¿Por qué usamos un estándar de 4-20 mA?

Un 4-10mA corresponde a un voltaje analógico de 1-5V a través de una resistencia de 250 Ohm, lo que facilita la adaptación del bucle de corriente de 4-20mA a un voltaje de entrada analógica de 1-5VDC (común en muchos controladores que usan entradas TTL) a simplemente colocando una resistencia de 250 ohmios en los terminales de entrada analógica del controlador.

La especificación de la industria para la compatibilidad de señales analógicas para instrumentos de procesos industriales electrónicos es ISA 50.00.01-1975 (R2012). La versión anterior a 1972 de este estándar especificaba 10-50 mA para bucles de corriente analógicos porque la tecnología en ese momento utilizaba amplificadores magnéticos que requerían un mínimo de 10 mA para funcionar.

Dado que los circuitos de transistores se han vuelto más estables y precisos, el bucle de corriente analógica de 4-20 mA se ha convertido en el estándar, que requiere menos potencia y permite mayores distancias.

Por supuesto, si aún no lo sabe, una de las principales ventajas de las señales analógicas sobre el voltaje sobre el voltaje es el hecho de que un circuito controlado por corriente permita alcanzar mayores distancias, por lo general son posibles longitudes de hasta 1000 m.

Cualquier señal enviada a larga distancia produce una caída de voltaje que es proporcional a la longitud del cable (resistencia del cable), sin embargo, cuando se usa una señal de 4-20 mA para transmitir la señal analógica (a diferencia de un 1- Señal de 5 VCC), la caída de voltaje es irrelevante, ya que la misma corriente tiene que pasar a través del circuito (¡no tiene a dónde ir!) Siempre que la fuente de alimentación pueda manejarlo. Por ejemplo, para un transmisor alimentado a 24 VCC, el circuito del transmisor suele utilizar 7-15 VCC, dejando un presupuesto de al menos 9 VCC para la caída de tensión del bucle.

Es posible que ya sepa que tener una corriente no nula (4 mA) para representar el "valor cero" de la señal analógica permite al controlador detectar un cable roto (0 mA), así como permitir el diseño del transmisor alimentado por bucle.

Tener los 20 mA correspondientes al 'valor máximo' de la señal analógica es práctico para los instrumentos de procesos industriales, ya que tener corrientes más grandes resultaría en una mayor caída de voltaje para el cableado del mismo tamaño, limitando así la longitud del cable.

Además, limitar la potencia de las señales en el transmisor es mejor para el "diseño intrínsecamente seguro" al limitar la energía disponible para encender polvo o vapores explosivos en áreas peligrosas (según ANSI / ISA-RP12.06.01-2003, Práctica recomendada para Métodos de cableado para instrumentación de ubicaciones peligrosas (clasificadas) Parte 1: Seguridad intrínseca).

Se trata de maximizar la relación SNR o señal a ruido. Este bus analógico de corriente constante tiene una impedancia relativamente baja y, por lo tanto, es inmune al ruido de fuga dispersa.
"Para bucles de 4-20 mA con transmisores de 2 hilos, los voltajes de alimentación comunes son 36,24,15 y 12 VDC". Cuanto más larga sea la línea y mayor resistencia del sensor, mayor será el voltaje que necesita. La baja corriente cercana a cero significaba detectar el umbral cerca de los rieles de suministro, lo que no se hizo fácilmente hace mucho tiempo como ahora. Eso también es una consideración. La fuente de corriente tiene una fuente de alta impedancia que produce la mayor parte del voltaje en el controlador y una pequeña cantidad en el receptor.

Considere la fuente > 1Mohm, resistencia de línea de 10 ohms y receptor de 350 ohms. una señal de ruido de 100V se atenuaría a 100v x 350 / 1e6 = 0.035V

Podría ser cualquier nivel actual que quisiera a menos que quisiera ser compatible con receptores estándar con niveles de referencia. Podría usar 5-25 mA pero perdería un margen de compensación.