信号隔离器的功能、特点、原理、分类和选用

2018/9/10 16:38:14 人评论 次浏览 分类:精品推荐  文章地址:http://yunrun.com.cn/news/2186.html

信号隔离器的作用简单说就是将输入信号隔离、滤波、放大、转换和分配后输出给其他仪表或系统,以提高信号抗电磁干扰能力。本文对信号隔离器功能、特点、原理和分类做简单介绍。

1、信号隔离变送器功能

信号隔离变送器主要通过内部半导体器件对输入信号进行调制变换,通过光电耦合器件或数字隔离器件对信号进行隔离、传输,然后再解调转换为隔离前原信号。主要功能如下:
①隔离
工业现场仪器仪表、执行器等设备,基本都做了接地,设备之间的电势差将致使接地环流出现,从而导致信号传输过程被干扰。此外,一旦控制回路出现强电压冲击,回路中关联设备将无一幸免。信号隔离器一般采用三端隔离技术,各个过程环节有效隔离,保证信号传输精度的同时,彻底解决接地环路电流和信号隔离保护等问题。
②滤波
工业现场广泛使用变频器及电机设备等,强电磁辐射导致的耦合干扰常导致信号失真出现“毛刺”,部分信号采用屏蔽电缆仍无法有效解决该问题。对一些重要的模拟量信号,采用隔离器能够保证数据传输的稳定性和可靠性。
③放大
模拟量信号远距离传输过程中,加装隔离器,对信号进行放大,可有效提高信号负载能力保证传输信号的准确可靠。
④转换
信号隔离器能够将各种类型模拟量信号如电压、电流、热电阻、热电偶、频率、电位等信号转换为标准信号,对信号进行隔离的同时,解决信号匹配问题。
⑤信号分配和给二线制、三线制变送器提供电源
对4-20mA输入的隔离器,昌晖隔离器同时兼容信号隔离器和配电器功能,一台仪表就可实现所用功能,用户也不需要独立组态,仅接线在不同端子即实现所需要功能;隔离器做信号分配使用时,有一入一出、一入二出、一入三出、一入四出和一入五出几种类型
一入二出信号隔离器
2、信号隔离器特点

①高度紧凑、超薄
12.5mm厚度允许产品在控制柜内密集安装,有效节约机柜空间,降低机柜成本。
②高精度及可靠电气隔离
≤0.1%的传输误差,高达2.5kV的隔离耐压值保证了信号的传输精度以及产品的可靠性。
③易于使用、维护
产品支持底部桥接供电,减少接线工作、节省电缆成本的同时,支持隔离器热插拔,便于后期维护;直插测量技术,无需切断回路即可进行电流信号测量;在12.5mm厚度范围内集成了端子可插拔技术的隔离器,可便捷的分断接线回路。
④清晰的指示
每个信号隔离器均集成独立的LED指示,可清晰指示隔离器当前工作状态。
⑤宽域供电及工作温度
支持9.6-31.2V DC灵活供电,-40~80℃宽域工作温度。
⑥最新数字隔离技术
目前多数信号隔离器厂家在使用光电耦合器来满足隔离要求,昌晖信号隔离器已采用CMOS的数字隔离技术,单纯从技术侧面说,光电耦合器和数字隔离之间还是存在明显差别:

简单来说,光电耦合器是一种混合设备,使用LED发出的光将数据传输到隔离栅另一端的光检测器。逻辑高状态时,LED打开,逻辑低状态时,LED关闭。光电耦合器功耗高,易于老化和受温度影响,并提供有限的数据速率,通常低于1Mb/s。但是,数字隔离设备是为符合安全规定而创建的,同时可最大限度地发挥现代化CMOS技术的优势。为此,数字隔离设备使用半导体工艺技术来创建变压器或电容器,以便传输数据而不是传输光,通过使用这种技术,性能和功能集成都得到了改善。


光电耦合器虽然已并入许多设计中,但是基于过时的LED技术,其输出因输入电流、温度和老化而有显著变化。这降低了设备在生命周期内的性能。数字隔离组件可轻松提供占用空间更小的多通道隔离解决方案,由于故障率更低可提高系统可靠性,可提供两倍的电气噪声抗扰度,可在更宽的温度范围(-40℃~125℃)内工作,而且不会随着时间的推移老化或降低性能。通常,使用高频载波代替光能够实现低操作功率和高速操作,这可支持精确的时序规格。


⑦高稳定性和可靠性

功能安全设计理念贯穿于昌晖隔离器产品的硬件设计、软件设计和生产管理全过程,使产品符合相关安全完整性等级的要求,在多年持续运行中保持高精度、高可靠性和长使用寿命。
二入二出信号隔离器
3、信号隔离器的原理

信号隔离器的原理是将变送器或仪表的信号,通过半导体器件调制转化,然后通过光感或是磁感器件实现隔离转换,然后再实行解调转换回隔离前原信号,同时对隔离后信号的供电电源实行隔离处理,保证转换后的信号、电源、地之间绝对独立。同时对叠加在测量值上的干扰信号进行滤波,以及根据控制系统输入、输出要求对信号进行匹配,因此,隔离、放大、滤波和匹配是信号隔离器所起的作用。

一些DCS模块自带光电隔离功能,在一些系统中完全可以满足正常工作需求;但系统不可能始终处于正常工作状态,一旦发生事故造成器件损坏,更换隔离器比更换DCS模块更加省时省经费。因此仪控君建议还是需要根据实际情况确定是否安装隔离器。


4、信号隔离器的分类

信号隔离器分有源信号隔离器和无源信号隔离器。
◆ 有源信号隔离器
有源信号隔离器由独立的电源供电,以确保隔离器出色工作,模块在输入侧需要有源信号,在输出测它们则提供经过过滤和放大的信号,根据应用情况输入/输出与电源之间相互隔离。有源信号隔离器包括三端隔离、输入端隔离与输出端隔离。
①三端隔离
三端隔离只需要一个电源,这个电源与测量电路隔离,采用这种技术隔离的模块,它们所有连接在输入端、输出端或者电源上的组件皆不会互相干扰,三端之间也相应地互相电隔离。
②输入端隔离
采用这种隔离技术的模块应该保护输出侧连接的电子设备(例如控制器的输入卡)不受现场的各种干扰。所以,输入端和等电位的输出端和电源部分是电隔离的。
③输出端隔离
采用这种隔离技术的模块应该保护输入侧连接的电子设备(例如控制器的输出卡)不受现场的各种干扰。所以,输出端和等电位的输入端和电源部分是电隔离的。

◆无源信号隔离器

无源信号隔离器提供了一种附加和实质性的便利,它无需额外的电源供电,模块的的工作电源是通过输入或输出回路提供,其内部电路消耗的电流极小,不影响信号的正确传输。根据信号隔离器的供电方式分输入侧供电、输出侧供电、无源馈电等。
①输入侧供电
采用这种隔离技术时,这些无源信号隔离器从有源输入回路(例如电磁流量计或控制系统输出卡)获取所需的能量用于信号传输和电隔离,输出侧提供经过处理的电流信号用于控制或调节。
②输出侧供电
采用这种隔离技术时,这些无源信号隔离器(输出侧获取能量)从有源输出回路(最好是从控制系统输入卡用辅助电源供电的)获取所需的能量用于信号传输和电隔离。

无源馈电隔离器

采用这种隔离技术时,这些模块从有源输出回路获取所需的能量用于信号传输和电隔离,无源馈电隔离器把这种从输出回路获得的能量另外还供给一个连接在输入侧的无源检测探头(例如压力变送器),检测探头借助于提供的能量发出一个有源信号,通过无源馈电隔离器电隔离并且从输出侧输出。

5、隔离器如何选择

隔离器位于两个系统通道之间,所以选择隔离器首先要确定输入输出功能,同时要使隔离器输入输出模式(电压型、电流型、环路供电型等)适应前后端通道接1:3模式。此外,尚有精度、功耗、噪音、绝缘强度、总线通信功能等许多重要参数涉及产品性能,例如:噪音与精度有关、功耗热量与可靠性有关,这些需要使用者慎选。总之,适用、可靠、产品性价比是选择隔离器的主要原则。

YR9000系列产品在提供最优电气隔离的基础上,集成了更多的技术及众多的便捷使用特点,在现场即将可靠隔离后的信号进行模数转换并高可靠性传输,极大简化了系统结构,并大大降低了施工成本及I/O模块成本,能够日益满足增长的工业自动化对信号严格的隔离变送要求,并在一些重要工业场合得到实际应用。
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