آیا میدانید کاربرد مبدل سیگنال یا ایزولاتور چیست ؟ ایزولاتور همان طور که از نام آن پیداست؛ وسیله‌ای الکترونیکی است که به ایزوله کردن می‌پردازد. اما این تعریف بسیار کلی و مبهم است و اصلا ما را با کارکرد و هدف استفاده از این قطعه آشنا نمی‌کند. در حقیقت ما برای این که بتوانیم مفهوم ایزولاتور را درک کنیم باید بتوانیم بگوییم که ایزولاتور چه چیزی را ایزوله میکند و چرا این کار را انجام می‌دهد و در نهایت منظور ما از ایزوله کردن چیست؟
جداساز ایزولاتور (Isolator) یا مبدل (Converter) یک دستگاه سیگنال کاندیشنر (Signal Conditioner) است که برای ارتباط پردازش سیگنال ها با دستگاه های دیگر استفاده می شود. جداسازهای سیگنال با قابلیت مقاومت بالا در برابر تداخل های الکترومغناطیسی، سیگنال خروجی پایدار و دقیق را تضمین می کنند.
سیگنال یک جریان الکتریکی یا میدان الکترومغناطیسی است که برای انتقال داده ها از یک مکان به مکان دیگر استفاده می شود. مبدل های سیگنال دستگاه های الکترونیکی هستند که یک نوع سیگنال را دریافت و نوع دیگری از سیگنال را خروجی می کنند. لذا مبدل سیگنال، سیگنال های ورودی را به فرمت خروجی دلخواه تبدیل می کند. مبدل های سیگنال علاوه بر تبدیل خالص سیگنال ها، امکان فیلتر کردن یا خطی کردن سیگنال ها را نیز ارائه می دهند.
در ادامه این مطلب سعی خواهیم کرد تا قدم به قدم به این سوالات مهم پاسخ دهیم و درک کنیم که ایزولاتور چیست و برای چه به کار می‌رود.
هیچ‌گونه تعریف رسمی برای ایزولاتور وجود ندارد و تعریف‌های موجود در دنیای صنعت هم کامل نیستند اما برای شروع می‌توان در پاسخ ایزولاتور چیست ؛ گفت که ایزولاتور یک تجهیز الکتریکی است که برای جدا کردن و مشخص کردن سیگنالی الکتریکی از سیگنال‌های دیگر در سیستم‌های کنترلی و جمع‌آوری داده استفاده می‌شود. حالا به نظر می‌رسد با این تعریف کار کمی پیچیده‌تر شد. ما در ادامه مفهوم سیگنال و کنترل و البته لزوم جداسازی یا ایزوله کردن سیگنال را با هم مرور می‌کنیم.
ایزولاتور یک وسیله یا ساختار فیزیکی است که برای جداسازی یا عایق‌گذاری دو مواد یا سیستم از یکدیگر به کار می‌رود. عمدتاً در زمینه‌های مختلف مهندسی، الکتریکی، الکترونیک، و مکانیک به کار می‌رود. هدف اصلی از استفاده از ایزولاتور، جلوگیری از انتقال انرژی یا جریان الکتریکی از یک نقطه به نقطه دیگر و ایجاد جداسازی بین آنهاست.
مهمترین ویژگی ایزولاتور، عدم انجام جریان الکتریکی یا انتقال حرارت بین دو طرف متصل است. ایزولاتورها معمولاً از موادی با خواص عایق الکتریکی، مکانیکی یا حرارتی مناسب ساخته می‌شوند. به عنوان مثال، پلاستیک‌ها، چوب، کریستال، سرامیک، و لاستیک موادی هستند که به عنوان ایزولاتورها استفاده می‌شوند.
کاربردهای ایزولاتورها بسیار گسترده می‌باشد. در مهندسی برق، ایزولاتورها برای جلوگیری از تماس بین سیم‌ها یا اجزای الکتریکی و ایمنی سیستم‌های برقی استفاده می‌شوند. در الکترونیک، ایزولاتورها به منظور جلوگیری از انتقال نویز و اختلالات الکترومغناطیسی در مدارهای الکترونیکی استفاده می‌شوند. همچنین، در مکانیک و صنایع مختلف نیز ایزولاتورها برای جداسازی و محافظت از قطعات و تجهیزات مورد استفاده قرار می‌گیرند.
به طور کلی، ایزولاتورها نقش مهمی در ایجاد ایمنی، جلوگیری از تداخل‌ها و حفاظت از تجهیزات و سیستم‌های مختلف در مقابل انتقال انرژی، جریان، یا حرارت از یک نقطه به نقطه دیگر دارند.
مبدل ها یا ایزولاتور “Isolator” را می توان در بسیاری از کاربردهای صنعتی و تجاری یافت. ایزولاتورها در محیط‌های صنعتی، پزشکی و سایر محیط‌هایی که عایق الکتریکی برای ایمنی ضروری است استفاده می‌شود. جداسازهای سیگنال همچنین می‌توانند برای تقویت سیگنال‌ها استفاده شوند. استفاده از ایزولاتورها تجهیزات را قادر می‌سازند تا به یک حلقه پربار اضافه شوند یا سیگنال‌های خطرناک و ولتاژ بالا را به سطوح ایمن‌تر کاهش دهند.
ایزولاتور چیست
اگر به صورت مختصر و خیلی جزئی هم با اتوماسیون صنعتی آشنا باشید میدانید که در فرایند اتوماسیون صنعتی، وظایف انسان به ماشین‌آلات واگذار می‌شود. تا قبل از پیشرفت‌های کامپیوتری درک این که چگونه امری فیزیکی که توسط انسان انجام می‌شده به ماشین واگذار می‌شود ممکن بود اما کسی نمی‌توانست تصور کند که فرایند تصمیم گیری قرار است چگونه به ماشین‌ها منتقل شود.
پیشرفت‌های برنامه‌نویسی باعث شد تا کامپیوترها و پی ال سی ها بتوانند این کار را انجام دهند. به عبارتی این قطعات قابل برنامه ریزی بودند و می‌شد به صورت ساده برای آنها گزاره‌هایی منطقی را تعریف کرد. برای مثال « اگر الف اتفاق افتاد آنگاه ب را انجام بده» در مثالی عینی‌تر می‌توان گفت که « اگر دما به بالای ۳۰ درجه رسید، تهویه را روشن کن». حالا که امکان برنامه ریزی وجود داشت؛ هنوز نکاتی بود که باید آن را تکمیل می‌کردیم. اول این که پی ال سی یا کامپیوتر استفاده شده از کجا بفهمد که دما به بالای ۳۰ درجه رسیده و دوم اینکه چگونه تهویه را روشن کند. مورد دوم به بخش رباتیک مربوط می‌شد و مورد اول هم توسط سنسورها رفع می‌شد. به عبارتی سنسورها وسایلی بودند که می‌توانستند پارامترهای محیطی و فیزیکی را به زبانی که کامپیوتر یا پی ال سی می‌فهمد تبدیل کرده و به او منتقل کنند. از طرف دیگر بخش رباتیک یا عملگرها هم بخشی بود که فرمان پی ال سی را درک می‌کرد و می‌توانست آن را اجرا کند.
حالا سراغ سیگنال می‌رویم. سیگنال در واقع همان زبان مشترک میان سنسورها و عملگرها و کنترل کننده‌ها است. در واقع زبانی که پی ال سی می‌فهمد و سنسور به وسیله آن اطلاعات را به او منتقل میکند؛ همان سیگنال است. برای مثال سنسورهای القایی را در نظر بگیرید. سنسور القایی که از آن برای شناسایی اجسام فلزی استفاده می‌شود؛ وقتی فلزی در محدوده دید آن قرار می‌گیرد؛ ولتاژی اضافه از حد معمول را تولید میکند و این ولتاژ اضافه همان سیگنالی است که پی ال سی درک میکند.
پس سیگنال‌های می‌توانند ولتاژ، جریان، مقاومت یا هر پارامتر دیگری باشند که برای پی ال سی قابل فهم است و از آن طریق ارتباط میان بخش‌های مختلف اتوماسیون صنعتی برقرار می‌شود.
حالا سراغ این موضوع برویم که چرا ایزوله کردن یک سیگنال مهم است.
گاهی در فرایند انتقال سیگنال میان سنسور و پی ال سی یا عملگر و پی ال سی مشکلاتی رخ می‌دهد. این مشکلات ناشی از تداخل سیگنال‌ها بر یکدیگر است. برای مثال در بخش قبل دیدیم که سنسور القایی مورد استفاده ما، وجود جسم فلزی را با افزایش ولتاژ به پی ال سی اطلاع می‌داد و اگر این سیگنال ولتاژی با سیگنال دیگری تداخل پیدا کرده و افزایش یا کاهش پیدا کند؛ آنگاه پی ال سی تصمیم اشتباهی خواهد گرفت چون دیتای نامناسبی به او منتقل شده است. پس برای حل این مشکل باید چاره‌ای اندیشید. اینجا پای ایزولاتور سیگنال به ماجرا باز می‌شود. حالا می‌توانیم بگوییم که ایزولاتور سیگنال چیست و کار آن چه اهمیتی دارد. قبل از ادامه بحث لازم است تا مفهوم نویز را هم به صورت مختصر بررسی کنیم.
نویز هر چیزی است که کیفیت خروجی مدنظر ما را مختل کند یا در آن تغییری به وجود بیاورد. برای مثال نویز در صدا را به یاد بیاورید. هنگامی که شما با تلفن صحبت می‌کنید؛ شنیدن صدای ماشین و موتورهایی که در اطراف فردی که با شما صحبت میکند باعث می‌شود تا شما نتوانید پیام و محتوای حرف او را به خوبی گوش کنید.
به عبارتی این صدای ماشین و موتور، نویز محسوب می‌شود چون به شما اجازه نمی‌دهد تا خروجی اصلی، یعنی صدای فرد را به خوبی بشنوید در حالی که برای مثال همین صدای ماشین در تعمیرگاه و وقتی می‌خواهیم ببینیم که آیا موتور ماشین درست کار میکند یا نه، خروجی اصلی است و اتفاقا صدای صحبت افراد که باعث جلوگیری از این کار می‌شود نویز محسوب می‌شود. پس بنابر این تعریف و با توجه به مثال‌های آورده شده می‌توان حدس زد که هر چیزی می‌تواند نویز باشد.
اما ایزوله کردن سیگنال به این دلیل انجام می‌شود که محافظت بیشتری از قطعات و تجهیزات به کار رفته در اتوماسیون صنعتی ایجاد شود و سطح ایمنی و اطمینان از درستی سیگنال منتقل شده میان سنسور و پی ال سی و پی ال سی و عملگر افزایش پیدا کند. البته ایزوله کردن سیگنال اهداف جانبی دیگر مثل اطمینان از صحت کارکرد سیستم‌های جمع‌آوری اطلاعات یا دی اس اس را هم دارد. در واقع در پاسخ به این سوال که ایزولاتور چیست می‌توان گفت که ایزولاتور قطعه‌ای است که با ایجاد جداسازی میان دو بخش مختلف مدار، از بروز نویز جلوگیری کرده و از انتقال و تقویت سیگنال به شکلی صحیح اطمینان حاصل میکند.
در همین جا و پیش از پرداختن به این که انواع ایزولاتور سیگنال چیست و استفاده از آن چه مزایا و معایبی دارد؛ بد نیست درباره قطعه‌ای که کار آن به ایزولاتور سیگنال نزدیک است صحبت کنیم؛ این قطعه چیزی نیست جز سیگنال کانورتر.
تا اینجا دیدیم که ایزولاتور چیست ؛ اما لازم به نظر می‌رسد تا قطعه‌ای دیگر را بررسی کرده و ببینیم که مبدل سیگنال چیست و چه کاری انجام می‌دهد. پیش از پرداختن به مبدا سیگنال اجازه دهید نکته‌ای را درباره ایزولاتور برق معرفی کنیم. پاسخ به این که ایزولاتور برق چیست و چه کاربردی دارد؛ هدف این مقاله نیست اما به صورت کلی باید گفت که ایزولاتور سیگنال با ایزولاتور برق متفاوت بوده و این دو قطعه، دو تجهیز متفاوت هستند که برای اهدافی جدا و مجزا از هم به کار برده می‌شوند. حالا سراغ مبدل شبکه سیگنال یا سیگنال کانورتر برویم.
در پاسخ به این که مبدل سیگنال چیست باید گفت که چنان که نام این قطعه نشان می‌دهد؛ تجهیزی الکترونیکی است که سیگنال‌ها را از حالتی به حالت دیگر تبدیل میکند. این تبدیل می‌تواند تبدیل سیگنال‌های سنسورها به جریان برق صنعتی باشد یا تبدیل سیگنال آنالوگ به دیجیتال یا دیجیتال به آنالوگ یا تغییر فرکانس سیگنال‌ها یا …
به طور کلی سیگنال کانورتر وسیله‌ای است که از آن برای تبدیل سیگنال استفاده می‌شود و برخی از نمونه‌های آن، قابلیت ایزوله کردن سیگنال را نیز دارند. انواع مختلفی از مبدل سیگنال در بازار وجود دارد که از جمله آنها می‌توان به موارد زیر اشاره نمود.
این قطعه در دنیای صنعت کاربرد فراوانی دارد و برای مثال می‌توان با استفاده از آن، سیگنال یک تبدیل کننده وزن یا لودوسل را به جریان یا ولتاژ تبدیل کرده و آن را گزارش کرد. حالا وقت آن رسیده تا سراغ ادامه پاسخ به این سوال برویم که ایزولاتور چیست .
ایزولاتور سیگنال بسته به پارامترهای مختلفی می‌تواند به دسته‌های متعدد تقسیم بندی شود. اما نکته مهم این است که بتوانیم کاربردی‌ترین و مهم ترین شیوه دسته بندی را پیدا کنیم و از آن استفاده نماییم.
اولین شیوه دسته بندی، تقسیم ایزولاتورهای موجود در بازار بر اساس سیگنالی است که آن را ایزوله می‌کنند. به عبارت دیگر این که ایزولاتور توانایی ایزوله کردن چه نوع سیگنالی را دارد باعث می‌شود که در دسته‌های متفاوتی جای بگیرد. در این شیوه دسته بندی سه دسته مهم داریم.
در فرایند اتوماسیون صنعتی معمولا از سیگنال‌های مقاومتی برای سنجش دما یا خمش استفاده می‌شود و ایزولاتور مقاومتی این اطمینان را ایجاد میکند که این سیگنال‌های به درستی و به شکل کامل در اختیار پی ال سی یا سیستم دی اس اس قرار می‌گیرند. کاربرد اصلی این گونه از ایزولاتور سیگنال، افزایش دقت و البته کاهش نویز و از بین بردن آن است.
از آنجا که سیگنال‌های جریان و ولتاژ با استفاده از سیگنال کانورتر به سادگی قابل تبدیل به یکدیگر هستند آنها را در یک دسته جای داده‌ایم. ایزولاتورهای جریان و ولتاژ، ولتاژ یا جریان خروجی خاصی را حفظ می‌کنند که در تناسب با جریان و ولتاژ ورودی است. این اتفاق در حالی رقم می‌خورد که این دو بخش مدار به شکل کلی مجزا از یکدیگر بوده و ارتباطی با هم ندارند. در حقیقت نقش ایزولاتور سیگنال، ایجاد ایزولاسیون الکتریکی است.
همان طور که از نام این نوع ایزولاتور پیداست؛ آنها با ولتاژها و جریان‌های پایین و کوچک فعالیت می‌کنند و امکان ایزوله کردن مدارهای کوچک اما حساس را برای ما فراهم می‌کنند.
ایزولاتورها را از یک نگاه دیگر نیز می‌توان به دو گروه کلی تقسیم کرد که عبارتند از:
در بیان ساده باید گفت که ایزولاتور فعال قطعه‌ای است که می‌توان به صورت فعال در مدار فعالیت کند. این نکته یعنی ایزولاتور فعال می‌تواند سیگنال خروجی را وارونه کرده یا آن را تقویت کند. علت وجود داشتن چنین امکانی در ایزولاتور فعال ساخته شدن این نوع ایزولاتور از قطعاتی مثل آمپلی فایر است که نقش فعالی در مدار داشته و می‌توانند تغییراتی ایجاد کنند. نمونه واضح این نوع ایزولاتور را می‌توان در ترانس دیوسرها دید.
این نوع ایزولاتور که از قطعاتی غیر فعال مثل مقاومت یا خازن ساخته می‌شود؛ نمی‌تواند تغییرات خاصی در سیگنال خروجی ایجاد نماید اما هنوز هم برای ایجاد جدایی میان بخش‌های مدار و انجام ایزولاسیون کاربرد فراوانی دارد. ایزولاتورهای مقاومتی، نمونه واضحی از این نوع ایزولاتور ها هستند.
در واقع ما نمی‌توانیم بدون بیان ویژگی‌های این قطعه و بررسی و مزایا و معایب آن ادعا کنیم که به پرسش ایزولاتور چیست پاسخی کامل داده‌ایم. در این بخش با بررسی این مزایا و معایب و ویژگی‌ها یک قدم دیگر به پاسخ کامل نزدیک شده و در بخش بعدی به بیان کاربردهای این قطعه در صنایع مختلف و نکاتی مهم در مورد انتخاب ایزولاتور اشاره خواهیم کرد.
خب اول می‌خواهیم بدانیم که مزایای ایزولاتور سیگنال چیست و استفاده از آن چه سودی برای ما دارد. از جمله مزایای این قطعه باید به موارد زیر اشاره کنیم:
جلوگیری از ایجاد حلقه‌های زمین که باعث افزایش دقت در اندازه گیری و جمع‌آوری اطلاعات می‌شود.
جلوگیری از وارد آمدن آسیب جدی به خاطر جهش ناگهانی ولتاژ در قطعات با توجه به فرایند ایزولاسیون
حفظ یکپارچگی سیگنال با توجه به انجام فرایند ایزولاسیون
از بین بردن و حذف تداخل الکترومغناطیسی
جدا کردن تجهیزات و قطعاتی که با ولتاژ بالا کار می‌کنند از قطعات کنترلی که به صورت کلی، ولتاژ کاری پایینی دارند و جلوگیری از بروز خطرات بالقوه
جلوگیری از تداخل و ایجاد نویز
قابلیت نصب آسان در فضاهای فشرده
سازگاری با محیط صنعتی
در مورد معایب ایزولاتور سیگنال باید به بهای آن اشاره کرد و همچین گاهی در هنگام استفاده از این قطعه، به دلیل انجام فرایند ایزولاسیون، تخریب سیگنال صورت می‌پذیرد که با هدف کلی استفاده از آن در تناقض است اما به صورت کلی باید گفت که درصد بروز چنین مواردی بسیار پایین بوده و جای نگرانی وجود ندارد.
با توجه به آنچه تا به حال در مورد ایزولاتور گفتیم می‌توان حدس زد که این قطعه در هر جایی که به محافظت بیشتر و اطمینان از صحت ارسال سیگنال نیاز داشته باشیم به کار می‌رود اما اصلی‌ترین کاربردهای این قطعه در صنعت را باید شامل موارد زیر دانست.
حالا دیگر به صورت کامل می‌دانیم که ایزولاتور سیگنال چیست و چه کاری را انجام می‌دهد. اگر شما قصد خرید ایزولاتور سیگنال را دارید پیشنهاد می‌کنیم حتما به چند نکته مهم در مورد آن دقت نمایید.
ابتدا به یاد داشته باشید که مبدا سیگنال هم در برخی موارد قابلیت ایزوله کردن سیگنال را دارد و حتما این موضوع را چک کنید که آیا خرید ایزولاتور برای شما مناسب‌تر است یا مبدل.
بهتر است از تناسب نیاز خود با نوع ایزولاتور سیگنال انتخاب شده اطمینان حاصل کنید. ایزولاتور سیگنال دامنه ورودی وسیعی داشته و از سوی دیگر انواع مختلفی هم دارد. به عبارت دیگر اینکه شما به کدام یک از انواع مختلف ایزولاتور سیگنال نیاز دارید و کدام ورژن از آن می‌تواند نیازهای شما را به صورت کامل پوشش دهد؛ تنها توسط افراد آگاه و متخصص قابل تعیین است.
با توجه به نقش مهم ایزولاتور سیگنال در فرایند صنعتی توصیه می‌کنیم که در انتخاب این قطعه سراغ برندهای نام آشنا بروید. به عبارت دیگر بهتر است در خرید این قطعه کیفیت را در اولویت بالاتری نسبت به قسمت قرار دهید.
بهتر است ایزولاتور سیگنال مورد نظر خود را از فروشنده ای معتبر و حرفه‌ای در حوزه این گونه تجهیزات تهیه کنید تا نگرانی شما از بابت اصالت ایزولاتور و کیفیت ساخت آن راحت بوده و همچنین بتوانید از مشاوره‌های فروشنده نیز بهره بگیرید.
ما در این مطلب سعی کردیم به این پرسش پاسخ دهیم که ایزولاتور سیگنال چیست و چه کاربردی دارد. به طور خلاصه باید گفت که ایزولاتور سیگنال قطعه‌ای است که بخش‌های مختلف مدار را از یکدیگر جدا کرده و از مداری در مقابل مدار دیگر محافظت میکند. این موضوع برای جلوگیری از شکل گیری حلقه‌های زمین و همچین بروز تداخل و ایجاد نویز بسیار مهم است. انواع ایزولاتور سیگنال را می‌توان بر اساس نوع انجام فرایند و فعال بودن یا نبودن آن و همچنین بر اساس نوع سیگنال ( مقاومتی، جریان ولتاژ و …) به انواع مختلفی تقسیم کرد. در هنگام انتخاب ایزولاتور سیگنال باید کیفیت را به عنوان مهمترین عامل در نظر گرفت و این قطعه را از مرجعی معتبر تهیه نمود.
امرن الکتریک نماینده رسمی محصولات صنعتی ایزولاتور/ مبدل/ سیگنال کاندیشنر در ایران می باشد.
ایزولاتور ها برندهای مختلفی دارند , ایزولاتور فونیکس و ایزولاتور سنکا که شما میتوانید محصولات شرکت های امرن (OMRON)، فونیکس کنتاکت (PHOENIX CONTACT)، ویدمولر (WEIDMULLER)، پپر یا پی اند اف P&F (Pepperl+Fuchs) و سنکا (seneca) را از آلینداس خریداری کنید.
جهت کسب اطلاعات بیشتر و مشاوره تخصصی با کارشناسان امرون الکتریک از طریق راه های ارتباطی زیر ارتباط بگیرید.
تلفن:
021-33905353، 021-33903213
واتساپ:
09029507348-7
مراجعه حضوری: تهران، خیابان لاله زار جنوبی نبش کوچه شاهچراغی پاساژ تجارت پلاک 6
