探討信號隔離變送器在PSM短波發射機中的應用

【摘要】 本文簡述了mV級信號隔離變送器原理，性能參數及特點。并以實例介紹了mV級信號隔離變送器在PSM短波發射機采樣系統中的應用情況。

【關鍵詞】 PSM短波發射機 信號隔離變送器 PLC 自動化

一、引言

對于工作在高電壓、大電流、高頻率條件下的大功率短波廣播發射機，傳統的采樣技術是通過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電壓或電流信號的平滑，以實現設備參數的準確測量。但是由于多電阻串并聯后體積較大，且設備大信號電路電位并沒能與小信號電路實現真正意義上的物理隔離，所以故障時極易造成小信號設備回路損壞。隨著數字化、自動化和信息化的發展，處理大信號與小信號的關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。

信號隔離變送器是連接工業現場儀表或控制之間的電氣設備，作為電磁隔離器件，它能實現輸入端信號、輸出端信號和供電電源三者之間兩兩隔離，從而有效地解決發射機自動化取樣系統隔離以及現場干擾問題，確保系統穩定可靠的運行。

二、信號隔離變送器的基本原理

mV級信號變送器，接收來自發射機的mV級電壓信號輸入，通過電磁隔離，放大，再隔離，以標準電流信號形式輸出到控制、PLC等設備輸入端，具有輸出精度高、線性度好、溫漂系數小等優點。該器件基本原理如圖1所示。

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

三、信號隔離變送器的性能參數和特點

信號隔離變送器采用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，電源具有反接保護措施，輸入信號輸入阻抗 ≥10MΩ近似高阻輸入，輸出負載能力≤500Ω，帶載能力強。器件標準尺寸，采用24腳塑封結構，可以實現管座插拔。其特點是高精度等級（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/℃），工業級（工作溫度范圍： -25℃～71℃），器件性能可靠MTBF>50萬小時。信號隔離變送器封裝外形和接線如圖2所示。

四、信號隔離變送器在中短波發射機中的使用

短波發射機使用電壓范圍在0—3萬伏之間，電流在0至500A之間，傳統的做法是多個電阻串聯分壓直接取出小信號傳送到測量保護控制單元。如圖3所示，一旦電路中有電阻阻值升高或開路故障，會導致電壓異常升高，直接造成指示測量保護控制單元器件損壞。如圖3中R1開路，取樣信號輸出端D點電壓UAB約等于C點電壓值，極易造成所接測量保護控制單元電路損壞。

對比圖3和圖4的電路，我們可以看到圖4中增加了信號隔離變送器，A’B’取樣信號和D’之間增加了隔離。好處是，即使當R1’阻值升高或開路故障時，UA’B’兩端電壓升高，但是隔離部分根據電磁變換原理進行了物理隔離，因此D’點的電壓升高受信號隔離變送器輸出極限制約，不會直接造成監測控制保護電路的損壞。

五、使用信號隔離傳送器要注意的幾個問題

（1）抗干擾問題：短波發射設備工作頻率在3.2MHZ至26.1MHZ之間，設備自身是一個很大的輻射體，而我們所需要的取樣信號，必須是低頻的。雖然信號隔離變送器具備良好的抗共模干擾能力，但差?？垢蓴_方面仍待加強。在實際中，隔離放大部分往往被射頻信號感應，從而嚴重干擾傳送器的工作，造成器件輸出信號不穩，因此，解決抗干擾問題尤為關鍵?？梢圆捎玫姆椒ㄖ饕校喝与娦盘栯娎|線采用帶屏蔽的專業信號傳輸線；信號線兩端外皮屏蔽線良好接地；采用抗干擾的磁環濾除更高射頻的干擾。

（2）設備參數的匹配：表1簡單列舉部分TM系列產品型號參數。

（3）輸入信號平滑：發射機作為調制設備，其末級電子管工作狀態為丙類，且隨著音頻負載調幅度的變化而快速變化。因此，監測設備指示遠遠跟不上其變化速度，這就要求我們在輸入信號隔離傳送器前對取樣信號進行積分處理，選取適合的積分電路以平滑信號隔離變送器的輸入信號，取平均值以壓縮動態變化范圍，如圖5所示。

六、優點

（1）實現了運行設備與處理采樣信號設備之間完全的物理隔離，避免了大數量級信號設備對小數量級信號設備的損壞。

（2）信號隔離傳送器的輸出具有良好的線性特性，能夠完美的表現大數量級信號的輸出狀態。

（3）可直接與監測，保護，控制電路連接，不用進行二次電路變換。

（4）器件運行可以實現免維護。體積小，安裝便捷，施工更方便。

七、小結

信號隔離變送器可以應用到PSM短波發射機的監測，控制和保護電路等，如PLC模擬輸入模塊，牛頓模塊，儀表指示電路等設備，為發射機信息化提供友好的接口環境。在實際的使用過程當中，電磁的隔離效果好，輸出線性好，運行可靠穩定，是短波發射機隔離變送的理想器件。