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信號隔離器

信號隔離器采用了先進的數字化技術,在對高、低頻干擾信號的抑制方面均有著優異表現,即使在大功率變頻控制系統中依然能夠可靠應用,內部采用數字化調校、無零點及滿度電位器、自動動態校準零點、溫度漂移自動補償等諸多先進技術,并符合IEC61000-4-4;它將輸入單路或雙路電流或電壓信號,變送輸出隔離的單路或雙路線性的電流或電壓信號,并提高輸入、輸出、電源之間的電氣隔離性能。
信號隔離器

信號隔離器相關產品

原理

目前,信號隔離(變換)器從隔離方式上主要分為:變壓器隔離方式,光電隔離方式和變壓器與光電聯合隔離方式等幾種。
信號隔離器至今已有40多年的歷史,早期的信號隔離器(如美國MOORE,日本M-SYSTEM等)都是采用變壓器隔離方式,它的特點是:性能穩定,壽命長(比如:日本M-SYSTEM公司的M2系列隔離變換器標稱的使用壽命長達70年!),帶負載能力強,隔離強度高,但電路復雜,制作工藝要求更高。
隨著電子技術的發展,近些年來逐漸出現了利用光耦合器(optical coupler)生產的光電式隔離器,它的特點是:性能穩定,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。
在一些現場干擾較大,工藝要求較高場合出現了變壓器與光電聯合方式的信號隔離器,它的隔離能力、抗無限射頻和電磁干擾能力更強。比如日本M-SYSTEM公司生產的遠程數據采集系統R5系列的模擬量采集模塊就應用了變壓器和光電聯合隔離方式。
隔離器實現了輸入對輸出對電源對地的四端三重隔離電路設計,因此無需系統接地線路,給設計及現場施工帶來極大方便。也正是由于這種信號線路無需共地的設計,使得檢測和控制回路信號的穩定性和抗干擾能力大大增強,從而提高了整個系統的可靠性。另外,這種隔離器產品除具備極強的濾波能力外,還有更強的信號處理能力,能夠接受并處理熱電偶、熱電阻、頻率等各種信號。

技術指標

1、隔離強度:也叫隔離能力、耐壓強度或測試耐壓,這是衡量信號隔離器的主要參數之一。單位:伏特@1分鐘。它指的是輸入與輸出,輸入與電源,輸出與電源之間的耐壓能力。它的數值越大說明耐壓能力越好,隔離能力越強,濾波性能越高。一般的,這種耐壓測試是通過一次性樣品的耐壓檢驗來確定的。在該測試過程中,將持續若干分鐘地分別在輸入與輸出、輸入與電源、輸出與電源之間加載50Hz的工頻電壓,以便得出器件同另一個電勢面之間不會發生擊穿的電壓數值。
目前,市場上的信號隔離器的隔離強度分為2000V@1分鐘,1500V@1分鐘,1000V@1分鐘,500V@1分鐘等幾個級別。比如:日本M-SYSTEM和美國ACI的信號隔離器隔離強度為2000V@1分鐘;其他國外品牌能做到1500V@1分鐘;而目前國內的幾個品牌也能做到1000V@1分鐘,甚至1500V@1分鐘的隔離強度。
2、精度:這是衡量一個信號隔離變送器質量的標尺。業內一般能做到量程的±0.2[%]。個別品牌如M-SYSTEM 、ACI等能做到±0.1[%]。
3、溫度系數:表示隔離器等儀表在環境溫度發生變化時,精度的變化情況。 大多情況下用百分數表示(也有用單位250ppm/K表示的),如:M-SYSTEM溫度系數為±0.015[%]/℃(相當于150ppm/K)。
4、響應時間:表征信號隔離器的反應速度。
5、絕緣電阻:內部電源與外殼之間隔離直流作用的數值化表征。
6、負載電阻:反映了信號隔離器的帶載能力。

產生干擾的原因

在工業生產過程中實現監視和控制需要用到各種自動化儀表、控制系統和執行機構,它們之間的信號傳輸既有微弱到毫伏級、毫安級的小信號,又有幾十伏,甚至數千伏、數百安培的大信號;既有低頻直流信號,也有高頻脈沖信號等等,構成系統后往往發現在儀表和設備之間信號傳輸互相干擾,造成系統不穩定甚至誤操作。出現這種情況除了每個儀表、設備本身的性能原因如抗電磁干擾影響外,還有一個十分重要的原因是由于儀表和設備之間的信號參考點之間存在電勢差,因而形成“接地環路”造成信號傳輸過程中失真。因此,要保證系統穩定和可靠的運行。“接地環路”問題是在系統信號處理過程中必須解決的問題。

解決接地環路的方法

解決接地環路的方法,根據理論和實踐分析,有三種解決方案:
第一種方案:所有現場設備不接地,使所有過程環路只有一個接地點,不能形成回路,這種方法看似簡單,但在實際應用中往往很難實現,因為某些設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。
第二種方案:使兩接地點的電勢相同(使V1=V2),但由于接地點的電阻受地質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能做到。
第三種方案:在各個過程環路中使用信號隔離方法,斷開過程環路,同時又不影響過程信號的正常傳輸,從而徹底解決接地環路問題。

類型

隔離器:
工業生產中為增加儀表負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。
配電器:
工業現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。
安全柵:
一些特殊的工業現場(如燃氣公司和化工廠)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。
信號隔離器位于二個系統通道之間,所以選擇隔離器首先要確定輸入輸出功能,同時要使隔離器輸入輸出模式(電壓型、電流型、環路供電型等)適應前后端通道接口模式。此外尚有精度﹑功耗﹑噪音﹑絕緣強度﹑總線通訊功能等許多重要參數涉及產品性能,例如噪音與精度有關、功耗熱量與可靠性有關,這些需要使用者慎選。總之,適用、可靠、產品性價比是選擇隔離器的主要原則。

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