Cero vivo
Cero vivo — Un cero vivo es un valor de cero de escala representado por una señal distinta de cero, de modo que 4 mA significa medida nula y 0 mA significa lazo averiado; un cable roto no puede esconderse.
Margen de tensión del lazo
Margen de tensión del lazo — El margen de tensión es lo que queda sobre los bornes de un transmisor de dos hilos después de descontar la caída en la resistencia de entrada y en el cable, y debe superar la tensión mínima de alimentación con 20 mA circulando.
| Alimentación del lazo | 24 V DC |
|---|---|
| Resistencia de entrada del receptor | 250 ohm |
| Resistencia del lazo de cable, tramo de ejemplo | 35 ohm |
| Caída a 20 mA en receptor más cable | 5,7 V |
| Tensión que queda en los bornes del transmisor | 18,3 V |
| Mínimo típico de alimentación de un transmisor de dos hilos | 11 - 12 V |
| Síntoma observado | Clase más probable | Medición que decide |
|---|---|---|
| 0,0 mA, el HMI muestra valor inválido | Lazo abierto o sin alimentación | Tensión en los bornes del transmisor con el lazo cerrado: tensión completa indica que la rotura está aguas abajo |
| Fijo cerca de 3,6 mA | Transmisor emitiendo señal de fallo | Inyectar una corriente conocida con un calibrador; si el HMI la sigue, la avería está en el sensor y no en el cable |
| Recortado solo en la parte alta de la escala | Falta de margen a 20 mA | Medir la tensión de bornes con el lazo forzado a 20 mA, no en reposo |
| La lectura cambia al poner a tierra otro equipo | Bucle de tierra | Medir la tensión alterna entre los dos puntos de tierra; una diferencia real lo demuestra |
| Estable pero desviado por un factor | Impedancia o rango del receptor mal configurados | Comparar los mA reales del transmisor con el valor de proceso que calcula el PLC |
| Falla solo con el envolvente caliente o húmedo | Contacto intermitente | Medir la resistencia del lazo a temperatura de trabajo y mover un borne cada vez |
- Error ilustrativo de una resistencia de contacto de 10 ohm a 20 mA
- 0mA
- Fuente: Derivado de la ley de Ohm con las resistencias de ejemplo de esta página. Conjunto de datos ilustrativo, no medido.
¿Por qué un lazo de 4-20 mA tolera la resistencia del cable y una señal de 0-10 V no?
Porque el transmisor regula corriente y no tensión: la resistencia del cable consume parte de la tensión disponible en lugar de alterar la señal, así que la corriente que llega al receptor es la misma que salió del transmisor, y la distancia solo recorta el margen que le queda al propio transmisor.
¿La pantalla del cable se pone a tierra en un extremo o en los dos?
Poner a tierra la pantalla en ambos extremos la convierte en un segundo camino para corriente circulante siempre que los dos puntos de tierra estén a distinto potencial, que es exactamente un bucle de tierra. Se une un solo extremo, en la práctica del lado del receptor, y se aísla galvánicamente cuando las dos masas realmente difieren.
Con el sensor conectado el lazo marca 3,8 mA. ¿El transmisor está averiado?
No necesariamente. Por debajo del cero vivo de 4 mA el transmisor suele estar indicando un fallo detectado, y la práctica NAMUR NE43 sitúa esa banda por debajo de 4 mA y por encima de 20 mA; lo siguiente es medir la resistencia del elemento y compararla con la tabla de cableado, porque un termopar abierto o un RTD desconectado producen esa misma firma.
Todas las corrientes, resistencias y tensiones de esta página son valores de ejemplo usados para mostrar el cálculo. Sustitúyalos por valores medidos propios antes de publicar.
Por qué el orden de comprobación importa más que el instrumento
Un lazo de 4-20 mA tiene una propiedad que lo hace diagnosicable con un polímetro: la misma corriente circula por todos los elementos en serie, así que una medida en cualquier punto de ruptura dice lo que transporta todo el lazo. Esa misma propiedad hace que un orden equivocado consuma una tarde entera. Si se empieza cambiando el transmisor, se modifican dos incógnitas a la vez, el aparato y lo que el cableado le hizo, y el síntoma puede seguir al aparato por causas ajenas a él.
Conviene avanzar desde la señal hacia el campo dividiendo el lazo en tres tramos en cada paso: sensor y transmisor, cableado y borneras, receptor y su configuración. Cada prueba siguiente está elegida para que un aprobado o un suspenso elimine un tramo completo y no un componente suelto.
Primera prueba: hay corriente, ¿pero hay tensión
Primero la corriente, con pinza de mA si no se quiere abrir el circuito o con el polímetro en serie si se puede. Después se hace el paso que casi nadie hace: medir la tensión continua entre los bornes del propio transmisor con el lazo cerrado. La pareja de lecturas separa cuatro averías distintas.
Corriente de 0 mA y alimentación completa en bornes significa que la rotura está aguas abajo: un fusible, un receptor abierto, un borne que nunca hizo contacto o un conductor partido. Corriente de 0 mA y sin tensión en bornes significa que la alimentación nunca llegó: par equivocado en la bornera, polaridad invertida en una entrada protegida, o una fuente que solo alimenta parte del armario de bornes. Corriente en la zona de 3,6 mA significa que el lazo está sano y el transmisor indica un fallo a propósito; no se recalibre, váyase a leer el elemento sensor. Corriente clavada por encima de 20 mA es el mismo mensaje desde el otro extremo, o un sobrerango real del proceso.
Segunda prueba: el margen se mide con carga y no en reposo
El transmisor necesita tensión para funcionar. Su alimentación es la fuente del lazo menos las caídas del cable y de la resistencia de entrada, y esas caídas son máximas con 20 mA, justo donde un sistema de control más necesita una lectura válida. Un lazo sin margen no falla en el cero: recorta la parte alta de la escala y parece un error de rango. Por eso quien mide en bornes con el lazo en reposo declara el circuito sano y se va.
Haga la cuenta antes de salir a campo. Con 24 V de alimentación, una resistencia de receptor de 250 ohm y una resistencia de cable de decenas de ohm, la caída a 20 mA deja al transmisor holgadamente por encima del mínimo típico de un dispositivo de dos hilos. Añada un segundo receptor en serie, un aislador, o un tramo largo y fino, y el mismo lazo puede quedar en zona límite. Tenga en cuenta además que HART exige una resistencia mínima de lazo de unos 230 a 250 ohm para comunicarse: la resistencia que decide su presupuesto de tensión es también la que determina si un calibrador de mano puede hablar con el transmisor a través del armario.
Tercera prueba: el bucle de tierra y lo que hace una unión de un solo extremo
Ruido inducido y bucle de tierra son dos averías distintas que se culpan entre sí. El ruido inducido procede del flujo magnético variable que enlaza el área del lazo, de modo que disminuye con cables más cortos, trenzados o perpendiculares al cable de potencia, y aparece como un componente alterno sobre la señal. Un bucle de tierra es una corriente que circula porque dos puntos del camino de señal están unidos a tierra en lugares con distinto potencial; se manifiesta como un desplazamiento de la lectura, y ese desplazamiento cambia cuando otro equipo conectado a alguna de esas tierras entra en servicio.
Mida la tensión alterna entre los dos puntos de tierra con un instrumento de alta impedancia. Si allí hay una diferencia apreciable, la condición existe, y la corrección consiste en eliminar una de las uniones o interponer aislamiento galvánico en el receptor, no en cambiar cómo se tiende el cable. Si la pantalla está unida a tierra en ambos extremos, forma parte de ese camino de circulante; unirla solo en el receptor drena la carga inducida manteniéndola fuera de la circulación.
Cuarta prueba: corriente correcta, número equivocado
Cuando los mA del cable son correctos pero la pantalla de planta falla, la avería está en la conversión y no en el lazo. Dos causas cubren la mayoría: la entrada del receptor está configurada para un rango distinto del transmisor, o la resistencia de entrada no es la que la configuración supone, y una resistencia de 250 ohm leída por una configuración que espera 500 ohm divide la señal aparente a la mitad. Compare los mA medidos en bornes con el valor de proceso que el controlador calcula con esa misma corriente; una razón limpia, como un factor dos o un desplazamiento de 4 a 0, es aritmética y se corrige en configuración.
Quinta prueba: los fallos intermitentes hay que provocarlos
Un fallo intermitente no se espera, se busca. Re-produzca la condición de forma mecánica: con la corriente del lazo visible, mueva cada borne uno a uno, caliente el envolvente con aire templado y enfríe el conector hasta condensar humedad. Un contacto de alta resistencia en lugar de abierto produce una lectura que se hunde con carga, de modo que medir la resistencia del lazo sin tensión puede mostrar un cortocircuito perfecto mientras esa misma unión falla en cuanto pasan 20 mA. Apriete a par, reasiente y vuelva a medir en la parte alta de la escala, donde el margen es menor.