探討信號(hào)隔離變送器在PSM短波發(fā)射機(jī)中的應(yīng)用

【摘要】 本文簡(jiǎn)述了mV級(jí)信號(hào)隔離變送器原理，性能參數(shù)及特點(diǎn)。并以實(shí)例介紹了mV級(jí)信號(hào)隔離變送器在PSM短波發(fā)射機(jī)采樣系統(tǒng)中的應(yīng)用情況。

【關(guān)鍵詞】 PSM短波發(fā)射機(jī) 信號(hào)隔離變送器 PLC 自動(dòng)化

一、引言

對(duì)于工作在高電壓、大電流、高頻率條件下的大功率短波廣播發(fā)射機(jī)，傳統(tǒng)的采樣技術(shù)是通過(guò)電阻降壓和電阻分流額方式直接變送，用電感和電容濾波完成對(duì)電壓或電流信號(hào)的平滑，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量。但是由于多電阻串并聯(lián)后體積較大，且設(shè)備大信號(hào)電路電位并沒(méi)能與小信號(hào)電路實(shí)現(xiàn)真正意義上的物理隔離，所以故障時(shí)極易造成小信號(hào)設(shè)備回路損壞。隨著數(shù)字化、自動(dòng)化和信息化的發(fā)展，處理大信號(hào)與小信號(hào)的關(guān)系愈加彰顯其重要性，因此尋找一種更安全可靠的，與PLC模擬輸入模塊直接連接的取樣變送器，就顯得尤其重要。

信號(hào)隔離變送器是連接工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)儀表或控制之間的電氣設(shè)備，作為電磁隔離器件，它能實(shí)現(xiàn)輸入端信號(hào)、輸出端信號(hào)和供電電源三者之間兩兩隔離，從而有效地解決發(fā)射機(jī)自動(dòng)化取樣系統(tǒng)隔離以及現(xiàn)場(chǎng)干擾問(wèn)題，確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。

二、信號(hào)隔離變送器的基本原理

mV級(jí)信號(hào)變送器，接收來(lái)自發(fā)射機(jī)的mV級(jí)電壓信號(hào)輸入，通過(guò)電磁隔離，放大，再隔離，以標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)形式輸出到控制、PLC等設(shè)備輸入端，具有輸出精度高、線性度好、溫漂系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)。該器件基本原理如圖1所示。

信號(hào)輸入端與電源輸入端，信號(hào)輸入端與信號(hào)輸出端，電源輸入端與信號(hào)輸出端用2.5KV直流電壓測(cè)試，漏電流<1mA。三端信號(hào)相互用500V直流兆歐表測(cè)試，絕緣電阻大于100MΩ。

三、信號(hào)隔離變送器的性能參數(shù)和特點(diǎn)

信號(hào)隔離變送器采用24V直流或12V電壓直流電源供電，電源輸入允許±5%誤差。 輸入功率 ≤1W，電源具有反接保護(hù)措施，輸入信號(hào)輸入阻抗 ≥10MΩ近似高阻輸入，輸出負(fù)載能力≤500Ω，帶載能力強(qiáng)。器件標(biāo)準(zhǔn)尺寸，采用24腳塑封結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)管座插拔。其特點(diǎn)是高精度等級(jí)（0.1% F.S.），高線性度（0.1% F.S.），高隔離電壓（2.5KVDC/60s），極低溫漂（50PPM/℃），工業(yè)級(jí)（工作溫度范圍： -25℃～71℃），器件性能可靠MTBF>50萬(wàn)小時(shí)。信號(hào)隔離變送器封裝外形和接線如圖2所示。

四、信號(hào)隔離變送器在中短波發(fā)射機(jī)中的使用

短波發(fā)射機(jī)使用電壓范圍在0—3萬(wàn)伏之間，電流在0至500A之間，傳統(tǒng)的做法是多個(gè)電阻串聯(lián)分壓直接取出小信號(hào)傳送到測(cè)量保護(hù)控制單元。如圖3所示，一旦電路中有電阻阻值升高或開(kāi)路故障，會(huì)導(dǎo)致電壓異常升高，直接造成指示測(cè)量保護(hù)控制單元器件損壞。如圖3中R1開(kāi)路，取樣信號(hào)輸出端D點(diǎn)電壓UAB約等于C點(diǎn)電壓值，極易造成所接測(cè)量保護(hù)控制單元電路損壞。

對(duì)比圖3和圖4的電路，我們可以看到圖4中增加了信號(hào)隔離變送器，A’B’取樣信號(hào)和D’之間增加了隔離。好處是，即使當(dāng)R1’阻值升高或開(kāi)路故障時(shí)，UA’B’兩端電壓升高，但是隔離部分根據(jù)電磁變換原理進(jìn)行了物理隔離，因此D’點(diǎn)的電壓升高受信號(hào)隔離變送器輸出極限制約，不會(huì)直接造成監(jiān)測(cè)控制保護(hù)電路的損壞。

五、使用信號(hào)隔離傳送器要注意的幾個(gè)問(wèn)題

（1）抗干擾問(wèn)題：短波發(fā)射設(shè)備工作頻率在3.2MHZ至26.1MHZ之間，設(shè)備自身是一個(gè)很大的輻射體，而我們所需要的取樣信號(hào)，必須是低頻的。雖然信號(hào)隔離變送器具備良好的抗共模干擾能力，但差模抗干擾方面仍待加強(qiáng)。在實(shí)際中，隔離放大部分往往被射頻信號(hào)感應(yīng)，從而嚴(yán)重干擾傳送器的工作，造成器件輸出信號(hào)不穩(wěn)，因此，解決抗干擾問(wèn)題尤為關(guān)鍵。可以采用的方法主要有：取樣電信號(hào)電纜線采用帶屏蔽的專業(yè)信號(hào)傳輸線；信號(hào)線兩端外皮屏蔽線良好接地；采用抗干擾的磁環(huán)濾除更高射頻的干擾。

（2）設(shè)備參數(shù)的匹配：表1簡(jiǎn)單列舉部分TM系列產(chǎn)品型號(hào)參數(shù)。

（3）輸入信號(hào)平滑：發(fā)射機(jī)作為調(diào)制設(shè)備，其末級(jí)電子管工作狀態(tài)為丙類，且隨著音頻負(fù)載調(diào)幅度的變化而快速變化。因此，監(jiān)測(cè)設(shè)備指示遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上其變化速度，這就要求我們?cè)谳斎胄盘?hào)隔離傳送器前對(duì)取樣信號(hào)進(jìn)行積分處理，選取適合的積分電路以平滑信號(hào)隔離變送器的輸入信號(hào)，取平均值以壓縮動(dòng)態(tài)變化范圍，如圖5所示。

六、優(yōu)點(diǎn)

（1）實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行設(shè)備與處理采樣信號(hào)設(shè)備之間完全的物理隔離，避免了大數(shù)量級(jí)信號(hào)設(shè)備對(duì)小數(shù)量級(jí)信號(hào)設(shè)備的損壞。

（2）信號(hào)隔離傳送器的輸出具有良好的線性特性，能夠完美的表現(xiàn)大數(shù)量級(jí)信號(hào)的輸出狀態(tài)。

（3）可直接與監(jiān)測(cè)，保護(hù)，控制電路連接，不用進(jìn)行二次電路變換。

（4）器件運(yùn)行可以實(shí)現(xiàn)免維護(hù)。體積小，安裝便捷，施工更方便。

七、小結(jié)

信號(hào)隔離變送器可以應(yīng)用到PSM短波發(fā)射機(jī)的監(jiān)測(cè)，控制和保護(hù)電路等，如PLC模擬輸入模塊，牛頓模塊，儀表指示電路等設(shè)備，為發(fā)射機(jī)信息化提供友好的接口環(huán)境。在實(shí)際的使用過(guò)程當(dāng)中，電磁的隔離效果好，輸出線性好，運(yùn)行可靠穩(wěn)定，是短波發(fā)射機(jī)隔離變送的理想器件。