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信號隔離器在自動化控制系統(tǒng)之中的應用
點擊次數(shù)：613 發(fā)布時間：2014-6-9
造成模擬信號失真的原因
1、接地環(huán)路問題：如下圖所示，當過程環(huán)路中有兩處或兩處以上接地電阻不相等時，就會產(chǎn)生接地環(huán)路，過程信號就會失真。
接地環(huán)路
要使信號完整而不失真地傳輸，理想化的情況是所有設備、儀表中的信號都有一個共同的參考點，也就是有一個共同的“地”。只有這樣，所有的設備、儀表的信號參考點之間電位差才能為“零”。很顯然，不同設備的接地電阻很難保證都相等，接地電阻也會隨著傳輸距離的增加而升高，有時甚至產(chǎn)生高達200V的電位差。
2、測量回路相互連接問題：如下圖所示，在這些回路中，參考點要將因為接通多個信號回路而升高。
如上圖，在這種相互連接的測量回路中，由于線間電阻的不斷增加，必然會引起參考電壓的不斷升高。
3、電磁干擾問題：這是比較常見的干擾，特別是在長距離或者干擾較大的工業(yè)環(huán)境中，很難避免感性和容性干擾在測量回路中相互參雜的情況。
解決這些問題的方案主要有三種：
*種方案是現(xiàn)場儀表不接地，使過程環(huán)路中只有一個接地點，但在實際應用中，這種方案往往難以實現(xiàn)，因為某些設備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。
第二種方案是使兩接地點的電勢相同，但由于接地點的電阻受地質(zhì)條件及氣候變化等眾多因素的影響，這種方案通常是很難實現(xiàn)的。
第三種方案是在過程環(huán)路中使用信號隔離器。信號隔離器采用隔離技術(shù)，斷開過程環(huán)路中的直接電路（直流通路）但又不影響過程信號的正常傳輸，從而*解決了上述問題。
如下圖：
當然，我們也可以用DCS的隔離卡鍵或帶隔離能力的變送器實現(xiàn)信號隔離，但它們價格昂貴，而且他們的隔離強度、抗無限射頻/電磁干擾（RFI/EMI）指標及應用靈活性比信號隔離器差，更不可能像信號隔離器那樣還可解決信號轉(zhuǎn)換及信號分配等問題。
信號隔離器原理
目前，信號隔離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(lián)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(wěn)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(shù)的發(fā)展，近些年來逐漸出現(xiàn)了利用光耦合器（opticalcoupler）生產(chǎn)的光電式隔離器，它的特點是：性能穩(wěn)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(xiàn)場干擾較大，工藝要求較高場合出現(xiàn)了變壓器與光電聯(lián)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(chǎn)的遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)R5系列的模擬量采集模塊就應用了變壓器和光電聯(lián)合隔離方式。
信號隔離器的原理圖如下：
圖中可以看出，隔離器實現(xiàn)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(tǒng)接地線路，給設計及現(xiàn)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(wěn)定性和抗干擾能力大大增強，從而提高了整個系統(tǒng)的可靠性。另外，這種隔離器產(chǎn)品除具備*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。
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