Um grande número de sensores que pegar e traduzir os dados do mundo real em sinais elétricos são sensores analógicos, e se listado como sensores digitais, é porque eles têm integrado analógico-digital de conversores. Tradicionalmente, os sensores com fio alteraram uma corrente elétrica em resposta às condições ambientais. Os sensores variam de exemplos familiares, como fotodiodos e fotomultiplicadores que produzem corrente quando expostos à radiação eletromagnética, a transdutores de pressão submersíveis que são usados para medir os níveis de fluido. O sinal de corrente padrão em uso hoje para sensores industriais ou ambientais, normalmente conectado a Controladores Lógicos Programáveis (PLCs) é 4-20mA, com 4mA representando zero por cento (0%) do valor medido e 20mA representando 100 por cento (100%) do valor medido.
outras faixas de corrente têm sido historicamente usadas para transmissores de loop de corrente, mas têm em comum uma proporção de 1:5 em mA, ou um viés de 20%. Por exemplo, antes do transistor, os loops de corrente de 10-50 mA eram comuns. Um “zero vivo” de 10mA foi usado, pois era o mais baixo no qual os instrumentos baseados em amplificadores magnéticos podiam operar, e 50 mA foram usados para manter a proporção de 1:5. (Zero vivo é medido como entrada zero, embora o sinal real seja 4mA, não 0mA. Um zero morto seria 0mA, momento em que você tem um circuito aberto.) Quando os transistores entraram em amplo uso, eles operariam de forma confiável em um (então) baixo valor de 4mA, de modo que o padrão da indústria mudou para 4 – 20mA (mantendo a proporção de 1:5 mA). O padrão para 4 – 20mA (ISA SP50) foi publicado originalmente em 1966.Os sinais atuais são frequentemente usados em sensores porque a resposta atual é geralmente mais linear do que a resposta de tensão. Os sinais atuais também normalmente fornecem uma baixa impedância para os sensores, com o benefício de uma melhor imunidade ao ruído. Uma consideração prática é que os sinais atuais podem se estender muito além dos sinais de tensão, permitindo comprimentos de fio de sinal robustos de até 1.000 metros.
as tensões da fonte de alimentação usadas com os laços da C. C. de 4-20 miliampère variam (9, 12, 24 VDC, etc.) dependendo da aplicação. No entanto, a fonte de alimentação precisa estar em um potencial 10% maior do que a queda de tensão dos componentes combinados no circuito (ou seja, transmissor, receptor e Fio). A maioria dos loops 4 – 20mA usa dois fios, mas também existem configurações de três e quatro fios que separam um suprimento positivo da conexão de saída. Os componentes de um loop de 4-20mA incluem 1) um sensor, 2) um transmissor, 3) uma fonte de energia, 4) um circuito/loop (ou seja, fiação) e 5) um receptor.
existem prós e contras de usar um loop de corrente de 4-20mA. Os prós são que o loop de corrente de 4-20 mA é o padrão dominante da indústria, é melhor para longas distâncias, é o mais simples de conectar e configurar, usa menos fiação do que sistemas semelhantes e é muito fácil de solucionar problemas comuns, como fios quebrados. As desvantagens de usar 4-20mA para um loop de entrada do sensor ativo são que os loops atuais podem transmitir apenas um sinal de processo, o que requer vários loops quando existem inúmeras variáveis de processo que precisam ser transmitidas. Além disso, o uso de vários loops pode levar a problemas de loops de terra se os loops individuais não estiverem isolados.
uma outra vantagem dos loops de corrente 4-20mA é a segurança. Mesmo que a fonte de alimentação seja de 24 volts, o choque não é um perigo, pois a corrente é baixa (P=VI). Além disso, o loop de corrente 4-20mA é intrinsecamente seguro para áreas perigosas que podem incluir níveis perigosos de poeira ou vapor porque o baixo consumo de energia não causa combustão se as condições normais de operação ou falha estiverem em jogo.
claro, se o uso de sensores sem fio continuar a crescer, a distância do loop de entrada 4-20mA de 1.000 metros não será tão impressionante quanto na década de 1960. No entanto, o antigo loop de sensor 4-20mA é inerentemente imune a hackers via internet e sempre será mais confiável para desempenho em tempo real do que os sensores sem fio.