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En instrumentación de proceso, los sensores se utilizan para medir cantidades físicas como presión, temperatura, flujo, etc. del proceso. El sensor genera una salida en forma de voltaje que se envía al transmisor conectado con el sensor. El transmisor convierte la señal de voltaje en señal de corriente. El rango de señal de corriente que el transmisor genera en la salida se decide a través de la calibración del transmisor. Casi todos los transmisores que se fabrican con estándares de procesos industriales pueden producir señal de corriente en el rango de 0-20 Ma o en el rango de 4-20 Ma. Todo depende de la elección de un ingeniero que calibra el transmisor para establecer la señal de corriente en cualquiera de los rangos.
Los transmisores generalmente son dispositivos alimentados por bucle y generalmente se suministran a través de una fuente de 24 VCC. La mayoría de las aplicaciones industriales utilizan transmisores alimentados por bucle de 2 hilos que contienen la señal de corriente de bucle y la fuente de alimentación en los mismos cables eléctricos. La siguiente figura muestra cómo se conecta la fuente de alimentación en bucle con la señal de corriente generada por el transmisor de presión y, posteriormente, cómo se alimenta la señal de corriente a la tarjeta de entrada del controlador.
Supongamos que el fluido que pasa a través de la tubería ejerce presión en el rango de 0-10 bar y el transmisor está calibrado para generar señal de corriente en el rango de 4-20 Ma; que es proporcional a la presión que ejerce el fluido sobre el sensor de presión.
Cuando no hay fluido que fluye a través de la tubería, no se ejerce presión sobre el sensor, pero el transmisor de presión aún genera una señal de corriente de 4 Ma en los terminales de salida. Y si la presión ejercida sobre el sensor de presión está en su valor calibrado máximo de 10 bar, el transmisor genera una señal de corriente de 20 Ma en los terminales de salida. Por lo tanto, si no fluye corriente a través del cable entre los terminales de salida del transmisor y la tarjeta de entrada del controlador, se puede concluir que se ha producido la falla de circuito abierto.
En el otro lado, supongamos que el fluido que pasa a través de la tubería ejerce presión en el rango de 0-10 bar y el transmisor está calibrado para generar señal de corriente en el rango de 0-20 Ma. Cuando no hay fluido que fluya a través de la tubería, el transmisor genera corriente de 0mA en los terminales de salida. En este caso, sería extremadamente difícil identificar que la corriente de 0mA se debe al circuito abierto del transmisor o a la ausencia de presión del fluido. Por lo tanto, si el transmisor está calibrado para generar señal de corriente en el rango de 4-20 Ma, las fallas como los circuitos abiertos se pueden detectar fácilmente.
También se puede ver en la ilustración gráfica anterior que si la salida de corriente de 4-20 Ma se alimenta a la tarjeta de entrada de cualquier controlador, usamos una resistencia de 250 Ohmios en ruta para convertir esta señal de corriente en señal de voltaje de rango 1-5 V. Como estándar, el ADC del controlador solo procesa señales de voltaje que están en el rango de 1-5 V. Es otra razón para usar la señal de corriente en el rango de 4-20 Ma.
Por lo tanto, es la mejor práctica usar una señal de corriente de 4-20 Ma en lugar de 0-20 Ma. No solo, este rango nos ayuda a detectar fallas de circuito abierto, sino que también se vuelve fácil convertir esta señal en una señal de voltaje de 1-5 V CC que será procesada por la tarjeta de entrada de controladores en su mayoría.