9.3: Sistemas de señal de corriente
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Una fuente de corriente genera tanto o tan poco voltaje como sea necesario a través de sus cables para producir una cantidad constante de corriente a través de ella. Esto es justo lo contrario de una fuente de voltaje (una batería ideal), que emitirá tanta o tan poca corriente como demande el circuito externo para mantener constante su voltaje de salida. Siguiendo la simbología de “flujo convencional” típica de los dispositivos electrónicos, la flecha apunta contra la dirección del movimiento de los electrones. Disculpas por esta confusa notación: ¡otro legado de la falsa suposición de Benjamin Franklin sobre el flujo de electrones!
Las fuentes de corriente se pueden construir como dispositivos variables, al igual que las fuentes de voltaje, y pueden diseñarse para producir cantidades muy precisas de corriente. Si se construyera un dispositivo transmisor con una fuente de corriente variable en lugar de una fuente de voltaje variable, podríamos diseñar un sistema de señal de instrumentación basado en corriente en lugar de voltaje:
El funcionamiento interno de la fuente de corriente del transmisor no necesita ser una preocupación en este punto, solo el hecho de que su salida varía en respuesta a los cambios en la posición del flotador, al igual que la configuración del potenciómetro en el sistema de señal de voltaje varió la salida de voltaje según la posición de flotación.
Observe ahora cómo el indicador es un amperímetro en lugar de un voltímetro (la escala calibrada en pulgadas, pies o metros de agua en el tanque, como siempre). Debido a que el circuito es una configuración en serie (teniendo en cuenta las resistencias del cable), la corriente será exactamente igual a través de todos los componentes. Con o sin resistencia del cable, la corriente en el indicador es exactamente la misma que la corriente en el transmisor, y por lo tanto no se incurre ningún error ya que podría haber con un sistema de señal de voltaje. Esta garantía de degradación de señal cero es una ventaja decidida de los sistemas de señal de corriente sobre los sistemas de señal de voltaje.
El estándar de señal de corriente más común en el uso moderno es el bucle de 4 a 20 miliamperios (4-20 mA), con 4 miliamperios que representan el 0 por ciento de la medición, 20 miliamperios que representan el 100 por ciento, 12 miliamperios que representan el 50 por ciento, y así sucesivamente. Una característica conveniente del estándar de 4-20 mA es su facilidad de conversión de señal a instrumentos indicadores de 1-5 voltios. Una simple resistencia de precisión de 250 ohmios conectada en serie con el circuito producirá 1 voltio de caída a 4 miliamperios, 5 voltios de caída a 20 miliamperios, etc:
La escala de bucle de corriente de 4-20 miliamperios no siempre ha sido el estándar para los instrumentos actuales: por un tiempo también hubo un estándar de 10-50 miliamperios, pero ese estándar ha quedado obsoleto desde entonces. Una de las razones de la eventual supremacía del bucle de 4-20 miliamperios fue la seguridad: con voltajes de circuito más bajos y niveles de corriente más bajos que en los diseños de sistemas de 10-50 mA, hubo menos posibilidades de lesiones por choque personal y/o la generación de chispas capaces de encender atmósferas inflamables en ciertas industrias ambientes.
Revisar
- Una fuente de corriente es un dispositivo (generalmente construido de varios componentes electrónicos) que emite una cantidad constante de corriente a través de un circuito, al igual que una fuente de voltaje (batería ideal) que emite una cantidad constante de voltaje a un circuito.
- Un circuito de instrumentación de “bucle” actual se basa en el principio del circuito en serie de que la corriente es igual a través de todos los componentes para asegurar que no haya errores de señal debido a la resistencia
- El estándar de señal de corriente analógica más común en el uso moderno es el “bucle de corriente de 4 a 20 miliamperios”.