信号隔离器的作用和必要性,信号隔离器性能特点

: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、毫安级的小信号;有有几十伏,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传输相互干扰,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原因就是各种仪器设备根据要求和目的都需要接地,例如为了安全,机壳需要接大地;为了使电路正常工作,系统要有公共参考点;为了抑制干扰加屏蔽罩,屏蔽罩也需要接地.但是由于仪表和设备之间的参考点之间存在电势差(也就是各设备的共地点不同)因而形成“地环流”、“接地环路”问题是在系统信号处理过程中必须要解决的问题.如图1所示,A为被测信号的接地点,B为测试系统的接地点.这样就形成由A地经信号线到测试系统,在通入B地,并由此地进入大地回到A点,就形成地环流.地环流地测试信号形成干扰,当环流很大时,至使A,B两点出现很高的共摸噪声电压,并通过分布参数耦合到信号线,或直接连接到电平信号线上,将产生很大的串模干扰,甚至损坏接口电路及设备.因此,不可掉以轻心,必须严加防范!
（2）：自然干扰
雷电是一种主要的自然干扰源，雷电产生的干扰可以传输到数千公里以外的地方。雷电干扰的时域波形是叠加在一窜随机脉冲背景上的一个大尖峰脉冲。宇宙噪声是电离辐射产生的，在*中不断变化。太阳噪声则随着太阳活动情况剧烈变化。自然界噪声主要会对通信造成干扰而雷电能量尖峰脉冲可以对很多设备造成损坏，应该加以避免或降低损坏程度，减少损失。
（3）：人为干扰
电磁干扰产生的根本原因是导体中有电压或电流的变化，即较大的dv/dt或di/dt.dv/dt或di/dt能够使导体产生电磁波辐射。一方面，人们可以利用这一特点实现特定功能，例如，无线通信、雷达或其他功能，另一方面，电子设备在工作时，由于导体中的dv/dt或di/dt会产生伴随电磁辐射。无论主观上出于什么目的，客观上对电磁环境造成了污染。还有工厂企业在生产过程中会经常有一些大型的设备（电机、变频器等）频繁开关，它们也会造成一些容性、感性的干扰，也将影响仪器仪表正常显示或采集。凡是有电压电流突变的场合，肯定会有电磁干扰存在。数字脉电路就是一种典型的干扰源。随着电子技术的广泛应用，电磁污染情况会越来越严重。
2：解决各种干扰的方法
首先干扰的三要素是干扰源、敏感源和耦合路径，这三要素缺少一个，电磁兼容问题都不会存。因此要从这三要素入手。找出更方便的解决办法，一般干扰源和敏感源是没办法解决的，通常是从耦合路径想办法，也是比较常用的办法。如加屏蔽、加滤波等手段。而处理地环流是常见也很麻烦，现在以此为探讨话题。
（1）*种方法：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人身安全，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。
（2）第二种方法：使两接地点的电势相同（使V1=V2），但由于接地的电阻受地质条件及气候变化等众多因素的影响，这种方法其实在实际中也无法完做到。
（3）第三种方法：在各个过程环节中使用信号隔离器，断开过程环路，同时 又不影响过程信号的正常传输，从而彻底解决地环路的问题
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的隔离的变送器（分设备可以做到），也可以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，而且它还有信号转换和信号分配及接口转换等功能，使用起来更加方便
信号隔离器通常有单通道、双通道、通道间相互完全独立，构成系统的配置、日常维护更加方便

信号隔离器与隔离式安全栅的区别之处

　　一、定义

　　1.信号隔离器（Isolator）：一般指弱电系统中的信号隔离器，保护下级信号系统不受上级系统影响和干扰。

　　2.信号隔离安全栅（SafetyBarrier）：接在本质安全电路和非本质安全电路之间。将供给本质安全电路的电压或电流限制在一定安全范围内的装置。安全栅是一种统称，分为齐纳式安全栅和隔离式安全栅，隔离式安全栅简称隔离栅。

　　二、工作试验方法

　　1.信号隔离器工作试验方法：

　　首先将变送器或仪表的信号，通过半导体件调制变换，然后通过光感或磁感器件进行隔离转换，然后再进行解调变换回隔离前原信号，同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理。保证变换后的信号、电源、地之间*独立。

　　2.齐纳式安全栅的工作试验方法：

　　安全栅的主要功能就是限制安全场所的危险能力进入危险场所，及限制送往危险场所的电压和电流。

　　齐纳管Z用于限制电压。当回路电压接近安全限压值时，齐纳管导通，使齐纳管两端的电压始终保持在安全限值以下。电阻R用于限制电流。当电压被限制后，适当选择电阻值，可将回路电流限制在安全限流值以下。

　　保险丝F的作用是防止因齐纳管被长时间流过的大电流烧断而导致回路限压失效。当超过安全限压值的电压加在回路上时，齐纳管导通，如果没有保险丝，流经齐纳管的电流将无限上升，*终烧断齐纳管，使贿赂失去限压。为确保贿赂限压安全，保险丝的熔断速度要比齐纳管可能被烧断的速度快十倍。

　　3.隔离式信号隔离安全栅的工作试验方法：

　　与齐纳安全栅相比，隔离式安全栅除具有限压与限流的作用外，还带有电流隔离的功能。隔离栅通常由回路限能单元、电流隔离单元和信号处理单元三部分组成。回路限能单元为安全栅的核心部分。此外，辅助有用于驱动现场仪表的贿赂供电电路和用于仪表信号采集的检测电路。信号处理单元根据安全栅的功能要求进行信号处理。

　　三、功能与优点

　　1.信号隔离器功能

　　保护下级控制回路。

　　消弱环境噪声对测试电路的影响。

　　抑制公共接地、变频器、电磁阀及不明脉冲对设备的干扰；同时对下级设备具有限压、额流的功能是变送器、仪表、变频器、电磁阀、PLC/DCS输入输出及通讯接口的忠实防护。

　　2.隔离式安全栅

　　采用了将输入、输出及电源三方之间相互电气隔离的电路结构，同时符合本安型限制能量的要求。与齐纳式安全栅相比，虽然价格较贵，但它性能上的突出优点却为用户应用带来了更大的受益：

　　由于采用了三方隔离方式，因此无需系统接地线路，给设计及现场施工带来极大方便。

　　对危险区的仪表要求大幅度降低，现场无需采用隔离式仪表。

　　由于信号线路无需共地，使得检测和控制回路信号的稳定性和抗干扰能力大大增强，从而提高了整个系统的可靠性。

　　隔离式安全栅具备更强的输入信号处理能力，能够接受并处理热电偶、热电阻、频率等信号，这个齐纳式安全栅所无法做到的。

　　隔离式安全栅可输出两路相互隔离的信号，以提供给使用同一信号源的两台设备使用，并保证两台设备信号不相互干扰，同时提高所连接设备相互之间的电气安全绝缘性能。