直流信号隔离器

首先将变送器或仪表的信号，通过半导体器件调制变换，然后通过光感或磁感器件进行隔离转换，然后再进行解调变换回隔离前原信号，同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理。保证变换后的信号、电源、地之间独立。

一：保护下级的控制回路。[1]二：消弱环境噪声对测试电路的影响。三：抑制公共接地、变频器、电磁阀及不明脉冲对设备的干扰；同时对下级设备具有限压、额流的功能是变送器、仪表、变频器、电磁阀PLC/DCS输入输出及通讯接口的忠实防护。

KLG系列导轨结构，易于安装，可有效的隔离：输入、输出和电源及大地之间的电位。能够克服变频器噪声及各种高低频脉动干扰。

1、隔离器

工业生产中为增加仪表负载能力并保证连接同一信号的仪表之间互不干扰，提高电气安全性能。需要将输入的电压、电流或频率、电阻等信号进行采集、放大、运算、和进行抗干扰处理后，再输出隔离的电流和电压信号，安全的送给二次仪表或plc\dcs使用。

2、配电器

工业现场一般需要采用两线制传输方式，既要为变送器等一次仪表提供24V配电电源，同时又要对输入的电流信号进行采集、放大、运算、和进行抗干扰处理后，再输出隔离的电流和电压信号，供后面的二次仪表或其它仪表使用。

3、安全栅

一些特殊的工业现场（如燃气公司和化工厂）不但需要两线制传输，既提供配电电源又有信号隔离功能，同时还需要具有安全火花防爆的性能，可靠地遏制电源功率、防止电源、信号及地之间的点火，限流、降压双重限制信号及电源回路，把进入危险场所的能量限制在安全定额范围内。

信号隔离器位于二个系统通道之间，所以选择隔离器首先要确定输入输出功能，同时要使隔离器输入输出模式（电压型、电流型、环路供电型等）适应前后端通道接口模式。此外尚有精度﹑功耗﹑噪音﹑绝缘强度﹑总线通讯功能等许多重要参数涉及产品性能，例如噪音与精度有关、功耗热量与可靠性有关，这些需要使用者慎选。总之，适用、可靠、产品性价比是选择隔离器的主要原则。

由于生产厂家不同，对隔离器的生产工艺、接线定义也不都相同，但使用场合基本相同，所以对产品的防护要求及维护基本相同。[2]1． 使用前应详细阅读说明书。2． 作为信号隔离使用时，应将输入端串入环路电路中，输出端接取样回路。

3． 作为隔离配电使用时，应将输入端并入电源电路中，输出端接变送器。

4． 若不正常工作应先检查接线是否正确，注意电源有无及极性反正。

（1）地环流干扰

在工业生产过程中实现监视和控制需要用到各种 自动化 仪表、控制系统和执行机构，他们之间的信号传输既有微弱到毫伏级、毫安级的小信号；又有几十伏，数千伏、数百安培的大信号；既有低频直流信号，也有高频脉冲信号等等，构成系统后往往发现在仪表和设备之间传输相互干扰，造成系统不稳定甚至误操作，出现这种情况除了每个仪器、设备本身的性能原因如抗电磁干扰影响，还有一个十分重要的原因就是各种仪器设备根据要求和目的都需要接地,例如为了安全，机壳需要接大地；为了使电路正常工作，系统需要有公共参考点；为了抑制干扰加屏蔽罩，屏蔽罩也需要接地，但是由于仪表和设备之间的参考点之间存在电势差（也就是各设备的共地点不同）因而形成“地环流”、“接地环流”问题是在系统处理信号过程中必须解决的问题。

（2）自然干扰

雷电是一种主要的自然干扰源，雷电产生的干扰可以传输到数千公里以外的地方。雷电干扰的时域波形是叠加在一串随机脉冲背景上的一个大尖峰脉冲。宇宙噪音是电离辐射产生的，在一天中不断变化。太阳噪音则随着太阳活动情况的剧烈变化。自然界噪声主要会对通讯产生干扰，而雷电能量尖蜂脉冲可以对很多设备造成损坏，应该加以避免或降低损坏程度，减少损失。

（3）人为干扰

电磁干扰产生的根本原因是导体中有电压或电流的变化，即较大dv/dt或di/dt.dv/dt或di/dt能够使导体产生电磁波辐射。一方面，人们可以利用这一特点实现特定功能，例如，无限通信、雷达或其他功能，另一方面，电子设备在工作时，由于导体中的dv/dt或di/dt会产生伴随电磁辐射。无论主观上出于什么目的，客观上对电磁环境造成了污染。还有工厂企业在生产过程中会经常有一些大型的设备（电机、 变频器 ）频繁开关，他们也会造成一些容性、感性的干扰，也将影响仪器仪表正常显示或采集。凡是有电压电流突变的场合，肯定会有电磁干扰存在。数字脉冲电路就是一种典型的干扰源，随着电子技术的广泛应用,电磁污染情况会越来越严重.

在各个过程环路中使用信号隔离器办法可以用DCS或 PLC 等隔离卡件或者现场带的隔离的变送器（部分设备可以做到），也可以用信号隔离器来实现。比较起来，用信号隔离器有以下优点：

·绝大部分情况，采用信号隔离器+非隔离卡件比采用隔离卡件便宜

·信号隔离器比隔离卡件在隔离能力、抗电磁干扰等方面性能更加优越

·信号隔离器应用灵活，而且它还有信号转换和信号分配及接口转换等功能，使用起来更加方便

·信号隔离器通常有单通道、双通道、通道间相互完全独立、构成系统的配置、日常维护更加方便。

经典案例可以说明信号隔离的重要性：某大型公司的生产线调试中。控制系统的信号输入板有八个通道，八个通道共用一个A/D转换器，经过变换后，由光电耦合元件实现与主机电路的隔离。但它的八个通道输入之间并没有隔离，八个通道输入信号每个单独接入控制系统均正常，接入多于两个外部信号时，控制系统显示数字乱跳，故障无法排除。

又如某锅炉控制系统检测锅炉各点温度，使用K分度热电偶作为传感器，同上述相似，仅检测一点均正常，但是向控制系统接入两点以上热电偶时，控制系统显示的温度明显错误。

原因如下：两个现场仪表(A,B)向控制系统传送信号以及控制系统向两台现场仪表发出信号。假定传送的均为1～5VDC信号。理想情况，控制系统及两个现场仪表“地”电位完全相等，传送过程中又没有其他干扰，从控制系统输入来看，接收的信号正确。但实际上现场仪表不可能做到地电位完全相等，通常存在“地”电位差，若A仪表“地”与控制系统'地'同电位，B仪表比它们的“地”电位高0.1V，A仪表传送给控制系统的信号为1～5VDC，而B仪表传送给控制系统的信号则为1.1～5.1VDC，这样控制系统的误差就产生了。同时A、B仪表的“地”线在控制系统处汇合联接。将0.1V电压加在控制系统的地线上，有可能损坏控制系统的局部器件，同时在控制系统上显示错误数据。由此引起了上述现场调试中出现的问题，这两种情况在接入隔离器后均完全正常。

隔离器之所以能起到这个作用，就是它具有使输入/输出/电源在电气上完全隔离的功能，即在输入/输出/电源之间没有公共的“地”。输入信号无论是否受到接“地”的干扰，经隔离处理后的输出信号“地”与现场仪表“地”完全隔离没关系。正是由于这个原因，实现了输入到控制系统输入板的多个现场仪表信号之间隔离，消除了这些信号之间“地”的联系。

由于隔离器的工作电源是为隔离器的输入、输出两部份同时供电，要保证隔离器输入/输出信号隔离，也必须确保隔离器的工作电源在电气上与这两个部分完全隔离。这种输入/输出/电源之间相互隔离的隔离器常称为三隔离或全隔离隔离器。 这种供电方式，在供电电源功率许可的情况下无论隔离器数量多少，均可使用一台电源供电，不会产生相互干扰。若隔离器的工作电源没有与隔离器的输入/输出部分隔离，严格的说隔离器的输入/输出信号也没有被隔离，因为隔离器的输入/输出信号“地”可以通过工作电源连接到一起。

以上叙述了信号输入的隔离情况，同样在控制系统向现场仪表传输信号时也存在类似的问题。采用三隔离隔离器就可以解决这样的问题。

目前市面上充斥着各种各样的隔离器，无论这些产品的外形、颜色怎么样。就隔离技术来说，目前隔离技术主要有磁隔离和光隔离两大类。从技术难度来看，磁隔离比光隔离技术复杂、难度更高。但是，采用磁隔离技术，产品设计可以根据产品技术指标的要求选用合适的产品设计方案，在产品的线性、精度、功耗等技术指标上可以根据产品的要求灵活设计实现要求。而对于光隔离的产品，在产品的线性、精度、功耗等方面只能依赖元器件厂家所提供光隔离元器件的技术指标。产品设计人员为达到一些技术指标可以使用的手段很少，也不可能超过厂家提供的元器件技术指标。另外，光隔离的功耗较大，导致产品的总功耗大、发热量大，产品的精度、功耗、稳定性与磁隔离产品相比都有较大的差距。光隔离元器件也不能应用于无源隔离。总的来讲，磁隔离比光隔离更具有先进性。

隔离器的选型应该根据现场仪表、控制系统或二次仪表的接口进行，目前自动化行业输入/输出信号的标准为：4～20mADC或者1～5VDC，当然也有一些特殊的输入/输出信号。

我们公司将隔离器按照仪器仪表的接口分为：信号隔离类；一入多出隔离类；配电类；一入多出配电类；温度隔离变送类；无源隔离类；二线制隔离类；二线制配电类；二线制温度隔离变送类等类型。

在这些产品类型中，用户可以根据据现场仪表、控制系统或二次仪表的接口自由的选用。

在隔离器选型时除了要确定隔离器的功能、适应前后端接口外，还有精度、输出纹波、温度漂移、功耗、响应时间等许多参数需要用户谨慎选择。

精度

隔离器的精度是非常重要的参数，精度的高低直接关系到隔离器能否正常使用。隔离器的精度体现了隔离器的设计、制造水平。我们公司的生产的隔离器除小信号、小量程等特殊输入信号的隔离变送器精度为±0.2%以外，其余的精度均为±0.1%。用户在选用时应该选用精度高的产品。

输出纹波

对隔离器精度产生影响的参数还有输出纹波。输出纹波的产生是由于隔离器使用DC/DC电路对隔离器的工作电源进行隔离给隔离器内部电路供电，输入信号也要先使用DC/DC电路调制成交流信号然后经过隔离部分电路进行信号隔离，隔离后的信号经解调后再转换成直流信号输出。以CPU为核心的隔离器也存在脉冲信号。隔离器内部存在的这种高频的交流分量，就是产生输出纹波的原因。这些高频的交流分量它们的频率一般都有几百KHZ、谐波较多，对信号的污染很难完全清除。如果输出纹波较高，控制系统模拟量输入模板采集到信号的误差就大，对于高速输入的模拟量输入模板更是如此。所以选择隔离器时应要求输出纹波的峰-峰值越小越好。我们公司的各种系列隔离器均采用高效的滤波电路，较好的抑制了输出纹波。我们公司隔离器的输出纹波指标是：输出纹波峰-峰值小于10mV或者小于16μA，这个指标已经达到目前世界一流产品的水平。用户在选用时应该选用纹波小的产品。

温度漂移

温度漂移是由于隔离器工作时产生热量，导致隔离器内所使用的电子元器件性能指标下降造成隔离器的输出值发生变化。选择隔离器时应要求温度漂移的值越小越好。为了防止温度漂移，我们公司对隔离器产品进行了低功耗、微功耗设计，使得隔离器工作时本身的发热量很小甚至于不发热，这样就能防止因产品工作时发热引起所使用元器件的性能指标下降，防止造成温度漂移。我们公司隔离器的温度漂移指标是：±0.015%/℃以下。用户在选用时应该选用温度漂移小的产品。

低功耗

功耗是指隔离器工作时所消耗的电能。它涉及到产品在工作时的发热量，这个参数与隔离器的使用寿命、可靠性和隔离器的外形、安装方式都有密切的关系。在选用隔离器时应选择功耗低的产品。我们公司在隔离器的电路设计上采用了多项获得国家发明专利的新技术，这些新技术是：输出部分可以根据负载的大小动态调整输出功率的自适应负载技术；隔离部分的电流互感功率补偿技术；电源部分的参数式开关稳压电源技术。目前我们公司隔离器的功耗只有目前世界一流品牌产品功耗的一半以下。

若产品的功耗大，在产品工作时产生的热量就大，造成产品壳体内的温度高。组成产品的电子元器件长期的处于高温环境下，会导致运算放大器参数蜕变﹑电阻阻值变化﹑电容漏电增大等。这些问题将使产品性能下降，甚至导致产品故障、失效。

没有低功耗设计的保证，产品就不可能做到隔离器的超薄型、小型化、端子化。我们公司推出了国内薄的低功耗MZ系列产品、微功耗的MZ二线制系列产品和无源系列产品。目前国内的主流产品厚度一般都在20mm～30mm之间，国外新产品的厚度为6.0mm。我们公司的MZ系列产品达到了国外新产品的水平，产品的单台厚度为6.2mm，并允许密集安装，可直接当端子使用。

为了节约控制系统的控制柜、电源、接线端子、连接线和人工成本等工程费用，用户在选用时应该选用低功耗的产品。

响应时间

响应时间是指产品的输入量发生变化到产品的输出量正确的将变化量反映的输出上的时间。响应时间越短，就能够越真实的正确反映出输入量的变化，有效的监视和控制生产过程。在选择隔离器时响应时间要求越短越好。我们公司产品的响应时间为：0～90%满量程小于1s，这个指标达到了目前国际主流产品的水平。用户在选用时应该选用响应时间小的产品。

综上所述，工业过程控制系统选择隔离器的原则就是：产品应是输入-输出-电源三隔离的；隔离方式应是电磁隔离的；应该按照所用地点的仪表接口对应的选出所需要的隔离器；选择隔离器时应选用：高精度、低功耗、低温漂、低纹波、快速响应和小型化的隔离器。