CN106786614A - 基于4至20mA电流环供电电压自动补偿装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于4至20mA电流环供电电压自动补偿装置及其使用方法，该装置包括电压补偿装置、电阻型负载、电压型负载、传感器，电压补偿装置与电阻型负载相连，电阻型负载与电压型负载相连，电压型负载与传感器相连，传感器与电压补偿装置相连。本发明能够减小回路中电流变化带来的电压波动，使传感器两端电压始终保持在额定工作电压范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种供电电压自动补偿装置及使用方法，特别是涉及一种基于4至20mA电流环供电电压自动补偿装置及其使用方法。
背景技术
目前在工业现场中广泛使用基于4至20mA电流环供电的目标设备(主要为传感器)，回路中的电流大小做为传感器的关键值输出。此供电方式具有信号传输距离远、衰减小、抗干扰能力强等特点。
一般电流环供电型传感器具有一定的供电电压范围，要求在传感器输出20mA的情况下，传感器的两端电压不小于其最小供电电压，当传感器输出4mA的情况下，传感器的两端电压不大于其最大供电电压。实际应用环境下，传感器会使得回路中电流不断变化，而回路中的阻性负载两端的分压值也不断变化，导致传感器两端电压不固定。在有防爆要求的工业场所对设备的供电电压有一定限制，或传感器的供电电压范围较窄的情况下，更需要借助本专利的4至20mA电流环供电电压自动补偿装置对传感器进行供电和控制。
目前市面上并没有针对4至20mA电流环供电电压自动补偿装置，针对回路中负载较多的情况，解决方式是直接提高回路供电电压。对于传感器电压范围较窄和供电范围受限的情况，只能通过减少回路阻性负载的个数来解决，极大的限制用户的使用需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于4至20mA电流环供电电压自动补偿装置及其使用方法，其能够减小回路中电流变化带来的电压波动，使传感器两端电压始终保持在额定工作电压范围。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种基于4至20mA电流环供电电压自动补偿装置，其特征在于，其包括电压补偿装置、电阻型负载、电压型负载、传感器，电压补偿装置与电阻型负载相连，电阻型负载与电压型负载相连，电压型负载与传感器相连，传感器与电压补偿装置相连。
优选地，所述电压补偿装置包括可调电源模块、数字模拟转换器、模拟数字转换器、测量负载，数字模拟转换器与可调电源模块相连，可调电源模块、测量负载都与模拟数字转换器相连，可调电源模块与测量负载相连。
优选地，所述数字模拟转换器用数字电位器来代替，实现电源模块输出电压可调节功能。
本发明还提供一种基于4至20mA电流环供电电压自动补偿装置的使用方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤一，通过模拟数字转换器对4至20mA电流环回路中的测量负载Rt两端的电压Vt进行采样；
步骤二，将采样值发送给电压控制单元，计算得出传感器两端供电电压Vs；
步骤三，传感器实际工作电压和设定的电压不符合，就通过数字模拟转换器调节供电单元反馈电压，达到对环回路供电电压U进行补偿，从而保证传感器工作电压稳定不变。
优选地，所述步骤一中去掉测量负载，通过ADC直接采样传感器两端电压，然后再通过可调电源模块进行电压补偿。
本发明的积极进步效果在于：本发明能够解决4至20mA电流环回路中，阻性负载较多的情况下，回路中电流变化导致传感器的两端电压不符合传感器自身要求的问题，设计一种4至20mA电流环回路供电电压自动补偿装置，将4至20mA电流环回路中的传感器两端电压值稳定在一定范围内，在电源输出功率允许的情况下，回路中可接入多个不同负载，而不会使传感器两端电压超出额定电压范围。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
如图1所示，本发明基于4至20mA电流环供电电压自动补偿装置包括电压补偿装置、电阻型负载R1、电压型负载V0、传感器S，电压补偿装置与电阻型负载R1相连，电阻型负载R1与电压型负载V0相连，电压型负载V0与传感器S相连，传感器S与电压补偿装置相连。
所述电压补偿装置包括可调电源模块U、DAC(Digital to analog con verter，数字模拟转换器)、ADC(Analog to digital converter，模拟数字转换器)、测量负载Rt，DAC与可调电源模块U相连，可调电源模块U、测量负载Rt都与ADC相连，可调电源模块U与测量负载Rt相连。
所述DAC可用数字电位器来代替，实现电源模块输出电压可调节功能。
所述传感器S的工作电压范围为：Vmin至Vmax，其中Vmin的计算公式如下式(1)所示，Vmax的计算公式如下式(2)所示。
Vmin＝U-V0-R1×0.004(1)
Vmax＝U-V0-R1×0.02(2)
本发明基于4至20mA电流环供电电压自动补偿装置的使用方法包括以下步骤：
步骤一，通过ADC对4至20mA电流环回路中的测量负载Rt两端的电压Vt进行采样；
步骤二，将采样值发送给电压控制单元，通过如下式(3)计算所示，得出传感器两端供电电压Vs；
步骤三，当传感器实际工作电压Vs和设定的电压不符合，就通过DAC调节供电单元反馈电压，达到对环回路供电电压U进行补偿，从而保证传感器工作电压稳定不变。
所述步骤一中可去掉测量负载Rt，通过ADC直接采样传感器两端电压，然后再通过可调电源模块进行电压补偿。
实施例1
在某工业现场，如果电流环供电电压U固定为24V，传感器S的供电电压范围为12至22V，某电阻型负载R1的阻值为700Ω(如安全栅)，某电压型负载V0为4V(如回路显示器)。
当R1和V0全部接入到回路中时，按照计算公式上式(1)和上式(2)所示，在4mA的情况下传感器的两端电压Vmax为17.2V，在20mA的情况下传感器的两端电压Vmin为6V，低于传感器的工作范围。传统的解决方案是提高电流环供电电压，如将供电电压U提高到30V，但带来的问题是，在4mA时传感器的两端电压Vmax为23.2V，超过了传感器的最高电压范围，在这种情况下只能去掉回路中的某些负载，减少使用需求。
上述应用环境下，使用电压自动补偿技术后，电流环供电电压随着回路中电流值的变化不断调节，可保证传感器两端电压在12至22V正常工作范围内，且电流环回路接入多种不同性质的负载仍然能保证传感器正常工作。
以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于4至20mA电流环供电电压自动补偿装置，其特征在于，其包括电压补偿装置、电阻型负载、电压型负载、传感器，电压补偿装置与电阻型负载相连，电阻型负载与电压型负载相连，电压型负载与传感器相连，传感器与电压补偿装置相连。
2.如权利要求1所述的基于4至20mA电流环供电电压自动补偿装置，其特征在于，所述电压补偿装置包括可调电源模块、数字模拟转换器、模拟数字转换器、测量负载，数字模拟转换器与可调电源模块相连，可调电源模块、测量负载都与模拟数字转换器相连，可调电源模块与测量负载相连。
3.如权利要求1所述的基于4至20mA电流环供电电压自动补偿装置，其特征在于，所述数字模拟转换器用数字电位器来代替，实现电源模块输出电压可调节功能。
4.一种基于4至20mA电流环供电电压自动补偿装置的使用方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤一，通过模拟数字转换器对4至20mA电流环回路中的测量负载Rt两端的电压Vt进行采样；
步骤二，将采样值发送给电压控制单元，计算得出传感器两端供电电压Vs；
步骤三，传感器实际工作电压和设定的电压不符合，就通过数字模拟转换器调节供电单元反馈电压，达到对环回路供电电压U进行补偿，从而保证传感器工作电压稳定不变。
5.如权利要求4所述的基于4至20mA电流环供电电压自动补偿装置的使用方法，其特征在于，所述步骤一中去掉测量负载，通过ADC直接采样传感器两端电压，然后再通过可调电源模块进行电压补偿。
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| CN205385411U (zh) * | 2015-12-29 | 2016-07-13 | 西安福华力能电源有限公司 | 一种基于vicor模块的数字可调电源 |
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