Introducción
La interfaz de bucle de corriente de 4-20 mA surgió por la necesidad de transmitir información a largas distancias. Los diseñadores de sistemas descubrieron que, en lugar de cambiar una señal de tensión [que es susceptible al ruido y a las caídas de tensión a lo largo de los cables], podían transmitir una corriente cambiante con pocos inconvenientes. En la mayoría de los casos, la información es simplemente una medida o un valor para controlar algo. Por ejemplo, un proceso industrial puede necesitar transmitir un valor de presión a una sala de control situada a cientos de metros. Del mismo modo, la sala de control puede necesitar ajustar la presión enviando una señal de 4-20 mA al controlador de presión que también se encuentra a cientos de metros de distancia.
Los instrumentos que controlan el nivel de corriente utilizan una resistencia para convertir la corriente en tensión. El valor más común es una resistencia de precisión de 250 ohmios para una caída de tensión de 1 a 5 V CC. Lo ideal es que una resistencia para tal fin tenga una tolerancia del 0,1% (o mejor) con una potencia mínima de 0,25 W y un coeficiente de temperatura de al menos 25 ppm/°C. Valores más bajos de resistencia, por ejemplo, 62,5 ohm [para una caída de tensión más baja dentro del bucle de 0,25 a 1,25 VCC] requerirán que el instrumento pueda medir adecuadamente un valor tan bajo. Por ejemplo, un instrumento que tenga una entrada fija de 5 voltios producirá la mejor precisión utilizando la resistencia de 250 ohmios porque el intervalo de tensión consume la mayor parte del rango.
Ley de Ohms: Corriente por resistencia es igual a tensión.
Alimentación del bucle:
Los transductores de 4-20 mA suelen especificar una tensión de excitación de entre 9 y 30 voltios. La tensión de excitación debe ser mayor que la suma de todas las caídas de tensión en el bucle, incluidas las caídas de tensión a lo largo de los cables. Si, por ejemplo, hay dos procesos de monitorización, la tensión debe ser superior a 10 voltios, ya que de lo contrario se producirán errores en el rango superior. En su lugar, elija una fuente de alimentación que tenga un valor mayor, de 18 a 24 voltios parece ser popular.
Lo mejor es utilizar una entrada con terminación diferencial a través de la resistencia, pero también se puede utilizar una terminación simple si se tiene cuidado de evitar bucles de masa. En la imagen de abajo, si el negativo de la fuente de alimentación es la tierra del sistema y el DAQ y el medidor están aislados, entonces un solo extremo funcionará. Sin embargo, si el dispositivo DAQ no está aislado obtendrá su tierra del ordenador y puede haber una diferencia de voltaje entre él y el negativo de la fuente de alimentación. En este caso es mejor utilizar una conexión diferencial. Si hay una gran diferencia entre el negativo y la tierra del ordenador es mejor utilizar un dispositivo DAQ que tenga aislamiento.
También hay que tener cuidado con el punto del bucle en el que se realiza la medición. Si la entrada del DAQ es sensible a la tensión de modo común, colóquela lo más cerca posible de tierra. En otras partes del bucle las entradas tendrán 5 o más voltios de modo común. Las entradas aisladas funcionan mejor en este caso.