信號隔離柵的工作原理和結構特點

一、信號隔離安全柵概述

信號隔離安全柵在工業領域中扮演著至關重要的角色。它是接在本質安全電路和非本質安全電路之間的裝置，主要功能是將供給本質安全電路的電壓或電流限制在一定安全范圍內。

信號隔離安全柵的出現，為工業生產中的安全保障提供了有力支持。在危險的工業環境中，各種電氣設備和系統的運行存在著潛在的安全風險。而信號隔離安全柵的作用就是在本質安全電路和非本質安全電路之間建立一道安全屏障，確保危險區域的能量不會傳遞到安全區域，從而保障人員和設備的安全。

信號隔離安全柵的工作原理較為復雜。它通常由回路限能單元、電流隔離單元和信號處理單元三部分組成。回路限能單元是安全柵的核心部分，其主要功能是限制進入本質安全電路的能量。當回路電壓接近安全限壓值時，回路限能單元中的齊納管導通，使齊納管兩端的電壓始終保持在安全限壓值以下。同時，電阻用于限制電流，當電壓被限制后，適當選擇電阻值，可將回路電流限制在安全限流值以下。保險絲的作用是防止因齊納管被長時間流過的大電流燒斷而導致回路限壓失效。當超過安全限壓值的電壓加在回路上時，齊納管導通，如果沒有保險絲，流經齊納管的電流將無限上升，最終燒斷齊納管，使回路失去限壓。為確保回路限壓安全，保險絲的熔斷速度要比齊納管可能被燒斷的速度快十倍。

電流隔離單元的作用是實現輸入和輸出信號之間的電流隔離，防止地環電流對信號的干擾，同時保護系統不受來自現場危險能量的影響。信號處理單元則根據安全柵的功能要求進行信號處理，將來自危險區的電壓、電流信號，經隔離變送輸出單路或相互獨立的雙路電流 / 電壓信號到安全區，也可通過配置的通訊接口在安全區進行串行通訊聯網。

二、隔離柵的作用

1.信號隔離柵的作用：

?①：信號隔離柵可以將來自危險區的電壓、電流信號隔離變送輸出到安全區，確保信號的穩定性和抗干擾能力。

②能量限制?：隔離柵可以有效限制危險場合中的能量傳遞，防止引爆源的產生，消除引爆風險。

③提高系統可靠性?：通過隔離柵的使用，可以大幅度降低對危險區儀表的要求，提高整個系統的可靠性和安全性。

2.信號隔離柵在不同場景下的具體應用

①自動化行業?：在自動化行業中，隔離柵用于給危險區的變送器提供電源，變送器產生的電流信號經過隔離柵轉換成對應的線性電壓或電流信號輸出至安全區。

?②工業控制?：在工業控制系統中，隔離柵用于限制因故障引起的安全區向危險區的能量傳遞，確保工業控制系統的安全運行。

?④電氣安全?：在電氣安全領域，隔離柵用于提高電氣設備的電氣安全性能，防止電氣故障引發的安全隱患。

3.信號隔離刪的工作原理和結構特點

①三方隔離?：隔離柵采用輸入/輸出/電源三隔離的方式工作，無需系統接地線路，提高了檢測和控制回路信號的穩定性和抗干擾能力。

?②獨立供電?：隔離柵需要獨立供電，確保其在各種工作環境下都能穩定運行。

?③多信號處理能力?：隔離柵能夠接受并處理熱電偶、熱電阻、頻率等多種信號，輸出兩路相互隔離的信號，提高所連接設備之間的電氣安全絕緣性能。

4.安科瑞信號隔離柵相關產品

BM100系列信號隔離器可以對直流電流、電壓等電量參數或溫度、電阻等非電量參數進行精確測量，經隔離轉換成標準的模擬信號輸出。即可直接與指針表、數顯表相接，也可以與自控儀表（如PLC）相接，廣泛應用與電力、鐵路、化工、食品、倉儲等行業的自動化系統。

BM200系列隔離式安全柵采用了限壓、限流、隔離等措施，不僅能防止危險能量從本安端子進入危險現場，提高系統的本防爆性能，而且增加了系統的抗干擾能力，提高了系統運行的可靠性。

BM100-K系列開關量輸入信號隔離器，輸入點或NAMUR型接近開關信號，繼電器或晶體管隔離輸出可通過撥碼設置輸出和輸入同相或反相邏輯控制，設置開啟或關閉線路故障檢測功能。該產品需要獨立供電，輸入、輸出和電源三端隔離。

三、       信號隔離安全柵的功能與優點

1. 信號隔離器功能

信號隔離器在工業控制系統中發揮著重要作用，主要有以下幾個功能：

保護下級控制回路：在工業生產中，各種設備和儀表之間的連接復雜，不同設備的接地可能存在電勢差，導致接地環流出現，從而干擾信號傳輸。信號隔離器能夠有效隔離這些干擾，保護下級控制回路，確保控制系統的穩定運行。

消弱環境噪聲影響：工業現場環境復雜，存在著各種噪聲干擾，如變頻器、電機等設備的強電磁輻射，可能導致信號失真出現 “毛刺"。信號隔離器通過內部半導體器件對輸入信號進行調制變換、隔離傳輸和解調轉換，能夠有效過濾這些噪聲，提高信號的質量。

抑制干擾：公共接地、變頻器、電磁閥及不明脈沖等都可能對設備產生干擾。信號隔離器采用三端隔離技術，各個過程環節有效隔離，保證信號傳輸精度的同時，能夠抑制這些干擾，提高系統的可靠性。

對下級設備具有限壓、限流功能：當控制回路出現強電壓沖擊時，信號隔離器能夠限制進入下級設備的電壓和電流，保護下級設備免受損壞。例如，在一些重要的模擬量信號傳輸中，加裝信號隔離器可以起到很好的保護作用。

2. 隔離式安全柵功能

采用三方隔離方式，無需系統接地線路：隔離式安全柵采用了將輸入、輸出及電源三方之間相互電氣隔離的電路結構，與齊納式安全柵相比，無需系統接地線路，給設計及現場施工帶來極大方便。在實際工程應用中，接地系統的要求往往較為苛刻，而隔離式安全柵的這一特點可以大大降低施工難度和成本。

對危險區儀表要求降低：現場無需采用隔離式的儀表，對危險區的儀表要求大幅度降低。這使得在危險區域的設備選型更加靈活，降低了設備成本。

抗干擾能力強：由于信號線路無需共地，使得檢測和控制回路信號的穩定性和抗干擾能力大大增強。例如，在距離較遠的電氣設備、儀表、PLC 控制系統、DCS 系統之間進行信號傳輸時，隔離式安全柵能夠有效抵抗各種干擾，確保系統的穩定運行。

具備更強輸入信號處理能力：能夠接受并處理熱電偶、熱電阻、頻率等信號，這是齊納式安全柵所無法做到的。在一些復雜的工業控制系統中，需要處理多種類型的信號，隔離式安全柵的這一功能可以滿足這些需求。

可輸出兩路相互隔離信號：隔離式安全柵可輸出兩路相互隔離的信號，以提供給使用同一信號源的兩臺設備使用，并保證兩設備信號不互相干擾，同時提高所連接設備相互之間的電氣安全絕緣性能。例如，在一些需要同時為兩臺設備提供信號的場合，隔離式安全柵可以確保信號的獨立性和穩定性。

六、信號隔離安全柵的應用領域

信號隔離安全柵廣泛應用于多個高危行業，發揮著至關重要的作用。

在石油、天然氣開采行業，工作環境復雜且存在易燃易爆的風險。信號隔離安全柵能夠有效限制危險區域中的異常電信號傳到安全區域設備，確保工作人員和設備的安全。例如，在開采過程中，各種傳感器和變送器產生的信號需要準確地傳輸到控制中心進行監測和控制。信號隔離安全柵可以將這些信號進行隔離和轉換，防止危險能量的傳遞，保障系統的穩定運行。

煉油、化工企業也是信號隔離安全柵的重要應用領域。這些企業在生產過程中會涉及到各種危險化學品和高溫高壓的工藝條件。信號隔離安全柵可以把安全區控制信號隔離后傳到危險區的控制設備，實現對生產過程的精確控制。同時，它還能有效防止地環電流對信號的干擾，提高系統的抗干擾能力。

燃油、燃氣充裝站同樣需要信號隔離安全柵來保障安全。在充裝過程中，一旦出現異常電信號的干擾，可能會引發嚴重的安全事故。信號隔離安全柵可以限制危險區域中的異常電信號傳到安全區域設備，確保充裝過程的安全可靠。

制藥行業對生產環境的要求非常嚴格，任何微小的干擾都可能影響藥品的質量和安全性。信號隔離安全柵可以為制藥過程中的各種儀表和設備提供穩定的信號傳輸，防止外界干擾對生產過程的影響。同時，它還能有效隔離危險區域和安全區域，保障工作人員的安全。

污水處理行業雖然相對其他行業危險性較低，但也存在一些潛在的電氣安全風險。信號隔離安全柵可以在污水處理過程中，對各種監測設備和控制設備的信號進行隔離和轉換，確保系統的穩定運行。

信號隔離安全柵在石油、天然氣開采、煉油、化工、燃油燃氣充裝站、制藥及污水處理等高危行業中具有廣泛的應用前景，為這些行業的安全生產提供了有力的保障。