Mengapa Arus Kontrol Bekerja Pada 4-20mA DC?

Penggunaan listrik DC untuk sistem kontrol menjadi pilihan ideal dalam mengendalikan permesinan. Dalam sistem kontrol industri modern, seperti halnya sistem kontrol mesin kapal, proses otomasi di pabrik serta  pembangkit listrik menggunakan sinyal 4–20 mA DC menjadi standar yang paling umum digunakan untuk mengirimkan data dari sensor ke sistem kontrol. Standar ini dipakai pada berbagai perangkat seperti pressure transmitter, control temperature, level, hingga flow monitoring system.

Relay dan rangkaian sistem kontrol kelistrikan dikapal.

Pertanyaannya, mengapa menggunakan arus DC 4–20 mA dan bukan 0–20 mA atau bahkan tegangan seperti 0–10 volt? Berikut penjelasan teknisnya.

1. Lebih tahan terhadap gangguan listrik.

Diatas kapal serta lingkungan industri biasanya penuh dengan gangguan elektromagnetik (electrical noise) yang berasal dari motor listrik, generator, inverter, dan peralatan daya lainnya.

Jika menggunakan sinyal tegangan, gangguan ini dapat dengan mudah mengubah nilai tegangan sehingga pembacaan menjadi tidak akurat.

Sedangkan pada sistem arus (current loop), yang diukur adalah besar arus yang mengalir, bukan tegangannya. Perubahan resistansi kabel atau gangguan listrik biasanya tidak banyak mempengaruhi arus, sehingga sinyal lebih stabil dan akurat.

2. Dapat mendeteksi kerusakan kabel.

Alasan penting mengapa digunakan 4 mA sebagai titik awal, bukan 0 mA, adalah untuk mendeteksi kondisi kegagalan sistem.

Pada sistem 4–20 mA:

4 mA → nilai minimum pengukuran

20 mA → nilai maksimum pengukuran

0 mA → menandakan kabel putus atau perangkat rusak

Jika sistem menggunakan 0–20 mA, maka sistem kontrol akan sulit membedakan apakah:

sensor membaca nilai nol, atau

kabel terputus.

Dengan adanya offset 4 mA, sistem dapat langsung mengetahui jika arus turun ke nol berarti terjadi fault.

3. Dapat memberi daya pada sensor.

Dalam banyak aplikasi, terutama pada transmitter dua kabel (two-wire transmitter), arus 4–20 mA juga berfungsi sebagai sumber daya bagi sensor.

Artinya dalam satu jalur kabel yang sama, arus digunakan untuk menyalakan transmitters sekaligus mengirimkan sinyal pengukuran

Hal ini membuat instalasi menjadi lebih sederhana, hemat kabel, dan lebih andal.

4. Jarak transmisi lebih jauh.

Sinyal arus dapat dikirim melalui kabel yang panjang tanpa mengalami penurunan kualitas sinyal yang signifikan.

Berbeda dengan sinyal tegangan yang mudah mengalami voltage drop ketika jarak kabel semakin jauh.

Karena itu sistem 4–20 mA sangat cocok untuk instalasi industri, termasuk sistem kontrol pabriks, sistem kelistrikan kapal, instalasi oil & gas, sistem pembangkit listrik.

5. Mudah dikonversi menjadi tegangan.

Meskipun menggunakan arus, sistem kontrol dapat dengan mudah mengubah sinyal ini menjadi tegangan menggunakan resistor presisi.

Contohnya:

Jika digunakan resistor 250 ohm:

4 mA × 250 Ω = 1 Volt

20 mA × 250 Ω = 5 Volt

Sehingga sistem kontrol dapat membaca sinyal dalam bentuk 1–5 Volt tanpa kehilangan standar kontrol 4–20 mA.