首先,简单理解一下它的核心作用:无源电流隔离器是一种无需独立电源供电的信号处理设备。 它从输入信号(通常是4-20mA电流环)中“窃取"微小的能量,为自己供电,并完成信号的隔离、转换和传输。
其最重要的价值在于:
电气隔离: 切断地环路,消除不同设备间的电势差造成的干扰,防止设备损坏。
信号纯净: 提高信号传输的抗干扰能力,保证测量和控制精度。
设备保护: 将现场侧(可能有过压、浪涌、雷击风险)与控制室侧昂贵的PLC/DCS系统隔离开。
无源特性: 无需额外布线供电,简化安装,特别适合在防爆或供电困难的区域使用。
基于这些特点,其应用场景非常广泛,主要集中在工业自动化和过程控制领域。
这是经典的应用。当系统中多个设备接地点的电位不一致时,会形成“地环路",产生额外的电流,导致信号测量值跳动、不准甚至损坏设备。
场景举例:
一台现场的流量计(在A点接地)输出4-20mA信号,传输到控制室的PLC(在B点接地)。由于A和B两点之间存在电势差,信号中会叠加一个干扰电流。在中间串联一个无源电流隔离器,可以切断这个地环路,保证PLC接收到纯净的信号。
需要将一个传感器信号同时送给两个或多个接收设备(如:送给PLC同时再送给显示仪表或记录仪)。
场景举例:
一个压力变送器的输出信号需要同时送入PLC进行控制和中控室的数显表进行显示。可以使用一个一入两出的无源隔离器,它将输入信号隔离后,复制生成两个独立的输出信号,分别送给PLC和数显表,避免了设备之间的相互影响。
许多两线制传感器需要PLC或DCS卡件提供配电(通常是24V DC)才能工作。但如果卡件不支持配电,或者需要隔离时,就需要用到此类隔离器。
场景举例:
一个两线制的温度变送器需要24V配电,但现有的PLC模拟量输入模块不具备配电功能。可以使用无源隔离器(带配电功能)。隔离器从外部引入24V电源,一方面为现场的变送器供电,另一方面接收变送器的电流信号,经过隔离后再输出给PLC的不配电输入通道。
在石油、化工、天然气等存在爆炸性气体的危险区域,尽可能减少现场供电设备和线缆是重要的安全原则。
场景举例:
在化工厂的防爆区内,一个气体检测仪的信号需要传送到安全区的控制系统。在此场景下,使用无源电流隔离器是格外合适的选择,因为它自身不需要电源,能量取自信号线,从根本上避免了电火花产生的风险,符合防爆要求。
不同设备之间的信号参考点可能不兼容,直接连接会导致问题。
场景举例:
将一台老旧的设备(接地方式特殊)的信号接入新的DCS系统。为了避免不确定的兼容性问题和新系统被损坏的风险,在信号线中接入一个无源隔离器是最稳妥、安全的做法。
信号在长距离传输中容易受到电磁干扰而衰减或失真。隔离器可以起到信号中继和增强的作用,保证信号质量。
场景举例:
一个远在500米外的水位计信号,传输到中央控制室时变得不稳定。在传输线路的中段或接收端前加装隔离器,可以重塑信号,提高信噪比。
石油化工: 广泛用于反应釜、储罐、管道的温度、压力、流量、液位信号隔离,是防爆和安全的关键组件。
电力行业: 用于发电机、变压器、配电柜的各种电量(电流、电压)和非电量(温度、振动)监测信号的隔离。
水处理/环保: 用于水泵、阀门控制,以及pH值、浊度、流量等监测信号的隔离。
冶金矿山: 环境恶劣,电磁干扰强,大量使用隔离器来保证电机、风机、传送带等设备的控制信号稳定。
楼宇自控: 用于冷站、热站、空调机组中各种传感器和执行器信号的隔离与分配。
选择无源电流隔离器,主要是看中其:
安全: 无需外部电源,适合防爆区。
简便: 节省了电源布线的成本和麻烦,即插即用。
经济: 通常比有源隔离器成本更低。
可靠: 没有额外的电源部件,故障点更少。