Loop 4–20 mA tetap banyak dipakai karena dapat membawa sinyal analog secara stabil pada lingkungan industri dan jarak kabel yang panjang. Namun hasil pembacaan tidak hanya ditentukan oleh transmitter. Catu daya, resistansi kabel, input instrument, shunt resistor, isolation, dan voltage drop harus dihitung sebagai satu rangkaian seri.
Artikel ini merangkum white paper resmi NI tentang fundamentals, system design, dan setup current loop. Fokusnya adalah memahami alur sinyal dan membuat checklist pengukuran yang aman—bukan menyalin wiring diagram untuk semua transmitter. Selalu cocokkan terminal dan batas perangkat dengan datasheet model yang dipakai.
1. Apa arti 4 mA dan 20 mA?
Pada konvensi 4–20 mA, 4 mA adalah live zero dan 20 mA mewakili nilai maksimum sinyal yang dikonfigurasi. Nilai 0 mA dapat mengindikasikan loop putus atau instrumen tidak aktif, tetapi diagnosis akhir tetap harus mempertimbangkan tipe transmitter, wiring, supply, dan fault mode.
Live zero membedakan kondisi proses pada titik nol dari hilangnya kontinuitas loop. Itu sebabnya troubleshooting harus memeriksa arus aktual, supply voltage, dan tegangan di perangkat—bukan hanya angka yang tampil di software.
2. Kenali komponen loop
Loop dasar terdiri dari:
- DC power supply: menyediakan energi untuk transmitter dan seluruh voltage drop loop.
- Transducer atau transmitter: mengatur arus sesuai besaran proses seperti pressure, temperature, flow, atau level.
- Kabel dan terminal: membentuk jalur seri dan menambah resistansi.
- Current input atau DAQ: membaca arus langsung atau melalui precision shunt resistor.
- Isolation: memisahkan reference yang berpotensi membentuk ground loop atau common-mode berlebih.
3. Cara mengukur loop dengan DAQ
Ada dua pola umum. Modul DAQ yang memiliki current input dapat membaca arus sesuai range yang ditentukan. Jika input DAQ berupa voltage input, precision shunt resistor dapat mengubah arus menjadi tegangan yang kemudian diskalakan kembali ke nilai proses.
NI memberi contoh precision shunt 249 Ω yang memetakan loop 4–20 mA menjadi sekitar 1–5 V. Nilai shunt bukan angka universal: periksa input range, accuracy, power dissipation, wiring, dan voltage budget. Resistor tersebut menambah voltage drop sehingga dapat mengurangi headroom transmitter.
- Gunakan shunt dengan tolerance dan power rating yang sesuai.
- Letakkan shunt pada posisi yang tidak menciptakan common-mode di luar batas DAQ.
- Pastikan terminal input tidak terhubung ke reference yang salah.
- Skalakan channel memakai dua titik yang sesuai: 4 mA sebagai lower range dan 20 mA sebagai upper range.
4. Hitung voltage budget sebelum menambah perangkat
Catu daya loop harus menyediakan tegangan yang setidaknya sama dengan jumlah seluruh voltage drop: kebutuhan minimum transmitter, drop pada shunt atau current input, drop pada kabel, dan drop pada perangkat tambahan yang dipasang seri.
| Komponen | Yang perlu diketahui | Risiko bila diabaikan |
|---|---|---|
| Transmitter | Minimum/maximum operating voltage dan current range. | Transmitter tidak bekerja atau output saturasi. |
| Shunt/input | Resistance, input range, accuracy, dan power dissipation. | DAQ overload, error scaling, atau voltage budget habis. |
| Kabel | Panjang, gauge, temperatur, dan resistance loop. | Supply di ujung transmitter turun di bawah minimum. |
| Perangkat seri tambahan | Input resistance atau burden voltage setiap meter/isolator. | Loop terlihat normal tanpa beban, tetapi gagal saat semua alat terpasang. |
Jika menambahkan meter atau DAQ kedua secara seri, hitung ulang total voltage requirement. Dua perangkat yang masing-masing tampak aman dapat membuat transmitter kekurangan tegangan saat digabung.
5. Mengapa isolation penting?
Ground loop terjadi ketika reference perangkat dan reference sumber membentuk jalur arus yang tidak diinginkan. Isolation memisahkan sisi amplifier DAQ dari reference lain sehingga ground loop dan common-mode voltage dapat dikendalikan. NI juga mengingatkan bahwa common-mode yang melewati working-voltage input dapat merusak perangkat walaupun voltage difference yang ingin diukur terlihat kecil.
- Periksa isolation rating dan maximum common-mode voltage pada DAQ atau isolator.
- Jangan menganggap input differential otomatis berarti isolated.
- Pastikan shield, drain wire, earth, dan negative supply mengikuti diagram sistem.
- Gunakan loop calibrator atau sumber arus yang sesuai untuk verifikasi channel tanpa memutus transmitter proses secara sembarangan.
6. Workflow troubleshooting 4–20 mA
- Konfirmasi tipe transmitter: 2-wire loop-powered, 3-wire, atau 4-wire.
- Periksa supply voltage di terminal transmitter saat loop aktif—bukan hanya di power supply.
- Ukur current loop pada titik yang benar menggunakan meter atau input yang sesuai.
- Jika memakai shunt, ukur voltage pada shunt dan cek skalanya.
- Bandingkan arus dengan kondisi proses atau simulasi 4 mA/20 mA yang telah disetujui.
- Periksa continuity, terminal longgar, polarity, cable resistance, dan koneksi tambahan seri.
- Jika nilai proses salah tetapi arus benar, periksa scaling, engineering unit, dan konfigurasi DAQ/PLC.
- Jika arus rendah atau 0 mA, periksa supply, loop break, transmitter fault, dan voltage budget.
7. HART dan sistem multi-loop
NI menjelaskan bahwa HART dapat berjalan bersama sinyal 4–20 mA untuk membawa komunikasi digital tambahan. Untuk sistem multi-loop, beberapa loop dapat berbagi catu daya secara paralel, tetapi setiap loop tetap harus memenuhi kebutuhan perangkatnya. Menambahkan instrument pembaca pada loop yang sama biasanya berarti menambah perangkat seri dan voltage drop baru.
Checklist sebelum memilih perangkat
- Jenis transmitter dan wiring: 2-wire, 3-wire, atau 4-wire.
- Range arus, minimum operating voltage, dan maximum operating voltage.
- Supply voltage, cable length, cable resistance, dan area installation.
- Current input langsung atau voltage input dengan shunt.
- Shunt resistance, tolerance, power rating, dan placement.
- Isolation dan common-mode range pada DAQ atau signal conditioner.
- Scaling 4 mA/20 mA ke engineering unit.
- Jumlah channel, synchronization, logging, alarm, dan software.
- Apakah HART, calibration loop, atau maintenance bypass diperlukan.
Jalur produk di Terastek
Untuk logging dan scanning bench, lihat Keithley DAQ6510. Untuk akuisisi data terdistribusi, bandingkan Dewesoft DEWE-43A dan Dewesoft SIRIUS XR. Sertakan tipe transmitter, supply, panjang kabel, jumlah loop, kebutuhan isolation, dan format output saat menghubungi Terastek.
Sumber resmi
- NI — 4-20 mA Current Loop Fundamentals, System Design, and Setup.
- NI — How is Current Measured?.
- NI — Measuring and Generating Current.
Terakhir ditinjau: 21 September 2026. Terminal, isolation, supply, dan wiring harus mengikuti datasheet perangkat serta prosedur keselamatan instalasi.
Baca juga: Panduan memilih multimeter digital industri untuk membandingkan input, isolation, accuracy, dan workflow logging.
