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隔離�
閱讀�13328�(shí)間:2010-11-01 17:19:05

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

作用原理

 ?�?)“接地環(huán)路”產(chǎn)生的原因

  在工�(yè)生產(chǎn)過程中實(shí)�(xiàn)�(jiān)視和控制需要用到各種自�(dòng)化儀�、控制系�(tǒng)和執(zhí)行機(jī)  �(shù)字隔離器�(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�(hào);既有低頻直流信�(hào),也有高頻脈沖信�(hào)等等,構(gòu)成系�(tǒng)后往往�(fā)�(xiàn)在儀表和�(shè)備之間信�(hào)傳輸互相干擾,造成系統(tǒng)不穩(wěn)定甚至誤操作。出�(xiàn)這種情況除了每�(gè)儀表、設(shè)備本身的性能原因如抗電磁干擾影響�,還有一�(gè)十分重要的因素就是由于儀表和�(shè)備之間的信號(hào)參考點(diǎn)之間存在電勢差,因而形成“接地環(huán)路”造成信號(hào)傳輸過程中失�。因此,要保證系�(tǒng)�(wěn)定和可靠的運(yùn)�,“接地環(huán)路”問題是在系�(tǒng)信號(hào)處理過程中必須解決的問題�

 ?�?)解決“接地環(huán)路”的方法

  根據(jù)理論和實(shí)踐分�,有三種解決方案�

  種方案:所有現(xiàn)場設(shè)備不接地,使所有過程環(huán)路只有一�(gè)接地�(diǎn),不能形成回�,這種方法看似簡單,但在實(shí)際應(yīng)用中往往很難�(shí)�(xiàn),因?yàn)槟承┰O(shè)備要求必須接地才能保證測量精度或確保人生安全,某些設(shè)備可能因?yàn)殚L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�(diǎn)的電勢相�,但由于接地�(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)際中無法完全能做��

  第三種方案:在各�(gè)過程�(huán)路中使用信號(hào)隔離方法,斷開過程環(huán)�,同�(shí)又不影響過程信號(hào)的正常傳�,從而徹底解決接地環(huán)路問��

 

技�(shù)特點(diǎn)

  �1)信�(hào)隔離器的供電方式

  隔離器常見的供電方式有獨(dú)立供�、回路供電和輸出回路供電�

  �(dú)立供電的隔離器:

  需要配備獨(dú)�20~35VDC的直流電�。這種方式的優(yōu)�(diǎn)是隔離傳輸精度高;電�、輸�、輸出之間完全隔�,多路系�(tǒng)供電電源不需隔離,可保證高抗干擾性能,輸入信�(hào)可以變換為其它類型的型號(hào)�

  回路供電的隔離器�

  在實(shí)際工�(yè)�(jiān)控系�(tǒng)�,DCS、PLC或其他顯示儀表具有卡件內(nèi)部供電的使用越來越廣�?;芈饭╇娦透綦x器又往往不能滿足這些卡件�(duì)信號(hào)隔離傳輸精度要求高和二線制變送器配電電壓要求高的條件。因�,輸出回路供電型的隔離器既保留了�(dú)立供電型隔離器的�(yōu)越性能,又滿足輸出回路供電接口的要求�

 ?�?)隔離器中的低功耗設(shè)�(jì)

  �(chǎn)品的功耗是各�(gè)功能單元功耗的總和,只有降低各�(gè)功能單元的功耗才能使得總得功耗降�,增加產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性和壽命?!「綦x器主要在輸入、輸�、電�、隔離四�(gè)單元�(jìn)行技�(shù)改�(jìn)�

 ?�?輸出單元模塊的自適應(yīng)�(fù)載技�(shù)

  輸出模塊可以根據(jù)�(fù)載的大小�(dòng)�(tài)�(diào)整輸出模塊的輸出功率,從而減少自身的�(fā)�。傳�(tǒng)的負(fù)載設(shè)�(jì)是根�(jù)額定�(fù)載的大小�(shè)�(jì)輸出功率,當(dāng)輸出�(fù)載非常小�(shí),多余的�(fù)載功率就耗散在儀表內(nèi)�,從而時(shí)儀表自身發(fā)熱。假�(shè)一�(tái)隔離器的輸出�(fù)載設(shè)�(jì)�750歐姆,那么輸出驅(qū)�(dòng)功率一般設(shè)�(jì)�0.5W。如果在�(shí)際應(yīng)用中此隔離器的負(fù)載使用在50歐姆的環(huán)境下,那么就� 0.5W � 0.02W = 0.48W的功率轉(zhuǎn)換為儀表自身的�(fā)熱。如果時(shí)多路輸出將產(chǎn)生更多的熱量,而降低輸出模塊的額定功率在實(shí)際應(yīng)用中又難以應(yīng)付市場的�(fù)雜狀況�

 ?、诟綦x單元模塊的低功耗改�(jìn)

  隔離單元是決定產(chǎn)品技�(shù)指標(biāo)的重要單��

  目前隔離技�(shù)主要有磁隔離與光隔離兩大類。隔離電路形式有直接�(diào)制耦合,反饋調(diào)制耦合等多種形式,具體采用什么形式要根據(jù)�(chǎn)品的技�(shù)指標(biāo)而定??偟膩碇v可以大致分為開關(guān)量信�(hào)采用光隔�,模擬量信號(hào)采用磁隔離的方式。從技�(shù)�(fù)雜程度來�,磁隔離比光隔離處理技�(shù)�(fù)雜,采用磁隔離技�(shù),設(shè)�(jì)者可以根�(jù)技�(shù)指標(biāo)采用合適的設(shè)�(jì)方案,隔離的線�、精度可以根�(jù)�(chǎn)品的要求靈活控制。而光隔離的線�、精度只能依賴器件廠家提供的技�(shù)指標(biāo),設(shè)�(jì)人員可以�(diào)整的方式很少,也不可能超過廠家提供的技�(shù)指標(biāo)。由于功耗大,光電隔離也不能�(shí)�(xiàn)無源隔離。磁隔離模式有電流互感模�、電流互感反饋模�、電壓互感模�、電壓互感反饋模式、電流互感功率補(bǔ)償模式等,電流互感功率補(bǔ)償模式是相對(duì)來說功耗的模式�

 ?、垭娫茨K

  電源的技�(shù)指標(biāo)是基�(chǔ),決定產(chǎn)品的性能。目前流行的電源�?fù)湫问诫m然非常多,也很成熟�

 ?�?)隔離器的抗干擾措施

  1)用硬件線路抑制尖峰干擾的影響 常用辦法主要有三種:?、僭趦x器交流電源輸入端串入按頻譜均衡的原理�(shè)�(jì)的干擾控制器,將尖峰電壓集中的能量分配到不同的頻段上,從而減弱其破壞�; ②在儀器交流電源輸入端加超�(jí)隔離變壓�,利用鐵磁共振原理抑制尖峰脈沖;?、墼趦x器交流電源的輸入端并�(lián)壓敏電阻,利用尖峰脈沖到來時(shí)電阻值減小以降低儀器從電源分得的電壓,從而削弱干擾的影響�

  2)利用軟件方法抑制尖峰干擾 �(duì)于周期性干�,可以采用編程�(jìn)行時(shí)間濾�,也就是用程序控制可控硅�(dǎo)通瞬間不采樣,從而有效地消除干擾�

  3)采用硬、軟件結(jié)合的看門狗(watchdog)技�(shù)抑制尖峰脈沖的影響 軟件:在定時(shí)器定�(shí)到之�,CPU訪問一次定�(shí)�,讓定時(shí)器重新開始計(jì)�(shí),正常程序運(yùn)�,該定時(shí)器不�(huì)�(chǎn)生溢出脈沖,watchdog也就不會(huì)起作�。一旦尖峰干擾出�(xiàn)了“飛程序�,則CPU就不�(huì)在定�(shí)到之前訪問定�(shí)�,因而定�(shí)信號(hào)就會(huì)出現(xiàn),從而引起系�(tǒng)�(fù)位中�,保證智能儀器回到正常程序上來�

  4)實(shí)行電源分組供�,例如:將執(zhí)行電�(jī)的驅(qū)�(dòng)電源與控制電源分�,以防止�(shè)備間的干��

  5)采用噪聲濾波器也可以有效地抑制交流伺服�(qū)�(dòng)器對(duì)其它�(shè)備的干擾。該措施�(duì)以上幾種干擾�(xiàn)象都可以有效地抑��

  6)采用隔離變壓器 考慮到高頻噪聲通過變壓器主要不是靠�、次�(jí)線圈的互感耦合,而是靠初、次�(jí)寄生電容耦合�,因此隔離變壓器的初、次�(jí)之間均用屏蔽層隔離,減少其分布電�,以提高抵抗共模干擾能力�

  7)采用高抗干擾性能的電源,如利用頻譜均衡法�(shè)�(jì)的高抗干擾電�。這種電源抵抗隨機(jī)干擾非常有效,它能把高尖峰的擾動(dòng)電壓脈沖�(zhuǎn)換成低電壓峰值(電壓峰值小于TTL電平)的電壓,但干擾脈沖的能量不�,從而可以提高傳感器、儀器儀表的抗干擾能力�

�(yīng)用優(yōu)�(diǎn)

  在各�(gè)過程�(huán)路中使用信號(hào)隔離辦法可以用DCS或PLC等隔離卡件或者現(xiàn)場帶隔離的變送器(部分設(shè)備可以做到),也可以使用信號(hào)隔離器來�(shí)�(xiàn)。比較起�,用信號(hào)隔離器有以下�(yōu)�(diǎn)�

  1)絕大部分情�,采用信�(hào)隔離�+非隔離卡件比采用隔離卡件便宜�

  2� 信號(hào)隔離器比隔離卡件在隔離能�、抗電磁干擾等方面性能更加�(yōu)越�

  3)信�(hào)隔離器應(yīng)用靈�,而且它還有型�(hào)�(zhuǎn)換和 信號(hào)分配功能,使用起來更加方��

  4� 信號(hào)隔離器通常有單通道、雙通道、一入二出等通道形式,通道間相互完全獨(dú)立,�(gòu)成系�(tǒng)的配�、日常維�(hù)更加方便�

  智能隔離器的說明� SKGL型智能隔離器是將輸入單路或雙路的電流或電壓信�(hào),變送輸出隔離的單路或雙路線性的電流或電壓信�(hào),并提高輸入、輸�、電源之間的電氣隔離性能�

 

選用注意事項(xiàng)

  選擇隔離器除了要先確定功�, 然后注意適應(yīng)前后端接口情況外, 尚有諸如精度、功耗、噪�、絕緣強(qiáng)�、總線通訊功能等許多參�(shù)需要使用者慎�。其中功耗是指隔離器工作�(shí)消耗的電能, 涉及到產(chǎn)品產(chǎn)生的熱量。該參數(shù)與產(chǎn)品長期使用的可靠性密切相�(guān)�

  根據(jù)模擬電路測試表明, 不同的功耗在�(chǎn)品殼體內(nèi)�(chǎn)生的熱量不同, 引起殼內(nèi)溫升也不�。產(chǎn)品處于工作狀�(tài)�, �(chǎn)品殼體內(nèi)比殼體外的環(huán)境溫度要高出10-3� � 。若散熱不好, 可能升高50 � 以上。如果殼體內(nèi)溫度過高, 組成�(chǎn)品的元器件在高溫中長期工�,�(huì)�(duì)�(chǎn)品性能�(chǎn)生不良影�。長�(shí)間的高溫�(huán)境能使運(yùn)算放大器參數(shù)蛻變、電阻阻值變�、電容漏電增大等, 這將使產(chǎn)品性能下降, 甚至�(dǎo)致產(chǎn)品失�, 所以用戶在選取中要注意功耗這�(gè)參數(shù)�

  精度是非常重要的參數(shù), 與之有關(guān)的參�(shù)很多,�(shí)間漂�、溫度漂移表明了精度的穩(wěn)定程�, 這兩�(gè)參數(shù)值越小越�。對(duì)精度�(chǎn)生影響的參數(shù)是噪音。由于隔離器一般采用DC/DC �(chǎn)生隔離電源給�(chǎn)品內(nèi)部電路供�, 而輸人信�(hào)也要先被�(diào)制成脈沖再經(jīng)過隔離帶(光偶或變壓器)然后解調(diào)到輸�。以CPU為核心的隔離器也存在脈沖信�(hào), 這些工作脈沖的頻率多在20—100kHz范�。這些脈沖邊緣陡峭、諧波豐�, �(duì)信號(hào)的污染很難消�。如果噪音較�, �(shù)�(jù)采集器采集的信號(hào)誤差就大, 所以噪音的峰值和能量越小越好�

維庫電子�,電子知�(shí),一查百��

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