信號隔離器的功能、特點、原理、分類和選用

2018/9/10 16:38:14 人評論 次瀏覽 分類:精品推薦  文章地址:/news/2186.html

信號隔離器的作用簡單說就是將輸入信號隔離、濾波、放大、轉換和分配後輸出給其他儀表或係統,以提高信號抗電磁幹擾能力。本文對信號隔離器功能、特點、原理和分類做簡單介紹。

1、信號隔離變送器功能

信號隔離變送器主要通過內部半導體器件對輸入信號進行調製變換,通過光電耦合器件或數字隔離器件對信號進行隔離、傳輸,然後再解調轉換為隔離前原信號。主要功能如下:
①隔離
工業現場儀器儀表、執行器等設備,基本都做了接地,設備之間的電勢差將致使接地環流出現,從而導致信號傳輸過程被幹擾。此外,一旦控製回路出現強電壓衝擊,回路中關聯設備將無一幸免。信號隔離器一般采用三端隔離技術,各個過程環節有效隔離,保證信號傳輸精度的同時,徹底解決接地環路電流和信號隔離保護等問題。
②濾波
工業現場廣泛使用變頻器及電機設備等,強電磁輻射導致的耦合幹擾常導致信號失真出現“毛刺”,部分信號采用屏蔽電纜仍無法有效解決該問題。對一些重要的模擬量信號,采用隔離器能夠保證數據傳輸的穩定性和可靠性。
③放大
模擬量信號遠距離傳輸過程中,加裝隔離器,對信號進行放大,可有效提高信號負載能力保證傳輸信號的準確可靠。
④轉換
信號隔離器能夠將各種類型模擬量信號如電壓、電流、熱電阻、熱電偶、頻率、電位等信號轉換為標準信號,對信號進行隔離的同時,解決信號匹配問題。
⑤信號分配和給二線製、三線製變送器提供電源
對4-20mA輸入的隔離器,昌暉隔離器同時兼容信號隔離器和配電器功能,一台儀表就可實現所用功能,用戶也不需要獨立組態,僅接線在不同端子即實現所需要功能;隔離器做信號分配使用時,有一入一出、一入二出、一入三出、一入四出和一入五出幾種類型
一入二出信號隔離器
2、信號隔離器特點

①高度緊湊、超薄
12.5mm厚度允許產品在控製櫃內密集安裝,有效節約機櫃空間,降低機櫃成本。
②高精度及可靠電氣隔離
≤0.1%的傳輸誤差,高達2.5kV的隔離耐壓值保證了信號的傳輸精度以及產品的可靠性。
③易於使用、維護
產品支持底部橋接供電,減少接線工作、節省電纜成本的同時,支持隔離器熱插拔,便於後期維護;直插測量技術,無需切斷回路即可進行電流信號測量;在12.5mm厚度範圍內集成了端子可插拔技術的隔離器,可便捷的分斷接線回路。
④清晰的指示
每個信號隔離器均集成獨立的LED指示,可清晰指示隔離器當前工作狀態。
⑤寬域供電及工作溫度
支持9.6-31.2V DC靈活供電,-40~80℃寬域工作溫度。
⑥最新數字隔離技術
目前多數信號隔離器廠家在使用光電耦合器來滿足隔離要求,昌暉信號隔離器已采用CMOS的數字隔離技術,單純從技術側麵說,光電耦合器和數字隔離之間還是存在明顯差別:

簡單來說,光電耦合器是一種混合設備,使用LED發出的光將數據傳輸到隔離柵另一端的光檢測器。邏輯高狀態時,LED打開,邏輯低狀態時,LED關閉。光電耦合器功耗高,易於老化和受溫度影響,並提供有限的數據速率,通常低於1Mb/s。但是,數字隔離設備是為符合安全規定而創建的,同時可最大限度地發揮現代化CMOS技術的優勢。為此,數字隔離設備使用半導體工藝技術來創建變壓器或電容器,以便傳輸數據而不是傳輸光,通過使用這種技術,性能和功能集成都得到了改善。


光電耦合器雖然已並入許多設計中,但是基於過時的LED技術,其輸出因輸入電流、溫度和老化而有顯著變化。這降低了設備在生命周期內的性能。數字隔離組件可輕鬆提供占用空間更小的多通道隔離解決方案,由於故障率更低可提高係統可靠性,可提供兩倍的電氣噪聲抗擾度,可在更寬的溫度範圍(-40℃~125℃)內工作,而且不會隨著時間的推移老化或降低性能。通常,使用高頻載波代替光能夠實現低操作功率和高速操作,這可支持精確的時序規格。


⑦高穩定性和可靠性

功能安全設計理念貫穿於昌暉隔離器產品的硬件設計、軟件設計和生產管理全過程,使產品符合相關安全完整性等級的要求,在多年持續運行中保持高精度、高可靠性和長使用壽命。
二入二出信號隔離器
3、信號隔離器的原理

信號隔離器的原理是將變送器或儀表的信號,通過半導體器件調製轉化,然後通過光感或是磁感器件實現隔離轉換,然後再實行解調轉換回隔離前原信號,同時對隔離後信號的供電電源實行隔離處理,保證轉換後的信號、電源、地之間絕對獨立。同時對疊加在測量值上的幹擾信號進行濾波,以及根據控製係統輸入、輸出要求對信號進行匹配,因此,隔離、放大、濾波和匹配是信號隔離器所起的作用。

一些DCS模塊自帶光電隔離功能,在一些係統中完全可以滿足正常工作需求;但係統不可能始終處於正常工作狀態,一旦發生事故造成器件損壞,更換隔離器比更換DCS模塊更加省時省經費。因此儀控君建議還是需要根據實際情況確定是否安裝隔離器。


4、信號隔離器的分類

信號隔離器分有源信號隔離器和無源信號隔離器。
◆ 有源信號隔離器
有源信號隔離器由獨立的電源供電,以確保隔離器出色工作,模塊在輸入側需要有源信號,在輸出測它們則提供經過過濾和放大的信號,根據應用情況輸入/輸出與電源之間相互隔離。有源信號隔離器包括三端隔離、輸入端隔離與輸出端隔離。
①三端隔離
三端隔離隻需要一個電源,這個電源與測量電路隔離,采用這種技術隔離的模塊,它們所有連接在輸入端、輸出端或者電源上的組件皆不會互相幹擾,三端之間也相應地互相電隔離。
②輸入端隔離
采用這種隔離技術的模塊應該保護輸出側連接的電子設備(例如控製器的輸入卡)不受現場的各種幹擾。所以,輸入端和等電位的輸出端和電源部分是電隔離的。
③輸出端隔離
采用這種隔離技術的模塊應該保護輸入側連接的電子設備(例如控製器的輸出卡)不受現場的各種幹擾。所以,輸出端和等電位的輸入端和電源部分是電隔離的。

◆無源信號隔離器

無源信號隔離器提供了一種附加和實質性的便利,它無需額外的電源供電,模塊的的工作電源是通過輸入或輸出回路提供,其內部電路消耗的電流極小,不影響信號的正確傳輸。根據信號隔離器的供電方式分輸入側供電、輸出側供電、無源饋電等。
①輸入側供電
采用這種隔離技術時,這些無源信號隔離器從有源輸入回路(例如電磁流量計或控製係統輸出卡)獲取所需的能量用於信號傳輸和電隔離,輸出側提供經過處理的電流信號用於控製或調節。
②輸出側供電
采用這種隔離技術時,這些無源信號隔離器(輸出側獲取能量)從有源輸出回路(最好是從控製係統輸入卡用輔助電源供電的)獲取所需的能量用於信號傳輸和電隔離。

無源饋電隔離器

采用這種隔離技術時,這些模塊從有源輸出回路獲取所需的能量用於信號傳輸和電隔離,無源饋電隔離器把這種從輸出回路獲得的能量另外還供給一個連接在輸入側的無源檢測探頭(例如壓力變送器),檢測探頭借助於提供的能量發出一個有源信號,通過無源饋電隔離器電隔離並且從輸出側輸出。

5、隔離器如何選擇

隔離器位於兩個係統通道之間,所以選擇隔離器首先要確定輸入輸出功能,同時要使隔離器輸入輸出模式(電壓型、電流型、環路供電型等)適應前後端通道接1:3模式。此外,尚有精度、功耗、噪音、絕緣強度、總線通信功能等許多重要參數涉及產品性能,例如:噪音與精度有關、功耗熱量與可靠性有關,這些需要使用者慎選。總之,適用、可靠、產品性價比是選擇隔離器的主要原則。

YR9000係列產品在提供最優電氣隔離的基礎上,集成了更多的技術及眾多的便捷使用特點,在現場即將可靠隔離後的信號進行模數轉換並高可靠性傳輸,極大簡化了係統結構,並大大降低了施工成本及I/O模塊成本,能夠日益滿足增長的工業自動化對信號嚴格的隔離變送要求,並在一些重要工業場合得到實際應用。
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