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:迴路供電型,獨立供電型和輸出迴路供電型.

迴路供電型

輸入輸出均為二線,接線十分方便,它把DCS,PLC或顯示錶提供電源經隔離給二線制變送器配電,同時,二線制變送器產生4～20mA信號隔離輸入到DCS,PLC或顯示錶.它特別適合於現場為二線制變送器,需要隔離輸入到DCS,PLC系統或顯示儀錶,而輸入設備的輸入卡具有內部供電功能的場合,但是它有不足之處:

①,隔離器相當於一個負載,經過隔離器在隔離兩端之間有一個不大於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.



輸出迴路供電型

在實際工業監控系統中,DCS,PLC或顯示儀錶具有卡內部供電的使用越來越廣泛,迴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,因此出現了輸出迴路供電型產品,它既保留了獨立供電型隔離器優越性能,又滿足輸出迴路供電介面要求.



一進二出信號分配功能隔離器

應用中,我們還會經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,若採用串聯環路,則環路中任一處開路都會造成整個環路上的儀錶無信號,而且負載電阻之和很容易超過變送器的負載能力,還必須保證兩個負載信號之間參考點不一樣。

因此一般不採用這種方法,通常採用的方法是: 在環路中串接一個電阻, 再將負載並聯在電阻上取電壓信號, 如串聯一個250Ω電阻將4～20mA電流信號轉換成1～5V電壓信號. 這種方式雖然能避免開路及負載能力等問題, 但卻存在以下不足,

①,通過串聯電阻取電壓信號方法是以假定接收設備的輸入阻抗無窮大為前提的,所以接收設備的輸入阻抗必然對信號的測量產生誤差,而且,並聯設備數目越多,誤差越大.

②,導線越長,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,由於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備間完全隔離.

②任一接收設備出現的故障不會影響整個環路及另一個接收設備.

信號隔離器的作用

1)地環流干擾

在工業生產過程中實現監視和控制需要用到各種自動化儀錶、控制系統和執行機構，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，數千伏、數百安培的大信號;既有低頻直流信號，也有高頻脈衝信號等等，構成系統后往往發現在儀錶和設備之間傳輸相互干擾，造成系統不穩定甚至誤操作，出現這種情況除了每個儀器、設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備根據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，但是由於儀錶和設備之間的參考點之間存在電勢差(也就是各設備的共地點不同)因而形成“地環流”、“接地環流”問題是在系統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，雷電產生的干擾可以傳輸到數千公里以外的地方。雷電干擾的時域波形是疊加在一串隨機脈衝背景上的一個大尖峰脈衝。宇宙噪音是電離輻射產生的，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。自然界雜訊主要會對通訊產生干擾，而雷電能量尖蜂脈衝可以對很多設備造成損壞，應該加以避免或降低損壞程度，減少損失。



(2)人為干擾



電磁干擾產生的根本原因是導體中有電壓或電流的變化，即較大dv/dt或di/dt.dv/dt或di/dt能夠使導體產生電磁波輻射。一方面，人們可以利用這一特點實現特定功能，例如，無限通信、雷達或其他功能，另一方面，電子設備在工作時，由於導體中的dv/dt或di/dt會產生伴隨電磁輻射。無論主觀上出於什麼目的，客觀上對電磁環境造成了污染。還有工廠企業在生產過程中會經常有一些大型的設備(電機、變頻器)頻繁開關，他們也會造成一些容性、感性的干擾，也將影響儀器儀錶正常顯示或採集。凡是有電壓電流突變的場合，肯定會有電磁干擾存在。數字脈衝電路就是一種典型的干擾源，隨著電子技術的廣泛應用,電磁污染情況會越來越嚴重.

 

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。而處理環流最常見也最為麻煩，現在以此為探討話題。



(1)第一種方法;所有現場設備不接地，使所有過程環路只有一個接地點，不能形成迴路，這種方法看似簡單，但實際應用中往往很難實現，因為某些設備要求必須接地才能保證測量精度或人身安全，某些設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，但由於接地的電阻受地質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：在各個過程環節中使用信號隔離器，斷開過程環路，同時又不影響過程信號的正常傳輸，從而徹底解決地環路的問題。



3.採用信號隔離器的優越性



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



•絕大部分情況，採用信號隔離器+非隔離卡件比採用隔離卡件便宜



•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越



•信號隔離器應用靈活，而且它還有信號轉換和信號分配及介面轉換等功能，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、構成系統的配置、日常維護更加方便。