隔离器

----更新时间:2022-08-12

隔离器对各种工业信号进行变送、转换、隔离、传输、运算的仪表,可与各种传感器配合,将输入、输出、电源信号三隔离,从而提高工业生产过程的抗干扰能力,保证系统的稳定性和可靠性。

隔离器

  隔离器, 信号隔离器; signal isolator, signal converter

  隔离器是一种采用线性光耦隔离原理,将输入信号进行转换输出。输入,输出和工作电源三者相互隔离,特别适合与需要电隔离的设备仪表配用。

  隔离器又名信号隔离器,是工业控制系统中重要组成部分。

  隔离器新国家标准的制订由重庆宇通仪表主持起草。

  ■信号隔离器的作用原理

  系统产生干扰的原因

  在工业生产过程中实现监视和控制需要用到各种自动化仪表、控制系统和执行机构,它们之间的信号传输既有微弱到毫伏级、微安级的小信号,又有几十伏,甚至数千伏、数百安培的大信号;既有低频直流信号,也有高频脉冲信号等等,构成系统后往往发现在仪表和设备之间信号传输互相干扰,造成系统不稳定甚至误操作。出现这种情况除了每个仪表、设备本身的性能原因如抗电磁干扰影响外,还有一个十分重要的因素就是由于仪表和设备之间的信号参考点之间存在电势差,因而形成“接地环路”造成信号传输过程中失真。因此,要保证系统稳定和可靠的运行,“接地环路”问题是在系统信号处理过程中必须解决的问题。

  解决“接地环路”的方法

  根据理论和实践分析,有三种解决方案:

  第一种方案:所有现场设备不接地,使所有过程环路只有一个接地点,不能形成回路,这种方法看似简单,但在实际应用中往往很难实现,因为某些设备要求必须接地才能保证测量精度或确保人生安全,某些设备可能因为长期遭到腐蚀和磨损后或气候影响而形成新的接地点。

  第二种方案:使两接地点的电势相同,但由于接地点的电阻受地质条件及气候变化等众多因素的影响,这种方案其实在实际中无法完全能做到。

  第三种方案:在各个过程环路中使用信号隔离方法,断开过程环路,同时又不影响过程信号的正常传输,从而彻底解决接地环路问题。

  ■隔离器的组成单元

  隔离器一般由输入信号处理单元、隔离单元、输出信号处理单元、电源等4部份构成。虽然实际应用中的隔离器基本上都是由上述四个单元构成,但输入、输出的类型和数量的不同,组成了种类繁多的型号,下面的表格大致进行了归纳。

  输入处理单元大致类型:

  

  输出信号的大致类型

  

  隔离单元的大致类型

  

  电源类型(均为隔离电源)

  

  ■隔离器中的低功耗的设计

  产品的功耗是各个功能单元功耗的总和,只有降低各个功能单元的功耗才能使得总得功耗降低,增加产品的热稳定性和寿命。隔离器主要在输入、输出、电源、隔离四个单元进行技术改进。

  1、 输出单元模块的自适应负载技术

  输出模块可以根据负载的大小动态调整输出模块的输出功率,从而减少自身的发热。传统的负载设计是根据额定负载的大小设计输出功率,当输出负载非常小时,多余的负载功率就耗散在仪表内部,从而时仪表自身发热。假设一台隔离器的输出负载设计为750欧姆,那么输出驱动功率一般设计为0.5W。如果在实际应用中此隔离器的负载使用在50欧姆的环境下,那么就有 0.5W – 0.02W = 0.48W的功率转换为仪表自身的发热。如果使用多路输出将产生更多的热量,从而降低输出模块的额定功率在实际应用中又难以应付市场的复杂状况。

  2、隔离单元模块的低功耗改进

  隔离单元是决定产品技术指标的重要单元。

  目前隔离技术主要有磁隔离与光隔离两大类。隔离电路形式有直接调制耦合,反馈调制耦合等多种形式,具体采用什么形式要根据产品的技术指标而定。总的来讲可以大致分为开关量信号采用光隔离,模拟量信号采用磁隔离的方式。从技术复杂程度来看,磁隔离比光隔离处理技术复杂,采用磁隔离技术,设计者可以根据技术指标采用合适的设计方案,隔离的线性、精度可以根据产品的要求灵活控制。而光隔离的线性、精度只能依赖器件厂家提供的技术指标,设计人员可以调整的方式很少,也不可能超过厂家提供的技术指标。由于功耗大,光电隔离也不能实现无源隔离。磁隔离模式有电流互感模式、电流互感反馈模式、电压互感模式、电压互感反馈模式、电流互感功率补偿模式等,电流互感功率补偿模式是相对来说功耗最低的模式。

  3、电源模块

  电源的技术指标是基础,这将决定产品的性能。目前流行的电源拓扑形式虽然非常多,也很成熟。

  ■信号隔离器的供电方式

  隔离器常见的供电方式有独立供电、回路供电和输出回路供电。

  独立供电的隔离器:

  需要配备独立20~35VDC的直流电源。这种方式的优点是隔离传输精度高;电源、输入、输出之间完全隔离,多路系统供电电源不需隔离,可保证高抗干扰性能,输入信号可以变换为其它类型的型号。

  回路供电的隔离器:

  在实际工业监控系统中,DCS、PLC或其他显示仪表具有卡件内部供电的使用越来越广泛。回路供电型隔离器又往往不能满足这些卡件对信号隔离传输精度要求高和二线制变送器配电电压要求高的条件。因此,输出回路供电型的隔离器既保留了独立供电型隔离器的优越性能,又满足输出回路供电接口的要求。

  ■采用隔离器的优越性

  在各个过程环路中使用信号隔离办法可以用DCS或PLC等隔离卡件或者现场带隔离的变送器(部分设备可以做到),也可以使用信号隔离器来实现。比较起来,用信号隔离器有以下优点:

  ● 绝大部分情况,采用信号隔离器+非隔离卡件比采用隔离卡件便宜。

  ● 信号隔离器比隔离卡件在隔离能力、抗电磁干扰等方面性能更加优越。

  ● 信号隔离器应用灵活,而且它还有型号转换和 信号分配功能,使用起来更加方便。

  ● 信号隔离器通常有单通道、双通道、一入二出等通道形式,通道间相互完全独立,构成系统的配置、日常维护更加方便。

  智能隔离器的说明:

  SKGL型智能隔离器是将输入单路或双路的电流或电压信号,变送输出隔离的单路或双路线性的电流或电压信号,并提高输入、输出、电源之间的电气隔离性能。

  技术特点 :

   本产品采用了先进的数字化技术,在对高、低频干扰信号的抑制方面均有着优异表现,即使在大功率变频控制系统中依然能够可靠应用,内部采用数字化调校、无零点及满度电位器、自动动态校准零点、温度漂移自动补偿等诸多先进技术,并符合IEC61000-4-4:1995中所规定的第四类(恶劣工业现场)环境对产品的抗电磁干扰要求,这一系列技术的应用使产品的稳定性及可靠性得到科学的保证。

  以上各项技术领先国际先进水平。

  适用性:

  智能隔离器可以与单元组合仪表及DCS、PLC等系统配套使用,在油田、石化、制造、电力、冶金等行业的重大工程中有着广泛应用。

  技术参数 :

  系统传输准确度:±0.2%×F·S

  温度漂移:≤0.005%F·S/℃

  工作温度:工业级标准 -10~+55℃

  输入阻抗:电流:100Ω;电压:500KΩ

  电流输出允许外接的负载阻抗:

  4-20mA输出时0~500Ω;0-10mA输出时0~1KΩ,需要更大的负载能力请在订货时说明。

  电磁兼容:符合IEC61000-4-4:1995中所规定的第四类(恶劣工业现场)环境对产品的抗电磁干扰要求。

  输入/输出/电源/通讯/双路间绝缘强度:≥1500V.ac

  储运环境温度:-40~+80℃

  相对湿度:10-90%RH(40℃时)

  供电电源:交流: AC 95~265V

  直流:DC12V~32V(反接保护)

  输入功率:0.9~1.8W(与型号有关,详见本手册附录中关于输入功率的计算方法)

  通讯接口:RS232 或RS485,MODBUS软件协议(选配)。

  外形尺寸:宽×高×深:22.5×100×115mm

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