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信號隔離器的分類及作用介紹
信號隔離器的分類及作用介紹

信號隔離器的分類

二線制變送器輸入配電隔離器的品種比較多,從輸入通道數(shù)來分有單路和雙路,以及一路輸入,二路輸出信號分配功能的品種.按供電方式來分又有:回路供電型,獨立供電型和輸出回路供電型.

回路供電型

輸入輸出均為二線,接線十分方便,它把DCS,PLC或顯示表提供電源經(jīng)隔離給二線制變送器配電,同時,二線制變送器產(chǎn)生4～20mA信號隔離輸入到DCS,PLC或顯示表.它特別適合于現(xiàn)場為二線制變送器,需要隔離輸入到DCS,PLC系統(tǒng)或顯示儀表,而輸入設(shè)備的輸入卡具有內(nèi)部供電功能的場合,但是它有不足之處:

①,隔離器相當(dāng)于一個負(fù)載,經(jīng)過隔離器在隔離兩端之間有一個不大于6V的壓降,因此它給二線制變送器配電工作電壓會降低,一般要求變送器12V供電能工作.

例:供電24V,RL=250Ω,當(dāng)20mA時,供給二線制變送器配電電壓UO ≈24V-0.02×RL-6≥13V,這樣一般要求二線制變送器要在12V電壓正常工作.

②,傳輸精度相對獨立供電的隔離器要差一點,為0.4% F.S.,選用時要特別注意.



獨立供電型

這是最為常用的配二線制變送器的配電隔離器,它需要對隔離器獨立供電,其特點是:

1、傳輸精度高,達(dá)到0.1% F.S..

2、接線方式靈活,可以接二線制變送器,三線制變送器或電流源信號,使用靈活方便.

3、電源,輸入,輸出之間完全隔離,保證高抗干擾性能.

4、需要配備獨立的20-35VDC的直流電源.



輸出回路供電型

在實際工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)中,DCS,PLC或顯示儀表具有卡內(nèi)部供電的使用越來越廣泛,回路供電型隔離器又往往不能滿足這些卡件對信號隔離傳輸精度要求高和二線制變送器配電電壓要求高的要求,因此出現(xiàn)了輸出回路供電型產(chǎn)品,它既保留了獨立供電型隔離器優(yōu)越性能,又滿足輸出回路供電接口要求.



一進(jìn)二出信號分配功能隔離器

應(yīng)用中,我們還會經(jīng)常遇到將一個變送器信號接入兩個或兩個以上接收裝置的情況,若采用串聯(lián)環(huán)路,則環(huán)路中任一處開路都會造成整個環(huán)路上的儀表無信號,而且負(fù)載電阻之和很容易超過變送器的負(fù)載能力,還必須保證兩個負(fù)載信號之間參考點不一樣。

因此一般不采用這種方法,通常采用的方法是: 在環(huán)路中串接一個電阻, 再將負(fù)載并聯(lián)在電阻上取電壓信號, 如串聯(lián)一個250Ω電阻將4～20mA電流信號轉(zhuǎn)換成1～5V電壓信號. 這種方式雖然能避免開路及負(fù)載能力等問題, 但卻存在以下不足,

①,通過串聯(lián)電阻取電壓信號方法是以假定接收設(shè)備的輸入阻抗無窮大為前提的,所以接收設(shè)備的輸入阻抗必然對信號的測量產(chǎn)生誤差,而且,并聯(lián)設(shè)備數(shù)目越多,誤差越大.

②,導(dǎo)線越長,線阻的電壓降越大,對實際電壓信號的影響也越大,因此,信號傳輸距離不能太長.

③,由于RFI/EMI的信號容易與電壓信號疊加,所以該連接易受無線射頻/電磁干擾.

解決以上問題的最理想方案是使用信號分配器.把一路輸入轉(zhuǎn)換成隔離二路輸出,精度高,隔離能力強，

①兩輸出信號既可相同也可不同,變送器和各個接收設(shè)備間完全隔離.

②任一接收設(shè)備出現(xiàn)的故障不會影響整個環(huán)路及另一個接收設(shè)備.

信號隔離器的作用

1)地環(huán)流干擾

在工業(yè)生產(chǎn)過程中實現(xiàn)監(jiān)視和控制需要用到各種自動化儀表、控制系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)，他們之間的信號傳輸既有微弱到毫伏級、毫安級的小信號;又有幾十伏，數(shù)千伏、數(shù)百安培的大信號;既有低頻直流信號，也有高頻脈沖信號等等，構(gòu)成系統(tǒng)后往往發(fā)現(xiàn)在儀表和設(shè)備之間傳輸相互干擾，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定甚至誤操作，出現(xiàn)這種情況除了每個儀器、設(shè)備本身的性能原因如抗電磁干擾影響，還有一個十分重要的原因就是各種儀器設(shè)備根據(jù)要求和目的都需要接地,例如為了安全，機殼需要接大地;為了使電路正常工作，系統(tǒng)需要有公共參考點;為了抑制干擾加屏蔽罩，屏蔽罩也需要接地，但是由于儀表和設(shè)備之間的參考點之間存在電勢差(也就是各設(shè)備的共地點不同)因而形成“地環(huán)流”、“接地環(huán)流”問題是在系統(tǒng)處理信號過程中必須解決的問題。

2)自然干擾



雷電是一種主要的自然干擾源，雷電產(chǎn)生的干擾可以傳輸?shù)綌?shù)千公里以外的地方。雷電干擾的時域波形是疊加在一串隨機脈沖背景上的一個大尖峰脈沖。宇宙噪音是電離輻射產(chǎn)生的，在一天中不斷變化。太陽噪音則隨著太陽活動情況的劇烈變化。自然界噪聲主要會對通訊產(chǎn)生干擾，而雷電能量尖蜂脈沖可以對很多設(shè)備造成損壞，應(yīng)該加以避免或降低損壞程度，減少損失。



(2)人為干擾



電磁干擾產(chǎn)生的根本原因是導(dǎo)體中有電壓或電流的變化，即較大dv/dt或di/dt.dv/dt或di/dt能夠使導(dǎo)體產(chǎn)生電磁波輻射。一方面，人們可以利用這一特點實現(xiàn)特定功能，例如，無限通信、雷達(dá)或其他功能，另一方面，電子設(shè)備在工作時，由于導(dǎo)體中的dv/dt或di/dt會產(chǎn)生伴隨電磁輻射。無論主觀上出于什么目的，客觀上對電磁環(huán)境造成了污染。還有工廠企業(yè)在生產(chǎn)過程中會經(jīng)常有一些大型的設(shè)備(電機、變頻器)頻繁開關(guān)，他們也會造成一些容性、感性的干擾，也將影響儀器儀表正常顯示或采集。凡是有電壓電流突變的場合，肯定會有電磁干擾存在。數(shù)字脈沖電路就是一種典型的干擾源，隨著電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用,電磁污染情況會越來越嚴(yán)重.

2.解決各種干擾的方法



首先干擾的三要素是干擾源、敏感源和耦合路徑，這三要素缺少一個，電磁兼容問題都不會存在。因此要從這三要素入手。找出最方便的解決方法，一般干擾源和敏感源是沒辦法解決的，通常是從耦合路徑想辦法，也是最常用的方法。如加屏蔽、加濾波等手段。而處理環(huán)流最常見也最為麻煩，現(xiàn)在以此為探討話題。



(1)第一種方法;所有現(xiàn)場設(shè)備不接地，使所有過程環(huán)路只有一個接地點，不能形成回路，這種方法看似簡單，但實際應(yīng)用中往往很難實現(xiàn)，因為某些設(shè)備要求必須接地才能保證測量精度或人身安全，某些設(shè)備可能因為長期遭到腐蝕和磨損后或氣候影響而形成新的接地點。



(2)第二種方法：使兩接地點的電勢相同，但由于接地的電阻受地質(zhì)條件及氣候變化眾多因素的影響，這種方法在其實在實際中也無法完全能做到。



(3)第三種方法：在各個過程環(huán)節(jié)中使用信號隔離器，斷開過程環(huán)路，同時又不影響過程信號的正常傳輸，從而徹底解決地環(huán)路的問題。



3.采用信號隔離器的優(yōu)越性



在各個過程環(huán)路中使用信號隔離器辦法可以用DCS或PLC等隔離卡件或者現(xiàn)場帶的隔離的變送器(部分設(shè)備可以做到)，也可以用信號隔離器來實現(xiàn)。比較起來，用信號隔離器有以下優(yōu)點：



•絕大部分情況，采用信號隔離器+非隔離卡件比采用隔離卡件便宜



•信號隔離器比隔離卡件在隔離能力、抗電磁干擾等方面性能更加優(yōu)越



•信號隔離器應(yīng)用靈活，而且它還有信號轉(zhuǎn)換和信號分配及接口轉(zhuǎn)換等功能，使用起來更加方便



•信號隔離器通常有單通道、雙通道、通道間相互完全獨立、構(gòu)成系統(tǒng)的配置、日常維護(hù)更加方便。