Skip to content

Search ARSTEMA

Type a chapter, term, symptom, or tool.

    Back to the atlas
    Electrical & Control · Chapter 60Applied

    By Kurnia · Published September 30, 2026 · Revised October 29, 2026 · Version 3 · 24 min read

    Sensor proses dan transmiter: suhu, tekanan, level, aliran, dan loop 4–20 mA

    Sensor analog mengubah suhu, tekanan, level, dan aliran menjadi sinyal yang dibawa transmiter sebagai arus 4-20 mA ke PLC atau pengendali. Dibahas RTD Pt100 dengan persamaan Callendar-Van Dusen dan kelas toleransi IEC 60751:2022, termokopel dan kompensasi sambungan dingin, termistor, transmiter tekanan dan pipa impuls, metode level dan aliran, loop 2, 3, dan 4 kawat dengan beban loop, batas sinyal NAMUR NE 43, pengukuran arus loop, serta pelindung, pembumian, dan pemisahan kabel sinyal menurut PUIL 2020 528.1 dan 444.4.2. Contoh kerja menelusuri layar yang membaca −50 °C pada skala −50 sampai 150 °C dan membedakan kabel loop putus dari kegagalan sensor dengan mengukur arus. Kalibrasi, penskalaan di PLC, dan kendali PID dibahas pada bab lain.

    This chapter is still in Indonesian. Its English edition will follow.

    Section you’re reading: Chapter opening

    Di ruang mesin laundry komersial, layar pengendali menampilkan −50 °C untuk suhu air cuci yang seharusnya 60 °C, dan mesin berhenti. Teknisi memeriksa elemen pemanas dan mendapati semuanya baik. Ternyata masalahnya di kabel loop sensor yang terputus di dalam klem kabel yang lembap: loop arus 4-20 mA membawa 0 mA, dan pengendali menerjemahkannya sebagai nilai di bawah skala terendah.

    Batas pembahasan

    Sensor proses (process sensor) adalah sensor analog yang mengubah besaran fisik seperti suhu, level, atau tekanan menjadi sinyal listrik yang mewakili nilainya dalam rentang tertentu, dan transmiter (transmitter) adalah perangkat yang mengondisikan sinyal itu menjadi arus 4-20 mA untuk dikirim lewat kabel panjang ke masukan analog PLC atau pengendali. Sinyal ya/tidak ada di Bab 59 tentang sensor diskret, sakelar proses di Bab 58 tentang kendali pompa, pemanas, dan proses, dan pemetaan linear dua titik di Bab 2 tentang sensor dan rangkaian kendali dasar.

    Cakupannya tekanan di bawah 100 bar, suhu proses laundry dan industri ringan sekitar −50 °C sampai 200 °C, dan loop 4-20 mA sebagai sinyal DC analog; komunikasi digital (HART, fieldbus) serta sensor gas, getaran, dan akustik tidak dibahas. Kalibrasi ada di Bab 61 tentang kalibrasi instrumen, dan modul masukan analog, penskalaan, dan PID di Bab 66 tentang PLC lanjutan. Pemasangan dan pelepasan sensor pada sistem air panas atau bertekanan adalah pekerjaan personel kompeten dengan prosedur isolasi, bukan instruksi kerja di sini.

    Sensor suhu: RTD, termokopel, dan termistor

    Detektor suhu resistansi (resistance temperature detector, RTD) adalah sensor suhu yang memanfaatkan perubahan resistansi logam terhadap suhu. Jenis paling umum adalah Pt100, elemen platina dengan resistansi 100 Ω pada 0 °C. IEC 60751:2022 (Ed. 3.0) berlaku untuk rentang −200 °C sampai +850 °C dan menetapkan hubungan resistansi-suhu dengan persamaan Callendar-Van Dusen:

    R(t)=R0(1+A t+B t2)(0≤t≤850 ∘C)R(t) = R_0\left(1 + A\,t + B\,t^2\right) \quad (0 \le t \le 850\ ^\circ\text{C})R(t)=R0[1+A t+B t2+C (t−100) t3](−200≤t<0 ∘C)R(t) = R_0\left[1 + A\,t + B\,t^2 + C\,(t - 100)\,t^3\right] \quad (-200 \le t < 0\ ^\circ\text{C})

    dengan R0R_0 resistansi pada 0 °C (Ω), tt suhu (°C), A=3,9083×10−3A = 3{,}9083 \times 10^{-3} °C⁻¹, B=−5,775×10−7B = -5{,}775 \times 10^{-7} °C⁻², dan C=−4,183×10−12C = -4{,}183 \times 10^{-12} °C⁻⁴. Untuk Pt100, hitungan memberi 123,24 Ω pada 60 °C; pada −50 °C suku CC ikut dihitung dan hasilnya 80,31 Ω. Kepekaannya sekitar 0,38 Ω per kelvin di sekitar 60 °C. Toleransi kelas B adalah ±(0,3+0,005 ∣t∣)\pm(0{,}3 + 0{,}005\,|t|) °C, yaitu ±0,6 °C pada 60 °C, dan standar yang sama meminta sambungan 3 atau 4 kawat untuk kelas yang lebih baik dari B, dengan 4 kawat dianjurkan.

    RTD 2 kawat hanya cocok untuk kabel pendek karena resistansi kabel ikut terukur. RTD 3 kawat mengompensasinya dengan anggapan ketiga kawat sama panjang dan sama resistansinya, sehingga hanya selisihnya yang tersisa, dan RTD 4 kawat mengalirkan arus ukur lewat sepasang kawat dan mengukur tegangan lewat pasangan lain, sehingga resistansi kawat tidak berpengaruh. Tabel berikut memakai kabel tembaga 0,5 mm² sepanjang 20 m (ρ=0,0178\rho = 0{,}0178 Ω·mm²/m).

    Parameter2 kawat3 kawat4 kawat
    Kompensasi kabeltidak adasebagian (selisih kawat)penuh
    Jumlah konduktor234
    Galat akibat kabel contoh2 kali 0,712 = 1,42 Ω, terbaca +3,7 °Cselisih 10 % satu kawat: ±0,19 °Cpraktis nol
    Pemakaiankabel sangat pendek atau transmiter di kepala sensorindustri umumpengukuran presisi

    Termokopel (thermocouple) adalah sambungan dua logam berbeda yang, menurut efek Seebeck, menghasilkan tegangan termoelektrik yang bergantung pada beda suhu kedua ujungnya. IEC 60584-1:2013 (Ed. 3.0) menetapkan fungsi acuan dan toleransi tipe huruf, termasuk J (besi/tembaga-nikel) dan K (nikel-kromium/nikel-aluminium) yang paling umum di industri ringan. Antara 0 dan 100 °C, tipe K menghasilkan sekitar 41 µV/°C dan tipe J sekitar 53 µV/°C, sehingga sinyalnya harus diperkuat dan dikompensasi, dan kabel perpanjangan atau kompensasinya harus sesuai tipe karena kabel tembaga biasa membentuk sambungan baru di terminal.

    Kompensasi sambungan dingin (cold junction compensation) adalah koreksi elektronik dari suhu terminal yang diukur sensor internal transmiter, karena tegangan termokopel mewakili selisih suhu ujung panas di proses dan ujung dingin di terminal. Tanpa kompensasi, termokopel K di air 60 °C dengan terminal bersuhu 30 °C memberi 2,436−1,203=1,2332{,}436 - 1{,}203 = 1{,}233 mV, yang terbaca sekitar 31 °C, bukan 60 °C, dan bergeser setiap kali suhu ruang panel berubah.

    Termistor adalah resistor semikonduktor dengan koefisien suhu besar. Resistansi termistor NTC (negative temperature coefficient) turun tajam ketika suhu naik; rentangnya, biasanya −50 °C sampai 150 °C, lebih sempit dari RTD, tetapi kepekaannya jauh lebih tinggi, sehingga ia banyak dipakai sebagai sensor suhu air dan udara pada peralatan. Kurva NTC tidak distandarkan seperti Pt100 dan bergantung pada pabrikan, sehingga penggantinya harus berspesifikasi sama persis.

    Tekanan: sensor, transmiter, dan pipa impuls

    Sensor tekanan mengubah defleksi membran menjadi sinyal listrik, umumnya dengan pengukur regangan (strain gauge) yang resistansinya berubah sebanding dengan regangan dan dibaca rangkaian jembatan Wheatstone. Transmiter tekanan mengondisikan sinyal jembatan, mengompensasi suhu, dan menghasilkan arus 4-20 mA yang sebanding dengan tekanan dalam rentang yang dikonfigurasi.

    Pipa impuls (impulse line) adalah pipa dari titik ukur pada pipa proses ke transmiter, yang pada media panas mendinginkan media sebelum mencapai membran; pada uap, pengukur dipasang dengan sifon supaya membran bertemu kondensat, bukan uap. Pipa impuls dipasang dengan kemiringan yang benar supaya tidak terjadi kantong udara pada media cair atau kantong cairan pada media gas, yang menggeser pembacaan. Pemasangan dan pelepasan pipa impuls pada sistem bertekanan hanya dilakukan setelah tekanan dilepaskan dan suhu turun ke keadaan aman.

    Level: hidrostatik, pelampung, konduktif, dan ultrasonik

    Metode hidrostatik mengukur tekanan kolom cairan di atas sensor dengan rumus yang sama seperti sakelar tekanan level di Bab 58:

    p=ρ g hp = \rho\,g\,h

    dengan pp tekanan di atas atmosfer (Pa), ρ\rho massa jenis cairan (kg/m³), g=9,81g = 9{,}81 m/s², dan hh tinggi kolom (m); level air 1,2 m memberi 11,77 kPa (117,7 mbar). Tinggi dapat dihitung dari tekanan bila massa jenis diketahui dan tetap; larutan kimia yang lebih pekat membaca level lebih tinggi dari sebenarnya. Metode ini sederhana untuk tangki terbuka; pada tangki tertutup bertekanan diperlukan pengukuran tekanan diferensial.

    Pelampung mengikuti permukaan cairan secara mekanis dan dapat menggerakkan potensiometer atau sensor posisi yang memberi sinyal sebanding; metode ini andal tetapi rentan tersangkut serat atau endapan. Elektrode konduktif mendeteksi ada tidaknya cairan pada titik tertentu dari konduktivitasnya, dengan keluaran diskret; relainya dibahas di Bab 48 tentang relai waktu dan arah kegagalannya di Bab 58.

    Sensor ultrasonik memancarkan pulsa suara ke permukaan cairan dan mengukur waktu tempuh pantulannya:

    d=v t2,v≈331,3+0,606 Tud = \frac{v\,t}{2}, \qquad v \approx 331{,}3 + 0{,}606\,T_\text{u}

    dengan dd jarak ke permukaan (m), vv kecepatan suara di udara (m/s, sekitar 343 pada 20 °C), tt waktu pulang-pergi (s), dan TuT_\text{u} suhu udara (°C). Sensor tidak bersentuhan dengan cairan sehingga cocok untuk cairan korosif, tetapi kecepatan suara berubah dengan suhu udara, sehingga sensor yang menganggap udara 20 °C di atas tangki air panas membaca jarak terlalu pendek dan memerlukan kompensasi suhu (Contoh 3).

    Aliran: meter mekanis, elektromagnetik, dan pulsa ke penghitung

    Meter air mekanis jenis turbin atau baling-baling (impeller) mengubah kecepatan aliran menjadi putaran rotor; sakelar buluh (reed switch) atau sensor Hall menghasilkan satu pulsa setiap volume tertentu, dan penghitung (counter) PLC menjumlahkan pulsa itu:

    Q=n kΔtQ = \frac{n\,k}{\Delta t}

    dengan QQ laju aliran (L/s), nn jumlah pulsa dalam selang Δt\Delta t (s), dan kk volume per pulsa (L). Meter elektromagnetik (electromagnetic flowmeter) mengukur tegangan yang menurut hukum Faraday diinduksikan pada cairan konduktif yang bergerak dalam medan magnet; tegangan itu sebanding dengan kecepatan aliran dan tidak bergantung pada viskositas atau massa jenis, tetapi cairannya harus melampaui konduktivitas minimum dari pabrikan, dan air demineral atau kondensat dapat berada di bawah batas itu.

    Loop 4-20 mA: prinsip, konfigurasi kawat, dan catu daya

    Loop arus 4-20 mA adalah cara baku industri mengirim sinyal analog proses jarak jauh dengan arus, bukan tegangan; IEC 60381-1:1982 (Ed. 2.0) mengatur sinyal arus searah analog untuk sistem kendali proses. Arus dalam lingkar seri sama di setiap titik, sehingga susut tegangan kabel ratusan meter tidak mengubah pembacaan selama tegangan catu cukup. Titik nol yang hidup (live zero) 4 mA mencatu transmiter 2 kawat pada ujung bawah skala dan membedakan kabel putus (0 mA) dari nilai proses terendah.

    KonfigurasiSusunanPemakaian
    2 kawattransmiter dan catu daya seri dalam satu lingkar; transmiter mengambil daya dari arus sinyalpaling sederhana dan paling umum
    3 kawat+24 V, 0 V bersama, dan satu kawat keluaran arus yang kembali melalui 0 V bersamatransmiter yang butuh daya lebih dari yang dapat diambil dari 4 mA
    4 kawatdua kawat catu (DC atau 230 V AC) terpisah dari dua kawat sinyal arustransmiter dengan tampilan, pemanas, atau daya besar

    Catu loop umumnya 24 V DC, dan transmiter 2 kawat memerlukan tegangan minimum di terminalnya. Beban loop (loop burden) adalah jumlah resistansi yang dilalui arus: resistor masukan modul PLC, resistansi kabel pergi-pulang, dan alat lain yang disisipkan seri. Syarat operasinya:

    Vcatu−Imaks Rbeban≥Vtx,min⇒Rbeban,maks=Vcatu−Vtx,minImaksV_\text{catu} - I_\text{maks}\,R_\text{beban} \ge V_\text{tx,min} \quad\Rightarrow\quad R_\text{beban,maks} = \frac{V_\text{catu} - V_\text{tx,min}}{I_\text{maks}}

    dengan VcatuV_\text{catu} tegangan catu (V), Vtx,minV_\text{tx,min} tegangan minimum transmiter (V), RbebanR_\text{beban} beban loop (Ω), dan ImaksI_\text{maks} arus terbesar yang harus dapat dialirkan (A), yang bukan 20 mA: transmiter yang memberi sinyal kegagalan atas harus dapat mengalirkan sekurangnya 21 mA, dan lembar datanya menyebut arus untuk hitungan ini. Sebagian transmiter memakai arus alarm atas lebih tinggi, misalnya 22,5 mA, sehingga batas bebannya lebih kecil (Contoh 4).

    Arti sinyal batas: NAMUR NE 43. Rekomendasi NAMUR NE 43, revisi 26 Juli 2021, membakukan tingkat sinyal kegagalan pada keluaran arus transmiter digital. Informasi pengukuran berada di 3,8 sampai 20,5 mA, karena di luar 4 sampai 20 mA sinyal hanya jenuh sampai batas itu bila nilai proses melewati rentang. Sinyal kegagalan adalah 3,6 mA atau kurang, atau 21 mA atau lebih, dengan celah 3,6 sampai 3,8 mA dan 20,5 sampai 21 mA di antaranya. Pengendali yang dikonfigurasi mengenali NE 43 menampilkan alarm alat ukur, bukan nilai proses palsu.

    Mengukur arus loop

    Tanpa memutus loop. Tang miliampere DC mengukur arus loop tanpa memutus rangkaian dan tanpa mengganggu sinyal proses. Rahang tang mengelilingi satu konduktor loop saja, karena tang membaca jumlah aljabar arus di dalam rahang (Bab 16 tentang tang ampere), dan tang efek Hall dinolkan dulu dengan rahang tertutup tanpa konduktor.

    Dengan memutus loop. Bila tang mA tidak tersedia, arus diukur dengan multimeter pada fungsi mA DC yang disisipkan seri setelah loop dibuka di terminal panel. Memutus loop membuat pengendali menerima sinyal tidak sah, sehingga sebelum membuka loop pengendali dipindah ke mode manual supaya katup atau pemanas tidak merespons. Resistansi shunt terminal mA ikut menambah beban loop (Bab 15 tentang multimeter). Setelah pengukuran, loop disambung kembali dan pengendali dikembalikan ke mode otomatis.

    Walaupun loop 24 V DC termasuk tegangan ekstra rendah, panel tempat terminalnya berada umumnya juga berisi sirkit 230/400 V. Pengukuran pada panel yang bertegangan hanya dilakukan personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD, menurut Bab 14 tentang keselamatan alat ukur. Urutannya:

    1. Pastikan proses dan peralatan dalam keadaan aman untuk diukur dan pengendali di mode manual bila loop akan dibuka.
    2. Pilih tang mA bila sinyal tidak boleh terputus, atau multimeter seri bila tang tidak tersedia.
    3. Jepit satu konduktor saja, atau sisipkan meter seri pada terminal yang benar.
    4. Bandingkan hasil dengan arus yang diharapkan dan dengan batas NE 43.

    Kabel sinyal: pelindung, pembumian, dan pemisahan

    Pemasangan kabel sinyal analog dinilai dari sisi kompatibilitas elektromagnetik (EMC), karena gangguan menggeser arus loop. Pada kabel berpelindung, foil atau anyaman logam menyelubungi konduktor sinyal, sehingga medan listrik gangguan berakhir di pelindung dan arus gangguannya mengalir ke pembumian. Untuk loop 4-20 mA dan sinyal milivolt, pelindung lazim dibumikan di satu sisi saja, biasanya di panel pengendali, dan ujung di sisi sensor diinsulasi, karena bila kedua ujung dibumikan di titik yang potensialnya berbeda, arus 50 Hz mengalir di pelindung dan mengganggu sinyal.

    PUIL 2020 444.4.2 memberi arah yang tampak berlawanan: selubung logam kabel sebaiknya diikat ke jaringan ikatan bersama, arus gangguan sistem daya di skrin sebaiknya dibatasi, misalnya dengan konduktor ikatan pintas di sepanjang kabel, dan kabel sinyal dipakai menurut persyaratan EMC pabrikan. Pembumian kedua ujung lebih efektif untuk gangguan frekuensi tinggi dan hanya aman bila ikatan ekuipotensialnya baik, seperti pada kabel VFD berpelindung (Bab 73 tentang pemasangan lapangan mesin). Aturan satu sisi adalah titik awal untuk sinyal frekuensi rendah, dan pilihan akhirnya mengikuti petunjuk pabrikan transmiter dan modul masukan.

    Pemisahan dari kabel daya punya dua dasar. Dasar keselamatan: PUIL 2020 528.1 melarang sirkit rentang tegangan I, termasuk kabel sensor 24 V, berada dalam sistem perkawatan yang sama dengan sirkit rentang II (230/400 V), kecuali memakai salah satu cara yang disebut klausul itu, misalnya partisi pemisah atau konduit dan talang terpisah (Bab 30 tentang pemasangan sistem perkawatan). Dasar EMC: 444.4.2 d) menganjurkan kabel daya dan sinyal dijaga terpisah dan, bila dapat, bersilangan tegak lurus. Jarak pisah 200/150/100/0 mm di Tabel 444.1 ditujukan untuk kabel teknologi informasi dan komunikasi, dan PUIL 2020 tidak memberi angka jarak untuk kabel sensor analog; angka diambil dari petunjuk pabrikan transmiter atau modul masukan, dan wadah logam memberi proteksi EMI tambahan bila dipasang dengan benar (444.7.1). Kabel sinyal dijauhkan terutama dari kabel motor, kabel VFD, dan kabel pemanas yang disakelar, atau dipasang dalam konduit logam yang tersambung ke ikatan ekuipotensial.

    Contoh kerja

    Angka dalam contoh di bawah adalah angka latihan, kecuali disebut asalnya. Pengukuran di panel dilakukan personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD.

    Contoh 1: layar membaca −50 °C. Mesin cuci komersial menampilkan suhu air −50 °C, padahal air di bak panas. Sensor Pt100 3 kawat tersambung ke transmiter suhu 2 kawat -B1 di kepala sensor, yang dikonfigurasi −50 °C sampai 150 °C pada 4-20 mA dan melaporkan kegagalan sensor dengan arah bawah. PLC -K1 membaca arus lewat modul masukan analog beresistor 250 Ω dan memotong tampilan pada batas skala; catu loop -T1 24 V DC, dan kabel loop -W2 menghubungkan terminal panel -X2 ke kepala sensor. Arus yang diharapkan mengikuti pemetaan linear dua titik dari Bab 2:

    I=Imin+T−TminTmaks−Tmin (Imaks−Imin)I = I_\text{min} + \frac{T - T_\text{min}}{T_\text{maks} - T_\text{min}}\,(I_\text{maks} - I_\text{min})

    Kepekaannya 16/200=0,0816/200 = 0{,}08 mA/°C. Untuk air 60 °C, I=4+(110/200)×16=12,8I = 4 + (110/200) \times 16 = 12{,}8 mA, tegangan di resistor 250 Ω 0,0128×250=3,20{,}0128 \times 250 = 3{,}2 V, dan elemen Pt100 seharusnya 123,24 Ω. Nilai −50 °C adalah ujung bawah skala, tepat 4 mA, dan karena tampilan dipotong, setiap arus di bawah 4 mA juga tampil −50 °C. Layar hanya mengatakan arus ≤ 4 mA, sehingga arus sebenarnya harus diukur oleh personel kompeten, dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD, memakai tang mA pada satu konduktor -W2 di panel:

    Arus terukurArtiUji pembeda berikutnya
    0 mAloop terbuka atau catu hilangtegangan -T1 di panel; bila ada, kontinuitas -W2
    ≤ 3,6 mA, stabiltransmiter hidup dan melaporkan kegagalan sensorresistansi Pt100 dan kawat sensor
    3,8 sampai 4,0 mAtransmiter membaca suhu ≤ −50 °C, misalnya Pt100 terhubung singkat sebagian (≤ 80,3 Ω)resistansi Pt100
    sekitar 12,8 mAloop benar; masalah di konfigurasi atau skala PLCkonfigurasi kanal PLC

    Celah 3,6 sampai 3,8 mA hanya 0,2 mA; bila bacaan tang berada di celah itu, arus dipastikan dengan tegangan pada resistor 250 Ω (3,6 mA = 0,90 V; 3,8 mA = 0,95 V) atau dengan meter seri. Di mesin ini arus terbaca 0 mA dan tegangan -T1 di panel 24 V, jadi catu sehat dan lingkarnya terbuka. Setelah sirkit diisolasi menurut prosedur Bab 2 · Keselamatan tentang verifikasi keadaan aman dan loop dilepas di -X2, resistansi tiap inti -W2 diukur dari panel ke kepala sensor: satu inti putus di dalam klem yang terkena uap air berbulan-bulan. Pt100 terukur 123,2 Ω, sesuai air sekitar 60 °C, sehingga sensor sehat. Setelah segmen kabel diganti dan klem dipasang dengan benar, arus kembali 12,8 mA dan layar 60 °C. Bila transmiter perlu diuji terpisah, uji dilakukan di meja dengan catu, resistor beban, dan miliampermeter seri.

    Contoh 2: level tangki kimia di laundry hotel. Transmiter hidrostatik di dasar tangki terbuka dikonfigurasi 0 sampai 200 mbar untuk 4 sampai 20 mA, dan tang mA membaca 13,6 mA. Pemetaan linear dua titik dibalik:

    p=13,6−416×200=120 mbar,h=pρ g=12 0001 000×9,81=1,22 mp = \frac{13{,}6 - 4}{16} \times 200 = 120\ \text{mbar}, \qquad h = \frac{p}{\rho\,g} = \frac{12\,000}{1\,000 \times 9{,}81} = 1{,}22\ \text{m}

    Bila tangki berisi larutan kimia dengan massa jenis 1.100 kg/m³, tinggi sebenarnya 12 000/(1 100×9,81)=1,1112\,000/(1\,100 \times 9{,}81) = 1{,}11 m. Skala PLC untuk air membaca 10 % terlalu tinggi, sehingga tangki habis lebih cepat dari yang ditampilkan. Penskalaan memakai massa jenis cairan yang benar-benar diisi.

    Contoh 3: sensor ultrasonik di tangki air panas hotel. Sensor di atap tangki berjarak 2,5 m dari dasar dan menganggap udara 20 °C, padahal udara di atas air 50 °C. Waktu pulang-pergi 10 ms:

    d20=343,4×0,0102=1,717 m,d50=361,6×0,0102=1,808 md_{20} = \frac{343{,}4 \times 0{,}010}{2} = 1{,}717\ \text{m}, \qquad d_{50} = \frac{361{,}6 \times 0{,}010}{2} = 1{,}808\ \text{m}

    Layar menampilkan level 0,78 m, padahal level sebenarnya 0,69 m, sekitar 13 % lebih tinggi. Teknisi mengaktifkan kompensasi suhu sensor atau memakai sensor yang memilikinya, lalu mencocokkan bacaannya dengan level yang diukur langsung.

    Contoh 4: indikator lokal di loop tekanan rumah sakit. Loop 2 kawat transmiter tekanan di ruang pompa bercatu 24 V, dengan tegangan minimum transmiter 12 V, arus alarm atas 22,5 mA, modul 250 Ω, kabel 30 Ω, dan tambahan indikator lokal 250 Ω:

    Rbeban,maks=24−120,0225=533 Ω,Rbeban=250+30+250=530 ΩR_\text{beban,maks} = \frac{24 - 12}{0{,}0225} = 533\ \Omega, \qquad R_\text{beban} = 250 + 30 + 250 = 530\ \Omega

    Sisanya hanya 3 Ω. Multimeter seri dengan shunt 10 Ω menaikkan beban menjadi 540 Ω, sehingga tegangan transmiter pada 22,5 mA tinggal 11,85 V, di bawah 12 V, dan sinyal kegagalan atas dapat tertahan di bawah nilainya. Arus diukur dengan tang mA, atau dipilih indikator berresistansi lebih kecil menurut lembar datanya.

    Contoh 5: Pt100 dua kawat di dapur hotel. Sensor tangki air panas dapur diganti Pt100 2 kawat dengan kabel tembaga 0,5 mm² sepanjang 10 m. Air bekerja sekitar 60 °C:

    Rkabel=2×0,0178×100,5=0,712 Ω,Δt≈0,7120,38=1,9 ∘CR_\text{kabel} = \frac{2 \times 0{,}0178 \times 10}{0{,}5} = 0{,}712\ \Omega, \qquad \Delta t \approx \frac{0{,}712}{0{,}38} = 1{,}9\ ^\circ\text{C}

    Galat kabel itu sekitar tiga kali toleransi kelas B pada 60 °C (±0,6 °C), dan bacaan selalu terlalu tinggi. Pilihan yang benar adalah Pt100 3 atau 4 kawat, atau transmiter di kepala sensor; kelas yang lebih baik dari B memang meminta 3 atau 4 kawat.

    Contoh 6: laju air suplai dari meter pulsa. Meter air suplai mesin cuci di laundry rumah sakit memberi satu pulsa tiap 10 L, dan penghitung PLC mencatat 18 pulsa dalam 300 s:

    Q=n kΔt=18×10300=0,6 L/s=36 L/minQ = \frac{n\,k}{\Delta t} = \frac{18 \times 10}{300} = 0{,}6\ \text{L/s} = 36\ \text{L/min}

    Bila selangnya diperpendek menjadi 60 s, selisih satu pulsa sudah mengubah hasil 10 L/min. Ambang alarm aliran rendah karena itu dihitung dengan selang yang cukup panjang supaya alarm palsu tidak muncul.

    Kondisi berhenti

    Pekerjaan dihentikan, keadaan diamankan dulu, dan keputusan diserahkan kepada personel kompeten yang ditugaskan atas peralatan itu bila:

    1. Sensor, pipa impuls, atau thermowell akan dilepas dari tangki, pipa air panas, atau saluran uap sebelum tekanan dilepas, cairan dikuras atau diisolasi, dan suhunya turun ke keadaan aman.
    2. Loop akan dibuka atau transmiter dilepas sementara pengendali masih di mode otomatis dan sinyal itu dipakai untuk menyalakan pemanas, membuka katup uap, atau menjalankan pompa.
    3. Sinyal suhu, level, atau tekanan yang dipakai untuk interlock atau pemutus keselamatan terbaca tidak sah (0 mA, ≤ 3,6 mA, atau ≥ 21 mA) dan mesin tetap dijalankan dengan menyimulasikan sinyal atau menjembatani masukan supaya alarm hilang.
    4. Pengukuran di panel yang juga berisi sirkit 230/400 V akan dilakukan tanpa personel kompeten, alat berkategori ukur sesuai, atau APD.
    5. Rumah transmiter 4 kawat atau meter aliran bercatu 230 V AC akan dibuka di lapangan sebelum catunya diisolasi dan diverifikasi bebas tegangan menurut Bab 14 tentang keselamatan alat ukur dan prosedur Bab 2 · Keselamatan tentang verifikasi keadaan aman.

    Fungsi pelindung yang bersandar pada sinyal analog tetap tunduk pada kaidah Bab 58 tentang kendali proses: kegagalan sensor harus berakhir di keadaan aman, dan pembatas suhu independen tidak digantikan oleh transmiter.

    Salah tafsir yang sering terjadi

    Guess what’s wrong first, then open the explanation.

    Common misconception

    0 mA berarti suhu 0 °C.

    Why is it wrong?

    Nilai 0 mA di luar rentang kerja loop 4-20 mA berarti loop terbuka atau catu hilang, sedangkan suhu 0 °C pada rentang −50 sampai 150 °C memberi 4+(50/200)×16=84 + (50/200) \times 16 = 8 mA. Kebingungan muncul bila 4 mA, nilai minimum normal, dianggap nol.

    Common misconception

    Tang mA boleh menjepit kedua kabel loop sekaligus.

    Why is it wrong?

    Arus pergi dan pulang sama besar dan berlawanan arah, sehingga tang membaca 0 mA walaupun loop bekerja normal (Bab 16). Jepit satu konduktor saja.

    Common misconception

    Pelindung dibumikan di kedua ujung supaya lebih aman.

    Why is it wrong?

    Pembumian pelindung adalah soal EMC, bukan proteksi kejut; pada loop frekuensi rendah dengan ikatan ekuipotensial lemah, dua titik pembumian mengalirkan arus 50 Hz di pelindung dan pembacaan berayun. Pembumian dua ujung hanya tepat bila jaringan ikatannya baik dan pabrikan memintanya, seperti pada kabel VFD.

    Common misconception

    21 mA berarti transmiter rusak dan harus diganti.

    Why is it wrong?

    Menurut NE 43, nilai proses di luar rentang hanya menjenuhkan sinyal sampai sekitar 20,5 mA; 21 mA atau lebih berarti diagnosis transmiter mendeteksi kegagalan, paling sering pada sensor atau kawat sensor, kadang pada elektronik transmiter, atau kabel loop terhubung singkat. Karena itu sensor dan kabel diperiksa lebih dulu, dan pesan diagnosis transmiter dibaca, sebelum transmiter diganti.

    Hubungan dengan bab lain

    Selain bab di Batas pembahasan, sinyal 4-20 mA sebagai masukan PID dan keluaran ke katup dibahas di Bab 62 tentang elemen kendali akhir dan loop kendali, dan diagnosis bertahap dari gejala ke uji pembeda di Bab 78 tentang metode diagnosis gangguan listrik.

    Latihan dan pembahasan

    Try to answer first, then open the worked solution.

    1. Transmiter tekanan dikonfigurasi 0 sampai 10 bar untuk 4-20 mA. Hitung arus keluaran pada 6,5 bar dan nyatakan asumsinya.

      See the worked solution

      Asumsinya skala linear, rentang tekanan 0 sampai 10 bar, dan rentang arus 4 sampai 20 mA. Kepekaannya (20−4)/(10−0)=1,6(20 - 4)/(10 - 0) = 1{,}6 mA/bar, sehingga arusnya 4+6,5×1,6=4+10,4=14,44 + 6{,}5 \times 1{,}6 = 4 + 10{,}4 = 14{,}4 mA.

    2. Transmiter pada loop 2 kawat bercatu 24 V DC mensyaratkan tegangan minimum 10 V dan menurut lembar datanya harus dapat mengalirkan 21 mA untuk sinyal kegagalan atas; resistansi kabel pergi-pulang 80 Ω. Hitung beban loop maksimum dan tentukan apakah modul PLC dengan resistor 250 Ω dapat dipakai.

      See the worked solution

      Rbeban,maks=(24−10)/0,021=667R_\text{beban,maks} = (24 - 10)/0{,}021 = 667 Ω, dan beban terpasang 80+250=33080 + 250 = 330 Ω di bawahnya, sehingga modul 250 Ω dapat dipakai; tegangan transmiter pada 21 mA =24−0,021×330=17,1= 24 - 0{,}021 \times 330 = 17{,}1 V, di atas 10 V. Hitungan dengan 20 mA memberi 700 Ω, dan pada loop yang mepet beban seperti itu menahan sinyal kegagalan atas di bawah 21 mA sehingga tidak terbaca sebagai kegagalan.

    3. Pt100 terukur 119,4 Ω. Perkirakan suhunya dengan pendekatan linear R=R0(1+A t)R = R_0(1 + A\,t), lalu dengan persamaan Callendar-Van Dusen lengkap untuk t≥0t \ge 0. Berapa selisihnya, dan apakah selisih itu berarti dibanding toleransi kelas B?

      See the worked solution

      Linear: t=(119,4/100−1)/(3,9083×10−3)=49,6t = (119{,}4/100 - 1)/(3{,}9083 \times 10^{-3}) = 49{,}6 °C. Lengkap: B t2+A t−0,194=0B\,t^2 + A\,t - 0{,}194 = 0 memberi t=50,0t = 50{,}0 °C, diperiksa dengan R(50)=119,40R(50) = 119{,}40 Ω. Selisih 0,4 °C timbul karena suku BB diabaikan, dan toleransi kelas B pada 50 °C hanya 0,3+0,005×50=0,550{,}3 + 0{,}005 \times 50 = 0{,}55 °C, sehingga pendekatan linear memakan sebagian besar anggaran toleransi dan tidak dipakai untuk pemeriksaan atau kalibrasi.

    4. Layar menampilkan level tangki 100 % terus-menerus padahal tangki kosong; sensornya transmiter hidrostatik 4-20 mA dan PLC memotong tampilan pada 100 %. Sebutkan dua kemungkinan penyebab yang berbeda arus loop-nya dan jelaskan dengan NE 43.

      See the worked solution

      Pertama, arus ≥ 21 mA: transmiter melaporkan kegagalan dengan arah atas atau kabel loop terhubung singkat, dan PLC yang tidak dikonfigurasi mengenali NE 43 menampilkannya sebagai 100 %, bukan alarm. Kedua, arus sekitar 20 mA yang sah: tekanan tinggi benar-benar terasa karena lubang ukur atau pipa impuls tersumbat endapan sehingga tekanan terkurung, atau membran sensor rusak atau bergeser titik nolnya setelah tekanan lebih.

    5. Arus loop yang diukur dengan tang mA pada kabel berpelindung berayun antara 11 dan 13 mA walaupun proses stabil. Sebutkan dua kemungkinan penyebab dan tindakan perbaikan masing-masing.

      See the worked solution

      Pertama, pelindung dibumikan di dua titik berbeda potensial sehingga arus 50 Hz mengalir di pelindung; tindakannya mengikuti petunjuk pabrikan, umumnya membumikan hanya di panel dan menginsulasi ujung sensor, atau memperbaiki ikatan ekuipotensial bila dua ujung diminta. Kedua, kabel sinyal sejajar dekat kabel motor, VFD, atau pemanas; kabel dipindah ke konduit atau talang terpisah atau diberi partisi (528.1) dan disilangkan tegak lurus (444.4.2 d)). Sebelum menyalahkan kabel, bandingkan bacaan tang dengan tegangan di resistor 250 Ω atau meter seri, karena tang mA dapat terpengaruh medan kabel daya; pengukuran di panel dilakukan personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD.

    6. Meter air memberi satu pulsa setiap 0,5 L, dan penghitung PLC mencatat 240 pulsa dalam 60 s. Hitung laju aliran dalam L/min dan m³/jam, lalu jelaskan bagaimana PLC memakai data ini untuk mendeteksi keadaan tidak normal pada suplai air mesin.

      See the worked solution

      Q=(240×0,5)/60=2Q = (240 \times 0{,}5)/60 = 2 L/s =120= 120 L/min, dan 120×60=7 200120 \times 60 = 7\,200 L/jam =7,2= 7{,}2 m³/jam. PLC membandingkan laju terukur dengan laju yang diharapkan untuk tahap pengisian; bila laju di bawah ambang, misalnya 50 L/min, selama selang yang ditetapkan, PLC memberi alarm aliran rendah yang mengarah ke saringan tersumbat, pompa suplai melemah, atau kebocoran pipa suplai.

    Referensi

    External sources

    • IEC 60751:2022 (Ed. 3.0), Industrial platinum resistance thermometers and platinum temperature sensorswebstore.iec.ch
    • IEC 60751:2022 (Ed. 3.0), pratinjau resmi: lingkup, persamaan 4.2, kelas toleransi 5.2, konfigurasi kawat 5.5cdn.standards.iteh.ai
    • IEC 60584-1:2013 (Ed. 3.0), Thermocouples, Part 1: EMF specifications and toleranceswebstore.iec.ch
    • IEC 60381-1:1982 (Ed. 2.0), Analogue signals for process control systems, Part 1: Direct current signalswebstore.iec.ch
    • Clarifying some details of NAMUR NE 43, zona saturasi dan kegagalan (sekunder)orion-technical.com
    • NAMUR, NE 43 has been revised (revisi 26 Juli 2021)namur.net

    Revision history

    DateVersionChange
    October 29, 20263Revised to the chapter standard
    October 20, 20262Expanded in wave R10: worked examples, stop conditions, and cross-chapter references
    September 30, 20261First published

    How to cite

    Kurnia (2026). Sensor proses dan transmiter: suhu, tekanan, level, aliran, dan loop 4–20 mA. ARSTEMA Academy. Revised October 29, 2026. arstema.com/academy/konsep/sensor-proses-dan-transmiter-suhu-tekanan-level-aliran-dan-loop-4-20-ma

    Self-check · 3 questions

    Check your understanding before moving on

    Write your answer in your own words, then compare it with the worked solution from this chapter’s exercises. The system doesn’t judge open answers as right or wrong; you decide which parts you’ve understood.

    0/3rated
    1

    Transmiter tekanan dikonfigurasi 0 sampai 10 bar untuk 4-20 mA. Hitung arus keluaran pada 6,5 bar dan nyatakan asumsinya.

    2

    Transmiter pada loop 2 kawat bercatu 24 V DC mensyaratkan tegangan minimum 10 V dan menurut lembar datanya harus dapat mengalirkan 21 mA untuk sinyal kegagalan atas; resistansi kabel pergi-pulang 80 Ω. Hitung beban loop maksimum dan tentukan apakah modul PLC dengan resistor 250 Ω dapat dipakai.

    3

    Pt100 terukur 119,4 Ω. Perkirakan suhunya dengan pendekatan linear R=R0(1+A t)R = R_0(1 + A\,t), lalu dengan persamaan Callendar-Van Dusen lengkap untuk t≥0t \ge 0. Berapa selisihnya, dan apakah selisih itu berarti dibanding toleransi kelas B?

    Self-assessment progress0%

    Nearby chapters

    NextKalibrasi instrumen dan ketertelusuran

    Reading order by shelf: Electrical & Control · Chapter 61.

    PreviousSensor diskret: proximity, fotolistrik, sakelar batas, dan pengawatan PNP/NPN

    Reading order by shelf: Electrical & Control · Chapter 59.

    Same disciplineTegangan, arus, resistansi, dan daya

    Bab lain dalam Teknik Elektro dan Elektronika.