

这个问题看似简单，其实涉及到电路功耗、能量约束、国际标准、设备选型、安装策略等多个层面。 本文将全面解析“四线制仪表能否本安”的问题。

一

二线制 vs 四线制

1、二线制仪表

• 供电与信号共用一对导线。

• 常见于压力、温度、液位变送器，电流环 4~20 mA。

• 本安设计成熟，只需通过本安安全栅限制电压、电流。

• 功耗极低（一般小于 0.8W）。

2、四线制仪表

• 两根线专门供电，另两根线传输信号（电流、电压或数字通讯）。

• 常用于在线分析仪、质量流量计、振动监测仪等。

• 功耗较大，往往在 几瓦到十几瓦。

正是功耗差异，决定了二线制容易做成本安，而四线制仪表大多数只能做隔爆型。

二

本安防爆的核心机理

本质安全（Ex i）”的设计思路是：无论电路如何故障，都不能释放足以点燃爆炸性气体的能量。

1、关键控制对象

• 电压：通常限制在 30V 以下。

• 电流：通常不超过 200mA。

• 功率：一般小于 1.3W（取决于气体组别和温度等级）。

• 电容、电感能量：要考虑 C、L 的储能释放。

2、能量计算举例

在 IIC 组别（氢气/乙炔等）中，点燃能量可低至 20μJ。 如果一个电容 1µF 在 30V 下充电，释放能量约为 0.45mJ，已远高于点燃能量。 因此标准要求：

电容、电感必须受限，否则即使功率很小，也可能点燃气体。这就是为什么本安认证不仅看功率，还必须分析电路中储能元件。

三

四线制仪表的本安可行性

1、常见情况：功耗超标

某四线制分析仪需要 24V × 0.3A = 7.2W。

本安极限功率约 1.3W。

功率超出 5 倍以上，无法实现本安。

2、特殊情况：低功耗四线制

某些 MEMS 传感器或微型仪表功耗仅几十毫瓦。

若通过本安电源+隔离栅，电压/电流均受限，理论上可以实现本安。

但这类产品少见。

3、组合方式：供电隔爆 + 信号本安

部分厂家采用混合防爆：

• 仪表供电部分设计为隔爆型（Ex d），承受大功率。

• 信号输出部分设计为本安型（Ex i），确保进入控制系统的信号回路安全。

兼顾功耗需求与本安接口要求。这种模式在国际认证体系中是被允许的，但需要单独做“组合型式认证”。

四

国际标准与认证角度

1、IECEx & ATEX（国际/欧洲）

• 对本安电路规定了严格的电气参数限制。

• 强调正常与单故障两种工况下的安全性。

2、GB 3836（中国）

• 等效采用 IEC 标准。

• 常见认证形式有 Ex ia（可在 0区使用）和 Ex ib（可在 1区使用）。

3、NEPSI、CQST 等国内认证机构

对四线制大功率仪表，多数只给出 隔爆证书，很少能给本安证书。

工程师需要注意：不是厂家不愿意做四线制本安，而是功耗限制几乎不允许。

五

与其他防爆型式的对比

型式

典型应用

优点

缺点

本安型 Ex i

二线制变送器、小功耗传感器

接线方便，维护安全

功率限制严格

隔爆型 Ex d

四线制分析仪、流量计

功率无明显限制

外壳大，维修不便

增安型 Ex e

接线端子箱、电机

结构简单，成本低

不适合电子仪表

组合型

Ex d+Ex i

部分四线制智能仪表

兼顾供电与信号

成本高，认证复杂

六

工程误区与常见问题

• 误区1：认为所有仪表都能做成本安 实际上，大多数四线制仪表只能做隔爆。

• 误区2：以为本安比隔爆高级 事实上，二者只是适用场景不同，不能简单比较“高低”。

• 误区3：忽视电容电感的影响 有工程师只看电压电流，而忽视电容放电能量，容易导致设计失效。

七

行业发展趋势

1、智能化 → 功耗增加

越来越多仪表内置 MCU、通讯模块（HART、Modbus、以太网），功耗上升，本安实现更难。

2、混合防爆方案

Ex d + Ex i 的组合方案将更普遍。功能安全（SIL）结合防爆 一些化工项目同时要求 SIL2/SIL3 + 本安认证，对仪表厂商提出更高挑战。

3、低功耗设计进步

随着低功耗芯片发展，未来可能会出现更多小型四线制本安传感器。

八

工程建议

若必须在危险区使用四线制仪表：

• 选隔爆型，或采用 Ex d+Ex i 组合。

• 提前确认认证证书，避免项目验收争议。

若项目强制要求本安：

• 优先选二线制本安仪表。

• 对四线制需求，应与厂家确认功耗和认证方案。

设计人员注意：

不要在投标文件中写“所有仪表均需本安”，要结合功耗实际。

需要同时考虑防爆等级与功能安全要求。

九

结论

四线制仪表能不能本安？

• 理论上可以：在功耗极低的情况下，少数四线制仪表可以做成本安。

• 工程上不现实：绝大多数四线制仪表功率较大，只能采用隔爆或组合防爆。

四线制仪表的本安实现受功耗约束，绝大多数场合需采用隔爆型，工程设计应实事求是，避免强行要求本安。

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PROFILE

计为技术工程师

陈工

陈工，是计为自动化资深工程师，长期专注于液位测量设备的现场应用与技术改进，具备丰富的工程实践经验。曾多次参与石化、电力等行业项目，对雷达液位计、磁翻板液位计等仪表的选型、安装与故障分析有深入研究，尤其擅长解决密封、振动、温差等极端工况下的安装问题，帮助客户提升系统稳定性与测量可靠性。

计为专注于物位测量仪表的研发与生产，提供可靠的自动化解决方案。拥有50+项国家专利，荣获国家高新技术企业认证。

封面丨小黄

文字丨陈工

图片丨阿刀

审核丨小田