¿Por qué usamos 4-20 mA y 3-15 psi como valores estándar para señal?
(La Historia no oficial)

La siguiente es una pequeña recopilación de contribuciones hechas por miembros ISA en la lista de correo de “Controls Manufacturing Community List”.

La Historia
Mirando atrás en las épocas obscuras, antes de la instrumentación electrónica, se estandarizaron los 3-15 psi (ó 0.2 a 1.0 kg/cm2 en Europa). Otros usaban 6-30 psi para actuadores más pequeños y fuertes. Actualmente 0.2 a 1.0 bar es lo normal entre los europeos. ¿Por qué? Porque no se puede operar un instrumento neumático en Zero sin al menos ALGUNA presión de aire – la respuesta sería muy alineal. (Esto no es totalmente cierto – Sorteborg Bridge utilizaba un eyector de vacío para succionar la salida de la tobera-obturador y mejorar la linealidad a 3 psi).

Se cuenta con señales neumáticas en muchos rangos. En 1958 la norma SAMA RC2-11958 reconoció tres rangos. La norma ANSI/ISA-S7.0.01-1996 (Quality Standard for Instrument Air) reconoce cuatro rangos estándar en psi y cuatro rangos en kPa. El rango de 3-15 psig es el más popular, tal vez porque una alimentación de aire de 20 psig es suficiente. La presión Zero fue realmente un problema para la mecánica de los transmisores. Una presión muy alta producía demandas adicionales a los sistemas de aire y entubado. Un span muy bajo causaba una pérdida de resolución. El span de 12 psig (3-15) permite la fácil determinación del 25% (6 psig), 50% (9 psig), y el 75% (12 psig) (sin fracciones).

Con la llegada de las señales eléctricas, hubo una multitud de estándares. Foxboro usaba 10 – 50 mA. A los que usaban 10-50 mADC les gustaba la resolución aumentada. Los alemanes usaban 0 - 20 mA, lo cual requería un circuito de 3 hilos ya que, nuevamente, no se puede energizar un equipo con la señal de línea con corriente cero. Otros usaban 1- 5 VAC. El Currentronic de Honeywell usaba 4 - 20 mA en SERIE a través de todos los componentes del lazo. Taylor usaba 4-20 mA a través de una resistencia de 62.5 ohmios con 0.25 a 1.25 V paralelo a todos los componentes del tablero. Lentamente, todos se movieron a los 4-20 mA con resistencia de 250 ohmios como un estándar industrial. Nótese la similitud del ratio 1 a 5 en ambos sistemas neumático y electrónico – realmente no es una buena razón pero funciona con el método comunmente usado de calibrar los transmisores usando los valores de 0%, 25%, 50%, 75% y 100% (se hace fácil la determinación del 25% (8 mA), 50% (12 mA) y 75% (16 mA)).

Los 24 VDC y 20 mA también hacen fácil la conversión a voltaje; 4-20 mADC a través de una resistencia de 250 ohm nos da 1-5 VDC. Y el nivel de señal normalmente es suficientemente alto para evitar el ruido, ya que se usa cable de par trenzado.

Después de cerca de 15 años de discusión (una página por año), se publicó un estándar de la IEC el cual estandarizaba dos sistemas: 4 a 20 mA DC para dispositivos de dos hilos y 0 a 20 mA DC para dispositivos de tres hilos. También existe una extensión de la norma NAMUR comunmente usada la cual define niveles de corriente fuera del rango 4-20 mA para señalización de fallas.

Actualmente
Algunos dispositivos de tres hilos pueden ser calibrados para 0-20 mA ó para 4-20 mA, Y algunos sistemas usan una señal digital de bajo nivel para enviar información de configuración - empaquetando varios pedazos de información binaria en una simple salida analógica (HART).

Este nivel de corriente de 4-20 mA está muy por encima de lo que requieren realmente los equipos modernos – algunos fabricantes como Fuji le pueden vender transmisores con una salida de 1-5 mV la cual se energiza desde una batería incorporada y dura varios años, estos equipos son útiles en sitios donde la alimentación no está disponible.

Finalmente, estamos siendo testigos de la proliferación de fabricantes de sistemas de transmisión inalámbrica de señales de instrumentación, así cómo de dispositivos inteligentes capaces de crear automáticamente redes inalámbricas de instrumentación, simplificando sistemas y abaratando costos de cableado.

Dan Evans, P.E.
Manager, Instrumentation & Controls
Jordan, Jones, & Goulding, Inc.

Ian H. Gibson
Principal Technical Specialist - Process and Control Systems Fluor Australia Pty Ltd at AMO Pty Ltd