¿Por qué se usa una señal de corriente de 4-20 mA en lugar de una señal de voltaje?
En el mundo de la automatización industrial y el control de procesos, la elección de las señales de control es crucial para garantizar un rendimiento óptimo y una comunicación efectiva entre los dispositivos. Una de las preguntas más comunes que surge en este contexto es: ¿por qué se prefiere utilizar una señal de corriente de 4-20 mA en lugar de una señal de voltaje? Esta elección no es casual; responde a consideraciones técnicas y prácticas que afectan la fiabilidad y la precisión de las mediciones. Acompáñanos a explorar las razones detrás de esta decisión, desmitificando el porqué de esta norma en la industria y cómo impacta la eficiencia de los sistemas de control.
¿Sabías que muchas industrias y sistemas de control utilizan una señal de corriente de 4-20 mA en lugar de una señal de voltaje? ¿Te preguntas por qué se prefiere este tipo de señal en lugar de una señal de voltaje? En este artículo, te explicaremos las razones detrás de esta elección. Descubre cómo la señal de corriente de 4-20 mA ofrece ventajas y beneficios significativos en términos de precisión, distancia de transmisión y resistencia a interferencias. ¡No te lo pierdas!
Usamos una señal de corriente de 4-20 mA en lugar de una señal de voltaje porque la señal de corriente tiene numerosas ventajas. En este artículo, discutiremos en detalle qué es la señal de voltaje y la señal de corriente.
Podemos transmitir una señal eléctrica en forma de tensión o corriente de un extremo a otro. La transmisión de la señal de corriente tiene muchas ventajas sobre la transmisión de la señal de tensión. Primero comprendamos cuáles son las características de la señal de corriente y voltaje.
Señal de voltaje
La señal de voltaje en el extremo receptor puede ser algo menor que la magnitud de la señal en el extremo emisor. La razón principal de esta diferencia en el voltaje del extremo de envío y del extremo de recepción es la caída de voltaje en el medio de transmisión (cable).
El cable tiene un cierto valor de resistencia/metro. Cuanto mayor sea la longitud del cable, mayor será su resistencia. Y finalmente, la mayor resistencia contribuye a una mayor caída de voltaje en el cable.
El señal de voltaje cuando se transmite a larga distancia provoca una caída de voltaje en los cables. Podemos entender esto con el siguiente circuito eléctrico.
Señal>Aquí,
Vs -Voltaje final de envío
VR – Tensión final de recepción
RL = Resistencia de los conductores del cable (para todo el circuito)
R = Resistencia de terminación en el extremo del PLC
I = corriente en el circuito
Corriente que fluye en el circuito.
yo = vs/(rL+R)
Caída de tensión en el cable.
v = yo x rL
Por lo tanto, la caída de voltaje aumenta con el aumento de la longitud del cable y provoca menos voltaje en el extremo receptor. La diferencia en el voltaje del extremo de envío y del extremo de recepción conduce a un error en la medición.
Esta es una de las razones por las que la señal de tensión no se utiliza para la transmisión de señales.
Es deseable que la señal producida en el extremo receptor esté libre de distorsiones. La interferencia electromagnética puede superponerse a la señal de voltaje y la señal recibida en el extremo del receptor tiene un voltaje distorsionado. Por lo tanto, provoca errores en la medición.
El tiempo de respuesta de la señal de tensión es lento en comparación con la señal de corriente. La capacitancia e inductancia de la línea provoca la respuesta lenta de la señal de voltaje.
La impedancia de la fuente de voltaje siempre es mayor que la impedancia de la fuente de corriente. La inmunidad al ruido depende de la impedancia de la fuente. Cuanto mayor sea la resistencia de la fuente, menor será la inmunidad al ruido. Por lo tanto, la fuente de voltaje tiene menos inmunidad al ruido y es propensa a captar el ruido.
Podemos resumir las razones para no utilizar las señales de tensión.
- caída de tensión
- Propenso a la interferencia
- Respuesta lenta
- Menos linealidad de medición
- Baja inmunidad al ruido
- Riesgo de incendio por formación de chispas
Ahora, veremos por qué no hay error de medición cuando usamos la señal actual.
Señal actual
Como se muestra en el siguiente diagrama, la corriente permanece igual en un bucle cerrado de un circuito eléctrico.
Señal>
La corriente en el extremo de envío y recepción sigue siendo la misma. La corriente no puede desviarse en un camino cerrado. Por lo tanto, cuando usamos una señal de corriente para la transmisión a larga distancia, la corriente en todo el circuito sigue siendo la misma.
La precisión de medición del instrumento que trabaja con la señal de corriente es mucho mejor que la del instrumento que trabaja con el principio de detección de voltaje.
Para la transmisión de la señal desde el transmisor al PLC, podemos usar una señal de 0-20 mA o una señal de 4-20 mA para la transmisión a larga distancia. El transductor convierte cantidades físicas como presión, temperatura y presión en una señal de voltaje. Además, el transmisor convierte la señal de voltaje en la señal de corriente y luego, la señal de corriente se envía a la sala de control central, PLC o estación DCS.
Por lo tanto, la señal actual es la mejor para la transmisión de señales. A modo de resumen, las siguientes son las ventajas del uso de la señal actual.
- No hay problema de caída de voltaje
- Sin interferencias con ondas electromagnéticas
- Respuesta rapida
- Alta inmunidad al ruido
- Buena linealidad de medición
- Adecuado para transmisión de señal de larga distancia (hasta 1 KM)
- Sin chispa eléctrica- Sin riesgo de incendio
¿Por qué no se utiliza la señal de corriente de 0-20 mA?
El transmisor puede emitir una señal de 4-20 mA o 0-20 mA. Sin embargo, no usamos una señal de 0-20 mA. Una transmisión de señal de 0-20 mA significa que si la corriente es cero, el valor del proceso es cero. Sin embargo, en caso de falla en el transductor, transmisor o cable, la corriente es cero. Por lo tanto, en esta condición, no podemos decir si el valor del proceso es cero o falla en el sistema de medición. El valor cero de la corriente aparece incluso cuando el cable está abierto.
Por lo tanto, la señal de 0-20 mA no es a prueba de fallas. Por lo tanto, no se utiliza una señal de corriente de 0-20 mA.
¿Por qué una señal de corriente de 4-20 mA es una buena opción?
Si utiliza una señal de corriente de 4-20 mA, el cable roto o la falla del instrumento son fáciles de detectar. En funcionamiento normal, la salida del transmisor es de 4 mA cuando el valor del proceso es cero. En el caso de que el cable se abra o falle el instrumento, la corriente de salida cae a cero. Por lo tanto, la reducción de la corriente de 4 mA a 0 mA indica que hay algún problema con el sistema de medición. El transmisor emite una alarma cuando la corriente cae al valor cero.
El transmisor que tiene una función de salida de corriente de 4-20 mA recibe un suministro de CC de 24 voltios alimentado por bucle. Llamamos al transmisor con esta característica un Transmisor de 2 hilos. El circuito electrónico extrae corriente de un suministro de 24 voltios CC para su funcionamiento y, simultáneamente, emite la corriente de acuerdo con el valor del proceso.
Así, cuando el valor del proceso es cero, la corriente de lazo es de 4 mA. Si el valor del proceso es máximo, entonces la corriente de bucle es de 20 mA.
El esquema del transmisor de CC de 24 voltios alimentado por lazo se proporciona a continuación.
>Los 4-20 mA correspondientes a la temperatura del proceso se alimentan en una resistencia de 250 ohmios conectada al circuito del transmisor. La resistencia convierte la señal de corriente en una señal de tensión. Además, el módulo de entrada analógica del PLC convierte la señal de tensión analógica en una señal digital.
Leer siguiente:
¿Por qué se usa una señal de corriente de 4-20 mA en lugar de una señal de voltaje?
En el mundo de la automatización industrial y el control de procesos, la elección de las señales de control es crucial para garantizar un rendimiento óptimo y una comunicación efectiva entre los dispositivos.
Características de las señales eléctricas
Podemos transmitir una señal eléctrica en forma de tensión o corriente. ¿Pero por qué se prefiere la señal de corriente de 4-20 mA? A continuación, exploraremos las características de ambas señales.
Señal de voltaje
La señal de voltaje, cuando se transmite a largas distancias, puede experimentar caídas de voltaje. Esta caída de voltaje se debe a la resistencia de los cables que se vuelve significativa en longitudes mayores, lo que puede afectar la precisión de las mediciones.
- Caída de tensión: Cuanto mayor sea la longitud del cable, mayor será la resistencia, aumentando así la caída de voltaje.
- Interferencias: La señal de voltaje es más propensa a interferencias electromagnéticas, lo que puede distorsionar los datos.
- Respuesta lenta: La capacitancia e inductancia de los cables pueden ralentizar la respuesta de la señal.
Ventajas de la señal de corriente de 4-20 mA
El uso de una señal de corriente de 4-20 mA presenta diversas ventajas frente a la utilización de señales de voltaje:
- Consistencia: La corriente se mantiene constante en todo el circuito, independientemente de la longitud del cable.
- Inmunidad al ruido: A diferencia de las señales de voltaje, las corrientes son menos afectadas por ruidos externos.
- Alta linealidad: Los instrumentos basados en corriente presentan mejor linealidad en las mediciones.
- Rango de fallo: La señal de 4-20 mA permite detectar fallos en el sistema. Un valor de 0 mA indica una falla en lugar de un valor real de cero.
- Seguridad: No hay riesgo de arcos eléctricos, lo que reduce el riesgo de incendios.
Por qué no se utiliza la señal de 0-20 mA
Aunque algunos sistemas pueden usar 0-20 mA, esta no es la práctica común. Una señal de 0 mA puede ser difícil de interpretar, ya que podría indicar un fallo en el sistema o un valor real de cero, lo que puede ser problemático en aplicaciones críticas.
Conclusión
La señal de corriente de 4-20 mA es la opción preferida en la automatización industrial debido a sus múltiples ventajas en términos de precisión, distancia de transmisión y resistencia a interferencias. Su diseño permite una medición más confiable y segura, haciéndola la norma en la industria.
Preguntas frecuentes (FAQs)
¿Cuál es la diferencia principal entre 4-20 mA y 0-20 mA?
La principal diferencia es que el rango de 4-20 mA permite que el sistema detecte fallos. Un valor de 0 mA puede significar un proceso que realmente está en cero o un problema en el sistema.
¿Por qué la señal de corriente es menos susceptible a interferencias?
Las señales de corriente fluyen uniformemente en todo el circuito, mientras que las señales de voltaje pueden verse afectadas por la resistencia del cable y los campos electromagnéticos externos, causando distorsiones.
¿Para qué aplicaciones se utiliza la señal de 4-20 mA?
Esta señal se utiliza comúnmente en procesos industriales para la medición de variables como temperatura, presión y nivel, donde se requiere una transmisión precisa y confiable.
¿Cómo se convierte una señal de voltaje a una señal de corriente?
Se utilizan transmisores que convierten señales de voltaje de los sensores en señales de corriente estandarizadas (4-20 mA) para su transmisión a larga distancia.
Para más información técnica sobre los fundamentos de las señales de 4-20 mA, puedes consultar este artículo en Prelectronics o aprender sobre su importancia en procesos industriales en Predig.
Asperilla: ¡Totalmente de acuerdo, qixuan! También he tenido mis experiencias con las señales de 4-20 mA y la verdad es que me encanta lo confiables que son. Recuerdo un proyecto donde al principio usamos señales de voltaje y tuvimos que lidiar con variaciones que afectaban mucho la lectura. Cuando hicimos el cambio a 4-20 mA, todo se volvió mucho más estable y sin problemas extras. Definitivamente, ¡es un cambio que vale la pena considerar en el área de automatización!
¡Hola a todos! La verdad es que el artículo me pareció súper interesante. He trabajado con señales de 4-20 mA en un par de proyectos de automatización y puedo decir que la fiabilidad de esa señal es increíble. Una vez, en una instalación, cambiamos de voltaje a 4-20 mA y notamos que se redujeron los problemas de interferencia y caídas de señal. Es impresionante cómo algo tan simple puede hacer una gran diferencia en la estabilidad del sistema. ¡Recomiendo a todos que le den una oportunidad si están en el mundo de la instrumentación!