本發明涉及一種供電電壓自動補償裝置及使用方法，特別是涉及一種基于4至20mA電流環供電電壓自動補償裝置及其使用方法。

背景技術：

目前在工業現場中廣泛使用基于4至20mA電流環供電的目標設備(主要為傳感器)，回路中的電流大小做為傳感器的關鍵值輸出。此供電方式具有信號傳輸距離遠、衰減小、抗干擾能力強等特點。

一般電流環供電型傳感器具有一定的供電電壓范圍，要求在傳感器輸出20mA的情況下，傳感器的兩端電壓不小于其最小供電電壓，當傳感器輸出4mA的情況下，傳感器的兩端電壓不大于其最大供電電壓。實際應用環境下，傳感器會使得回路中電流不斷變化，而回路中的阻性負載兩端的分壓值也不斷變化，導致傳感器兩端電壓不固定。在有防爆要求的工業場所對設備的供電電壓有一定限制，或傳感器的供電電壓范圍較窄的情況下，更需要借助本專利的4至20mA電流環供電電壓自動補償裝置對傳感器進行供電和控制。

目前市面上并沒有針對4至20mA電流環供電電壓自動補償裝置，針對回路中負載較多的情況，解決方式是直接提高回路供電電壓。對于傳感器電壓范圍較窄和供電范圍受限的情況，只能通過減少回路阻性負載的個數來解決，極大的限制用戶的使用需求。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于4至20mA電流環供電電壓自動補償裝置及其使用方法，其能夠減小回路中電流變化帶來的電壓波動，使傳感器兩端電壓始終保持在額定工作電壓范圍。

本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的：一種基于4至20mA電流環供電電壓自動補償裝置，其特征在于，其包括電壓補償裝置、電阻型負載、電壓型負載、傳感器，電壓補償裝置與電阻型負載相連，電阻型負載與電壓型負載相連，電壓型負載與傳感器相連，傳感器與電壓補償裝置相連。

優選地，所述電壓補償裝置包括可調電源模塊、數字模擬轉換器、模擬數字轉換器、測量負載，數字模擬轉換器與可調電源模塊相連，可調電源模塊、測量負載都與模擬數字轉換器相連，可調電源模塊與測量負載相連。

優選地，所述數字模擬轉換器用數字電位器來代替，實現電源模塊輸出電壓可調節功能。

本發明還提供一種基于4至20mA電流環供電電壓自動補償裝置的使用方法，其特征在于，其包括以下步驟：

步驟一，通過模擬數字轉換器對4至20mA電流環回路中的測量負載R_t兩端的電壓V_t進行采樣；

步驟二，將采樣值發送給電壓控制單元，計算得出傳感器兩端供電電壓V_s；

步驟三，傳感器實際工作電壓和設定的電壓不符合，就通過數字模擬轉換器調節供電單元反饋電壓，達到對環回路供電電壓U進行補償，從而保證傳感器工作電壓穩定不變。

優選地，所述步驟一中去掉測量負載，通過ADC直接采樣傳感器兩端電壓，然后再通過可調電源模塊進行電壓補償。

本發明的積極進步效果在于：本發明能夠解決4至20mA電流環回路中，阻性負載較多的情況下，回路中電流變化導致傳感器的兩端電壓不符合傳感器自身要求的問題，設計一種4至20mA電流環回路供電電壓自動補償裝置，將4至20mA電流環回路中的傳感器兩端電壓值穩定在一定范圍內，在電源輸出功率允許的情況下，回路中可接入多個不同負載，而不會使傳感器兩端電壓超出額定電壓范圍。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖給出本發明較佳實施例，以詳細說明本發明的技術方案。

如圖1所示，本發明基于4至20mA電流環供電電壓自動補償裝置包括電壓補償裝置、電阻型負載R₁、電壓型負載V₀、傳感器S，電壓補償裝置與電阻型負載R₁相連，電阻型負載R₁與電壓型負載V₀相連，電壓型負載V₀與傳感器S相連，傳感器S與電壓補償裝置相連。

所述電壓補償裝置包括可調電源模塊U、DAC(Digital to analog con verter，數字模擬轉換器)、ADC(Analog to digital converter，模擬數字轉換器)、測量負載Rt，DAC與可調電源模塊U相連，可調電源模塊U、測量負載Rt都與ADC相連，可調電源模塊U與測量負載Rt相連。

所述DAC可用數字電位器來代替，實現電源模塊輸出電壓可調節功能。

所述傳感器S的工作電壓范圍為：V_min至V_max，其中V_min的計算公式如下式(1)所示，V_max的計算公式如下式(2)所示。

V_min＝U-V₀-R₁×0.004(1)

V_max＝U-V₀-R₁×0.02(2)

本發明基于4至20mA電流環供電電壓自動補償裝置的使用方法包括以下步驟：

步驟一，通過ADC對4至20mA電流環回路中的測量負載R_t兩端的電壓V_t進行采樣；

步驟二，將采樣值發送給電壓控制單元，通過如下式(3)計算所示，得出傳感器兩端供電電壓V_s；

步驟三，當傳感器實際工作電壓V_s和設定的電壓不符合，就通過DAC調節供電單元反饋電壓，達到對環回路供電電壓U進行補償，從而保證傳感器工作電壓穩定不變。

所述步驟一中可去掉測量負載R_t，通過ADC直接采樣傳感器兩端電壓，然后再通過可調電源模塊進行電壓補償。

實施例1

在某工業現場，如果電流環供電電壓U固定為24V，傳感器S的供電電壓范圍為12至22V，某電阻型負載R₁的阻值為700Ω(如安全柵)，某電壓型負載V₀為4V(如回路顯示器)。

當R₁和V₀全部接入到回路中時，按照計算公式上式(1)和上式(2)所示，在4mA的情況下傳感器的兩端電壓V_max為17.2V，在20mA的情況下傳感器的兩端電壓V_min為6V，低于傳感器的工作范圍。傳統的解決方案是提高電流環供電電壓，如將供電電壓U提高到30V，但帶來的問題是，在4mA時傳感器的兩端電壓V_max為23.2V，超過了傳感器的最高電壓范圍，在這種情況下只能去掉回路中的某些負載，減少使用需求。

上述應用環境下，使用電壓自動補償技術后，電流環供電電壓隨著回路中電流值的變化不斷調節，可保證傳感器兩端電壓在12至22V正常工作范圍內，且電流環回路接入多種不同性質的負載仍然能保證傳感器正常工作。

以上所述的具體實施例，對本發明的解決的技術問題、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。