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信號(hào)隔離器的應(yīng)用
日期：2024-12-22 03:59
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摘要：
造成模擬信號(hào)失真的原因
1、接地環(huán)路問(wèn)題：如下圖所示，當(dāng)過(guò)程環(huán)路中有兩處或兩處以上接地電阻不相等時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生接地環(huán)路，過(guò)程信號(hào)就會(huì)失真。
接地環(huán)路
要使信號(hào)完整而不失真地傳輸，理想化的情況是所有設(shè)備、儀表中的信號(hào)都有一個(gè)共同的參考點(diǎn)，也就是有一個(gè)共同的“地”。只有這樣，所有的設(shè)備、儀表的信號(hào)參考點(diǎn)之間電位差才能為“零”。很顯然，不同設(shè)備的接地電阻很難保證都相等，接地電阻也會(huì)隨著傳輸距離的增加而升高，有時(shí)甚至產(chǎn)生高達(dá)200V的電位差。
2、測(cè)量回路相互連接問(wèn)題：如下圖所示，在這些回路中，參考點(diǎn)要將因?yàn)榻油ǘ鄠€(gè)信號(hào)回路而升高。
在這種相互連接的測(cè)量回路中，由于線(xiàn)間電阻的不斷增加，必然會(huì)引起參考電壓的不斷升高。
3、電磁干擾問(wèn)題：這是比較常見(jiàn)的干擾，特別是在長(zhǎng)距離或者干擾較大的工業(yè)環(huán)境中，很難避免感性和容性干擾在測(cè)量回路中相互參雜的情況。
解決這些問(wèn)題的方案主要有三種：
**種方案是現(xiàn)場(chǎng)儀表不接地，使過(guò)程環(huán)路中只有一個(gè)接地點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中，這種方案往往難以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槟承┰O(shè)備必須接地才能保證測(cè)量精度或確保人身**，某些設(shè)備可能因?yàn)殚L(zhǎng)期遭到腐蝕和磨損后或氣候影響而形成新的接地點(diǎn)。
**種方案是使兩接地點(diǎn)的電勢(shì)相同，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，這種方案通常是很難實(shí)現(xiàn)的。
第三種方案是在過(guò)程環(huán)路中使用信號(hào)隔離器。信號(hào)隔離器采用隔離技術(shù)，斷開(kāi)過(guò)程環(huán)路中的直接電路（直流通路）但又不影響過(guò)程信號(hào)的正常傳輸，從而徹底解決了上述問(wèn)題。
當(dāng)然，我們也可以用DCS的隔離卡鍵或帶隔離能力的變送器實(shí)現(xiàn)信號(hào)隔離，但它們價(jià)格昂貴，而且他們的隔離強(qiáng)度、抗無(wú)限射頻/電磁干擾（RFI/EMI）指標(biāo)及應(yīng)用靈活性比信號(hào)隔離器差，更不可能像信號(hào)隔離器那樣還可解決信號(hào)轉(zhuǎn)換及信號(hào)分配等問(wèn)題。
信號(hào)隔離器原理
目前，信號(hào)隔離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(hào)隔離器至今已有40多年的歷史，早期的信號(hào)隔離器（如美國(guó)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(zhǎng)（比如：日本M-SYSTEM公司的M2系列隔離變換器標(biāo)稱(chēng)的使用壽命長(zhǎng)達(dá)70年！），帶負(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(lái)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(xiàn)路簡(jiǎn)單，成本低廉，但相對(duì)于變壓器隔離方式壽命略短。
在一些現(xiàn)場(chǎng)干擾較大，工藝要求較高場(chǎng)合出現(xiàn)了變壓器與光電聯(lián)合方式的信號(hào)隔離器，它的隔離能力、抗無(wú)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。
信號(hào)隔離器的原理
隔離器實(shí)現(xiàn)了輸入對(duì)輸出對(duì)電源對(duì)地的四端三重隔離電路設(shè)計(jì)，因此無(wú)需系統(tǒng)接地線(xiàn)路，給設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)施工帶來(lái)極大方便。也正是由于這種信號(hào)線(xiàn)路無(wú)需共地的設(shè)計(jì)，使得檢測(cè)和控制回路信號(hào)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(hào)處理能力，能夠接受并處理熱電偶、熱電阻、頻率等各種信號(hào)。
1、接地環(huán)路問(wèn)題：如下圖所示，當(dāng)過(guò)程環(huán)路中有兩處或兩處以上接地電阻不相等時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生接地環(huán)路，過(guò)程信號(hào)就會(huì)失真。
接地環(huán)路
要使信號(hào)完整而不失真地傳輸，理想化的情況是所有設(shè)備、儀表中的信號(hào)都有一個(gè)共同的參考點(diǎn)，也就是有一個(gè)共同的“地”。只有這樣，所有的設(shè)備、儀表的信號(hào)參考點(diǎn)之間電位差才能為“零”。很顯然，不同設(shè)備的接地電阻很難保證都相等，接地電阻也會(huì)隨著傳輸距離的增加而升高，有時(shí)甚至產(chǎn)生高達(dá)200V的電位差。
2、測(cè)量回路相互連接問(wèn)題：如下圖所示，在這些回路中，參考點(diǎn)要將因?yàn)榻油ǘ鄠€(gè)信號(hào)回路而升高。
在這種相互連接的測(cè)量回路中，由于線(xiàn)間電阻的不斷增加，必然會(huì)引起參考電壓的不斷升高。
3、電磁干擾問(wèn)題：這是比較常見(jiàn)的干擾，特別是在長(zhǎng)距離或者干擾較大的工業(yè)環(huán)境中，很難避免感性和容性干擾在測(cè)量回路中相互參雜的情況。
解決這些問(wèn)題的方案主要有三種：
**種方案是現(xiàn)場(chǎng)儀表不接地，使過(guò)程環(huán)路中只有一個(gè)接地點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中，這種方案往往難以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槟承┰O(shè)備必須接地才能保證測(cè)量精度或確保人身**，某些設(shè)備可能因?yàn)殚L(zhǎng)期遭到腐蝕和磨損后或氣候影響而形成新的接地點(diǎn)。
**種方案是使兩接地點(diǎn)的電勢(shì)相同，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，這種方案通常是很難實(shí)現(xiàn)的。
第三種方案是在過(guò)程環(huán)路中使用信號(hào)隔離器。信號(hào)隔離器采用隔離技術(shù)，斷開(kāi)過(guò)程環(huán)路中的直接電路（直流通路）但又不影響過(guò)程信號(hào)的正常傳輸，從而徹底解決了上述問(wèn)題。
當(dāng)然，我們也可以用DCS的隔離卡鍵或帶隔離能力的變送器實(shí)現(xiàn)信號(hào)隔離，但它們價(jià)格昂貴，而且他們的隔離強(qiáng)度、抗無(wú)限射頻/電磁干擾（RFI/EMI）指標(biāo)及應(yīng)用靈活性比信號(hào)隔離器差，更不可能像信號(hào)隔離器那樣還可解決信號(hào)轉(zhuǎn)換及信號(hào)分配等問(wèn)題。
信號(hào)隔離器原理
目前，信號(hào)隔離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(hào)隔離器至今已有40多年的歷史，早期的信號(hào)隔離器（如美國(guó)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(zhǎng)（比如：日本M-SYSTEM公司的M2系列隔離變換器標(biāo)稱(chēng)的使用壽命長(zhǎng)達(dá)70年！），帶負(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(lái)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(xiàn)路簡(jiǎn)單，成本低廉，但相對(duì)于變壓器隔離方式壽命略短。
在一些現(xiàn)場(chǎng)干擾較大，工藝要求較高場(chǎng)合出現(xiàn)了變壓器與光電聯(lián)合方式的信號(hào)隔離器，它的隔離能力、抗無(wú)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。
信號(hào)隔離器的原理
隔離器實(shí)現(xiàn)了輸入對(duì)輸出對(duì)電源對(duì)地的四端三重隔離電路設(shè)計(jì)，因此無(wú)需系統(tǒng)接地線(xiàn)路，給設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)施工帶來(lái)極大方便。也正是由于這種信號(hào)線(xiàn)路無(wú)需共地的設(shè)計(jì)，使得檢測(cè)和控制回路信號(hào)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(hào)處理能力，能夠接受并處理熱電偶、熱電阻、頻率等各種信號(hào)。
