为什么要使用信号隔离器以及它的原理、优缺点

引言

在这篇文章中，我们将深入探讨信号隔离器的概念、工作原理、优点、缺点以及其在各种应用中的角色。信号隔离器是一种特别重要的电子设备，它在现代工业和电子系统中发挥着不可或缺的作用。

1  信号隔离的重要性

信号隔离在工业和电子系统中扮演着关键的角色，它主要用于消除操作过程中的各种干扰。无论是传感器、变送器的信号传输，还是数据采集系统、PLC 和 DCS 系统的信号传输，信号隔离都起到了至关重要的作用。通过在电路的两个部分之间提供电气隔离，信号隔离器有效地避免了信号干扰。这对于保证电子设备的稳定运行和防止误动作非常重要。主要作用如下图：

2  信号隔离器的基本概念

信号隔离器是一种特殊的电子设备，主要用于在控制系统中将一个电信号与另一个电信号分离或隔离。它们在输入和输出电路之间提供电气（电流）隔离，这对于防止干扰和保障安全性在各种工业和工程应用中非常重要。此外，信号隔离器也可以用于增强和保护过程信号，确保来自传感器和变送器的信号能够准确无误地传输到控制系统。这既保护了敏感的控制设备免受电压尖峰、接地环路和其他电气相关干扰的影响，也保证了信号的质量和完整性。常规接线图如下：

3  信号隔离器的种类

3.1 电阻输入隔离器

电阻输入隔离器主要用于温度、压力和应变等测量。这些测量值通常被转换为电阻值，然后传输到控制系统。在此过程中，电阻输入信号隔离器在保持信号精度和降低噪声方面发挥着重要作用。它们为各种测量设备提供了一个稳定、可靠的数据传输平台。

3.2  电流隔离器

电流隔离器在输入和输出电流信号之间提供电气隔离。它们在输出侧保持与输入电流成正比的特定电流水平，同时隔离两侧以防止任何不必要的相互作用。这对于保证电流信号的准确传输和防止电流泄漏等问题非常重要。

3.3  毫伏隔离器

毫伏隔离器通常用于各种应用，在这些应用中，精确测量和信号完整性至关重要。这些隔离器可以处理毫伏范围内的低电平电压信号，并保持输入和输出电路之间的分离，防止接地环路和干扰。这对于精密仪器的数据采集和处理具有极高的价值。

4  信号隔离器的类型

4.1  有源隔离器

有源隔离器是一种电子设备，它使用放大器、运算放大器或其他有源电路等有源元件在两个电路之间提供隔离。它包括一个用于操作的电源。有源隔离器可以主动操纵输入和输出之间的信号，从而允许根据需要进行信号调理、放大或反转。这使得有源隔离器在各种复杂的电子系统中具有广泛的应用。

4.2  无源隔离器

无源隔离器不需要外部电源或电源即可工作。它完全依靠电阻器、电容器、变压器和光耦合器等无源电子元件在两个电路之间提供隔离。虽然它们不会主动放大或操纵信号，但仍能为人机应用提供有效的隔离。这使得无源隔离器在需要保证电路安全和稳定的场合中具有重要的应用价值。

5  信号隔离器的优点与缺点

信号隔离器的主要优点包括提供电气隔离以防止接地回路，降低电压尖峰或瞬变造成的损坏风险，保持信号完整性，确保准确的测量，消除电磁干扰 （EMI），提高工业应用中的安全性等。

然而，由于隔离元件的存在，信号可能会出现衰减。这是设计者在使用信号隔离器时需要考虑的一个重要因素。

6  信号隔离器的应用

信号隔离器广泛应用于工业环境中的过程控制，以将控制电路与测量电路分开，以及医疗化工环境中的安全电气隔离等领域。在这些场合中，信号隔离器不仅可以提高设备的运行效率和稳定性，还可以有效地保护操作人员和设备的安全。

总结

信号隔离器在现代工业和电子系统中起着至关重要的作用。信号隔离器的种类和类型多样，包括电阻输入隔离器、电流或电压隔离器、毫伏隔离器，以及有源隔离器和无源隔离器等。这些不同的隔离器都具有各自的特点和优势，适用于不同的应用场景。

它们确保了各种信号在复杂环境中的准确传输，同时也提供了有效的电气隔离以防止干扰和保护设备。虽然存在一些可能导致信号衰减的问题，但信号隔离器的优点明显超过了其缺点。它们在工业过程控制，甚至医疗化工等环境中的应用都得到了广泛的认可。