信号隔离器的工作原理与选用

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（如美国MOORE，日本M-SYSTEM等）都是采用变压器隔离方式，它的特点是：性能稳定，寿命长（比如：宿州市泰华仪表公司的THS系列隔离变换器标称的使用寿命长达20年！），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（opticalcoupler）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，但相对于变压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。比如宿州市泰华仪表有限公司THS系列与TD4017的模拟量采集模块就应用了变压器和光电联合隔离方式。

信号隔离器的原理

隔离器实现了输入对输出对电源对地的四端三重隔离电路设计，因此无需系统接地线路，给设计及现场施工带来极大方便。也正是由于这种信号线路无需共地的设计，使得检测和控制回路信号的稳定性和抗干扰能力大大增强，从而提高了整个系统的可靠性。另外，这种隔离器产品除具备极强的滤波能力外，还有更强的信号处理能力，能够接受并处理热电偶、热电阻、频率等各种信号。

下面简单介绍变频器谐波有效防止或***干扰的实例：

某铜镍矿冶炼技改扩建工程中， 软化循环水泵房，变频器控制水泵用的是一台变频 器控制两台水泵的控制原理，该变频器控制设置为 三地控制，分别为：就地现场控制箱控制、集中变 频器柜控制及远程中控室 DCS控制。三地都能实现 两台水泵的启停控制，但是变频器的电流显示及频率显示都无法工作正常。远程中控室的水泵电流与频率反馈就无法工作。远程中控 DCS控制水泵的频率 给定与实际也存在差值，有时工作不能）正常给定。起初我们怀疑电流表、频率表、信号线及流体介质有问题，更换了所有这些仪表、信号电缆，并把动力线与信号控制电缆分开走电缆桥架，故障依然存在。原因是变频器的高次谐波电流通过输出电缆向外辐射，传递到信号电缆，引起干扰。

后解决办法：

将变频器中电流反馈信号及频率反馈信号分别赋予信号隔离器，再把信号分别赋予电流表、频率表及远程 DCS控制室电流与频率反馈。远程中控室频率给定信号也进入信号隔离器然后接至变频器。远程中控 DCS 控制频率输入信号、电流反馈、频率反馈、电流表及频率表显示正常，故障排除。

模拟量传感器输出类型，一般是电流信号或是电压信号两种，电流信号抗干扰效果和远距离传输更好，电压信号的传输电路在抗电场耦合干扰时就不如电流信号。

电流型信号相当于一个非常大的电压源串联了一个非常大的内阻。这样，当负载阻抗远远小于它的内阻时，电流就总是等于它的“短路电流”。电流型信号主要优点是：传输线上的电阻和接线处的接触电阻只要不太大，只要和负载电阻之和仍然远远小于信号源内阻，就可以认为不影响收到的电流大小，仍然等于信号源的“短路电流”。

一般的电流型传感器只要负载和传输线上的总压降不超过某个界限，就保证电流值的误差不超过某个界限。实际应用时，接收电流信号的设备，总是希望输入阻抗做得尽量小。这样除了上述的精度问题以外，还有抗干扰的作用。

从上面分析可以知道：电流信号不怕传输线上的压降，但是怕漏电流。有了漏电流以后，收到的信号自然就不准了。可是漏电流常常是和电压有关的。而接收端做成低输入阻抗，电压自然也就很小。漏电流也就不会太大。

还有，常见的电场耦合的干扰信号，原理上很像一个信号源串联了一个电容，这个电容就是空间分布的寄生电容，容量是很小的，以电干扰信号的电流也是很小的。然而，如果我们的接收电路不是在接收电流信号，而是在接收电压信号，输入阻抗常常极大(注：接收电压信号，输入阻抗之所以要很大，是为了减少传输线上电阻影响)，于是干扰信号串联了分布电容后，加到这个输入端，有可能分压并不小。所以电压信号的传输电路在抗电场耦合干扰时就不如电流信号。

采用信号隔离器可解决多点接地形成“接地环路”影响，和解决电磁干扰、高频信号渗入影响，且信号隔离器有一定的隔离功能，在很大范围内，可以有效的保护后级设备不受雷击和浪涌的侵害。

采用信号隔离器，可以解决由于导线存在电阻，电压信号在远距离传输时产生压降，造成信号失真。信号隔离器可以将电压信号转化成电流信号实现远距离信号传输。