什么是信號隔離安全柵與信號隔離器？

 

01、定義

信號隔離器（isolator）：簡稱隔離器，用于對現(xiàn)場儀表的各類信號調(diào)整、隔離 ，并轉(zhuǎn)換成計算機、DCS、PLC等能接收的標準信號或用戶需要的特殊信號，且能保護下級信號系統(tǒng)不受上級系統(tǒng)影響和干擾。

隔離器（或信號隔離器）采用線性光耦隔離原理，將輸入信號進行轉(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備儀表配用，是連接于工業(yè)現(xiàn)場儀表與控制室之間的電氣設備，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。它設置在安全場所的一側(cè)，當本安防爆系統(tǒng)發(fā)生故障時，能將竄入危險場所的能量限制在安全值以內(nèi)，從而保證現(xiàn)場生產(chǎn)安全。

安全柵主要是用來防爆的，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。一方面保證信號的傳輸，另一方面保障了下級電路的安全，避免因小失大。

02、工作原理

1、信號隔離器工作原理：

首先將變送器或儀表的信號，通過半導體器件調(diào)制變換，然后通過光感或磁感器件進行隔離轉(zhuǎn)換，然后再進行解調(diào)變換回隔離前原信號，同時對隔離后信號的供電電源進行隔離處理。保證變換后的信號、電源、地之間絕對獨立。

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

齊納管電流簡單，在現(xiàn)場使用時容易出現(xiàn)系統(tǒng)電源波動、干擾，導致設備損壞，并且由于其需要本安接地，因此在實際應用中較少。

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、信號及電源隔離單元、信號處理單元組成，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降低危險區(qū)的儀表要求，現(xiàn)場不需使用隔離式儀表；

③運行過程中穩(wěn)定性和抗干擾能力大大增強，使整個系統(tǒng)的可靠性大幅提高；

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

⑤為同一信號源的兩臺設備提供兩路相互隔離的信號，并且兩設備信號無干擾，同時所連接設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

1、信號隔離器功能：

a保護下級的控制回路；

b：消弱環(huán)境噪聲對測試電路的影響；

c：抑制公共接地、變頻器、電磁閥及不明脈沖對設備的干擾；同時對下級設備具有限壓、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防護。

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)，同時符合本安型限制能量的要求。與齊納式安全相比，雖然價格較貴，但它性能上的突出優(yōu)點卻為用戶應用帶來了更大的受益：

　1.由于采用了三方隔離方式，因此無需系統(tǒng)接地線路，給設計及現(xiàn)場施工帶來極大方便。

　2.對危險區(qū)的儀表要求大幅度降低，現(xiàn)場無需采用隔離式的儀表。

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

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

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

　 因此，對比齊納式和隔離式安全柵的特點和性能后可以看出，隔離式安全柵有著突出的優(yōu)點和更為廣泛用途，雖然其價格略高于齊納式安全柵，但從設計、施工安裝、調(diào)試及維護成本來考慮，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)場幾乎無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，在安全防爆領域得到了日益廣泛的應用。

04、為什么需要信號隔離器

有源信號隔離器

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

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三端隔離

三端隔離只需要一個電源，這個電源與測量電路隔離，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互相干擾，三端之間也相應地互相電隔離。

2

輸入端隔離

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

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輸出端隔離

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

無源信號隔離器

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

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輸入側(cè)供電

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

2

輸出側(cè)供電

采用這種隔離技術(shù)時，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傳輸和電隔離。

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無源饋電隔離器

采用這種隔離技術(shù)時，這些模塊從有源輸出回路獲取所需的能量用于信號傳輸和電隔離，無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連接在輸入側(cè)的無源檢測探頭(例如壓力變送器)，檢測探頭借助于提供的能量發(fā)出一個有源信號，通過無源饋電隔離器電隔離并且從輸出側(cè)輸出。

信號隔離器如何選擇

隔離器位于兩個系統(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)適應前后端通道接1：3模式。此外，尚有精度、功耗、噪音、絕緣強度、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、功耗熱量與可靠性有關，這些需要使用者慎選?？傊m用、可靠、產(chǎn)品性價比是選擇隔離器的主要原則。