只有當(dāng)控制裝置和分布在現(xiàn)場的傳感器和執(zhí)行器之間的模擬信號傳輸無故障并且不失真時(shí)，具體地說。才干保證過程控制平安可靠。尤其是小功率的模擬信號在干擾大的工業(yè)環(huán)境中傳輸時(shí)受各種外部干擾信號的影響，需要一條可靠的傳輸通道。日常工作經(jīng)驗(yàn)標(biāo)明，受設(shè)備要求的制約，必需謹(jǐn)慎小心的處置和傳輸模擬信號。而現(xiàn)場和控制層之間以模擬信號形式傳輸?shù)恼闪亢涂刂茀��?shù)，傳輸工程中常處于較惡劣的工業(yè)環(huán)境中，很可能會(huì)造成這些信號的失真。

造成模擬信號失真的原因

      當(dāng)過程環(huán)路中有兩處或兩處以上接地電阻不相等時(shí)，1. 接地環(huán)路問題：如下圖所示。就會(huì)發(fā)生接地環(huán)路，過程信號就會(huì)失真。

這些回路中，2. 丈量回路相互連接問題：如下圖所示。參考點(diǎn)要將因?yàn)榻油ǘ鄠�(gè)信號回路而升高。

這種相互連接的丈量回路中，

特別是長距離或者干擾較大的工業(yè)環(huán)境中，3. 電磁干擾問題：這是比較罕見的干擾。很難防止感性和容性干擾在丈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：

     使過程環(huán)路中只有一個(gè)接地點(diǎn)，第一種方案是現(xiàn)場儀表不接地。但在實(shí)際應(yīng)用中，這種方案往往難以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槟承┰O(shè)備必需接地才干保證丈量精度或確保人身平安，某些設(shè)備可能因?yàn)榕R時(shí)遭到腐蝕和磨損后或氣候影響而形成新的接地點(diǎn)。

但由于接地點(diǎn)的電阻受地質(zhì)條件及氣候變化等眾多因素的影響，第二種方案是使兩接地點(diǎn)的電勢相同。這種方案通常是很難實(shí)現(xiàn)的

斷開過程環(huán)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，第三種方案是過程環(huán)路中使用信號隔離器。信號隔離器采用隔離技術(shù)。從而完全解決了上述問題。如下圖：

也可以用 DCS 隔離卡鍵或帶隔離能力的變送器實(shí)現(xiàn)信號隔離，

信號隔離器原理

信號隔離（變換）器從隔離方式上主要分為：變壓器隔離方式，目前。光電隔離方式和變壓器與光電聯(lián)合隔離方式等幾種。

早期的信號隔離器（如美國 MOORE 日本 M-SYSTEM 等）都是采用變壓器隔離方式，信號隔離器至今已有 40 多年的歷史。特點(diǎn)是性能穩(wěn)定，壽命長（比方：日本 M-SYSTEM 公司的 M2 系列隔離變換器標(biāo)稱的使用壽命長達(dá) 70 年！帶負(fù)載能力強(qiáng)，隔離強(qiáng)度高，但電路復(fù)雜，制作工藝要求更高。

近些年來逐漸出現(xiàn)了利用光耦合器（ optic coupler 生產(chǎn)的光電式隔離器，隨著電子技術(shù)的發(fā)展。特點(diǎn)是性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，而且線路簡單，利息低廉，但相對于變壓器隔離方式壽命略短。

工藝要求較高場合出現(xiàn)了變壓器與光電聯(lián)合方式的信號隔離器，一些現(xiàn)場干擾較大。隔離能力、抗無限射頻和電磁干擾能力更強(qiáng)。比如日本 M-SYSTEM 公司生產(chǎn)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) R5 系列的模擬量采集模塊就應(yīng)用了變壓器和光電聯(lián)合隔離方式。

信號隔離器的原理圖如下：

隔離器實(shí)現(xiàn)了輸入對輸出對電源對地的四端三重隔離電路設(shè)計(jì)，

隔離器主要技術(shù)指標(biāo)

這是衡量信號隔離器的主要參數(shù)之一。單位：伏特 @1 分鐘。指的輸入與輸出，1. 隔離強(qiáng)度：也叫隔離能力、耐壓強(qiáng)度或測試耐壓。輸入與電源，輸出與電源之間的耐壓能力。數(shù)值越大說明耐壓能力越好，隔離能力越強(qiáng)，濾波性能越高。一般的這種耐壓測試是通過一次性樣品的耐壓檢驗(yàn)來確定的該測試過程中，將繼續(xù)若干分鐘地分別在輸入與輸出、輸入與電源、輸出與電源之間加載 50Hz 工頻電壓，以便得出器件同另一個(gè)電勢面之間不會(huì)發(fā)生擊穿的電壓數(shù)值。

市場上的信號隔離器的隔離強(qiáng)度分為 2000V@1 分鐘，目前。 1500V@1 分鐘， 1000V@1 分鐘， 500V@1 分鐘等幾個(gè)級別。比方：日本 M-SYSTEM 和美國 ACI 信號隔離器隔離強(qiáng)度為 2000V@1 分鐘；其他國外品牌能做到 1500V@1 分鐘；而目前國內(nèi)的幾個(gè)品牌也能做到 1000V@1 分鐘，甚至 1500V@1 分鐘的隔離強(qiáng)度。

2. 精度：這是衡量一個(gè)信號隔離變送器質(zhì)量的標(biāo)尺。業(yè)內(nèi)一般能做到量程的 ± 0.2% 個(gè)別品牌如 M-SYSTEM ACI 等能做到 ± 0.1%

精度的變化情況。大多情況下用百分?jǐn)?shù)表示 （ 也有用單位 250ppm/K 表示的如： M-SYSTEM 溫度系數(shù)為± 0.015%/ ℃ （相當(dāng)于 150ppm/K 3. 溫度系數(shù)：表示隔離器等儀表在環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)。

4. 響應(yīng)時(shí)間：表征信號隔離器的反應(yīng)速度。

5. 絕緣電阻：內(nèi)部電源與外殼之間隔離直流作用的數(shù)值化表征。

6. 負(fù)載電阻：反映了信號隔離器的帶載能力。

信號隔離（變換）器的應(yīng)用舉例

1. 隔離輸入 / 輸出信號

另一方面能有效地去除線路在傳輸過程中可能受到無限射頻和電磁干擾問題。 這是信號隔離器最主要的功能。信號隔離器一方面能解決接地環(huán)路和設(shè)備互聯(lián)時(shí)產(chǎn)生的地線參考點(diǎn)不同的問題。

兩臺(tái)現(xiàn)場設(shè)備（ 1# 和 2# 儀表）向 PLC/DCS 傳送模擬信號，

信號隔離器具有使輸入 / 輸出信號在電氣上完全隔離的特點(diǎn)。換句話講，解決上述問題的最好方法就是輸入端和輸出端分別加上。從信號隔離器的原理圖可以看出�，F(xiàn)場輸入設(shè)備與主控接收設(shè)備間不存在共 “ 地 ” 那么輸入信號不論是 0-10V 或是帶有哪怕 +10V 干擾的 10V-20V 信號，經(jīng)過隔離器后均變?yōu)?0-10V 規(guī)范信號。例如某大型水泥廠新建窯爐的生產(chǎn)線調(diào)試中，當(dāng)現(xiàn)場爐溫信號接入國外某著名品牌 DCS 系統(tǒng)的 8 通道模擬量輸入卡鍵后，溫度數(shù)據(jù)亂跳，根本無法控制，但在現(xiàn)場進(jìn)行單點(diǎn)測試時(shí)又很穩(wěn)定也很準(zhǔn)確。又如某電廠化水處置工程中，當(dāng)現(xiàn)場各種不同類型的壓力變送器信號接入 PLC 后，數(shù)據(jù)跳動(dòng)厲害，而且誤差非常大，但同樣在現(xiàn)場進(jìn)行單點(diǎn)測試時(shí)很穩(wěn)定也很準(zhǔn)確，可是只要向 PLC 接入兩點(diǎn)以上的信號后，信號就發(fā)生跳變。這兩種情況在加了信號隔離器后，一切正常！

經(jīng)常遇到將一個(gè)變送器信號接入兩個(gè)或兩個(gè)以上接收裝置的情況，實(shí)際應(yīng)用中。若采用串聯(lián)環(huán)路，則環(huán)路中任一處開路都會(huì)造成整個(gè)環(huán)路上的儀表無信號，同時(shí)負(fù)載電阻之和很容易逾越變送器的負(fù)載能力，所以一般不采用這種方式。通常采用的方式是環(huán)路中串接一個(gè)電阻，再將負(fù)載并聯(lián)在電阻上以取得電壓信號，如串接一個(gè) 250 Ω電阻將 4-20mA 電流信號轉(zhuǎn)換成 1-5V 電壓信號。如下圖：

但卻存在以下缺乏：

加之存在接線端電阻以及電阻發(fā)熱引起阻抗升高等因素， ① 由于電阻自身難以達(dá)到高精度。所以電壓信號較難保證高精度；

而且， ② 通過串聯(lián)電阻取電壓信號方法是以假定接收設(shè)備的輸入阻抗無窮大為理想前提的所以接收設(shè)備的輸入阻抗肯定對信號的丈量發(fā)生誤差。并聯(lián)設(shè)備數(shù)目越多，誤差越大；

電阻的電壓降越大， ③ 導(dǎo)線越長。對實(shí)際電壓信號的影響也越大，因此信號傳輸距離不能太長；

所以該連接易受無限射頻 / 電磁干擾。 ④ 由于 RFI/EMI 無線射頻 / 電磁干擾）信號容易與電壓信號疊加。

可以解決以上各種問題，解決以上問題的理想方案就是使用信號（隔離）分配器！精度高、隔離能力強(qiáng)。以下圖為例：

兩輸出信號既可相同也可互異，

3. 防止電源抵觸

由于協(xié)調(diào)有利，有時(shí)現(xiàn)場儀表在配套時(shí)。發(fā)生了如下情況：接收設(shè)備（如某些 DCS 輸入卡鍵）信號接入端帶有 24V 電源（即我常說的兩線制接口）而現(xiàn)場為 4 線制變送器，輸出信號為有源信號，因此，來自于現(xiàn)場的 4 線制變送器輸出信號與來自于接收裝置的兩線制電源信號就會(huì)發(fā)生沖突。

通過信號輸出線由接收設(shè)備供電，解決的方法是接入輸出環(huán)路供電型隔離器。并將現(xiàn)場 4 線制變送器的有源信號經(jīng)隔離后輸出給接收設(shè)備，這樣不只防止了電源抵觸，而且還對信號實(shí)行了隔離。如圖：

美國 ACI SBDY 系列等）具有向 2 線制變送器供電的功能，由此可以免去為變送器再配置電源的麻煩。并且也提供了信號隔離功能。如下圖： 4 線制外部供電型信號隔離器 , 又叫隔離配電器（如：日本 M-SYSTEM M5DY 系列。

5. 信號轉(zhuǎn)換并隔離

可接受如直流標(biāo)準(zhǔn)（或非標(biāo)準(zhǔn)）信號、熱電偶信號、熱電阻信號、電位計(jì)信號，上述介紹的所有隔離器都帶有信號轉(zhuǎn)換功能。甚至交流信號等，并可以輸出用戶需要的各種信號。