什么是信号隔离安全栅与信号隔离器？

01、定义

信号隔离器（isolator）：简称隔离器，用于对现场仪表的各类信号调整、隔离 ，并转换成计算机、DCS、PLC等能接收的标准信号或用户需要的特殊信号，且能保护下级信号系统不受上级系统影响和干扰。

隔离器（或信号隔离器）采用线性光耦隔离原理，将输入信号进行转换输出，输入，输出和工作电源三者相互隔离。隔离器特别适合与需要电隔离的设备仪表配用，是连接于工业现场仪表与控制室之间的电气设备，是工业控制系统中重要组成部分。

隔离式安全栅（safetybarrier）：简称安全栅，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电流限制在一定安全范围内的装置。它设置在安全场所的一侧，当本安防爆系统发生故障时，能将窜入危险场所的能量限制在安全值以内，从而保证现场生产安全。

安全栅主要是用来防爆的，在各种摩擦的电火花、静电火花、高温、有易燃易爆气体、粉尘、挥发物的工厂工程都需要安装使用安全栅。一方面保证信号的传输，另一方面保障了下级电路的安全，避免因小失大。

02、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、安全栅工作原理：

安全栅分为齐纳式安全栅和隔离式安全栅两类。

齐纳式安全栅

齐纳式安全栅是最早出现的安全栅。它的核心元件是齐纳二极管，限流电阻及快速熔断丝，原理图如下图所示：

齐纳式安全栅原理图

齐纳管电流简单，在现场使用时容易出现系统电源波动、干扰，导致设备损坏，并且由于其需要本安接地，因此在实际应用中较少。

隔离式安全栅不仅能够限压限流，还能电流隔离。隔离室安全栅主要由限能单元、信号及电源隔离单元、信号处理单元组成，基本功能电路如下图所示。

隔离室安全栅原理

与齐纳式安全栅相比，隔离式安全栅在性能上大大优于齐纳式安全栅：

①采取三方隔离方式，不需使用隔离式仪表；

②降低危险区的仪表要求，现场不需使用隔离式仪表；

③运行过程中稳定性和抗干扰能力大大增强，使整个系统的可靠性大幅提高；

④有强大的信号处理能力，可以接受并处理多种信号，例如热电偶、热电阻、频率等信号；

⑤为同一信号源的两台设备提供两路相互隔离的信号，并且两设备信号无干扰，同时所连接设备互相之间的电气安全绝缘性能也有所提高。

隔离式安全栅原理图

03、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。

04、为什么需要信号隔离器

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。

1

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。

2

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。

3

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。

1

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。

2

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。

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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。