直流信號(hào)隔離器

由于生產(chǎn)廠家不同，對(duì)隔離器的生產(chǎn)工藝、接線定義也不都相同，但使用場(chǎng)合基本相同，所以對(duì)產(chǎn)品的防護(hù)要求及維護(hù)基本相同。1． 使用前應(yīng)詳細(xì)閱讀說明書。

2． 作為信號(hào)隔離使用時(shí)，應(yīng)將輸入端串入環(huán)路電路中，輸出端接取樣回路。

3． 作為隔離配電使用時(shí)，應(yīng)將輸入端并入電源電路中，輸出端接變送器。

4． 若不正常工作應(yīng)先檢查接線是否正確，注意電源有無及極性反正。

（1）地環(huán)流干擾

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)，他們之間的信號(hào)傳輸既有微弱到毫伏級(jí)、毫安級(jí)的小信號(hào)；又有幾十伏，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)備之間傳輸相互干擾，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定甚至誤操作，出現(xiàn)這種情況除了每個(gè)儀器、設(shè)備本身的性能原因如抗電磁干擾影響，還有一個(gè)十分重要的原因就是各種儀器設(shè)備根據(jù)要求和目的都需要接地,例如為了安全，機(jī)殼需要接大地；為了使電路正常工作，系統(tǒng)需要有公共參考點(diǎn)；為了抑制干擾加屏蔽罩，屏蔽罩也需要接地，但是由于儀表和設(shè)備之間的參考點(diǎn)之間存在電勢(shì)差（也就是各設(shè)備的共地點(diǎn)不同）因而形成“地環(huán)流”、“接地環(huán)流”問題是在系統(tǒng)處理信號(hào)過程中必須解決的問題。

（2）自然干擾

雷電是一種主要的自然干擾源，雷電產(chǎn)生的干擾可以傳輸?shù)綌?shù)千公里以外的地方。雷電干擾的時(shí)域波形是疊加在一串隨機(jī)脈沖背景上的一個(gè)大尖峰脈沖。宇宙噪音是電離輻射產(chǎn)生的，在一天中不斷變化。太陽噪音則隨著太陽活動(dòng)情況的劇烈變化。自然界噪聲主要會(huì)對(duì)通訊產(chǎn)生干擾，而雷電能量尖蜂脈沖可以對(duì)很多設(shè)備造成損壞，應(yīng)該加以避免或降低損壞程度，減少損失。

（3）人為干擾

電磁干擾產(chǎn)生的根本原因是導(dǎo)體中有電壓或電流的變化，即較大dv/dt或di/dt.dv/dt或di/dt能夠使導(dǎo)體產(chǎn)生電磁波輻射。一方面，人們可以利用這一特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)特定功能，例如，無限通信、雷達(dá)或其他功能，另一方面，電子設(shè)備在工作時(shí)，由于導(dǎo)體中的dv/dt或di/dt會(huì)產(chǎn)生伴隨電磁輻射。無論主觀上出于什么目的，客觀上對(duì)電磁環(huán)境造成了污染。還有工廠企業(yè)在生產(chǎn)過程中會(huì)經(jīng)常有一些大型的設(shè)備（電機(jī)、 變頻器 ）頻繁開關(guān)，他們也會(huì)造成一些容性、感性的干擾，也將影響儀器儀表正常顯示或采集。凡是有電壓電流突變的場(chǎng)合，肯定會(huì)有電磁干擾存在。數(shù)字脈沖電路就是一種典型的干擾源，隨著電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用,電磁污染情況會(huì)越來越嚴(yán)重.

1、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。

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)。

信號(hào)隔離器位于二個(gè)系統(tǒng)通道之間，所以選擇隔離器首先要確定輸入輸出功能，同時(shí)要使隔離器輸入輸出模式（電壓型、電流型、環(huán)路供電型等）適應(yīng)前后端通道接口模式。此外尚有精度﹑功耗﹑噪音﹑絕緣強(qiáng)度﹑總線通訊功能等許多重要參數(shù)涉及產(chǎn)品性能，例如噪音與精度有關(guān)、功耗熱量與可靠性有關(guān)，這些需要使用者慎選?？傊?，適用、可靠、產(chǎn)品性價(jià)比是選擇隔離器的主要原則。

一：保護(hù)下級(jí)的控制回路。二：消弱環(huán)境噪聲對(duì)測(cè)試電路的影響。

三：抑制公共接地、變頻器、電磁閥及不明脈沖對(duì)設(shè)備的干擾；同時(shí)對(duì)下級(jí)設(shè)備具有限壓、額流的功能是變送器、儀表、變頻器、電磁閥PLC/DCS輸入輸出及通訊接口的忠實(shí)防護(hù)。

KLG系列導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，易于安裝，可有效的隔離：輸入、輸出和電源及大地之間的電位。能夠克服變頻器噪聲及各種高低頻脈動(dòng)干擾。

經(jīng)典案例可以說明信號(hào)隔離的重要性：某大型公司的生產(chǎn)線調(diào)試中?？刂葡到y(tǒng)的信號(hào)輸入板有八個(gè)通道，八個(gè)通道共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過變換后，由光電耦合元件實(shí)現(xiàn)與主機(jī)電路的隔離。但它的八個(gè)通道輸入之間并沒有隔離，八個(gè)通道輸入信號(hào)每個(gè)單獨(dú)接入控制系統(tǒng)均正常，接入多于兩個(gè)外部信號(hào)時(shí)，控制系統(tǒng)顯示數(shù)字亂跳，故障無法排除。

又如某鍋爐控制系統(tǒng)檢測(cè)鍋爐各點(diǎn)溫度，使用K分度熱電偶作為傳感器，同上述相似，僅檢測(cè)一點(diǎn)均正常，但是向控制系統(tǒng)接入兩點(diǎn)以上熱電偶時(shí)，控制系統(tǒng)顯示的溫度明顯錯(cuò)誤。

原因如下：兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)儀表(A,B)向控制系統(tǒng)傳送信號(hào)以及控制系統(tǒng)向兩臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)儀表發(fā)出信號(hào)。假定傳送的均為1～5VDC信號(hào)。理想情況，控制系統(tǒng)及兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)儀表“地”電位完全相等，傳送過程中又沒有其他干擾，從控制系統(tǒng)輸入來看，接收的信號(hào)正確。但實(shí)際上現(xiàn)場(chǎng)儀表不可能做到地電位完全相等，通常存在“地”電位差，若A儀表“地”與控制系統(tǒng)"地"同電位，B儀表比它們的“地”電位高0.1V，A儀表傳送給控制系統(tǒng)的信號(hào)為1～5VDC，而B儀表傳送給控制系統(tǒng)的信號(hào)則為1.1～5.1VDC，這樣控制系統(tǒng)的誤差就產(chǎn)生了。同時(shí)A、B儀表的“地”線在控制系統(tǒng)處匯合聯(lián)接。將0.1V電壓加在控制系統(tǒng)的地線上，有可能損壞控制系統(tǒng)的局部器件，同時(shí)在控制系統(tǒng)上顯示錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。由此引起了上述現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中出現(xiàn)的問題，這兩種情況在接入隔離器后均完全正常。

隔離器之所以能起到這個(gè)作用，就是它具有使輸入/輸出/電源在電氣上完全隔離的功能，即在輸入/輸出/電源之間沒有公共的“地”。輸入信號(hào)無論是否受到接“地”的干擾，經(jīng)隔離處理后的輸出信號(hào)“地”與現(xiàn)場(chǎng)儀表“地”完全隔離沒關(guān)系。正是由于這個(gè)原因，實(shí)現(xiàn)了輸入到控制系統(tǒng)輸入板的多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)儀表信號(hào)之間隔離，消除了這些信號(hào)之間“地”的聯(lián)系。

由于隔離器的工作電源是為隔離器的輸入、輸出兩部份同時(shí)供電，要保證隔離器輸入/輸出信號(hào)隔離，也必須確保隔離器的工作電源在電氣上與這兩個(gè)部分完全隔離。這種輸入/輸出/電源之間相互隔離的隔離器常稱為三隔離或全隔離隔離器。 這種供電方式，在供電電源功率許可的情況下無論隔離器數(shù)量多少，均可使用一臺(tái)電源供電，不會(huì)產(chǎn)生相互干擾。若隔離器的工作電源沒有與隔離器的輸入/輸出部分隔離，嚴(yán)格地說隔離器的輸入/輸出信號(hào)也沒有被隔離，因?yàn)楦綦x器的輸入/輸出信號(hào)“地”可以通過工作電源連接到一起。

以上敘述了信號(hào)輸入的隔離情況，同樣在控制系統(tǒng)向現(xiàn)場(chǎng)儀表傳輸信號(hào)時(shí)也存在類似的問題。采用三隔離隔離器就可以解決這樣的問題。

在隔離器選型時(shí)除了要確定隔離器的功能、適應(yīng)前后端接口外，還有精度、輸出紋波、溫度漂移、功耗、響應(yīng)時(shí)間等許多參數(shù)需要用戶謹(jǐn)慎選擇。

精度

隔離器的精度是非常重要的參數(shù)，精度的高低直接關(guān)系到隔離器能否正常使用。隔離器的精度體現(xiàn)了隔離器的設(shè)計(jì)、制造水平。我們公司的生產(chǎn)的隔離器除小信號(hào)、小量程等特殊輸入信號(hào)的隔離變送器精度為±0.2%以外，其余的精度均為±0.1%。用戶在選用時(shí)應(yīng)該選用精度高的產(chǎn)品。

輸出紋波

對(duì)隔離器精度產(chǎn)生影響的參數(shù)還有輸出紋波。輸出紋波的產(chǎn)生是由于隔離器使用DC/DC電路對(duì)隔離器的工作電源進(jìn)行隔離給隔離器內(nèi)部電路供電，輸入信號(hào)也要先使用DC/DC電路調(diào)制成交流信號(hào)然后經(jīng)過隔離部分電路進(jìn)行信號(hào)隔離，隔離后的信號(hào)經(jīng)解調(diào)后再轉(zhuǎn)換成直流信號(hào)輸出。以CPU為核心的隔離器也存在脈沖信號(hào)。隔離器內(nèi)部存在的這種高頻的交流分量，就是產(chǎn)生輸出紋波的原因。這些高頻的交流分量它們的頻率一般都有幾百KHZ、諧波較多，對(duì)信號(hào)的污染很難完全清除。如果輸出紋波較高，控制系統(tǒng)模擬量輸入模板采集到信號(hào)的誤差就大，對(duì)于高速輸入的模擬量輸入模板更是如此。所以選擇隔離器時(shí)應(yīng)要求輸出紋波的峰-峰值越小越好。我們公司的各種系列隔離器均采用高效的濾波電路，較好的抑制了輸出紋波。我們公司隔離器的輸出紋波指標(biāo)是：輸出紋波峰-峰值小于10mV或者小于16μA，這個(gè)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到目前世界一流產(chǎn)品的水平。用戶在選用時(shí)應(yīng)該選用紋波小的產(chǎn)品。

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，我們公司對(duì)隔離器產(chǎn)品進(jìn)行了低功耗、微功耗設(shè)計(jì)，使得隔離器工作時(shí)本身的發(fā)熱量很小甚至于不發(fā)熱，這樣就能防止因產(chǎn)品工作時(shí)發(fā)熱引起所使用元器件的性能指標(biāo)下降，防止造成溫度漂移。我們公司隔離器的溫度漂移指標(biāo)是：±0.015%/℃以下。用戶在選用時(shí)應(yīng)該選用溫度漂移小的產(chǎn)品。

低功耗

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。我們公司在隔離器的電路設(shè)計(jì)上采用了多項(xiàng)獲得國(guó)家發(fā)明專利的新技術(shù)，這些新技術(shù)是：輸出部分可以根據(jù)負(fù)載的大小動(dòng)態(tài)調(diào)整輸出功率的自適應(yīng)負(fù)載技術(shù)；隔離部分的電流互感功率補(bǔ)償技術(shù)；電源部分的參數(shù)式開關(guān)穩(wěn)壓電源技術(shù)。目前我們公司隔離器的功耗只有目前世界一流品牌產(chǎn)品功耗的一半以下。

若產(chǎn)品的功耗大，在產(chǎn)品工作時(shí)產(chǎn)生的熱量就大，造成產(chǎn)品殼體內(nèi)的溫度高。組成產(chǎn)品的電子元器件長(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。這些問題將使產(chǎn)品性能下降，甚至導(dǎo)致產(chǎn)品故障、失效。

沒有低功耗設(shè)計(jì)的保證，產(chǎn)品就不可能做到隔離器的超薄型、小型化、端子化。我們公司推出了國(guó)內(nèi)最薄的低功耗MZ系列產(chǎn)品、微功耗的MZ二線制系列產(chǎn)品和無源系列產(chǎn)品。目前國(guó)內(nèi)的主流產(chǎn)品厚度一般都在20mm～30mm之間，國(guó)外最新產(chǎn)品的厚度為6.0mm。我們公司的MZ系列產(chǎn)品達(dá)到了國(guó)外最新產(chǎn)品的水平，產(chǎn)品的單臺(tái)厚度為6.2mm，并允許密集安裝，可直接當(dāng)端子使用。

為了節(jié)約控制系統(tǒng)的控制柜、電源、接線端子、連接線和人工成本等工程費(fèi)用，用戶在選用時(shí)應(yīng)該選用低功耗的產(chǎn)品。

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。我們公司產(chǎn)品的響應(yīng)時(shí)間為：0～90%滿量程小于1s，這個(gè)指標(biāo)達(dá)到了目前國(guó)際主流產(chǎn)品的水平。用戶在選用時(shí)應(yīng)該選用響應(yīng)時(shí)間小的產(chǎn)品。

綜上所述，工業(yè)過程控制系統(tǒng)選擇隔離器的原則就是：產(chǎn)品應(yīng)是輸入-輸出-電源三隔離的；隔離方式應(yīng)是電磁隔離的；應(yīng)該按照所用地點(diǎn)的儀表接口對(duì)應(yīng)的選出所需要的隔離器；選擇隔離器時(shí)應(yīng)選用：高精度、低功耗、低溫漂、低紋波、快速響應(yīng)和小型化的隔離器。

目前市面上充斥著各種各樣的隔離器，無論這些產(chǎn)品的外形、顏色怎么樣。就隔離技術(shù)來說，目前隔離技術(shù)主要有磁隔離和光隔離兩大類。從技術(shù)難度來看，磁隔離比光隔離技術(shù)復(fù)雜、難度更高。但是，采用磁隔離技術(shù)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)可以根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的要求選用合適的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案，在產(chǎn)品的線性、精度、功耗等技術(shù)指標(biāo)上可以根據(jù)產(chǎn)品的要求靈活設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)要求。而對(duì)于光隔離的產(chǎn)品，在產(chǎn)品的線性、精度、功耗等方面只能依賴元器件廠家所提供光隔離元器件的技術(shù)指標(biāo)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員為達(dá)到一些技術(shù)指標(biāo)可以使用的手段很少，也不可能超過廠家提供的元器件技術(shù)指標(biāo)。另外，光隔離的功耗較大，導(dǎo)致產(chǎn)品的總功耗大、發(fā)熱量大，產(chǎn)品的精度、功耗、穩(wěn)定性與磁隔離產(chǎn)品相比都有較大的差距。光隔離元器件也不能應(yīng)用于無源隔離?？偟膩碇v，磁隔離比光隔離更具有先進(jìn)性。

在各個(gè)過程環(huán)路中使用信號(hào)隔離器辦法可以用DCS或 PLC 等隔離卡件或者現(xiàn)場(chǎng)帶的隔離的變送器（部分設(shè)備可以做到），也可以用信號(hào)隔離器來實(shí)現(xiàn)。比較起來，用信號(hào)隔離器有以下優(yōu)點(diǎn)：

·絕大部分情況，采用信號(hào)隔離器+非隔離卡件比采用隔離卡件便宜

·信號(hào)隔離器比隔離卡件在隔離能力、抗電磁干擾等方面性能更加優(yōu)越

·信號(hào)隔離器應(yīng)用靈活，而且它還有信號(hào)轉(zhuǎn)換和信號(hào)分配及接口轉(zhuǎn)換等功能，使用起來更加方便

·信號(hào)隔離器通常有單通道、雙通道、通道間相互完全獨(dú)立、構(gòu)成系統(tǒng)的配置、日常維護(hù)更加方便。

隔離器的選型應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)儀表、控制系統(tǒng)或二次儀表的接口進(jìn)行，目前自動(dòng)化行業(yè)輸入/輸出信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)為：4～20mADC或者1～5VDC，當(dāng)然也有一些特殊的輸入/輸出信號(hào)。

我們公司將隔離器按照儀器儀表的接口分為：信號(hào)隔離類；一入多出隔離類；配電類；一入多出配電類；溫度隔離變送類；無源隔離類；二線制隔離類；二線制配電類；二線制溫度隔離變送類等類型。

在這些產(chǎn)品類型中，用戶可以根據(jù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)儀表、控制系統(tǒng)或二次儀表的接口自由的選用。