淺談隔離器的三端隔離與信號隔離器分類
發布時間:2020-03-13 責任編輯:lina
【導讀】文章闡述信號幹擾產生的原因及隔離器的抗幹擾作用,結合隔離器原理普及信號隔離器的分類及應用,幫助儀表工提高信號隔離器選用技能。
文(wen)章(zhang)闡(chan)述(shu)信(xin)號(hao)幹(gan)擾(rao)產(chan)生(sheng)的(de)原(yuan)因(yin)及(ji)隔(ge)離(li)器(qi)的(de)抗(kang)幹(gan)擾(rao)作(zuo)用(yong),結(jie)合(he)隔(ge)離(li)器(qi)原(yuan)理(li)普(pu)及(ji)信(xin)號(hao)隔(ge)離(li)器(qi)的(de)分(fen)類(lei)及(ji)應(ying)用(yong),幫(bang)助(zhu)儀(yi)表(biao)工(gong)提(ti)高(gao)信(xin)號(hao)隔(ge)離(li)器(qi)選(xuan)用(yong)技(ji)能(neng)。
控製係統中需要監視和控製各類物理量,例如:溫度、濕度、壓(ya)力(li)等(deng),這(zhe)些(xie)不(bu)同(tong)的(de)物(wu)理(li)量(liang)總(zong)是(shi)不(bu)斷(duan)的(de)變(bian)化(hua)。用(yong)於(yu)檢(jian)測(ce)這(zhe)些(xie)狀(zhuang)態(tai)和(he)變(bian)化(hua)的(de)器(qi)件(jian)必(bi)須(xu)如(ru)實(shi)反(fan)映(ying)這(zhe)些(xie)變(bian)化(hua),這(zhe)些(xie)參(can)數(shu)被(bei)精(jing)確(que)地(di)測(ce)量(liang)後(hou),盡(jin)管(guan)要(yao)受(shou)到(dao)諸(zhu)如(ru)大(da)氣(qi)和(he)安(an)裝(zhuang)等(deng)外(wai)部(bu)因(yin)素(su)的(de)影(ying)響(xiang),也(ye)必(bi)須(xu)保(bao)證(zheng)在(zai)從(cong)現(xian)場(chang)傳(chuan)輸(shu)到(dao)控(kong)製(zhi)室(shi)的(de)過(guo)程(cheng)不(bu)被(bei)消(xiao)減(jian)或(huo)幹(gan)擾(rao)。信(xin)號(hao)隔(ge)離(li)器(qi)能(neng)將(jiang)這(zhe)些(xie)信(xin)號(hao)轉(zhuan)換(huan)或(huo)變(bian)送(song)需(xu)要(yao)高(gao)質(zhi)量(liang)的(de)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong),它(ta)們(men)能(neng)適(shi)應(ying)或(huo)抵(di)禦(yu)惡(e)劣(lie)環(huan)境(jing),諸(zhu)如(ru)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)、電磁幹擾、振動、腐蝕或爆炸等因素的幹擾或影響。
1、幹擾產生的原因
在工業生產過程中對信號傳輸的幹擾多種多樣,絕對隔離是不可能實現的。通常幹擾主要由以下幾個原因產生:
①接地回路
各種儀器設備根據要求和目的都需要接地,例如為了安全,機殼需要接大地;為了使電路正常工作,係統需要有公共參考點;為了抑製幹擾加屏蔽罩,屏蔽罩也需要接地,但是由於儀表和設備之間的參考點之間存在電勢差,因而形成“接地環流”。控製係統直流電源的負端通常會接地,如果輸入信號是由另外的電源供電或是傳感器本身已經接地,瞬態電流將流過沿△接地導體之間產生的地電位差所形成的回路, 從而幹擾正常信號。如圖1所示。
圖1 接地回路
②輻射噪聲
來自空間的輻射電磁場主要是由電力網絡、電氣設備等的暫態過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達、高gao頻pin感gan應ying加jia熱re設she備bei等deng產chan生sheng的de,通tong常chang稱cheng又you稱cheng為wei為wei輻fu射she幹gan擾rao。通tong常chang傳chuan感gan器qi發fa出chu的de都dou是shi較jiao小xiao的de信xin號hao,因yin而er容rong易yi受shou容rong性xing或huo感gan性xing設she備bei的de幹gan擾rao,例li如ru雷lei電dian幹gan擾rao的de時shi域yu波bo形xing是shi疊die加jia在zai一yi串chuan隨sui機ji脈mai衝chong背bei景jing上shang的de一yi個ge大da尖jian峰feng脈mai衝chong。宇yu宙zhou噪zao音yin是shi電dian離li輻fu射she產chan生sheng的de,在zai一yi天tian中zhong不bu斷duan變bian化hua。太tai陽yang噪zao音yin則ze隨sui著zhe太tai陽yang活huo動dong情qing況kuang的de劇ju烈lie變bian化hua。感gan應ying電dian動dong機ji、變頻器或者是其他功率切換設備。輻射噪聲經常會幹擾測量值,並且會損壞控製係統中敏感的I/O卡。如圖2所示。

圖2 輻射噪聲
③線路引入
控製係統在正常情況下供電電源均由電網供電。由於電網覆蓋範圍廣, 將受到所有空間電磁幹擾而在線路上感應電壓和電路。特別是電網內部的變化,開關操作浪湧、大型電力設備起停、交直流轉動裝置引起的諧波、電dian網wang短duan路lu暫zan態tai衝chong擊ji等deng,都dou會hui通tong過guo輸shu電dian線xian路lu到dao電dian源yuan。控kong製zhi係xi統tong的de電dian源yuan通tong常chang采cai用yong隔ge離li電dian源yuan,但dan它ta的de機ji構gou及ji製zhi造zao工gong藝yi因yin素su使shi其qi隔ge離li性xing並bing不bu理li想xiang。實shi際ji上shang,由you於yu分fen布bu參can數shu特te別bie是shi分fen布bu電dian容rong的de存cun在zai,絕jue對dui隔ge離li是shi不bu可ke能neng實shi現xian的de。
2、隔離器原理
信號隔離器工作原理: 是shi將jiang變bian送song器qi或huo儀yi表biao的de信xin號hao,通tong過guo半ban導dao體ti器qi件jian調tiao製zhi轉zhuan化hua,然ran後hou通tong過guo光guang感gan或huo是shi磁ci感gan器qi件jian實shi現xian隔ge離li轉zhuan換huan,然ran後hou再zai實shi行xing解jie調tiao轉zhuan換huan回hui隔ge離li前qian原yuan信xin號hao,同tong時shi對dui隔ge離li後hou信xin號hao的de供gong電dian電dian源yuan實shi行xing隔ge離li處chu理li,保bao證zheng轉zhuan換huan後hou的de信xin號hao、電源、地之間絕對獨立。同時對疊加在測量值上的幹擾信號進行濾波,以及根據控製係統輸入、輸出要求對信號進行匹配,因此, 隔離、放大、濾波和匹配是信號隔離器所起的作用。高品質信號隔離器性能判別指標主要有八個,本文介紹部分參數。
①最大輸入信號
zuidashuruxinhaoshizhishangbuzhiyusunhuaimokuaiyijixinhaofashengqideshuzhi。ruguochaoguozhexieshuzhi,xianyaerjiguanzekeyizaixitongshibiechuguodianyadejichushangshizhegeshuruduanduanlu,shimonixinhaodechuanshufanweijinzaigeidingdeshurufanweinei。
②共模抑製比
gelifangdaqineibuyongyunsuanfangdaqilaichuanshuxinhao,yunsuanfangdaqiconglilunshangeryanyongyoulixiangdechuanshuhefangdaxingneng,danshishijishangbingbushiruci。danglianggeshuruduandianyafashengtongxiangbianhua,jizailianggeshuruduanzishangjiayouwanquanxiangtongdeduididianyashi,tajiangyinqiyigebuxiwangchuxiandeshuchuxinhao,conglilunshanglaishuo,cishilixiangyunsuanfangdaqishangbugaichuxianshuchuxinhao,yinweishuruduanchazhixinhaowei“0V”。共模抑製比這個參數表示,共模輸入電壓要比差模輸入電壓少放大多少倍。
③負載阻抗
輸出側的負載阻抗是衡量一個測量變送器或者隔離放大器負荷能力的標準,電流輸出端在大多數情況下可以承受500以內的符合,電壓輸出端通常至少可承受10K的負荷。
④線性度
通過信號的線性度,可以對過程從零點到最大值進行評價,通常情況下線性度誤差表示偏離理想的傳輸特性百分之幾。
⑤極限頻率
隔ge離li放fang大da器qi一yi般ban是shi用yong來lai傳chuan輸shu直zhi流liu信xin號hao的de,但dan是shi信xin號hao的de變bian化hua卻que要yao求qiu模mo塊kuai具ju有you動dong態tai特te性xing,這zhe種zhong動dong態tai特te性xing是shi由you極ji限xian頻pin率lv來lai確que定ding的de。所suo以yi,即ji使shi是shi微wei小xiao的de交jiao流liu量liang也ye能neng得de到dao傳chuan輸shu。與yu此ci同tong時shi, 較低的極限頻率將抑製高頻交流成分。
3、隔離器分類與應用
信號隔離器分有源信號隔離器和無源信號隔離器。
①有源信號隔離器
有(you)源(yuan)信(xin)號(hao)隔(ge)離(li)器(qi)由(you)獨(du)立(li)的(de)電(dian)源(yuan)供(gong)電(dian),以(yi)確(que)保(bao)隔(ge)離(li)器(qi)出(chu)色(se)工(gong)作(zuo),模(mo)塊(kuai)在(zai)輸(shu)入(ru)側(ce)需(xu)要(yao)有(you)源(yuan)信(xin)號(hao),在(zai)輸(shu)出(chu)測(ce)它(ta)們(men)則(ze)提(ti)供(gong)經(jing)過(guo)過(guo)濾(lv)和(he)放(fang)大(da)的(de)信(xin)號(hao),根(gen)據(ju)應(ying)用(yong)情(qing)況(kuang)輸(shu)入(ru)/輸出與電源之間相互隔離。
a、三端隔離
三端隔離隻需要一個電源,這個電源與測量電路隔離,采用這種技術隔離的信號隔離器,它們所有連接在輸入端、輸出端或者電源上的組件皆不會互相幹擾,三端之間也相應地互相電隔離。如圖3所示。

圖3 信號隔離器的三端隔離
sanduangelidexinhaogeliqizaigongyexianchangzhongkezhijieyongyufensandeduanzihe,bingqiezaikongzhiguizhongdekongzhibufenpangbianjinxingdiangeli。sanduangelibujinzaijiancetantouhekongzhibufen,erqieyezaikongzhibufenhetiaojiebufenzhijianqidaodiangelizuoyong。
b、輸入端隔離
采用這種隔離技術的模塊應該保護輸出側連接的電子設備(例如控製器的輸入卡)不受現場的各種幹擾。所以,輸入端和等電位的輸出端和電源部分是電隔離的。如圖4所示。這種信號隔離器在輸入側需要有源信號(例如來自壓力變送器),它們在輸出側(例如控製器)提供一個經過濾波和放大信號。

圖4 隔離器的輸入端隔離
c、輸出端隔離
采用這種隔離技術的模塊應該保護輸入側連接的電子設備(例如控製器的輸出卡)不受現場的各種幹擾。所以,輸出端和等電位的輸入端和電源部分是電隔離的。如圖5所示。這種模塊在輸入側需要有源信號(例如控製器的輸出卡),它們在輸出側發出經過處理和發大的信號(例如提供給調節閥)。

圖5 隔離器的輸出端隔離
②無源信號隔離器
wuyuanxinhaogeliqitigongleyizhongfujiaheshizhixingdebianli,tawuxuewaidedianyuangongdian,mokuaidedegongzuodianyuanshitongguoshuruhuoshuchuhuilutigong,qineibudianluxiaohaodedianliujixiao,buyingxiangxinhaodezhengquechuanshu。genjuxinhaogeliqidegongdianfangshifenyixiajizhong:
a、輸入側供電
采用這種輸入側供電隔離技術的輸入側獲取能量無源信號隔離器(比如YR9101A),這些輸入側獲取能量無源信號隔離器從有源輸入回路(例如電磁流量計或控製係統輸出卡)獲取所需的能量用於4-20mA信號傳輸和電隔離,輸出側提供經過處理的電流信號用於控製或調節。如圖6所示。這種無源隔離方式適用於信號處理(同接地回路分開)和濾波。而無需附加的輔助電源。

圖6 輸入側獲取能量無源信號隔離器的輸入端隔離
b、輸出側供電
采用這種隔離技術時,這些模塊從有源輸出回路(最好是從控製係統輸入卡用輔助電源供電的)獲取所需的能量用於信號傳輸和電隔離。如圖7所示。

圖7 輸出端隔離
這種從輸出側獲取能量的無源隔離器(比如YR9201A)在輸入側可以處理各種有源信號(例如電磁流量計),在輸出側,回路供電的模塊則采用4-20mA的標準信號。用這種隔離技術時必須注意,連接在輸出側的有源信號(例如控製係統輸入卡)即可以給無源隔離器供電也可以帶動負載(例如控製係統輸入卡的輸入電阻)。
c、無源饋電隔離器
caiyongzhezhonggelijishushi,zhexiemokuaicongyouyuanshuchuhuiluhuoqusuoxudenengliangyongyuxinhaochuanshuhediangeli,wuyuanpeidianqibazhezhongcongshuchuhuiluhuodedenenglianglingwaihaigonggeiyigelianjiezaishurucedeerxianzhibiansongqi(例如壓力變送器),二線製變送器借助於無源配電器提供的能量發出一個有源信號,通過無源配電器電隔離並且從輸出側輸出。如圖8所示。因此,信號和能量流在無源配電器方式時原則上是逆向進行的。

圖8 無源饋電隔離
信號隔離器除了電隔離外, 在zai隔ge離li放fang大da器qi中zhong信xin號hao還hai得de到dao了le放fang大da,以yi便bian實shi現xian長chang距ju離li的de傳chuan輸shu或huo者zhe是shi連lian接jie高gao阻zu抗kang的de負fu載zai。可ke應ying用yong於yu所suo有you的de工gong業ye場chang合he中zhong需xu要yao電dian子zi測ce量liang和he控kong製zhi的de係xi統tong中zhong,諸zhu如ru過guo程cheng控kong製zhi中zhong電dian廠chang、冶金廠、自來水廠和汙水處理廠,石油天然氣生產廠以及化工生產廠中。
免責聲明:本文為轉載文章,轉載此文目的在於傳遞更多信息,版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問題,請聯係小編進行處理。
特別推薦
- 噪聲中提取真值!瑞盟科技推出MSA2240電流檢測芯片賦能多元高端測量場景
- 10MHz高頻運行!氮矽科技發布集成驅動GaN芯片,助力電源能效再攀新高
- 失真度僅0.002%!力芯微推出超低內阻、超低失真4PST模擬開關
- 一“芯”雙電!聖邦微電子發布雙輸出電源芯片,簡化AFE與音頻設計
- 一機適配萬端:金升陽推出1200W可編程電源,賦能高端裝備製造
技術文章更多>>
- 築基AI4S:摩爾線程全功能GPU加速中國生命科學自主生態
- 一秒檢測,成本降至萬分之一,光引科技把幾十萬的台式光譜儀“搬”到了手腕上
- AI服務器電源機櫃Power Rack HVDC MW級測試方案
- 突破工藝邊界,奎芯科技LPDDR5X IP矽驗證通過,速率達9600Mbps
- 通過直接、準確、自動測量超低範圍的氯殘留來推動反滲透膜保護
技術白皮書下載更多>>
- 車規與基於V2X的車輛協同主動避撞技術展望
- 數字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰
- 汽車模塊拋負載的解決方案
- 車用連接器的安全創新應用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索





