Señales de salida analógica en instrumentación: Corriente vs Tensión (4...20 mA y 0...10V)

En el ámbito de la instrumentación industrial, la transmisión de datos se realiza a través de señales analógicas, que representan valores físicos de manera continua. Dos de las más comunes son las señales de corriente y tensión, siendo las más representativas las señales de 4...20 mA y 0...10V.
Estas señales, gracias a su robustez y versatilidad, son ampliamente utilizadas en la industria para transmitir información sobre variables como presión, temperatura, nivel, flujo y otras magnitudes.

Puntos Relevantes

• La instrumentación analógica utiliza señales continuas para representar valores físicos, a diferencia de la instrumentación digital que utiliza valores discretos.
• Las señales de salida analógica son ampliamente utilizadas en sistemas de control y monitorización industrial.
• Las dos señales de salida analógica más comunes son la corriente (4-20 mA) y la tensión (0-10 V).
• La señal de corriente 4-20 mA es más resistente a las interferencias y ofrece una mayor distancia de transmisión.
• La señal de tensión 0-10 V es más económica y fácil de implementar.
• La elección entre corriente y tensión depende de las necesidades específicas de la aplicación.
• Las ventajas de la corriente incluyen inmunidad al ruido y larga distancia de transmisión.
• Las ventajas de la tensión incluyen bajo costo y facilidad de implementación.

Señales de corriente en instrumentación analógica

Salida de corriente de 4…20 mA

La señal de corriente de 4…20 mA es la más común en instrumentación analógica. Ofrece una gran cantidad de ventajas, como su resistencia a las interferencias electromagnéticas y su capacidad de transmitir información sobre una amplia gama de valores. La señal se basa en una corriente constante de 4 mA, que corresponde a un valor cero, y una corriente máxima de 20 mA, que corresponde a un valor máximo. Esta señal se utiliza en una variedad de aplicaciones, como la medición de presión, temperatura, flujo y nivel.

Ventajas de la señal de 4…20 mA:

• Resistente a interferencias electromagnéticas: La corriente es menos susceptible a las perturbaciones que la tensión, lo que la convierte en una opción ideal para entornos ruidosos.
• Detección de errores: Una rotura de cable provoca una caída de corriente por debajo de 4 mA, mientras que un cortocircuito provoca una subida por encima de 20 mA. Esto permite detectar errores de manera fácil y rápida.
• Rango de medición amplio: La señal de 4…20 mA permite transmitir información sobre una amplia gama de valores.
• Transmisión a larga distancia: La señal de 4…20 mA puede transmitirse a largas distancias sin pérdida de precisión.
• Compatibilidad: La señal de 4…20 mA es compatible con una amplia variedad de instrumentos y dispositivos.

Detección de errores en señales de corriente:

Para detectar errores en las señales de corriente, se utilizan diferentes métodos, como:

• Control de corriente mínimo: La corriente debe ser superior a 3,8 mA para asegurar que el circuito está funcionando correctamente.
• Control de corriente máxima: La corriente no debe superar los 20,5 mA para evitar sobrecargas en el circuito.
• Detección de rotura de cable: Si la corriente es inferior a 3,8 mA, se detecta una rotura de cable.
• Detección de cortocircuito: Si la corriente es superior a 20,5 mA, se detecta un cortocircuito.
• Detección de corriente negativa: Si la corriente es negativa, se ha producido un error en la señal.

Ventajas de la señal de 4…20 mA

• Robustez y fiabilidad: La señal de corriente es más resistente a las interferencias electromagnéticas y a los errores de transmisión.
• Amplio rango de medición: Puede transmitir información sobre una amplia gama de valores.
• Detección sencilla de errores: Facilita la detección de errores en la transmisión de la señal.
• Compatibilidad: Es compatible con una amplia variedad de instrumentos y dispositivos.

Detección de errores en señales de corriente

Las señales de corriente permiten detectar errores de manera sencilla. En el caso de una rotura de cable, la corriente cae por debajo de 3,8 mA. En caso de un cortocircuito, la corriente se eleva por encima de 20,5 mA.

Señales de tensión en instrumentación analógica

Salida de tensión 0…10 V

Las señales de tensión, especialmente la señal de 0…10 V, son comunes en instrumentación analógica. Ofrecen un rango de medición amplio y son fáciles de manejar. La señal se basa en una tensión de 0 V que corresponde a un valor cero, y una tensión máxima de 10 V que corresponde al valor máximo. Esta señal es adecuada para aplicaciones que requieren una mayor precisión y una respuesta más rápida.

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Ventajas de la señal de 0…10 V:

• Fácil manejo: La señal de 0…10 V es fácil de manejar con un multímetro.
• Rango de medición amplio: Permite transmitir información sobre una amplia gama de valores.
• Sencilla detección de errores: La señal de tensión permite una detección sencilla de errores con un multímetro.
• Compatibilidad: Es compatible con una amplia variedad de instrumentos y dispositivos.

Desventajas de la señal de 0…10 V:

• Sensibilidad a interferencias: Las señales de tensión son más susceptibles a las interferencias electromagnéticas que las señales de corriente.
• Posible pérdida de precisión en largas distancias: La señal de tensión puede perder precisión a medida que se transmite a largas distancias.

Desventajas de la señal de 0…10 V

• Sensibilidad a interferencias: Las señales de tensión son más sensibles a las interferencias electromagnéticas que las señales de corriente.
• Pérdida de precisión a larga distancia: La precisión de la señal puede verse afectada a medida que se transmite a largas distancias.

Comparación entre señales de corriente y tensión

Las señales de corriente y tensión se utilizan ampliamente en instrumentación analógica, cada una con sus ventajas y desventajas:

| Característica | Señal de corriente | Señal de tensión |
| Resistencia a interferencias | Alta | Baja |
| Detección de errores | Sencilla | Sencilla |
| Rango de medición | Amplio | Amplio |
| Transmisión a larga distancia | Buena | Puede verse afectada |
| Facilidad de manejo | Menos fácil | Más fácil |
| Coste | Mayor | Menor |

Aplicaciones de las señales de corriente:

• Medición de presión, temperatura, flujo y nivel.
• Control de procesos industriales.
• Automatización de sistemas.

Aplicaciones de las señales de tensión:

• Control de motores.
• Medición de temperatura y presión.
• Sensores de posición.

Factores a considerar al elegir un tipo de señal:

• Entorno de funcionamiento: Si el entorno es ruidoso, se recomienda utilizar una señal de corriente.
• Precisión requerida: Si se requiere una alta precisión, se recomienda utilizar una señal de tensión.
• Distancia de transmisión: Si la distancia de transmisión es larga, se recomienda utilizar una señal de corriente.
• Coste: Las señales de tensión son generalmente más económicas que las señales de corriente.

Técnicas de medición en instrumentación analógica

Medición de señales de corriente

Las señales de corriente se miden utilizando un amperímetro o un medidor de corriente. La medición de la corriente se realiza conectando el amperímetro en serie con el circuito.

Medición de señales de tensión

Las señales de tensión se miden utilizando un voltímetro. La medición de la tensión se realiza conectando el voltímetro en paralelo con el circuito.

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Calibración de señales analógicas

La calibración es un proceso que asegura que los instrumentos de medición estén funcionando correctamente. La calibración de las señales analógicas se realiza utilizando un calibrador de señales. El calibrador de señales genera una señal de referencia con una precisión conocida. El instrumento de medición se ajusta para que coincida con la señal de referencia.

Conexionado de señales analógicas

Existen diferentes tipos de conexionado para las señales analógicas, cada uno con sus propias ventajas y desventajas:

Conexionado de dos hilos

El conexionado de dos hilos es el más común y económico. Los dos cables transmiten la señal y la alimentación.

Conexionado de tres hilos

El conexionado de tres hilos utiliza un tercer cable para la alimentación. Este método reduce la caída de tensión en el cable y mejora la precisión de la señal.

Conexionado de cuatro hilos

El conexionado de cuatro hilos utiliza dos cables para la alimentación y dos cables para la señal. Este método ofrece la mayor precisión, pero también es el más caro.

Interferencias electromagnéticas en señales analógicas

Las interferencias electromagnéticas pueden afectar a la precisión de las señales analógicas.

Efectos de las interferencias en señales de corriente

Las señales de corriente son menos susceptibles a las interferencias electromagnéticas que las señales de tensión. Sin embargo, las interferencias pueden causar fluctuaciones en la corriente.

Efectos de las interferencias en señales de tensión

Las señales de tensión son muy sensibles a las interferencias electromagnéticas. Las interferencias pueden causar errores de medición y distorsiones en la señal.

Técnicas de protección contra interferencias

Existen diferentes técnicas para proteger las señales analógicas de las interferencias electromagnéticas:

• Blindaje de cables: Los cables pueden blindarse para reducir las interferencias.
• Filtrado de señales: Se pueden utilizar filtros para eliminar las interferencias.
• Uso de cables apantallados: Los cables apantallados son una buena opción para proteger las señales de tensión.
• Uso de cables trenzados: Los cables trenzados ayudan a reducir las interferencias.
• Aislamiento de equipos: Separar los equipos que generan interferencias puede ayudar a reducirlas.

Software de adquisición de datos

Aplicaciones de software para señales analógicas

El software de adquisición de datos se utiliza para capturar, almacenar y analizar datos de señales analógicas. El software puede utilizarse para:

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• Monitorizar y controlar procesos industriales.
• Registrar datos de sensores.
• Analizar datos de señales analógicas.
• Generar informes.

Conversión de señales analógicas a digitales

Las señales analógicas deben convertirse a digitales antes de poder ser procesadas por un ordenador. La conversión de analógico a digital se realiza utilizando un convertidor analógico-digital (CAD).

Análisis de datos de señales analógicas

El software de adquisición de datos puede utilizarse para analizar datos de señales analógicas. El análisis de datos puede utilizarse para:

• Identificar tendencias.
• Diagnosticar problemas.
• Mejorar la eficiencia de los procesos.
• Optimizar el rendimiento de los sistemas.

Las señales analógicas son esenciales en instrumentación industrial, y la elección del tipo de señal depende de los requisitos específicos de la aplicación. Las señales de corriente ofrecen una mayor inmunidad a las interferencias electromagnéticas, mientras que las señales de tensión son más fáciles de manejar. La comprensión de las ventajas y desventajas de cada tipo de señal es esencial para seleccionar la opción más adecuada.

Recuerda que:

• La instrumentación analógica es una parte fundamental en el funcionamiento de diversas industrias.
• La salida analógica se utiliza para transmitir información sobre variables como temperatura, presión, flujo y nivel.
• La elección entre una señal de corriente o una señal de tensión depende de las necesidades específicas de cada aplicación.

Video sobre Señales de salida analógica en instrumentación: Corriente vs Tensión (4...20 mA y 0...10V)

Preguntas Frecuentes

¿Qué es la instrumentación analógica y para qué se utiliza?

La instrumentación analógica se refiere a los dispositivos y sistemas que utilizan señales analógicas para medir, controlar y transmitir información sobre variables físicas como la temperatura, la presión, el flujo, el nivel, etc. Estas señales analógicas son continuas y varían de forma proporcional al valor de la variable que se está midiendo.

La instrumentación analógica se utiliza en una amplia gama de aplicaciones, desde procesos industriales y plantas de energía hasta sistemas de control de edificios, laboratorios y aplicaciones médicas. Su principal ventaja radica en su precisión y capacidad de proporcionar una representación detallada de las variables físicas.

¿Qué es una salida analógica y cómo funciona?

Una salida analógica es una señal que representa un valor físico de forma continua, a diferencia de una señal digital que se compone de valores discretos. En instrumentación analógica, las salidas analógicas se utilizan para comunicar información sobre las variables medidas a otros dispositivos o sistemas de control.

Estas salidas pueden ser de tensión o de corriente, siendo las más comunes las señales de 4…20 mA y 0…10 V. La señal de 4…20 mA es más robusta y resistente a las interferencias electromagnéticas, mientras que la señal de 0…10 V es más fácil de manejar y puede proporcionar una mayor precisión.

¿Cuáles son las ventajas y desventajas de las señales de corriente y tensión?

Las señales de corriente, como la señal de 4…20 mA, son más robustas y menos susceptibles a las interferencias electromagnéticas, lo que las hace ideales para entornos ruidosos o con largas distancias de transmisión. Además, permiten una detección sencilla de errores, ya que una rotura de cable o un cortocircuito se traducen en cambios notables en la corriente.

Sin embargo, las señales de corriente son más complejas de manejar y requieren instrumentos específicos para su medición. Por otro lado, las señales de tensión, como la señal de 0…10 V, son más fáciles de manejar y pueden proporcionar una mayor precisión, pero son más sensibles a las interferencias y pueden perder precisión a largas distancias.

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¿Cómo se calibran las señales analógicas?

La calibración de señales analógicas es un proceso crucial para asegurar la precisión de los instrumentos de medición. Este proceso consiste en comparar la señal de salida del instrumento con una señal de referencia con una precisión conocida. Se realiza utilizando un calibrador de señales, que genera una señal de referencia precisa. El instrumento de medición se ajusta para que coincida con la señal de referencia.

La calibración regular es esencial para garantizar que los instrumentos de medición funcionen correctamente y proporcionen datos confiables.

¿Qué tipo de software se utiliza para la adquisición de datos de señales analógicas?

El software de adquisición de datos juega un papel fundamental en el procesamiento y análisis de señales analógicas. Este tipo de software permite capturar, almacenar y analizar datos de señales analógicas provenientes de diversos instrumentos de medición.

El software de adquisición de datos se utiliza para monitorizar y controlar procesos industriales, registrar datos de sensores, analizar señales analógicas y generar informes. Además, facilita la conversión de señales analógicas a digitales, un paso esencial para el procesamiento por ordenador.

Resumen Final

El mundo de la instrumentación industrial se basa en señales analógicas, como las de corriente (4…20 mA) y tensión (0…10 V), que permiten la transmisión de datos sobre variables esenciales. La señal de corriente destaca por su robustez ante interferencias y su capacidad de detección de errores, mientras que la señal de tensión ofrece facilidad de manejo y un amplio rango de medición. La elección entre ambas depende de factores como el entorno, la precisión, la distancia de transmisión y el coste. En definitiva, comprender estas señales es vital para el óptimo funcionamiento de la industria, pues garantizan la precisión y fiabilidad de las mediciones, permitiendo un control efectivo de los procesos.

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