Los transductores de presión son componentes críticos de diversas aplicaciones. Por ejemplo, su vehículo automotor tiene cambios de presión para aceite, líquido y combustible. Del mismo modo, las máquinas hidráulicas utilizan aceite para empujar y crear una fuerza.
Los cambios de presión deben ser precisos para garantizar la transmisión de la presión y la fuerza adecuadas. Uno de los sensores de presión más críticos es el transductor de presión 4-20mA. Hoy hablaremos de varios aspectos de este transductor de presión y entenderemos cómo funciona.
¿Qué es un transductor de presión 4-20 mA?
Un transductor de presión, que funciona con una señal de 4-20 mA, comprueba la presión de un líquido o combustible y la convierte en señales eléctricas. En lugar de tensión como salida, este sistema ofrece salida de corriente.
Puede que se pregunte por qué debería considerar el transductor de presión 4-20mA; la lógica es sencilla.
- 4 mA representa el valor medible más bajo (por ejemplo, 0 bar o rango mínimo).
- 20 mA representa el valor medible más alto (por ejemplo, escala completa, como 100 bar).
- Las mediciones e indicaciones son más sencillas. La línea de base de cuatro mA garantiza la presencia de un "cero vivo", lo que significa que si el bucle lee cero mA, indica un fallo -como un cable roto o una pérdida de potencia- en lugar de simplemente presión cero.
Las aplicaciones típicas de un transductor de presión incluyen:
- Automatización industrial
- Sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado
- Control hidráulico y neumático
- Supervisión de procesos en plantas químicas
- Instalaciones de tratamiento de aguas
Principio de funcionamiento del transductor de presión 4-20mA
El principio de funcionamiento de un transductor de presión de montaje empotrado 4-20mA consta de tres etapas principales. Éstas son:
Elementos sensores
Los elementos sensores son las herramientas que dan forma a los sensores de presión. En el transductor de presión 4-20 mA, hay tres tipos cruciales de sensores.
- Piezoresistivo. En este tipo, se produce un cambio en la resistencia que incita los cambios de presión en una galga extensométrica. En función del cambio, se produce una señal eléctrica que proporciona los datos.
- Sensores capacitivos son buenos para detectar cambios de presión. Alteran la distancia entre dos placas, modificando la capacitancia e interpretando los datos.
- Alambre o cristal resonante. Si hay un cambio de presión, afecta a la frecuencia de vibración.
Conversión de señales
El objetivo de los elementos sensores es detectar la presión. El siguiente paso es la conversión de la señal. Así es como se produce.
- Los sensores detectan los cambios de presión mediante resistencia o capacitancia.
- Este cambio se transmite a la señal eléctrica.
- Esta señal eléctrica provoca la salida de tensión en el sistema, proporcionando las lecturas.
Salida del bucle de corriente
Al utilizar el sistema de salida de corriente, la conversión de tensión se convierte en valores de corriente. La traducción de corriente se produce entre los 4mA y los 20mA, garantizando una salida segura del sistema.
Este cambio es proporcional a los cambios de presión. Supongamos que un transductor tiene un rango de 0-100 psi.
- A 0 psi → salida de 4 mA
- A 50 psi → salida de 12 mA
- A 100 psi → Salida de 20 mA
En lugar de mostrar los valores en tensión, ¿por qué hay que basarse en la corriente? La lógica es sencilla.
- El impacto del ruido eléctrico es mínimo en las señales de corriente.
- Ya no hay errores de caída de tensión debidos al aumento de la longitud del cable.
- Muchos dispositivos industriales interpretan lazos de 4-20 mA.
Guía paso a paso para el cableado de un transductor de presión 4-20mA
Si desea obtener el máximo rendimiento de sus sensores de presión, el cableado y la fuente de alimentación pueden ayudarle a conseguirlo.
Existen conexiones de dos, tres y cuatro hilos. Vamos a evaluar cada conexión.
Conexión de 2 hilos
La conexión de 2 hilos es la más común y normalizada por su facilidad y rapidez de instalación. Las posibilidades de error son menores, ya que dos hilos tienen dos terminales.
Estos son:
- El cable positivo (+) se conecta al terminal positivo de la fuente de alimentación. Enlaza con múltiples dispositivos y la entrada de señal del receptor (PLC, controlador, pantalla).
- El cable negativo (-) se conecta al terminal negativo de la fuente de alimentación.
La tensión varía entre 12 y 16 V CC.
Una vez que lo tengas, sigue adelante con la conexión. Aquí tienes unos sencillos pasos de cableado.
- Paso 1: Apague la fuente de alimentación
La seguridad es lo primero. Para evitar accidentes, hay que determinar si la fuente de alimentación está conectada. Si lo está, apaguémosla inmediatamente para asegurarnos de que no fluye corriente ni tensión.
- Paso 2: Conectar el terminal
Como ya hemos determinado, hay dos terminales. Uno es el terminal positivo que debe conectarse al terminal positivo. Debe conectar el terminal positivo al terminal positivo de alimentación del bucle.
La conexión del terminal negativo es diferente. Debe conectar los terminales negativos al electrodo negativo del dispositivo de medición y, a continuación, al terminal negativo de la alimentación del bucle.
- Paso 3: Encender el sistema
Compruebe las conexiones y la polaridad antes de encender el sistema. Asegúrese de que el sistema funciona.
Conexión de 3 hilos
La conexión de 3 hilos ofrece una ruta separada para la salida de señal del retorno de alimentación. Esta configuración es ideal para los sectores industriales y proporciona una mayor durabilidad de la señal.
Hay tres terminales de cableado.
- V+ (Positivo de alimentación). Conecta el terminal positivo de la fuente de alimentación de CC (normalmente 12-36 V CC).
- Salida de señal. Este terminal envía la corriente de 4-20 mA al PLC, pantalla o controlador.
- V- (Negativo de alimentación) es un terminal común con una vía de retorno compartida. Proporciona tanto transmisión de potencia como de señal.
Los pasos del cableado son sencillos. Puedes seguirlos:
- Conexión del terminal positivo. Conecte V+ al terminal positivo de la fuente de alimentación.
- Terminal de salida de señal Conexión. El terminal de salida de señal a la entrada de señal de su dispositivo receptor.
- Conexión del terminal negativo. Conecte V- al terminal negativo de la fuente de alimentación y al común/tierra de la entrada de señal.
Conexión de 4 hilos
Una conexión de 4 hilos tiene una ruta separada para la alimentación y la señal. Proporciona mejores señales que la de 3 hilos, pero se utiliza en sensores industriales específicos.
Echemos un vistazo a los terminales.
- V+ (Positivo de alimentación): Entrada positiva de alimentación de CC.
- V- (Negativo de alimentación): Entrada negativa de alimentación de CC.
- Señal + (Salida Positiva): Lado positivo de la señal del bucle de 4-20 mA.
- Señal - (Salida Negativa): Lado negativo de la señal de lazo de 4-20 mA.
Comprobación de un transductor de presión 4-20mA
Probar un transductor de presión 4-20mA es esencial para confirmar si funciona en el rango de presión especificado y proporciona una funcionalidad óptima. Para ello, hay que seguir varios pasos y llevar algunas herramientas.
Aquí hemos enumerado las herramientas y los pasos necesarios.
Herramientas necesarias
Aquí está la lista de herramientas necesarias para probar un transductor de presión 4-20mA.
- Multímetro digital (DMM) para medir CC
- Calibrador de bucle. Es una herramienta opcional, pero se recomienda para realizar pruebas precisas.
- Fuente de alimentación (24 V CC de serie)
- Fuente de presión conocida (bomba manual, comprobador de peso muerto o presión de proceso)
Procedimiento de prueba básico
Una vez reunidas todas las herramientas, es el momento de probar el transductor de presión 4-20mA con los siguientes pasos.
- La seguridad ante todo.
Apague cualquier fuente de alimentación y despresurice el sistema antes de conectarlo o desconectarlo para evitar cualquier percance o accidente durante la operación.
- Conexión
Usted debe traer su fuente de alimentación y conectar el transductor a la fuente de alimentación de un terminal. En el segundo terminal, puede conectar el equipo de medición que ayuda a probar el transductor de presión 4-20mA.
- Aplicar presiones conocidas.
Las pruebas a presión conocida pueden ayudar a evaluar el rango. Las herramientas de medición toman los valores relevantes. He aquí algunos rangos de presión. Hay que modificar la presión entre 0%, 25%, 50%, 75% y 100% del rango.
- Medir la salida de corriente en cada paso.
Todo lo que tienes que hacer es medir la salida de corriente en cada paso. Prueba cada nivel por separado y calcúlalo.
- Compare las lecturas con los valores de mA esperados.
Una vez que tengas todos los valores, es hora de compararlos y determinar el rango. Esto es lo que debes hacer.
- 0 psi → 4,00 mA
- 25 psi → 8,00 mA
- 50 psi → 12,00 mA
- 75 psi → 16,00 mA
- 100 psi → 20,00 mA
Guía de resolución de problemas del transductor de presión 4-20mA
| Síntoma | Posible causa | Solución |
| Sin señal (0 mA) |
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| Salida bloqueada a 4 mA |
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| Salida bloqueada a 20 mA |
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| Lectura fluctuante o ruidosa |
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| Lectura incorrecta frente a presión real |
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Conclusión
Elegir un sensor de presión es todo un reto. Porque hay que fijarse en la calidad, los grados, la salida y varios factores de precisión. No todos los transductores de presión son adecuados para su elección. Incluso muchos varían en función del sistema.
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