CN211786674U - 一种带报警及校验功能的4-20mA信号隔离器 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示一种带报警及校验功能的4‑20mA信号隔离器，包括壳体和设于壳体上的信号输入接口以及信号输出接口，设于壳体外部的显示模块和报警装置，设于壳体内的信号隔离模块、处理器模块、电源模块和3个信号监测模块；信号隔离模块的输入、输出端分别和信号输入、输出接口连接，信号隔离模块的输入、输出回路上分别连接1个信号监测模块；信号监测模块和处理器模块连接，处理器模块连接报警装置和显示模块，电源模块和处理器模块连接。本实用新型的有益效果是：1、解决了传统信号隔离器无法就地观察，无法就地判断故障的缺陷；2、避免了外部监测接线不稳情况；3、监测模块监测结果更加精准；4、可有效节约设备空间位置。

Description

一种带报警及校验功能的4-20mA信号隔离器

技术领域

本实用新型涉及隔离器技术领域，具体地，涉及一种带报警及校验功能的4-20mA信号隔离器。

背景技术

信号隔离器是工业控制系统中的重要组成部分，它的主要作用是将输入的电流、电压或频率等信号进行采集、放大、运算，以及进行抗干扰处理后，再输出隔离的电流、电压或频率等信号，安全的送给二次仪表使用。

在实际应用时，比如将信号隔离器应用到变电站或换流站测控中，信号隔离器的作用可以是将变送器输入的4-20mA信号转变成两路或多路4-20mA信号，再输出到不同的控制系统中，供不同的测控系统或装置使用。

在应用的过程中，信号隔离器存在以下问题：出现故障或者输入、输出的4-20mA信号产生误差时不能及时发现；且在该种故障或误差情况下传感器易出现正常输出的状态，从而使得后台接收错误信息，进一步使得现场实际情况和后台显示出现差别很大的现象，工作人员根据错误的后台信息不能够确定故障位置，传统信号隔离器不具备就地观察，就地判断故障的缺陷，增加工作人员排查故障的工作量。

为解决上述问题，在现有技术中，通常是在隔离器外部设置一个监测装置，对信号隔离器的输入、输出端的4-20mA信号进行检测，从而确定信号隔离器是否出现故障。但是这种解决方式存在一定缺陷，一是监测装置在信号隔离器外部通常是采用搭接方式进行接线，存在接线不稳而导致监测误差和不准确性，导致不能正确判断信号隔离器是否出现故障；二是监测装置和信号隔离器接点位置到信号隔离器实际输入信号位置导线距离长，导线电阻造成的误差大，使得测量精度偏低，也会导致判断信号隔离器是否出现故障时出现错误判断现象；三是在信号隔离器外部新增一个监测装置，需要一个特定空间进行放置，占用设备空间较大。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种带报警及校验功能的4-20mA信号隔离器以解决上述问题。

本实用新型公开的一种带报警及校验功能的4-20mA信号隔离器，包括：壳体、第一信号监测模块、信号隔离模块、第二信号监测模块、第三信号监测模块、处理器模块、电源模块、显示模块和报警装置；壳体上设有信号输入接口和两个信号输出接口，第一信号监测模块、信号隔离模块、第二信号监测模块、第三信号监测模块、处理器模块及电源模块设于壳体内，显示模块和报警装置设于壳体外；其中，信号隔离模块的输入端通过输入回路和信号输入接口连接，信号隔离模块的一个输出端通过第一输出回路和一个信号输出接口连接，信号隔离模块的另一个输出端通过第二输出回路和另一个信号输出接口连接，第一监测模块、第二监测模块和第三监测模块的输入端依次分别与输入回路、第一输出回路和第二输出回路连接，第一监测模块、第二监测模块、第三监测模块的输出端均和处理器模块的输入端连接，处理器模块的输出端分别与显示模块和报警装置连接，电源模块和处理器模块连接。

根据本实用新型的一实施方式，信号隔离模块为光耦。

根据本实用新型的一实施方式，第一信号监测模块、第二信号监测模块和第三信号监测模块分别均包括依次连接的电流传感器、电流采集子模块和AD转换子模块，电流传感器和输入回路或第一输出回路或第二输出回路连接，AD转换模块和处理器模块的输入端连接。

根据本实用新型的一实施方式，处理器模块为单片机。

根据本实用新型的一实施方式，电源模块包括电源接口和锂电池，电源接口设置在壳体上用于连接外部电源，电源接口和锂电池分别均和处理器连接，当外接电源断电时，由锂电池进行供电。

根据本实用新型的一实施方式，显示模块为液晶触屏显示器。

根据本实用新型的一实施方式，报警装置为声光报警器。

根据本实用新型的一实施方式，壳体上还设有2个报警接口，每个报警接口均和处理器模块连接，报警接口用于连接远程报警装置。

和现有技术相比，本实用新型的有益效果是：1、通过设置壳体，在壳体内设置信号隔离模块对输入的4-20mA信号进行分路，设置信号监测模块对输入、输出回路的4-20mA信号进行监测，设置处理器模块分析监测结果，并通过在壳体上设置显示模块进行监测结果显示，以及在壳体上设置报警装置进行故障报警，解决了传统信号隔离器无法就地观察、校验，无法就地判断故障的缺陷；2、通过将信号监测模块直接设置在4-20mA信号隔离器壳体内的回路上，监测时，无需在4-20mA信号隔离器的壳体外部进行接线检测，避免了在壳体外部进行接线时接线不稳情况；3、将信号监测模块设置在4-20mA信号隔离器的壳体内部，信号监测模块监测回路信号的监测点到4-20mA信号隔离模块的输入端或输出端的距离明显小于从外部接线监测点到4-20mA信号隔离模块的输入端或输出端的距离，减小了由导线电阻造成的误差，使得监测结果更加精准；4、通过设置壳体来集合各个零件模块，无需在信号隔离外部再增加一个特定空间来放置监测装置，可有效节约设备空间位置。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为实施例中信号隔离器的结构示意图；

图2是实施例中第一信号监测模块的结构示意图。

具体实施方式

以下将以图式揭露本实用新型的多个具体实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本实用新型。也就是说，在本实用新型的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参照图1，图1为实施例中4-20mA信号隔离器的结构示意图。如图所示，在本实施例中，带报警及校验功能的4-20mA信号隔离器包括壳体、第一信号监测模块、信号隔离模块、第二信号监测模块、第三信号监测模块、处理器模块、显示模块、报警装置和电源模块。

壳体内部具有容置空间，用于安装第一信号监测模块、信号隔离模块、第二信号监测模块、处理器模块和电源模块，壳体的外表面设有显示模块和报警装置，壳体上还设有一个信号输入接口、两个信号输出接口和两个报警接口。通过设置壳体来集合第一信号监测模块、信号隔离模块、第二信号监测模块、第三信号监测模块、处理器模块和电源模块，可有效节约信号隔离器空间位置。

信号输入接口通过输入回路连接信号隔离模块的输入端，信号隔离模块的一个输出端通过第一输出回路和一个信号输出接口连接，信号隔离模块的另一个输出端通过第二输出回路和另一个信号输出接口连接，信号隔离模块可以是带两个输出端的光耦。通过设置信号隔离模块实现4-20mA信号分路的功能。

请参照图1和2，其中，图2为实施例中第一信号监测模块的结构示意图。如图所示，在本实施例中，第一信号监测模块的输入端连接在输入回路上，第一信号监测模块的输出端连接到处理器模块的输入端，处理器模块的输出端连接到显示模块上；第一信号监测模块包括第一电流传感器、第一电流采集子模块和第一AD转换子模块，处理器模块可以是单片机，显示模块可以是液晶触屏显示器；第一电流传感器串接在输入回路的正极线上且靠近信号隔离模块的输入端，输入回路上流过的电流信号依次通过第一电流传感器、第一电流采集子模块传送到第一AD转换子模块，第一AD转换子模块将接收到的电流信号转换为数字信息发送给处理器模块进行处理，并通过显示模块进行显示。通过设置第一信号监测模块对输入回路上的电流信号进行监测，第一电流传感器到信号隔离模块输入端的距离明显近于从信号隔离器外部任一位置到信号隔离模块输入端的距离，另外，再加上外部接线还具有一定长度，本实施例监测点到4-20mA信号实际输入点距离短的优势更为明显，受导线电阻造成的误差影响更小，因此监测结果也更加精准；通过显示模块对输入回路的电流信号进行实时显示，方便工作人员进行就地观察实时信息。

第二信号监测模块的输入端连接在第一输出回路上，第二信号监测模块的输出端连接到处理器模块的输入端；第二信号监测模块包括第二电流传感器、第二电流采集子模块和第二AD转换子模块，第二电流传感器串接在第一输出回路的正极线上且靠近信号隔离模块的输出端，第一输出回路上流过的电流信号依次通过第二电流传感器、第二电流采集子模块传送到第二AD转换子模块，第二AD转换子模块将接收到的电流信号转换为数字信息发送给处理器模块进行处理，并通过显示模块进行显示。

第三信号监测模块的输入端连接在第二输入回路上，第三信号监测模块的输出端连接到处理器模块的输入端；第三信号监测模块包括第三电流传感器、第三电流采集子模块和第三AD转换子模块，第三电流传感器串接在第二输出回路的正极线上且靠近信号隔离模块的输出端，第二输出回路上流过的电流信号依次通过第三电流传感器、第三电流采集子模块传送到第三AD转换子模块，第三AD转换子模块将接收到的电流信号转换为数字信息发送给处理器模块进行处理，并通过显示模块进行显示。

处理器模块的输出端还分别连接到报警装置和两个报警接口；通过液晶触屏显示器给处理器设定一个预设值和偏离范围作为判定故障标准，处理器模块集合第一信号监测模块、第二信号监测模块以及第三信号监测模块的输入数字信息进行分析，若分析为故障信息则向报警装置发出报警信号并控制报警装置进行报警。具体的，设定输入、输出回路上的4-20mA信号测定的平衡度为：(最大值-最小值)/平均值，当平衡度偏离预设值一定范围时，处理器向报警装置发出报警信号并控制报警装置报警；如：当输入回路的4-20mA信号值和输出回路的4-20mA信号值相等时，设定预设值为0，偏离范围为0.01，当测得的平衡度大于0.01时，处理器向报警装置发出报警信号并控制报警装置报警；报警装置为声光报警器，当4-20mA信号隔离器出现故障或输入、输出回路4-20mA信号异常时，声光报警器发出报警提示音，同时声光报警器的指示灯发出红色指示信号，使工作人员能够及时快速知晓信号隔离器出现故障；解决了传统信号隔离器无法就地判断故障的缺陷。其中两个报警接口用于连接远程报警装置，方便工作人员从远处即可了解到信号隔离器是否正常进行工作。

电源模块和处理器模块连接，电源模块为装置电路提供电源；具体的，电源模块可以是包括电源接口和锂电池，电源接口设置在壳体上用于和外部24V电源连接，当外部电源断电时，由锂电池进行供电。

工作原理：将外部变送器的输出端接入到本实施例的信号输入接口上，再将本实施例的信号输出接口接入到测控系统的仪表装置中，将电源接口和24V电源接通，打开电源开关，信号隔离器开始工作。4-20mA信号由信号输入接口通过输入回路流向信号隔离模块的输入端，信号隔离模块对4-20mA信号进行分路，形成两路4-20mA信号，其中一路4-20mA信号通过第一输出回路由一个信号输出接口流出，另一路4-20mA信号通过第二输出回路由另个一信号输出接口流出。输入回路上的电流信号通过第一传感器由第一电流采集子模块进行采集并发送到第一AD转换子模块，第一AD转换子模块将接收到的电流信号转换成数字信息并发送到处理器模块；第一输出回路上的电流信号通过第二传感器由第二电流采集子模块进行采集并发送到第二AD转换子模块，第二AD转换子模块将接收的电流信号转换成数字信息并发送到处理器模块；第二输出回路上的电流信号通过第三传感器由第三电流采集子模块进行采集并发送到第三AD转换子模块，第三AD转换子模块将接收到的电流信号转换成数字信息并发送到处理器模块；处理器模块接收第一AD转换子模块、第二AD转换子模块以及第三AD转换子模块发送的数字信息并进行处理，一方面通过显示模块进行就地实时显示，便于工作人员就地观察信号隔离器的实时信息，另一方面处理器模块若经分析处理后发现输入、输出回路信号偏离预设值一定范围时，向报警装置发出报警信号并控制报警装置报警；工作人员在使用过程中可通过显示模块对处理器的故障判定标准进行自由设定和调整。若要使4-20mA信号隔离器停止工作，先使变送器停止工作，即断开4-20mA信号隔离器的4-20mA信号输入，再断开电源开关，4-20mA信号隔离器停止工作。

综上，本实用新型的有益效果是：1、通过设置壳体，在壳体内设置信号隔离模块对输入的4-20mA信号进行分路，设置信号监测模块对输入、输出回路的4-20mA信号进行监测，设置处理器模块分析监测结果，并通过在壳体上设置显示模块进行监测结果显示，以及在壳体上设置报警装置进行故障报警，解决了传统信号隔离器无法就地观察、校验，无法就地判断故障的缺陷；2、通过将信号监测模块直接设置在4-20mA信号隔离器壳体内的输入、输出回路上，监测时，无需在4-20mA信号隔离器的壳体外部进行接线检测，避免了在壳体外部进行接线时接线不稳情况；3、将信号监测模块设置在4-20mA信号隔离器的壳体内部，信号监测模块监测回路信号的监测点到信号隔离模块的输入端或输出端的距离明显小于从外部接线监测点到信号隔离模块的输入端或输出端的距离，减小了由导线电阻造成的误差，使得监测模块测得的4-20mA信号更加精准；4、通过设置壳体来集合各个零件模块，无需在信号隔离外部再增加一个特定空间来放置监测装置，可有效节约设备空间位置；5、进一步设置报警接口，连接远程报警装置，可实现远程故障报警。

上所述仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种带报警及校验功能的4-20mA信号隔离器，其特征在于，包括：壳体、第一信号监测模块、信号隔离模块、第二信号监测模块、第三信号监测模块、处理器模块、电源模块、显示模块和报警装置；所述壳体上设有信号输入接口和两个信号输出接口，所述第一信号监测模块、信号隔离模块、第二信号监测模块、第三信号监测模块、处理器模块及电源模块设于壳体内，所述显示模块和报警装置设于壳体外；其中，所述信号隔离模块的输入端通过输入回路和信号输入接口连接，信号隔离模块的一个输出端通过第一输出回路和一个信号输出接口连接，信号隔离模块的另一个输出端通过第二输出回路和另一个信号输出接口连接，所述第一信号监测模块、第二信号监测模块和第三信号监测模块的输入端依次分别与输入回路、第一输出回路和第二输出回路连接，第一监测模块、第二监测模块、第三监测模块的输出端均和所述处理器模块的输入端连接，处理器模块的输出端分别与显示模块和报警装置连接，所述电源模块和处理器模块连接。

2.根据权利要求1所述的带报警及校验功能的4-20mA信号隔离器，其特征在于，所述信号隔离模块为光耦。

3.根据权利要求1所述的带报警及校验功能的4-20mA信号隔离器，其特征在于，所述第一信号监测模块、第二信号监测模块和第三信号监测模块分别均包括依次连接的电流传感器、电流采集子模块和AD转换子模块，所述电流传感器和输入回路或第一输出回路或第二输出回路连接，AD转换模块和处理器模块的输入端连接。

4.根据权利要求1所述的带报警及校验功能的4-20mA信号隔离器，其特征在于，所述处理器模块为单片机。

5.根据权利要求1所述的带报警及校验功能的4-20mA信号隔离器，其特征在于，所述电源模块包括电源接口和锂电池，所述电源接口设置在所述壳体上用于连接外部电源，电源接口和锂电池分别均和处理器连接，当外接电源断电时，由锂电池进行供电。

6.根据权利要求1所述的带报警及校验功能的4-20mA信号隔离器，其特征在于，所述显示模块为液晶触屏显示器。

7.根据权利要求1所述的带报警及校验功能的4-20mA信号隔离器，其特征在于，所述报警装置为声光报警器。

8.根据权利要求1所述的带报警及校验功能的4-20mA信号隔离器，其特征在于，所述壳体上还设有2个报警接口，每个所述报警接口均和所述处理器模块连接，所述报警接口用于连接远程报警装置。

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