ACT20P系列信號隔離器

共模噪聲消除方式

• 通常傳感器發(fā)送的都是較小的信號，因而易受容性或感性設備的干擾，比如電動(dòng)機、變頻器或是其他功率切換設備。

  幅射噪音經(jīng)常會(huì )干擾測量值，并且會(huì )損壞控制系統中敏感的I/O卡，使用模擬信號隔離器后，就可以通過(guò)零電位差輸入有效地消除產(chǎn)生在兩條信號線(xiàn)間的共模噪聲。

有源隔離器/無(wú)源隔離器

• 有源隔離器由獨立的電源供電，以確保隔離器出色工作。根據應用情況輸入/輸出與電源之間相互隔離。三端隔離只需要一個(gè)電源，這個(gè)電源與測量電路隔離。由于輸入與輸出回路隔離，因此即使在短路、浪涌或是極性顛倒的情況下，隔離器后端的電子設備也不會(huì )被損壞。輸入與輸出之間的隔離方式取決于傳輸率，一般采用光隔離或是磁隔離方式。有源隔離器的輸入/輸出不是相互作用的。比如：輸出端的負載變化不會(huì )影響輸入回路。

• 無(wú)源隔離器的工作電流由測量信號提供，其內部消耗電流極小，不影響信號的傳遞。

• 無(wú)論輸入側或輸出側都會(huì )對其供電產(chǎn)生影響。隔離是通過(guò)磁隔離來(lái)實(shí)現的，其優(yōu)點(diǎn)在于：不受網(wǎng)絡(luò )影響、**度很高、信號延遲短及耗電小。無(wú)源隔離器的輸出端負載的變化會(huì )影響輸入端電路。

接地回路

• 電源的負端通常會(huì )接地。如果輸入信號是由另外的電源供電或是傳感器本身已經(jīng)接地，瞬態(tài)電流將流過(guò)沿接地導體之間產(chǎn)生的地電位差所形成的回路，從而干擾正常信號。模擬信號隔離器放大器可以消除接地回路對測量信號的干擾與影響。

兩端隔離

• 較為簡(jiǎn)單的模擬信號隔離形式是兩端隔離，它隔離輸入回路與輸出回路，同時(shí)有兩端輔助電源分別加在這兩側。根據隔離器的設計及測量的隔離參數決定了這種方式實(shí)現電氣隔離或***隔離。①

• 對于4~20mA的電流信號，隔離器具有輸入回路供電模塊。因此無(wú)需在輸入側施加額外的電源。②

• 如果輸入/輸出回路施加同一電源，兩端隔離器可以被當作一個(gè)簡(jiǎn)單的信號轉換器。對于無(wú)需隔離，只要信號轉換的場(chǎng)合，這是很有用的功能。

三端隔離

• 較為通用的信號隔離形式是三端隔離。

• 通過(guò)光耦合或磁耦合的形式將輸入與輸出隔離。根據電氣間隙、爬電距離和隔離器技術(shù)參數確定隔離電平。舉例來(lái)說(shuō)，輸入信號通過(guò)脈寬調制器轉換成頻率信號，在輸出側解調為模擬量，經(jīng)過(guò)放大器產(chǎn)生一個(gè)標準的模擬信號。

• 外部電源由一個(gè)電氣隔離的DC/DC轉換器向輸入和輸出回路供電。它的參數、間隙和爬電距離也決定了隔離電平。這種輸入/輸出、輸入/電源、輸出/電源相互隔離的通路就是所謂的三端隔離。

溫度信號測量方法 — 熱電阻

• 溫度測量使用熱電阻(RTD)來(lái)檢測溫度，電流只有1.5mA左右，通過(guò)放大器來(lái)測量電阻上的壓降(二線(xiàn)制)。

• 為了彌補導線(xiàn)長(cháng)度造成的影響可使用三線(xiàn)制(有返回補償導線(xiàn))來(lái)測量。

• 為了使測量更為**可使用四線(xiàn)制(把供電/返回導線(xiàn)的壓降都考慮到測算中)。

溫度信號測量方法 — 熱電偶

• 溫度測量也可使用熱電偶，通過(guò)兩種不同合金的接觸而產(chǎn)生電勢，并通過(guò)微分放大器修正信號。

• 較為經(jīng)濟的方式是將信號通過(guò)后續放大電路轉換為標準輸出。

• **的測量模塊是通過(guò)微處理器來(lái)處理測量信號，同時(shí)修正信號(通過(guò)濾波、線(xiàn)性化)。

熱電偶冷端補償

• 熱電偶測量溫度時(shí)要求其冷端(測量端為熱端，通過(guò)引線(xiàn)與測量電路連接的端稱(chēng)為冷端)的溫度保持不變(熱電勢以0度為標準測量)，其熱電勢大小才與測量溫度是一定比例關(guān)系：若測量時(shí)，冷端的(環(huán)境)溫度變化，將影響測量準確性。

• 為了彌補這樣產(chǎn)生的誤差，需要同時(shí)測量變送器連接點(diǎn)的溫度。微處理器在計算測量值的時(shí)候可以作出補償。

• 這種方式稱(chēng)為冷端補償。

線(xiàn)性化

• 溫度元件通常不是線(xiàn)性的，為了保持信號處理必要的精度，將溫度曲線(xiàn)作某種程度的線(xiàn)性化。

• 下面的圖表可以反映熱電偶在一些測量點(diǎn)與“理想曲線(xiàn)”有明顯的偏移。微處理器將測量值與預存的熱電偶線(xiàn)性曲線(xiàn)進(jìn)行比較，計算出與其相對應的“理想特性曲線(xiàn)”，再通過(guò)放大器線(xiàn)性的模擬量，在輸出級轉換為標準的模擬量，或轉換為可調節閥值的觸點(diǎn)輸出。

• PT100的線(xiàn)性化可以采用簡(jiǎn)單的放大電路實(shí)現。首先是矯正峰值，再是信號偏移的矯正。

• 這樣所殘余的尖峰脈沖與負脈沖都是極為輕微的，在模塊的容差范圍之內。

負載/負載電阻

• 負載是指在變送器或隔離放 大器輸出側的阻值，對于電流輸出負載一般為500Ω，對于電壓輸出負載一般為10KΩ。

電氣隔離/***隔離

• 電氣隔離可被理解成在輸入回路、輸出回路、電源之間的電氣隔離，可以通過(guò)變壓器形式或光耦形式來(lái)實(shí)現。隔離能防止對測量電路的沖擊，并能夠消除接地回路的影響，使信號不失真。

• ***隔離是基于德國標準DINVDE 0106/第101部分。這個(gè)基本的標準是防止人身受到危險電流的傷害，同時(shí)描述了對電氣設備的***要求。

開(kāi)關(guān)頻率

• 開(kāi)關(guān)頻率反映的是隔離放大器的動(dòng)態(tài)傳輸特性。

• 給定頻率(-3dB)是個(gè)極限值，此處會(huì )有一個(gè)信號的突變。

• 開(kāi)關(guān)頻率升高會(huì )導致一個(gè)瞬時(shí)的高頻傳輸，這將破壞真實(shí)信號。

遲滯

• 遲滯指的是ON與OFF切換值的百分比差異，它不能低于給定的小值，否則指定的切換無(wú)法實(shí)現。

斷線(xiàn)檢出

• 如果使用了帶斷線(xiàn)檢出功能的變送器，輸入信號將處于被監視狀態(tài)。當故障(斷線(xiàn))產(chǎn)生時(shí)輸出超過(guò)額定范圍，下游的控制電路就能分析到這一故障。

響應時(shí)間

• 響應時(shí)間是指輸入信號從10%跳變到90%時(shí)輸出相應變化的時(shí)間。它與開(kāi)關(guān)頻率直接相關(guān)(反比關(guān)系)

精度/溫度系數

• 精度是指測量?jì)x器盡可能準確地傳輸數據的能力，它跟終值有關(guān)，并以環(huán)境溫度為條件(23?C)而給定數值。

   例如，一個(gè)RTD給定的精度是1%，測量范圍為0~200?C，那么在其整個(gè)測量范圍內的有效誤差就為：

                  200 * 1% = +/-2K

• 溫度系數反映了測量?jì)x器因環(huán)境溫度變化而產(chǎn)生的偏移。它以百分比或是ppm/K的形式給出。

    例如，一個(gè)RTD的精度是1%，測量范圍是0~200?C，溫度系數是250ppm/K，假如儀器工作在40 ?C的環(huán)境之中，那么它的**誤差在其整個(gè)測量范圍內為：[(40?C - 23?C) * 250ppm/K+1%] * 200K= +/-2.85K