Calculadora de Escala de Sensor — Span, Zero e Offset

Como calcular na mão

O sinal 4–20 mA é o padrão mais difundido em instrumentação industrial: 4 mA representa o início da faixa do instrumento (LRV) e 20 mA representa o fim (URV). A relação é sempre linear: o sinal caminha de 4 a 20 mA na mesma proporção em que a grandeza medida caminha do LRV ao URV. O intervalo útil do sinal é de 16 mA (de 4 a 20). Esse intervalo é o span do sinal; o span da grandeza é URV − LRV.

De mA para valor de processo (loop check)

Esta é a conversão mais usada em campo: você lê a corrente no multímetro e quer saber qual grandeza o instrumento está indicando.

PV = LRV + [ (I − 4) ÷ 16 ] × Span

Exemplo: transmissor de temperatura PT100 com faixa 0–200 °C marcando 12 mA.

• I = 12 mA · LRV = 0 · URV = 200 · Span = 200 °C
• Percentual do span = (12 − 4) ÷ 16 = 0,5 = 50%
• PV = 0 + 0,5 × 200 = 100 °C

Prova: 100 °C é exatamente o meio da faixa 0–200 °C. Com 12 mA (meio dos 16 mA do span de sinal), o resultado tem de ser 50% — a conta fecha.

De valor de processo para mA (simular ponto ou conferir alarme)

O caminho inverso é igualmente direto. Use quando precisa saber qual corrente corresponde a um valor de processo — para verificar o ponto de alarme no supervisório, por exemplo, ou para simular um valor durante comissionamento.

I = 4 + [ (PV − LRV) ÷ Span ] × 16

Exemplo loop check: PT-101 (PT100, faixa 0–150 °C) medindo 13,1 mA. Qual PV esperado?

• PV = 0 + [(13,1 − 4) ÷ 16] × 150
• PV = (9,1 ÷ 16) × 150 = 0,56875 × 150 = 85,3 °C

Se o CLP indicar 85 °C, o instrumento está calibrado. Divergência maior que a tolerância do instrumento aponta derivação ou necessidade de recalibração.

Zero suprimido e zero elevado

Quando o LRV é diferente de zero, o instrumento tem zero suprimido ou zero elevado. A distinção é prática: ela indica se o ponto de 4 mA corresponde a um valor positivo ou negativo da grandeza medida.

No caso do zero suprimido, a supressão vale o próprio LRV (ex.: 500 mmH₂O). No zero elevado, a elevação vale o módulo do LRV (ex.: 250 mmH₂O). A ferramenta exibe o badge correto e o valor de supressão ou elevação automaticamente assim que você digitar o LRV.

A diferença importa no cálculo do span: independentemente do sinal do LRV, o span é sempre URV − LRV. Exemplo: faixa −250 a 1750 mmH₂O tem span = 1750 − (−250) = 2000 mmH₂O. A fórmula de conversão funciona identicamente nos três casos — o que muda é o LRV usado.

Raiz quadrada para vazão por pressão diferencial (DP flow)

Transmissores de pressão diferencial — instalados em placas de orifício, tubos de Pitot ou outros elementos deprimogêneos — entregam sinal linear em relação ao ΔP (pressão diferencial). A vazão, porém, é proporcional à raiz quadrada do ΔP:

Q = Qmax × √[ (I − 4) ÷ 16 ]

Exemplo: placa de orifício com Qmax = 1000 m³/h; transmissor marcando 14,8 mA.

• Percentual do ΔP: (14,8 − 4) ÷ 16 = 0,675
• Q = 1000 × √0,675 = 1000 × 0,8216 = 821,6 m³/h

Ponto crítico: a raiz é extraída no transmissor OU no CLP, nunca nos dois. Alguns transmissores de pressão diferencial entregam o sinal já linearizado (proporcional à vazão); nesse caso, aplicar raiz de novo no CLP gera erro sistemático: a leitura fica sempre menor que o valor real, sem alarme. Verifique o bloco de transferência do transmissor antes de ativar a extração de raiz no programa do CLP ou no DCS.

Escala no CLP (raw counts para engenharia)

O cartão de entrada analógica do CLP converte a corrente em um número inteiro (raw count) por meio de um conversor analógico-digital. Cada plataforma adota a sua própria escala de raw counts, e confundir essas escalas é uma das causas mais comuns de leitura incorreta no comissionamento. A fórmula genérica é:

PV = LRV + [(raw − raw_min) ÷ (raw_max − raw_min)] × Span

Exemplo (Siemens S7-1200, transmissor de pressão 0–10 bar):

• raw lido = 19000 · raw_min = 5530 · raw_max = 27648
• Proporção: (19000 − 5530) ÷ (27648 − 5530) = 13470 ÷ 22118 = 0,6089
• PV = 0 + 0,6089 × 10 = 6,09 bar

Atenção crítica: converter as variáveis para REAL/FLOAT antes da divisão no programa do CLP. Divisão inteira trunca: (19000 − 5530) dividido por (27648 − 5530) em INT resulta em 0, não em 0,6089. O erro é silencioso — a leitura fica travada em LRV.

Presets da calculadora — instrumentos comuns no Brasil

A ferramenta traz presets prontos para os tipos de instrumento mais usados na indústria brasileira, com WEG em primeiro lugar (transmissores e CLPs da linha TPW/Clic são os mais comuns em plantas de médio porte). Basta selecionar o preset para preencher LRV, URV e unidade automaticamente; os campos continuam editáveis para ajuste ao instrumento específico.

• PT100 0–200 °C — faixa padrão para temperaturas industriais de processo e armazenamento.
• PT100 0–500 °C — fornos industriais e processos de tratamento térmico.
• Termopar J 0–750 °C — aço ao carbono e fundição leve; 750 °C é o valor conservador recomendado para campo.
• Termopar K 0–1200 °C — faixa de uso típico industrial; o limite físico do tipo K é aproximadamente 1350 °C.
• Zero suprimido 500–2500 mmH₂O — típico de nível em cuba elevada ou com pressão de vapor.
• Zero elevado −250 a 1750 mmH₂O — típico de transmissor de nível instalado abaixo da referência zero do tanque.

Para Allen-Bradley, WEG e plataformas genéricas no modo Raw CLP, a ferramenta oferece campos editáveis para raw_min e raw_max em vez de valores fixos. Consulte sempre o manual do cartão analógico específico do seu módulo.

Armadilhas comuns no dia a dia com transmissores 4–20 mA

• Trocar LRV por LSL. O LRV é o valor configurado no início da faixa do instrumento (pode ser qualquer valor dentro do range do sensor). O LSL (Lower Sensor Limit) é o limite físico do sensor, não reconfigurável. Configurar o LRV abaixo do LSL gera leitura inválida sem aviso.
• Raiz quadrada aplicada duas vezes. Se o transmissor DP já lineariza internamente (entrega o sinal proporcional à vazão, não ao ΔP), aplicar raiz de novo no CLP gera leitura sistematicamente baixa, sem alarme, sem erro visível.
• Divisão inteira no CLP. Calcular (raw − raw_min) dividido por (raw_max − raw_min) com variáveis INT trunca o resultado para 0 ou 1. Sempre converter para REAL/FLOAT antes da divisão.
• Confundir a escala do cartão com a faixa do instrumento. As 27.648 contagens do Siemens não têm relação com a faixa de 0–100 bar do transmissor. São escalas independentes: o cartão converte corrente em número, o instrumento converte processo em corrente.
• Raw counts variam por cartão e por firmware. Para Allen-Bradley e WEG: o raw_min e raw_max dependem do formato de dados selecionado no cartão (inteiro com ou sem sinal, resolução de 12, 13 ou 14 bits). Não existe um único par de valores válido para todas as configurações.

Quando o cálculo vira projeto ou laudo

Esta calculadora faz a conta de escala — e para isso é gratuita. Quando a malha precisa ser dimensionada, instalada, auditada ou documentada, entra a engenharia: definição de faixa e instrumento, cálculo de carga do laço, projeto de blindagem e aterramento contra ruído, segurança em área classificada e laudo das instalações com responsável técnico e ART. A Token Engenharia realiza comissionamento, calibração e manutenção de malhas de instrumentação em campo, com CREA e ART, em todo o Brasil.

Perguntas frequentes

Como converter sinal de 4-20 mA em valor de processo?

Use a fórmula PV = LRV + [(I − 4) ÷ 16] × (URV − LRV). Onde I é a corrente medida em mA, LRV é o valor no 4 mA e URV é o valor no 20 mA. Exemplo: transmissor 0–200 °C marcando 12 mA resulta em PV = 0 + (8 ÷ 16) × 200 = 100 °C.

O que é zero suprimido em instrumentação?

Zero suprimido é quando o LRV do instrumento é maior que zero: o 4 mA corresponde a um valor positivo da grandeza, e o instrumento nunca alcança o zero físico dentro da faixa configurada. Exemplo: nível 500 a 2500 mmH₂O; 4 mA equivale a 500 mmH₂O. O span é 2000 mmH₂O (URV − LRV).

O que é zero elevado em instrumentação?

Zero elevado é quando o LRV do instrumento é negativo: o 4 mA corresponde a um valor abaixo de zero da grandeza. Ocorre tipicamente quando o transmissor de nível é instalado abaixo da referência zero do tanque, criando uma perna de referência preenchida. Exemplo: faixa −250 a 1750 mmH₂O; 4 mA equivale a −250 mmH₂O.

Como calcular o span de um transmissor?

Span é simplesmente URV − LRV. Para um transmissor de temperatura com faixa −50 a 200 °C, o span é 200 − (−50) = 250 °C. O span do sinal é sempre 16 mA (de 4 a 20 mA), independente do processo medido.

Como converter raw count do Siemens S7 em valor de processo?

Use PV = LRV + [(raw − raw_min) ÷ (raw_max − raw_min)] × Span. Para o S7-1200 com sinal 4–20 mA, raw_min = 5530 e raw_max = 27648. Importante: converta as variáveis para REAL/FLOAT no CLP antes da divisão. A divisão inteira trunca o resultado e gera leitura errada sem aviso.

Como funciona a raiz quadrada para vazão por pressão diferencial?

A vazão é proporcional à raiz quadrada do ΔP. Para transmissor DP 4–20 mA, use Q = Qmax × √[(I − 4) ÷ 16]. Exemplo: Qmax = 1000 m³/h, I = 14,8 mA: Q = 1000 × √0,675 = 821 m³/h. Confirme se o transmissor já extrai a raiz internamente antes de aplicar no CLP — aplicar duas vezes gera erro sistemático sem alarme.

Qual a diferença entre LRV e LSL em instrumentação?

LRV (Lower Range Value) é o valor configurado no início da faixa de medição: pode ser alterado pelo usuário dentro dos limites do sensor. LSL (Lower Sensor Limit) é o mínimo físico absoluto do sensor, não reconfigurável. Configurar LRV abaixo do LSL leva a leitura inválida sem alerta visível.