En el mundo de la instrumentación y el control, el transmisor de 4-20 mA es una herramienta esencial. Pero, ¿te has preguntado cómo funciona exactamente? En este artículo, te explicaremos de manera sencilla y clara el funcionamiento de este dispositivo, desde sus principios básicos hasta su aplicación en diferentes industrias. Si eres un apasionado por la tecnología y quieres conocer más sobre esta tecnología de transmisión de señales, no te lo puedes perder. ¡Sigue leyendo!
En este artículo, discutiremos cómo funciona un transmisor de 4 -20 mA. Un sensor mide parámetros como la temperatura, la presión, el flujo o el nivel. La parte electrónica del transmisor convierte la señal recibida del sensor en una forma adecuada según el diseño del transmisor.
El tipo más común de salida del transmisor es una señal de 4 a 20 mA. Otras señales como Foundation Fieldbus y Profibus también están disponibles, pero la señal de 4 a 20 mA es ampliamente utilizada. La señal es utilizada por un sistema como PLC o DCS.
Transmisor de 4 a 20 mA
Un transmisor es un dispositivo electrónico que convierte la señal recibida del sensor en una forma adecuada. El transmisor de 4 a 20 mA se usa ampliamente en casi todas las industrias. Todos los transmisores de 4 a 20 mA son transmisores alimentados por lazo. Cada transmisor tiene un bucle dedicado a través del cual se comunican con el sistema para transferir la señal al sistema.
4 mA representa el valor bajo del intervalo configurado para el transmisor. Mientras que 20 mA representa el valor alto del span configurado para el transmisor. Se elige 4 mA para tener un cero vivo en el sistema. Este cero vivo detectará cualquier falla de cable o falla de bucle.
Supongamos que se utiliza un transmisor de temperatura para medir la temperatura de un horno. El rango configurado para el transmisor de temperatura es de 0 °C a 1000 °C. Entonces, a 0 °C, la salida del transmisor será de 4 mA. Mientras que a 1000 °C la salida del transmisor será de 20 mA.
El transmisor de 4 a 20 mA requiere 24 VDC con corriente de 20 mA según el estándar. Generalmente, la corriente siempre es superior a 20 mA suministrada por el sistema. Luego, el transmisor manipula los mA según la variable de proceso.
Veamos cómo responderá el transmisor a las diferentes entradas del sensor.
Conexión del transmisor y la tarjeta de entrada analógica
Como se muestra en la figura, el transmisor se alimenta con 24 V CC desde una tarjeta de entrada analógica. En el cable de bucle negativo, se utiliza una resistencia de 250 ohmios. El propósito de esta resistencia es convertir los mA recibidos del transmisor a un voltaje en el rango de 1 V a 5 V.
Si la corriente es de 4 mA, entonces según la ley de ohm,
Voltaje (V) = Corriente (I) * Resistencia (R)
V = 4 mA * 250 ohmios
Voltaje (V) = 1000 mV = 1 voltio
De manera similar, para 20 mA, el voltaje es de 5 voltios.
Veamos algunos casos para el transmisor de temperatura con su operación en el rango de 0 °C a 1000 °C.
Caso 1: la variable de proceso es 0 %, es decir, 0 grados centígrados
La salida del transmisor será de 4 mA cuando el transmisor reciba 0 °C como entrada del sensor, que puede ser un RTD o un termopar. Este valor corresponde al 0 % del span configurado. Entonces, en este caso, el voltaje será de 1 Voltio como vimos en los cálculos.
Caso 2: la variable de proceso es 25 %, es decir, 250 grados centígrados
El transmisor entregará una salida de 8 mA correspondiente a una entrada de 250 °C desde el elemento sensor de temperatura principal. Este valor corresponde al 25 % del span configurado. Entonces, el voltaje será de 2 voltios en la resistencia de 250 ohmios.
Caso 3: la variable de proceso es 50 %, es decir, 500 grados centígrados
El transmisor entregará una salida de 12 mA correspondiente a una entrada de 500 °C desde el elemento sensor de temperatura principal. Este valor es el 50 % del span configurado. Entonces, el voltaje será de 3 voltios en la resistencia de 250 ohmios.
Caso 4: la variable de proceso es 75 %, es decir, 750 grados centígrados
El transmisor entregará una salida de 16 mA correspondiente a una entrada de 750 °C desde el elemento sensor de temperatura principal. Este valor corresponde al 75 % del span configurado. Entonces, el voltaje será de 4 voltios en la resistencia de 250 ohmios.
Caso 5: La variable de proceso es 100 %, es decir, 1000 grados centígrados
El transmisor entregará una salida de 20 mA correspondiente a una entrada de 1000 °C desde el elemento sensor de temperatura principal. Este valor corresponde al 50 % del span configurado. Entonces, el voltaje será de 5 voltios en la resistencia de 250 ohmios.
El transmisor genera diferentes mA para diferentes entradas del elemento de detección principal. El mA permanece en el rango de 4 a 20 mA cuando la variable de proceso está dentro del rango configurado. El mA continúa cambiando según la entrada del elemento de detección principal y, por lo tanto, produce diferentes mA.
¿Cuáles son las principales ventajas de un bucle de 4 a 20 mA?
Una de las ventajas más importantes de usar un transmisor alimentado por lazo de 4 a 20 mA es que el cero está vivo aquí. Por lo tanto, en caso de falla de cable o falla de bucle, podemos identificar rápidamente la falla. Los transmisores que trabajan de 4 a 20 mA requieren un solo par de cable.
Se utiliza un cable de par trenzado para la transmisión de corriente de 4 a 20 mA. El cable de par trenzado cancela el ruido eléctrico que es muy importante en la transferencia de datos al sistema. Además, el lazo de 4 a 20 mA no requiere ningún otro cable para encender el transmisor como en el caso de un sistema de 3 y 4 cables.
Además, la ventaja de usar 4 a 20 mA es que la señal de corriente no cae como lo hace la señal de voltaje.
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