Qual o motivo para que a maior parte dos sinais de transmissão comece com um valor maior que zero?

A forma mais popular de transmissão de sinal usada nos modernos sistemas de instrumentação industrial é o padrão DC de 4 a 20 miliamperes. Este é um padrão de sinal analógico, esse sinal de corrente elétrica é usado para representar proporcionalmente as medições ou os sinais de comando.

Normalmente, um valor de corrente de 4 miliamperes representa 0% da escala, um valor de corrente de 20 miliamperes representa 100% da escala e qualquer valor atual entre 4 e 20 miliampères representa uma porcentagem proporcional entre 0% e 100%.

A tabela a seguir mostra os valores reais e percentuais correspondentes para cada incremento de 25% entre 0% e 100%. Todo técnico de instrumento encarregado de manter instrumentos analógicos de corrente elétrica de 4-20 mA memoriza essa tabela por utilizarem como referência nos processo de calibração e ajuste dos instrumentos:

Por exemplo, se fôssemos calibrar um transmissor de temperatura de 4-20 mA para uma faixa de medição de 50 a 250 graus ºC, poderíamos relacionar os valores de temperatura criando um grafico como este:

Isto não é diferente do padrão de sinal pneumático de 3-15 libras por polegada quadrada (PSI), em que um sinal de pressão de ar varia proporcionalmente alguma variável do processo medida ou sinal de comando.

Ambos os padrões de sinal 3-15 PSI e 4-20 mA por terem valor inicial maior que o zero diz-se que eles possuem “zero ao vivo”, porque seus intervalos começam com um valor diferente de zero. Esse zero “ativo” fornece um meio simples de identificar um valor de sinal de 0% legítimo e um sinal com falha (por exemplo, tubo com vazamento ou cabo danificado)

Um conceito importante para com toda a instrumentação analógica é que os instrumentos que enviam e recebem sinais analógicos devem ser compatibilizados a fim de representar adequadamente a variável desejada.

Por exemplo, vamos considerar um sistema de medição de temperatura que lido através de um termopar, esse sinal sendo usado como sinal de entrada da variável em um transmissor de temperatura com transmissão de saída em padrão de corrente se essa corrente passar por um resistor de 250 ohms. A corrente ao fluir no circuito elétrico ao passar através do resistor esse irá causar uma perda de carga proporcionando uma tenção proporcional a intensidade de corrente. (para converter o sinal analógico de 4-20 mA em um sinal analógico de 1-5 volts) então usando um voltímetro com escala especial pode ser utilizado como indicador de temperatura:

Observe que a faixa de saída de cada dispositivo de envio corresponde ao intervalo de entrada de seu dispositivo receptor correspondente. O sinal lido pelo sensor termopar é ligado ao transmissor formando um loop de corrente passando através do resistor e finalmente um voltímetro (com escala de temperatura na faixa definida) indicador. Através da tabela ilustra de forma clara que as faixas de sinal de cada dispositivo deve corresponder ao intervalo de entrada analógica do próximo dispositivo..

Essa correspondência não acontece automaticamente, mas deve ser estabelecida pelo técnico de instrumentação que está construindo o sistema de medição. Nesse caso, seria responsabilidade do técnico ajustar adequadamente o alcance do transmissor de temperatura e também garantir que a escala de exibição do indicador estivesse adequadamente rotulada. Tanto o termopar quanto o resistor são dispositivos não ajustáveis, suas características de entrada / saída são fixadas por leis físicas.

Os sinais de corrente CC também são usados ​​em sistemas de controle para comandar o posicionamento de um elemento de controle final, como uma válvula de controle ou um acionamento do motor controlado por variador de velocidade (VSD). Nesses casos, o valor em miliamperes não representa diretamente uma medição de processo, mas sim como o grau em que o elemento de controle final influencia o processo através da variável manipulada (MV) . Normalmente (mas nem sempre!), 4 miliamperes comandam uma válvula de controle fechada (fechada) ou um motor parado, enquanto 20 miliamperes comandam uma válvula totalmente aberta ou um motor funcionando a toda velocidade. Os elementos de controle final geralmente são equipados com faixas ajustáveis ​​para que uma correspondência precisa entre o sinal analógico e a ação de controle desejada possa ser garantida.

Assim, a maioria dos sistemas de controle industrial usa pelo menos dois sinais diferentes de 4-20 mA: um para representar a variável de processo (PV) e um para representar o sinal de comando para o elemento de controle final (a “variável manipulada” ou MV

A relação entre esses dois sinais depende inteiramente da resposta do controlador. Não há razão para esperar que os sinais de corrente de PV e MV sejam iguais entre si, pois eles representam variáveis totalmente diferentes. De fato, se o controlador for de ação inversa, é totalmente normal que os dois sinais de corrente sejam inversamente relacionados: à medida que o sinal de PV aumenta, indo para um controlador de ação inversa, o sinal de saída diminuirá. Se o controlador for colocado no modo “manual” por um operador humano, o sinal de saída não terá relação automática com o sinal PV, sendo determinado inteiramente pelo operador.