Cómo se escala una señal de 4–20 mA

Un transmisor de 4–20 mA entrega corriente proporcional a la variable que mide. El recorrido útil son 16 mA, no 20: los primeros 4 mA son el cero vivo. La conversión a unidades de proceso es directa:

Valor = Mínimo + (mA − 4) × (Máximo − Mínimo) ÷ 16

Y al revés, para saber qué corriente corresponde a un valor:

mA = 4 + (Valor − Mínimo) × 16 ÷ (Máximo − Mínimo)

Para qué sirve el cero vivo

Esta es la razón por la que la industria se quedó con 4–20 y no con 0–20. Con cero vivo, cero corriente no es un valor válido: si el lazo se corta, si el transmisor se queda sin alimentación o si un terminal se suelta, la señal cae a 0 mA y el sistema lo distingue inmediatamente de una medición legítima de cero. Con 0–20 mA, un cable cortado y un estanque vacío se leen igual, y el operador no tiene cómo saber cuál de los dos está mirando.

Eso también explica por qué conviene no usar transmisores de tensión en tramos largos. La corriente en un lazo serie es la misma en todo el recorrido, así que la caída en el cable no altera la lectura; una señal de 0–10 V sí se degrada con la distancia y con la resistencia de los contactos.

Qué dice la señal cuando está fuera de rango

La recomendación NAMUR NE43, que la mayoría de los transmisores modernos implementa, define qué hacer con la corriente cuando el instrumento no está midiendo bien. En la práctica:

• 0 mA: lazo cortado, sin alimentación, o fusible abierto. No es una medición.
• Bajo 3,6 mA: el transmisor está declarando una falla propia — sensor roto, electrónica caída, autodiagnóstico negativo.
• Entre 3,6 y 3,8 mA: variable bajo el rango. El lazo está sano; lo que está fuera de rango es el proceso.
• Entre 20,5 y 21 mA: variable sobre el rango.
• Sobre 21 mA: falla declarada por el transmisor.

Vale la pena programar estos umbrales en el PLC en vez de limitarse a saturar el valor. Un lazo que lleva una semana en 3,7 mA está diciendo algo, y si el programa lo recorta a cero nadie se entera.

El valor crudo y el error que cuesta un turno

El PLC no ve miliamperes: ve un número entero que le entrega la tarjeta analógica. Cuánto vale ese número depende del fabricante y de cómo esté configurada la tarjeta — 0 a 27648 en Siemens S7, 0 a 32000 en Delta AS, 0 a 4000 en Delta DVP, 0 a 4095 en una tarjeta de 12 bits genérica. El error clásico es escalar suponiendo el rango equivocado: el resultado es correcto en un extremo y crece torcido hacia el otro, que es justamente el patrón que hace perder una mañana buscando un problema en el instrumento.

El segundo error clásico: que la tarjeta esté configurada en 0–20 mA mientras el transmisor es de 4–20. Ahí el cero del proceso aparece en el 20% de la escala, el operador ajusta el offset en la pantalla para que cuadre, y el lazo queda con un error que crece con la medición y que nadie documentó.

Cuándo hay que extraer raíz cuadrada

Los medidores de caudal por presión diferencial —placa orificio, venturi, pitot— entregan una señal proporcional al cuadrado del caudal, porque eso es lo que dice la física del elemento primario. Para leer caudal hay que extraer la raíz:

Q = Q_máx × √( (mA − 4) ÷ 16 )

El problema aparece cuando la raíz se extrae dos veces: una en el transmisor, que ya viene configurado para entregar caudal lineal, y otra en el PLC, porque quien programó asumió que venía en diferencial. La lectura queda bien en 0% y en 100% —los dos puntos donde la raíz de 0 es 0 y la de 1 es 1— y mal en todo el medio. Es un error difícil de ver precisamente porque los extremos calzan.

Y un detalle de operación: cerca del cero, la raíz amplifica el ruido. Por eso los lazos de caudal por diferencial se configuran con un corte de bajo caudal, típicamente bajo el 5 o 10% del rango, donde la lectura se fuerza a cero en vez de bailar.