干貨|信號隔離模塊的工作原理及選擇方法

在傳感器與控制系統(tǒng)之間通過安裝信號隔離模塊，一則可以有效保護(hù)控制系統(tǒng)的硬件模塊，二則可以有效抑制外界環(huán)境的干擾信號。

聚英電子提供信號隔離模塊終端，擁有抗干擾、三端隔離、高精度轉(zhuǎn)換等特點，可以面對電力系統(tǒng)、煤炭采集、石油采礦、鐵道線路、政府設(shè)施等惡劣的現(xiàn)場工況，保證信號傳輸穩(wěn)定。下面我們就來談?wù)勑盘柛綦x模塊的工作原理和選擇信號信號隔離模塊的方法。

1、信號隔離器的作用

無論是什么電氣控制系統(tǒng)，都有可能面臨復(fù)雜環(huán)境的干擾，或短路、過壓、不明脈沖等狀況。因此，具有保護(hù)下級控制回路、削弱環(huán)境噪聲影響、抑制接地或設(shè)備干擾、具有限壓、額流和保護(hù)控制系統(tǒng)輸入輸出及通訊接口的隔離器，成為控制系統(tǒng)不可或缺的一部分。

(1)信號隔離器能夠消除接電勢差所造成的一系列后果影響：由于不同型號和不同廠家所制造的儀表和設(shè)備的不同，它們之間的信號點存在著一定的電勢差(這是不可避免的)，而電勢差直接的影響便是會形成接地環(huán)路，產(chǎn)生干擾或者導(dǎo)致信號在傳輸中出行失真。想要保證系統(tǒng)穩(wěn)定和可靠的運行，接地環(huán)路問題就必須要處理，而使用信號隔離器則是方便快捷的辦法。

(2)信號隔離器能夠解決設(shè)備之前信號不匹配問題：在需要共同通信連接但不具備直接建立聯(lián)系的設(shè)備如若想要進(jìn)行連接是一件非常麻煩，甚至是不可能的事情，這是由于信號的輸出類型和接受信號類型的不同所造成的設(shè)備無法正常連接，而使用耐用的信號隔離器來對設(shè)備進(jìn)行實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換即可實現(xiàn)設(shè)備的連接。

(3)信號隔離器能夠使得一路信號輸入分配為多路信號輸出：在一些只有一個信號場合中，用戶假若需要將信號輸送給多個系統(tǒng)，比如控制系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)，這時候就可以選擇信號隔離器的一進(jìn)多出的功能來實現(xiàn)。隔離器既可以保證現(xiàn)場的信號分配，又能夠做到信號隔離，可以說簡單方便卻又不失水準(zhǔn)，深受廣大用戶的喜愛。

注意：信號隔離安全柵是指接在本質(zhì)安全電路和非本質(zhì)安全電路之間。將供給本質(zhì)安全電路的電壓或電流限制在一定安全范圍內(nèi)的裝置。安全柵是一種統(tǒng)稱，分為齊納式安全柵和隔離式安全柵。一些特殊的工業(yè)現(xiàn)場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、信號及地之間的點火，限流、降壓雙重限制信號及電源回路，把進(jìn)入危險場所的能量限制在安全定額范圍內(nèi)，供二次監(jiān)測設(shè)備使用，這里就必須選用安全柵。

2、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(dǎo)體器件調(diào)制轉(zhuǎn)化，然后通過光感或是磁感器件實現(xiàn)隔離轉(zhuǎn)換，然后再實行解調(diào)轉(zhuǎn)換回隔離前原信號，同時對隔離后信號的供電電源實行隔離處理，保證轉(zhuǎn)換后的信號、電源、地之間絕對獨立。同時對疊加在測量值上的干擾信號進(jìn)行濾波，以及根據(jù)控制系統(tǒng)輸入、輸出要求對信號進(jìn)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。

注意：雖然有些DCS模塊自帶光電隔離功能，但是從整個系統(tǒng)的成本和時效性考慮，還是建議選配信號隔離器。

3、信號隔離器的分類

信號隔離器分有源隔離器、無源信號隔離器兩大類。下面分別闡述這兩類隔離器的進(jìn)一步的細(xì)分。

(1)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(cè)需要有源信號，在輸出側(cè)它們則提供經(jīng)過過濾和放大的信號，根據(jù)應(yīng)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。

三端隔離

三端隔離只需要一個電源，這個電源與測量電路隔離，采用這種技術(shù)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干擾，三端之間也相應(yīng)地互相電隔離。

輸入端隔離

采用這種隔離技術(shù)的模塊應(yīng)該保護(hù)輸出側(cè)連接的電子設(shè)備(例如控制器的輸入卡)不受現(xiàn)場的各種干擾。所以，輸入端和等電位的輸出端和電源部分是電隔離的。

輸出端隔離

采用這種隔離技術(shù)的模塊應(yīng)該保護(hù)輸入側(cè)連接的電子設(shè)備(例如控制器的輸出卡)不受現(xiàn)場的各種干擾。所以，輸出端和等電位的輸入端和電源部分是隔離的。

(2)無源信號隔離器

無源信號隔離器提供了一種附加和實質(zhì)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(nèi)部電路消耗的電流極小，不影響信號的正確傳輸。根據(jù)信號隔離器的供電方式分輸入側(cè)供電、輸出側(cè)供電、無源饋電等。

輸入側(cè)供電

采用這種隔離技術(shù)時，這些模塊從有源輸入回路(例如電磁流量計或控制系統(tǒng)輸出卡)獲取所需的能量用于信號傳輸和電隔離，輸出側(cè)提供經(jīng)過處理的電流信號用于控制或調(diào)節(jié)。

輸出側(cè)供電

采用這種隔離技術(shù)時，這些模塊從有源輸出回路(最好是從控制系統(tǒng)輸入卡用輔助電源供電的)獲取所需的能量用于信號傳輸和電隔離。

無源饋電隔離器

采用這種隔離技術(shù)時，這些模塊從有源輸出回路獲取所需的能量用于信號傳輸和電隔離，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(cè)的無源檢測探頭(例如壓力變送器)，檢測探頭借助于提供的能量發(fā)出一個有源信號，通過無源饋電隔離器電隔離并且從輸出側(cè)輸出。

4、信號隔離器如何選擇?

(1)功能匹配

在選擇信號隔離器時，首先是滿足基本功能。其中包括輸入輸出功能匹配：供電類型、輸出回路數(shù)、安裝尺寸等。

(2)性能匹配

看其精度

在選擇信號隔離器時，一定要看好其精度，這是衡量信號隔離器的性能的一個重要的參數(shù)，信號隔離器能否正常使用跟精度的高低有著直接的聯(lián)系，同時信號隔離器的精度參數(shù)也體現(xiàn)了其制造水平和設(shè)計水平，由此大家一定在選擇信號隔離器時一定要選擇精度系數(shù)高的。

看其輸出紋波

輸出紋波是可對信號隔離器的精度產(chǎn)生重要影響的一項參數(shù)，信號隔離器內(nèi)部高頻交流分量的存在是產(chǎn)生輸出紋波的原因所在，這個交流分量的頻率高、諧波多，對信號的污染較大，很難完全清楚，如若輸出紋波較高，信號隔離器所采集到的信號誤差也會較大，由此大家在選擇信號隔離器時選擇輸出紋波較小的信號隔離器。

看其溫度漂移

溫度漂移是指信號隔離器連續(xù)工作時會產(chǎn)生大量的熱量，而這些熱量會導(dǎo)致信號隔離器的輸出值會發(fā)生變化，而這種變化就是所謂的溫度漂移，溫度漂移越小說明信號隔離器的能耗就越低，就越能減少信號隔離器發(fā)熱的現(xiàn)象，從而可更好地保證信號隔離器性能的發(fā)揮，由此大家在選擇信號隔離器時要選擇溫度漂移較小的。

應(yīng)用場景