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隔離變送器的抗干擾作用

 
   
    在工業生產過程中,生成過程的監視和控制中要用到各種各樣的儀器儀表,會產生各種各樣的信號:既有微弱的毫伏級的小信號,又有數十伏的大信號,甚至還有高達數千伏和數百安培的強信號;既有直流低頻信號,也有高頻或脈沖尖峰信號;而這些信號都要經過互相傳遞和輸送的過程,因此如何保證這些信號,特別是模擬信號在傳輸過程中不失真將成為系統調試中必須解決的問題。
具體地說,只有當控制裝置和分布在現場的傳感器和執行器之間的模擬信號傳輸無故障并且不失真時,才能保證過程控制安全可靠。尤其是小功率的模擬信號在干擾大的工業環境中傳輸時受各種外部干擾信號的影響,它們需要一條可靠的傳輸通道。日常工作經驗表明,受設備要求的制約,必須謹慎小心的處理和傳輸模擬信號。而現場和控制層之間以模擬信號形式傳輸的測量和控制參數,在傳輸工程中常處于較惡劣的工業環境中,很可能會造成這些信號的失真。

造成模擬信號失真的原因:

1. 接地環路問題:如下圖所示,當過程環路中有兩處或兩處以上接地電阻不相等時,就會產生接地環路,過程信號就會失真。

 
 
    要使信號完整而不失真地傳輸,理想化的情況是所有設備、儀表中的信號都有一個共同的參考點,也就是有一個共同的"地"。只有這樣,所有的設備、儀表的信號參考點之間電位差才能為"零"。很顯然,不同設備的接地電阻很難保證都相等,接地電阻也會隨著傳輸距離的增加而升高,有時甚至產生高達200V的電位差。
2. 測量回路相互連接問題:如下圖所示,在這些回路中,參考點要將因為接通多個信號回路而升高。
 
 

    如上圖,在這種相互連接的測量回路中,由于線間電阻的不斷增加,必然會引起參考電壓的不斷升高。
3. 電磁干擾問題:這是比較常見的干擾,特別是在長距離或者干擾較大的工業環境中,很難避免感性和容性干擾在測量回路中相互參雜的情況。

解決這些問題的方案主要有三種:
    第一種方案是現場儀表不接地,使過程環路中只有一個接地點,但在實際應用中,這種方案往往難以實現,因為某些設備必須接地才能保證測量精度或確保人身安全,某些設備可能因為長期遭到腐蝕和磨損后或氣候影響而形成新的接地點。
第二種方案是使兩接地點的電勢相同,但由于接地點的電阻受地質條件及氣候變化等眾多因素的影響,這種方案通常是很難實現的。
第三種方案是在過程環路中使用信號隔離器。信號隔離器采用隔離技術,斷開過程環路中的直接電路(直流通路)但又不影響過程信號的正常傳輸,從而徹底解決了上述問題。如下圖:

 
 

當然,我們也可以用DCS的隔離卡鍵或帶隔離能力的變送器實現信號隔離,但它們價格昂貴,而且他們的隔離強度、抗無限射頻/電磁干擾(RFI/EMI)指標及應用靈活性比信號隔離器差,更不可能像信號隔離器那樣還可解決信號轉換及信號分配等問題。

 
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