信號隔離器

信號隔離器的寫法

信號隔離器介紹

信號隔離器采用了先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)，在對高、低頻干擾信號的抑制方面均有著優(yōu)異表現(xiàn)，即使在大功率變頻控制系統(tǒng)中依然能夠可靠應(yīng)用，內(nèi)部采用數(shù)字化調(diào)校、無零點(diǎn)及滿度電位器、自動動態(tài)校準(zhǔn)零點(diǎn)、溫度漂移自動補(bǔ)償?shù)戎T多先進(jìn)技術(shù)，并符合IEC61000-4-4；它將輸入單路或雙路電流或電壓信號，變送輸出隔離的單路或雙路線性的電流或電壓信號，并提高輸入、輸出、電源之間的電氣隔離性能。

原理

目前，信號隔離（變換）器從隔離方式上主要分為：變壓器隔離方式，光電隔離方式和變壓器與光電聯(lián)合隔離方式等幾種。信號隔離器至今已有40多年的歷史，早期的信號隔離器（如美國MOORE，日本M-SYSTEM等）都是采用變壓器隔離方式，它的特點(diǎn)是：性能穩(wěn)定，壽命長（比如：日本M-SYSTEM公司的M2系列隔離變換器標(biāo)稱的使用壽命長達(dá)70年?。瑤ж?fù)載能力強(qiáng)，隔離強(qiáng)度高，但電路復(fù)雜，制作工藝要求更高。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，近些年來逐漸出現(xiàn)了利用光耦合器（opticalcoupler）生產(chǎn)的光電式隔離器，它的特點(diǎn)是：性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，而且線路簡單，成本低廉，但相對于變壓器隔離方式壽命略短。在一些現(xiàn)場干擾較大，工藝要求較高場合出現(xiàn)了變壓器與光電聯(lián)合方式的信號隔離器，它的隔離能力、抗無限射頻和電磁干擾能力更強(qiáng)。比如日本M-SYSTEM公司生產(chǎn)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)R5系列的模擬量采集模塊就應(yīng)用了變壓器和光電聯(lián)合隔離方式。隔離器實(shí)現(xiàn)了輸入對輸出對電源對地的四端三重隔離電路設(shè)計(jì)，因此無需系統(tǒng)接地線路，給設(shè)計(jì)及現(xiàn)場施工帶來極大方便。也正是由于這種信號線路無需共地的設(shè)計(jì)，使得檢測和控制回路信號的穩(wěn)定性和抗干擾能力大大增強(qiáng)，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。另外，這種隔離器產(chǎn)品除具備極強(qiáng)的濾波能力外，還有更強(qiáng)的信號處理能力，能夠接受并處理熱電偶、熱電阻、頻率等各種信號。

指標(biāo)

1.隔離強(qiáng)度：也叫隔離能力、耐壓強(qiáng)度或測試耐壓，這是衡量信號隔離器的主要參數(shù)之一。單位：伏特@1分鐘。它指的是輸入與輸出，輸入與電源，輸出與電源之間的耐壓能力。它的數(shù)值越大說明耐壓能力越好，隔離能力越強(qiáng)，濾波性能越高。一般的，這種耐壓測試是通過一次性樣品的耐壓檢驗(yàn)來確定的。在該測試過程中，將持續(xù)若干分鐘地分別在輸入與輸出、輸入與電源、輸出與電源之間加載50Hz的工頻電壓，以便得出器件同另一個(gè)電勢面之間不會發(fā)生擊穿的電壓數(shù)值。目前，市場上的信號隔離器的隔離強(qiáng)度分為2000V@1分鐘，1500V@1分鐘，1000V@1分鐘，500V@1分鐘等幾個(gè)級別。比如：日本M-SYSTEM和美國ACI的信號隔離器隔離強(qiáng)度為2000V@1分鐘；其他國外品牌能做到1500V@1分鐘；而目前國內(nèi)的幾個(gè)品牌也能做到1000V@1分鐘，甚至1500V@1分鐘的隔離強(qiáng)度。2.精度：這是衡量一個(gè)信號隔離變送器質(zhì)量的標(biāo)尺。業(yè)內(nèi)一般能做到量程的±0.2[%]。個(gè)別品牌如M-SYSTEM、ACI等能做到±0.1[%]。3.溫度系數(shù)：表示隔離器等儀表在環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，精度的變化情況。大多情況下用百分?jǐn)?shù)表示(也有用單位250ppm/K表示的)，如：M-SYSTEM溫度系數(shù)為±0.015[%]/℃（相當(dāng)于150ppm/K）。4.響應(yīng)時(shí)間：表征信號隔離器的反應(yīng)速度。5.絕緣電阻：內(nèi)部電源與外殼之間隔離直流作用的數(shù)值化表征。6.負(fù)載電阻：反映了信號隔離器的帶載能力。

類型

隔離器：工業(yè)生產(chǎn)中為增加儀表負(fù)載能力并保證連接同一信號的儀表之間互不干擾，提高電氣安全性能。需要將輸入的電壓、電流或頻率、電阻等信號進(jìn)行采集、放大、運(yùn)算、和進(jìn)行抗干擾處理后，再輸出隔離的電流和電壓信號，安全的送給二次儀表或plc\dcs使用。配電器：工業(yè)現(xiàn)場一般需要采用兩線制傳輸方式，既要為變送器等一次儀表提供24V配電電源，同時(shí)又要對輸入的電流信號進(jìn)行采集、放大、運(yùn)算、和進(jìn)行抗干擾處理后，再輸出隔離的電流和電壓信號，供后面的二次儀表或其它儀表使用。安全柵：一些特殊的工業(yè)現(xiàn)場（如燃?xì)夤竞突S）不但需要兩線制傳輸，既提供配電電源又有信號隔離功能，同時(shí)還需要具有安全火花防爆的性能，可靠地遏制電源功率、防止電源、信號及地之間的點(diǎn)火，限流、降壓雙重限制信號及電源回路，把進(jìn)入危險(xiǎn)場所的能量限制在安全定額范圍內(nèi)。信號隔離器位于二個(gè)系統(tǒng)通道之間，所以選擇隔離器首先要確定輸入輸出功能，同時(shí)要使隔離器輸入輸出模式（電壓型、電流型、環(huán)路供電型等）適應(yīng)前后端通道接口模式。此外尚有精度﹑功耗﹑噪音﹑絕緣強(qiáng)度﹑總線通訊功能等許多重要參數(shù)涉及產(chǎn)品性能，例如噪音與精度有關(guān)、功耗熱量與可靠性有關(guān)，這些需要使用者慎選?？傊m用、可靠、產(chǎn)品性價(jià)比是選擇隔離器的主要原則。

原因

在工業(yè)生產(chǎn)過程中實(shí)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(jī)構(gòu)，它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，甚至數(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)備之間信號傳輸互相干擾，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(gè)儀表、設(shè)備本身的性能原因如抗電磁干擾影響外，還有一個(gè)十分重要的原因是由于儀表和設(shè)備之間的信號參考點(diǎn)之間存在電勢差,因而形成“接地環(huán)路”造成信號傳輸過程中失真。因此，要保證系統(tǒng)穩(wěn)定和可靠的運(yùn)行。“接地環(huán)路”問題是在系統(tǒng)信號處理過程中必須解決的問題。

解決接地環(huán)路的方法

解決接地環(huán)路的方法，根據(jù)理論和實(shí)踐分析，有三種解決方案：種方案:所有現(xiàn)場設(shè)備不接地，使所有過程環(huán)路只有一個(gè)接地點(diǎn)，不能形成回路，這種方法看似簡單，但在實(shí)際應(yīng)用中往往很難實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槟承┰O(shè)備要求必須接地才能保證測量精度或確保人身安全，某些設(shè)備可能因?yàn)殚L期遭到腐蝕和磨損后或氣候影響而形成新的接地點(diǎn)。第二種方案：使兩接地點(diǎn)的電勢相同（使V1=V2），但由于接地點(diǎn)的電阻受地質(zhì)條件及氣候變化等眾多因素的影響，這種方案其實(shí)在實(shí)際中無法完全能做到。第三種方案：在各個(gè)過程環(huán)路中使用信號隔離方法，斷開過程環(huán)路，同時(shí)又不影響過程信號的正常傳輸，從而徹底解決接地環(huán)路問題。