Idealmente, para conducir un controlador, la corriente requerida debe estar justo por encima de 0 mA. Sin embargo, prácticamente consideramos las lecturas tomadas solo de 4 mA como los conjuntos de datos válidos. Ahora, mi pregunta es ¿por qué tomamos 4 mA y no 3 mA o 2 mA? ¿Hay alguna razón en particular o es un punto elegido al azar por el bien de un gráfico ideal?
En un bucle de corriente de 4-20 mA (que parece ser de lo que está hablando), la corriente mínima de 4 mA no se establece por ningún motivo de medición per se , sino para proporcionar una corriente de funcionamiento garantizada para la electrónica en el extremo lejano del bucle. Esto les permite operar sin una fuente de alimentación adicional en el otro extremo, ahorrando el cableado adicional que se necesitaría. A menudo, el transmisor será un sensor de presión, una compuerta óptica o un termómetro.
El 4mA es un compromiso entre el bajo consumo de energía del sistema y la energía suficiente para que el sensor funcione. No hay más magia detrás de la cifra exacta de 4mA que (digamos) 240v para la tensión de la red. Es un valor razonable, que a lo largo del tiempo se ha encontrado útil, por lo que ha sido respaldado por muchos jugadores diferentes y se ha convertido en un estándar.
Además de la respuesta de @Neil_UK, el siguiente extracto del artículo bucle actual de Wikipedia puede ayudar. (Énfasis mío.)
Para los instrumentos de control de procesos industriales, los bucles de corriente analógicos de 4–20 mA se usan comúnmente para la señalización analógica, con 4 mA que representan el extremo más bajo del rango y 20 mA el más alto. Las ventajas clave del bucle de corriente son que la precisión de la señal no se ve afectada por la caída de voltaje en el cableado de interconexión , y que el bucle puede suministrar energía de operación al dispositivo . Incluso si hay una resistencia eléctrica significativa en la línea, el transmisor de bucle de corriente mantendrá la corriente adecuada, hasta su capacidad de voltaje máximo. El cero vivo representado por 4 mA permite que el instrumento receptor detecte algunos fallos del bucle , y también permite que los dispositivos transmisores se alimenten con el mismo bucle de corriente (llamados dos -Transmisores cableados). Dichos instrumentos se utilizan para medir presión, temperatura, nivel, flujo, pH u otras variables de proceso. También se puede utilizar un bucle de corriente para controlar un posicionador de válvula u otro actuador de salida. Un bucle de corriente analógico se puede convertir en una entrada de voltaje con una resistencia de precisión. Dado que los terminales de entrada de los instrumentos pueden tener un lado de la entrada del bucle de corriente atado a la tierra del chasis (tierra), pueden requerirse aisladores analógicos cuando se conectan varios instrumentos en serie.
Tenga en cuenta que la función live-zero se puede utilizar de varias maneras:
En transmisores:
En los receptores:
Creo que el bucle de 4-20 mA es anterior a la electrónica que puede funcionar a partir de 4 mA, por lo que creo que fue simplemente una elección arbitraria basada en sistemas de control neumático más antiguos que usan 3-15 PSI, etc. como señal (observe la misma proporción). También se usó 10-50mA en algunos casos.
La elección del 20% de la escala completa como el cero vivo es solo una elección de ingeniería pragmática arbitraria.
Por supuesto, el cero activo permite al receptor distinguir entre un cable roto (o fuera de rango) y 0, al igual que puede detectar > 20mA como fuera de rango en el lado alto.
el protocolo 4-20mA está pensado para la comunicación a larga distancia. Cuando la corriente viaja a larga distancia, es muy importante no perder voltaje, ya que utilizamos un protocolo basado en la corriente y no en el voltaje, porque si hay una larga distancia, la señal de voltaje cambia pero no la corriente. Y el protocolo comienza en 4 mA porque necesitamos diferenciar la situación cuando no hay conexión y la situación cuando la señal de voltaje es cero.
Con un bucle de corriente de 4-20 mA es posible tener detección de pérdida de señal.
Por ejemplo, cuando se corta el cable, la señal es 0 mA.
Esto no funcionará con señales de 0-20 mA o 0-10V, ya que ambos 0 mA o 0 V son válidos.
A menudo puede encontrar estas señales en sistemas no estacionarios donde el desgaste del cable puede ser un problema. O sistemas de alta fiabilidad o seguridad.
Un sensor de corriente necesita usar 4mA para una lectura de cero en lugar de 0mA. Si se utilizara 0mA para el valor cero, no habría manera de detectar un mal funcionamiento del sensor en comparación con un cable roto.
Esta es una técnica muy antigua para leer sensores y en ese momento los chips que se usan para leer presiones o cualquier otro dato usado para consumir 3 mA. Este fue un protocolo de dos hilos, por lo que la corriente debe ser superior a 3 mA para que funcione. La segunda pregunta es: ¿por qué no comenzaron con 5,10,20 o alguna otra cosa?
En este protocolo, los valores cambian de forma lineal, por lo que deben tener algo como esto 4-20mA o 5-25mA o 10-30mA o 10-40mA algo para que el cálculo sea realmente fácil.
El cuerpo humano puede tomar hasta 30 mA de corriente por encima de lo que podría dañar el corazón, por lo que tuvieron que mantenerlo por debajo de 30 mA.
Hay dos opciones, 4-20mA o 5-25mA. Podría haber dos razones. Uno de ellos fue el caso de 5 a 25 mA, los 25 mA todavía estaban muy cerca del límite máximo de 30 mA, por lo que fueron con el estándar de 4-20 mA. enlace
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