Come misurare un segnale 4-20 mA

Come misurare un segnale 4-20 mA

Il 4-20 mA è uno dei metodi più utilizzati per trasmettere informazioni dai sensori nei processi industriali.

Un segnale 4-20 mA viene spesso impiegato nei sistemi che monitorano grandezze come:

• pressione;
• temperatura;
• pH;
• portata;
• livello;
• altre variabili fisiche di processo.

In molte applicazioni industriali, il segnale viene trasmesso tramite un loop di corrente a due fili. Lo stesso cavo alimenta il trasmettitore e trasporta anche la corrente mA verso il sistema di controllo.

Come funziona un loop 4-20 mA?

Il funzionamento di un loop 4 a 20 mA è abbastanza semplice.

Il sensore rileva una grandezza fisica e il trasmettitore la converte in una corrente proporzionale. In genere:

• 4 milliampere rappresentano il valore minimo o lo zero del sensore;
• 20 mA rappresentano il valore massimo o fondo scala del sensore.

Ad esempio, in una valvola ad azione diretta, una misura di 20 mA può indicare che la valvola è aperta al 100%. Una misura di 4 mA indica invece che la valvola è chiusa.

Nel caso di una valvola ad azione inversa, il comportamento è opposto.

I valori intermedi tra 4 20 mA indicano che il circuito sta controllando la valvola in una posizione intermedia.

Perché il segnale 4-20 mA è così usato?

Il segnale 4-20 milliampere è molto diffuso perché è semplice, robusto e affidabile.

È adatto agli ambienti industriali perché:

• funziona bene anche su lunghe distanze;
• è meno sensibile ai disturbi elettrici rispetto ai segnali in tensione;
• permette di alimentare e leggere il trasmettitore con soli due fili;
• consente di rilevare facilmente alcune condizioni di guasto;
• è compatibile con molti strumenti di processo e sistemi di controllo.

Per questo motivo il 4-20 mA è ancora uno standard molto usato nel monitoraggio dei processi industriali.

Perché misurare un segnale 4-20 mA?

Misurare un segnale 4-20 mA è fondamentale durante la manutenzione, la ricerca guasti e la calibrazione dei sistemi di processo.

Una verifica completa può includere il controllo di:

• uscita del trasmettitore;
• cablaggio del loop;
• ingresso del sistema di controllo;
• scheda di ingresso del sistema di controllo;
• cablaggio di ritorno verso il trasmettitore.

Questi controlli aiutano a capire se il problema si trova nel sensore, nel trasmettitore, nel cablaggio o nel sistema di controllo.

Come eseguire un test mA su un segnale 4-20 mA

Un test mA permette di verificare se il segnale rientra nell'intervallo previsto dal sistema di controllo.

Durante il test, la misura dovrebbe normalmente trovarsi tra:

• 4 mA, valore minimo;
• 20 mA, valore massimo.

Se il valore è inferiore a 4 mA o superiore a 20 mA, potrebbe esserci un problema nel loop, nel trasmettitore, nel cablaggio o nell'ingresso del sistema di controllo.

Un test loop aiuta quindi a individuare rapidamente dove si trova l'anomalia.

Conversione mA in A: da milliampere in ampere

Nei sistemi di processo, il segnale viene spesso espresso in mA, cioè milliampere. In alcuni casi, però, può essere utile conoscere il valore equivalente in ampere.

Per eseguire la conversione mA in A, basta dividere il valore in milliampere per 1000.

Esempi:

• 4 milliampere = 0,004 A
• 20 mA in ampere = 0,020 A
• 4-20 milliampere = 0,004-0,020 A

Questa conversione da milliampere in ampere è utile quando si confrontano valori di misura, specifiche tecniche o strumenti che indicano la corrente in A invece che in mA.

Misura del segnale 4-20 mA senza interrompere il loop

Il metodo più pratico per misurare un segnale 4-20 mA consiste nell'utilizzare una pinza amperometrica di processo.

Questo tipo di strumento permette di misurare la corrente continua in mA senza scollegare i fili e senza interrompere il loop.

È una soluzione utile quando il processo deve restare in funzione e non è possibile fermare l'impianto.

Come misurare un segnale 4-20 mA con una pinza amperometrica

Per misurare un segnale 4-20 mA con una pinza amperometrica di processo:

• Accedere ai fili del segnale, di solito rimuovendo il coperchio del trasmettitore.
• Individuare il filo del segnale mA.
• Azzerare la pinza amperometrica mA.
• Eseguire la misura.
• Verificare che il valore sia compreso tra 4 mA e 20 mA.

Questa tecnica consente di misurare il segnale senza aprire il circuito.

In altre parole, non è necessario "rompere il loop".

Cosa significa non rompere il loop?

"Rompere il loop" significa interrompere fisicamente il circuito per inserire lo strumento di misura in serie.

Con una pinza amperometrica di processo, questo non è necessario. Lo strumento misura la corrente dall'esterno del conduttore.

Questo riduce il rischio di:

• fermare accidentalmente il processo;
• introdurre errori nel circuito;
• creare tempi di inattività;
• scollegare il filo sbagliato;
• causare problemi al sistema di controllo.

Come misurare la corrente con un multimetro

È possibile misurare un segnale 4-20 mA anche con un multimetro digitale.

Chi cerca come misurare la corrente con un multimetro deve però sapere che, in questo caso, lo strumento va collegato in serie al circuito. Questo significa che il loop deve essere interrotto temporaneamente.

Prima di procedere, è importante verificare con gli operatori che la misura possa essere eseguita in sicurezza.

Misurare corrente con multimetro o calibratore di loop

Per misurare corrente con multimetro o con un calibratore di loop:

• Informare gli operatori prima di iniziare.
• Accedere ai fili del segnale, di solito rimuovendo il coperchio del trasmettitore.
• Selezionare la funzione di misura mA DC.
• Collegare correttamente i puntali per la misura in mA.
• Individuare il filo del segnale mA.
• Scollegare un lato del filo del segnale.
• Inserire il multimetro o il calibratore in serie con il circuito.
• Leggere il valore in mA sullo strumento.

Questa tecnica consente una misura precisa, ma interrompe il loop durante il collegamento.

Pinza amperometrica o multimetro: quale metodo scegliere?

La scelta dello strumento dipende dall'applicazione e dal livello di intervento consentito.

Una pinza amperometrica di processo è ideale quando:

• il processo non deve essere interrotto;
• serve una verifica rapida;
• si vuole evitare di scollegare fili;
• si lavora in un impianto in funzione;
• è necessario ridurre il rischio di errore.

Un multimetro o un calibratore di loop è utile quando:

• è possibile interrompere il circuito;
• si deve eseguire una misura in serie;
• è richiesta una verifica più approfondita;
• si stanno svolgendo attività di calibrazione;
• il loop è già fermo per manutenzione.

A cosa serve un calibratore di loop?

Un calibratore di loop permette ai tecnici di eseguire controlli e ricerca guasti direttamente sul campo.

A seconda del modello, può essere usato per:

• misurare segnali 4-20 mA;
• simulare un segnale mA;
• alimentare un loop;
• verificare un trasmettitore;
• controllare gli ingressi del sistema di controllo;
• supportare la calibrazione degli strumenti di processo.

I calibratori di processo multifunzione possono inoltre essere utilizzati per testare loop 4-20 mA e controlli digitali.

Che cos'è un convertitore 4-20 mA?

In alcuni impianti, un convertitore 4-20 mA viene utilizzato per trasformare un segnale di processo in un valore standard leggibile dal sistema di controllo.

Il convertitore può ricevere un segnale da un sensore e convertirlo in una corrente proporzionale tra 4 e 20 mA.

Questo permette al sistema di controllo di interpretare correttamente la variabile misurata, come pressione, temperatura o portata.

Valori corretti in un segnale 4-20 mA

Durante la misura, il valore deve normalmente essere compreso tra 4 mA e 20 mA.

In generale:

• 4 mA indica il valore minimo del processo;
• 12 mA indica circa il 50% della scala;
• 20 mA indica il valore massimo del processo.

Un valore inferiore a 4 mA o superiore a 20 mA può indicare un problema nel circuito, nel trasmettitore o nel sistema di controllo.

Possibili problemi in un loop 4-20 mA

Se il valore misurato non è corretto, le cause possono essere diverse.

Tra i problemi più comuni ci sono:

• cablaggio interrotto;
• collegamento errato;
• trasmettitore guasto;
• alimentazione insufficiente;
• ingresso del sistema di controllo difettoso;
• errore di calibrazione;
• segnale fuori scala;
• resistenza eccessiva nel loop.

Una misura corretta aiuta a restringere rapidamente l'area del problema.

Buone pratiche per misurare un segnale 4-20 mA

Prima di eseguire la misura, è importante lavorare in sicurezza e seguire le procedure dell'impianto.

Alcune buone pratiche sono:

• verificare con gli operatori prima di intervenire;
• identificare correttamente i fili del segnale;
• usare la funzione mA DC corretta;
• azzerare la pinza amperometrica prima della misura;
• evitare di interrompere il loop se il processo è critico;
• registrare il valore misurato;
• confrontare la misura con il valore atteso del processo.

Questi passaggi riducono il rischio di errori e aiutano a ottenere una diagnosi più affidabile.

Misurare correttamente per evitare fermi impianto

Il 4-20 mA è molto utilizzato perché è semplice, robusto e affidabile.

Quando un segnale non corrisponde al valore atteso, è importante verificare il circuito con lo strumento giusto.

Una pinza amperometrica di processo permette di misurare il segnale senza interrompere il loop. Un multimetro o un calibratore di loop può invece essere usato quando è possibile aprire il circuito e collegare lo strumento in serie.

Con misure accurate, i tecnici possono individuare più rapidamente i guasti, ridurre i tempi di fermo e mantenere affidabili i sistemi di controllo di processo.