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信号隔离器造成模拟信号失真的原因
     随着技术的不断进步,市场上出现了许多信号隔离器,它除具有常规信号隔离器的优异性能外,特加入了CPU控制单元,具有现场可编程功能(即输入型)及通信功能。全新信号隔离器一方面能解决接地环路和设备互联时产生的地线参考点不同的问题,另一方面能有效地去除线路在传输过程中可能受到的无限射频和电磁干扰问题。
 
    在工业生产过程中,生成过程的监视和控制中要用到各种各样的仪器仪表,会产生各种各样的信号,这些信号都要经过互相传递和输送的过程,因此如何保证这些信号,特别是模拟信号在传输过程中不失真将成为系统调试中必须解决的问题。
 
    只有当控制装置和分布在现场的传感器和执行器之间的模拟信号传输无故障并且不失真时,全新信号隔离器才能保证过程控制安全可靠。尤其是小功率的模拟信号在干扰大的工业环境中传输时受各种外部干扰信号的影响,它们需要一条可靠的传输通道。
 
    信号隔离器的主要功能就是限制安全场所的危险能量进入危险场所,及限制送往危险场所的电压和电流。由于隔离式安全栅采用了限压、限流、隔离等措施,不仅能防止危险能量从本安端子进入危险现场,提高系统的本安防爆性能,而且还增加了系统的抗干扰能力,大大提高了系统运行的可靠性。
 
    1、信号隔离器应安装在安全场所,并环境条件能满足本手册中的“使用条件”的要求。
 
    2、信号隔离器本安端(蓝色标记)和非本安端电路的接线导线在汇线槽中应分开铺设,各自采用独立的保护套管。本安侧的配线套管内不允许有其它电源线,包括其本安电路使用的电源线。
 
    3、通往危险场所的导线应选用有蓝色标记的本安导线,导线线的软铜面积必须大于0.5mm2,绝缘强度应大于500V。
 
    4、在对隔离式安全栅进行通电调试前,必须注意隔离式安全栅的型号、接线方法、线路极性等,是否符合设计及产品要求中的规定,否则可能对人身及设备造成伤害。
 
    5、信号隔离器严禁用兆欧表测试隔离安全栅端子之间的绝缘强度。如要检查系统的绝缘强度,应先断开全部的接线,否则可能引起安全栅内部快速熔断器熔断。
 
    信号隔离器造成模拟信号失真的原因:
 
    1、接地环路问题:如下图所示,当过程环路中有两处或两处以上接地电阻不相等时,就会产生接地环路,过程信号就会失真。
 
    接地环路
 
    要使信号完整而不失真地传输,理想化的情况是所有设备、仪表中的信号都有一个共同的参考点,也就是有一个共同的“地”。只有这样,所有的设备、仪表的信号参考点之间电位差才能为“零”。很显然,不同设备的接地电阻很难保证都相等,接地电阻也会随着传输距离的增加而升高,有时甚至产生高达200V的电位差。
 
    2、测量回路相互连接问题:如下图所示,在这些回路中,参考点要将因为接通多个信号回路而升高。在这种相互连接的测量回路中,由于线间电阻的不断增加,必然会引起参考电压的不断升高。
 
    3、电磁干扰问题:这是比较常见的干扰,特别是在长距离或者干扰较大的工业环境中,很难避免感性和容性干扰在测量回路中相互参杂的情况。
 
    全新信号隔离器解决这些问题的方案主要有三种:
 
    方案是现场仪表不接地,使过程环路中只有一个接地点,但在实际应用中,这种方案往往难以实现,因为某些设备必须接地才能保证测量精度或确保人身安全,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。
 
    方案是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,这种方案通常是很难实现的。
 
    方案是在过程环路中使用信号隔离器。信号隔离器采用隔离技术,断开过程环路中的直接电路(直流通路)但又不影响过程信号的正常传输,从而彻底解决了上述问题。
 
    当然,我们也可以用信号隔离器键或带隔离能力的变送器实现信号隔离,但它们价格昂贵,而且他们的隔离强度、抗无限射频/电磁干扰指标及应用灵活性比信号隔离器差,更不可能像信号隔离器那样还可解决信号转换及信号分配等问题。
 
    信号隔离器原理目前,信号隔离器从隔离方式上主要分为:变压器隔离方式,光电隔离方式和变压器与光电联合隔离方式等几种。
 
    信号隔离器至今已有40多年的历史,早期的信号隔离器都是采用变压器隔离方式,它的特点是:性能稳定,寿命长,带负载能力强,隔离强度高,但电路复杂,制作工艺要求更高。
 
    随着电子技术的发展,近些年来逐渐出现了利用光耦合器生产的光电式隔离器,它的特点是:性能稳定,抗干扰能力强,而且线路简单,成本低廉,但相对于信号隔离器隔离方式寿命略短。
 
    在一些现场干扰较大,工艺要求较高场合出现了变压器与光电联合方式的信号隔离器,它的隔离能力、抗无限射频和电磁干扰能力更强。比如生产的远程数据采集系统R5系列的模拟量采集模块就应用了变压器和光电联合隔离方式。
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