Informe - Fundamentos de Lazo de Corriente 0-20 Ma - MMV

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN FACUL ACULT TAD DE PRO PRODUCC DUCCIÓN IÓN Y  SERVICIOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRÓNICA CURSO:

SENSORES, ACTUADORES E INSTRUMENTACIÓN TEMADE 4 – 20 mA FUNDAMENTOS DE LAZO DE CORRIENTE

LAZO DE CORRIENTE 4-20 mA (2 hilos)

HISTORIA DEL LAZO DE CORRIENTE Muchas persoas e la i!us"ria recuer!a los !#as !e co"rol eum$"ico% al&uos e!i'cios !e hecho si&ue u"ilia!o sis"emas !e co"rol eum$"ico Las se*ales eum$"icas so i"ro!uci!as por cam+ios e la presi, !e aire e ua "u+er#a ue so proporcioales a los cam+ios e la .aria+le !e procesos La se*al es"$!ar eum$"ica es !e / a 1 psi (pou!s per suare ich ) (li+ras por pul&a!a cua!ra!a) El .alor / correspo!e al .alor m$s +ao !el ra&o !e la .aria+le (cero .i.o 3 el 1 correspo!e al .alor ma3or e el ra&o (00) E los a*os 510 hace su aparici, e los co"roles el6c"ricos 3 elec"r,icos7 La ue.a se*al !e 4-20 mA 8e*al ue emula+a a la se*al eum$"ica /-1 psi La se*al !e corrie"e se co.ir"i, r$pi!ame"e e el m6"o!o pre9eri!o porue los ca+les so m$s 9$ciles !e is"alar 3 ma"eer ue las l#eas !e presi, eum$"ica 3 los reuerimie"os !e eer&#a so mucho m$s +aos - ue 3a o ecesi"a u compresor !e 20 a 10 ca+allos !e 9uera (horsepo:er) por eemplo A!em$s7 la elec"r,ica permi"e al&ori"mos !e co"rol m$s complica!os

CONCEPTOS DE LAZO DE CORRIENTE DE 4-20 mA Los sesores u o"ros !isposi"i.os co ua sali!a !e +ucle !e corrie"e 4-20 mA so e;"rema!ame"e comues e la i!us"ria me!ici, 3 co"rol !e aplicacioes 8o 9$ciles !e is"alar7 "iee 9ue"e !e alime"aci, !e acho reuisi"os7 &eera ua sali!a !e +ao i.el !e rui!o7 3 se pue!e "rasmi"ir si p6r!i!a a "ra.6s !e &ra!es !is"acias Nos eco"ramos co ellos "o!o el "iempo7 "a"o e el co"rol !el proceso7 re&is"ro !e !a"os !e me!ici, 3 !a"os +$sicos El lao !e corrie"e !e 4-20 mA es u es"$!ar !e se*al !e sesores mu3 ro+us"o El lao !e corrie"e es i!eal para la "rasmisi, !e !a"os &racias a su isesi+ili!a! al rui!o el6c"rico E u lao !e corrie"e !e 4-20 mA7 la corrie"e
La =i&ura  mues"ra u esuema simple !e u lao !e corrie"e !e 4-20 mA  >a3 cua"ro compoe"es?  @a alime"aci, !e CC !e sumiis"ro% 2 @ "rasmisor !e 2 hilos% / @a resis"ecia recep"ora7 ue co.ier"e la se*al !e corrie"e a u .ol"ae% 4 El ca+le ue i"ercoec"a "o!o Los !os s#m+olos R:ire represe"a la resis"ecia !e los ca+les ue .a a los sesores 3 ue re&resa a la 9ue"e !e alime"aci, 3 al co"rola!or

E la =i&ura 7 la corrie"e sumiis"ra!a !es!e la 9ue"e !e alime"aci,
COMPONENTES DE UN LAZO DE CORRIENTE DE 4-20 MA

1 L! "#$%&$ '$ !()m$%&!*)+% La 9ue"e !e alime"aci, para "rasmisores !e 2 hilos !e+e ser siempre DC !e+i!o a ue u cam+io e el .alor !e la corrie"e represe"a el par$me"ro ue se es"$ mi!ie!o 8i se !ispusiera !e alime"aci, !e CA7 la corrie"e e el lao es"ar#a cam+ia!o "o!o el "iempo7 por lo ue las .ariacioes !e la corrie"e ue emi"e el "rasmisor ser#a imposi+les !e !is"i&uir por las .ariacioes !e corrie"e ue &eera la 9ue"e !e alime"aci, AC Bara laos !e corrie"e !e 4-20 mA co "rasmisores !e 2 hilos7 las "esioes !e alime"aci, comues so / DC7 24 DC7 1 DC 3 2 DC

2 E( &!%m). El "rasmisor es el cora, !el sis"ema !e se*al !e 4-20 mA El  Trasmisor co.ier"e ua propie!a! 9#sica "al como la "empera"ura7 la hume!a! o la presi, e ua se*al el6c"rica Es"a se*al el6c"rica es ua corrie"e proporcioal a la "empera"ura7 hume!a! o presi, ue se mi!e E u lao !e 4 a 20 mA7 4 mA represe"a el e;"remo i9erior !el ra&o !e me!ici, 3 20 mA represe"a el e;"remo superior

/ L! R$*$)$ R$)&. Es mucho m$s 9$cil !e me!ir ua "esi, !e lo ue es me!ir ua corrie"e Bor lo "a"o7 muchos circui"os !e lao !e corrie"e ("ales como el circui"o !e la '&ura ) u"ilia ua Recei.er Resis"or (Rrecei.er) para co.er"ir la corrie"e e ua "esi, E la =i&ura 7 Rrecei.er es ua resis"ecia !e precisi, !e 210 La corrie"e ue
4 L. C.%'#*&.$

El paso !e corrie"e a "ra.6s !e u alam+re co!uc"or pro!uce ua ca#!a !e "esi, proporcioal a la lo&i"u! 3 &rosor (cali+re) !el alam+re To!o ca+le "iee resis"ecia &eeralme"e e;presa!a e ohmios por 000 pies o e ohmios por 000me"ros La ca#!a !e "esi, se pue!e calcular usa!o la le3 !e Ohm? EHI;R E H el .ol"ae a "ra.6s !el resis"or e .ol"ios% I H la corrie"e ue
INSENSIILIDAD AL RUIDO ELCTRICO La ma3or .e"aa !e la u"iliaci, !e u lao !e corrie"e para la "rasmisi, !e !a"os es la isesi+ili!a! ihere"e !e u lao !e corrie"e al rui!o el6c"rico Ca!a "rasmisor !e corrie"e "iee ua cier"a resis"ecia !e sali!a asocia!a co 6l I!ealme"e7 la resis"ecia !e sali!a !el "rasmisor !e corrie"e ser#a i'i"o 8i em+ar&o7 los "rasmisores !el mu!o real "iee mu3 &ra!es pero o i'i"as resis"ecias !e sali!a Bor eemplo7 el "rasmisor !e "empera"ura ABI TJ "iee ua resis"ecia !e sali!a !e /40000 ohmios o /74 Me& Es"a resis"ecia !e sali!a pue!e ser represe"a!a como ua resis"ecia e u circui"o esuem$"ico El circui"o esuem$"ico !e la =i&ura 2 mues"ra las resis"ecias !e u lao !e corrie"e !e 4-20 mA co ua 9ue"e !e rui!o a*a!i!o al +ucle De+i!o a la al"a resis"ecia a la sali!a !el "rasmisor (/74 Me&)7 la &ra ma3or#a !e la "esi, !e rui!o se !ea caer a "ra.6s !el "rasmisor7 3 s,lo ua peue*a 9racci, se !ea caer a "ra.6s !e la Rrecei.er Bues"o ue el co"rola!or s,lo .e la "esi, a "ra.6s !el Rrecei.er7 la "esi, !e rui!o casi o "iee e9ec"o so+re el co"rola!or

TRANSMISORES A TRES HILOS: Cua!o el "rasmisor cosume ma3or po"ecia ue la ue pue!e ser supli!a a "ra.6s !el propio lao !e corrie"e !e sali!a7 el "rasmisor !e+e u"iliar u "ercer hilo us"ame"e para lle.ar esa corrie"e e;"ra ue le permi"a 9ucioar 8e !e+e e"oces u"iliar u esuema !e coe;i, a "res o cua"ro hilos E el esuema !e coe;i, a "res hilos7 ua se*al comF es u"ilia!a e"re la 9ue"e !e alime"aci, 3 el lao !e "rasmisi, aal,&ico E es"e esuema !e coe;i, la 9ue"e !e alime"aci, !e+e ser CD al i&ual ue la se*al "rasmi"i!a E el esuema !e coe;i, a "res hilos pue!e e;is"ir aislamie"o el6c"rico e"re la se*al !e e"ra!a 3 la !e sali!a7 3Ko la 9ue"e !e alime"aci, (e"ra!a aisla!a) Co la co'&uraci, a "res hilos el "rasmisor "o!a.#a se pue!e compor"ar como 9ue"e (source) o sumi!ero (si) e 9uci, !e c,mo se compor"a los o"ros !os hilos Co u "rasmisor sourci& la se*al !e 4-20mA circular$ por el hilo !e alime"aci, 3 el hilo !e se*al (el hilo !e 07 s,lo ser.ir$ para la corrie"e !e re"oro !e alime"aci,)

Co u "rasmisor sii& la se*al !e 4-20mA circular$ por el hilo !e 0 3 el hilo !e se*al (el hilo !e alime"aci,7 s,lo ser.ir$ para eso7 para alime"ar el "rasmisor)

TRANSMISORES A CUATRO HILOS: Bor Fl"imo los "rasmisores a 4 hilos7 u"ilia !os co!uc"ores para la alime"aci, 3 los o"ros !os para "rasmi"ir la se*al 4-20mA Es"a co'&uraci, "iee como .e"aa 9re"e a los "res hilos ue al es"ar separa!a la alime"aci, !e la se*al7 es m$s !i9#cil ue rui!o e la alime"aci, pue!a a9ec"ar a la me!i!a Los "rasmisores a cua"ro hilos u"ilia !os ca+les para la coe;i, !e la 9ue"e !e alime"aci,7 la cual es usualme"e !e 20 ca7 3 !os ca+les para "rasmi"ir la se*al E el esuema !e coe;i, a cua"ro hilos pue!e e;is"ir u aislamie"o el6c"rico "o"al e"re la se*al !e e"ra!a7 la !e sali!a 3 la 9ue"e !e alime"aci, E es"e caso se !ice ue el "rasmisor pue!e "eer cualuiera !elas si&uie"es com+iacioes? e"ra!a aisla!a7 sali!a aisla!a7 alime"aci, aisla!a 3 "o"alme"e aisla!o la 9ue"e !e corrie"e e u "rasmisor !e 4 hilos 9ucioa como realme"e ua 9ue"e !e corrie"e7 mie"ras ue la co'&uraci, a 2 hilos e reali!a! se compor"a como u car&a el6c"rica

VENTA3AS DE TRANSMISORES A DOS HILOS: •

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A .eces es"os !os hilos sir.e7 a!em$s !e para "rasmi"ir la se*al !e 4-20mA7 para proporcioar alime"aci, al "rasmisor E es"os casos ha+lamos !e "rasmisores pasi.os 3 la alime"aci, es proporcioa!a por ua 9ue"e !e alime"aci, e;"era al "rasmisor Los "rasmisores a !os hilos se carac"eria porue "iee u +ao cosumo !e po"ecia (i9erior a 10 m) 3 la sali!a si&ue el es"$!ar !e lao !e corrie"e !e 4 a 20 mA La &ra .e"aa !e los "rasmisores a !os hilos es ue reuiere meos ca+lea!o ue los !e 4 hilos7 porue la alime"aci, 3 la se*al !e sali!a compar"e el mismo par !e ca+les7 3 a!icioalme"e cosume meos po"ecia I&ualme"e los "rasmisores a !os hilos cues"a &eeralme"e meos ue los "rasmisores a 4 hilos

DEMOSTRACION MATEMATICA DEL CIRCUITO TR 115

 I ¿

 I 1

 I 2

I 0

Brimero "omamos e cue"a el cor"o circui"o .ir"ual a la e"ra!a !el Op-Amp para i&ualar los .ol"aes? V 1 =V  2 entoncestendríamos que :

 I 1 x R1= I 2 x R 2  Entoncesdespejando :

 R 1  I 2 =

 R 2  I 1  Reemplazandovalores :

2,475 k   I 2

 I 2 ; 99 =  I 2  I 1 25= I ¿ entonces Si I  1 = : I  99 1  I ¿ =

 Hallamos I 0

 I ¿ + I 2 = I 0

 R 1  I ¿ +  I ¿ = I 0  R 2

 Hallamos los valoresde Rin para 4 y 20 mA

 I 0 =

V  ¿ ( 100 )  R¿

4 mA =

( )

SIMULACION EN ORCAD 166

1v

 ( 100 )

25 k 

5v 20 mA =  ( 100 ) = I 0 ; I ¿ ( 1 + 99 ) = I 0  I ¿ 1 + 25 k  8e realia el arma!o !el circui"o e ORCAD7 coe;i, 3 se"eo !e  R 2 par$me"ros

 R 1

 I ¿ ( 100 )= I 0

 I 0 =

V  ¿  R¿

( 100 )

8e proce!e a simular7

Aalia!o la &r$'ca resul"a"e ! ela simulaci,7 O+"eemos ua rec"a (9uci, lieal)7 e !o!e .emos ue para ua e"ra!a !e 1 .(&). os !a ua sali!a !e 4mA 3 para ua e"ra!a !e 7 .(&). os !a ua sali!a !e 20mA como se !emos"r, e los c$lculos ma"em$"icos