隔離放大器/隔離變送器的基本知識
隔離放大器的定義：
JSD科技公司的隔離放大器是將輸入的電量信號或物理量信號通過一種技術(shù)手段處理后，隔離輸出一組模擬量信號，這組模擬量信號是以標準的4-20mA/0-20mA/0-10V/0-5V/1-5V等信號,以便控制系統(tǒng)及儀器儀表設(shè)備采樣采集,什么是隔離放大器這里就只說這么多了,想更詳細的了解隔離放大器，隔離變送器的知識，請訪問“深圳市捷晟達科技有限公司”的：“http://www.jsd-iae.com”里面有更多關(guān)于隔離放大器，隔離變送器的產(chǎn)品知識。 歡迎大家發(fā)信或留言指正,請大家多多指教，謝謝大家。： jieshengda_2011
一、兩線制電流隔離放大器的定義：
1、兩線制隔離放大器的定義：
2、兩線制有什么優(yōu)點
1、兩線制是指現(xiàn)場隔離放大器或隔離變送器與控制室儀表傳輸信號、信號采集及變換時僅用兩根導(dǎo)線來實現(xiàn)信號傳輸及驅(qū)動負載這個過程的，這兩根導(dǎo)線既是電源線，又是信號線。也稱為兩線制無源4－20mA隔離變送器
2、兩線制隔離器的優(yōu)點：
a、不易受寄生熱電偶、沿電線回路的電阻的壓降以及溫度漂移的影響，可用非常便宜及更細的導(dǎo)線，可節(jié)省大量電纜線和安裝費用；
b、在電流源輸出電阻足夠大時，經(jīng)磁場耦合感應(yīng)到導(dǎo)線環(huán)路內(nèi)的電壓，不會產(chǎn)生顯著影響，因為干擾源引起的電流極小，有干擾時一般利用雙絞線就能降低干擾，兩線制隔離放大器必須用屏蔽線，屏蔽線的屏蔽層要妥善接地；
c、電容性干擾會導(dǎo)致接收器電阻有誤差，對于4～20mA兩線制環(huán)路隔離器，接收器電阻通常為高精度的250Ω（取樣Vout=1～5V）這個電阻小到不足以產(chǎn)生顯著誤差，因此，可以允許的電線長度更遠更長，但多遠多長得根據(jù)實際情況；
d、各個單臺顯示裝置或記錄裝置可以在電線長度不等的不同通道間進行換接，不因接線長度的不等而造成精度的差異，實現(xiàn)分散采集，分散式采集的好處就是：分散采集，集中控制......
e、將4mA用于零電平，可判斷開路、短路、傳感器損壞（0mA狀態(tài)）十分方便；
f、在兩線制隔離變送器/隔離放大器輸出口加設(shè)一兩只防雷防浪涌器件，有利于安全防雷防爆的作用；
三線制隔離送器的定義：
三線制是指現(xiàn)場隔離放大器的電源正端和信號輸出正端分離，但它們共用一個COM端，用三根線來和控制室的儀器儀表及工業(yè)現(xiàn)場的工控設(shè)備（PC、PLC、DCS）來傳輸信號，進行信號采集及隔離變換的功能，這三根線是電源正端，信號輸出正端及公共端。
四線制的定義：
四線制是指隔離放大器的電源和信號*分離，各自是相對獨立工作，沒有共用的公共端（即COM端）那么四線制的線分為：工作電源兩根線，信號傳輸兩根線。但在兩線制、三線制中，基本上是弱電提供電源（5～24VDC）居多。四線制的工作電源可能是弱電（5～24VDC）但可能是強電220VAC。
三線制和四線制變送器均不具備上述兩線制放大器的優(yōu)點即將被兩線制隔離放大器所取代，從國外的行業(yè)動態(tài)及隔離器芯片供求量即可知一般，電流放大器在使用時要安裝在現(xiàn)場設(shè)備的動力線上，而以單片機為核心的監(jiān)測系統(tǒng)則位于較遠離設(shè)備現(xiàn)場的監(jiān)控室里，兩者一般相距幾十到幾百米甚至更遠。設(shè)備現(xiàn)場的環(huán)境較為惡劣，各種工控設(shè)備及強電信號會產(chǎn)生各種電磁干擾，雷電感應(yīng)會產(chǎn)生強浪涌脈沖，在這種情況下，單片機應(yīng)用系統(tǒng)中遇到的一個棘手問題就是如何在惡劣環(huán)境下遠距離可靠地傳送微小信號。
兩線制隔離變送器件的出現(xiàn)使這個問題得到了較好地解決。它把現(xiàn)場設(shè)備動力線的電流隔離轉(zhuǎn)換成4～20 mA的按線性比例變化的標準電流信號輸出，然后通過一對雙絞線送到監(jiān)測系統(tǒng)的輸入接口上，雙絞線同時也將位于監(jiān)測系統(tǒng)的24V工作電源送到電流變送器中。測量信號和電源在雙絞線上同時傳送，既省去了昂貴的傳輸電纜線，而且信號是以電流的形式傳輸，抗*力得到極大的加強。
二、電流隔離放大器4-20mA輸出是如何轉(zhuǎn)換的？
兩線制電流隔離放大器的輸出為4～20mA，通過250Ω的精密電阻轉(zhuǎn)換成1～5V或2-10V的模擬電壓信號。轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號有多種方法，如果系統(tǒng)是在環(huán)境較為惡劣的工業(yè)現(xiàn)場長期使用，因此需考慮硬件系統(tǒng)工作的安全性和可靠性。系統(tǒng)的輸入模塊采用壓頻轉(zhuǎn)換器件（LM231）將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成頻率信號，用光電耦合器件（TL117）進行模擬量信號與數(shù)字量信號的隔離及變換。
同時模擬量隔離信號處理電路與數(shù)字信號處理電路分別使用兩組單獨的工作電源，模擬地與數(shù)字地相互分開，而不是共地連接，這樣可提高系統(tǒng)工作的安全性。利用電壓轉(zhuǎn)頻率的轉(zhuǎn)換器件（LM231）也有一定的抗高頻干擾的作用。
三、電流輸出型與電壓輸出型的隔離放大器有哪些優(yōu)劣比較？
在工業(yè)控制的許多應(yīng)用場合,都要使用隔離器來將PLC、PC、DCS、儀器儀表不能直接測量的信號轉(zhuǎn)換成PLC、PC、DCS、儀器儀表可以處理的模擬量信號，如電流變送器,壓力變送器、溫度變送器、流量變送器等。
早期的隔離器、變送器大多為電壓輸出型，即將測量信號轉(zhuǎn)換為0-5V電壓輸出，這是運放直接輸出的，信號功率<0.05W，通過模擬量/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換數(shù)字信號供單片機讀取、控制及信號采集。但在信號需要遠距離傳輸或使用環(huán)境中電網(wǎng)干擾較大的場合，電壓輸出型傳感器的使用受到了極大限制，暴露了抗*力較差,線路損耗破降低了隔離放大器產(chǎn)品的精度等級等缺點，這樣在讀取參數(shù)時誤差更大，而兩線制電流輸出型隔離放大器/變送器具有*的抗*力，遠距離傳輸時信號無失真，保證了隔離器的精度等級，帶給了業(yè)現(xiàn)場的測量的準確采集數(shù)值，所以電流型隔離放大器在工業(yè)控制領(lǐng)域或工業(yè)現(xiàn)場的信號采集上得到了廣泛的應(yīng)用。
電壓輸出型隔離放大器抗*力極差，線路損耗大，不能進得遠距離傳輸，遠傳后線路壓降大，精度等級降低，并在傳輸途中還易受到各種干擾，有時輸出的直流電壓上還疊加有交流成分，使單片機或其他控制設(shè)備（PLC、DCS、PC）產(chǎn)生誤判斷，控制出現(xiàn)錯誤，嚴重時還會損壞設(shè)備，現(xiàn)在很多的ADC，PLC，DCS的輸入信號端口都作成兩線制電流輸出型隔離放大器4-20mA的，證明了電壓輸出型隔離放大器被淘汰的必然趨勢。
四、4～20mA電流輸出型到接口的處理方法？
電流輸出型變送器的輸出范圍常用的有0～20mA及4～20mA兩種，電流隔離變送器輸出zui小電流及zui大電流時，分別代表電流隔離變送器所標定的zui小及zui大額定輸出值。
下面對測量范圍為以0～100A的電流隔離放大器為例進行描述。對于輸出0～20mA的隔離放大器0mA電流對應(yīng)輸入0A值，輸出4～20mA的隔離器4mA電流對應(yīng)輸入0A值，兩類傳感器的20mA電流都對應(yīng)100A值。
對于輸出0～20mA的隔離器，在電路設(shè)計時只需選擇合適的降壓電阻，在A/D轉(zhuǎn)換器輸入接口直接將電阻上的0-5V或0-10V電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號即可，電路調(diào)試及數(shù)據(jù)處理都比較簡單。但劣勢是無法判別隔離器的損壞,無法辨別隔離器輸出開路和短路的狀態(tài)。
對于輸出4～20mA的隔離器，電路調(diào)試及數(shù)據(jù)處理上都較為煩瑣。但這種隔離器能夠在線路不通，短路或損壞能否檢測到正常范圍內(nèi)的電流（正常時zui小值也有4mA），來判斷電路回路是否出現(xiàn)故障，隔離器是否損壞,因此得到更為廣泛的使用。
由于4～20mA隔離器輸出4mA時，在取樣電阻上的電壓不等于0，直接經(jīng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量也不為0，單片機無法直接利用，通過公式計算過于復(fù)雜。因此一般的處理方法是通過硬件電路將4mA在取樣電阻上產(chǎn)生的電壓降消除，再進行A/D轉(zhuǎn)換。這類硬件電路*RCV420，是一種精密的I/V轉(zhuǎn)換電路，但是也可以應(yīng)用LM258自搭的I/V轉(zhuǎn)換電路,這個電路由兩線制電流隔離器產(chǎn)生的4～20mA電流與24V以及取樣電阻形成電流回路，從而在取樣電阻上產(chǎn)生一個1-5V壓降，并將此電壓值輸入到放大器（LM258）上，通過I/V轉(zhuǎn)換電路把信號提供給單片機CPU或工業(yè)控制系統(tǒng)（DCS、PC、PLC、儀器儀表）讀入，通過信號采集，隔離，數(shù)據(jù)變換的處理方法將兩線制電流隔離放大器的4-20mA電流在LCD、LED屏幕、儀器儀表、工業(yè)控制系統(tǒng)上以0-100A值的形式顯示出來，詳細原理就不一一描述了。
五、兩線制電流隔離放大器的全面保護功能有哪些：
1、輸入過載保護；
2、輸出過流限制保護；
3、輸出電流長時間短路保護；
4、兩線制端口瞬態(tài)感應(yīng)雷與浪涌電流TVS抑制保護；
5、工作電源過壓極限保護≤35V；
6、工作電源反接保護。
六、設(shè)計兩線制隔離放大器時要具備哪些條件：
因為要實現(xiàn)兩線制隔離放大器/變送器必須同時滿足以下條件
1、V≤Emin-ImaxRLmax
變送器的輸出端電壓V等于規(guī)定的zui低電源電壓減去電流在負載電阻和傳輸導(dǎo)線電阻上的壓降。
2、 I≤Imin
變送器的正常工作電流I必須小于或等于變送器的輸出電流。
3、 P＜Imin（Emin-IminRLmax）
隔離變送器的zui小消耗功率P不能超過上式,通常＜90mW。
式中:Emin=zui低電源電壓，對多數(shù)儀表而言Emin=24（1-5%）=22.8V,5%為24V電源允許的負向變化量；
Imax=20mA；
Imin=4mA；
RLmax=250Ω+傳輸導(dǎo)線電阻。
如果隔離變送器在設(shè)計上滿足了上述的三個條件，就可實現(xiàn)兩線制傳輸。所謂兩線制即電源、負載串聯(lián)在一起，有一公共點，而現(xiàn)場變送器與控制室儀表之間的信號聯(lián)絡(luò)及供電僅用兩根電線，這兩根電線既是電源線又是信號線。兩線制變送器由于信號起點電流為4mA.DC，為變送器提供了靜態(tài)工作電流，同時儀表電氣零點為 4mA.DC，不與機械零點重合，這種“活零點”有利于識別斷電和斷線等故障。而且兩線制還便于使用隔離安全柵,利于安全防爆。
