仪表电路中可能导致出现接地回路的原因很多。当出现接地回路时，即使您采取了措施，例如使用适当的电缆屏蔽双绞线和预防措施，它们仍将为工业现场带来很大的问题。一个消除接地回路的可靠方法是正确使用信号隔离器，下面提供了选择和安装信号隔离器的一些实用技巧。

   接地回路问题

   当信号传输和接收装置连接到不同的接地点时，会出现对地回路。这些不同的接地点可能是由于设备连接到不同的电源所产生的，这在长距离电缆传输时很常见。它们也可能是由于设备的金属外壳与地面发生了物理接触。这导致了一个不被人注意的电气回路，从而产生了一个误差源。

   任何时候，如果导线连接了两个不同的电位（例如地电位），将产生电流。在实践中，这往往包括了一个仪表回路中的信号线和屏蔽线。只在一端接地将避免产生对地环流，但这通常很难实现和维护。

   由于无法在信号的接收端通过简单的观测来测定信号的精度，因此不同接地电位产生的对地环流将为信号回路引入无法检测的误差。如果您发现了不明原因的信号噪声、误差、冲击或锁死，您可能有一个对地环流的问题。

   交流或直流回路都可能产生对地环流。在绝大多数的电气设备中，交流供电的中线只在用户引入线的部分接地。任何在电气系统中别处产生的中线对地连接，都将可能引入60Hz的电流入地。由于中线对地连接引入的电流将随着设备的电气负载而改变，用户引入线的接地和远程设备之间的电位差将导致对地环流的产生（图一）。
  
                   
                  
                                              图一（有接地故障）  

                        

                                             图一（无接地故障）  

   当多个直流电压源有一个公共连接时将出现一个直流回路。由于它们是连在一起的，当一个地方产生电压，将会改变另一个地方的电压。这些电压也会随着负载而改变，同时无法通过传感器或接收器的简单调节进行预测和补偿。

  如何才能防止接地回路？

  信号隔离器提供了防止接地回路问题的高度可靠和易于维护的方式。信号隔离器安装在传感器和接收器之间，并将他们隔离。一旦安装，它们几乎不需要维护和调试。

   信号隔离器通过隔离变压器或光耦隔离器将传感仪表和接收仪表接地连接切断。这两种器件都提供了高水平的隔离。

   隔离器还包括了一个低通滤波器，消除高频EMI/RFI噪声和60Hz的电源电压产生的干扰信号。一个截止频率为30Hz的隔离器响应时间为11.4ms，这个速度足以满足绝大多数的过程测量的需要。制造商可以根据需求提供更快响应速度的产品，但是这些模块也更容易受到噪声的影响。

   如何选择一个隔离器？

   信号隔离器是确保信号传输准确性的最简便方法（在总的维护成本上花费最少）。但是一些误区必须避免，防止误用和为控制系统带来问题。

   这些误用的主要原因之一是对于如何给一个特定的回路供电的不当理解。供电可以被并入一个仪表回路中的不同位置，例如传感器、接收器，或信号回路。由于在很多运行系统中需要采用隔离器，工程师在订购隔离器之前必须知道回路中这些设备如何供电。

   隔离器的供电可以有三个来源：独立电源，输入回路，或输出回路。无论采用何种方法，都必须妥善设计，以免干扰传感器和接收器所需要的电力。下面详细讨论每种方法：

   有源隔离器

   所有隔离器当中最流行的也许是有源隔离器。有源隔离器通过连接了一个230/120VAC或更通用的24VDC电源来提供负载功率并为输出回路供电（图二）。
  
                    

                                     图二 有源隔离器  

   在此应用中，需要两个电源，一个用于传感器和输入回路，一个用于隔离器和输出回路。同时接收器（通常是PLC卡）和输出回路两者都不能独立供电，并且要采用一个三端隔离器放大器（三端隔离指输入/输出，输入/供电，输出/供电之间的隔离）。

   这类模块的主要特点：

   1. 相对于系统中大量仪表和长距离电缆产生的沉重负载，模块在输入回路中的负载很低，通常只有50W。这会是一个优势。

   2. 输出回路独立于输入回路，成为一个新的回路。这使得输出回路可以传输更长的距离，并为更多的设备提供过程信息。

   3. 通用模块可提供信号转换的功能，允许客户自行配置输入/输出信号，减少库存（图三）。
 
                     
  
                                    图三 DIP开关组态  

  输入回路供电隔离器

   输入回路供电隔离器广泛用于独立供电传感器和无源PLC卡件。他们通过输入回路获得所需用电。通常供电直接来自于传感器。一个单独的电源不应该连接到隔离器、接收器或输出回路。（图四）
                 
                  
                                    图四   输入回路供电隔离器

   这种回路供电隔离器通过输入回路的供电驱动自身内部的电气电路和输出回路。因此，它增加了输入回路的负载。必须纳入功率计算，以确保传感器有足够的电压去驱动所有连接的设备。（制造厂商可以提供隔离器的压降，值越低越好）

   另外，输出回路的负载电阻也必须是已知的，以计算总压降，因为输入回路的电压源也被用于输出回路供电。压降可以通过以下公式计算：Vdrop =Visolator + (20 mA x Routput loop)。

   我们需要确保输入回路的电源供应至少可以满足输出回路所需的电量。

   输入回路供电隔离器通常隔离电流信号，而不是电压信号。输入侧回路电流驱动隔离器。输入回路供电隔离器提供输入和输入之间的电气隔离。产品种类可选择一，二，四通道模块，增强灵活性和节省空间。

   输出回路供电隔离器

   在某些情况下，尤其是设计传感器或接收器（控制系统）的改造，输出回路供电隔离器是必要的。这些设备可用于回路中存在多个电源的情况。例如，当传感器和接收器（PLC有源卡件）都是独立供电时，它们都将试图给回路供电，而这样是不允许的。这时，我们可以通过一个输出回路供电隔离器将它们分开（图五）。
  
                   
 
                                    图五 输出回路供电隔离器  

   由于隔离器从输出回路得电，它们可以用在回路中用于电流信号输出，例如4~20mA。但是不能输出电压信号。输入侧可以和三端隔离放大器一样传输电压或电流信号。值得注意的是，如果输出回路的总负载很大，输出回路的压降仍需考虑在内。

   输出回路供电隔离器提供输入和输出之间的电气隔离。它们采用DIN导轨安装的外壳设计，可以节约宝贵的控制柜内轨道空间。

  馈电隔离器

   馈电隔离器在今天也不是一个陌生的名称。在某些应用中，得到了大量的使用。本质上，馈电隔离器是一个输入和输出侧都往外供电的三端隔离放大器。馈电隔离放大器仍然提供输入/输出，输入/供电，和输出/供电之间的电气隔离（图六）。
  
                   

                                       图六 馈电隔离器  

   供电电源通常是24Vdc，并直接连接到隔离器。隔离器给输入回路和24Vdc的传感器供电。通常电流可以达到30mA。输入回路和输出回路都必须是电流信号，例如4~20mA信号或智能信号。

   在这里，智能信号指的是叠加在4~20mA信号波形上的数字信号。一个典型的例子是在很多设备中使用到的HART协议。它通过在缓慢变化的电流信号上叠加一个0.5mA的正弦波来工作。正弦波工作在1200和2200Hz，并传输来自于传感器的操作信息。这使得用户可以自动重新校准传感器或远程改变量程范围。

   一个标准的隔离器会将这种高频信号认为是一种噪声，并通过低通滤波器进行消除。而智能隔离器会通过额外的电路接收并转发数字信号。模块上附加的端口可以用于手操通讯设备方便的接入回路当中。

  正确的选择带来维护工作的最小化

   正确的选择和使用隔离器可以简化系统设计和提高可靠性。了解电源的安装定位和选择正确的隔离器将有助于最大限度的降低运营问题和维护需求。菲尼克斯电气的MINI MCR系列和MACX MCR系列不仅能够满足客户所有功能需求，同时还具有超薄外型，低功耗，底部桥接供电，多种国际认证（UL ，GL，CE，Ex，SIL），高电气隔离等特点。为您现场的可靠运行，提供助力。