Hola pablocordobez, evidentemente hay un desfase de las opticas fijas a los zooms en cuanto a diafragmas se refiere, no todos los objetivos dan la misma luz a f/4 por ejemplo. Los cristales del zoom al ser de menor calidad y llevar mucha mas cantidad de material no deja pasar la misma cantidad de luz que una optica fija. No es un mal funcionamiento de los objetivos, es fisica pura.
Yo tengo un 85 1.4 e hice las pruebas con un 70-200 2,8 : a 2.8 los dos objetivos: el 85 daba cerca de un paso mas de sobreexposición que el zoom.
De lo que te tienes que fiar en este caso es del fotometro de la camara ya que mide a traves del cristal la escena, si midieras con uno de mano la luz incidente, seguramente, en la optica fija sobreexpondrias al poner el valor que marcara el de mano y en el zoom subexpondrias, todo es cuestion de practica.
Las pruebas ya las has hecho pero si cabe te propondria que midieras dos veces: una con la optica fija y otra con el zoom veras como el valor que te da la camara no es el mismo.
Salud y fotos!