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工業(yè)現(xiàn)場模擬量隔離放大器隔離變送器帶寬與頻響指標匹配選型參考
關鍵詞：帶寬 信號帶寬 放大器帶寬 頻響 信號頻響 放大器頻響 變送器頻響
導讀：模擬信號在變化頻率緩慢(<50Hz)的場合(測量溫度/位移/流量等),可選用帶寬較小低頻響隔離放大器:ISO EM U-P-O-M(M表示低頻響)系列產(chǎn)品.在變化頻率高(>2KHz)的場合(測量轉速/開關電源的PWM控制等),可選高低頻響隔離放大器:ISO EM U-P-O-H(H表示高頻響)系列產(chǎn)品.除高頻響與低頻響環(huán)境外的大多數(shù)工業(yè)現(xiàn)場都選擇常規(guī)頻響產(chǎn)品:ISO EM A-P-O.對現(xiàn)場環(huán)境存在空間干擾(高頻率/高壓大電流負載)的場合應選用光電隔離放大器:ISO U(A)-P-O系列.
概述： 工業(yè)現(xiàn)場傳感器與PLC/FCS/DCS、儀器儀表之間輸入輸出的模擬信號隔離放大器（亦稱模擬量隔離變送器）屬于模擬信號調理的范疇。模擬信號隔離放大器能有效保護各級控制回路，消除或減弱環(huán)境噪聲對測試電路的影響，抑制公共接地、變頻器、電磁閥及浪涌脈沖對設備的干擾，同時對下級設備具有信號限壓、扼流的功能。是變送器、儀器儀表、變頻器、電磁閥、PLC/DCS輸入輸出及其通訊接口的可靠防護器件。對于有些環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場，控制系統(tǒng)錯綜復雜，高溫、震動、潮濕和干擾信號并存，所以通過隔離放大器將輸入輸出模擬信號進行放大、轉換、遠傳且各系統(tǒng)回路隔離，的確是當今自動化控制系統(tǒng)中抗干擾的有效措施之一。
所謂帶寬（band width）又叫頻寬，是指在固定的的時間可傳輸?shù)馁Y料數(shù)量，亦即在傳輸管道中可以傳遞數(shù)據(jù)的能力。在數(shù)字設備中，帶寬通常以bps表示，即每秒可傳輸之位數(shù)。在模擬設備儀器中，帶寬通常以每秒傳送周期或赫茲 (Hz)來表示。信號的帶寬是指該信號所包含的各種不同頻率成分所占據(jù)的頻率范圍。
頻率響應簡稱頻響，在電子學上用來描述一臺儀器儀表、PLC等設備對于不同頻率的信號的處理能力的差異。同失真一樣，這也是一個非常重要的參數(shù)指標。
帶寬指標的測試方法如下，在輸入端加上一個頻率可調的正弦波模擬信號，輸出端可以穩(wěn)定跟隨輸入端信號的頻率范圍就是帶寬。工業(yè)信號隔離放大器帶寬指標的工程意義是什么呢？在應用當中我們如何理解“帶寬”呢?帶寬指標反映了隔離放大器對輸入信號變化的響應速度。帶寬越大，隔離放大器對信號變化的響應速度越快；帶寬越小，說明隔離放大器對輸入信號瞬間變化反應不敏感，在某些場合也就意味著抗干能力較強。
隔離放大器和隔離變送器的工作原理是首先將傳感器、儀器儀表、PLC等發(fā)送與接收的標準信號或溫度、位移、頻率、轉速等專用信號通過半導體器件進行調制，再由光感或磁感器件進行隔離轉換變送，然后進行解調還原成精度、線性度一致的原有信號或變換成其它信號，同時對隔離前后信號的工作電源進行隔離處理，以保證信號輸入、信號輸出與輔助電源即變換前后的信號、電源、地之間三隔離。模擬信號隔離放大器和隔離變送器屬于工業(yè)儀器儀表與傳感器分類中的一種器件，其主要功能是模擬量的隔離、放大、轉換及變送，因而就必然有信號帶寬和頻率響應這個基本的技術指標。
工業(yè)現(xiàn)場有變頻控制設備、大功率電磁起動設備、GPS高頻信號無線收發(fā)裝置等存在EMC干擾源的系統(tǒng)，需要針對不同的干擾源及系統(tǒng)控制信號的特性來分析確定干擾信號處理解決方案。
1、傳感器輸出模擬信號上的干擾
在傳感器輸出端加裝ISO系列模擬信號隔離放大器可以有效解決模擬信號傳輸過程中的衰減和EMC干擾，增強顯示控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。用于變頻器抗EMC干擾的模擬信號隔離放大器：ISO EM U-P-O-M系列，是在IC內部加裝輸入信號干擾抑制濾波電路和輸出干擾諧波吸收電路，增強抗EMC電磁干擾和高頻信號空間干擾功能。特別適用于現(xiàn)場有變頻控制設備、大功率電磁起動、GPS高頻信號無線收發(fā)裝置的場合。
2、高頻信號輻射的空間干擾
將各控制系統(tǒng)、設備分別加裝金屬屏蔽盒（不同頻率段使用的金屬成分不同)并將外殼可靠接地，信號通訊傳輸線路采用雙絞屏蔽電纜。
3、RS232/RS485的遠程通訊線路干擾
在RS232/RS485通訊接口上加裝DC-DC隔離模塊電源，將通訊供電電源與其它電源直接隔離開來。信號通訊傳輸線路也要采用雙絞屏蔽電纜(屏蔽層接地）。
4、系統(tǒng)供電電源電路中的干擾
現(xiàn)場有大電流晶閘管、變頻控制設備、大功率電磁起動裝置的，對電源系統(tǒng)的供電參數(shù)會產(chǎn)生畸變影響。通過電源電路，干擾信號會進入到現(xiàn)場的各個控制裝置。因此，首先要確定現(xiàn)場的各個裝置接地良好，各裝置的供電電源要加裝與其相匹配的電源濾波器（低通EMI濾波器或抑制電抗器）。
模擬信號隔離放大器隔離變送器的帶寬與頻響工業(yè)現(xiàn)場技術指標選型應用參考： 1、模擬信號在變化頻率緩慢（<50Hz）的場合（如測量溫度、壓力、位移、流量等），可選用帶寬較小、低頻響的隔離放大器：ISO EM U(A)-P-O-M系列產(chǎn)品(M：表示低頻響)。 所以在變頻器控制系統(tǒng)中，為抑制和隔離EMC干擾，常選用：ISO EM U-P-O-M系列的隔離放大器。 2、模擬信號在變化頻率高（>2KHz）的場合（如測量轉速、調節(jié)高速電子開關、開關電源的PWM控制等），為保障采集數(shù)據(jù)的完整和可靠，常選用高帶寬、高低頻響的隔離放大器：ISO EM U(A)-P-O-H系列產(chǎn)品 (H：表示高頻響)。 3、高頻與低頻響環(huán)境以外的大多數(shù)系統(tǒng)都選擇常規(guī)頻響（2K）產(chǎn)品：ISO EM A-P-O或ISO EM U-P-O系列。 4、對現(xiàn)場環(huán)境有強磁空間干擾（高頻電磁大電流負載）場合可選用光電隔離放大器：ISO U(A)-P-O-M系列。 常用兩線制無源型隔離放大器、隔離變送器IC， 參考技術資料下載： 1、4-20mA（0-20mA)電流環(huán)路隔離器IC： ISO 4-20mA 2、4-20mA兩線無源 I/V 轉換隔離變送器IC: ISO 4-20mA-O系列 3、4-20mA隔離控制器（有源信號調控PLC電流回路有源負載）IC：ISO 4-20mA-E 4、兩線制無源傳感器4-20mA回路隔離配電器IC：ISO 4-20mA-F 5、兩線制電壓信號配電隔離變送器IC：ISO V-4-20mA 常用有源型（需外接輔助電源）隔離放大器、隔離變送器IC ，選型應用參考技術資料下載： 1、 隔離放大器應用方案：現(xiàn)場模擬信號帶寬與隔離變送器頻響匹配技術 2、 IC封裝隔離放大器隔離變送器信號與電源部分外接保護電路圖 3、 ISO mV系列：毫伏級模擬微小信號專用隔離放大器IC 4、 ISO EM U(A)-P-O-T系列：零點、增益可調型模擬量隔離放大器隔離變送器 5、 ISO EM A(U)-系列：輸入端配電型隔離變送器IC 6、 ISO EM U(A)-D 系列：零點增益可調節(jié)的輸入配電型隔離變送器IC 7、 ISO EM-U(A)-P-O-O系列：1進2出低成本小體積IC封裝的模擬量隔離變送器隔離放大器 8、 ISO EM A-P-O系列：0-±10V雙向直流（電壓/電流）信號隔離放大器隔離變送器IC 9、 DIN3 ISOEM U-P-O(A-P-O)系列：單路DIN35導軌安裝低成本小體積隔離變送器 10、DIN 1X2 ISOEM U(A)-P-O系列：一進二出DIN35導軌安裝隔離變送器 11、DIN 2X1 C-P-O系列：2進1出模擬量平均值隔離變送器 12、DIN 2X2 ISOEM U(A)-P-O系列：二進二出DIN35導軌安裝隔離變送器 13、DIN 1X3 ISOEM U(A)-P-O系列：一進三出DIN35導軌安裝隔離變送器 14、
15、DIN ISO AC系列：無源型兩線制交流轉直流(AC/DC)信號隔離變送器
16、ISO EMH 4-20mA系列：軌道電壓監(jiān)測專用高隔離安全柵
17、ISO F-P-O系列：頻率信號(FV/ FI轉換)隔離變換器IC
18、ISO U(A)-P-F系列：模擬信號轉頻率脈沖信號（V/F）隔離變送器IC
19、ISO EM RMS-P-O系列：模擬量真有效值（RMS）信號隔離變送器隔離放大器
隔離放大器隔離變送器IC外型尺寸及PCB布板尺寸參考（SIP12 PiN）： 隔離放大器隔離變送器IC，ISO EM 系列典型應用接線圖（ISO EM A-P-O / ISO EM U-P-O）： 零點、增益可調節(jié)型隔離放大器IC，ISO EM-T 系列典型應用接線圖（ISO EM A-P-O-T / ISO EM U-P-O-T）： 輸入端隔離配電型隔離變送器IC，ISO EM-S 系列典型應用接線圖（ISO EM A- / ISO EM U-）： ISO EM 系列模擬量隔離放大器隔離變送器，產(chǎn)品外形及安裝方式參考
