只有当控制装置和分布在现场的传感器和执行器之间的模拟信号传输无故障并且不失真时，具体地说。才干保证过程控制平安可靠。尤其是小功率的模拟信号在干扰大的工业环境中传输时受各种外部干扰信号的影响，需要一条可靠的传输通道。日常工作经验标明，受设备要求的制约，必需谨慎小心的处置和传输模拟信号。而现场和控制层之间以模拟信号形式传输的丈量和控制参数，传输工程中常处于较恶劣的工业环境中，很可能会造成这些信号的失真。

造成模拟信号失真的原因

      当过程环路中有两处或两处以上接地电阻不相等时，1. 接地环路问题：如下图所示。就会发生接地环路，过程信号就会失真。

这些回路中，2. 丈量回路相互连接问题：如下图所示。参考点要将因为接通多个信号回路而升高。

这种相互连接的丈量回路中，

特别是长距离或者干扰较大的工业环境中，3. 电磁干扰问题：这是比较罕见的干扰。很难防止感性和容性干扰在丈量回路中相互参杂的情况。

解决这些问题的方案主要有三种：

     使过程环路中只有一个接地点，种方案是现场仪表不接地。但在实际应用中，这种方案往往难以实现，因为某些设备必需接地才干保证丈量精度或确保人身平安，某些设备可能因为临时遭到腐蚀和磨损后或气候影响而形成新的接地点。

但由于接地点的电阻受地质条件及气候变化等众多因素的影响，第二种方案是使两接地点的电势相同。这种方案通常是很难实现的

断开过程环路中的直接电路（直流通路）但又不影响过程信号的正常传输，第三种方案是过程环路中使用信号隔离器。信号隔离器采用隔离技术。从而完全解决了上述问题。如下图：

也可以用 DCS 隔离卡键或带隔离能力的变送器实现信号隔离，

信号隔离器原理

信号隔离（变换）器从隔离方式上主要分为：变压器隔离方式，目前。光电隔离方式和变压器与光电联合隔离方式等几种。

早期的信号隔离器（如美国 MOORE 日本 M-SYSTEM 等）都是采用变压器隔离方式，信号隔离器至今已有 40 多年的历史。特点是性能稳定，寿命长（比方：日本 M-SYSTEM 公司的 M2 系列隔离变换器标称的使用寿命长达 70 年！带负载能力强，隔离强度高，但电路复杂，制作工艺要求更高。

近些年来逐渐出现了利用光耦合器（ optic coupler 生产的光电式隔离器，随着电子技术的发展。特点是性能稳定，抗干扰能力强，而且线路简单，利息低廉，但相对于变压器隔离方式寿命略短。

工艺要求较高场合出现了变压器与光电联合方式的信号隔离器，一些现场干扰较大。隔离能力、抗无限射频和电磁干扰能力更强。比如日本 M-SYSTEM 公司生产的远程数据采集系统 R5 系列的模拟量采集模块就应用了变压器和光电联合隔离方式。

信号隔离器的原理图如下：

隔离器实现了输入对输出对电源对地的四端三重隔离电路设计，

隔离器主要技术指标

这是衡量信号隔离器的主要参数。单位：伏特 @1 分钟。指的输入与输出，1. 隔离强度：也叫隔离能力、耐压强度或测试耐压。输入与电源，输出与电源之间的耐压能力。数值越大说明耐压能力越好，隔离能力越强，滤波性能越高。一般的这种耐压测试是通过一次性样品的耐压检验来确定的该测试过程中，将继续若干分钟地分别在输入与输出、输入与电源、输出与电源之间加载 50Hz 工频电压，以便得出器件同另一个电势面之间不会发生击穿的电压数值。

市场上的信号隔离器的隔离强度分为 2000V@1 分钟，目前。 1500V@1 分钟， 1000V@1 分钟， 500V@1 分钟等几个级别。比方：日本 M-SYSTEM 和美国 ACI 信号隔离器隔离强度为 2000V@1 分钟；其他国外品牌能做到 1500V@1 分钟；而目前国内的几个品牌也能做到 1000V@1 分钟，甚至 1500V@1 分钟的隔离强度。

2. 精度：这是衡量一个信号隔离变送器质量的标尺。业内一般能做到量程的 ± 0.2% 个别品牌如 M-SYSTEM ACI 等能做到 ± 0.1%

精度的变化情况。大多情况下用百分数表示 （ 也有用单位 250ppm/K 表示的如： M-SYSTEM 温度系数为± 0.015%/ ℃ （相当于 150ppm/K 3. 温度系数：表示隔离器等仪表在环境温度发生变化时。

4. 响应时间：表征信号隔离器的反应速度。

5. 绝缘电阻：内部电源与外壳之间隔离直流作用的数值化表征。

6. 负载电阻：反映了信号隔离器的带载能力。

信号隔离（变换）器的应用举例

1. 隔离输入 / 输出信号

另一方面能有效地去除线路在传输过程中可能受到无限射频和电磁干扰问题。 这是信号隔离器*主要的功能。信号隔离器一方面能解决接地环路和设备互联时产生的地线参考点不同的问题。

两台现场设备（ 1# 和 2# 仪表）向 PLC/DCS 传送模拟信号，

信号隔离器具有使输入 / 输出信号在电气上完全隔离的特点。换句话讲，解决上述问题的方法就是输入端和输出端分别加上。从信号隔离器的原理图可以看出。现场输入设备与主控接收设备间不存在共 “ 地 ” 那么输入信号不论是 0-10V 或是带有哪怕 +10V 干扰的 10V-20V 信号，经过隔离器后均变为 0-10V 规范信号。例如某大型水泥厂新建窑炉的生产线调试中，当现场炉温信号接入国外某著名品牌 DCS 系统的 8 通道模拟量输入卡键后，温度数据乱跳，根本无法控制，但在现场进行单点测试时又很稳定也很准确。又如某电厂化水处置工程中，当现场各种不同类型的压力变送器信号接入 PLC 后，数据跳动厉害，而且误差非常大，但同样在现场进行单点测试时很稳定也很准确，可是只要向 PLC 接入两点以上的信号后，信号就发生跳变。这两种情况在加了信号隔离器后，一切正常！

经常遇到将一个变送器信号接入两个或两个以上接收装置的情况，实际应用中。若采用串联环路，则环路中任一处开路都会造成整个环路上的仪表无信号，同时负载电阻之和很容易逾越变送器的负载能力，所以一般不采用这种方式。通常采用的方式是环路中串接一个电阻，再将负载并联在电阻上以取得电压信号，如串接一个 250 Ω电阻将 4-20mA 电流信号转换成 1-5V 电压信号。如下图：

但却存在以下缺乏：

加之存在接线端电阻以及电阻发热引起阻抗升高等因素， ① 由于电阻自身难以达到高精度。所以电压信号较难保证高精度；

而且， ② 通过串联电阻取电压信号方法是以假定接收设备的输入阻抗无穷大为理想前提的所以接收设备的输入阻抗肯定对信号的丈量发生误差。并联设备数目越多，误差越大；

电阻的电压降越大， ③ 导线越长。对实际电压信号的影响也越大，因此信号传输距离不能太长；

所以该连接易受无限射频 / 电磁干扰。 ④ 由于 RFI/EMI 无线射频 / 电磁干扰）信号容易与电压信号叠加。

可以解决以上各种问题，解决以上问题的理想方案就是使用信号（隔离）分配器！精度高、隔离能力强。以下图为例：

两输出信号既可相同也可互异，

3. 防止电源抵触

由于协调有利，有时现场仪表在配套时。发生了如下情况：接收设备（如某些 DCS 输入卡键）信号接入端带有 24V 电源（即我常说的两线制接口）而现场为 4 线制变送器，输出信号为有源信号，因此，来自于现场的 4 线制变送器输出信号与来自于接收装置的两线制电源信号就会发生冲突。

通过信号输出线由接收设备供电，解决的方法是接入输出环路供电型隔离器。并将现场 4 线制变送器的有源信号经隔离后输出给接收设备，这样不只防止了电源抵触，而且还对信号实行了隔离。如图：

美国 ACI SBDY 系列等）具有向 2 线制变送器供电的功能，由此可以免去为变送器再配置电源的麻烦。并且也提供了信号隔离功能。如下图： 4 线制外部供电型信号隔离器 , 又叫隔离配电器（如：日本 M-SYSTEM M5DY 系列。

5. 信号转换并隔离

可接受如直流标准（或非标准）信号、热电偶信号、热电阻信号、电位计信号，上述介绍的所有隔离器都带有信号转换功能。甚至交流信号等，并可以输出用户需要的各种信号。