Memahami Loop Signal Instrument 4-20mA

Sesuai judul artikel ini saya ingin menulis ulang pembahasan mengenai signal instrument 4-20mA, alasannya karena signal dalam ilmu instrumentasi adalah parameter yang sangat penting kehadirannya tetapi cenderung diabaikan, terutama bagi mereka yang sudah lama berkecimpung dalam lingkup dunia instrumentasi baik sebagai pengajar, teknisi, engineer, atau desainer kebanyakan mereka tidak lagi memperhatikan dengan seksama parameter instrumentasi yang disebut signal, padahal bagi yang baru mengenal instrument diperlukan adanya penjelasan yang terperinci apakah signal instrument itu? Seperti pada saat kita mengatur koneksi kabel untuk kegiatan mengkalibrasi transmitter, rangkaian kabel-kabel tersebut tiada lain diatur sedemikian rupa agar pembacaan pada receiver (dalam hal ini multimeter) menghasilkan nilai antara 4mA dan 20mA.
Oleh karena itu dalam artikel ini saya akan jelaskan pengertian signalinstrument 4-20mA yang banyak digunakan dalam berbagai aplikasi instrumentasi baik sebagai signal input maupun signal output. Selain signal 4-20mA tentu saja ada nama signal lain diantaranya signal digital, signal 3-15PSI, signal fieldbus, profibus, signal hydrolik, signal wireless, signal data, signal optic dan lain-lain.
Mari kita mulai dengan mengamati ilustrasi koneksi loop signal 4-20mA dibawah ini:

tri 4-20ma

Dalam ilustrasi diatas tiap-tiap sisi mewakili alat instrumentasi yang dipergunakan didalam loop 4-20mA yaitu I yang berarti Sumber arus atau power supply yang dalam hal ini adalah power supply 24VDC, T berarti Transmitter atau dikenal dengan istilah 2 wire transmitter karena ada type transmitter lain yang agak beda pengertiannya yaitu yang disebut 4wire transmitter dan R adalah Receiver yaitu berupa alat monitor bisa berupa multimeter, elektronik indicator, atau kontroler, dalam rangkaian kalibrasi biasanya receiver adalah multimeter.
Perhatikan dengan seksama cara menghubungkan tiap-tiap komponen tersebut, polaritinya tidak boleh terbalik misalnya dari sisi positip power supply disambung ke sisi positip transmitter lalu sisi negatip transmitter ke sisi negatip receiver dan sisi positip receiver kembali ke sisi negatip power supply hubungan tertutup antara komponen-komponen inilah yang dikenal dengan istilah Loop. Jika hubungan ini terbalik polaritinya maka bacaan pada receiver tidak akan muncul atau akan terbalik nilainya dan transmitter tidak akan mengeluarkan output.
Alangkah baiknya kita memahami fungsi kerja dari tiap-tiap komponen tersebut;

Power Supply.
Power supply DC 24 V lebih umum dipakai sebagai sumber arus pada loop 4-20mA walaupun sebenarnya bisa juga dipakai sumber power dibawah 24V, asal kekuatan power nya mencukupi kebutuhan power minimum yang tetera pada spesifkasi transmitter. Ada transmitter yang hanya memerlukan power 12V DC saja, transmitter dengan spesifikasi macam ini biasanya dipasang pada area berbahaya yang tidak mengijinkan sumber power lebih dari 12V memasuki area tersebut. Area ini dikenal dengan nama Hazardous Area dimana semua peralatan yang dipasang pada area ini memiliki spesifikasi khusus.
pengertian mengenai hazardous area dan zone klasifikasi akan dibahas dalam artikel lain.

Receiver.
Sesuai dengan namanya receiver adalah komponen penerima, arus yang mengalir dari sumber power dan diregulasi oleh transmitter pada akhirnya akan diterima oleh receiver untuk dipresentasikan berupa indikasi. Dalam prakteknya receiver ini bisa jadi terpasang di area yang sangat jauh dari transmitter sehingga untuk keperluan mengurangi efek arus drop receiver bukan menerima arus sebagai inputnya melainkan berupa voltase, Pengalihan input oleh receiver menjadi voltase ini dengan memasang tahanan secara paralel, untuk receiver yang menerima input voltase 1 sampai 5 volt dipakai tahanan 250 Ohm, untuk yang menerima input 2Volt sampai 10 Volt dipakai tahanan 500 Ohm, untuk yang menerima input voltase 0,2Volt sampai 1 volt dipakai tahanan 50 Ohm dan untuk receiver yang dapat menerima input voltase 0.4 sampai 2 Volt dipakai tahanan 100 Ohm. Ada bermacam-macam komponen yang bisa berfungsi sebagai receiver diantaranya, indicator, rekorder, DCS ( Distributed Control System), PLC ( programmable Logic System) alat pengatur seperti actuator dan speed control.

Transmitter
Tansmitter adalah komponen yang berfungsi mengirimkan signal ke receiver, signal 4-20mA pada transmitter bertindak sebagai output, output ini adalah presentasi dari pada besarnya input yang dideteksi oleh bagian sensor, setiap transmitter memiliki sensor yang menterjemahkan besaran proses yang diukurnya, oleh karena itu sensor ini memiliki banyak modelnya. Jadi sensor adalah bagian transmitter yang menterjemahkan besaran proses seperti pressure, level, flow dan temperature, kemudian besaran tersebut diolah oleh transmitter menjadi output yang dalam hal ini berupa signal standard 4-20mA, dengan kata lain signal out put transmitter 4 -20mA dalam prakteknya mewakili nilai besaran proses. Ada korelasi antara nilai besaran proses yang diukur dengan besarnya output transmitter, korelasi ini di terangkan dengan formula baku yang disebut hubungan inpu-output yang menjadi ciri spesifikasi sebuah transmitter, sebagai contoh , sebuah transmitter tekanan ( Pressure Transmitter ) memiliki spesifikasi input 0-40Bar, dan ouput 4-20mA, maka secara proportional hubungan input–output tersebut adalah seperti pada tabel dibawah ini.

INPUT OUTPUT
0 Bar 4 mA
10 Bar 8 mA
20 Bar 12mA
30 Bar 16mA
40 Bar 20 mA

Hubungan input-output tersebut menjadi acuan yang harus dipenuhi ketika transmitter di kalibrasi.

Kabel.
Kabel adalah komponen yang menghubungkan seluruh perangkat dalam loop tertutup 4-20mA, sebagai kawat penghantar impedansi atau tahanan yang dimiliki oleh kabel mempunyai efek terhadap kelancaran aliran arus secara keseluruhan, terutama dalam loop yang memiliki jatrak sangat panjang. Jarak antara transmitter dengan receiver dalam prakteknya bisa mencapai ratusan sampai ribuan meter. Sementara semakin panjang kabel semakin besar voltase yang drop, Pada prakteknya kabel yang dipakai untuk menghubungkan signal 4-20 mA adalah kabel ukuran 1,5mm type twisted dengan shielded, desain ini tidak lain dengan maksud untuk menghilangkan efek buruk akibat daripada voltase drop. Selain itu pemilihan kabel type ini juga untuk menurunkan efek noise yang bisa ditimbulkan karena terjadinya tumpang tindih dengan kabel signal lain saat kabel digelar dalam kabel tray.

Kelebihan signal 4-20mA dibanding dengan sinyal lain
Adanya live zero atau zero offset 4mA sehingga jika ada masalah dengan sumber power dapat mudah diketahui karena komponen akan memperlihatkan arus 0mA bukan 4mA.
Aliran signal dalam bentuk arus, akan mudah bilamana diperlukan penambahan receiver berbeda jika menggunakan tegangan, penambahan receiver akan berakibat pada penurunan tegangan, ingat hukum kirchof yang menyatakan arus yang masuk selalu sebanding dengan arus yang keluar meskipun terjadi percabangan.
Signal 4-20mA juga mempunyai keunggulan hemat energy jika dibanding dengan signal pneumatic yang memerlukan tenaga kompresor, menjalankan kompresor berarti tidak efisien karena memerlukan energy.

Demikian bahasan tentang signal instrument 4-20mA, untuk selanjutnya hampir dalam setiap kegiatan pekerjaan instrumentasi di lingkungan industri akan selalu melibatkan signal 4-20mA ini.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *