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信號(hào)隔離器的工作原理及選型指南

分類：技術(shù)中心 1847人瀏覽 2019-07-16

標(biāo)簽：隔離器分享到：

隔離器又名信號(hào)隔離器，是工業(yè)控制系統(tǒng)中重要組成部分。隔離器是一種采用線性光耦隔離原理，將輸入信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出。輸入，輸出和工作電源三者相互隔離，特別適合與需要電隔離的設(shè)備儀表配用。

隔離器的工作原理
系統(tǒng)產(chǎn)生干擾的原因
在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)監(jiān)視和控制需要用到各種自動(dòng)化儀表、控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它們之間的信號(hào)傳輸既有微弱到毫伏級(jí)、微安級(jí)的小信號(hào)，又有幾十伏，甚至數(shù)千伏、數(shù)百安培的大信號(hào)；既有低頻直流信號(hào)，也有高頻脈沖信號(hào)等等，構(gòu)成系統(tǒng)后往往發(fā)現(xiàn)在儀表和設(shè)備之間信號(hào)傳輸互相干擾，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定甚至誤操作。出現(xiàn)這種情況除了每個(gè)儀表、設(shè)備本身的性能原因如抗電磁干擾影響外，還有一個(gè)十分重要的因素就是由于儀表和設(shè)備之間的信號(hào)參考點(diǎn)之間存在電勢(shì)差，因而形成“接地環(huán)路”造成信號(hào)傳輸過(guò)程中失真。因此，要保證系統(tǒng)穩(wěn)定和可靠的運(yùn)行，“接地環(huán)路”問(wèn)題是在系統(tǒng)信號(hào)處理過(guò)程中必須解決的問(wèn)題。
解決“接地環(huán)路”的方法
根據(jù)理論和實(shí)踐分析，有三種解決方案：
第一種方案：所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備不接地，使所有過(guò)程環(huán)路只有一個(gè)接地點(diǎn)，不能形成回路，這種方法看似簡(jiǎn)單，但在實(shí)際應(yīng)用中往往很難實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槟承┰O(shè)備要求必須接地才能保證測(cè)量精度或確保人身安全，某些設(shè)備可能因?yàn)殚L(zhǎng)期遭到腐蝕和磨損后或氣候影響而形成新的接地點(diǎn)。
第二種方案：使兩接地點(diǎn)的電勢(shì)相同，但由于接地點(diǎn)的電阻受地質(zhì)條件及氣候變化等眾多因素的影響，這種方案其實(shí)在實(shí)際中無(wú)法完全做到。
第三種方案：在各個(gè)過(guò)程環(huán)路中使用信號(hào)隔離方法，斷開(kāi)過(guò)程環(huán)路，同時(shí)又不影響過(guò)程信號(hào)的正常傳輸，從而徹底解決接地環(huán)路問(wèn)題。

產(chǎn)品選購(gòu)指南
在隔離器選型時(shí)除了要確定隔離器的功能、適應(yīng)前后端接口外，還有精度、輸出紋波、溫度漂移、功耗、響應(yīng)時(shí)間等許多參數(shù)需要用戶謹(jǐn)慎選擇。

精度
隔離器的精度是非常重要的參數(shù)，精度的高低直接關(guān)系到隔離器能否正常使用。隔離器的精度體現(xiàn)了隔離器的設(shè)計(jì)、制造水平。用戶在選用時(shí)應(yīng)該選用精度高的產(chǎn)品。
輸出紋波
對(duì)隔離器精度產(chǎn)生影響的參數(shù)還有輸出紋波。輸出紋波的產(chǎn)生是由于隔離器使用DC/DC電路對(duì)隔離器的工作電源進(jìn)行隔離給隔離器內(nèi)部電路供電，輸入信號(hào)也要先使用DC/DC電路調(diào)制成交流信號(hào)然后經(jīng)過(guò)隔離部分電路進(jìn)行信號(hào)隔離，隔離后的信號(hào)經(jīng)解調(diào)后再轉(zhuǎn)換成直流信號(hào)輸出。以CPU為核心的隔離器也存在脈沖信號(hào)。隔離器內(nèi)部存在的這種高頻的交流分量，就是產(chǎn)生輸出紋波的原因。這些高頻的交流分量它們的頻率一般都有幾百KHZ、諧波較多，對(duì)信號(hào)的污染很難完全清除。如果輸出紋波較高，控制系統(tǒng)模擬量輸入模板采集到信號(hào)的誤差就大，對(duì)于高速輸入的模擬量輸入模板更是如此。所以選擇隔離器時(shí)應(yīng)要求輸出紋波的峰-峰值越小越好。順連電子的各種系列隔離器均采用高效的濾波電路，較好的抑制了輸出紋波。用戶在選用時(shí)應(yīng)該選用紋波小的產(chǎn)品。
溫度漂移
溫度漂移是由于隔離器工作時(shí)產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致隔離器內(nèi)所使用的電子元器件性能指標(biāo)下降造成隔離器的輸出值發(fā)生變化。選擇隔離器時(shí)應(yīng)要求溫度漂移的值越小越好。為了防止溫度漂移，帕羅肯隔離器產(chǎn)品進(jìn)行了低功耗、微功耗設(shè)計(jì)，使得隔離器工作時(shí)本身的發(fā)熱量很小甚至于不發(fā)熱，這樣就能防止因產(chǎn)品工作時(shí)發(fā)熱引起所使用元器件的性能指標(biāo)下降，防止造成溫度漂移。用戶在選用時(shí)應(yīng)該選用溫度漂移小的產(chǎn)品。
低功耗
功耗是指隔離器工作時(shí)所消耗的電能。它涉及到產(chǎn)品在工作時(shí)的發(fā)熱量，這個(gè)參數(shù)與隔離器的使用壽命、可靠性和隔離器的外形、安裝方式都有密切的關(guān)系。在選用隔離器時(shí)應(yīng)選擇功耗低的產(chǎn)品。隔離器的電路設(shè)計(jì)上采用了新技術(shù)是：輸出部分可以根據(jù)負(fù)載的大小動(dòng)態(tài)調(diào)整輸出功率的自適應(yīng)負(fù)載技術(shù)；隔離部分的電流互感功率補(bǔ)償技術(shù)；電源部分的參數(shù)式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源技術(shù)。我們公司隔離器的功耗只有世界一流品牌產(chǎn)品功耗的一半以下。
若產(chǎn)品的功耗大，在產(chǎn)品工作時(shí)產(chǎn)生的熱量就大，造成產(chǎn)品殼體內(nèi)的溫度高。組成產(chǎn)品的電子元器件長(zhǎng)期的處于高溫環(huán)境下，會(huì)導(dǎo)致運(yùn)算放大器參數(shù)蛻變﹑電阻阻值變化﹑電容漏電增大等。這些問(wèn)題將使產(chǎn)品性能下降，甚至導(dǎo)致產(chǎn)品故障、失效。
沒(méi)有低功耗設(shè)計(jì)的保證，產(chǎn)品就不可能做到隔離器的超薄型、小型化、端子化。我們公司推出了國(guó)內(nèi)最薄的低功耗MZ系列產(chǎn)品、微功耗的MZ二線制系列產(chǎn)品和無(wú)源系列產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)的主流產(chǎn)品厚度一般都在20mm～30mm之間，國(guó)外最新產(chǎn)品的厚度為6.0mm。為了節(jié)約控制系統(tǒng)的控制柜、電源、接線端子、連接線和人工成本等工程費(fèi)用，用戶在選用時(shí)應(yīng)該選用低功耗的產(chǎn)品。
響應(yīng)時(shí)間
響應(yīng)時(shí)間是指產(chǎn)品的輸入量發(fā)生變化到產(chǎn)品的輸出量正確的將變化量反映的輸出上的時(shí)間。響應(yīng)時(shí)間越短，就能夠越真實(shí)的正確反映出輸入量的變化，有效的監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程。在選擇隔離器時(shí)響應(yīng)時(shí)間要求越短越好。用戶在選用時(shí)應(yīng)該選用響應(yīng)時(shí)間小的產(chǎn)品。

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