La señal 4-20 mA transmite una variable de proceso como una corriente continua: 4 mA es el 0 % y 20 mA el 100 %. Al ser una corriente, el cable largo no altera el valor, y el piso de 4 mA, o cero vivo, permite alimentar el transmisor por el mismo par y distinguir una medición en cero de un cable roto.
Qué es una señal 4-20 mA
La señal 4-20 mA es la forma más extendida de transmitir una variable de proceso, como presión, temperatura, nivel o caudal, entre un instrumento en campo y un controlador. En lugar de enviar una tensión que cambie con la variable, el transmisor impone una corriente en el lazo: 4 mA corresponde al valor mínimo del rango (0 %) y 20 mA al máximo (100 %). La calibración define qué valor en unidades de ingeniería corresponde a cada extremo, y puede incluso invertirse, de modo que 4 mA signifique el máximo.
Se usa corriente porque, en un lazo en serie, la misma corriente circula por todos los elementos. Una resistencia adicional en el cable, un empalme o un borne con falso contacto leve no cambia el valor que ve el receptor, mientras la fuente tenga reserva de tensión. Además, el circuito es de baja impedancia, normalmente un par trenzado, y rechaza mejor el ruido que una señal de tensión.
Por qué empieza en 4 mA: el cero vivo
El piso de 4 mA tiene dos funciones. La primera es alimentar: un transmisor a dos hilos toma la energía que necesita de la propia corriente del lazo, y 4 mA es suficiente para mantener su electrónica funcionando aun cuando la variable esté en el mínimo. La segunda es diagnosticar: si la señal baja de 4 mA, algo está mal. Con un rango que empezara en 0 mA no habría forma de distinguir una medición legítima en cero de un cable cortado.
El estándar de la industria, recogido en la recomendación NAMUR NE 43, limita la medición válida a 3,8–20,5 mA (saturación) y reserva las corrientes de 3,6 mA o menos y de 21 mA o más para señalar falla del transmisor. Varios fabricantes usan además valores de saturación y de alarma propios, ajustables, y los documentan en el manual del equipo. Por eso la entrada analógica del PLC debe configurarse para detectar esos fuera de rango y mostrarlos como falla de instrumento, no como una medición.
Conversión a porcentaje y a unidades
La relación entre corriente y variable es lineal:
porcentaje = (I − 4) / 16 × 100
y, para un rango de medición de Lmin a Lmax:
valor = Lmin + (I − 4) / 16 × (Lmax − Lmin)
Ejemplo ilustrativo. Un transmisor de presión calibrado de 0 a 10 bar.
| Corriente | Porcentaje | Presión |
|---|---|---|
| 4 mA | 0 % | 0 bar |
| 8 mA | 25 % | 2,5 bar |
| 12 mA | 50 % | 5 bar |
| 16 mA | 75 % | 7,5 bar |
| 20 mA | 100 % | 10 bar |
Si el multímetro en serie marca 7,2 mA, el porcentaje es (7,2 − 4) / 16 = 20 %, y la presión es 2 bar. El punto medio del rango, 12 mA, es una referencia útil para comprobar rápidamente que un instrumento está en el 50 %.
De corriente a tensión: el resistor de entrada
Muchas tarjetas de entrada miden tensión. Para convertirla, se coloca un resistor de precisión en serie con el lazo, y la entrada mide la caída en él. Con un resistor de 250 Ω, la corriente de 4 a 20 mA se vuelve una tensión de 1 a 5 V; ese valor, 250 Ω, es una convención muy extendida. Muchas entradas analógicas ya traen el resistor interno o un selector de modo entre corriente y tensión, y en ese caso debe comprobarse que el puente o el interruptor estén en la posición correcta antes de energizar.
Lazos activos y pasivos
En un lazo de corriente hay una fuente que aporta energía y un transmisor que regula la corriente. La regla básica es que cada lazo debe tener un solo transmisor y una sola fuente; los demás elementos, indicadores o registradores, son pasivos y se ponen en serie. Hay dos arreglos habituales:
- Transmisor pasivo, alimentado por el lazo (dos hilos). El par de hilos lleva alimentación y señal a la vez. La fuente de 24 V está en el controlador o en una barrera, y el transmisor regula la corriente.
- Transmisor activo, con alimentación propia (cuatro hilos). Dos hilos alimentan el instrumento y dos entregan la señal. El transmisor proporciona la energía al lazo, y el receptor es pasivo.
La diferencia entre los dos y cómo se calcula el presupuesto de tensión se explica en la guía de transmisores de dos y cuatro hilos, que forma parte de esta serie.
Detección de fallas del lazo
Una de las ventajas del 4-20 mA es que se autovigila:
| Lectura | Interpretación habitual |
|---|---|
| Entre 4 y 20 mA | Medición válida |
| Cerca de 0 mA | Cable abierto, fuente apagada o transmisor sin alimentación |
| Entre 3,6 y 3,8 mA | Saturación inferior: medición por debajo del rango |
| 3,6 mA o menos | Falla indicada por el transmisor (NE 43) |
| Entre 20,5 y 21 mA | Saturación superior: medición por encima del rango |
| 21 mA o más | Falla indicada por el transmisor (NE 43) |
El PLC debe leer esa condición y generar una alarma de instrumento, distinta de una alarma de proceso. Si la lógica toma una lectura de 0 mA como «nivel cero», el sistema puede llegar a arrancar una bomba en vacío o ignorar un alto nivel real.
Qué se pierde y cuándo no usarla
La señal 4-20 mA tiene límites:
- Una variable por par. Cada lazo transmite un solo valor, con un cable por instrumento. Para muchas variables, los buses digitales reducen cableado.
- Resolución del convertidor. El valor que ve el PLC depende de la resolución de la tarjeta, y una mala resolución limita lo que se puede distinguir en un rango estrecho.
- Exactitud limitada. El transmisor y la tarjeta tienen su propia incertidumbre, que se suma.
- Aislamiento. Algunas entradas tienen el borne negativo unido a la tierra del chasis, así que, al conectar varios instrumentos en serie, puede ser necesario un aislador de señal.
La señal HART permite superponer comunicación digital al mismo par para configurar y diagnosticar el instrumento sin cambiar el cableado; se explica en HART: qué es y cómo se usa.
Cómo se comprueba un lazo en campo
La comprobación de un lazo 4-20 mA se hace en dos direcciones. Para verificar el receptor, se desconecta el transmisor y se inyecta con un calibrador de lazo una corriente conocida, normalmente en 4, 8, 12, 16 y 20 mA, y se anota qué valor muestra el sistema de control en cada punto. Para verificar el transmisor, se intercala un multímetro en serie con el lazo, nunca en paralelo, y se aplica la variable de proceso con un patrón. Si ambas mitades están bien y el valor final es incorrecto, el error está en el escalamiento del sistema o en un empalme intermedio. Esta separación evita cambiar un instrumento sano y es la base de la verificación señal por señal.
Una simulación de falla con corrientes fuera de rango, por ejemplo de 3,6 mA o menos o de 21 mA o más, debe hacerse según el manual de la tarjeta de entrada.
Errores frecuentes
- Poner dos fuentes en el mismo lazo, o ninguna.
- Conectar un transmisor a dos hilos a una entrada que también entrega alimentación, o al revés.
- Dejar el resistor de entrada de 250 Ω fuera de servicio, o duplicarlo por error.
- Tomar la medida con el multímetro en paralelo con el lazo en lugar de en serie: el multímetro cortocircuita el transmisor y la corriente del lazo queda sin control.
- Confundir 12 mA con el 50 % de un rango no lineal, como el de un transmisor de presión diferencial que mide caudal.
- Ignorar el fuera de rango en la lógica y tratarlo como medición.
- Tender el par junto a cables de potencia o de variadores, sin blindaje conectado en un solo extremo.
- Aterrizar la malla en los dos extremos, lo que crea un lazo de tierra.
Lista de verificación
- Un transmisor y una fuente por lazo, identificados en el plano.
- Rango calibrado documentado: valor en 4 mA y en 20 mA.
- Entrada del PLC configurada para corriente, con el resistor o el selector en la posición correcta.
- Detección de fuera de rango habilitada y con alarma propia.
- Presupuesto de tensión del lazo calculado con la resistencia de los hilos.
- Par trenzado apantallado, con la malla conectada según el plano.
- Comprobación con un simulador de corriente en 4, 12 y 20 mA y lectura correcta en el sistema.
- Valores de falla del transmisor registrados.
Qué hacemos nosotros
Una señal analógica mal documentada hace perder horas en cada parada: nadie sabe qué rango tiene el instrumento ni dónde está el lazo. Nuestro servicio de diseño de ingeniería y estudios deja la lista de instrumentos, los rangos y los planos de lazo coherentes entre sí. Las pruebas y puesta en servicio comprueban cada lazo desde el campo hasta la pantalla, con inyección de corriente en los puntos del rango. Para ver el método de esa comprobación, lea pruebas punto a punto de señales.
Guías relacionadas
- Pruebas punto a punto de señales
- Modbus RTU y TCP
- Sistema SCADA y HMI de subestación
- Bombeo con variador de frecuencia: aplicación y control
- Lazo de control: PV, SP y MV explicados
- HART: qué es y cómo se usa en instrumentación
- Sensores inductivos, capacitivos y fotoeléctricos
- Transmisores a 2 y 4 hilos: diferencias y cableado
Referencias
- NAMUR NE 43, Standardization of the signal level for the failure information of digital transmitters.
- IEC 60381-1, Analogue signals for process control systems – Direct current signals (citada por título).
- Wikipedia, «Current loop» (CC BY-SA 4.0), consultada el 2026-11-05.
- Kuphaldt, T. R., Lessons in Industrial Instrumentation, capítulo de instrumentación analógica electrónica (CC BY 4.0).
Preguntas frecuentes
¿Por qué la señal empieza en 4 mA y no en 0 mA?
Porque el 4 mA es un cero vivo. Con 0 mA no se distinguiría una medición en cero de un cable roto o un transmisor sin alimentación, y un transmisor a dos hilos necesita una corriente mínima para alimentar su propia electrónica por el mismo par.
¿Qué significa una lectura de 3,6 mA o de 21 mA?
Son corrientes fuera del rango normal que algunos equipos usan para avisar una falla. La recomendación NAMUR NE 43 toma como falla una corriente menor de 3,8 mA o mayor de 20,5 mA. El valor exacto de saturación y de falla lo define el fabricante en el manual del transmisor.
¿Se puede conectar un transmisor y dos receptores en el mismo lazo?
Sí, siempre que los receptores sean pasivos y estén en serie, de modo que la misma corriente pase por todos. No se pueden poner dos fuentes ni dos transmisores activos en el mismo lazo, y la suma de resistencias no debe superar lo que la fuente puede sostener.
¿Es mejor señal de tensión de 0-10 V que de corriente 4-20 mA?
En distancias de planta, la corriente es más robusta: la caída de tensión en el cable no afecta el valor y el circuito de baja impedancia rechaza mejor el ruido. La tensión es aceptable en distancias cortas dentro de un tablero.