概述

TCA(TC)系列安全柵(隔離器)，是面向現(xiàn)場(chǎng)傳感器和執(zhí)行器的信號(hào)轉(zhuǎn)換儀表，轉(zhuǎn)換結(jié)果為高內(nèi)阻恒流信號(hào)4~20mA , 可長(zhǎng)距離無損耗傳輸。該系列產(chǎn)品均能夠確保現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)跟連接設(shè)備實(shí)現(xiàn)高壓電氣隔離，在系統(tǒng)電源、輸入、輸出信號(hào)三者之間，形成零電流或零電位差屬性的簡(jiǎn)單連接關(guān)系，保持信號(hào)傳輸準(zhǔn)確平穩(wěn)；也將復(fù)雜的地線配線技術(shù)難度及成本降到最低。其中的TCA安全柵各型號(hào)產(chǎn)品，同時(shí)具有防止危險(xiǎn)能量通過轉(zhuǎn)換電路饋送到爆炸性氣體現(xiàn)場(chǎng)的能力，維持信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)達(dá)到對(duì)應(yīng)的安全防爆等級(jí)。防爆、隔離、轉(zhuǎn)換三種功能，是該系列產(chǎn)品的主要特性。(注：請(qǐng)參閱本文后面的關(guān)于電源-輸入-輸出三隔離形式在實(shí)際應(yīng)用時(shí)的參考意見)

TCA(TC) 的輸入與輸出的通道型式有1入1出、1入2出、1入3出、1入4出、2入2出、3入3出、4入4出(無源隔離器)、分為TCA系列安全柵和TC系列隔離器兩大類型，電路排版以隔離式安全柵產(chǎn)品為主體，不裝配本安電路部件時(shí)，構(gòu)成隔離器。

TCA(TC) 外部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是外形輕薄，通道容量大，最小的通道寬度≤4.23mm/路。具有高的路盤比，1m盤寬的橫向通道容量＞200通道/排。內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是通用部件使用率＞90%，功能電路采用模塊化，單機(jī)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)模板化。

TCA(TC) 電路特點(diǎn)是電氣節(jié)能。變壓器電壓隔離和負(fù)載自適應(yīng)的實(shí)用電路，輸入隔離電路消耗電流<500μA，輸出隔離電路消耗電流<200μA。不采用硬承受功率的電路和散熱結(jié)構(gòu)，微型封裝器件選用比例＞90%，除防爆和防浪涌等保護(hù)電路之外，不使用功率器件，整機(jī)無散熱槽孔，導(dǎo)軌密集安裝的溫升<10℃。

TCA(TC) 的性能特點(diǎn)是精度為±0.05%FS，在一般控制室范圍內(nèi)，無溫度和時(shí)間漂移，長(zhǎng)期使用和存儲(chǔ)均可保持準(zhǔn)確度，不需校正。跟標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量表一樣，不設(shè)外部零點(diǎn)和滿度電位器 (含一入多出)。文內(nèi)提供兩種簡(jiǎn)易檢測(cè)方法， 可以有效保障計(jì)量精度， 降低檢測(cè)成本。 (參見 ”指標(biāo)驗(yàn)證“)

TCA(TC) 安裝屬性特點(diǎn)是端口保護(hù)措施完備，對(duì)所有端口可能出現(xiàn)的開路短路，±24V電源在任意兩端口之間的錯(cuò)接誤接，提供獨(dú)立及持續(xù)的保護(hù)功能。可選用工位號(hào)顯示以利于誤接線等故障排除。在滿足整機(jī)精度前提下，設(shè)計(jì)的失效率控制值<0.05%。

電氣性能

1. 精度±0.05%FS。溫度漂移：典型值＜±1μA/10℃，-20到+80℃烘箱實(shí)驗(yàn)，典型值＜±10μA。

2. 測(cè)試預(yù)熱的時(shí)間為零。

3. 長(zhǎng)期通電和放置時(shí)間漂移＜±2μA/半年(每月1000臺(tái)遞推批量驗(yàn)證）。

4. 負(fù)載自適應(yīng)寬范圍輸出0~800Ω，輸出信號(hào)變化＜±2μA。負(fù)載減小，電源電流對(duì)應(yīng)減�。ㄝ敵鲭娐吩�0~800Ω負(fù)載范圍內(nèi)的最大功耗＜20mW，不產(chǎn)生熱量，不采用功率器件和散熱結(jié)構(gòu)。）輸出信號(hào)從4~20mA擴(kuò)展到0~20mA。輸出紋波典型值小于5mVAC。

5. 生產(chǎn)和調(diào)校不對(duì)零點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整； 老化和出廠檢驗(yàn)不對(duì)零點(diǎn)和滿度進(jìn)行校準(zhǔn)，以此保障和驗(yàn)證產(chǎn)品出廠以后，現(xiàn)場(chǎng)也不需要對(duì)零點(diǎn)和滿度進(jìn)行調(diào)整。

6. 供電范圍20~30VDC。電源電路轉(zhuǎn)換效率＞90%，不產(chǎn)生熱量。開關(guān)調(diào)壓方式供電電源。輸入電壓越高，電流越小。

7. 通用安全柵(隔離器)按不同接線方式切換配電，電流，熱電偶，熱電阻，毫伏等信號(hào)輸入，無撥碼開關(guān)介入。組態(tài)可在不通電(電源、輸入、輸出端子懸空)狀態(tài)下進(jìn)行。通用組態(tài)參數(shù)僅為信號(hào)(或分度號(hào))，零點(diǎn)、滿度3項(xiàng)，通電后精度優(yōu)于0.03%FS。

熱電阻輸入范圍10Ω~400Ω，最小分辨率2mΩ，穩(wěn)定性3mΩ，溫度漂移典型值為輸入最大值的0.0015%或4mΩ (取大者)。

熱電偶輸入電壓范圍4~80mV，最小分辨率1μV，穩(wěn)定性2μV，溫度漂移典型值為輸入最大值的0.0015%或0.6μV (取大者)。

8. 并聯(lián)母線背板供電方式

5線雙面并聯(lián)方式組成供電電源線地線和正極，在導(dǎo)軌上形成一體化母線，無連接點(diǎn)。單根母線累計(jì)覆銅寬度＞3mm×4=12mm。線阻0.041Ω/m。(銅箔厚度0.035mm，截面積12×0.035=0.42mm2，導(dǎo)電率0.0172，長(zhǎng)度1m，線阻R=0.0172×1/0.42=0.041Ω/m)

極限應(yīng)用條件下示例：

1.2m長(zhǎng)的母線背板導(dǎo)軌，雙線電阻按0.1Ω計(jì)。

100臺(tái)表在母線上的平均電流50mA×100=5A，母線的壓降0.5V （0.1Ω×5A）。底座與母線并聯(lián)連接，單個(gè)接觸電阻按0.3Ω計(jì)，單表工作電流50mA，母線與底座的壓降15mV (0.3Ω×50mA)， 可忽略。若因接觸不良導(dǎo)致接觸電阻增大20倍，母線與底座壓降6Ω×50mA=0.3V，可忽略。

9. 輔助性質(zhì)電源端子

批量使用時(shí)應(yīng)通過背板母線與電源連接，一般情況下，輔助電源端子只在測(cè)試或者只有少量表的情況下使用。

不建議在輔助電源端子上使用雙線串聯(lián)連接，或者使用串聯(lián)拼接型路橋供電方法；設(shè)每臺(tái)表連接點(diǎn)接觸電阻5×2=10mΩ，100臺(tái)表連接點(diǎn)阻值為1Ω，通過5A電流壓降為5V，功率25W；平均每臺(tái)表電源連接點(diǎn)功耗為0.25W。由于導(dǎo)軌前段連接點(diǎn)電流大，后段連接點(diǎn)電流小，熱量集中在前段，散熱不勻，使局部產(chǎn)生高熱甚至電源開路。必須采用上述方式供電時(shí)，電源線應(yīng)進(jìn)行分組，每對(duì)電源線負(fù)載不要超過15臺(tái)。

10. 無熱量電路方式

電路內(nèi)部可能出現(xiàn)硬承受功率(撐電)的部件均工作在開關(guān)狀態(tài)，不產(chǎn)生熱量。電源，配電，輸出負(fù)載等電路不采用大中功率器件和散熱裝置。微封裝器件上板比例＞90%。電路工藝全部采用功能模塊化，單機(jī)模板化統(tǒng)一模型。

結(jié)構(gòu)特征

1. 外形尺寸

外形尺寸為：119.3×115.7×12.7（mm）

圖A  外形尺寸圖

圖B  外形結(jié)構(gòu)圖

2. 卡裝式結(jié)構(gòu)

PC（聚碳酸酯）+ABS材質(zhì)外殼。卡裝式結(jié)構(gòu)，可拔插的接線端子插頭。其中,  輸入端子: 最多4個(gè)，每個(gè)2孔，功能和順序固定不變；輸出端子: 最多4個(gè)，每個(gè)2孔，功能和順序固定不變；輔助電源端子: 1個(gè)(或不用，無源隔離器時(shí)), 2孔，功能和順序固定不變。

當(dāng)使用了輔助電源端子時(shí)，輸出端子最多為3個(gè)。當(dāng)產(chǎn)品是導(dǎo)軌供電方式的，電源接點(diǎn)有5個(gè)，其中兩邊的為正極，中間3個(gè)接點(diǎn)為負(fù)極。產(chǎn)品正反安裝都不受電源極性影響。

3. LCD顯示

通用信號(hào)安全柵(隔離器)帶有顯示功能(可選), 可顯示輸入值、輸出值或用戶要求定制的現(xiàn)場(chǎng)工位號(hào)。工位號(hào)設(shè)定及顯示功能可以給使用者提供快捷的現(xiàn)場(chǎng)問題排查方案，每通道對(duì)應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)位號(hào)一目了然。

4. USB接口

USB 接口置于每路輸入端的插座內(nèi), 使用時(shí)可以用合適的一字頭螺絲刀 (刀口寬度 <4mm) 撬開端子插頭 , 進(jìn)行組態(tài)連接。通過HART組態(tài)時(shí)不需要拔出該路接線插頭。

雙路輸入產(chǎn)品的USB接口置于端子標(biāo)號(hào)為3-4和7-8的插座內(nèi)，單路輸入產(chǎn)品的USB接口置于端子標(biāo)號(hào)為5-6的插座內(nèi)。

圖C USB接口位置圖

5. 熱電偶冷端補(bǔ)償

冷端補(bǔ)償元件PT1000置于熱電偶輸入插座的最接近點(diǎn)，該點(diǎn)溫度為熱電偶輸入插座的溫度，即該熱電偶的冷端溫度。由于整機(jī)有微量溫升，熱電偶輸入插座溫度會(huì)略高于室溫，在作冷端補(bǔ)償精確測(cè)量時(shí)應(yīng)注意扣除該溫差。Pt1000的誤差為±0.2℃，熱電偶冷端補(bǔ)償誤差應(yīng)該在該范圍內(nèi)，出廠指標(biāo)為<±0.5~1℃。

保護(hù)功能

1.  上電沖擊保護(hù)

上電沖擊電流＞正常工作電流2倍， 緩啟動(dòng)電路使上電電壓從0V緩慢 (＞20mS)上升到額定值，呈斜坡狀，以消除沖擊電流。

2. 電源反接保護(hù)

電源反接時(shí)，串聯(lián)于電源回路中的二極管反向阻斷。

3. 配電保護(hù)

配電短路或配電回路電流＞28mA (±2mA)，進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。

保護(hù)啟動(dòng)后，保護(hù)管工作在開關(guān)狀態(tài)。導(dǎo)通時(shí)壓降為零，斷開時(shí)電流為零。由此保護(hù)管承載功率為零，不產(chǎn)生熱量。適于采用微封裝器件。故障排除后，不需重新啟動(dòng)，保護(hù)管自動(dòng)恢復(fù)導(dǎo)通狀態(tài)(保護(hù)管壓降為零，不承載功率）。保護(hù)電流大小可準(zhǔn)確定位。

注：配電輸出鉗位電流可以根據(jù)需要定制大小，訂貨時(shí)需說明。出廠默認(rèn)值28mA (±2mA)。

4. 輸出保護(hù)

輸出鉗位電流25mA (±1mA)，保護(hù)后繼設(shè)備。

輸出負(fù)載為0Ω時(shí)，負(fù)載供電電壓0.8V，驅(qū)動(dòng)管壓降在20mA時(shí)0.3V，

承受功耗6mW，在4mA時(shí)為0.7V，承受功率2.8mW，即使在負(fù)載等于800Ω時(shí)也是如此，輸出電路沒有熱量產(chǎn)生。

5. 端口保護(hù)

出現(xiàn)浪涌電壓或者誤接線時(shí)：

·  電源，輸入，輸出自身回路的兩個(gè)端子之間，可承受＜±24V有效值的外回路電壓，不損壞。

·  輸入、輸出、電源三者之間，可承受2500V有效值/1分鐘，不損壞。

·  端子誤接形成的短路，開路，不損壞。

6.  EMC防護(hù)

根據(jù)IEC 61000-4標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)要求產(chǎn)品在EMC方面進(jìn)行如下測(cè)試，

外殼及端口測(cè)試

靜電(ESD)達(dá)到6 kV/8 kV contact/aira, b

電磁場(chǎng)(射頻)達(dá)到20 V/m (80 MHz to 1 GHz)c

10V/m (1,4 GHz to 2 GHZ)c

3V/m (2,0 GHz to 2,7 GHz)c

·  直流電源端口測(cè)試

  群脈沖3 kV (5/50 ns, 5 kHz)a

  浪涌1 kVb /2 kVc, d

  傳導(dǎo)輻射10 V (150 kHz to 80 MHz)e

  電壓跌落40 % UT for 10 ms

  短時(shí)中斷0% UT for 20 ms

·  信號(hào)端口測(cè)試項(xiàng)目

  群脈沖2 kV (5/50 ns, 5 kHz)a, b

  浪涌2 kVc, d, e  

  傳導(dǎo)輻射10 V (150 kHz to 80 MHz)f

電氣節(jié)能

1. 變壓器反饋式電壓隔離

圖D 變壓器反饋式電壓隔離原理圖(一入二出示例)

變壓器反饋式電壓隔離電路：

·  采用并聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)隔離信號(hào)的多路擴(kuò)展，在一個(gè)變壓器的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)繞組可增加一路隔離輸出電壓，只增加0.4mW功耗。用于一入二出產(chǎn)品，相對(duì)電流互感器隔離方式，排版面積減小30%，供電電源節(jié)電比例高于40%。

·  輸入信號(hào)擴(kuò)展到零或負(fù)值。

·  應(yīng)用方式簡(jiǎn)單靈活。

信號(hào)電壓不用轉(zhuǎn)換，直接進(jìn)入隔離電路。信號(hào)電流經(jīng)電阻取樣進(jìn)入隔離電路。隔離輸出不需I/V/I重復(fù)轉(zhuǎn)換，V/I一次完成。

·  采用變壓器反饋式電壓隔離特性，可簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)單機(jī)模版化，電路模塊化，結(jié)構(gòu)短、小、輕、薄。

變壓器反饋式電壓隔離電路特性：

·  低漂移…………20nV/℃   典型值

·  低失調(diào)…………20μV      典型值

·  高精度…………0.01%     最大

·  微功耗…………0.4mW/路

2. 負(fù)載自適應(yīng)電路輸出節(jié)能70%

·  輸出電路使用獨(dú)立開關(guān)電源供電，供電電壓高低根據(jù)負(fù)載的大小自動(dòng)調(diào)整，輸出調(diào)整管使用微封裝器件，壓降始終＜0.8V，不產(chǎn)生熱量。

·  負(fù)載短路時(shí)，供電自動(dòng)調(diào)整到0.8V，調(diào)整管功耗＜16mW（20mA×0.8V），無熱量。

·  負(fù)載0−800Ω變化時(shí)，輸出電流變化小于±2μA。

·  負(fù)載選型統(tǒng)一為0−800Ω，不需指定負(fù)載大小。使用小負(fù)載時(shí)，

輸出電路供電電壓自動(dòng)下降，24V電源電流減小。

·  控制系統(tǒng)平均負(fù)載僅為120Ω（注）。與負(fù)載最大800Ω的非調(diào)壓產(chǎn)品比較，負(fù)載自適應(yīng)輸出電路部分的節(jié)電比例為85%(1-120Ω/800Ω），扣除電源效率影響，高于70%。

（注：按在100臺(tái)中，負(fù)載90臺(tái)為50Ω，10臺(tái)為750Ω平均。非調(diào)壓產(chǎn)品的輸出功率固定在最大負(fù)載需要的功率上，外部負(fù)載小于最大負(fù)載時(shí)，總輸出功率按最大負(fù)載輸出功率不變，多余功率由內(nèi)部大功率管承受且轉(zhuǎn)換成表內(nèi)溫升)。

圖E  負(fù)載自適應(yīng)電路原理圖（單路輸出示例）

3. 母線供電和電源端子串聯(lián)供電比較

·  把電源線剪斷后挨個(gè)串聯(lián)起來連接電源端子，會(huì)產(chǎn)生接觸電阻，接觸電阻個(gè)數(shù)為用表數(shù)量的2倍，以每個(gè)接觸電阻5mΩ計(jì)算，100臺(tái)表接觸電阻總計(jì)1Ω，以每臺(tái)表工作電流50mA計(jì)，100臺(tái)表總電流為5A，電源端子壓降5A×1Ω=5V，功耗為5A×5V=25W。每臺(tái)表在電源接線端子上耗掉了0.25W平均功率，相對(duì)大部分單通道表只有0.5~0.7W總功耗的情況，所占比例過大。

·  不把電源線剪斷，直接壓接在線鼻子里面，電源線就成為一根母線，除了線本身的電阻外，電源線與電源線之間不再存在接觸電阻，每臺(tái)表就會(huì)減少0.25W功率消耗。

例如母線采用1mm直徑純銅線，2m長(zhǎng)度，線阻為0.043Ω [0.0172×2/（3.14×0.52）]，5A電流在2m母線上的壓降小于0.25V，功耗為1.25W，可忽略。

母線跟電源端子之間仍存在接觸電阻，但每個(gè)接觸電阻只通過一臺(tái)表電流，平均50mA，壓降為50mA×5mΩ=0.25mV，功率為0.00025×50mA=0.0125mW。可不計(jì)。

4. 提升電源電壓，降低電源電流

·  供電范圍20V~30V，電源電路效率＞90，無熱量。

·  電源電路是開關(guān)調(diào)壓形式的，供電電源電壓越高，供電電流越小。在有條件的前提下，供電電壓的建議值為32V，（相對(duì)24V供電，供電電流可下降30%），可有效降低電源線上的耗損和盤內(nèi)的溫升。

5. 電源接線

供電必須使用輸入與輸出相互隔離的電源，電源負(fù)極與母線背板負(fù)極

之間需單獨(dú)連接，確保沒有其它支路與背板負(fù)極連接，否則會(huì)抬升參考點(diǎn)電位和降低背板的供電電壓。之后從背板負(fù)極單線接入大地，使背板負(fù)極和大地之間保持零電流和零電位差，電源電流也不會(huì)流向大地。以此保證系統(tǒng)參考點(diǎn)的平穩(wěn)和設(shè)備安全性能。

如果不使用母線方法供電，特別是在單個(gè)儀表盤內(nèi)配置較多安全柵(隔離器)時(shí)，應(yīng)該采用電源線分組方法來對(duì)安全柵(隔離器)供電，每組線的負(fù)載不超過15臺(tái)。應(yīng)使用多芯線焊接以后再與電源端子壓接。

這種方法是常用的，可以有效降低電源端子上的溫升。但同時(shí)也會(huì)使盤內(nèi)的布線增多和散亂。 比如100臺(tái)表就需要增加10多根電源線和地線。特別是系統(tǒng)對(duì)地參考點(diǎn)也變得混亂不可控了。

6. 供電電源要求

·  采用雙冗余電源確保電源不中斷。

·  電源有故障自診斷能力，供電輸出電壓超出高限和小于低限自動(dòng)

開路，確保故障時(shí)冗余電源正確進(jìn)入。

·  ＞20mS的緩啟動(dòng)過程，限制啟動(dòng)過程電感性負(fù)載在電源線上產(chǎn)生高壓，以及電容性負(fù)載產(chǎn)生過流。

電源輸出需配接防雷柵，可使被供電負(fù)載都具備電源防雷功能。

可靠性

1. 工藝流程和可靠性驗(yàn)證

產(chǎn)品的初測(cè)放在生產(chǎn)流程前段，初測(cè)之后，再進(jìn)入清洗、封灌、噴涂、烘干、老化，高壓沖擊等工序。完成以上工序后直接交付檢驗(yàn)，測(cè)出與初測(cè)數(shù)據(jù)的差值，過程中禁止校正。用沖擊強(qiáng)度較高的工藝流程，驗(yàn)證產(chǎn)品在惡劣環(huán)境中的耐受能力。

2. 不設(shè)置零點(diǎn)和滿度電位器，剔除全部設(shè)計(jì)和工藝調(diào)試點(diǎn)

跟一般標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量?jī)x表相同，TCA(TC)不設(shè)置外部零點(diǎn)和滿度電位器(含一入多出)。工藝流程中，在不調(diào)整條件下，整機(jī)零點(diǎn)和滿度原始偏移值＜±3.2μA(0.02%FS)。可以不調(diào)整。(出廠前，也可以采用大阻值電阻在初測(cè)時(shí)快速校正，以使達(dá)到更高精度。)

不調(diào)試”工藝，排除了手動(dòng)調(diào)節(jié)介入產(chǎn)品計(jì)量的可能性，要求管控單值化，精細(xì)化，是對(duì)設(shè)計(jì)、物料、加工質(zhì)量的有效考核。

3. 固體隔離

產(chǎn)品按GB3836.4-2000規(guī)定 , 本安與非本安電路之間爬電距離＞3.3mm(在涂層下)，變壓器的本安與非本安繞組之間＜3.3mm的部位，均采用1mm固體隔離，每個(gè)繞組之間耐壓強(qiáng)度＞2500V有效值/1分鐘。

4. 安全柵(隔離器)防雷

防雷柵對(duì)地耐壓只有幾十伏，除供電電源端外，在安全柵(隔離器)其它端口上配置防雷柵，會(huì)使輸入，輸出，電源之間的耐壓從2500V降到幾十伏，使安全柵達(dá)不到GB3836.4-2000標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的耐壓指標(biāo)，隔離器也不能滿足對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的絕緣要求。

以下4點(diǎn)，是在保證安全柵(隔離器)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定指標(biāo)的前提下，滿足防雷需求的思考方法，供參考。

·  所有端口對(duì)地：除電源端口(已接地)外，安全柵(隔離器)輸入、輸出對(duì)地之間出現(xiàn)雷擊電壓，如果低于2500V有效值/一分鐘，具備有效的阻防能力(不損壞)。

·  絕緣端口之間：在安全柵(隔離器)電源、輸入、輸出三者之間出現(xiàn)雷擊電壓或浪涌電壓，如果低于2500V有效值/一分鐘，也具備有效的阻防能力(不損壞)。

·  非絕緣端口之間：在安全柵(隔離器)電源、輸入、輸出自身回 路的兩個(gè)端子之間，不會(huì)產(chǎn)生雷擊電壓 (距離很短，阻抗很低的導(dǎo)電體之間不會(huì)積累很高的空間電場(chǎng))。但有出現(xiàn)意外沖擊、以及誤接進(jìn)入較高電壓的可能，所以只存在瞬態(tài)和常態(tài)的鉗位保護(hù)要求，保護(hù)電路作用于端口自身回路之間，與其它回路和大地絕緣。(關(guān)于端口防浪涌及鉗位保護(hù)參數(shù)，詳見“保護(hù)功能中的端口保護(hù) ”)。

·  電源對(duì)地：供電電源(已接地)與安全柵(隔離器)之間配置防雷柵完全可行，但不需把防雷電路配置在各個(gè)安全柵(隔離器)內(nèi)；供電電源配置一個(gè)總的防雷柵，被供電儀表都能夠滿足電網(wǎng)對(duì)地的防雷要求。安全柵與防雷柵是作用點(diǎn)不同的安全儀表，一個(gè)是使現(xiàn)場(chǎng)存的危險(xiǎn)氣體不爆炸，另一個(gè)則是保護(hù)儀表本身不損壞。兩者比較，爆炸性氣體相對(duì)危害更大。目前沒有發(fā)布兩種產(chǎn)品連接使用的標(biāo)準(zhǔn)和安裝規(guī)范，遵循現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、制造、選型產(chǎn)品，嚴(yán)格執(zhí)行安全柵使用和安裝標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，是安全柵(隔離器)制造者(包括使用者)有益無害的選擇。

指標(biāo)驗(yàn)證

以下兩種實(shí)用方法，可用精度0.5%FS的測(cè)量表對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)精度高于0.00625%FS。

輸入和輸出信號(hào)等值產(chǎn)品檢測(cè)

圖 F

圖F中的繼電器和擎鍵開關(guān)為常用元器件(可使用腳踏開關(guān))，接觸電阻和耐壓無特殊要求。測(cè)量表的精度，漂移，線性度等指標(biāo)在0.5%FS即可，但分辨率應(yīng)為1μA（4位1/2便攜式或臺(tái)式表）。

這是一種相對(duì)誤差測(cè)量方法；輸入輸出信號(hào)等值的儀表（比如輸入輸出信號(hào)都是4~20mA），用一臺(tái)測(cè)量表分別檢測(cè)這兩個(gè)信號(hào)的大小。在短時(shí)間內(nèi)(比如10秒)測(cè)量表不會(huì)變化，在該時(shí)間內(nèi)測(cè)取的兩個(gè)信號(hào)相對(duì)誤差也不會(huì)變化。測(cè)量精度與輸入信號(hào)的大小無關(guān)，也與測(cè)量表絕對(duì)值準(zhǔn)確度無關(guān)，只跟測(cè)量表的分辨率有關(guān)。測(cè)量表分辨率達(dá)到1μA，被測(cè)表絕對(duì)誤差就非常接近1μA。

相對(duì)誤差：1μA相對(duì)4~20mA信號(hào)測(cè)量誤差為0.00625%FS，比測(cè)量表本身精度(0.5%)提高80倍。

絕對(duì)誤差： 取決于測(cè)量表分辨率和線性度誤差，如果測(cè)量表線性誤差為0.5%FS，設(shè)輸入與輸出差值為∆I，兩者差值的線性誤差則為∆I/20mA×0.5%，該值與測(cè)量表分辨率之和則為測(cè)量絕對(duì)誤差。比如，輸入與輸出差值為±10μA，測(cè)量本身的絕對(duì)誤差則為1μA+（10/20000×0.5%）=1.0000025μA，視為1μA，即測(cè)量絕對(duì)誤差為測(cè)量表的分辨率。

自動(dòng)控制“等值”儀表比例高于80%，因此相對(duì)值測(cè)量方法用途廣泛�？捎玫统杀緶y(cè)量表在現(xiàn)場(chǎng)解決大部分“等值”儀表的計(jì)量問題。

·  輸入和輸出信號(hào)不等值產(chǎn)品檢測(cè)

TCA(TC) 系列中，大部分輸入與輸出不等值信號(hào)集中于通用安全柵(隔離器)。通用安全柵(隔離器)用4個(gè)輸入端子切換配電、電流、熱偶、熱阻、毫伏、滑線電阻等信號(hào)輸入。將系統(tǒng)常用輸入信號(hào)包括于其中�，F(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，信號(hào)的組態(tài)可在電源、輸入、輸出端子懸空(不通電)狀態(tài)下進(jìn)行，不需要檢測(cè)儀表和信號(hào)發(fā)生器，通電后精度優(yōu)于0.03%FS。

驗(yàn)證是必要的，但如果將所有通用安全柵(隔離器)輸入信號(hào)都進(jìn)行檢測(cè)，工作量巨大、甚至是一個(gè)不可完成的任務(wù)。所以實(shí)際檢測(cè)以工藝需要為主，驗(yàn)證是抽查性質(zhì)的。

通用安全柵(隔離器)所含配電器信號(hào)和電流輸入信號(hào)為4~20mA，與輸出信號(hào)等值，可以采用相對(duì)誤差檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)。配電器信號(hào)和電流輸入信號(hào)使用的內(nèi)部基準(zhǔn)以及測(cè)量電路，與檢測(cè)其它非等值信號(hào)為同一部件，如果配電信號(hào)或電流輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)的輸出值是合格的，從驗(yàn)證準(zhǔn)確度來說，可以再對(duì)其它輸入信號(hào)組態(tài)后進(jìn)行更多檢測(cè)，但也可以不查。

除了必須的計(jì)量驗(yàn)證之外(集中在出廠前的標(biāo)定), 相對(duì)誤差檢測(cè)方法,避免了使用高精度檢測(cè)儀表和信號(hào)發(fā)生器來對(duì)安全柵(隔離器)進(jìn)行檢測(cè)，也不需要對(duì)檢測(cè)表進(jìn)行定期計(jì)量標(biāo)定(相對(duì)值測(cè)量不存在傳遞誤差)。對(duì)降低檢測(cè)成本，提高檢測(cè)精度，加快檢測(cè)速度作用明顯。產(chǎn)品的使用價(jià)值也得到提高。

信號(hào)連接

·  TCA(TC)信號(hào)與現(xiàn)場(chǎng)連接

TCA(TC) 與現(xiàn)場(chǎng)連接的信號(hào)均與電網(wǎng)及控制系統(tǒng)隔離，本身自成回路并且與大地浮置。即使連接到地電位或者其它不相等電位，也只是浮置在該電位上，兩者之間不會(huì)形成回路和產(chǎn)生電流，不影響正常工作。

TCA(TC) 與現(xiàn)場(chǎng)連接的信號(hào)主要是電壓，電流，毫伏，電阻四類。

電壓輸入信號(hào)，回路呈高阻抗；電流輸入信號(hào)，回路呈低阻抗；對(duì)連接導(dǎo)線不作特殊要求。

熱電偶冷端溫度是補(bǔ)償導(dǎo)線末端溫度，補(bǔ)償元件放置點(diǎn)溫度與補(bǔ)償導(dǎo)線末端溫度一致時(shí)，才能有效補(bǔ)償熱電偶冷熱端之間的溫差，正確轉(zhuǎn)換熱電偶熱端絕對(duì)溫度對(duì)應(yīng)毫伏值。

熱電阻以三線方式從現(xiàn)場(chǎng)連接到轉(zhuǎn)換器輸入端，三線的線徑，材質(zhì)，長(zhǎng)度完全一致，才能有效抵消引線電阻產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換誤差。

TCA安全柵信號(hào)與現(xiàn)場(chǎng)的連接必須遵循GB3836.16的有關(guān)條文。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中，與TCA安全柵直接電連接的有關(guān)電路，都必須由安全柵供電。TCA的最大外部電容為0.05μF，最大外部電感為2mH，可以使用電容表和電感表在端口進(jìn)行測(cè)試，不能超過規(guī)定值。TCA的本安端子(藍(lán)色)在導(dǎo)軌上必須為同一方向，與其它非本安端子的爬電距離＞50mm。

·  TCA(TC)信號(hào)與系統(tǒng)連接

TCA(TC) 標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)4~20mA可以遠(yuǎn)距離精確傳輸，但在與系統(tǒng)AI卡件連接時(shí)，需要注意卡件對(duì)4~20mA信號(hào)的取樣方式和地線接入方式。

不共地雙線連接：

AI通道內(nèi)部的取樣電阻(比如圖G中的50Ω)采用4線制取樣方法，使用兩根線與外部TCA(TC)的輸出組成電流回路, 另外兩根線在內(nèi)部與AI通道的放大器組成信號(hào)電壓回路。電壓回路中沒用電流，所以4~20mA信號(hào)電流不會(huì)流入AI通道的信號(hào)地。這種方法，可以簡(jiǎn)單的把信號(hào)傳輸與信號(hào)取樣兩者分開，不會(huì)提升AI通道的地電位。多個(gè)AI通道的內(nèi)部信號(hào)地可以共地，也可以分開不共地。對(duì)于AI通道的輸入信號(hào)是否為差動(dòng)性質(zhì)，沒有特定要求。不共地雙線連接方式的特點(diǎn)是每個(gè)TCA(TC) 的輸出均與AI通道單獨(dú)形成回路，信號(hào)電流不流進(jìn)AI的信號(hào)地。因此多路信號(hào)之間不會(huì)產(chǎn)生地電位誤差。這種連接方式，要求各路輸出信號(hào)之間必須是隔離的；安全柵(隔離器)本身具備的路路隔離屬性，可以簡(jiǎn)單滿足這種要求。

圖 G

共地單線連接：

共地單線連接的特點(diǎn)是TCA(TC) 每路輸出與AI通道連接只需一根線，地線公用，批量使用時(shí)可減少盤內(nèi)布線，如圖H所示。但由于所有4~20mA 信號(hào)負(fù)極都匯接在一起，在外部共地，地線電阻將抬升地電位，除了必須增加銅排降低地線電阻之外，還要求AI通道的輸入信號(hào)是差動(dòng)性質(zhì)的。這反過來加大了施工成本和難度，抵消了減少盤內(nèi)布線帶來的好處。這種方法適用于輸出之間非隔離的多路采集卡與系統(tǒng)之間的連接，所以，不建議在TCA(TC) 與系統(tǒng)的連接中使用。

圖  H

注：電源、輸入、輸出三隔離形式在實(shí)際應(yīng)用時(shí)的參考意見

1.   供電電源輸出對(duì)地是隔離的，電源回路的電流流入電源負(fù)極，不管接地與否，流入地線的電流為零。但正負(fù)電源線上會(huì)有壓降，所以單臺(tái)表的供電電壓會(huì)因?yàn)榻尤腚娫淳�的位置不同而有所不同。但不存在地線壓降。

2.   輸出信號(hào)4~20mA是恒流信號(hào)，比如0~800Ω負(fù)載變化，輸出電流變化1μA安，輸出阻抗為20mA×800Ω/1μA=16MΩ，如果PLC輸入通道的取樣電阻為50Ω，傳輸損耗為50/(16000000+50)，趨于零，即使線路電阻再增加10倍；即線路損耗為500/(16000000+500)，也仍然趨于零。

3.   輸出信號(hào)1~5V是輔助信號(hào)；輸出阻抗一般為250Ω，如果PLC輸入卡件的電壓輸入阻抗500KΩ，本身的損耗5V時(shí)為2.5mV，到達(dá)0.065%FS，已接近或超過該系列儀表的計(jì)量精度。此外再加上線路電阻損耗，精度會(huì)再降低。

4.   四線制儀表輸出信號(hào)是隔離和浮置差動(dòng)的，4~20mA信號(hào)只能流回輸出負(fù)極，線路壓降不影響傳輸電流的精度，線路壓降本身也對(duì)取樣電阻的參考點(diǎn)不產(chǎn)生影響，原因是沒有電流流入該參考點(diǎn)。因此，輸出信號(hào)雙線方式進(jìn)入PLC的取樣點(diǎn)，本身的形態(tài)是差動(dòng)的，可選用差動(dòng)屬性的PLC雙端輸入卡件，也可選用其它不是差動(dòng)屬性單端輸入卡件。該系列一些特殊用途的型號(hào)，比如“二線回路供電”，“輸出外供電”，不使用配電器的“二線變送器”（不論輸入輸出隔離與否）等，都存在輸出信號(hào)與電源不隔離的問題，系統(tǒng)的隔離形態(tài)因此被非標(biāo)準(zhǔn)化，受信的PLC卡件必須是差動(dòng)屬性和雙端輸入，將加大系統(tǒng)信號(hào)布局難度。

5.  不建議大批采用上列“輸出外供電”等方式的分類型號(hào)，除上述原因之外，相對(duì)高能耗是另外一個(gè)重要因素；比如PLC取樣50Ω電阻只需1V電壓，但PLC的配電卡件最低輸出電壓為16V，對(duì)隔離器和PLC來說都承受了0.3~0.5W/每路的額外負(fù)擔(dān)，相當(dāng)于2~3臺(tái)自動(dòng)負(fù)載隔離器的凈消耗功率。

6.  單片機(jī)構(gòu)成的通用儀表具有實(shí)用范圍寬，指標(biāo)高，工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，但在大多數(shù)時(shí)序要求嚴(yán)格的控制工程中，存在采樣周期和速度形成的瞬時(shí)誤差，看門狗死機(jī)恢復(fù)時(shí)間的短時(shí)誤差，多臺(tái)表不同周期，與系統(tǒng)不同拍等技術(shù)難點(diǎn)解決起來還待時(shí)日。即使達(dá)到達(dá)到功能安全的要求，級(jí)別也不能做到較高，致使整個(gè)系統(tǒng)功能安全等級(jí)拉低。因此建議在系統(tǒng)功能安全的關(guān)鍵部位，使用模擬溫度變送器，信號(hào)轉(zhuǎn)換和傳輸是無周期的，連續(xù)的，可與本系列內(nèi)其它模擬儀表組成高等級(jí)的功能安全系統(tǒng)，而在對(duì)系統(tǒng)功能安全影響小的其它部位盡可能使用上述通用性產(chǎn)品。