2024年8月25日发(作者：仁馨香)

P+F公司的齐纳式安全栅

P＋F公司95年推出的新型Z系列齐纳栅专

为配合DCS系统而设计。依照最新齐纳栅应用理

念设计，精益求精地选配元器件，采用一丝不苟

的精湛工艺制作，使其优秀品质得以充分体现：

• 理想化的齐纳特性

• 无源纯阻性电路

• 适应DCS对智能变送器回路供电

• 一台齐纳栅负责一个检测点或一个控制点

• 避免除安全需要以外的安全栅的损耗

• 对工程友好的结构设计

理想化的齐纳特性

齐纳栅的基本电路如图1所示。

R F

I

leak

Z x3

图1

注：为简化图示，将三重冗余的齐纳管只标出一

个。

理想的齐纳栅特性是当回路电压V低于

齐纳栅安全限压V

0

时，齐纳管截止，漏电流I

leak

为零；而当回路电压等于安全限压值时，齐纳管

突然导通，漏电流跳升至足够大，使回路电压永

不超过安全限压值。当然，理想的齐纳特性并不

存在。当回路电压接近安全限压值时，齐纳管总

是逐渐导通的。实践中，人们将齐纳管漏电流

I

leak

达到10µA时的回路电压V

10µA

认作齐纳管导

通的开启电压。此V

10µA

越靠近安全限压值，则齐

纳特性越理想。

P＋F公司追求齐纳特性的理想化可谓精益

求精。例如用于标称24V回路的Z系列安全栅，

其安全限压值为28V，而V

10µA

做到26.5V。齐纳

特性的理想化，一方面因回路漏电流减小而使检

测精度提高；另一方面也大大增加了安全栅对回

路电压的宽容度，从而使P+F公司能够在不影响

齐纳栅适用范围的情况下，淘汰原有的有源齐纳

栅。

无源纯阻性电路

齐纳式安全栅

Z系列齐纳栅采用无源的纯电阻性电路，

与有源齐纳栅相比，这种电路不仅元器件少，故

障率低，成本低，而且有利于回路信号的保真和

抗干扰。

Z系列齐纳栅中常用的电路有六种：

齐纳栅电路一 单线浮空（图2）

1

8

Z x3

2

7

图2

显然，这是最简单的齐纳栅电路。其特点

是廉价。典型品种为Z728和Z715等。其中

Z728适用于大多数DCS的4-20mA模拟量输出

回路。

Z系列齐纳栅仍保留负极性品种，即将上

图中齐纳管反向设置，如Z828等。但负极性齐

纳栅会使工程的配电和接地问题更趋复杂，除非

万不得已，一般不建议采用。所以，此样本不作

详述。

齐纳栅电路二 双线浮空、反向截止（图3）

1

8

4

x 3

5

2

x 3

3

7

6

图3

最典型的品种有Z787.H和Z787。其中

Z787.H被广泛应用于智能变送器回路。

齐纳栅电路三 4-20mA/1-5V转换（图4）

1

8

x 3

4

5

250Ω

x 3

2

3

7

6

图4

典型品种为Z788.R。其特点为能将变送

器4-20mA信号转换为1-5V信号给DCS。

齐纳栅电路四 双极星形结构（图5）

1

8

4

5

x 3 x 3

x 3

2

7

3

6

图5

此电路最适合±mV信号回路。特点为有

较高的共模抑制比。典型品种为Z960。专门用于

连接热电偶。

齐纳栅电路五 双极性 三线浮空（图6）

1 8

3 6

4 5

x 3

2 7

图6

这是连接三线制热电阻的专用电路。特点

为具有完全相同的三个通路。齐纳栅型号为

Z954。

齐纳栅电路六 双极性二线浮空（图7）

1

8

4

5

x 3 x 3

2

7

3

6

图7

过去这种电路曾被用于热电阻回路，但缺

陷是配三线制热电阻时需要一个半安全栅，多有

齐纳式安全栅

不便。现在则主要用于称重测力传感器的应变电

桥回路。典型品种有Z966（用于电桥配电）和

Z964（用于电桥测量）。

适应DCS对智能变送器回路供电

在齐纳栅与DCS的配合时，人们常会遇

到因齐纳栅回路压降过大，而导致DCS的回路供

电不够驱动智能变送器的情况。为此，P+F公司

特别推出Z787.H型齐纳栅。当用户使用霍尼韦

尔、横河、艾默生、ABB公司的DCS和智能变

送器时，只要选择Z787.H便无后顾之忧。

Z787.H配合DCS应用于智能变送器回

路如图8所示。

DCS

1

8 24V~26.5V

4

5

2

7

250Ω

3

6

图8

1-8端端电阻：250欧姆

4-5端端电阻：25欧姆

首先，Z787.H的齐纳管开启电压V

10µA

为26.5V。使回路供电电压范围为24V-26.5V。

许多DCS如Centum-CS3等，其标准回路供压

可设定在25.5V。此时选用Z787.H显然是最理

想的。

其次，Z787.H合理设计其两个通路的端

端电阻，以适应现代智能变送器，如横河EJA、

艾默生3051、ABB600、霍尼韦尔ST3000等，

对回路电阻的要求。

以3051为例。其对回路电阻的要求为：

250Ω ≤ R ≤ (V

loop

-10.5V) ÷ 0.023A

当DCS供压为24V时，回路电压

V

loop

＝ 24V - 0.9V ＝ 23.1V于是：

250Ω ≤ R ≤ 548Ω

而应用Z787.H时，回路电阻

R = 250Ω + 25Ω + 250Ω = 525Ω

显然满足3051变送器的要求。

Z787.H并非只适合有DCS进行回路供

电。某些DCS的AI卡要求齐纳栅外供电（如

DCS的AI卡内阻较大）时，Z787.H也是理想的

齐纳栅。

一台齐纳栅负责一个检测或控制点

P+F公司建议用户采用单通道齐纳栅，

即一台齐纳栅负责一个检测点或一个控制点。同

样，一个检测点（如三线制热电阻）也应避免设

计两台齐纳栅。这样做的好处是当维护齐纳栅

时，不会影响到其他回路的正常工作。

避免除安全需要以外的安全栅损耗

当回路电压高于齐纳栅的安全限压值时，

将因齐纳管导通而导致保险丝熔断。这是齐纳栅

保证本质安全的正常功能。但除此以外的安全栅

损耗则应尽量避免。

实践中，为了减少齐纳栅的意外损耗，用

户在现场一侧作业时，通常会切断相关回路的供

电。这就使本安防爆允许现场带电作业的优点得

不到利用。

为最大限度避免除安全需要以外的意外损

耗，P+F公司对Z系列齐纳栅的参数进行了周密

的设计。对于模拟量输出、热偶和热阻输入、数

字量输入、纯电流和电压输入、频率输入、选用

Z787.H的模拟量（变送器）输入等回路，在

DCS回路供电的条件下，只要系统一侧无故障，

Z系列齐纳栅就允许现场一侧带电作业。此时现

场的短路和开路均不会损坏齐纳栅。

以变送器回路采用Z787.H为例。设回路

电压为26.5V，DCS系统一侧无故障，而现场短

路。如图9所示。

DCS

1

8 24V~26.5V

4

5

250Ω

2

7

3

6

图9

此时，回路电流为Isc。

Isc = (26.5V-0.9V)÷(250Ω+25Ω+250Ω)=49mA

由于Z787.H采用80mA高速保险丝，容

量足够，此时不会熔断。

可更换保险丝的齐纳栅

实践中，齐纳栅的损坏绝大部分表现为保

险丝熔断。于是人们设计出装有可更换保险丝的

齐纳栅，希望能减少用户的损失。

齐纳式安全栅

F3

1

F1

F4 8

4

F2

5

2

7

3

6

图10

图10所示为可更换保险丝的齐纳栅

Z787.H.F。与不可更换保险丝的Z787.H比较可

以看出，Z787.H.F在Z787.H的基础上增加了可

更换的保险丝F3和F4。保险丝F1和F2的作用

示保护齐纳管Z，不允许更换。所以Z787.H.F用

可更换保险丝F3和F4来保护保险丝F1和F2。

对工程友好的结构设计

Z系列齐纳栅的结构设计遵循对工程友好

的基本原则。其外形如图11所示。

图11

Z系列齐纳栅的厚度为12.5mm，相当与两个

标准2.5mm

2

接线端子的厚度。安全栅上设有

2.5mm

2

自开式接线端子。任何二线制回路的接线

均不重叠，便于接线和查找。

Z系列齐纳栅采用导轨安装方式（35mm标准

DIN导轨）。在安装同时，齐纳栅的接地极与安

装导轨卡接。接地线可以从导轨上引出。同时安

全栅上还另设接地端子，以适应用户的不同接地

规范。如图12所示。

Z系列齐纳栅上配备有号标牌，无须另购位号

附件。

Z系列齐纳栅的安装密度和配线密度设计合

理。以台标准800×800×2100（mm）机柜，两

面开门，共可安装512台安全栅，配线容量每柜

2000至3000根。

齐纳式安全栅的接地

齐纳栅必须安装在安全区，并可靠接地。这是

为了防止在危险区存在过高的对地电势和产生过

大的地电流。

图13

如果齐纳栅不接地，如图13所示，当安

全区内的故障导致一个对地的高电势（250Vac

的相线）落在齐纳栅上时，齐纳管只限制齐纳栅

两线之间的电压，无法限制任何一线对地的电

势。于是，该电势被引至危险区。一旦现场发生

对地短路，立即产生危险的地电流。这种对地的

高电势和地电流的能量并未得到限制。因此产生

的火花是极其危险的。

齐纳式安全栅

图14

如果齐纳栅可靠接地，如图14所示。当

同样的故障发生时，齐纳管限制了对地电势，地

电流只产生在安全区内，于是将确保现场的安

全。

齐纳栅所连接的地俗称本安地。欧洲和世

界上大部分国家和地区要求本安地的地电阻小于

1Ω。所谓本安地，可以，但并不一定是地桩、地

坑、地网所形成的地。在实践中，有多种本安地

设置方案。如，若工厂设有小于1Ω的等电位地，

便可以作为齐纳栅的本安地。又如，若齐纳栅可

能涉及的故障电能量的供电源（如控制室仪表电

气电源、照明电源等）有可靠和方便的接地点，

则齐纳栅的接地可通过电缆接到该接地点，此时

必须保证从齐纳栅到该接地点的电缆电阻小于

1Ω。

2024年8月25日发(作者：仁馨香)

P+F公司的齐纳式安全栅

P＋F公司95年推出的新型Z系列齐纳栅专

为配合DCS系统而设计。依照最新齐纳栅应用理

念设计，精益求精地选配元器件，采用一丝不苟

的精湛工艺制作，使其优秀品质得以充分体现：

• 理想化的齐纳特性

• 无源纯阻性电路

• 适应DCS对智能变送器回路供电

• 一台齐纳栅负责一个检测点或一个控制点

• 避免除安全需要以外的安全栅的损耗

• 对工程友好的结构设计

理想化的齐纳特性

齐纳栅的基本电路如图1所示。

R F

I

leak

Z x3

图1

注：为简化图示，将三重冗余的齐纳管只标出一

个。

理想的齐纳栅特性是当回路电压V低于

齐纳栅安全限压V

0

时，齐纳管截止，漏电流I

leak

为零；而当回路电压等于安全限压值时，齐纳管

突然导通，漏电流跳升至足够大，使回路电压永

不超过安全限压值。当然，理想的齐纳特性并不

存在。当回路电压接近安全限压值时，齐纳管总

是逐渐导通的。实践中，人们将齐纳管漏电流

I

leak

达到10µA时的回路电压V

10µA

认作齐纳管导

通的开启电压。此V

10µA

越靠近安全限压值，则齐

纳特性越理想。

P＋F公司追求齐纳特性的理想化可谓精益

求精。例如用于标称24V回路的Z系列安全栅，

其安全限压值为28V，而V

10µA

做到26.5V。齐纳

特性的理想化，一方面因回路漏电流减小而使检

测精度提高；另一方面也大大增加了安全栅对回

路电压的宽容度，从而使P+F公司能够在不影响

齐纳栅适用范围的情况下，淘汰原有的有源齐纳

栅。

无源纯阻性电路

齐纳式安全栅

Z系列齐纳栅采用无源的纯电阻性电路，

与有源齐纳栅相比，这种电路不仅元器件少，故

障率低，成本低，而且有利于回路信号的保真和

抗干扰。

Z系列齐纳栅中常用的电路有六种：

齐纳栅电路一 单线浮空（图2）

1

8

Z x3

2

7

图2

显然，这是最简单的齐纳栅电路。其特点

是廉价。典型品种为Z728和Z715等。其中

Z728适用于大多数DCS的4-20mA模拟量输出

回路。

Z系列齐纳栅仍保留负极性品种，即将上

图中齐纳管反向设置，如Z828等。但负极性齐

纳栅会使工程的配电和接地问题更趋复杂，除非

万不得已，一般不建议采用。所以，此样本不作

详述。

齐纳栅电路二 双线浮空、反向截止（图3）

1

8

4

x 3

5

2

x 3

3

7

6

图3

最典型的品种有Z787.H和Z787。其中

Z787.H被广泛应用于智能变送器回路。

齐纳栅电路三 4-20mA/1-5V转换（图4）

1

8

x 3

4

5

250Ω

x 3

2

3

7

6

图4

典型品种为Z788.R。其特点为能将变送

器4-20mA信号转换为1-5V信号给DCS。

齐纳栅电路四 双极星形结构（图5）

1

8

4

5

x 3 x 3

x 3

2

7

3

6

图5

此电路最适合±mV信号回路。特点为有

较高的共模抑制比。典型品种为Z960。专门用于

连接热电偶。

齐纳栅电路五 双极性 三线浮空（图6）

1 8

3 6

4 5

x 3

2 7

图6

这是连接三线制热电阻的专用电路。特点

为具有完全相同的三个通路。齐纳栅型号为

Z954。

齐纳栅电路六 双极性二线浮空（图7）

1

8

4

5

x 3 x 3

2

7

3

6

图7

过去这种电路曾被用于热电阻回路，但缺

陷是配三线制热电阻时需要一个半安全栅，多有

齐纳式安全栅

不便。现在则主要用于称重测力传感器的应变电

桥回路。典型品种有Z966（用于电桥配电）和

Z964（用于电桥测量）。

适应DCS对智能变送器回路供电

在齐纳栅与DCS的配合时，人们常会遇

到因齐纳栅回路压降过大，而导致DCS的回路供

电不够驱动智能变送器的情况。为此，P+F公司

特别推出Z787.H型齐纳栅。当用户使用霍尼韦

尔、横河、艾默生、ABB公司的DCS和智能变

送器时，只要选择Z787.H便无后顾之忧。

Z787.H配合DCS应用于智能变送器回

路如图8所示。

DCS

1

8 24V~26.5V

4

5

2

7

250Ω

3

6

图8

1-8端端电阻：250欧姆

4-5端端电阻：25欧姆

首先，Z787.H的齐纳管开启电压V

10µA

为26.5V。使回路供电电压范围为24V-26.5V。

许多DCS如Centum-CS3等，其标准回路供压

可设定在25.5V。此时选用Z787.H显然是最理

想的。

其次，Z787.H合理设计其两个通路的端

端电阻，以适应现代智能变送器，如横河EJA、

艾默生3051、ABB600、霍尼韦尔ST3000等，

对回路电阻的要求。

以3051为例。其对回路电阻的要求为：

250Ω ≤ R ≤ (V

loop

-10.5V) ÷ 0.023A

当DCS供压为24V时，回路电压

V

loop

＝ 24V - 0.9V ＝ 23.1V于是：

250Ω ≤ R ≤ 548Ω

而应用Z787.H时，回路电阻

R = 250Ω + 25Ω + 250Ω = 525Ω

显然满足3051变送器的要求。

Z787.H并非只适合有DCS进行回路供

电。某些DCS的AI卡要求齐纳栅外供电（如

DCS的AI卡内阻较大）时，Z787.H也是理想的

齐纳栅。

一台齐纳栅负责一个检测或控制点

P+F公司建议用户采用单通道齐纳栅，

即一台齐纳栅负责一个检测点或一个控制点。同

样，一个检测点（如三线制热电阻）也应避免设

计两台齐纳栅。这样做的好处是当维护齐纳栅

时，不会影响到其他回路的正常工作。

避免除安全需要以外的安全栅损耗

当回路电压高于齐纳栅的安全限压值时，

将因齐纳管导通而导致保险丝熔断。这是齐纳栅

保证本质安全的正常功能。但除此以外的安全栅

损耗则应尽量避免。

实践中，为了减少齐纳栅的意外损耗，用

户在现场一侧作业时，通常会切断相关回路的供

电。这就使本安防爆允许现场带电作业的优点得

不到利用。

为最大限度避免除安全需要以外的意外损

耗，P+F公司对Z系列齐纳栅的参数进行了周密

的设计。对于模拟量输出、热偶和热阻输入、数

字量输入、纯电流和电压输入、频率输入、选用

Z787.H的模拟量（变送器）输入等回路，在

DCS回路供电的条件下，只要系统一侧无故障，

Z系列齐纳栅就允许现场一侧带电作业。此时现

场的短路和开路均不会损坏齐纳栅。

以变送器回路采用Z787.H为例。设回路

电压为26.5V，DCS系统一侧无故障，而现场短

路。如图9所示。

DCS

1

8 24V~26.5V

4

5

250Ω

2

7

3

6

图9

此时，回路电流为Isc。

Isc = (26.5V-0.9V)÷(250Ω+25Ω+250Ω)=49mA

由于Z787.H采用80mA高速保险丝，容

量足够，此时不会熔断。

可更换保险丝的齐纳栅

实践中，齐纳栅的损坏绝大部分表现为保

险丝熔断。于是人们设计出装有可更换保险丝的

齐纳栅，希望能减少用户的损失。

齐纳式安全栅

F3

1

F1

F4 8

4

F2

5

2

7

3

6

图10

图10所示为可更换保险丝的齐纳栅

Z787.H.F。与不可更换保险丝的Z787.H比较可

以看出，Z787.H.F在Z787.H的基础上增加了可

更换的保险丝F3和F4。保险丝F1和F2的作用

示保护齐纳管Z，不允许更换。所以Z787.H.F用

可更换保险丝F3和F4来保护保险丝F1和F2。

对工程友好的结构设计

Z系列齐纳栅的结构设计遵循对工程友好

的基本原则。其外形如图11所示。

图11

Z系列齐纳栅的厚度为12.5mm，相当与两个

标准2.5mm

2

接线端子的厚度。安全栅上设有

2.5mm

2

自开式接线端子。任何二线制回路的接线

均不重叠，便于接线和查找。

Z系列齐纳栅采用导轨安装方式（35mm标准

DIN导轨）。在安装同时，齐纳栅的接地极与安

装导轨卡接。接地线可以从导轨上引出。同时安

全栅上还另设接地端子，以适应用户的不同接地

规范。如图12所示。

Z系列齐纳栅上配备有号标牌，无须另购位号

附件。

Z系列齐纳栅的安装密度和配线密度设计合

理。以台标准800×800×2100（mm）机柜，两

面开门，共可安装512台安全栅，配线容量每柜

2000至3000根。

齐纳式安全栅的接地

齐纳栅必须安装在安全区，并可靠接地。这是

为了防止在危险区存在过高的对地电势和产生过

大的地电流。

图13

如果齐纳栅不接地，如图13所示，当安

全区内的故障导致一个对地的高电势（250Vac

的相线）落在齐纳栅上时，齐纳管只限制齐纳栅

两线之间的电压，无法限制任何一线对地的电

势。于是，该电势被引至危险区。一旦现场发生

对地短路，立即产生危险的地电流。这种对地的

高电势和地电流的能量并未得到限制。因此产生

的火花是极其危险的。

齐纳式安全栅

图14

如果齐纳栅可靠接地，如图14所示。当

同样的故障发生时，齐纳管限制了对地电势，地

电流只产生在安全区内，于是将确保现场的安

全。

齐纳栅所连接的地俗称本安地。欧洲和世

界上大部分国家和地区要求本安地的地电阻小于

1Ω。所谓本安地，可以，但并不一定是地桩、地

坑、地网所形成的地。在实践中，有多种本安地

设置方案。如，若工厂设有小于1Ω的等电位地，

便可以作为齐纳栅的本安地。又如，若齐纳栅可

能涉及的故障电能量的供电源（如控制室仪表电

气电源、照明电源等）有可靠和方便的接地点，

则齐纳栅的接地可通过电缆接到该接地点，此时

必须保证从齐纳栅到该接地点的电缆电阻小于

1Ω。