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信号隔离安全栅和信号隔离器的区别

信号隔离模块

信号隔离栅

一、定义

1、信号隔离器（isolator）：泛指弱电系统中的信号隔离器，它不仅保护下级信号系统不受上级系统的影响和干扰。

2、信号隔离安全栅（safety barrier）：连接在本质安全电路和非本质安全电路之间。 将供给本质安全电路的电压或电流限制在一定安全范围内的装置。 安全栅是一个统称，分为齐纳安全栅和隔离安全栅，隔离安全栅简称隔离栅。

2、工作原理

1、信号隔离器的工作原理：首先，变送器或仪表的信号经半导体器件调制变换，再经光或磁传感器件隔离变换，再解调变换回原来的信号隔离前的信号，与隔离后信号的电源是隔离的。 确保转换信号、电源和地之间的绝对独立性。

二、齐纳安全栅的工作原理

安全栅的主要作用是限制安全场所的危险能量进入危险场所，限制送往危险场所的电压和电流。

Zener Z用于限制电压。 当回路电压接近安全极限电压值时，稳压管导通，使稳压管两端电压始终保持在安全极限电压值以下。

电阻R用于限流。 当限压时，适当选择电阻值可以将回路电流限制在安全限流值以下。

保险丝F的作用是防止电路因长时间流过大电流而烧断稳压管而造成电路限压失效。 当超过安全限制电压的电压加在电路上时，齐纳管就会导通。 如果没有保险丝，流过稳压管的电流会无限上升，最终会烧断稳压管，使电路失去耐压极限。 为了保持电路压力限制的安全，保险丝的熔断速度是齐纳二极管熔断速度的十倍。

图1所示的三冗余齐纳管安全栅的基本能量限制电路结构可以保证安全栅在正常工作时信号隔离器，在一个故障点和在两个故障点。 在规定的范围内，满足ia级本安电路的要求。

三、隔离式信号隔离安全栅的工作原理

与齐纳安全栅相比，隔离式安全栅不仅具有限压限流功能，还具有电流隔离功能。 隔离栅通常由电路能量限制单元、电流隔离单元和信号处理单元三部分组成。 基本功能电路如图2所示。环路能量限制单元是安全栅的核心部分。 此外，还有用于驱动现场仪表的辅助回路供电电路和用于仪表信号采集的检测电路。信号处理单元根据安全栅的功能要求进行信号处理

三、功能及优势

1、信号隔离器功能：

a 保护下级控制回路；

b：减弱环境噪声对测试电路的影响；

c：抑制公共地线、变频器、电磁阀、未知脉冲对设备的干扰； 同时对下位设备具有限制压力和额定电流的功能，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保护。

2、隔离式安全栅：采用输入、输出、电源之间电气隔离的电路结构，同时满足本安限能要求。 与齐纳安防相比，虽然价格更贵，但其突出的性能优势为用户应用带来了更大的收益：

1、由于采用三路隔离方式，无需系统接地线，给设计和现场施工带来极大方便。

2、危险区域对仪表的要求大大降低，现场不需要隔离仪表。

3、由于信号线不需要共地，大大增强了检测和控制回路信号的稳定性和抗干扰能力，从而提高了整个系统的可靠性。

4、隔离式安全栅具有更强的输入信号处理能力，可以接收和处理热电偶、热电阻、频率等信号，这是齐纳安全栅无法实现的。

5、隔离式安全栅可输出两路隔离信号，为使用同一信号源的两台设备提供信号，保证两台设备的信号互不干扰，同时提高电气安全绝缘性能连接的设备。

因此，通过比较齐纳和隔离式安全栅的特性和性能，可以看出隔离式安全栅具有突出的优势和更广泛的用途。 考虑到施工、安装、调试和维护成本，综合成本可能低于齐纳式安全栅。 在要求苛刻的工程现场，几乎无一例外地使用隔离式安全栅作为主要的本质安全防爆仪表。 隔离式安全栅已逐渐取代齐纳式安全栅，在安全防爆领域的应用越来越广泛。

应用实例

应用示意图

源PLC技术应用学院

补充研究：为什么控制系统需要信号隔离器？

有源信号隔离器

有源信号隔离器由独立电源供电，确保隔离器正常工作。 这些模块在输入端需要有源信号，在输出端提供经过过滤和放大的信号。 根据应用，输入/输出与电源之间相互隔离。 有源信号隔离器包括三端隔离、输入隔离和输出隔离。

三端隔离

三端隔离只需要一个电源，与测量电路隔离。 对于使用这种技术隔离的模块信号隔离器，所有连接到输入、输出或电源的组件都不会相互干扰，三个端子也会相应连接。 彼此电隔离。

输入隔离

采用这种隔离技术的模块要保护输出侧连接的电子设备（如控制器的输入卡）免受现场的各种干扰。 因此，输入和等电位输出与电源部分电隔离。

输出隔离

采用这种隔离技术的模块应保护输入侧连接的电子设备（如控制器的输出卡）免受现场的各种干扰。 因此，输出端与等电位输入端和电源部分电隔离。

无源信号隔离器

无源信号隔离器提供了额外的实质性便利，它不需要额外的电源，模块的工作电源由输入或输出电路提供，其内部电路消耗的电流极小，不影响信号传输的正确性。 根据信号隔离器的供电方式，可分为输入侧供电、输出侧供电、无源供电等。

输入侧电源

当采用这种隔离技术时，这些模块从有源输入回路（如电磁流量计或控制系统输出卡）获得所需的能量进行信号传输和电气隔离，输出侧提供处理后的电流信号进行控制或调节。

输出侧电源

当使用这种隔离技术时，这些模块从有源输出回路（最好由控制系统输入卡的辅助电源供电）获取信号传输和电气隔离所需的能量。

被动馈电隔离器

当使用这种隔离技术时，这些模块从有源输出电路获得所需的能量以进行信号传输和电气隔离，而无源馈电隔离器将从输出电路获得的能量提供给输入侧的连接。 无源检测探头（如压力变送器），检测探头借助提供的能量发出有源信号，经无源馈电隔离器电隔离，从输出侧输出。

如何选择信号隔离器

隔离器位于两个系统通道之间，因此选择隔离器首先要确定输入输出功能，同时使隔离器的输入输出方式（电压型、电流型、回路供电型等）符合要求。 ） 模型。 此外，还有许多与产品性能相关的重要参数，如精度、功耗、噪声、绝缘强度、总线通信功能等。 比如噪音与精度有关，功耗和发热与可靠性有关，用户需要慎重选择。 总之，适用性、可靠性和产品性价比是选择隔离器的主要原则。