Sistem Sinyal Arus: Penjelasan Loop 4-20 mA

Dasar Sumber Arus

Dengan memanfaatkan penguat elektronik, sirkuit dapat dirancang untuk memberikan arus konstan terlepas dari tegangan yang diperlukan di seluruh terminalnya. Rangkaian ini secara kolektif disebut sebagai sumber arus, dan simbol skematiknya ditunjukkan di bawah ini:

Sumber arus mempertahankan arus tetap, menyesuaikan tegangan sesuai kebutuhan untuk melestarikan arus tersebut melalui beban. Ini adalah bagian logis dari sumber tegangan ideal (baterai sempurna), yang menjaga tegangan tetap konstan sambil mengizinkan arus untuk bervariasi sebagai respons terhadap sirkuit eksternal.

Instrumentasi modern sering menggunakan sumber arus variabel, memungkinkan tingkat sinyal yang sangat akurat dan dapat direproduksi. Mengganti sumber tegangan variabel dengan sumber arus variabel dalam desain transmitor menghasilkan sistem sinyal yang beroperasi pada arus daripada tegangan:

Sirkuit internal transmitor tidak penting dibandingkan perilaku eksternalnya: arus output berubah secara proporsional dengan posisi floating, mencerminkan cara potensiometer dalam sistem tegangan menyesuaikan output tegangan.

Dalam konfigurasi ini, indikator adalah ammeter bukan voltmeter, dengan skalanya dikalibrasi untuk mencerminkan tingkat air dalam inci, kaki, atau meter. Karena loop adalah sirkuit seri, arus tetap sama di setiap komponen—termasuk resistansi kabel—memastikan arus yang diukur di indikator sama dengan arus yang dihasilkan di transmitor. Ini menghilangkan degradasi sinyal yang dapat menyiksa sistem berbasis tegangan dan merupakan keuntungan utama dari sinyal loop arus.

Loop Arus 4-20 mA

Loop arus standar industri adalah 4 hingga 20 mA. Dalam rentang ini, 4 mA mewakili 0 % dari kuantan yang diukur, 20 mA mewakili 100 %, dan nilai perantara berkorespondensi linier (misalnya, 12 mA sama dengan 50 %). Manfaat kunci dari standar 4-20 mA adalah konversi sederhana ke sinyal 1-5 V: resistor 250-Ω presisi secara seri menghasilkan penurunan tegangan 1 V pada 4 mA, 5 V pada 20 mA, dan nilai perantara di antaranya.

Loop 4-20 mA telah menjadi standar dominan untuk sinyal arus analog, sebagian besar karena profil keselamatannya. Dibandingkan dengan rentang 10-50 mA yang lebih lama, tingkat tegangan dan arus yang lebih rendah mengurangi risiko kejutan listrik dan pembentukan percikan di lingkungan industri berbahaya, selaras dengan pedoman keselamatan IEC/ISA.

Key Takeaways

• Sebuah sumber arus memberikan arus yang stabil, analog dengan cara sumber tegangan mempertahankan tegangan yang stabil.
• Dalam sistem loop arus, penyaluran seri menjamin arus yang sama melalui semua komponen, menghilangkan error dari resistansi kabel.
• Loop 4-20 mA tetap menjadi standar arus analog yang berlaku dalam instrumentasi industri.