隔離器的原理
隔離器顧名思義主要的功能就是實(shí)現(xiàn)信號(hào)的隔離，將輸入的信號(hào)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(jìn)行隔離轉(zhuǎn)換，然后再進(jìn)行解調(diào)變換回隔離前原信號(hào)或不同信號(hào)，同時(shí)對(duì)隔離后信號(hào)的供電電源進(jìn)行隔離處理，保證變換后的信號(hào)、電源、地之間絕對(duì)獨(dú)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(hào)隔離器至今已有將近50年的歷史，早期的信號(hào)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(zhǎng)，帶負(fù)載能力強(qiáng)，隔離強(qiáng)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(shí)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(diǎn)是：性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，而且線路簡(jiǎn)單，成本低廉，但相對(duì)于變壓器隔離方式壽命略短。
隔離器類型
①信號(hào)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(hào)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(hào)進(jìn)行采集、放大、運(yùn)算、和進(jìn)行抗干擾處理后，再輸出隔離的電流和電壓信號(hào)，安全的送給二次儀表或PLC、DCS使用。
②配電器
工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(shí)又要對(duì)輸入的電流信號(hào)進(jìn)行采集、放大、運(yùn)算、和進(jìn)行抗干擾處理后，再輸出隔離的電流和電壓信號(hào)，供后面的二次儀表或其它儀表使用。目前技術(shù)先進(jìn)的隔離器產(chǎn)品已將信號(hào)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(chǎng)(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(hào)隔離功能，同時(shí)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(hào)及地之間的點(diǎn)火，限流、降壓雙重限制信號(hào)及電源回路，把進(jìn)入危險(xiǎn)場(chǎng)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(hào)在傳輸過程中會(huì)遇到各種各樣的干擾，為保證信號(hào)穩(wěn)定，會(huì)使用隔離器來進(jìn)行隔絕干擾，避免信號(hào)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(hào)參考點(diǎn)之間存在電勢(shì)差，這兩者之間就會(huì)形成接地環(huán)路，往往會(huì)產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致信號(hào)傳輸過程中失真，要保證系統(tǒng)穩(wěn)定和可靠的運(yùn)行，"接地環(huán)路"問題是在系統(tǒng)信號(hào)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(shí)踐分析，有三種解決方案：
①第一種方案
所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備不接地，使所有過程環(huán)路只有一個(gè)接地點(diǎn)，不能形成回路，這種方法看似簡(jiǎn)單，但在實(shí)際應(yīng)用中往往很難實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槟承┰O(shè)備要求必須接地才能保證測(cè)量精度或確保人身安全，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)。
②第二種方案
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，這種方案其實(shí)在實(shí)際中無法完全做到。
③第三種方案
在各個(gè)過程環(huán)路中使用信號(hào)隔離方法，斷開過程環(huán)路，同時(shí)又不影響過程信號(hào)的正常傳輸，從而徹底解決接地環(huán)路問題。
參考上述的對(duì)比，利用隔離器消除接地環(huán)路是最簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)監(jiān)視和控制需要用到各種自動(dòng)化儀表、控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它們之間的信號(hào)傳輸既有微弱到毫伏級(jí)、微安級(jí)的小信號(hào)，又有幾十伏，甚至數(shù)千伏、數(shù)百安培的大信號(hào);既有低頻直流信號(hào)，也有高頻脈沖信號(hào)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(hào)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(hào)的穩(wěn)定。
3、解決設(shè)備之前信號(hào)不匹配問題
兩個(gè)需要通道信號(hào)連接的設(shè)備，但是由于信號(hào)輸出類型和接受信號(hào)的不同造成的無法正常連接，這個(gè)時(shí)候就可以使用信號(hào)隔離器實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換。
4、一路信號(hào)分配為多路信號(hào)
在一些場(chǎng)合我們需要將信號(hào)輸送給多個(gè)系統(tǒng)，比如控制系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)，這時(shí)候就可以選擇隔離器的一進(jìn)多出的功能來實(shí)現(xiàn)，既保證現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)分配，又可以做到信號(hào)隔離，簡(jiǎn)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(hào)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(xiàng)
1、輸出的帶載能力
產(chǎn)品選型技術(shù)參數(shù)表中都會(huì)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(huì)出現(xiàn)輸出被拉低等異常現(xiàn)象。比如一個(gè)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(shí)際應(yīng)用時(shí)就會(huì)出現(xiàn)閥門開度始終到達(dá)不了100%。
2、輸出的傳輸距離
實(shí)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(huì)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(jī)等手段任意改變輸入類型與測(cè)量量程等參數(shù)；模擬隔離器是通過硬件電路配比實(shí)現(xiàn)測(cè)量量程的變化，可通過可調(diào)電阻對(duì)輸入與輸出的量程進(jìn)行微調(diào)。
4、響應(yīng)時(shí)間
響應(yīng)時(shí)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(shí)間。響應(yīng)時(shí)間越短，就能夠越真實(shí)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(shí)響應(yīng)時(shí)間要求越短越好。用戶在選用時(shí)應(yīng)該選用響應(yīng)時(shí)間小的產(chǎn)品。
5、溫度漂移
溫度漂移是由于隔離器工作時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(zhǎng)期的處于高溫環(huán)境下，會(huì)導(dǎo)致運(yùn)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(shí)所消耗的電能。它涉及到產(chǎn)品在工作時(shí)的發(fā)熱量，這個(gè)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(shí)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(qiáng)度
隔離強(qiáng)度指信號(hào)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(hào)隔離器隔離強(qiáng)度測(cè)試是通過一次性樣品耐壓檢驗(yàn)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(cè)出器件同另一個(gè)電勢(shì)面之間不會(huì)發(fā)生擊穿的電壓數(shù)值，單位為V/min。隔離強(qiáng)度數(shù)值越大說明信號(hào)隔離器耐壓能力越好，隔離能力越強(qiáng)，濾波性能越高。目前國(guó)內(nèi)信號(hào)隔離器高端產(chǎn)品隔離強(qiáng)度到達(dá)3000V/min，主流隔離強(qiáng)度到達(dá)2500V/min，常規(guī)信號(hào)隔離器隔離強(qiáng)度在1000-2000V/min。
9、輸出紋波
信號(hào)隔離器輸出波紋會(huì)影響精度，輸出波紋峰-峰值越小產(chǎn)品性能越好。信號(hào)隔離器輸出波紋產(chǎn)生原因有幾方面：采用DC/DC電路對(duì)電源隔離和內(nèi)部電路供電；輸入信號(hào)首先由DC/DC電路調(diào)制成交流信號(hào)才由隔離部分電路進(jìn)行信號(hào)隔離，隨后再將隔離信號(hào)經(jīng)解調(diào)轉(zhuǎn)換成直流信號(hào)輸出；信號(hào)隔離器CPU也存在脈沖信號(hào)。信號(hào)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(duì)信號(hào)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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