¿Qué es un calibrador de bucle?

Los calibradores de bucle se utilizan comúnmente en la calibración y el control de procesos. Como sugiere el nombre, el control de procesos monitorea y controla un proceso para mantener un estándar de calidad y desempeño. El proceso puede ser una cantidad física, como la presión o la temperatura. Los probadores de bucle también se pueden utilizar para calibración eléctrica. En estos casos, verifican el desempeño de un instrumento que mide cantidades eléctricas como voltaje, corriente, capacitancia, inductancia, resistencia, tiempo y frecuencia.

Una unidad bajo prueba (UUT) es un dispositivo de medición eléctrica (como un voltímetro o amperímetro) que se somete a calibración eléctrica. Los dispositivos típicos incluyen probadores de bucle, osciloscopios, multímetros, contadores de frecuencia, registradores de datos, medidores eléctricos y probadores de aislamiento.

En este artículo, analizaremos las pruebas de bucle, los bucles de corriente y el uso de calibradores de bucle, especialmente en relación con la calibración de procesos.

¿Qué es la prueba de bucle?
La calibración de procesos es importante para garantizar la seguridad, la eficiencia y la productividad industrial. La instrumentación avanzada, como los instrumentos digitales y los instrumentos multivariables, requiere herramientas de calibración sofisticadas que puedan comunicarse con redes industriales, incluidas HART y Fieldbus. Deben garantizar una calibración de campo de alta precisión.

Normalmente, estos instrumentos de calibración tienen software para almacenar y analizar datos de instrumentación complejos y detallados. Los datos se utilizan ampliamente para producir certificados e informes de calibración.

Los instrumentos de calibración a menudo se basan en técnicas avanzadas basadas en pruebas de bucle.

Las pruebas de instrumentación convencionales se basan en probar instrumentos individuales, lo que requiere mucho tiempo y es poco práctico en muchas situaciones. Las técnicas avanzadas actuales se basan más en pruebas de bucle o de bucle parcial. El circuito de proceso completo se calibra como una unidad y no como un instrumento individual. Prueba la tolerancia general del circuito para garantizar un control eficiente, calidad, seguridad y un tiempo de inactividad mínimo.

Un ejemplo de bucle de proceso es un bucle de temperatura. En este circuito, un dispositivo de temperatura (un RTD o un termopar) está conectado a un transmisor, que está unido a un indicador local y a una placa de entrada PLC/DCS. En una prueba de circuito de extremo a extremo, el elemento de temperatura se separa del circuito de proceso y el rendimiento se evalúa frente a una temperatura simulada.

A diferencia de las nuevas pruebas de bucle de extremo a extremo, las pruebas de instrumentos convencionales se basan en las hojas de especificaciones del fabricante. Es posible que las especificaciones no indiquen la precisión real o incluyan repetibilidad, estabilidad a largo plazo, efectos de temperatura u otros factores ambientales.

Sin embargo, las pruebas de bucle de un extremo a otro pueden ser costosas o no ser ideales como sensor o instrumento de medición. En tales casos, resulta útil la prueba de bucle parcial. En el ejemplo del proceso de temperatura, la prueba parcial se puede realizar aislando el dispositivo de temperatura del transmisor. Puede simular señales al transmisor con la ayuda de un calibrador de bucle. Recuerde, en las pruebas de bucle completo, se calibra todo el bucle en lugar de un instrumento individual.

Un calibrador de bucle es un instrumento comúnmente utilizado para pruebas de bucle. Los calibradores de bucle son útiles en pruebas de instrumentación y para la calibración inicial de bucles de proceso. Por ejemplo, un transmisor de nivel sumergible no se puede probar en campo en un laboratorio de electrónica. Pero se puede utilizar un calibrador de bucle para simular las señales del transmisor de nivel para calibrar el circuito de control. Posteriormente, el circuito de control se puede probar en campo con un transmisor de nivel real en el sitio de prueba.

Los bucles de corriente de 4-20 mA
Los calibradores de bucle generalmente están diseñados para funcionar con bucles de corriente de 4 a 20 mA. Pueden medir corrientes, suministrar corriente a dispositivos que no están alimentados en el bucle de corriente y simular señales como transmisores alimentados por bucle.

La salida de corriente de 4-20 mA es la señal eléctrica típica generada por sensores e instrumentos. El sensor o instrumento dentro de una serie actúa como una fuente de corriente constante, donde la salida de corriente depende de la cantidad física medida, como la temperatura o la presión.

La señal actual proporciona una señal de salida porque sigue siendo la misma en todos los puntos de la red en serie. También permite una salida analógica de alta potencia, que puede transferirse a largas distancias.

La señal actual se puede convertir en un voltaje medible en cualquier punto de la red conectando una resistencia en serie. Por ejemplo, una corriente de 4-20 mA se puede convertir a un rango de voltaje entre 1 ~ 5 V conectando una resistencia de 250 Ω en serie. Al hacer esto, asegúrese de que el transmisor de 4-20 mA tenga suficiente voltaje entre las líneas positiva y negativa para que la medición no se entienda en la parte inferior de la escala. La señal de corriente de 4-20 mA funciona fácilmente con una conexión de dos cables y permanece fuerte contra interferencias de radiofrecuencia u otras posibles fuentes de error.

¿Por qué 4-20 mA?
Los bucles de corriente suelen estar configurados en el valor predeterminado de 4-20 mA. El valor predeterminado comienza en 4 mA (no en 0 mA) por razones históricas y técnicas.

Antes de que la electrónica se convirtiera en la industria que es hoy, los instrumentos de proceso se calibraban mecánicamente. Para la calibración mecánica, el estándar era de 3 a 15 psi. Cualquier valor por debajo de 3 psi era irreconocible. Además, 0 psi fue fácil de identificar como una falla del sistema. Cuando los controladores electrónicos reemplazaron a los calibradores mecánicos, se seleccionó el rango de 4 a 20 mA para reflejar el mismo rango de 3 a 15 psi.

Del mismo modo, con los controladores electrónicos, 0 mA es demasiado bajo para ser detectado y es más adecuado para indicar una falla del sistema.

¿Qué es un calibrador de bucle?
Un calibrador de bucle es un calibrador eléctrico que:

• Soluciona problemas de bucles de corriente de 4 a 20 mA
• Simula señales como transmisores alimentados por bucle.
• Calibra los bucles actuales
• Mide la corriente eléctrica.
• Fuentes de corriente para dispositivos sin alimentación en bucles de corriente
• Ejecutar pruebas de bucle

Los calibradores de bucle funcionan con una amplia fuente de alimentación y transmiten señales a largas distancias sin pérdidas ni ruido. Estos instrumentos también pueden medir corriente eléctrica, fuente de corriente y simular transmisores de 4 a 20 mA alimentados por bucle.

¿Dos o cuatro cables?
Los calibradores de bucle se pueden utilizar con configuraciones de transmisores de dos y cuatro hilos. En una configuración de transmisor de dos hilos, la señal de medición utiliza sólo dos conexiones para la fuente de alimentación y la señal de salida.

En una configuración de transmisor de cuatro hilos, la fuente de alimentación y la señal de salida se aíslan mediante una red de puente de Wheatstone. Esta configuración es más precisa porque compensa los errores de forma independiente.

La conexión de resistencia de 250Ω
Para convertir una señal de corriente de 4-20 mA entre 1 ~ 5 V, conecte una resistencia de 250 Ω. Para aclarar una idea errónea común sobre si se utiliza una conexión en serie o en paralelo con la resistencia, esto puede ayudar:

• Si la placa de entrada DCS/PLC acepta una entrada de 1-5 V CC, la resistencia de 250 Ω debe conectarse en paralelo a los cables de entrada de 1-5 V CC.
• Si es necesario realizar la medición desde la red del bucle de corriente para que funcione, la resistencia de 250 Ω debe conectarse en serie con el bucle de corriente de 4-20 mA.

Medición de corriente
Para medir corriente con un calibrador de bucle:

• Desconecte el bucle actual del terminal negativo.
• Conecte el calibrador de bucle como una carga entre el transmisor alimentado por bucle y el controlador del indicador local.
• Nota: El transmisor alimentado por bucle puede ser un sensor de temperatura, presión, nivel, nivel de flotador u otro instrumento de proceso.
• El interruptor selector del calibrador de bucle debe colocarse en la posición de “lectura” para medir la corriente eléctrica.

Fuente actual
Es fácil probar un circuito controlador o indicador con un calibrador de bucle, que puede generar señales en el rango de 4 a 20 mA. Es útil para la calibración antes de probar cualquier dispositivo en campo con un sensor o instrumento de proceso.

Para obtener la actualidad:

• El cable rojo del calibrador debe conectarse al terminal positivo de la entrada de la variable de proceso.
• El cable negro del calibrador debe conectarse al terminal negativo del cable de la variable de proceso.
• El interruptor selector del calibrador de bucle debe colocarse en la posición "fuente"
• La señal de corriente de salida se puede configurar usando la perilla ajustable

Simulación de un transmisor alimentado por bucle
El calibrador de bucle también se puede utilizar para simular un transmisor alimentado por bucle. Mira cómo funciona:

• El cable rojo del calibrador se conecta al terminal de alimentación de entrada variable del proceso
• El cable negro del calibrador se conecta al terminal positivo de la entrada de variable de proceso.
• El interruptor selector del calibrador de bucle debe colocarse en la posición de “dos cables”
• Se establece un nivel de corriente predeterminado usando la perilla ajustable