隔離器的原理
隔離器顧名思義主要的功能就是實現(xiàn)信號的隔離，將輸入的信號通過半導(dǎo)體器件調(diào)制變換，然后通過光感或磁感器件進行隔離轉(zhuǎn)換，然后再進行解調(diào)變換回隔離前原信號或不同信號，同時對隔離后信號的供電電源進行隔離處理，保證變換后的信號、電源、地之間絕對獨立，提高輸入、輸出、電源之間的電氣隔離性能。
隔離器的發(fā)展
信號隔離器至今已有將近50年的歷史，早期的信號隔離器都是采用變壓器隔離方式，即使它的性能穩(wěn)定，壽命長，帶負(fù)載能力強，隔離強度高，但是由于變壓隔離器電路復(fù)雜，制作工藝要求高，同時體積較大，安裝不便，漸漸的被現(xiàn)在的光電式隔離器以及電磁式隔離器所取代。它們的特點是：性能穩(wěn)定，抗干擾能力強，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。
隔離器類型
①信號隔離器
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、電阻等信號進行采集、放大、運算、和進行抗干擾處理后，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。
②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，同時又要對輸入的電流信號進行采集、放大、運算、和進行抗干擾處理后，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。目前技術(shù)先進的隔離器產(chǎn)品已將信號隔離器和配電器功能融合在一起，如YR9034A等系列產(chǎn)品。
③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，把進入危險場所的能量限制在安全定額范圍內(nèi)，這種工況就需要選用安全柵產(chǎn)品。
隔離器的應(yīng)用
信號在傳輸過程中會遇到各種各樣的干擾，為保證信號穩(wěn)定，會使用隔離器來進行隔絕干擾，避免信號的失真。在油田、石化、制造、電力、冶金等行業(yè)的重大工程中有著廣泛應(yīng)用。
1、消除接地環(huán)路影響
由于儀表和設(shè)備之間的信號參考點之間存在電勢差，這兩者之間就會形成接地環(huán)路，往往會產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致信號傳輸過程中失真，要保證系統(tǒng)穩(wěn)定和可靠的運行，"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"的方法根據(jù)理論和實踐分析，有三種解決方案：
①第一種方案
所有現(xiàn)場設(shè)備不接地，使所有過程環(huán)路只有一個接地點，不能形成回路，這種方法看似簡單，但在實際應(yīng)用中往往很難實現(xiàn)，因為某些設(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第二種方案
使兩接地點的電勢相同，但由于接地點的電阻受地質(zhì)條件及氣候變化等眾多因素的影響，這種方案其實在實際中無法完全做到。
③第三種方案
在各個過程環(huán)路中使用信號隔離方法，斷開過程環(huán)路，同時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。
參考上述的對比，利用隔離器消除接地環(huán)路是最簡單粗暴卻最有效果的方式。
2、消除高頻電磁干擾
在工業(yè)生產(chǎn)過程中實現(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)行機構(gòu)，它們之間的信號傳輸既有微弱到毫伏級、微安級的小信號，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，消除電磁干擾可保證信號的穩(wěn)定。
3、解決設(shè)備之前信號不匹配問題
兩個需要通道信號連接的設(shè)備，但是由于信號輸出類型和接受信號的不同造成的無法正常連接，這個時候就可以使用信號隔離器實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換。
4、一路信號分配為多路信號
在一些場合我們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)，這時候就可以選擇隔離器的一進多出的功能來實現(xiàn)，既保證現(xiàn)場的信號分配，又可以做到信號隔離，簡單方便卻又不失水準(zhǔn)。這類產(chǎn)品有一入二出、一入三出、一入四出、一入五出信號隔離器，分配的路數(shù)越多，技術(shù)復(fù)雜程度和生產(chǎn)難度越大，成本也越高。
隔離器的注意事項
1、輸出的帶載能力
產(chǎn)品選型技術(shù)參數(shù)表中都會標(biāo)注各種輸出類型的帶載電阻，比如4-20MA輸出的帶載電阻小等于480歐姆，表示接受設(shè)備的輸入阻抗不能大于480歐姆，若阻抗大于480歐姆就會出現(xiàn)輸出被拉低等異?，F(xiàn)象。比如一個閥門輸入阻抗是500歐姆，隔離器的輸出帶載能力是小等于480歐，實際應(yīng)用時就會出現(xiàn)閥門開度始終到達(dá)不了100%。
2、輸出的傳輸距離
實際上隔離器輸出的傳輸距離與輸出的帶載能力是息息相關(guān)的，導(dǎo)線阻抗+接受設(shè)備的輸入阻抗不大于輸出的帶載電阻，那么理論上輸出就不會出現(xiàn)問題，設(shè)備的輸入阻抗是恒定的，變化的阻抗就是連接線的電阻，線的電阻取決于導(dǎo)線材質(zhì)與截面積等因素。
3、智能隔離器與模擬隔離器的區(qū)別
智能隔離器可通過編程器或上位機等手段任意改變輸入類型與測量量程等參數(shù)；模擬隔離器是通過硬件電路配比實現(xiàn)測量量程的變化，可通過可調(diào)電阻對輸入與輸出的量程進行微調(diào)。
4、響應(yīng)時間
響應(yīng)時間是指產(chǎn)品的輸入量發(fā)生變化到產(chǎn)品的輸出量正確的將變化量反映的輸出上的時間。響應(yīng)時間越短，就能夠越真實的正確反映出輸入量的變化，有效的監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程。在選擇隔離器時響應(yīng)時間要求越短越好。用戶在選用時應(yīng)該選用響應(yīng)時間小的產(chǎn)品。
5、溫度漂移
溫度漂移是由于隔離器工作時產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致隔離器內(nèi)所使用的電子元器件性能指標(biāo)下降造成隔離器的輸出值發(fā)生變化。選擇隔離器時應(yīng)要求溫度漂移的值越小越好。為了防止溫度漂移，用戶在選用時應(yīng)該選用溫度漂移小的產(chǎn)品。
6、低功耗
若隔離器的功耗大，在隔離器工作時產(chǎn)生的熱量就大，造成隔離器殼體內(nèi)的溫度高。組成隔離器的電子元器件長期的處于高溫環(huán)境下，會導(dǎo)致運算放大器參數(shù)蛻變﹑電阻阻值變化﹑電容漏電增大等。功耗是指隔離器工作時所消耗的電能。它涉及到產(chǎn)品在工作時的發(fā)熱量，這個參數(shù)與隔離器的使用壽命、可靠性和隔離器的外形、安裝方式都有密切的關(guān)系。在選用隔離器時應(yīng)選擇功耗低的產(chǎn)品。
7、絕緣電阻
絕指緣電阻內(nèi)部電源與外殼之間隔離直流作用的數(shù)值化表征。輸入、輸出和電源之間，100MΩ(DC500V)
8、隔離強度
隔離強度指信號隔離器輸入與輸出之間、輸入與電源之間和輸出與電源之間的耐壓能力。信號隔離器隔離強度測試是通過一次性樣品耐壓檢驗來確定，具體方法為將50Hz工頻電壓分別從輸入與輸出、輸入與電源、輸出與電源之間加載若干分鐘，測出器件同另一個電勢面之間不會發(fā)生擊穿的電壓數(shù)值，單位為V/min。隔離強度數(shù)值越大說明信號隔離器耐壓能力越好，隔離能力越強，濾波性能越高。目前國內(nèi)信號隔離器高端產(chǎn)品隔離強度到達(dá)3000V/min，主流隔離強度到達(dá)2500V/min，常規(guī)信號隔離器隔離強度在1000-2000V/min。
9、輸出紋波
信號隔離器輸出波紋會影響精度，輸出波紋峰-峰值越小產(chǎn)品性能越好。信號隔離器輸出波紋產(chǎn)生原因有幾方面：采用DC/DC電路對電源隔離和內(nèi)部電路供電；輸入信號首先由DC/DC電路調(diào)制成交流信號才由隔離部分電路進行信號隔離，隨后再將隔離信號經(jīng)解調(diào)轉(zhuǎn)換成直流信號輸出；信號隔離器CPU也存在脈沖信號。信號隔離器內(nèi)部存在的這種高頻的交流分量是產(chǎn)生輸出紋波的原因，對信號的污染很難完全清除。昌暉高性能隔離器YR900A系列均采用高效的濾波電路，輸出紋波峰-峰值＜10mV或者＜16μA，輸出紋波指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到目前世界一流產(chǎn)品的水平。
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