什么是信號(hào)隔離安全柵與信號(hào)隔離器？

 

01、定義

信號(hào)隔離器（isolator）：簡(jiǎn)稱隔離器，用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表的各類信號(hào)調(diào)整、隔離 ，并轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)、DCS、PLC等能接收的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)或用戶需要的特殊信號(hào)，且能保護(hù)下級(jí)信號(hào)系統(tǒng)不受上級(jí)系統(tǒng)影響和干擾。

隔離器（或信號(hào)隔離器）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。隔離器特別適合與需要電隔離的設(shè)備儀表配用，是連接于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制室之間的電氣設(shè)備，是工業(yè)控制系統(tǒng)中重要組成部分。

隔離式安全柵（safetybarrier）：簡(jiǎn)稱安全柵，接在本質(zhì)安全電路和非本質(zhì)安全電路之間。將供給本質(zhì)安全電路的電壓電流限制在一定安全范圍內(nèi)的裝置。它設(shè)置在安全場(chǎng)所的一側(cè)，當(dāng)本安防爆系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，能將竄入危險(xiǎn)場(chǎng)所的能量限制在安全值以內(nèi)，從而保證現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)安全。

安全柵主要是用來(lái)防爆的，在各種摩擦的電火花、靜電火花、高溫、有易燃易爆氣體、粉塵、揮發(fā)物的工廠工程都需要安裝使用安全柵。一方面保證信號(hào)的傳輸，另一方面保障了下級(jí)電路的安全，避免因小失大。

02、工作原理

1、信號(hào)隔離器工作原理：

首先將變送器或儀表的信號(hào)，通過(guò)半導(dǎo)體器件調(diào)制變換，然后通過(guò)光感或磁感器件進(jìn)行隔離轉(zhuǎn)換，然后再進(jìn)行解調(diào)變換回隔離前原信號(hào)，同時(shí)對(duì)隔離后信號(hào)的供電電源進(jìn)行隔離處理。保證變換后的信號(hào)、電源、地之間絕對(duì)獨(dú)立。

2、安全柵工作原理：

安全柵分為齊納式安全柵和隔離式安全柵兩類。

齊納式安全柵

齊納式安全柵是最早出現(xiàn)的安全柵。它的核心元件是齊納二極管，限流電阻及快速熔斷絲，原理圖如下圖所示：

齊納式安全柵原理圖

齊納管電流簡(jiǎn)單，在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)容易出現(xiàn)系統(tǒng)電源波動(dòng)、干擾，導(dǎo)致設(shè)備損壞，并且由于其需要本安接地，因此在實(shí)際應(yīng)用中較少。

隔離式安全柵不僅能夠限壓限流，還能電流隔離。隔離室安全柵主要由限能單元、信號(hào)及電源隔離單元、信號(hào)處理單元組成，基本功能電路如下圖所示。

隔離室安全柵原理

與齊納式安全柵相比，隔離式安全柵在性能上大大優(yōu)于齊納式安全柵：

①采取三方隔離方式，不需使用隔離式儀表；

②降低危險(xiǎn)區(qū)的儀表要求，現(xiàn)場(chǎng)不需使用隔離式儀表；

③運(yùn)行過(guò)程中穩(wěn)定性和抗干擾能力大大增強(qiáng)，使整個(gè)系統(tǒng)的可靠性大幅提高；

④有強(qiáng)大的信號(hào)處理能力，可以接受并處理多種信號(hào)，例如熱電偶、熱電阻、頻率等信號(hào)；

⑤為同一信號(hào)源的兩臺(tái)設(shè)備提供兩路相互隔離的信號(hào)，并且兩設(shè)備信號(hào)無(wú)干擾，同時(shí)所連接設(shè)備互相之間的電氣安全絕緣性能也有所提高。

隔離式安全柵原理圖

03、功能與優(yōu)點(diǎn)

1、信號(hào)隔離器功能：

a保護(hù)下級(jí)的控制回路；

b：消弱環(huán)境噪聲對(duì)測(cè)試電路的影響；

c：抑制公共接地、變頻器、電磁閥及不明脈沖對(duì)設(shè)備的干擾；同時(shí)對(duì)下級(jí)設(shè)備具有限壓、額流的功能是變送器、儀表、變頻器、電磁閥、PLC/DCS輸入輸出及通訊接口的忠實(shí)防護(hù)。

2、隔離式安全柵：

采用了將輸入、輸出以及電源三方之間相互電氣隔離的電路結(jié)構(gòu)，同時(shí)符合本安型限制能量的要求。與齊納式安全相比，雖然價(jià)格較貴，但它性能上的突出優(yōu)點(diǎn)卻為用戶應(yīng)用帶來(lái)了更大的受益：

　1.由于采用了三方隔離方式，因此無(wú)需系統(tǒng)接地線路，給設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)施工帶來(lái)極大方便。

　2.對(duì)危險(xiǎn)區(qū)的儀表要求大幅度降低，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需采用隔離式的儀表。

　3.由于信號(hào)線路無(wú)需共地，使得檢測(cè)和控制回路信號(hào)的穩(wěn)定性和抗干擾能力大大增強(qiáng)，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。

　4.隔離式安全柵具備更強(qiáng)的輸入信號(hào)處理能力，能夠接受并處理熱電偶、熱電阻、頻率等信號(hào)，這是齊納式安全柵所無(wú)法做到的。

　5.隔離式安全柵可輸出兩路相互隔離的信號(hào)，以提供給使用同一信號(hào)源的兩臺(tái)設(shè)備使用，并保證兩設(shè)備信號(hào)不互相干擾，同時(shí)提高所連接設(shè)備相互之間的電氣安全絕緣性能。

　 因此，對(duì)比齊納式和隔離式安全柵的特點(diǎn)和性能后可以看出，隔離式安全柵有著突出的優(yōu)點(diǎn)和更為廣泛用途，雖然其價(jià)格略高于齊納式安全柵，但從設(shè)計(jì)、施工安裝、調(diào)試及維護(hù)成本來(lái)考慮，其綜合成本可能反而低于齊納式安全柵。在要求較高的工程現(xiàn)場(chǎng)幾乎無(wú)一例外地采用了隔離式安全柵作為主要本安防爆儀表，隔離式安全柵已逐漸取代了齊納式安全柵，在安全防爆領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用。

04、為什么需要信號(hào)隔離器

有源信號(hào)隔離器

有源信號(hào)隔離器由獨(dú)立的電源供電，以確保隔離器出色工作，模塊在輸入側(cè)需要有源信號(hào)，在輸出測(cè)它們則提供經(jīng)過(guò)過(guò)濾和放大的信號(hào)，根據(jù)應(yīng)用情況輸入/輸出與電源之間相互隔離。有源信號(hào)隔離器包括三端隔離、輸入端隔離與輸出端隔離。

1

三端隔離

三端隔離只需要一個(gè)電源，這個(gè)電源與測(cè)量電路隔離，采用這種技術(shù)隔離的模塊，它們所有連接在輸入端、輸出端或者電源上的組件皆不會(huì)互相干擾，三端之間也相應(yīng)地互相電隔離。

2

輸入端隔離

采用這種隔離技術(shù)的模塊應(yīng)該保護(hù)輸出側(cè)連接的電子設(shè)備(例如控制器的輸入卡)不受現(xiàn)場(chǎng)的各種干擾。所以，輸入端和等電位的輸出端和電源部分是電隔離的。

3

輸出端隔離

采用這種隔離技術(shù)的模塊應(yīng)該保護(hù)輸入側(cè)連接的電子設(shè)備(例如控制器的輸出卡)不受現(xiàn)場(chǎng)的各種干擾。所以，輸出端和等電位的輸入端和電源部分是電隔離的。

無(wú)源信號(hào)隔離器

無(wú)源信號(hào)隔離器提供了一種附加和實(shí)質(zhì)性的便利，它無(wú)需額外的電源供電，模塊的的工作電源是通過(guò)輸入或輸出回路提供，其內(nèi)部電路消耗的電流極小，不影響信號(hào)的正確傳輸。根據(jù)信號(hào)隔離器的供電方式分輸入側(cè)供電、輸出側(cè)供電、無(wú)源饋電等。

1

輸入側(cè)供電

采用這種隔離技術(shù)時(shí)，這些模塊從有源輸入回路(例如電磁流量計(jì)或控制系統(tǒng)輸出卡)獲取所需的能量用于信號(hào)傳輸和電隔離，輸出側(cè)提供經(jīng)過(guò)處理的電流信號(hào)用于控制或調(diào)節(jié)。

2

輸出側(cè)供電

采用這種隔離技術(shù)時(shí)，這些模塊從有源輸出回路(最好是從控制系統(tǒng)輸入卡用輔助電源供電的)獲取所需的能量用于信號(hào)傳輸和電隔離。

3

無(wú)源饋電隔離器

采用這種隔離技術(shù)時(shí)，這些模塊從有源輸出回路獲取所需的能量用于信號(hào)傳輸和電隔離，無(wú)源饋電隔離器把這種從輸出回路獲得的能量另外還供給一個(gè)連接在輸入側(cè)的無(wú)源檢測(cè)探頭(例如壓力變送器)，檢測(cè)探頭借助于提供的能量發(fā)出一個(gè)有源信號(hào)，通過(guò)無(wú)源饋電隔離器電隔離并且從輸出側(cè)輸出。

信號(hào)隔離器如何選擇

隔離器位于兩個(gè)系統(tǒng)通道之間，所以選擇隔離器首先要確定輸入輸出功能，同時(shí)要使隔離器輸入輸出模式(電壓型、電流型、環(huán)路供電型等)適應(yīng)前后端通道接1：3模式。此外，尚有精度、功耗、噪音、絕緣強(qiáng)度、總線通信功能等許多重要參數(shù)涉及產(chǎn)品性能，

例如：噪音與精度有關(guān)、功耗熱量與可靠性有關(guān)，這些需要使用者慎選?？傊?，適用、可靠、產(chǎn)品性價(jià)比是選擇隔離器的主要原則。