Sistemas de Señal de Corriente: El Lazo 4–20 mA Explicado

Fundamentos de Fuente de Corriente

Aprovechando amplificadores electrónicos, un circuito puede diseñarse para entregar una corriente constante independientemente del voltaje requerido a través de sus terminales. Tales ensamblajes se denominan colectivamente fuente de corriente, y su símbolo esquemático se muestra abajo:

Una fuente de corriente mantiene una corriente fija, ajustando el voltaje según sea necesario para preservar esa corriente a través de su carga. Es la contraparte lógica de una fuente de voltaje ideal (una batería perfecta), que mantiene su voltaje constante mientras permite que la corriente varíe en respuesta al circuito externo.

La instrumentación moderna a menudo emplea fuentes de corriente variables, permitiendo niveles de señal altamente precisos y reproducibles. Reemplazar una fuente de voltaje variable con una fuente de corriente variable en un diseño de transmisor produce un sistema de señal que opera en corriente en lugar de voltaje:

La circuitería interna del transmisor es secundaria a su comportamiento externo: la corriente de salida cambia proporcionalmente con la posición del flotador, reflejando cómo un potenciómetro en un sistema de voltaje ajusta la salida de voltaje.

En esta configuración el indicador es un amperímetro en lugar de un voltímetro, con su escala calibrada para reflejar el nivel de agua en pulgadas, pies o metros. Como el lazo es un circuito en serie, la corriente permanece idéntica a través de cada componente —resistencia de cable incluida— asegurando que la corriente medida en el indicador iguale la corriente generada en el transmisor. Esto elimina la degradación de señal que puede afligir a sistemas basados en voltaje y es una ventaja primaria de la señalización por lazo de corriente.

El Lazo de Corriente 4–20 mA

El lazo de corriente estándar industrial es 4 a 20 mA. En este rango, 4 mA representa 0 % de la cantidad medida, 20 mA representa 100 %, y valores intermedios corresponden linealmente (p. ej., 12 mA iguala 50 %). Un beneficio clave del estándar 4–20 mA es su conversión directa a una señal de 1–5 V: una resistencia de precisión de 250 Ω en serie produce una caída de voltaje de 1 V a 4 mA, 5 V a 20 mA, y valores proporcionales entre ellos.

El lazo 4–20 mA se ha convertido en el estándar dominante para señalización analógica de corriente, en gran parte debido a su perfil de seguridad. Comparado con el rango anterior de 10–50 mA, los niveles más bajos de voltaje y corriente reducen el riesgo de descarga eléctrica y generación de chispas en entornos industriales peligrosos, alineándose con directrices de seguridad IEC/ISA.

Conclusiones Clave

• Una fuente de corriente entrega una corriente estable, análoga a cómo una fuente de voltaje mantiene un voltaje estable.
• En un sistema de lazo de corriente, el cableado en serie garantiza corriente idéntica a través de todos los componentes, eliminando errores por resistencia de cable.
• El lazo 4–20 mA permanece como el estándar analógico de corriente prevalente en instrumentación industrial.