Panduan Teknis

Sensor Tekanan 4-20mA: Panduan Lengkap Wiring, Kalibrasi, dan Troubleshooting

Oleh Tim Teknis SEGMENsensor 9 Agustus 2026 Waktu baca: 10 menit

Poin Utama

  • Sinyal 4-20mA adalah standar industri untuk transmisi pengukuran karena kebal EMI, self-powered pada konfigurasi 2-kawat, dan memiliki deteksi kegagalan bawaan: di bawah 4mA = kabel putus, di atas 20mA = sensor error.
  • Konfigurasi 2-kawat paling umum untuk sensor tekanan industri — PSU 24VDC ke Brown(+), Blue(-) ke terminal AI PLC, kemudian GND kembali ke PSU. Resistansi total loop tidak boleh melebihi 700 Ohm.
  • Kalibrasi zero saat tekanan = 0 bar (output harus 4mA), kalibrasi span saat tekanan penuh (output harus 20mA). Gunakan rumus P = (I − 4) / 16 × P_range untuk konversi mA ke nilai tekanan.

Mengapa Sinyal 4-20mA Menjadi Standar Industri?

Sinyal 4-20mA lahir dari kebutuhan industri untuk mentransmisikan pengukuran secara andal dalam jarak jauh — jauh sebelum era komunikasi digital fieldbus. Standar ini pertama kali dikodifikasi oleh ISA (Instrument Society of America) dalam standar ISA S50, dan hingga hari ini tetap menjadi antarmuka yang paling banyak digunakan dalam otomasi proses industri di seluruh dunia.

1.000m
Jarak Transmisi
4mA
Live Zero (0% range)
20mA
Full Scale (100% range)

Keunggulan Utama vs Sinyal Tegangan

Dibandingkan dengan sinyal tegangan (0-10V atau 1-5V), sinyal arus 4-20mA memiliki tiga keunggulan fundamental dalam lingkungan industri:

  • Kebal noise EMI/RFI: sinyal arus tidak terpengaruh oleh resistansi kabel atau interferensi elektromagnetik karena nilai arus tetap konstan di seluruh panjang loop — bukan tegangan yang bisa anjlok karena resistansi kabel panjang.
  • Self-powered dalam loop 2-kawat: sensor mengambil daya operasi dari loop arus yang sama, sehingga hanya dua kabel diperlukan untuk instalasi penuh — mengurangi biaya kabel dan kompleksitas instalasi secara signifikan.
  • Deteksi kegagalan bawaan (live zero): karena nilai minimum sinyal valid adalah 4mA (bukan 0mA), sistem kontrol dapat langsung membedakan antara pengukuran valid di 0% range (4mA) dan kondisi kegagalan seperti kabel putus (0mA) atau short circuit (>20mA).

Arus 4-20mA dapat ditransmisikan hingga 1.000 meter tanpa degradasi sinyal yang berarti — dibatasi hanya oleh resistansi total loop. Skala linier: 4mA merepresentasikan 0% (batas bawah range pengukuran) dan 20mA merepresentasikan 100% (batas atas range pengukuran), dengan hubungan yang sepenuhnya linear di antara keduanya.

Jenis Wiring: 2-Kawat, 3-Kawat, dan 4-Kawat

Sensor tekanan 4-20mA tersedia dalam tiga konfigurasi wiring utama, masing-masing dengan kegunaan dan persyaratan instalasi yang berbeda. Memahami perbedaannya sangat penting sebelum melakukan instalasi.

Konfigurasi 2-Kawat (Loop-Powered)

Konfigurasi paling umum untuk sensor tekanan industri. Sensor mendapatkan daya langsung dari loop arus — tidak ada kabel power terpisah. Hanya dua kabel yang diperlukan:

Wiring 2-kawat:
Brown (+) → PSU +24VDC
Blue (−) → Terminal AI+ input analog PLC → lanjut ke terminal AI− → GND PSU

Konsumsi daya sensor dalam konfigurasi 2-kawat harus berada dalam range 3.5–22mA — persis mengikuti range sinyal 4-20mA yang ditransmisikan. Sensor tidak bisa mengonsumsi daya lebih dari nilai arus yang sedang ditransmisikan, inilah batasan utama konfigurasi ini.

Konfigurasi 3-Kawat

Sensor 3-kawat memiliki supply daya terpisah dari sinyal output. Tiga kabel digunakan:

Wiring 3-kawat:
Brown (+24VDC supply) → PSU +24VDC
Blue (GND supply) → PSU 0V / GND
Black (sinyal output 4-20mA) → Terminal AI+ PLC → AI− → GND PSU

Konfigurasi 3-kawat memungkinkan sensor dengan konsumsi daya yang lebih besar dari yang bisa disediakan oleh loop 2-kawat. Digunakan untuk sensor dengan tampilan lokal (display), komunikasi HART tambahan, atau elektronik internal yang membutuhkan daya lebih tinggi.

Konfigurasi 4-Kawat

Empat kabel: dua untuk supply AC atau DC terpisah dan dua untuk sinyal output. Jarang digunakan untuk sensor tekanan modern — lebih umum pada transmitter lama atau perangkat dengan isolasi galvanis penuh antara supply dan sinyal.

Diagram Wiring 2-Kawat ke PLC (Tahap demi Tahap)

Berikut adalah panduan lengkap tahap demi tahap untuk menghubungkan sensor tekanan 4-20mA konfigurasi 2-kawat ke input analog PLC.

Komponen dalam Loop dan Urutan Koneksi

Loop arus terdiri dari empat elemen yang terhubung seri: PSU 24VDC → Kabel+ → Sensor tekanan → Kabel− → Input analog PLC → GND PSU. Arus mengalir dalam satu arah di seluruh loop.

Urutan koneksi step-by-step:
1. PSU +24V → Terminal PSU ke kabel Brown sensor
2. Kabel Blue sensor → Terminal AI+ (atau I+) pada modul input analog PLC
3. Terminal AI− (atau I−) PLC → GND PSU (menutup loop)
4. Pastikan tidak ada ground loop tambahan

Resistansi Beban di Terminal PLC

Terminal input analog PLC memiliki resistansi beban internal, biasanya antara 100–500 Ohm. Resistansi beban ini menciptakan tegangan yang dapat dibaca oleh ADC internal PLC. Contoh kalkulasi untuk beban 250 Ohm:

Pada 4mA (0% tekanan): V = 0.004A × 250Ω = 1.0V
Pada 20mA (100% tekanan): V = 0.020A × 250Ω = 5.0V
→ PLC membaca skala 1–5V yang sesuai dengan 0–100% range tekanan

Perhitungan Resistansi Loop Maksimum

Setiap sensor tekanan memiliki spesifikasi tegangan suplai minimum (biasanya 10–12VDC). Resistansi loop total tidak boleh melebihi nilai yang membuat tegangan di terminal sensor jatuh di bawah minimum ini:

R_loop_max = (V_supply − V_sensor_min) / I_max
Contoh: Supply 24V, V_sensor_min = 10V, I_max = 20mA
R_loop_max = (24 − 10) / 0.020 = 700 Ohm
Ini mencakup resistansi kabel + beban PLC (misal 250Ω) → resistansi kabel tidak boleh melebihi 450 Ohm

Diagram Wiring 3-Kawat ke PLC

Wiring sensor tekanan 3-kawat ke PLC berbeda dari konfigurasi 2-kawat karena supply daya dan jalur sinyal terpisah. Berikut konfigurasi lengkapnya:

Koneksi 3-kawat ke PLC:
Brown (+24VDC supply) → Terminal +24V PSU
Blue (0V/GND supply) → Terminal GND PSU
Black (sinyal 4-20mA output) → Terminal AI+ PLC
Terminal AI− PLC (atau COM PLC) → Terminal GND PSU

Dalam wiring 3-kawat, GND supply dan GND sinyal sering dihubungkan (di-short) di sisi PSU — ini memastikan referensi tegangan yang sama antara sensor dan PLC. Jika sistem menggunakan PSU terpisah untuk sensor dan PLC, pastikan kedua GND terhubung di satu titik untuk menghindari ground loop yang dapat menyebabkan noise pada pembacaan.

Kapan Menggunakan 3-Kawat vs 2-Kawat

Pilih 3-kawat apabila: sensor memiliki tampilan digital lokal yang membutuhkan daya tambahan, sensor menggunakan komunikasi HART aktif secara bersamaan, atau sensor berada di lingkungan dengan interferensi tinggi dan membutuhkan supply daya terisolasi dari jalur sinyal.

Rumus Konversi dan Kalibrasi

Memahami rumus konversi antara sinyal arus (mA) dan nilai tekanan sangat penting untuk konfigurasi PLC, verifikasi pembacaan, dan pemecahan masalah.

Rumus Konversi Tekanan dari Sinyal Arus

Tekanan dari arus:
P = (I − 4) / 16 × P_range

Contoh: Sensor 0-10 bar, membaca 12mA
P = (12 − 4) / 16 × 10 = 8/16 × 10 = 5 bar

Rumus Arus dari Nilai Tekanan

Arus dari tekanan:
I = (P / P_range) × 16 + 4

Contoh: Tekanan 7 bar pada sensor range 0-10 bar
I = (7 / 10) × 16 + 4 = 11.2 + 4 = 15.2mA

Setting di PLC

Di modul input analog PLC, masukkan rentang skala: nilai bawah (4mA = 0 bar) dan nilai atas (20mA = batas atas range, misal 10 bar). PLC akan mengkonversi sinyal arus secara otomatis ke nilai tekanan dalam engineering unit yang ditampilkan di HMI atau digunakan dalam program kontrol.

Prosedur Kalibrasi Zero

Kalibrasi zero dilakukan saat tekanan aktual = 0 bar (atau batas bawah range untuk sensor bertekanan positif). Langkah-langkah:

  • Isolasi sensor dari proses — pastikan port pengukuran terbuka ke atmosfer (untuk gauge pressure) atau ke vakum referensi (untuk absolute pressure).
  • Ukur output arus dengan milliamperemeter presisi yang dipasang seri dalam loop.
  • Sesuaikan potentiometer atau trimer "zero" (atau "offset") di sensor secara perlahan hingga output = 4.000mA ±0.05mA.
  • Tunggu 5 menit untuk memastikan pembacaan stabil setelah penyesuaian.

Prosedur Kalibrasi Span

Kalibrasi span dilakukan dengan memberikan tekanan referensi yang diketahui secara presisi (dari dead-weight tester, pressure calibrator, atau reference gauge kalibrasi). Sesuaikan potentiometer "span" hingga output = nilai yang dihitung dari rumus I = (P/P_range) × 16 + 4. Toleransi: ±0.1mA. Gunakan HART communicator untuk sensor yang mendukung protokol HART agar kalibrasi dapat dilakukan secara digital tanpa menggunakan trimer fisik.

Resistansi Loop dan Perhitungan Kabel

Pemilihan kabel yang tepat sangat penting untuk memastikan kinerja optimal sensor tekanan 4-20mA, terutama untuk instalasi dengan jarak panjang.

Resistansi Kabel Tembaga per Penampang

Setiap kabel memiliki resistansi yang bergantung pada panjang, penampang, dan resistivitas material. Untuk kabel tembaga standar:

  • Kabel 0.5mm²: sekitar 36 Ohm/km per kawat → total 72 Ohm/km untuk satu pasang (loop bolak-balik)
  • Kabel 0.75mm²: sekitar 24 Ohm/km per kawat → total 48 Ohm/km untuk satu pasang
  • Kabel 1.5mm²: sekitar 12 Ohm/km per kawat → total 24 Ohm/km untuk satu pasang

Contoh Perhitungan Jarak

Contoh: PSU 24V, sensor V_min = 12V, kabel 100m dengan penampang 0.75mm²
R_kabel = 2 × 100m × (24 Ohm/1000m) = 4.8 Ohm
Dengan beban PLC 250 Ohm: R_total = 254.8 Ohm → jauh di bawah R_max 600 Ohm → Aman

Rumus Jarak Transmisi Maksimum

L_max = (V_supply − V_sensor_min − V_beban_PLC) / (I_max × R_per_meter)
Dengan R_per_meter = 2 × resistansi_per_kawat_per_meter

Penggunaan Kabel Shielded

Gunakan kabel shielded (berperisai) untuk instalasi di lingkungan dengan interferensi tinggi seperti di dekat motor VFD (variable frequency drive), panel listrik berdaya besar, atau peralatan las (welding). Shield hanya di-ground di satu titik saja — biasanya di sisi panel kontrol (sisi PLC), tidak di kedua ujung kabel — untuk menghindari ground loop yang justru akan menambah noise.

Troubleshooting Masalah Umum

Berikut adalah lima masalah paling umum dalam instalasi sensor tekanan 4-20mA beserta cara mendiagnosisnya dan solusinya.

Gejala Kemungkinan Penyebab Solusi
Output <4mA atau <1V di PLC Kabel putus atau koneksi terminal longgar Cek kontinuitas kabel dengan multimeter; kencangkan semua terminal; periksa isolasi kabel dari kerusakan mekanis
Output >20mA secara konstan Sensor overrange karena tekanan melebihi batas, atau sensor rusak secara internal Verifikasi tekanan aktual dengan gauge mekanis; jika tekanan dalam range normal, sensor perlu diganti
Pembacaan berfluktuasi atau bising (noise) Interferensi EMI dari peralatan listrik terdekat, atau ground loop antara dua PSU berbeda Gunakan kabel shielded dengan ground di satu titik; pisahkan kabel sinyal dari kabel daya; pastikan hanya ada satu titik ground per loop
Offset konstan (semua pembacaan selalu +X bar atau −X bar) Zero drift karena perubahan suhu atau kalibrasi zero yang meleset Lakukan kalibrasi ulang zero dengan tekanan referensi 0 bar; sesuaikan trimer zero di sensor
Pembacaan tidak linear (error berbeda di berbagai titik range) Kalibrasi span yang salah atau kerusakan elemen sensing internal sensor Lakukan kalibrasi span multi-titik dengan beberapa nilai tekanan referensi; jika linearitas tidak membaik, sensor rusak dan perlu diganti

Produk Sensor Tekanan SEGMENsensor

SEGMENsensor menyediakan sensor tekanan 4-20mA untuk berbagai aplikasi industri, dari tekanan rendah hingga tekanan tinggi, dengan material yang kompatibel terhadap media korosif.

0.5–1000
Range Tekanan (bar)
±0.1%
Akurasi FS (Premium)
IP67/68
Proteksi Ingress

Spesifikasi Teknis Utama

  • Range tekanan: 0-0.5 bar hingga 0-1.000 bar (gauge, absolute, dan differential)
  • Output sinyal: 4-20mA 2-kawat loop-powered (standar); 0-10V, RS485 Modbus, IO-Link tersedia pada model tertentu
  • Akurasi: ±0.1% FS (seri premium), ±0.5% FS (seri standar)
  • Material wetted part: SS316L, membran PTFE tersedia untuk media korosif
  • Proteksi: IP67 standar, IP68 tersedia untuk pemasangan tercelup
  • Koneksi proses: G1/4, G1/2, NPT 1/4, NPT 1/2, dan flanged
  • Suhu operasi: -40°C hingga +125°C (media), -20°C hingga +85°C (elektronik)
  • Sertifikasi: CE, RoHS, ISO 9001
Lihat Katalog Sensor Tekanan → Minta Penawaran & Sampel →

Checklist Wiring dan Commissioning

Gunakan checklist berikut untuk memastikan instalasi dan commissioning sensor tekanan 4-20mA dilakukan dengan benar dan aman.

  1. 1 Verifikasi tegangan supply: ukur output PSU dengan multimeter — harus menunjukkan 24VDC ±10% (21.6V–26.4V). Tegangan di luar range dapat menyebabkan sensor tidak beroperasi atau output tidak akurat.
  2. 2 Cek resistansi total loop: ukur resistansi antara terminal PSU+ dan terminal AI− PLC (dengan sensor tidak terhubung) — total resistansi kabel + beban PLC tidak boleh melebihi 600 Ohm untuk supply 24VDC.
  3. 3 Pasang kabel sesuai kode warna: Brown = +24VDC (atau loop+), Blue = GND/loop−, Black = sinyal output (untuk konfigurasi 3-kawat). Periksa dua kali sebelum menghidupkan PSU — polaritas terbalik dapat merusak elektronik sensor.
  4. 4 Cek polaritas terminal input PLC: pastikan terminal AI+ dan AI− tidak tertukar. Input analog PLC yang terbalik polaritasnya akan menampilkan pembacaan negatif atau 0, bukan nilai aktual.
  5. 5 Hidupkan PSU dan ukur arus saat zero pressure: pasang multimeter dalam mode arus DC secara seri dalam loop (pada kabel Brown). Dengan tekanan = 0 bar, arus harus menunjukkan 4.00mA ±0.2mA. Jika berbeda, lakukan kalibrasi zero.
  6. 6 Terapkan tekanan penuh dan verifikasi span: gunakan HART communicator atau pressure calibrator untuk memberikan tekanan pada batas atas range. Output harus 20.00mA ±0.2mA. Sesuaikan trimer span jika diperlukan.
  7. 7 Verifikasi pembacaan PLC: bandingkan nilai yang ditampilkan di HMI atau program PLC dengan tekanan referensi dari pressure gauge yang telah dikalibrasi. Error tidak boleh melebihi ±0.5% FS dari nilai referensi.
  8. 8 Simpan lembar kalibrasi: dokumentasikan tanggal kalibrasi, nilai zero yang diukur (mA), nilai span yang diukur (mA), tekanan referensi yang digunakan, dan nama teknisi yang melakukan kalibrasi. Lembar ini diperlukan untuk audit sistem manajemen mutu.

Pertanyaan yang Sering Diajukan (FAQ)

Mengapa sinyal 4-20mA dimulai dari 4mA bukan 0mA?
4mA dipilih sebagai batas bawah (bukan 0mA) karena dua alasan utama: pertama, ini memungkinkan "live zero" — sistem dapat membedakan antara pengukuran valid 0% (4mA) dan kegagalan total seperti kabel putus (0mA). Kedua, sensor loop-powered membutuhkan arus minimum untuk beroperasi, dan 4mA cukup untuk menyuplai daya ke elektronik sensor. Di bawah 3.5–4mA berarti ada kegagalan dalam sistem.
Apa perbedaan sensor tekanan 2-kawat dan 3-kawat?
Sensor tekanan 2-kawat (loop-powered) mengambil daya dari loop arus yang sama — hanya butuh dua kabel: + dan −. Ini adalah konfigurasi paling umum dan paling ekonomis untuk pemasangan jarak jauh. Sensor 3-kawat memiliki supply terpisah dari sinyal output: satu kabel + untuk supply, satu kabel − untuk GND supply, dan satu kabel hitam untuk sinyal 4-20mA. Sensor 3-kawat dibutuhkan saat sensor memerlukan daya lebih besar dari yang bisa disediakan oleh loop 2-kawat.
Berapa resistansi maksimum yang diizinkan dalam loop 4-20mA?
Bergantung pada tegangan supply dan spesifikasi sensor. Rumus umum: R_max = (V_supply − V_min_sensor) / I_max. Untuk supply 24VDC dan sensor dengan tegangan minimum 10VDC: R_max = (24−10)/0.020 = 700 Ohm. Resistansi ini mencakup resistansi kabel + resistansi beban input PLC (biasanya 100–500 Ohm). Jika R_total melebihi batas, sensor tidak dapat mengangkat arus ke 20mA.
Bagaimana cara mendeteksi kabel putus dengan sinyal 4-20mA?
Kabel putus dalam loop 4-20mA menyebabkan arus drop ke 0mA (atau sangat dekat 0mA). Karena sinyal normal minimum adalah 4mA, nilai di bawah 3.5–3.8mA mengindikasikan kegagalan. PLC modern dapat dikonfigurasi untuk memberikan alarm saat input analog berada di bawah 3.8mA — ini adalah keunggulan "live zero" dari standar 4-20mA. Gunakan multimeter dalam mode arus (seri dalam loop) untuk mengukur nilai aktual.
Apakah perlu menggunakan kabel shielded untuk sensor tekanan 4-20mA?
Untuk instalasi di dekat inverter (VFD), motor besar, atau peralatan welding yang menghasilkan interferensi elektromagnetik (EMI) tinggi, kabel shielded sangat direkomendasikan. Shield harus di-ground di satu titik saja (biasanya di sisi panel kontrol, bukan di sisi sensor) untuk menghindari ground loop. Untuk jarak pendek (kurang dari 10 meter) dan lingkungan bersih, kabel biasa sudah cukup.
Bagaimana cara melakukan kalibrasi zero dan span sensor tekanan?
Kalibrasi zero: isolasi sensor dari proses (tekanan = 0), pastikan port referensi terbuka ke atmosfer, lalu sesuaikan potentiometer "zero" (atau "offset") di sensor hingga output = tepat 4.000mA diukur dengan milliamperemeter presisi. Kalibrasi span: terapkan tekanan referensi yang diketahui (dari dead-weight tester atau pressure calibrator), lalu sesuaikan "span" hingga output = nilai yang sesuai dengan rumus I = (P/P_range) × 16 + 4.
Bisakah dua sensor tekanan dipasang dalam satu loop?
Tidak dalam konfigurasi loop serial standar, karena sinyal kedua sensor akan saling mengganggu. Setiap sensor tekanan 4-20mA membutuhkan channel input analog PLC tersendiri. Jika membutuhkan dua pengukuran tekanan, gunakan dua channel input analog terpisah dengan dua PSU atau satu PSU dengan multiple output terisolasi. Beberapa sistem HART multiplexer memungkinkan beberapa sensor pada satu kabel, tetapi ini memerlukan perangkat HART khusus.
Bagaimana cara memesan sensor tekanan 4-20mA dari SEGMENsensor?
Kirim email ke info@segmensensor.com dengan spesifikasi: rentang tekanan, jenis tekanan (gauge/absolute/differential), jenis output (4-20mA 2-kawat/3-kawat), media pengukuran, suhu lingkungan, koneksi proses (G1/4, G1/2, NPT), dan jumlah unit. Tim kami membalas dalam 24 jam dengan spesifikasi teknis dan penawaran. Sampel dapat dipesan untuk evaluasi dan tersedia dalam 5–7 hari kerja.