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1. Escalamiento señal de
Control 4-20 ma.
Académico: Ricardo Quiroz C.
Ing. Instr. Y Auto. Indus.

2. Introducción
La forma más popular para transmitir señales en instrumentación industrial,
aun hoy en día, es el estándar 4 a 20 miliamperios DC. Esta es una señal
estándar, que significa que la señal de corriente usada es usada
proporcionalmente para representar señales de medidas o salidas
(comandos).
Típicamente, un valor de 4 miliamperios de corriente representa 0% de
medida, y un valor de 20 miliamperios representa un 100% de la medida, y
cualquier otro valor entre 4 y 20 miliamperios representa un porcentaje entre
0% y 100%.
Por ejemplo, si estamos calibrando un transmisor de temperatura a 4-20mA
para medir rango de 50 a 250 grados C, podríamos representar los valores de
corriente y temperatura como el siguiente gráfico:

4. Esta señal de 4-20mA también es usada para sistemas de control para
comandar posicionadores en una válvula de control o en variadores de
velocidad. En estos casos, el valor de miliamperios no representa una medida
del proceso, pero si un grado el cual el elemento final de control influye en el
proceso. Típicamente (¡¡pero no siempre !!) los 4 miliamperios comandan a
cerrar la válvula de control o parar un motor, mientras que 20 miliamperios
comandan a abrir totalmente una válvula de control o poner un motor a su
máxima velocidad.
Por tanto, casi todos (aun hoy en día) sistemas de control usan dos diferentes
señales de 4-20mA: una para representar variables de proceso (PV) y una para
representar comandos hacia un elemento final de control (la variable
manipulada o MV).

6. La relación entre estas dos señales depender enteramente de la respuesta del
controlador. No hay razón para decir que las dos señales van a ser iguales,
porque representan dos cosas totalmente diferentes. De hecho, si el
controlador es de acción inversa, es totalmente normal que las dos señales
sean inversamente proporcionales, cuando la señal de proceso PV de
incrementa va hacia el controlador de acción inversa entonces la señal de
salida se decrementara. Si el controlador es puesto en modo «manual» por el
operador, la señal de salida no será automáticamente proporcionada a la
señal de entrada PV del todo, en cambio esta señal será totalmente
manipulada a gusto del operador.
Proporcionando señales 4-20mA a variables medidas una señal 4 a 20 mA
representa alguna señal en una escala de 0 a 100 en porcentaje. Usualmente,
es una escala lineal, como:

8. Siendo una función lineal, podemos usar la ecuación de una recta para proporcional las
señales medidas a sus respectivos valores de corriente:
y = mx + b
Donde:
y = Salida del instrumento
x = Entrada del Instrumento
m = Pendiente de la recta
b = punto de intercepto respecto a y (por ejemplo, el «live zero» cero del rango del
instrumento)
Una vez determinada los valores adecuados para m y b, podemos entonces usar esta
ecuación lineal para predecir cualquier valor para y dado un valor x, y vice-versa. Esto será
muy útil para nosotros cuando busquemos determinar el valor de señal 4-20mA de salida de
cualquier transmisor, o la posición de vástago de una válvula ente una salida de señal 4-
20mA, o cualquier otra correspondencia entre una señal 4-20mA y alguna variable física.
Antes que podamos usar la ecuación para cualquier propósito, debemos determinar los
valores de la pendiente (m) y el intercepto (b) apropiados para el instrumento que
deseamos aplicar la ecuación. Luego, veremos algunos ejemplos para hacer esto.
Para la ecuación lineal mostrada, podemos determinar el valor de la pendiente (m)
dividiendo el «rise» entre el «run» es decir los rangos en miliamperios (4-20mA) y rango de
apertura (0 -100 %).

10. Para calcular el intercepto (b), todo lo que necesitamos hacer es resolver la
ecuación en un punto determinado (x – y). En este caso probamos el punto
(0,4) es decir a 0% tenemos 4 miliamperios y calculamos:

11. Por tanto, 34.7% es equivalente a 9.552 miliamperios
en un rango de señal de 4-20mA.
Ahora que tenemos nuestra ecuación completa podemos describir la relación
entre la señal 4-20mA y una señal de apertura 0-100%, podemos usarla para
determinar cuántos miliamperios representan cualquier porcentaje de señal.
Por ejemplo, supongamos que necesitamos convertir un porcentaje de 34.7%
a su correspondiente señal de corriente de 4-20mA, como se representa en la
siguiente grafica.