Conversor 4-20 mA — transforme o sinal do instrumento em pressão, temperatura, nível ou vazão

Como converter 4-20 mA na mão

O laço de corrente de 4-20 mA é o sinal analógico mais comum da indústria justamente porque é simples e robusto. A relação entre a corrente e a grandeza medida é sempre linear: a corrente caminha de 4 mA até 20 mA na mesma proporção em que a grandeza caminha do início (LRV) ao fim (URV) da faixa do instrumento. O intervalo do sinal — o span — é sempre de 16 mA (20 menos 4).

PV = LRV + [ (I − 4) ÷ 16 ] × (URV − LRV)

Onde PV é o valor de processo procurado, I é a corrente medida em mA, LRV é o valor no 4 mA e URV é o valor no 20 mA. Veja com o exemplo que a ferramenta já traz: um transmissor de pressão de 0 a 100 bar marcando 12 mA.

• I = 12 mA · LRV = 0 bar · URV = 100 bar
• Porcentagem da escala = (12 − 4) ÷ 16 = 0,5 = 50%
• PV = 0 + 0,5 × (100 − 0) = 50 bar

O caminho inverso é igualmente direto: para saber qual corrente corresponde a um valor de processo, isole o I na mesma equação — I = 4 + [(PV − LRV) ÷ (URV − LRV)] × 16. É o que você usa quando precisa simular um valor no transmissor para testar o alarme do supervisório, por exemplo.

Por que o sinal começa em 4 mA, e não em zero

Os 4 mA do início da faixa têm um nome: zero vivo. Como o sinal nunca cai a zero durante a operação normal, o sistema consegue fazer duas coisas que um sinal iniciado em 0 mA jamais permitiria. A primeira é alimentar o transmissor pelos próprios dois fios do laço — os mesmos cabos levam energia ao instrumento e trazem o sinal de volta, o que reduz cabeamento e custo. A segunda, e mais importante para a segurança, é a detecção de cabo rompido: se o cartão do CLP lê uma corrente abaixo de cerca de 3,6 mA, isso não é processo no fundo da escala — é o laço aberto, fio partido ou transmissor sem energia.

Essa diferença é o coração do diagnóstico de uma malha de instrumentação. Um sinal de 0 a 20 mA confundiria o valor mínimo do processo com a falha total do circuito; o zero vivo separa os dois casos de forma inequívoca.

Da corrente à contagem do CLP

O CLP não enxerga miliampères diretamente: o cartão de entrada analógica converte a corrente em um número inteiro — a contagem — por meio de um conversor analógico-digital. Cada plataforma adota a sua própria escala de contagem, e confundir essas escalas é uma fonte clássica de erro no comissionamento. A tabela abaixo reúne as referências mais comuns:

Para sair da contagem e chegar ao valor de processo, faça em duas etapas: primeiro converta a contagem em mA pela regra linear da plataforma; depois aplique a faixa do instrumento com a fórmula do início. WEG e Schneider variam por módulo e por firmware — sempre confira o manual do cartão analógico antes de fechar a escala no programa. O modo conta do CLP da ferramenta faz esse caminho automaticamente.

NAMUR NE 43: o que cada faixa de corrente significa

A recomendação NAMUR NE 43 padroniza como a faixa de corrente sinaliza o estado do instrumento, e é por isso que a ferramenta exibe um badge de diagnóstico ao lado do resultado. Os limites de uso mais difundidos são:

• Abaixo de 3,6 mA ou acima de 21,0 mA — falha do transmissor ou do laço (fio rompido, curto, instrumento sem energia). O sistema deve tratar como alarme, nunca como leitura válida.
• Entre 3,6 e 3,8 mA ou entre 20,5 e 21,0 mA — borda de alarme: o sinal saiu da faixa de medição, sinalizando saturação para baixo ou para cima.
• Entre 4,0 e 20,0 mA — faixa de medição válida, operação normal.

O ganho prático é enorme: com a NE 43, a sala de controle distingue um tanque realmente vazio (processo em 4 mA) de um sensor com o cabo partido (corrente quase nula). Sem esse critério, os dois apareceriam como “zero” no supervisório — e a equipe perderia tempo procurando um problema de processo onde havia, na verdade, um problema de instalação.

Erros comuns na malha de 4-20 mA

• Trocar a faixa do instrumento pela faixa do CLP. O transmissor tem uma faixa (LRV/URV) e o cartão tem uma escala de contagem. São coisas diferentes: a faixa de 0-100 bar nada tem a ver com as 27.648 contagens do Siemens. Fechar a escala do programa com o número errado desloca toda a leitura.
• Esquecer a raiz quadrada da vazão. Em medição de vazão por placa de orifício, a vazão é proporcional à raiz quadrada da pressão diferencial. Se o transmissor envia a pressão diferencial bruta em 4-20 mA, converter linearmente dá um valor errado; confirme se a linearização é feita no transmissor ou se precisa ser feita no CLP.
• Ignorar a carga máxima do laço. O transmissor a dois fios só consegue manter os 20 mA se a resistência total do laço (fios mais entradas) ficar abaixo da carga máxima que a fonte permite. Laço longo ou com muitos instrumentos em série pode saturar antes dos 20 mA — e a leitura nunca chega ao fundo de escala.
• Desprezar o ruído por aterramento. O 4-20 mA é robusto, mas cabo de sinal correndo junto de cabo de potência, sem blindagem aterrada num só ponto, injeta ruído e faz a leitura oscilar. Separar a rota e aterrar a blindagem corretamente resolve a maioria desses casos.

Os três modos da ferramenta

O conversor cobre os três caminhos que aparecem no dia a dia de quem mexe com instrumentação:

• mA → grandeza: você lê a corrente no instrumento e quer o valor de processo. É o caso da conferência de campo e do diagnóstico de leitura.
• grandeza → mA: você sabe o valor de processo e quer a corrente correspondente — útil para simular um ponto e testar o alarme do supervisório.
• conta do CLP: você tem a contagem digital lida pelo cartão e quer voltar à corrente e ao valor de processo, escolhendo a plataforma (Siemens, Allen-Bradley ou genérica).

Em todos eles, o badge NAMUR NE 43 acompanha o resultado e avisa quando a corrente está fora da faixa válida de medição.

Quando a conversão vira projeto: a Token faz a malha com ART

Conferir um valor de 4-20 mA é uma conta de apoio — e para isso esta ferramenta existe e é gratuita. Mas quando a malha precisa ser dimensionada, instalada ou auditada, entra a engenharia: definição da faixa do instrumento, cálculo da carga do laço, projeto de blindagem e aterramento contra ruído, segurança em área classificada e o laudo das instalações com responsável técnico e ART. A Token Engenharia atua em montagem eletromecânica e instrumentação industrial em todo o Brasil — do projeto da malha ao comissionamento em campo.

Perguntas frequentes

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

O sinal é linear: 4 mA é o início da faixa (LRV) e 20 mA o fim (URV). Use PV = LRV + [(I − 4) ÷ 16] × (URV − LRV). Exemplo: transmissor 0-100 bar marcando 12 mA → PV = 0 + [(12−4)/16] × 100 = 50 bar, o meio da escala.

Por que o sinal começa em 4 mA e não em zero?

O 4 mA é o zero vivo. Como nunca cai a zero em operação, ele permite alimentar o transmissor pelos próprios dois fios e detectar cabo rompido: corrente abaixo de cerca de 3,6 mA é falha do laço, não processo no mínimo.

O que é o padrão NAMUR NE 43?

É a recomendação que padroniza o uso da faixa de corrente para sinalizar falha: abaixo de 3,6 mA ou acima de 21,0 mA indica defeito; 3,8 e 20,5 mA são as bordas de alarme; entre 4,0 e 20,0 mA é a medição válida. Permite distinguir processo no extremo da escala de instrumento com defeito.

Como o CLP transforma 4-20 mA em contagem digital?

O cartão de entrada analógica converte a corrente num número inteiro. Um Siemens S7 costuma usar 5.530 contagens no 4 mA e 27.648 no 20 mA; um genérico de 12 bits usa 0 a 4.095. Para o valor de processo, converta a contagem em mA pela escala da plataforma e depois aplique a faixa do instrumento.

A vazão por pressão diferencial é linear no 4-20 mA?

Nem sempre. Com placa de orifício, a vazão é proporcional à raiz quadrada da pressão diferencial. Se o transmissor envia a pressão diferencial bruta, a conversão linear não dá a vazão real — confirme se o próprio transmissor já lineariza o sinal.

Quando a malha 4-20 mA precisa de um projeto ou laudo?

Quando ela precisa ser dimensionada ou auditada: faixa do instrumento, carga do laço, blindagem e aterramento, segurança em área classificada, ou um laudo das instalações com responsável técnico e ART. A Token Engenharia executa esse projeto e esse laudo em todo o Brasil.