本發(fā)明涉及一種變送器，尤其是一種基于達(dá)林頓光耦自環(huán)補(bǔ)償竊電式4-20ma變送器。

背景技術(shù)：

變送器(transmitter)是把傳感器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀豢刂破髯R(shí)別的信號(hào)(或?qū)鞲衅鬏斎氲姆请娏哭D(zhuǎn)換成電信號(hào)同時(shí)放大以便供遠(yuǎn)方測量和控制的信號(hào)源)的轉(zhuǎn)換器。傳感器和變送器一同構(gòu)成自動(dòng)控制的監(jiān)測信號(hào)源。不同的物理量需要不同的傳感器和相應(yīng)的變送器。變送器的種類很多，用在工控儀表上面的變送器主要有溫度變送器、壓力變送器、流量變送器、電流變送器、電壓變送器等等。

4-20ma電流環(huán)是當(dāng)今工業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)膹V泛運(yùn)用的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，但針對(duì)遠(yuǎn)距離的本質(zhì)安全的隔離傳輸，如何解決線性與隔離這對(duì)矛盾一直是模擬技術(shù)一個(gè)難點(diǎn)，目前主流方案，無非只有基于斬波原理的磁路隔離或者基于線性光耦的光隔離，甚至是借用電壓頻率變換實(shí)現(xiàn)的開關(guān)信號(hào)光電隔離三種技術(shù)方案，這三種方案每一種本質(zhì)上都是有源系統(tǒng)，如果引入外部控制電源，則供電復(fù)雜，還增加線索，如果采用環(huán)路自供電，首先遇到就是對(duì)控制部分的恒流供電難點(diǎn)和必然涉及的插入補(bǔ)償。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、特別便于集成的變送器。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于達(dá)林頓光耦自環(huán)補(bǔ)償竊電式變送器，包括過壓保護(hù)器、全橋電路、同型號(hào)光耦環(huán)路補(bǔ)償電路和光電隔離器，過壓保護(hù)器處于系統(tǒng)最前端，其a+和a-兩端直接與二線制電流環(huán)的兩輸出線任意相連，全橋電路左側(cè)前端與過壓保護(hù)器右端輸出相連，全橋電路的右側(cè)后端輸出與光電耦合器的輸入端、同型號(hào)光耦環(huán)路補(bǔ)償電路的輸出端兩相并聯(lián)，光電耦合器與同型號(hào)光耦環(huán)路補(bǔ)償電路輸入端串聯(lián)，線性補(bǔ)償后的模擬信號(hào)從光電耦合器右側(cè)輸出。過壓保證器負(fù)責(zé)對(duì)來自工業(yè)現(xiàn)場的尖沖干擾削峰；全橋電路實(shí)現(xiàn)極性保護(hù)，與電流環(huán)連接時(shí)可以不區(qū)分正負(fù)極性；同型號(hào)光耦環(huán)路補(bǔ)償電路通過引入并聯(lián)電流負(fù)反饋來改善電流傳輸?shù)木€性度；光電隔離器最終實(shí)現(xiàn)對(duì)4-20ma的信號(hào)采集和隔離輸出。

本發(fā)明直接用兩只同型號(hào)的達(dá)林頓光耦，一只負(fù)責(zé)隔離一只負(fù)責(zé)對(duì)光耦自身的非線性補(bǔ)償，以二線制無源方式工作，硬件拓?fù)浜唵危杀镜土?，無插入噪聲，無控制系統(tǒng)耗電，體積小，重量輕，特別便于集成，而線性度卻優(yōu)于1.5％，在絕大多數(shù)部分場合都能滿足采集需求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的硬件的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是本發(fā)明的電路原理圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清晰、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1所示：一種基于達(dá)林頓光耦自環(huán)補(bǔ)償竊電式變送器，包括過壓保護(hù)器、全橋電路、同型號(hào)光耦環(huán)路補(bǔ)償電路和光電隔離器，過壓保護(hù)器處于系統(tǒng)最前端，其a+和a-兩端直接與二線制電流環(huán)的兩輸出線任意相連，全橋電路左側(cè)前端與過壓保護(hù)器右端輸出相連，全橋電路的右側(cè)后端輸出與光電耦合器的輸入端、同型號(hào)光耦環(huán)路補(bǔ)償電路的輸出端兩相并聯(lián)，光電耦合器與同型號(hào)光耦環(huán)路補(bǔ)償電路輸入端串聯(lián)，線性補(bǔ)償后的模擬信號(hào)從光電耦合器右側(cè)輸出。過壓保證器負(fù)責(zé)對(duì)來自工業(yè)現(xiàn)場的尖沖干擾削峰；全橋電路實(shí)現(xiàn)極性保護(hù)，與電流環(huán)連接時(shí)可以不區(qū)分正負(fù)極性；同型號(hào)光耦環(huán)路補(bǔ)償電路通過引入并聯(lián)電流負(fù)反饋來改善電流傳輸?shù)木€性度；光電隔離器最終實(shí)現(xiàn)對(duì)4-20ma的信號(hào)采集和隔離輸出。

如圖2所示：限流電阻r1r2和tvs管p6k24ca一起構(gòu)成過壓保護(hù)對(duì)來自工業(yè)現(xiàn)場的強(qiáng)電干擾進(jìn)行鉗位削峰，全橋b1構(gòu)建極性保護(hù)，確保ab端不分不用再分正負(fù)極性就可靈活地接入4-20ma電流環(huán)，c1配合電阻r1r2構(gòu)成低通濾波器平滑掉電流環(huán)路中引入的浮動(dòng)干擾。電阻r3和達(dá)林頓光耦u2引入并聯(lián)電流負(fù)反饋大范圍改善變換的線性度，最后采集信號(hào)通過另一只達(dá)林頓光耦u1隔離輸出；此外電阻r4還和發(fā)光二極管d2一同通過不同亮度來間接反映當(dāng)前環(huán)路中的電流的相對(duì)強(qiáng)弱。

下面進(jìn)一步公開通過引入電流負(fù)反饋矯正光耦非線性的數(shù)學(xué)機(jī)理，在附圖2中兩只同型號(hào)的達(dá)林頓光電隔離器fod852，其電流傳輸比ctr高達(dá)15000％，換句話說其等效光電流放大倍數(shù)β為150倍，通過選型和配對(duì)我們發(fā)現(xiàn)其一致性非常好，對(duì)比附圖1和附圖2不難看出有下列的電流傳輸和約束關(guān)系

iout＝β*id

i0＝id+β*id＝(1+βid)

iout＝β*i0/(1+b)≈i0

β＝150

其理論線性度為1/(1+β)＝1/151≈0.7％，實(shí)測線性度優(yōu)于1.5％，已經(jīng)能滿足絕大多數(shù)應(yīng)用場合的傳輸要求。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種基于達(dá)林頓光耦自環(huán)補(bǔ)償竊電式變送器，包括過壓保護(hù)器、全橋電路、同型號(hào)光耦環(huán)路補(bǔ)償電路和光電隔離器，過壓保護(hù)器處于系統(tǒng)最前端，其A+和A?兩端直接與二線制電流環(huán)的兩輸出線任意相連，全橋電路左側(cè)前端與過壓保護(hù)器右端輸出相連，全橋電路的右側(cè)后端輸出與光電耦合器的輸入端、同型號(hào)光耦環(huán)路補(bǔ)償電路的輸出端兩相并聯(lián)，光電耦合器與同型號(hào)光耦環(huán)路補(bǔ)償電路輸入端串聯(lián)，線性補(bǔ)償后的模擬信號(hào)從光電耦合器右側(cè)輸出。本發(fā)明硬件拓?fù)浜唵?，成本低廉，無插入噪聲，無控制系統(tǒng)耗電，體積小，重量輕，特別便于集成，而線性度卻優(yōu)于1.5％，在絕大多數(shù)部分場合都能滿足采集需求。

技術(shù)研發(fā)人員：溫良樹
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶編?？萍加邢薰?br/>技術(shù)研發(fā)日：2017.05.27
技術(shù)公布日：2017.09.29