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Lazo de corriente de 4-20 mATransmisor
• La mayoría de sistemas de control de procesos están distribuidos a través de la planta y el flujo de información tiene que recorrer grandes distancias.
• La transmisión de datos sobre distancias considerables a menudo causa grandes problemas en sistemas de control de procesos distribuidos.
• La confiabilidad de la transmisión de datos ha impulsado muchos esquemas de comunicaciones diferentes y productos asociados, algunos de los cuales emplean “electrónica inteligente” en los sensores I/O y elementos de control.
Corriente de lazo de 4-20 mA
Lazo de corriente de 4-20 mA
• Antes, el control de procesos fue dominado por la neumática. Controladores PID, actuadores y registradores fueron todos neumáticos.
• La señal neumática de 3 a 15 psi fue tomada como norma, donde 3 era el “cero vivo”.
• En los años 50, la técnica de transmisión de 3-15 psi fue
cambiada por señales de 4-20 mA, donde 4 mA es el cero vivo.
Corriente de lazo de 4-20 mA
Lazo de corriente de 4-20 mA
Se puede conectar cargas múltiples en serie en un “lazo transmisor”, proveyendo considerables oportunidades de control y despliegue de información.
Las cargas típicas actuales tienen voltajes de plena escala de 1 V, 5 V y 10 V.
CARGALAZO DE CORRIENTE
Loop Current o Corriente de lazo de 4-20 mA
Lazo de corriente de 4-20 mACIRCUITOS DE FUNCIONES BASICAS
El circuito acondicionador de señales de entrada provee una interface apropiada para cualquier tipo de entrada, tal como termopares, RTDs, corrientes AC-DC, galgas extensiométricas,
Algunos módulos de 4-20 mA tienen acondiconadores de señal inteligentes que proveen linealización y manipulaciones matermáticas.
Loop Current o Corriente de lazo de 4-20 mA
Lazo de corriente de 4-20 mACIRCUITOS DE FUNCIONES BASICAS
Los circuitos de conversión de corriente establecen el lazo de señal de la corriente de 4-20 mA..
En la figura se ilustra con una línea vertical que separa los circuitos de conversión de los circuitos acondicionadores: aislamiento.
Loop Current o Corriente de lazo de 4-20 mA
Lazo de corriente de 4-20 mA
• 4 Componentes del lazo de corriente• 1 sensotransductor• 1 convertidor de voltaje a corriente (comunmente llamado transmisor o
acondicionador de señal)• Suministro de potencia para el lazo• 1 receptor/monitor.
Loop Current o Corriente de lazo de 4-20 mA
Lazo de corriente de 4-20 mA
• 4 Componentes del lazo de corriente• Los sensores proveen un voltaje de salida cuyo valor representa la
magnitud física que está siendo medida.• Ejemplo: Un termopar provee una salida de voltaje de muy bajo nivel
proporcional a la temperatura medida.• El transmisor amplifica y acondiciona la salida del sensor y convierte este
voltaje en una salida proporcional de CD de 4-20 mA que circula dentro del lazo serie cerrado .
• El receptor/monitor es normalmente una subsección de un panel de medición o de un sistema de adqusición de datos, que convierte la corriente de 4-20 mA en un voltaje que puede ser procesado y desplegado
Loop Current o Corriente de lazo de 4-20 mA
Lazo de corriente de 4-20 mA• ¿Por qué usar lazo de corriente?• Un sensor es un dispositivo usado para medir magnitudes físicas tales
como temperatura, presión, velocidad, flujo de líquidos, etc.• La transmisión de la información del sensor vía un lazo de corriente es útil
cuando la información tiene que enviarse sobre grandes distancias (300 m o más)
• El lazo de corriente se encarga de convertir un voltaje suministrado por el sensor en una corriente proporcional comprendida entre 4 y 20 mA.
• 4 mA representa el nivel de salida cero del sensor y 20 mA representa la salida de plena escala del sensor.
• Luego, un receptor en un extremo remoto convierte la corriente a un voltaje que oportunamente será procesado por una computadora.
Sensor Lazo de corriente Receptor
Más de 1000 pies
Loop Current o Corriente de lazo de 4-20 mA
Lazo de corriente de 4-20 mA
• ¿Por qué usar lazo de corriente?• La transmisión de la información de un sensor en forma de
voltaje tiene algunas desventajas: • A menos que los dispositivos que actúan como cargas tengan
impedancias de entrada muy grandes, la transmisión por voltaje produce bajones de voltaje en el receptor debido al alambrado y resistencias conectadas.
• Sin embargo, los dispositivos de alta impedancia pueden ser muy sensibles a ruido provocado por interferencia sobre los cables de interconexión.
• Se puede usar alambres blindados, pero estos incrementan demasiado el costo.
Loop Current o Corriente de lazo de 4-20 mA
Lazo de corriente de 4-20 mA
• ¿Por qué usar lazo de corriente?• El envío de una corriente sobre grandes distancias produce pérdidas de voltaje
proporcional a la longitud del alambrado.• Sin embargo, este voltaje conocido como “pérdida del lazo”, no reducen la
corriente de 4 a 20 mA y estas pérdidas pueden ser compensadas por la alimentación del lazo.
• El valor de la corriente no es afectada en todo el lazo por las caídas de voltaje en el alambrado: Los electrones originados en el terminal negativo de la fuente de alimentación del lazo retornan al terminal positivo!
Loop Current o Corriente de lazo de 4-20 mA
LAZO DE CORRIENTE Y SU CARGA
• La distancia no afecta a la corriente
Loop Current o Corriente de lazo de 4-20 mA
Lazo de corriente de 4-20 mA
El transmisor genera una señal de corriente, normalmente de 4 a 20 mA.
Las señales de corriente se usan porque son menos propensas a los errores causados por ruido o caídas de voltaje en cables que son muy largos o variaciones de la fuente de excitación.
Los acondicionadores de señal convierten las señales de corriente a señales de voltaje al pasar la corriente a través de una resistencia de precisión. El voltaje que resulta (VMEAS = IS R) después puede ser digitalizado.
CURRENT LOOP
Corriente de lazo de 4-20 mA
En la figura, la corriente abastecida por la fuente de potencia fluye a través del alambre hasta el transmisor y el transmisor regula el flujo de corriente en el lazo.
La corriente entregada por el transmisor es llamada corriente del lazo y es proporcional al mensurando.
Loop Current o Corriente de lazo de 4-20 mA
4-20 mA
La corriente del lazo fluye de regreso al controlador a través de los cables y luego fluye a través del resistor receptor a tierra y luego retorna a la fuente.
La corriente, al fluir por la Resistencia receptora produce un voltaje que es fácilmente medido por una entrada análoga de un controlador. Para un resistor de 250 , el voltaje será 1 V DC a 4 mA y 5 V DC a 20 mA.
Corriente de lazo de 4-20 mA
4-20 mA
El lazo de corriente de 4-20 mA es un sensor robusto,
inherentemente insensible al ruido eléctrico, ya que el transmisor actúa como una fuente de corriente y ésta atraviesa todos los elementos conectados en serie, manteniéndose “constante” aunque los voltajes de los elementos en serie, por ejemplo, el de la fuente, varíen.
Corriente de lazo de 4-20 mA
1. La fuente para un transmisor de dos alambres debe ser siempre de CD porque el cambio en el flujo de corriente representa la magnitud que está siendo medida.
2. El transmisor es el corazón del sistema. El convierte una propiedad física, tal como temperatura, humedad o presión en una señal eléctrica. 4 mA representa el nivel más bajo de la magnitud medida, mientras que 20 mA, plena escala, representa el extremo más alto.
Corriente de lazo de 4-20 mA
3. El resistor receptor. Es mucho más fácil procesar un voltaje que una corriente.
El resistor receptor convierte la corriente en voltaje.
El valor más común de esta resistencia es de 250 , pero también hay de 100 a 750
Corriente de lazo de 4-20 mA
1. Los cables sirven para llevar la corriente a los puntos de interés. El envío de la corriente a través de los cables produce una caída de potencial proporcional a su longitud y sección.
Corriente de lazo de 4-20 mA
1. El lazo de corriente para la transmisión de datos es insensible al ruido eléctrico
2. En los cables que conectan el transmisor y el controlador se produce una caída de voltaje proporcional a su longitud y sección.
3. La resistencia de salida del transmisor es sumamente alta:
3.64 MΩ en este ejemplo
4. En el diagrama de la derecha se ha agregado una fuente de ruido
5. Debido a la alta resistencia del transmisor la mayor caída de voltaje de ruido se queda en el transmisor y en el resistor receptor hay solamente una caída pequeñísima
6. El controlador sólo ve el voltaje en el resistor receptor por lo que el voltaje de ruido casi no tiene efecto en el controlador
INSENSIBILIDAD AL RUIDO ELECTRICO
1. Si el voltaje de ruido de la figura vale 20 V, entonces el voltaje de ruido que aparece en terminales del resistor receptor es 0.0014 V.
INSENSIBILIDAD AL RUIDO ELECTRICO: EJEMPLO
2. Si el voltaje de ruido de la figura vale 20 V, entonces el voltaje de ruido que aparece en terminales del resistor receptor es 0.0014 V.
receptorRrtransmitteRwireRrecetorRnoiseV
RreceptorV
2
2506432
20
610 x .10 x
250 x RreceptorV
V .RreceptorV 00140
3. Para una corriente de plena escala FS de 20 mA, el voltaje en Rreceptor vale 5 V, por lo que 0.0014 V sólo representa el 0.028% del voltaje de FS..
1. Calcular el % de voltaje en el resistor receptor con respecto al voltaje de plena escala en el mismo resistor, debido a una variación de ±2 V en el voltaje de la fuente de excitación. .
INSENSIBILIDAD AL RUIDO ELECTRICO: PROBLEMA PROPUESTO
2. Calcular el % de voltaje en el resistor receptor con respecto al voltaje de plena escala en el mismo resistor, si la temperatura hace que la resistencia de los cables aumente en un 25%-
Lazo de corriente de 4-20 mA
VENTAJAS:
1. La señal de voltaje en cualquier carga es
2. El lazo de voltaje de ruido aleatorio inducido a cualquier carga es:
líneaRsignalRcargaR
cargaR x ruidoV inducido aleatorio ruido de voltaje de Lazo
aargcR x signalI
Loop Current o Corriente de lazo de 4-20 mA
Lazo de corriente de 4-20 mA
El lazo de ruido en la carga es reducido por
Si el lazo de voltaje de ruido inducido es de 10 V, entonces en controlador habrán 0.5 mV. A plena escala, el voltaje del controlador es de 10 V (20 mA x 500 = 10 V. Entonces, 0.5 mV representa 0.005% de error.
Las variaciones de la fuente de alimentación también provocan incertidumbre en el valor de voltaje obtenido en el controlador.
líneaRsignalRcargaR
cargaR
Loop Current o Corriente de lazo de 4-20 mA
¿Por qué 24 V?Loop Current o Corriente de lazo de 4-20 mA
