信号隔离安全栅与信号隔离器的区别

信号隔离模块

信号隔离安全栅

一、定义

1、信号隔离器(isolator)：一般指弱电系统中的信号隔离器，既保护下级信号系统不受上级系统影响和干扰。

2、信号隔离安全栅(safetybarrier)：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。安全栅是一种统称，分为齐纳式安全栅和隔离式安全栅，隔离式安全栅简称隔离栅。

二、工作原理

1、信号隔离器工作原理：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、地之间绝对独立。

2、齐纳式安全栅的工作原理

安全栅的主要功能就是限制安全场所的危险能量进入危险场所，及限制送往危险场所的电压和电流。

齐纳管Z用于限制电压。当回路电压接近安全限压值时，齐纳管导通，使齐纳管两端的电压始终保持在安全限压值以下。

电阻R用于限制电流。当电压被限制后，适当选择电阻值，可将回路电流限制在安全限流值以下。

保险丝F的作用是防止因齐纳管被长时间流过的大电流烧断而导致回路限压失效。当超过安全限压值的电压加在回路上时，齐纳管导通，如果没有保险丝，流经齐纳管的电流将无限上升，最终烧断齐纳管，使回路失去限压。为确保回路限压安全，保险丝的熔断速度要比齐纳管可能被烧断的速度快十倍。

采用图一所示的三冗余齐纳管的安全栅基本限能电路结构，能够确保安全栅在正常工作、一个故障点和两个故障点时均能将安全栅的输出能量限制在安全参数规定的范围之内，从而满足ia级本质安全电路的要求。

3、隔离式信号隔离安全栅的工作原理

与齐纳安全栅相比，隔离式安全栅除具有限压与限流的作用之外，还带有电流隔离的功能。隔离栅通常由回路限能单元、电流隔离单元和信号处理单元三部分组成，基本功能电路如图二所示。回路限能单元为安全栅的核心部分。此外，辅助有用于驱动现场仪表的回路供电电路和用于仪表信号采集的检测电路。信号处理单元则根据安全栅的功能要求进行信号处理

三、功能与优点

1、信号隔离器功能：

a保护下级的控制回路；

b：消弱环境噪声对测试电路的影响；

c：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。

2、隔离式安全栅：采用了将输入、输出以及电源三方之间相互电气隔离的电路结构，同时符合本安型限制能量的要求。与齐纳式安全相比，虽然价格较贵，但它性能上的突出优点却为用户应用带来了更大的受益：

1.由于采用了三方隔离方式，因此无需系统接地线路，给设计及现场施工带来极大方便。

2.对危险区的仪表要求大幅度降低，现场无需采用隔离式的仪表。

3.由于信号线路无需共地，使得检测和控制回路信号的稳定性和抗干扰能力大大增强，从而提高了整个系统的可靠性。

4.隔离式安全栅具备更强的输入信号处理能力，能够接受并处理热电偶、热电阻、频率等信号，这是齐纳式安全栅所无法做到的。

5.隔离式安全栅可输出两路相互隔离的信号，以提供给使用同一信号源的两台设备使用，并保证两设备信号不互相干扰，同时提高所连接设备相互之间的电气安全绝缘性能。

因此，对比齐纳式和隔离式安全栅的特点和性能后可以看出，隔离式安全栅有着突出的优点和更为广泛用途，虽然其价格略高于齐纳式安全栅，但从设计、施工安装、调试及维护成本来考虑，其综合成本可能反而低于齐纳式安全栅。在要求较高的工程现场几乎无一例外地采用了隔离式安全栅作为主要本安防爆仪表，隔离式安全栅已逐渐取代了齐纳式安全栅，在安全防爆领域得到了日益广泛的应用。

应用例子

应用原理图示

来源PLC技术应用学院

补充学习：为何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的电源供电，以确保隔离器出色工作，模块在输入侧需要有源信号，在输出测它们则提供经过过滤和放大的信号，根据应用情况输入/输出与电源之间相互隔离。有源信号隔离器包括三端隔离、输入端隔离与输出端隔离。

三端隔离

三端隔离只需要一个电源，这个电源与测量电路隔离，采用这种技术隔离的模块，它们所有连接在输入端、输出端或者电源上的组件皆不会互相干扰，三端之间也相应地互相电隔离。

输入端隔离

采用这种隔离技术的模块应该保护输出侧连接的电子设备(例如控制器的输入卡)不受现场的各种干扰。所以，输入端和等电位的输出端和电源部分是电隔离的。

输出端隔离

采用这种隔离技术的模块应该保护输入侧连接的电子设备(例如控制器的输出卡)不受现场的各种干扰。所以，输出端和等电位的输入端和电源部分是电隔离的。

无源信号隔离器

无源信号隔离器提供了一种附加和实质性的便利，它无需额外的电源供电，模块的的工作电源是通过输入或输出回路提供，其内部电路消耗的电流极小，不影响信号的正确传输。根据信号隔离器的供电方式分输入侧供电、输出侧供电、无源馈电等。

输入侧供电

采用这种隔离技术时，这些模块从有源输入回路(例如电磁流量计或控制系统输出卡)获取所需的能量用于信号传输和电隔离，输出侧提供经过处理的电流信号用于控制或调节。

输出侧供电

采用这种隔离技术时，这些模块从有源输出回路(最好是从控制系统输入卡用辅助电源供电的)获取所需的能量用于信号传输和电隔离。

无源馈电隔离器

采用这种隔离技术时，这些模块从有源输出回路获取所需的能量用于信号传输和电隔离，无源馈电隔离器把这种从输出回路获得的能量另外还供给一个连接在输入侧的无源检测探头(例如压力变送器)，检测探头借助于提供的能量发出一个有源信号，通过无源馈电隔离器电隔离并且从输出侧输出。

信号隔离器如何选择

隔离器位于两个系统通道之间，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1：3模式。此外，尚有精度、功耗、噪音、绝缘强度、总线通信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。

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