Pengukuran teknik

3,958 views
3,653 views

Published on

Published in: Automotive
0 Comments
4 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
3,958
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
2
Actions
Shares
0
Downloads
1,100
Comments
0
Likes
4
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Pengukuran teknik

  1. 1. Judul buku: PENGUKURAN TEKNIK Oleh Raldi Artono Koestoer The author has more than 20 years of teaching and research experience in thermalfluid engineering sciences at University of Indonesia Faculty of Engineering. ISBN 979-97726-1-3 Cover design oleh Ahmad Fauzan. Finishing gambar oleh Ahmad Fauzan. Pendorong semangat: Nandyputra, Harinaldi, Yulianto, Engkos, Imansyah dll.Sponsor: Laboratorium Perpindahan Kalor, Teknik Mesin FTUI. Penerbit : Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Univ. Indonesia Diperkenankan mengutip, mengcopy, menggandakan baik sebagian maupun seluruh isi buku ini. HAK CIPTA DILINDUNGI OLEH UNDANG-UNDANG
  2. 2. KATA PENGANTAR Buku PENGUKURAN TEKNIK, Rasanya sudah beberapa kali saya menerbitkan buku dan diktat mengenai Pengukuran Teknik. Akan saya coba urut seingat saya dari sejak tahun 1993 dalam bentuk kertas ketikan yang mungkin waktu itu halamannya hanya berjumlah 40 an. Tahun 1996 dibuat dalam bentuk yang lebih baik oleh Nandy Setiadi sehingga bisa disebut diktat Pengukuran Teknik. Tahun 1997, dalam bentuk penyelesaian soal-soal dari buku Holman (Engineering Measurement) yang kemudian terbit atau dipublikasi diluar oleh penerbit Andi Offset tahun 1998. Setelah mengalami perubahan yang cukup banyak dan masih saja tetap terasa kurang dan tak pernah sempurna, jadilah buku Pengukuran ini, yang boleh dibilang saya paksakan selesai karena akan digunakan untuk bahan kuliah bagi mahasiswa Fakultas Teknik UI, Departemen Teknik Mesin, program Internasional tahun 2005 dalam bentuk buku-elektronik. Beberapa perbaikan format dan disain telah dilakukan sehingga buku ini bisa terbit sebagai buku normal biasa pada tahun 2005 ini. Kritik dan saran dari pembaca akan diterima dengan lapang dada. Jakarta, 01 Nov 2004. Raldi Artono Koestoer i
  3. 3. DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ........................................................................................................ i BAB 1 PENGUKURAN TEKANAN .............................................................................. 1 1.1. Sistem Pengukuran................................................................................................ 1 1.1.1. Tahap Detektor – Transduser ...................................................................... 2 1.1.2. Tahap Intermediate...................................................................................... 2 1.1.3. Tahap Pembacaan........................................................................................ 2 1.2. Sistem Penginderaan Listrik ................................................................................. 3 1.2.1. Transduser Tahapan Variabel ...................................................................... 3 1.2.2. Transformator Diferensial........................................................................... 4 1.2.3. Transduser Kapasitif ..................................................................................... 5 1.2.4. Transduser Piezoelektrik............................................................................. 5 1.2.5. Transduser Fotoelektrik .............................................................................. 6 1.2.6. Transduser Regangan Tahanan ................................................................... 7 1.3. Sistem Pengukuran Tekanan ................................................................................. 9 1.3.1. Manometer Tabung ................................................................................... 10 1.3.2. Tabung Bourdon........................................................................................ 11 1.3.3. Pengukur Diafragma ................................................................................. 12 1.4. Transduser Tekanan ............................................................................................ 14 1.4.1. Konsep Kerja Umum ................................................................................ 15 1.4.2. Mekanisme Gerakan Transduser............................................................... 15 1.4.3. Elemen dari Transduser Tekanan Diferensial dan Gauge ......................... 16 1.4.4. Aplikasi-aplikasi Khusus Transduser Tekanan Diferensial dan Gauge .... 16 1.5. Industrial Pressure Switch................................................................................... 17 1.5.1. Cara Pengoperasian................................................................................... 19 1.5.2. Penyetelan Tekanan................................................................................... 19 1.5.3. Beberapa Jenis Media Operasi yang Sesuai Digunakan ........................... 22 1.5.4. Spesifikasi Teknis Industrial Pressure Switch........................................... 23 1.5.5. Transduser Tekanan Diferensial dengan Kristal Kuarsa Sebagai Sensor . 25 1.6. Jenis-Jenis Transduser Tekanan Diferensial Dan Gauge .................................... 26 1.6.1. Differensial Pressure Transduser Model WGT-420 .................................. 26 1.6.2. Modus Diferensial Pressure Transduser.................................................... 28 1.6.3. Seri PX80 Thick Film ............................................................................... 30 1.6.4. TO-8 PC Board Mount.............................................................................. 32 1.6.5. Micromachined Pressure Transducer for Noncorrosive Dry Gases.......... 32 1.6.6. Pressure Transducer P3 MB...................................................................... 33 1.6.7. Beberapa hbm Diferensial Pressure Transduser ....................................... 33 1.6.8. PX80-MV Wet/Wet Low Differential- Strain Gauge Pressure Transducer .. 34 1.6.9. PX82-MV Wet/Wet Low Differential – Strain Gauge Pressure Transducer. 34 1.6.10. PX81-MV Wet/Wet High Accuracy-Differential Strain Gauge Pressure Transducer................................................................................................. 35 ii
  4. 4. 1.6.11. Model 264/C264 Very Low Differential................................................... 35 1.6.12. Model 239/C239 High Accuracy Low Range Differential Pressure ........ 36 1.6.13. Tank Level Differential............................................................................. 36 1.6.14. Differential Pressure Transducer Produk Megatron ................................. 38 1.6.15. Sable System International Transduser Tekanan PT-100P........................ 38 1.6.16. New Delta Plus Transduser Tekanan Diferensial Multiguna .................... 40 1.6.17. Transduser Tekanan Produk Sensotec Model Yang Tersedia.................... 41 1.6.18. SP 100 ....................................................................................................... 42 1.6.19. Psi-100 Milivolt Output Pressure Transducer........................................... 44 1.6.20. Semi-Conductor Pressure Transducer....................................................... 48 BAB 2 PENGUKURAN TEMPERATUR...................................................................... 49 2.1. Pengantar Termoelektrik ..................................................................................... 49 2.2. Fenomena Termoelektrik .................................................................................... 52 2.2.1. Perpindahan Kalor Konduksi.................................................................... 52 2.2.2. Rugi-rugi Joule.......................................................................................... 53 2.2.3. Efek Seebeck............................................................................................. 53 2.2.4. Efek Peltier................................................................................................ 54 2.2.5. Efek Thompson ......................................................................................... 55 2.2.6. Konstruksi Instrumen................................................................................ 55 2.2.7. Pengukuran Potensial................................................................................ 55 2.2.8. Material ..................................................................................................... 56 2.3. Pengukuran Temperatur ...................................................................................... 59 2.3.1. Termokopel ............................................................................................... 60 2.3.1.1. Prinsip Kerja Termokopel............................................................ 60 2.3.1.2. Kombinasi Logam Termokopel ................................................... 63 2.3.1.3. Metode Pengukuran Termokopel................................................. 67 2.3.1.4. Termokopel Praktis...................................................................... 69 2.3.1.5. Model Termokopel....................................................................... 70 2.3.2. Resistance Thermometer Derector (RTD’s).............................................. 74 2.3.2.1. Bahan RTD .................................................................................. 77 2.3.2.2. Efek Pemanasan Sendiri RTD ..................................................... 79 2.3.2.3. IEC 751 : Standar dan Toleransi RTD ......................................... 79 2.3.2.4. IEC 751 : Kode Warna................................................................. 80 BAB 3 PENGUKURAN KECEPATAN ALIRAN ......................................................... 82 3.1. Dasar Teori Flowmeter........................................................................................ 82 3.1.1. Bagian-bagian Fisik Flowmeter................................................................ 82 3.1.2. Unjuk Kerja Flowmeter ............................................................................ 82 3.1.3. Metoda Kalibrasi Flowmeter .................................................................... 84 3.2. Klasifikasi Flowmeter Berdasarkan Pendekatan Energi ..................................... 84 3.2.1. Pendekatan Energi Ekstraktif.................................................................... 85 3.2.2. Flowmeter Penghasil Diferensial Tekanan ............................................... 86 3.2.3. Flowmeter Penghasil Pulsa : Turbin Flowmeter....................................... 92 3.2.4. Flowmeter dengan Efek Seret : Rotameter ............................................... 92 3.2.5. Flowmeter Anjakan Positif : Rotating Disk Flowmeter............................ 93 3.3. Transduser Aliran................................................................................................ 93 3.3.1. Elemen-elemen Sensor Aliran Tekanan Diferensial ................................. 94 3.3.2. Elemen-elemen Sensor Aliran Mekanik ................................................... 94 iii
  5. 5. 3.3.3. Sensor Aliran Oleh Karakteristik Fluida................................................... 96 3.4. Liquid Flowdual.................................................................................................. 96 BAB 4 SISTEM KENDALI ......................................................................................... 103 4.1. Sistem Akuisisi ................................................................................................. 105 4.1. Relay ................................................................................................................. 107 4.3. Penguat.............................................................................................................. 107 4.3.1. Karakteristik dan Parameter Penguat...................................................... 107 4.3.2. Rangkaian Penguat Dasar ....................................................................... 109 4.3.3. Rangkaian Penguat Yang Digunakan...................................................... 112 4.4. Multiplekser / Demultiplekser .......................................................................... 114 4.5. Konverter Analog – Digital............................................................................... 114 4.6. Pemakaian Sambungan Rujukan....................................................................... 115 Pemakaian Sambungan Rujukan............................................................................... 115 4.6.1. Karakteristik dan Parameter OP-AMP.................................................... 121 4.6.2. Persyaratan Catu Daya Untuk OP-AMP................................................. 126 4.6.2.1. Penerapan Stabilitas Rangkaian................................................. 127 4.6.2.2. Rangkaian Penyangga (Buffer) ................................................. 128 4.6.2.3. Sambungan Rujukan.................................................................. 128 4.6.2.4. Pemilihan Catu Daya ................................................................. 129 4.7. Level Control Relay.......................................................................................... 131 4.7.1. Komponen............................................................................................... 132 4.7.2. Prinsip Kerja ........................................................................................... 137 4.7.3. Perhitungan Matematis dari LCR ........................................................... 138 BAB 5 STRAIN GAUGE DAN LOADCELL ............................................................. 139 5.1. Sensor Gaya Elektrik dan Elektronik................................................................ 139 5.1.1. Komponen – Komponen Sistem ............................................................. 140 5.1.2. Cara Kerja Dasar dari Load Cell............................................................. 140 5.1.3. Strain Gage.............................................................................................. 142 5.1.4. Kompensasi Strain Gage......................................................................... 143 5.1.5. Strain Gage dan Pengukuran Perubahan Tahanan Yang Kecil................ 144 5.1.6. Pemakaian Strain Gage Data .................................................................. 145 5.1.7. Penempelan Strain Gage ......................................................................... 145 5.1.8. Perubahan Tahanan Pada Strain Gage .................................................... 146 5.1.9. Proses Peningkatan Tegangan Pada Strain Gage Amplifier.................... 146 5.2. Load Cell........................................................................................................... 147 iv
  6. 6. DAFTAR GAMBAR, TABEL & GRAFIK Gambar 1-1 Diagram Blok Sistem Pengukuran .............................................................1 Table 1-1 Berbagai Macam Peralatan Pengukuran ........................................................3 Gambar 1-2 Potensiometer Dengan Beban ...................................................................4 Gambar 1-3 Transformator Diferensial ..........................................................................4 Gambar 1-4 Skema Transduser Kapasitif ......................................................................5 Gambar 1-5 Efek Piezoelektrik........................................................................................6 Gambar 1-6 Efek Fotoelektrik .........................................................................................7 Gambar 1-7 Skema Jembatan Wheatstone ...................................................................8 Gambar 1-8 Rangkaian Jembatan Yang Dikompensasi Terhadap Temperatur ...........9 Gambar 1-9 Berbagai Macam Tekanan ........................................................................10 Gambar 1-10 Skema Manometer Tabung U ................................................................ 11 Gambar 1-11 Skema Tabung Bourdon .........................................................................12 Gambar 1-12 Skema Diafragma ...................................................................................13 Gambar 1-13 Diafragma yang Dilengkapi Pengukur Regangan Tahanan .................13 Gambar 1-14 Diafragma Bergelombang ......................................................................13 Gambar 1-15 Gambar Alat Industrial Pressure Switch ...............................................18 Gambar 1-16 Dimensi Industrial Pressure Switch ......................................................18 Gambar 1-17 Komponen (Stock No.317-134 Source : Terry Francis - RS International UK) ...............................................................................................19 Grafik 1-1 Histerisis Pegas Merah .................................................................................21 Grafik 1-2 Histerisis Pegas Putih (Standar Terpasang)...............................................21 Grafik 1-3 Histerisis Pegas Biru ....................................................................................22 Table 1-2 Beberapa Jenis Media Operasi .....................................................................23 Table 1-3 Data Teknis Pegas Biru (6702-OB), Putih (6702-OW) dan Merah (6702- v
  7. 7. OR) .........................................................................................................24 Grafik 1-4 Kisaran Penyetelan Diferensial ...................................................................24 Gambar 1-18 Differential Pressure Transducer model WGT-420. (left) Enclosure Mounting, (right) Snap-In Mounting ...................................................27 Table 2-1 Limit Temperatur dan Karakteristik Beberapa Termoelektrik ...................58 Table 2-2 Titik Rujukan Untuk Kalibrasi .......................................................................59 Gambar 2-1 Prinsip Kerja Termokopel .........................................................................60 Gambar 2-2 Efek Peltier ................................................................................................60 Gambar 2-3 Efek Thompson .........................................................................................61 Gambar 2-4 Hukum Logam Perantara .........................................................................62 Gambar 2-5 Hukum Temperatur Perantara .................................................................62 Table 2-3 Logam-Logam yang Bisa Digunakan Dalam Pengukuran Temperatur Termoelektrik ..............................................................................................63 Table 2-4 Kabel Perluasan Termokopel ........................................................................64 Table 2-5 Gaya Gerak Listrik Yang Dihasilkan Termokopel Tipe-K (sambungan rujukan pada 0o) .........................................................................................65 Gambar 2-6 Contoh Gambar Produk Termokopel Yang Dikeluarkan Pabrik .............65 Gambar 2-7 Rangkaian Metoda Defleksi ......................................................................66 Gambar 2-8 Rangkaian Metode Potensiometer ...........................................................67 Gambar 2-9 Industrial Terrmokopel .............................................................................70 Gambar 2-10 Enclosed Thermocouple Probe and Heat ..............................................70 Gambar 2-11 Hand-held Probe and Pipe Probe ...........................................................71 Gambar 2-12 Duty Industrial Metal Sheated and High Temperature Ceramic Sheated Thermocouples With Terminal Head Assemblies ................................72 Gambar 2-13 Therrmocouple Connecctors ..................................................................73 Gambar 3-1 Pengukuran Aliran Dengan Elemen Sensor Tekanan Diferensial: (a) Orifis, (b) Venturi, (c) Pitot, (d) Persimpangan Sentrifugal (siku), (e) Persimpangan Sentrifugal (loop), (f) Nosel, (g) Pengukuran Tingkat Aliran.....93 vi
  8. 8. Gambar 3-2 Contoh Liquidflowdual ..............................................................................94 Gambar 3-3 Turbin Flowmeter ......................................................................................97 Gambar 4-1 Diagram Loop Terbuka ...........................................................................102 Gambar 4-2 Diagram Blok Loop Tertutup ..................................................................102 Gambar 4-3 Diagram Blok Sistem Akuisisi ................................................................104 Gambar 4-4 Lambang Penguat Dasar ........................................................................105 Gambar 4-5 Pembanding Tegangan ...........................................................................107 Gambar 4-6 Penguat Membalik ..................................................................................108 Gambar 4-7 Penguat Tak Membalik ...........................................................................109 Gambar 4-8 Penguat Pengikut Tegangan ..................................................................109 Gambar 4-9 Penguat Selisih Tegangan ...................................................................... 110 Gambar 4-10 Sistem Penguat Instrumentasi ............................................................ 111 Gambar 4-11 ADC 0804 Yang Dirangkai Untuk Operasi Kontinyu........................... 113 Gambar 4-12 Metode-metode Konvensional Untuk Menerapkan Suhu Rujukan Dalam Rangkaian Termokopel ....................................................................... 114 Gambar 4-13 Metode Kompensasi dengan Dua Kawat Logam ................................ 115 Gambar 4-14 Kompensasi dengan Prinsip Potensiometer ........................................ 115 Gambar 4-15 Kompensasi dengan Termostat ........................................................... 116 Gambar 4-16 Kompensasi Sambungan Rujukan dengan Bridge ............................. 117 Gambar 4-17 Diagram Blok OP-Amp ......................................................................... 118 Gambar 4-18 Gambar Simbol Skematis OP-Amp Standar ....................................... 119 Gambar 4-19 Penolakan Modus Sekutu .....................................................................122 Gambar 4-20 Penguat Selisih Tegangan ....................................................................124 Gambar 4-21 Gambar Rangkaian Penyangga ...........................................................126 Gambar 4-22 Gambar Rangkaian OP-Amp dan Sambungan Rujukan.....................128 Gambar 4-23 Isolation Probe and Voltage AC Probe ................................................134 Gambar 5-1 Contoh Load Cell .....................................................................................139 Gambar 5-2 Contoh Strain Gage ................................................................................140 vii
  9. 9. Gambar 5-3 Sirkui Kompensasi Strain Gage .............................................................141 Table 5-1 Perbandingan Gage Factor Berbagai Jenis Strain Gage ...........................142 ..............................................................................................................145 Gambar 5-4 Contoh Load Cell .....................................................................................146 viii
  10. 10. BAB 1 PENGUKURAN TEKANAN 1.1. Sistem Pengukuran Mengukur adalah membandingkan parameter pada obyek yang diukur terhadap besaran yang telah distandarkan, sedangkan pengukuran merupakan suatu usaha untuk mendapatkan informasi deskriptif-kuantitatif dari variabel-variabel fisika dan kimia suatu zat atau benda yang diukur, misalnya panjang 1m atau massa 1 kg dan sebagainya. Secara umum sistem pengukuran dapat dibagi menjadi tiga tahap, yaitu (Beckwith, 1981) : • Tahap detektor - transduser • Tahap intermediat, pengkondisian sinyal • Tahap pembacaan, untuk jelasnya dapat dilihat pada gambar 1.1 Tahap pertama data dari obyek dibaca oleh sensor, kemudian dikondisikan pada tahap intermediat dan akhirnya data tersebut memasuki tahap akhir seperti tampilan hasil, kendali dan sebagainya. Gambar 1-1 Diagram Blok Sistem Pengukuran 1
  11. 11. 1.1.1. Tahap Detektor – Transduser Fungsi utama tahap ini adalah mendeteksi atau merasakan adanya perubahan besaran fisik pada obyek yang diukur. Tahap ini harus kebal terhadap pengaruh lain yang tidak dikehendaki, misalnya sensor gaya tidak boleh terpengaruh oleh percepatan atau sensor percepatan linier, tidak boleh berubah oleh perubahan percepatan sudut. Tetapi hal tersebut tidak pernah didapati secara ideal, perubahan-perubahan kecil oleh variabel lain tersebut masih dapat diterima selama masih berada dalam batasan-batasan yang diizinkan. 1.1.2. Tahap Intermediate Tahap ini adalah tahap penkondisian sinyal yang dihasilkan pada tahap pertama agar dapat dinyatakan ke tahap terakhir. Perlakuan yang dilakukan pada tahap ini biasanya penyaringan, penguatan dan transformasi sinyal. Fungsi umum tahap ini adalah meningkatkan kemampuan sinyal ke level yang mampu mengaktifkan tahap akhir. Peralatan pada tahap ini harus dirancang sedemikian rupa agar sesuai dengan kondisi antara tahap pertama dan tahap terakhir. 1.1.3. Tahap Pembacaan Tahap ini mengandung informasi dalam level yang dapat disensor oleh manusia dan/atau perangkat kendali. Jika keluaran diharapkan dapat dibaca oleh manusia, maka lebih sering berbentuk : • gerakan relatif, misalnya jarum penunjuk skala atau gerakan gelombang pada osiloskop, • digital, bentuk ini mempresentasikan angka-angka, misalnya odometer mobil, termometer digital dan sebagainya. Berikut ini akan diberikan beberapa contoh peralatan menyangkut ketiga tahap diatas. 2
  12. 12. Tahap I Sensor-Transduser Tahap II Pengkondisian Sinyal Tahap III Pembacaan Mekanik : pegas, diafragma, tabung bourdon dsb. Mekanik : rodagigi, peluncur, cam, dsb. Indikator : skala, kolom likuid, dsb. Hidrolik : orifice, venturi pelambung, dsb. Optik : Fotoelektrik fotovoltaik, dsb. Elektrik : Tahanan, kapasitif, dsb. Hidrolik : pipa, katup, dsb. Digital : layar numerik Optik : Lensa, serat - optik dsb. Rekorder : Pencetak, perekam, dsb. Elektrik : Penguat, filter, dsb. Kendali : relay, katup pengaman, dsb. Table 1-1 Berbagai Macam Peralatan Pengukuran sumber (Beckwith, 1981) 1.2. Sistem Penginderaan Listrik Seperti diuraikan sebelumnya bahwa transduser dapat mengubah bentuk sinyal ke sinyal yang lain agar dapat dibaca pengamat, tetapi pengubahan sinyal kebentuk sinyal listrik akan menjadi lebih baik karena dalam bentuk ini besaran tersebut lebih mudah diukur. Pada bagian ini akan dibahas beberapa piranti yang dapat mentransformasikan suatu bentuk sinyal ke sinyal listrik (Holman, 1985). 1.2.1. Transduser Tahapan Variabel Transduser ini merupakan piranti yang sangat umum yang dapat dibuat dalam kontak geser pada kawat luncur, kontak geser pada kumparan kawat, atau yang dapat digerakkan menurut gerakan sudut. Piranti ini sering dikenal dengan potensiometer tahanan (resistance potentiometer). Transduser tahanan ini berguna untuk mengubah perpindahan linier atau perpindahan sudut menjadi sinyal listrik. 3
  13. 13. Gambar 1-2 Potensiometer Dengan Beban 1.2.2. Transformator Diferensial Prinsip kerjanya adalah tiga buah kumparan yang disusun secara linier dengan inti magnet yang dapat disusun secara linier dengan inti magnet yang dapat digerakkan dengan bebas didalam kumparan itu. Skemanya dapat dilihat pada gambar 1. 3 Gambar 1-3 Transformator Diferensial Tegangan masukan arus bolak balik diberikan pada kumparan tengah. Tegangan keluaran dari kedua kumparan ujung, bergantung pada pasangan magnet antara inti dan kumparan, yang berubah menurut gerakan inti. 4
  14. 14. 1.2.3. Transduser Kapasitif Seperti terlihat pada gambar 4 kapasitansi kapasitor tersebut ditentukan oleh : Equation 1-1 dengan ε = konstanta dielektrik A = luas plat yang berimpit d = jarak antara plat Susunan plat ini dapat digunakan untuk mengukur perubahan dalam arah gerak d atau perubahan luas A melalui perubahan kapasitansi. Alat ini banyak digunakan untuk mengukur perubahan tinggi permukaan zat cair. Gambar 1-4 Skema Transduser Kapasitif 1.2.4. Transduser Piezoelektrik Gambar 1.5 memperlihatkan skema piezoelektrik. Kristal piezoelektrik (piezoelectric) ditempatkan diantara plat elektrode, bila kedua plat diberikan gaya maka kristal tersebut akan mengalami deformasi. Dengan kristal tersebut tertentu, deformasi ini akan mengakibatkan timbulnya beda potensial pada permukaan kristal, pengaruhnya disebut efek piezoelektrik. 5
  15. 15. Gambar 1-5 Efek Piezoelektrik Muatan induksi kristal tersebut sebanding dengan gaya yang diberikan. Equation 1-2 dengan Q = muatan (coulomb) d = konstanta piezoelektrik F = Gaya (N) Tegangan keluar kristal adalah : Equation 1-3 dengan t = tebal kristal (m) p = tekanan (Pa) g = kepekaan tegangan (V.m/N). 1.2.5. Transduser Fotoelektrik Transduser Fotoelektrik Transduser fotoelektrik (photoelectric transducer) mengubah berkas cahaya menjadi sinyal listrik, seperti tampak pada gambar 1. 6. 6
  16. 16. Gambar 1-6 Efek Fotoelektrik Cahaya menimpa sebuah katoda fotoemisif dan membebaskan elektron, yang ditarik kearah anoda, dengan demikian arus listrik mengalir. Katoda dan anoda ditempatkan dalam sampul gelas atau kuarsa, yang dihampakan. 1.2.6. Transduser Regangan Tahanan Pengukur regangan tahanan (Resistance strain gage) merupakan piranti yang banyak dipakai untuk pengukuran regangan. Prinsip dasarnya sama dengan potensiometer tahanan, dimana konduktor akan berubah tahanannya jika mengalami suatu deformasi mekanis. Biasanya konduktor tersebut disatukan dengan spesimen yang akan diukur. Sebuah rangkaian jembatan dapat dipakai untuk memodifikasi piranti ini, seperti terlihat pada gambar 1. 7 berikut ini. 7
  17. 17. Gambar 1-7 Skema Jembatan Wheatstone Tegangan listrik pada detektor diberikan oleh : Equation ‎1-4 Jika jembatan itu dalam keadaan seimbang, maka ED = 0. Misalkan R1 adalah tahanan yang dapat berubah karena regangan. Andaikan jembatan seimbang pada waktu tidak ada regangan, dan Equation ‎1-5 tahanan akan berubah sebesar ∆R1 pada regangan sebesar ε. Tegangan listrik karena regangan : 8
  18. 18. Gambar 1-8 Rangkaian Jembatan Yang Dikompensasi Terhadap Temperatur ∆ED yang dihasilkan akan sangat kecil sehingga perlu diperkuat. Keluaran yang dihasilkan akan berubah dengan berubahnya temperatur pada benda uji dengan meletakkan R2 berada pada temperatur yang sama dengan R1 maka pengaruh temperatur dapat dikompensasi, seperti terlihat pada gambar 1. 8. 1.3. Sistem Pengukuran Tekanan Tekanan (pressure) adalah gaya yang bekerja persatuan luas, dengan demikian satuan tekanan identik dengan satuan tegangan (stress). Dalam konsep ini tekanan didefinisikan sebagai gaya yang diberikan oleh fluida pada tempat yang mewadahinya. Tekanan mutlak (absolute pressure) adalah nilai mutlak tekanan yang bekerja pada wadah tersebut. Tekanan relatif atau tekanan pengukuran (gage pressure) adalah selisih antara tekanan mutlak dan tekanan atmosfir. Tekanan vakum atau hampa (vacuum) menunjukkan seberapa lebih tekanan atmosfir dari tekanan mutlak ( Holman, 1985). Grafik dibawah ini menunjukkan perbedaan diantara ketiga tekanan diatas. 9
  19. 19. Gambar 1-9 Berbagai Macam Tekanan Beberapa satuan tekanan yang umum dipakai : 1 atm (atmosfir) = 14,696 psi = 1,01325 x 105 (Pa) = 760 mmHg 1 Pa (paskal) = 1 (N/m2) 1 Torr = 1 mmHg 1 Bar = 105 Pa Pada bagian berikut ini akan diuraikan beberapa peralatan yang sering digunakan untuk pengukuran tekanan (Holman, 1985) 1.3.1. Manometer Tabung Manometer sangat banyak digunakan untuk pengukuran tekanan fluida pada keadaan stedi. Gambar 1.10 memperlihatkan sebuah manometer tabung U. Perbedaaan tekanan yang tidak diketahui p dengan tekanan atmosfir, Pa , merupakan fungsi ketinggian h. 10
  20. 20. Gambar 1-10 Skema Manometer Tabung U Pembacaan pada skala tersebut dinyatakan oleh : Equation ‎1-6 atau Equation ‎1-7 dengan P : tekanan yang akan diukur pa : tekanan atmosfir ρm : densitas fluida manometer ρf : densitas fluida transmisi Manometer dapat pula dipasang dalam posisi miring agar mendapat skala yang lebih teliti. 1.3.2. Tabung Bourdon Pengukur tabung Bourdon banyak digunakan untuk pengukuran tekanan statik, harganya relatif murah, tetapi cukup dapat diandalkan. Konstruksi tabung Bourdon dapat dilihat pada gambar 1. 11. Tabung Bourdon biasanya mempunyai penampang elips dan konfigurasi "C". Bila terdapat tekanan dalam tabung tersebut, akan terjadi deformasi elastik pada tabung, yang dalam keadaan ideal sebanding dengan tekanan. Ujung pengukur ini dihubungkan dengan suatu penghubung Berpegas yang memperbesar perpindahan dan mengubahnya menjadi gerakan putar pada jarum penunjuk. Penghubung 11
  21. 21. itu dibuat sedemikian rupa sehingga mekanisme tersebut dapat diukur untuk memberikan kelinieran yang optimum. Gambar 1-11 Skema Tabung Bourdon 1.3.3. Pengukur Diafragma Pengukur diafragma merupakan piranti deformasi elastis yang banyak digunakan dalam pengukuran tekanan. Dalam gambar 1. 12 diperlihatkan diafragma rata diberi perbedaan tekanan Ρ1 - Ρ2. Diafragma ini akan mengalami defleksi sesuai dengan perbedaan tekanan tersebut. Pada diafragma dipasang pengukur regangan tahanan untuk mengetahui deformasi, seperti terlihat pada gambar 1.13. Keluaran dari pengukur ini merupakan fungsi tegangan setempat, yang tentunya sangat berhubungan dengan defleksi diafragma dan beda tekanan tersebut. Defleksi pada umumnya linier dengan ∆Ρ jika defleksi tersebut kurang dari 1/3 tebal diafragma. 12
  22. 22. Gambar 1-12 Skema Diafragma Gambar 1-13 Diafragma yang Dilengkapi Pengukur Regangan Tahanan Untuk memudahkan respon linier dalam jangkauan defleksi yang lebih luas dan mengatasi kendala sepertiga tebal diafragma dapat dibuat dengan bentuk bergelombang seperti gambar 1.14. Gambar 1-14 Diafragma Bergelombang 13
  23. 23. 1.4. Transduser Tekanan Transduser tekanan digunakan pada industri saat-saat ini cenderung tampil khas. Badan dengan bentuk bulat, batang ber-stainless steel dengan sambungan pipa pada salah satu akhirnya dan sebuah kabel di akhir yang lain. Stainless steel digunakan dikarenakan ketangguhannya yang tinggi dan ketahanannya terhadap korosi. Dimulai dengan pipa yang berulir di bagian akhir, suatu port atau pembuka mempunyai diafragma stainless steel didalamnya guna melindungi elemen sensor dari media yang sedang diukur (berupa tekanan zat cair atau gas). Ujung lain dari diafragma terdapat satu sisi dari elemen sensor. Elemen aktual yang ada adalah strain gauge, yakni elemen resistif dimana resistansi berubah dengan sejumlah regangan yang diberlakukan padanya. Resistor geser ini membentuk satu kaki dari sirkuit jembatan. Sisi lain dari elemen regangan adalah port referensi dimana merupakan rujukan dari port pengukur. Semua transduser punya 2 sisi tersebut. Bila salah satu sisi mempunyai hubungan tekanannya sendiri (pressure connection) dan alat tersebut disebut transduser tekanan diferensial. Konvensinya disebut Pounds per Square Inch Differential (PSID). Sementara, menghubungkan salah satu port dengan tekanan atmosfir memungkinkan terukurnya tekanan gauge (PSI Gauge), dengan alatnya berupa transduser tekanan gauge. Ada 2 jenis konvensi tekanan gauge yang berbeda yakni: sealed gauge dan vented gauge. Pengukuran sealed gauge dilakukan dengan menghubungkan port tekanan pada wadah yang di-sealed yang bertekanan atmosfir (ditulis PSISG). Masalah yang timbul dengan skala PSISG ini adalah, nilai yang sama pada ‘ketinggian kaki air (feet air)’ akan terbaca berbeda tergantung pada tekanan barometrik lokal. Lebih jauh lagi, transduser ini didesain untuk mencegah media (zat) ambien memasuki badan transduser. Aplikasinya dibuat dengan atmosfir parsial dari Helium yang dikurung di dalam. Penggunaan PSI Vented Gauge (PSIVG) terlihat pada proses perbandingan tekanan dengan ventilasi lokal yang terbuka terhadap tekanan atmosfer sehingga mengeliminasi setiap perubahan dengan perubahan tekanan barometrik. Sementara itu, dikenal pula transduser dengan tekanan absolut, dimana acuannya 14
  24. 24. adalah ruang hampa udara. Biasanya, tampilan transduser ini rapat tertutup. Beberapa transduser absolut ini direferensikan dengan ubub atau kapsul. Konvensinya adalah PSI Absolute (PSIA). 1.4.1. Konsep Kerja Umum Dalam transduser tekanan terdapat unit yang disebut pressure force summing device. Alat ini mendeteksi dan mengkonversi tekanan menjadi anjakan positif, yang melahirkan transduksi listrik.Alat-alat ini misalnya berupa diafragma, convoluted / corrugated diaphragm, kapsul dan ubub serta tabung Bourdon. Entitas-entitas yang dilibatkan pada pressure force summing adalah massa, konstanta pegas dan frekuensi alami. Berikut ini adalah rumus frekuensi alami, yakni: Equation ‎1-8 dimana : fn = frekuensi alami K = konstanta pegas M = massa Penambahan gaya dapat dikonversikan menjadi variasi dari alat listrik yang berbeda. Umumnya, jenis sensor transduksi dan alat penambah gaya tergantung pada jumlah mechanical travel, dalam konteks ini adalah bentuk diferensial dan tekanan gauge. 1.4.2. Mekanisme Gerakan Transduser Sejumlah besar transduser dilibatkan pada gerakan umum, anjakan dari titik yang pasti, atau paling tidak dalam bentuk posisi terhadap rujukan tertentu. Komponenkomponennya dalah potensiometer, synchro dan linear variable differential transformer (LVDT). Komponen-komponen ini memungkinkan timbulnya sinyal listrik dan mekanik, yakni: 1. Potensiometer terdiri dari dasar, elemen resistansi, kontak listrik (tap), slider, dan poros serta bantalan. Jenis-jenis potensiometer adalah : konduktif plastik 15
  25. 25. (putaran tunggal), wire-wound rotary trimmer, dan rectilinear. 2. Synchro menyediakan indikasi mekanis dari posisi poros sebagai hasil masukan atau keluaran listrik yang menggambarkan beberapa fungsi dari anjakan angular poros. Jenis-jenisnya adalah torsi, kontrol dan resolver (induksi). 3. LVDT adalah elemen induktif silang yang utama. LVDT menghasilkan sinyal listrik yang proporsional dengan anjakan linear dari badan transduser. Ada 2 elemennya yakni armature (penghasil tegangan listrik dari kumparan primer ke sekunder) dan transformer. 1.4.3. Elemen dari Transduser Tekanan Diferensial dan Gauge Transduser tekanan diferensial dan gauge dikategorikan ke dalam transduser pasif. Transduser pasif merespon dengan bergerak secara mekanis guna menghasilkan suatu perubahan listrik. Dalam konteks ini, elemen yang terdapat pada transduser tekanan diferensial dan gauge adalah elemen strain-gage, yang akan dijelaskan lebih lanjut pada bab berikut. 1.4.4. Aplikasi-aplikasi Khusus Transduser Tekanan Diferensial dan Gauge Aplikasi khusus berarti penggunaan konsep dasar transduser tekanan diferensial dan tekanan gauge pada kasus-kasus tertentu yang khas dimana kekhasan ini bertitik tolak pada kondisi pemakaian, sensor khusus dan komponen-komponen spesifik. Berikut ini adalah aplikasi-aplikasi khusus dari transduser tekanan diferensial dan tekanan gauge, yakni: • Transduser Aliran (Flow Transducers) • Compact Differential-Pressure Transducer • Transduser Tekanan Diferensial dengan Kristal Kuarsa Sebagai Sensor • Pengukuran tekanan rendah • Diaphragm meter 16
  26. 26. 1.5. Industrial Pressure Switch Industrial Pressure Switch adalah suatu alat berupa saklar tekanan yang banyak digunakan di bidang industri dalam kondisi pengukuran yang bersifat heavy-duty. Dalam pengukuran tekanan, saklar ini terletak pada tahap awal pengukuran, yaitu tahap sensortransduser. Pressure switch ini memungkinkan pengguna mengatur dan menyesuaikan tekanan dalam kisaran yang diinginkan serta menset ulang (preset) hysteresis pada tekanan yang meningkat dan menurun. Bentuk luar saklar ini berupa rumah saklar dengan tutup yang terisolasi ganda dengan kode IP65. Kerja saklar ini dilakukan oleh dua buah saklar mikro (microswitches) tipe RS V3 yang disetel untuk menunjukkan perubahan sebesar ± 2 psi (pada 50 psi) pada tekanan yang meningkat. Pressure switch ini disertai tiga buah pegas dengan kode warna yang berbeda-beda yang masing-masing mewakili kisaran-kisaran tekanan sehingga total ketiganya berkisar antara 20 psi hingga 200 psi. Pegas untuk kisaran tengah, yaitu pegas berwarna putih dipasang sebagai standar. Keadaan tekanan secara pendekatan dapat dilihat melalui suatu bukaan kecil pada tutup (rumah saklar) dan posisi sekrup pengatur tekanannya dapat dikunci pada posisi yang diinginkan dengan menggunakan kunci segienam 1,5 mm A/F. Pemasangan kabel dilakukan melalui lubang tap M20 yang sesuai untuk kabel listrik yaitu RS Cable Glands atau RS Flexible Conduit. Input tekanan masuk melalui penghubung kuningan dengan standar 1⁄4inci BSP dan diafragma disegel pada posisinya agar aman. Bahan yang mengalami kontak dengan sistem tekanan adalah brass & nitrile rubber sehingga saklar tersebut sesuai untuk digunakan bersama fluida apapun yang berfungsi sebagai media operasi. 17
  27. 27. Spesifikasi Teknis Umum : Kisaran Tekanan : 20 – 200 psi (tiga pegas) Overpressure maksimum : 500 psi Keakuratan : ± 1% (pada temperatur konstan) Kisaran Temperatur operasi : -50C - +700C Penyetelan Histeresis : 4 setelan Umur mekanis : 106 operasi Kerja saklar dgn. 2 saklar mikro V3SPDT terpisah Rating : 250V – 1A Penghubungan tekanan : Penghubung BSP 1⁄4 inci Material kontak dgn. fluida : brass nitrile rubber Material rumah saklar : Flame retardent Glass nylon Material pegas : High Tensile Steel Material Diafragma : Reinforced nitrile rubber Gambar 1-15 Gambar Alat Industrial Pressure Switch Gambar 1-16 Dimensi Industrial Pressure Switch 18
  28. 28. Keterangan Gambar : A – Adjusting Screws B – Locking Screws C – Knob D – Locking Screw (M3) E – Retaining Clip F – Springs (Red/White/Blue) G – Fulcrum Point 1 – Common Electrical Connection 2 – Electrical Connection (opens on pressure rise) 3 – Electrical Connection (closes on pressure rise) Gambar 1-17 Komponen (Stock No.317-134 Source : Terry Francis - RS International UK) 1.5.1. Cara Pengoperasian Saklar ini di set untuk beroperasi antara ± 2 psi (pada 50 psi) untuk tekanan yang meningkat. Titik trip relatif antara dua saklar bisa diatur sampai batas tertentu dengan melonggarkan sekrup pengunci B dan memutar sekrup pengatur A. Hal ini menyebabkan saklar bisa beroperasi pada dua tekanan yang berbeda atau melakukan operasi secara bersamaan pada tekanan naik dan turun. 1.5.2. Penyetelan Tekanan Terdapat tiga pegas dengan kode warna yang bekerja pada jangkauan berikut : - Merah : 20 – 50 psi (1,4 – 3,5 bar) - Putih : 40 – 100 psi (2,7 – 6,9 bar) dipasang sebagai standar - Biru : 80 – 200 psi (5,5 – 13,8 bar) 19
  29. 29. Sekrup penyetelan tekanan bisa diatur tanpa melepas tutup dengan memutar kenop C. Jika diperlukan kenop ini bisa dikunci dengan menggunakan sekrup M3 D yang mempunyai 1,5 mm /AF lubang segienam. Perkiraan penyetelan tekanan bisa dilihat melalui bukaan kecil pada tutup . Apabila saklar diperlukan untuk beroperasi pada kisaran tekanan tertentu maka pegas dapat diganti sesuai kisaran tekanan yang diperlukan .Untuk mengganti pegas, putar sekrup penyetel hingga nilai terendah dan lepaskan penahan E. Buka sekrup pengunci D, teruskan membuka sekrup penyetel tekanan dan lepaskan dari rumah saklar .Setelah itu pegas dapat dilepas dan diganti .Pemasangan pegas pengganti harus benarbenar terpasang dengan baik kembali .Untuk pemasangan kembali perhatikan urutan pemasangan. Histeresis pada saklar , yaitu perbedaan tekanan yang terjadi pada saat saklar bekerja pada tekanan meningkat dan pada saat tekanan menurun, dapat diatur dengan menggerakkan titik fulcrum G pada actuator lever .Hal ini dapat dilakukan dengan memindahkan sekrup pengunci pada dudukan titik fulcrum .Dudukan dilepas dari tempatnya dan dipindahkan ke posisi yang diinginkan. Actuator lever harus ditahan selama titik fulcrum dipindahkan untuk memudahkan pemasangan dan untuk mencegah pegas lever terlepas dari tempatnya. Diafragma tekanan disegel pada posisinya dan tidak dapat dipindahkan atau diganti serta tidak mudah dirusak. Selain itu, untuk alasan keamanan, tidak diperkenankan mengoperasikan saklar dengan tutup terbuka. Karakteristik operasi saklar tekanan dengan penggunaan ketiga pegas di atas dan pengaturan histeresis yang berbeda-beda ditunjukkan pada ketiga grafik di bawah. 20
  30. 30. Grafik 1-1 Histerisis Pegas Merah Grafik 1-2 Histerisis Pegas Putih (Standar Terpasang) 21
  31. 31. Grafik 1-3 Histerisis Pegas Biru 1.5.3. Beberapa Jenis Media Operasi yang Sesuai Digunakan Berikut ini terdapat beberapa jenis media operasi yang dapat digunakan beserta taraf kesesuaiannya masing-masing : Pressure / Vacuum Medium 6702 (No. Kode Produk) S Aseton Amonia (cair) S Amil Alkohol - 200C S Cairan rem otomotif S Bir S Butan R Karbon dioksida kering R Asam sitrat R Tembaga sulfat (larutan) S Udara mampat R Cutting oil R Diesel Oil R 22
  32. 32. Larutan deterjen R Bensin R Glikol R Hydraulic oil R Hidrogen R Minyak pelumas R Susu S Mineral oil R Gas alam R Oksigen hingga 700C R Minyak tanah R Larutan plat (krom) S Air garam S Air Limbah R Terpentin R Cuka S Air R Table 1-2 Beberapa Jenis Media Operasi Ket. : R = Recommended ; S = Suitable with modification 1.5.4. Spesifikasi Teknis Industrial Pressure Switch Spesifikasi teknis alat Industrial Pressure Switch baik menggunakan pegas biru (6702-OB), putih (6702-OW) atau merah (6702-OR) secara umum sama. Perbedaan antara ketiganya hanya terletak pada kisaran tekanan yang dapat diukurnya dan kisaran penyetelan diferensial pada masing-masing jenis pegas. Data-data teknis dengan masing-masing jenis pegas dapat dilihat pada tabel berikut : Parameter 6702-OR 6702-OW 6702-OB Kisaran tekanan (psi) 20-40 40-100 80-200 Kisaran tekanan (bar) 1,4-3,5 2,76-6,84 5,52-13,74 Penghubung tekanan Brass 1⁄4”BSP Brass 1⁄4”BSP Brass 1⁄4”BSP Kode warna pegas Merah Putih Biru 23
  33. 33. Kisaran penyetelan diferensial Lihat grafik Lihat grafik Lihat grafik Ketahanan thd. Tekanan 500 psi 500 psi 500 psi Keakuratan penyetelan ± 10% ± 10% ± 10% Kisaran temperatur -50C - +700C -50C - +700C -50C - +700C Electrical Data Switch 2 pole change over 2 pole change over 2 pole change over Contact rating nominal 21(8)A250V 21(8)A250V 21(8)A250V Enclosure rating to IEC 144 IP65 ; Class II isolasi ganda IP65 ; Class II isolasi ganda IP65 ; Class isolasi ganda Masukan kabel Kawat kabel listrik M20 Kawat kabel listrik M20 Kawat kabel listrik M20 Rumah saklar Glass loaded nylon Glass loaded nylon Glass loaded nylon Pegas Baja pegas Baja pegas Baja pegas Diafragma Reinforced nitrile Reinforced nitrile Reinforced nitrile Kontak dengan medium Brass/nitrile Brass/nitrile Brass/nitrile Bobot (dalam gram) 300 300 300 Table 1-3 Data Teknis Pegas Biru (6702-OB), Putih (6702-OW) dan Merah (6702OR) Grafik 1-4 Kisaran Penyetelan Diferensial 24
  34. 34. Industrial Pressure Switch merupakan alat berupa saklar tekanan yang digunakan untuk keperluan industri. Saklar ini berfungsi sebagai tahap awal pengukuran, yaitu tahap sensor-transduser. Pressure switch ini disertai tiga buah pegas dengan kode warna yang berbeda yang mewakili kisaran tekanan mulai 20 psi hingga 200 psi. Input tekanan masuk melalui penghubung kuningan kemudian menuju diafragma. Karakteristik operasi saklar tekanan yang menggunakan satu dari ketiga pegas di atas memberikan histeresis yang berbeda-beda. 1.5.5. Transduser Tekanan Diferensial dengan Kristal Kuarsa Sebagai Sensor Tipe instrumen ini dapat digunakan untuk memonitor tekanan diferensial, atau tekanan absolut. Sebagai contoh, unit tipe ini dapat digunakan dalam penghubung dengan pelat orifis, venturi, atau elemen aliran utama lainnya untuk mengukur aliran; dan untuk meneruskan signal pneumatik. Unit-unit ini dapat juga digunakan untuk mengukur densitas atau gravitasi tertentu, tingkat-tingkat interface antara cairan, dan tingkat-tingkat cairan dalam wadah tertutup. Setiap instrumen terdiri atas compact meter body (Barton) dan transmiter gerakan (Moore). Dalam operasi (aplikasi aliran), tekanan diferensial digunakan melawan ubub dalam tubuh meteran. Ubub ini, tercantum dalam ruang tegangan rapat terpisah, dihubungkan dengan batang tengah umum. Tekanan diferensial menyebabkan pemasangan ubub untuk menggerakkan jumlah proporsional ditentukan oleh elastisitas ubub, jangkauan pegas, dan torsi tabung. Ubub kedua diisi dengan cairan (standarnya ethylene elycol) dan dihubungkan secara internal melalui pesan dalam pelat yang di tengah. Sebagai peningkatan diferensial, cairan digantikan dari satu ubub ke yang lainnya. Jika diferensial melebihi jangkauan operasi muatan, ubub akan terus berpindah sampai cincin O pada batang tengah melawan pelat tengah. Hal ini memindahkan cairan dalam ubub memperbolehkan untuk meneruskan peningkatan sampai tingkat tekanan statik penuh tubuh meteran tanpa menyebabkan kerusakan-karena cairan isi, menjadi 25
  35. 35. tidak dapat ditekan, serta mencegah pergerakan tambahan. Gerakan transmiter beroperasi dalam hal yang sama seperti yang diterangkan sebelumnya. Transduser terdiri dari kristal kuarsa, ubub ganda, sebuah pivot dan berat pembobot yang seimbang. Dalam operasinya, tekanan diaplikasikan pada masukan P1 dan P2. Resonator kuarsa beroperasi pada kondisi vakum di dalam housing (case). Dengan diaplikasikannya tekanan melalui input-input pada ubub ganda, 2 gaya-gaya koaksial dan saling berlawanan akan diteruskan ke lengan tuas. Jika P1 dan P2 bernilai sama, tidak akan ada hasil-hasil gaya netto (resultan gaya=0). Jika P1 berbeda dengan P2, hanya gaya yang berbeda yang akan diaplikasikan pada balok kuarsa. Saat ubub dan kuarsa sama jauhnya dari pivot, gaya yang sama diaplikasikan pada balok sesegera ia dihasilkan ubub. Dengan pilihan daerah efektif ubub dan jarak lengan tuas, jangkauan tekanan dapat diperoleh dalam jangkauan frekuensi dan tingkat tekanan yang sama untuk resonator kuarsa tertentu. Pembobot disesuaikan dengan ukuran dan posisi guna menyakinkan bahwa pusat berat (akibat gravitasi) sesuai dengan titik pivot/sumbu. Penyesuaian ini membuat transduser tidak sensitif terhadap akselerasi linear, mengingat bahwa tiada lengan momen untuk kerja/perlakuan dari gaya-gaya. 1.6. Jenis-Jenis Transduser Tekanan Diferensial Dan Gauge 1.6.1. Differensial Pressure Transduser Model WGT-420 • Jangkauan rendah dari 1.5" Wg • Snap-in track mounting • Harga rendah dengan ketelitian 1 % 26
  36. 36. Gambar 1-18 Differential Pressure Transducer model WGT-420. (left) Enclosure Mounting, (right) Snap-In Mounting Differential Pressure Transducer model WGT-420 telah dikembangkan terutama untuk HVAC dan aplikasi serupa. Model ini mengubah suatu perbedaan atau sinyal tekanan pengukur (gauge) udara menjadi sinyal 4-20 mA. Model ini memberikan ketelitian yang lebih tinggi pada biaya yang sama dengan model LPTB yang menggantikan. Sensor silikon yang baru memberikan karakteristik performance yang luar biasa dengan biaya rendah. Sebuah sinyal yang mempersiapkan sirkuit berjalan pada peralatan kawat 4-20 mA. Sinyal tekanan input, secara mekanis diperkecil untuk mengurangi sensitivitas pada perputaran dan fluktuasi tekanan jangka pendek. Integral zero dan penyetelan rentang dikalibrasi di pabrik untuk menentukan tingkat sinyal output dan mungkin dikalibrasi jika diperlukan. Desain sirkuit menghasilkan interaksi yang sangat kecil antara bentangan dan zero pots. Aplikasi sejenis dari alat ini meliputi pengontrolan HVAC untuk filter differential pressure (saringan perbedaan tekanan), fan static pressure (tekanan statik kipas), clean room pressure (tekanan ruangan bersih), variable air volume systems, dan velocity pressures (tekanan kecepatan). 27
  37. 37. DATA TEKNIS Ketelitian Output Batas Overload Temp. Operasi Kompensasi Temp. Hubungan tekanan Tegangan supply(Vs) Media Bagian basah DATA YANG DITAWARKAN WGT-420-010B ± 0 WGT-420-015 0 – WGT-420-020 0 – WGT-420-030 0 – WGT-420-050 0 – WGT-420-100 0 – : ± 1 % bentangan pada daerah dengan bentangan 3" w.g. atau lebih. 1.5 % pada bentangan yang lebih kecil. : 4-20 mA, 2 kawat : 3 x tekanan maksimum nominal 5 x tekanan maksimum nominal dengan Rezeroing : -20 + 70 C : 0 – 70 C : 0.180 OD dengan penyesuaian : 9 – 30 V dc : Udara dan cairan non-ionik : Gelas berisi nilon, spiral silikon, keramik alumina. – 1" Wg 1.5" Wg 2" Wg 3" Wg 5" Wg 10" Wg WGT-420 juga dapat disuplai dalam jangkauan tekanan PSI yang lebih tinggi. WGT-420 biasanya disediakan pada snap-in track. Model ini juga didesain untuk menyesuaikan pada lampiran yang sama yang kita gunan untuk temperatur yang ditempelkan pada pipa dan alat kelembaban. 1.6.2. Modus Diferensial Pressure Transduser Seri T yang ditawarkan dalam 4 model dasar yang hanya berbeda dalam persyaratan kekuatan dan output sinyal. 28
  38. 38. Model T10 Tiga kawat transmitter beroperasi dari 9,5–35 V dc. Tegangan output • standar adalah 0-1, 0-2, 0-5, dan 0-10 V dc. Model T20 Empat kawat transmitter beroperasi dengan kekuatan 24 V ac atau • 120 V ac. Outputnya adalah voltase. Isolasi antara input dan output adalah 1500 Vrms. Output dapat memasukkan (sink) atau menghasilkan (source) 3,5 mA. Model T30 Dua kawat transmitter mendapatkan kekuatan dari loop sinyal dan • memerlukan 10 – 35 V dc tergantung dari ketahanan loop. Output-nya adalah 4-20 mA. Unit ini terlindung terhadap polaritas terbalik. Model T40 Empat kawat transmitter memerlukan kekuatan 24 V ac atau 120 V • ac dan menghasilkan output 4-20 mA. Isolasi antara input dan output adalah 1500 Vrms. Ketahanan penerima berkisar antara 0 – 650 ohm. DATA TEKNIS Ketelitian : ± 1 % dari jangkauan (termasuk non-linearitas dan histeresis) Penyetelan : Nol dan bentangan adalah non- interaktif dengan memakai 20-turn potensiometer untuk resolusi yang baik. Daerah : 0,1”, 0,2", 0,3", 0,5", 1,0", 2,0", 3,0", 5,0", 10,0", Water Column Differential, tekanan pengukuran 29
  39. 39. (gage pressure) atau hampa udara Media : cocok untuk udara atau gas-gas mulia. Overpressure : 8 x tekanan relatif. Pressure Ports : 3/16” Diameter untuk 1/8” atau 5/32 I.D Tygon atau Tabung polyutrethane; 1/4" O.D tabung polyethelene. Saringan utuh pada kedua bagian. DATA YANG DITAWARKAN daerah T-(model) 10=voltase 001=0,1” 3 kawat 010=1,0" tekanan nol pada - = 4 mA 20=voltase 4 kawat 30=2 kawat 4-20 mA 002=0,2” 020=2,0" 003=0,3” 030=3,0" A = 8 mA 40=4 kawat 4-20 mA 004=0,4” 050=5,0” 005=0,5” 100=10,0” C = output yang terbalik B = 12 mA 1.6.3. Seri PX80 Thick Film • Jangkauan Tegangan : 0-1 s.d 0-5000 psi • Tekanan Differensial : 0-100 mbar s.d 0-350 bar. Pengukuran tekanan differensial berkisar antara ± 100mbar sampai ± 350 bar dengan tekanan garis (line pressure) sampai 6000 psi. FM/ CSA diakui aman secara instrinsik. (CE pada Amplified Output). • Hubungan Tekanan : 1/4 NPT ≤ 700 psi : 1/8 NPT > 700 psi Adapter Metrik tersedia. • Output : 2 mV/V; 0-5 Vdc; 4-20 mA ± 10 % • Zero Balance : + 4 mA + 10% -2 % penyesuaian. 30
  40. 40. • Akurasi Linearitas : ≤ 30 psi 0.5 % FSO / > 30 psi 0.25 % FSO Linearitas, Histerisis, dan mampu ulang (Repetability) dikombinasikan. • Pembangkitan (Excitation) Disarankan : 12-40 Vdc Maksimum : 40 Vdc • Jangkauan Temperatur Jangkauan Operasi : ≤ 30 psi -34 s.d 93°C (-30 s.d 200°F)/ > 30 psi -46 s.d 107°C (-50 s.d 225°F) Jangkauan dibenarkan : ≤ 30 psi -1 s.d 54°C (+30 s.d 130 °F)/ > 30 psi 17 s.d 71 °C ( 60 s.d 160 F) • Efek Temperatur Nol : ≤ 30 psi 0.022% FSO/°C / > 30 psi 0.018% FSO/°C Rentang : ≤ 30 psi 0.022% FSO/°C/ > 30 psi 0.009% FSO/°C • Komponen Basah (Wetted Part) ≤ 30 psi 316 Stainless Steel / >30 psi 17-4 PH Stainless Steel. • Penyimpangan Kelebihan Tekanan 2000 psi atau 150% lebih besar • Tekanan Ledakan 6000 psi minimum • Contoh Pesanan PX80B5-001DI 31
  41. 41. 1.6.4. TO-8 PC Board Mount Seri Aplikasi MODEL 1800 Kalibrator portabel, pengukur aliran diferensial, alat-alat medis elektronik Custom design High pressure scanners: Foxboro/ICT memodifikasi model 1800 menjadi 8 transduser dengan menggabungkan epoxy khusus untuk meningkatkan kemampuan tekanan bagian belakang sementara menjaga spesifikasi dengan ketat. Hal ini memperluas range model 1800 dari 0-50 sampai 0-500 PSI. Media compatibility Range tekanan Gas dan cairan non-korosif 0-3 dan 0-50 PSIG, PSIA, dan PSID 0-100 PSIG, PSIA 0-150 PSIG Output Nominal 100 mV-pembangkit arus Nominal 40 mV-pembangkit tegangan Eksitasi Nominal 1,5 mA atau 10 V DC Range temperatur-operating-compensated -40 sampai 121 C -1 sampai 54 C 0,125% dari span BFSL Akurasi khusus 1.6.5. Micromachined Pressure Transducer for Noncorrosive Dry Gases Kelompok tranduser tekanan XCX tersedia dalam tiga tingkat penampilan, dan model penampilan tertinggi menyediakan kombinasi linear dan kesalahan histeresis <±0.25% FS dan kesalahan temperatur <±0.5% FS. Sensor tersedia dalam 8 jangkauan tekanan, 0 sampai 0.3 psi, sampai, 0 sampai 150 psi dan dalam versi gauge, diferensial, dan tekanan absolut. Model 15-psia, ketelitian 1% berharga <$18 (1000). Data Instruments Inc, Acton, MA. (508) 264-9550. 32
  42. 42. 1.6.6. Pressure Transducer P3 MB Special features: • Pengukuran perubahan statik dan dinamik dalam tekanan, gelombang tekanan, dan fluktuasi • Jangkauan pengukuran dari 0...10 bar sampai 0...3000 bar • Posisi pemasangan seperti yang diinginkan • Tersedia versi Eex I • Sistem pengukuran regangan ukur • Tahan karat • Perlindungan untuk IP 67 • Pengukuran tekanan diferensial dengan hubungan paralel tranduser 1.6.7. Beberapa hbm Diferensial Pressure Transduser Nama produk Kegunaan Tekanan nominal min. / max. Tipe tranduser Kelas ketepatan P3MB tekanan diferensial 1 bar / 5 bar Pasif 0.2 PD1 tekanan diferensial 0.01 bar / 10 bar Pasif 1/2 PDE300 tekanan diferensial 0.1 bar / 2 bar instrumen tekanan pengukuran dengan tampilan dan 4..20mA 0,5 33
  43. 43. 1.6.8. PX80-MV Wet/Wet Low Differential- Strain Gauge Pressure Transducer • Konstruksi baja tahan karat • Tersedia dari 1 sampai 5000 PSID • Persen ketidaklinearan F.S.O. 0,50 (< 30 PDSID), atau 0,75 (> 30 PSID) • Persen histeresis F.S.O. 0,15 (< 30 PSID), atau 0,10 (> 30 PSID) • Persen kedapatan diulang F.S.O. 0,10 (< 30 PSID), atau 0,10 (> 30 PSID) • Tersedia pilihan yang sesuai keinginan untuk material, terminal tekanan, dan penghubung • Kemampuan menangkap sinyal FM • Tersedia dalam metrik • Garis tekanan di atas 6000PSI • Keluaran tersedia dalam 5V dan 4 sampai 20mA 1.6.9. PX82-MV Wet/Wet Low Differential – Strain Gauge Pressure Transducer • Konstruksi baja tahan karat • Tersedia dari 50 inci sampai 800 inci H2O • Ketelitian kombinasi 0,5% • Tersedia pilihan yang sesuai keinginan untuk material, terminal tekanan, dan penghubung • Kemampuan menangkap sinyal FM • Garis tekanan di atas 1500PSI • Keluaran tersedia dalam 5V dan 4 sampai 20mA 34
  44. 44. 1.6.10. PX81-MV Wet/Wet High Accuracy-Differential Strain Gauge Pressure Transducer • Ketelitian tertinggi 0,25%FS • Konstruksi baja tahan karat • Tersedia dari 5 sampai 500 PSID • Ketelitian kombinasi 0,25% • Tersedia pilihan yang sesuai keinginan untuk material, terminal tekanan, dan penghubung • Keluaran tersedia dalam 5V dan 4 sampai 20mA 1.6.11. Model 264/C264 Very Low Differential • Mengukur tekanan diferensial atau gauge (statik) dan mengubah perbedaan tekanan ini menjadi sebuah output listrik yang proporsional untuk range tekanan tak berarah atau dua arah. • Dua versi: model 264 pressure transducer dengan sebuah output 0-5V DC; dan model C-264 pressure transmitter dengan sebuah output 2-wire, 4-20 mA. • Digunakan dalam Building Energy Management System, transduser ini mampu mengukur tekanan dan aliran dengan akurasi yang dibutuhkan untuk pemberian tekanan pada gedung dan pengendalian aliran udara yang baik. • Diafragma stainless-steel, dan sebuah elektroda terinsulasi. • Tipe pengukuran: diferensial yang sangat rendah. • Range: 0-0,1; 0,25; 0,5; 1; 2,5; 5; 10; 25; inci WC 0-±0,1; 0,25; ±0,5; ±1; ±2,5; ±5 inci WC. • Akurasi ±% skala penuh: 1,00 standar atau 0,25 dan 0,4 optional (RSS method). • Efek termal ±% skala penuh/100°F: 3.3 zero dan span digabungkan. • Media compatibility: udara atau gas-gas inert. • Output: model 264 = 0 sampai 5 V DC; model C-264 = 4 sampai 20 mA. 35
  45. 45. • Enclosure Option: model 872 electrical enclosure untuk seri 264 pressure transducer dengan penutup Lexan yang mudah dipasang dan lubang saluran standar 1⁄2 inci. 1.6.12. Model 239/C239 High Accuracy Low Range Differential Pressure • Dirancang khusus untuk pengukuran akurasi tinggi dari tekanan rendah. • Dirancang agar sederhana dan dapat diandalkan. • Perlindungan overpressure positif yang tinggi diperoleh dengan elektroda sensor yang berperan sebagai penutup diafragma. • Aplikasi: pengendalian HVAC, pendeteksian kebocoran, pengujian lingkungan, R&D scientific, fume hood control. • Tipe pengukuran: diferensial. • Range: 0-0,5; 1; 2,5; 5; 15; 30 inci WC. 0-±0,25; ±0,5; ±1; ±2,5; ±7,5; ±15 inci WC 0-5; 10 PSID 0-±2,5; ±5 PSID • Akurasi ±% skala penuh: 0,14 standar atau 0,073 optional (RSS method). • Efek termal ±% skala penuh/100°F: 1,0 maksimum zero, 1,0 maksimum span. • Media compatibility: high pressure port, gas atau cairan yang sesuai dengan stainlesssteel, aluminium, dan Buna-N, low pressure port, udara kering yang bersih, atau gas inert. • Output: model 239 = 0-5V DC. Model C239 = 4-20 mA. 1.6.13. Tank Level Differential Seorang operator perlu mengetahui level differential cairan di antara dua tangki. 36
  46. 46. Setiap tangki terbuka sehingga tekanan pada dasar tangki linear dan proporsional dengan level sebenarnya pada setiap tangki. Transduser tekanan penunjuk regangan dipasang pada dasar setiap tangki yang menjadi sinyal input milivolt kepada Action Paka 4081-0000 Bridge Input Field Configurable Isolator. AP4081 menyediakan eksitasi 1 sampai 10 V kepada transduser dan menerima range input yang lebar dari 10 mV sampai lebih dari 200 mV, juga range input yang bipolar (±200 mV). Output configurable AP4081 dipasang pada range 5 V. Terminal output negatif AP4081 kemudian dihubungkan sehingga menghasilkan differensial dari kedua sinyal output positif. Sebuah Action Paka 4380-2000 DC Input Field Configurable Isolator dipasang untuk menerima input bipolar ± 5V dan menyediakan output 4-20 miliampere. Ketika kedua tangki sama levelnya, sinyal output dari AP4380 akan konstan 12 mA. Jika tangki A levelnya lebih tinggi dari tangki B, sinyal arus akan meningkat di atas 12 mA. Sebaliknya, jika tangki A levelnya lebih rendah dari tangki B, sinyal arus akan menjadi di bawah 12 mA. Keluarga Ultra Slimpaka dapat digunakan untuk menghasilkan hasil yang sama. Menggunakan dua G448-0002 Strain Gauge Isolator dan satu G408-0001, dapat dirakit sebuah sistem yang identik. 37
  47. 47. 1.6.14. Differential Pressure Transducer Produk Megatron Pressure Transducer Tipe Range tekanan nominal (bar) Pengukuran tekanan Toleransi linearity (% skala penuh) Hysteresis (% skala penuh) MPD 0,6…10 Tekanan diferensial <± 0,7 <± 0,2 Pressure fittings 2 nosel 5,2mm Solder pins Sambungan listrik Protection class IP Tanpa elektronik Supply tegangan (V DC) 5 typ. 16 maksimum 8…14 Output nominal (mV/V) Range temperatur pemakaian (°) -25…85 Koefisien temperatur (% skala penuh/10K) pada ≤ ± 0,5 output 0 Koefisien temperatur (% skala penuh/10K) pada ≤ ± 0,5 output nominal MEGATRON menawarkan sensor tekanan semikonduktor monolitik yang terintegrasi (efek tahanan piezo) untuk jangkauan tekanan rendah dari 0,2 sampai 25 bar, untuk over pressure dan pengukuran tekanan absolut. Membran tekanan dan pengubah mekanik/elektrik pada transduser tekanan monolitik diproduksi pada satu bagian. Ini memungkinkan alat-alat tersebut untuk digunakan pada aplikasi yang paling kecil. Sensor tekanan semikonduktor khususnya cocok untuk merekam perbedaan kecil dari tekanan dikarenakan kepekaannya yang tinggi. 1.6.15. Sable System International Transduser Tekanan PT-100P Transduser tekanan yang sensitif digunakan dalam sejumlah besar penelitian dan aplikasi pengajaran, mulai dari Plethysmography dan deteksi pergerakan sampai dengan ke ventilasi biofisik, respirometer, pengukuran tingkat aliran, dan pemeriksaan integritas 38
  48. 48. sistem segel. Alat ini merupakan salah satu alat yang paling berguna dalam laboratorium fisiologi. Sebelumnya, jika Anda membutuhkan transduser tekanan yang tekanan yang sensitif, Anda harus membelinya dalam jumlah besar, delicate, dan primadona alat yang berubah-ubah dengan harga yang melambung, bersama-sama dengan amplifier strain gauge yang cocok. Transduser jenis ini sudah usang karena ketidakmampuan dan ketidaklinearannya, di luar dari harga yang melambung tinggi. Teknologi jelas terus berkembang. Alat yang dulu membutuhkan kabel strain gauge yang sulit pada sebuah floppy dan membran damage-prone, sekarang bisa dilakukan lebih baik dengan wafer silikon yang dietsa secara presisi, cukup tipis untuk dilenturkan secara mudah di bawah tekanan dan memiliki silikon strain gauge yang menyeluruh (integral), sensitivitasnya tinggi, dan temperature compensated. Wafer ini adalah transduser tekanan ideal yang menawarkan sensitivitas tinggi, aliran yang sangat rendah, resolusi yang mengesankan, dan merespon frekuensi. Sable system PT-100, berdasarkan elemen pengukur tekanan yang presisi dari wafer silicone, didesain untuk hubungan langsung ke sistem akuisisi data atau chart rekorder. Memiliki jangkauan dasar ±1250 Pa (ekivalen dengan ±10 Torr), dengan jangkau perolehan tambahan ±125 Pa dan ± 12.5 Pa. Keluaran voltase nominal (dari lubang BNC berkualitas tinggi) adalah sebesar 250,25 atau 2.5 Pa/V. PT-100 adalah transduser tekanan differensial. PT-100 mengukur perbedaan tekanan antara sampel dan terminal input referensi. Anda dapat menggunakan tekanan atmosfer sebagai referensi, atau lainnya yang lebih cocok dengan pengalaman Anda. Sebagai contoh, salah satu aplikasi menarik pengukuran perbedaan tekanan antara sebuah respirometer ruang tertutup (dengan absorbant CO2) dan termobarometer. Aktivitas ini membuat Anda dapat menyusun volume respirometer yang akurat dan volume konstan sensitif yang ideal untuk penggunaan dengan sistem data acquisition yang manapun. Kemungkinannya tak terhingga, hanya dibatasi oleh imajinasi Anda. Banyak aplikasi yang menginginkan pengukuran tekanan dengan perubahan kecil di berbagai tempat dengan jangkauan instrumen. PT-100 sangat baik dalam hal 39
  49. 49. ini, dengan keseimbangan penuh dan memperoleh kemampuan terhadap keseluruhan jangkauan instrumen. Kemampuan ini dapat membantu Anda mengurangi offset konstan dari output transduser tekanan dan meng-amplify deviasi dari nilai tersebut. Nilai offset adalah sekumpulan nilai yang berkualitas tinggi, ten-turn potensiometer. PT-100 bahkan memiliki tampilan terbaik yang tidak ditemukan padainstrumen komersial lain yang ada. Sebagai alterntif men-set nilai offset secara manual, alat ini dapat melakukannya secara otomatis, dengan menunda aliran tekanan jangka panjang tapi dengan hati-hati meng-amplify sinyal yang diinginkan dengan lebih cepat. Alat ini dapat melakukannya dalam 2 waktu konstan(10 atau 60 detik). Ini membuat PT-100 menjadi begitu alami, untuk aplikasi-aplikasi yang diinginkan seperti plethysmografi seluruh badan, dimana sinyal yang kecil dan bervariasi secara cepat melaju pada sinyal yang lebih besar dan bervariasi dengan lebih lambat. Di luar dari penggunaannya dalam penelitian, PT-100 sangat baik untuk pengajaran physiology karena kemampuan dan kemudahan pemakaiannya. PT-100 ideal untuk Spirometer. Dan karena PT-100 tidak menggunakan membran floppy sebagai elemen sensor, maka lebih kuat dan juga sensitif (sebuah kombinasi yang baik). Alat ini mampu mengambil 30 kali penuh tekanan skala penuh yang telah diatur tingkatannya, atau 1/3 tekanan differensial atmosfer. Perlakuan ini bisa menghancurkan sensor model lama yang hanya mampu menahan 1,5 kali beban sebelum membutuhkan pekerjaan perbaikan yang bisa mengeluarkan biaya lebih dari seluruh PT-100. 1.6.16. New Delta Plus Transduser Tekanan Diferensial Multiguna Penawaran terbaru Sensotec adalah Delta Plus Differensial Pressure Family yang didesain untuk aplikasi jangkau perbedaan tekanan yang paling luas. Produkproduk Delta Plus memperoleh kemultigunaannya melalui 1 set konfigurasi standar dan pilihan yang sangat bervariasi yang menyebabkan mereka dibuat untuk spesifikasi konsumen secara tepat. Konsumen dapat memilihnya dari bermacam-macam terminal tekanan (pressure ports), terminal elektrik, output sinyal, dan konfigurasi mesin untuk 40
  50. 50. memperoleh pemasangan sempurna untuk aplikasi yang ada dan baru. Delta Plus Dps menampilkan ketepatan ± 0.1% atau 0.25 % dan jangkauan skala penuh sebesar 10" H2O pada temperatur operasi dari -40 s.d 225°F. Output standar adalah 0-100 mV (nom), atau anda bisa memilih voltase yang di-amplify secara internal dan output langsung, termasuk safe 2-wire secara instrinsik. Unit-unit yang keras semuanya mengalami welding, dan terbuat dari Stainless Steel, bisa dikonfigurasikan baik untuk aplikasi wet/wet atau wet/dry dan juga baik dengan terminal tekanan in-line atau right-angled . Selain desainnya yang kompak dan ringan, Delta Plus mampu mengirimkan response frekuensi, output simetri yang luar biasa, dan sensivitas temperatur minimal. Kedua unit mampu menampilkan terminal basah (wet ports) yang efektif dengan fluida dan gas-gas yang setara dengan Stainless Steel 316L dan Hastelloy C-276. Terminal kering (dry ports) dibatasi untuk fluida dan gas-gas yang setara dengan kuarsa, silikon, steel, dan alumunium. 1.6.17. Transduser Tekanan Produk Sensotec Model Yang Tersedia Tipe-tipe TJE wet/wet differensial , Z wet/wet differensial , dan A-5 wet/wet differensial tersedia untuk tekanan 5,10,15,25,50,100, 200 dan 500 psi. Sensotec memanufaktur transduser tekanan differensial wet/wet dan wet/dry dan transmitter dalam jangkauan luas. Sensor ini dimanufaktur berupa standar, modifikasi standar, dan produk-produk biasa. Sensotec menawarkan transduser teknologi berjangkauan luas seperti bonded foil, semikonduktor, sputtered dan lain-lain, sehinnga sensor akan menyadiakan pengukuran terbaik yang mungkin dilakukan oleh kondisi lingkungan yang diaplikasikan. Unit-unit ini mengukur tekanan jangkauan luas: 0.5 psid s.d 10,000 psid. Sensotec Dps juga menawarkan tingkat ecepatan tinggi dan stabil; 0.1 % s.d 0.5 % F.S pada waktu berhubungan dengan temperatur serendah -100 s.d 325°F. Transduser biasa mampu 41
  51. 51. meng-handle temperatur diatas sebaik di bawah jangkauan ini. Jangkau output "on board" Sensotec bervariasi sekali. Ada yang termasuk 4 s.d 20 mA, 0 s.d 5 V, 0 s.d 20 mA, 1 s.d 10 Vdc, dan ± 5 Vdc, sebaik 0 s.d 20 Vdc. Kita juga bisa menyediakan amplifikasi in-line dan output digital seperti RS-232 atau RS-485. Sensotec juga menawarkan jangkauan luas dari ukuran termasuk miniatur transduser bersama-sama dengan tipe penghubung, yang mana termasuk kabel penghubung bawah air yang dapat dibawa menyelam. 1.6.18. SP 100 Model SP100 adalah sebuah transduser tekanan keras yang menggunakan sebuah jembatan pengukur regangan silikon yang dipasang pada sebuah diafragma rata untuk mengukur defleksi diafragma yang disebabkan oleh tekanan. Lubang tekanan yang ditutup dengan las terbuat dari 17-4 PH stainless steel, sehingga unit ini baik untuk digunakan dengan cairan yang korosif dalam kondisi lingkungan pada umumnya.Harganya ekonomis untuk aplikasi industri dimana rasio unjuk kerja-biaya yang tinggi sangat penting. Keistimewaan • Kecil, keras • Konstruksi stainless-steel • Lubang tekanan ditutup dengan las • Overpressure tinggi • Stabil, andal • Keandalan terbukti 42
  52. 52. SPESIFIKASI DASAR Performance Range standar 0-15, 30, 50, 100, 200, 500, 1000, 2000, 5000, 10.000 psi Overpressure 200% skala penuh Burst pressure 10x skala penuh atau 20.000 psi, mana yang lebih rendah Mechanical Material 17-4 PH CRES lubang dan case Pressure fitting 1/4 –18 NPT (MS33656-4 optional) Berat Maksimum 4 ons Environmental Temperatur Operating range -65 sampai +255°F Compensated range 0 sampai +130°F Efek termal On zero: ±0,01% skala penuh/°F On sensitivity: ±0,01% skala penuh/°F Electrical Eksitasi 10V DC atau AC nom Output 10mV/V ± 1% Akurasi ±0,5% skala penuh (Comb. L.H.R.) Resolution Tak terhingga Kesetimbangan nol ±1% skala penuh Impedansi output 500 ohm nom Impedansi Input 1700 ohm nominal Tahanan insulasi 50M/ohm minimum pada 50V DC 43
  53. 53. Penghubung Bendix PTIH-8-4P atau ekivalen (mate: PTO6-8-4S) 1.6.19. Psi-100 Milivolt Output Pressure Transducer 44
  54. 54. Range pengukuran akurat tekanan: 15-10.000 psi. Keistimewaan: • Biaya rendah • Akurasi (Linearity, Hysteresis, Repeatability): ±.25%F.S. • Hybrid compensation network untuk reliability • Output standar 10 mV/V (output yang lain tersedia) • Konstruksi: rugged all-stainless yang di las Transduser pengukur regangan dengan akurasi ±.25% skala penuh. PSI-100 menawarkan range tekanan (gauge atau absolut) dari 0-15 sampai 0-10.000 psi. Keistimewaannya adalah high burst pressure dan akurasi yang tinggi: .25%F.S. Sensor terdiri dari pengukur regangan piezoresistive yang terbuat dari silikon yang terpasang pada diafragma logam yang rata, yang terpasang pada konfigurasi jembatan wheatstone. Output disesuaikan untuk 100 mV skala penuh untuk seluruh range (10 mV/ Volt). Sensor, dengan hybrid compensation network, ditempatkan dalam sebuah housing yang seluruhnya terbuat dari stainless-steel untuk penggunaan di lingkungan yang buruk. PSI-100 ekonomis untuk seluruh pemakaian umum pengukuran tekanan dimana dibutuhkan unit yang hemat biaya dan memiliki keandalan tinggi. Dengan ukuran yang kecil (2 ons), hybrid compensation yang terintegrasi dan konstruksi yang keras membuat unit ini sebagai all purpose transducer yang baik dengan umur pemakaian yang lama untuk seluruh aplikasi pengukuran tekanan statis dan dinamis. SPESIFIKASI Unjuk Kerja Range tekanan (pengukur atau absolut) 0-15 sampai 10.000 psi standar Overpressure 2× skala penuh Burst Pressure 10× skala penuh atau 20.000 psi, mana yang lebih rendah 45
  55. 55. Volume lubang tekanan 0,05 in3 Output 10 mV/V ± 1% Akurasi (linearity, hyste-resis, dan repeatability) ± 0,25% dari skala penuh Kesetimbangan nol ± 1,0 % dari skala penuh Range Temperatur Thermal Zero Shift Thermal Sensitivity Shift -0°F sampai 130°F ±0,01% dari skala penuh / °F ± 0,01% dari skala penuh /°F (±0,02% untuk range temperatur optional atau 316S.S Resolution Tak terhingga Umur 10 juta pemakaian Electrical Eksitasi 10V DC (dianjurkan) 20V maksimum (DC atau AC) Impedansi input 1200Ω minimal Impedansi output ±500Ω Output / Input Non-isolated, floating, 4-wire Environmental Range temperatur pemakaian maksimum -65°F sampai +300°F Compensated range Optional range 0°F sampai 130°F standar -40°F sampai 250°F optional 46
  56. 56. Fisik Berat 2 ons Wetted materials Stainless-steel 17-4 P.H. (316 S.S.T. optional) (tanpa O-rings) Sesuai dengan 17-4 P.H. atau 316 S.S.T. Media Penghubung: Electrical Receptacle: Bendix PT1H-8-4 P atau ekivalen Mating Connector: Bendix PT06A-8-4S(SR) atau ekivalen Circuit view End view Side view 47
  57. 57. 1.6.20. Semi-Conductor Pressure Transducer • Banyak macamnya termasuk diafragma silikon dan model diafragma logam • 4 jenis bentuk pengukuran: tekanan gauge (tidak terte-kan dan tertekan), tekanan absolut, tekanan diferensial. • Sangat kompak, sensivitas tinggi, model dengan output tinggi, dsb., tersedia dengan karakteristik frekuensi supe-rior. Sangat cocok untuk eksperimen wind-tunnel, ataupun berbagai jenis eksperimen mesin. 48
  58. 58. BAB 2 PENGUKURAN TEMPERATUR 2.1. Pengantar Termoelektrik Ada beberapa metode yang umum digunakan sebagai pengukuran temperatur (sensor) meliputi termokopel, sistem yang diisi (filled system), tahanan listrik dan elemen bimetal. Pemilihan sensor temperatur dan sistem yang ingin digunakan bergantung pada empat faktor, yaitu : harga, ketepatan (akurasi), kepercayaan dan kesesuaian. Faktor pertama pasti dipertimbangkan karena pengaruh harga sangat penting sekali. Faktor kedua dapat dipahami sebab bila suatu proses ingin dikontrol dengan satu atau dua derajat (kadang-kadang dengan derajat fraksi), proses lain dapat berubah beberapa derajat tentunya tanpa kehilangan efisiensi atau kualitas. Faktor kepercayaan dapat digambarkan sebagai berikut : termokopel besikonstantan dapat dipakai untuk pengukuran temperatur sekitar 760°C. Tetapi, oksidasi menyebabkan kesalahan awal dan termokopel besi-konstantan membutuhkan pergantian berulang. Agar lebih dapat dipercaya, termokopel dengan range temperatur besar dan ketahanan yang lama dapat digunakan. Faktor kesesuaian pada proses yang hendak diukur turut menentukan pemilihan sensor; dimana sensor tidak berubah atau bercampur dengan proses. Misalnya menempatkan termokopel pada sumber panas (thermowell) dalam aliran dimana proses berlangsung mencegah terjadinya perpindahan panas dengan konsekuensi kesalahan indikasi temperatur. 49
  59. 59. Prinsip termoelektrik yang ditemukan oleh Seebeck pada tahun 1821 merupakan satu dasar dari beberapa jenis alat pengukuran temperatur yaitu termokopel. Bila dua logam yang berbeda dihubungkan bersama pada satu sisi dan sisi tersebut dipanaskan, akan timbul pada potensial pada sisi yang lain. Dua kaki bebas tersebut dapat dihubungkan dengan mili voltmeter atau potensiometer untuk mengukur besarnya emf (electromotive force) yang dihasilkan. Instrumen yang bekerja sesuai prinsip ini dikenal sebagai pirometer termoelektrik. Electromotive force yang didapat pada rangkaian termoelektrik disebabkan oleh dua fenomena, satu dikenal efek Peltier dan yang lain adalah efek Thomson. Efek Peltier mengatur besar emf hasil dari kontak dua logam berbeda (tetapi besarnya berubah sejalan dengan temperatur pada titik kontak). Emf akibat dari efek Thomson (kurang dominan) dihasilkan oleh gradien temperatur kabel tunggal. Selama kedua titik kontak dan kedua kabel terdapat gradien temperatur maka akan timbul dua emf Peltier dan dua amf Thomson. Total emf yang bekerja pada rangkaian adalah hasil keempat emf tersebut, dengan polaritas ditentukan dari material yang digunakan dan hubungannya terhadap temperatur pada kedua sisi. Besar emf ini dapat diukur pada rangkaian di setiap titik dengan instrumen pengukur emf atau potensiometer. Termokopel yang umumnya diperdagangkan dapat membangkitkan 20 sampai 50 mV untuk suatu jangkauan temperatur tertentu. Selama material yang digunakan adalah termokopel komersial (umum diperdagangkan), efek Thomson dapat diabaikan. Total emf menjadi jumlah kedua emf yang dibangkitkan oleh efek Peltier. Bila temperatur pada satu sambungan (reference junction) dipertahankan konstan, atau bila besar emf dikompensasi, emf efektif termokopel hanya yang dibagkitkan oelh temperatur yang tidak terkompensasi (measuring junction). Besar emf inilah yang digunakan untuk mengukur perubahan temperatur. Beberapa fenomena ditemukan dan diterima sebagai hukum termoelektrik, yaitu : 50
  60. 60. 1. Pemanfaatan panas pada suatu logam homogen tidak akan menghasilkan atau mendapatkan arus listrik di dalamnya. 2. Emf akan dihasilkan bila terdapat sambungan dari dua logam berbeda dipertahankan pada temperatur berbeda tidak dipengaruhi oleh gradien temperatur sepanjang konduktor 3. Pada rangkaian yang terdiri dari dua logam berbeda dimana kedua sambungan diberi beda temperatur, besar emf tidak akan terpengaruhi bila logam ketiga disambungkan pada rangkaian 4. Besarnya emf dua logam berbeda yang dihubungkan satu dengan yang lain adalah jumlah aljabar dari masing-masing emf relatif terhadap logam ketiga (reference metal) 5. Emf yang dihasilkan pada suatu rangkaian yang berada pada temperatur T1 dan T2 dan emf pada temperatur T2 dan T3 adalah sama dengan jumlah aljabar emf bila rangkaian berada pada temperatur T1 dan T3. 6. Jumlah aljabar emf yang dihasilkan pada rangkaian meliputi dua atau lebih termokopel dimana semua pada temperatur sama adalah nol 7. Total emf tidak terpengaruh oleh tambahan termokopel yang mempunyai temperatur sama Kombinasi kabel termokopel haruslah mengacu pada hubungan linier antara temperatur dengan emf, dimana kombinasi tersebut mampu menghasilkan perubahan emf per derajat temperatur yang dapat dideteksi dengan alat pengukuran standar. Dan untuk beberapa aplikasi dapat digunakan untuk temperatur tinggi, perubahan temperatur yang cepat dan efek korosi yang kecil. Pada fenomena ketiga hukum termoelektrik menyatakan bahwa logam ketiga yang ditambahkan pada rangkaian tidak mempengaruhi emf yang dibangkitkan selama temperatur kedua sambungan tetap sama. Hal ini menjadi suatu keuntungan ekonomis dalam pemilihan kabel ketiga. Kabel tembaga umumnya digunakan sebagai kabel 51
  61. 61. termokopel tambahan. Insulasi/pelapisan permukaan sangat penting untuk menghindari kenaikan emf yang tidak diinginkan. Besar emf yang dihasilkan oleh termokopel bergantung pada temperatur yang hendak diukur dan temperatur referensi. Maka untuk menentukan temperatur harus diketahui : 1. kalibrasi data termokopel 2. emf terukur 3. temparatur referensi 2.2. Fenomena Termoelektrik Dalam perencanaan instrumen termoelektrik, ada lima fenomena yang harus diperhatikan, yaitu konduksi panas, rugi Joule, efek Seebeck, efek Peltier dan efek Thomson. Ketiga fenomena terakhir saling berhubungan satu sama lain terhadap karakteristik suatu material. Adapun kelima fenomena tersebut adalah : 2.2.1. Perpindahan Kalor Konduksi Analisa termodinamik pada modul termoelektrik, dimana medium penghantar listrik adalah benda padat memerlukan pertimbangan perpindahan kalor lewat konduksi. Konduksi kalor sederhana dimana rata-rata perpindahan panas diperhitungkan sebanding dengan gradien temperatur mengacu pada aliran panas Fourier mengikuti hukum Fourier mengenai konduksi termal : Equation ‎2-1 dimana k adalah koefisien konduktivitas termal (watt/cm.K) 52
  62. 62. 2.2.2. Rugi-rugi Joule Aliran arus listrik melawan tahanan, disertai dengan disipasi energi listrik yaitu tranformasi energi listrik menjadi energi termal. Hal ini akan menaikan temperatur pada medium penghantar sebanding dengan sejumlah energi yang dipindahkan lewat perpindahan kalor. Dengan hukum Ohm, V = IR, Panas Joule rata-rata adalah Equation ‎2-2 Tahanan ditentukan lewat dimensi material penghantar dan resitivitas material, ohm-cm. Kebalikan dari resitivitas adalah konduktivitas, jadi Equation ‎2-3 arus listrik biasanya dilambangkan sebagai hambatan jenis (J), dimana : Equation ‎2-4 2.2.3. Efek Seebeck Bila dua material yang berbeda dihubungkan dalam suatu sirkuit dan kedua sambungan (junction) dipertahankan pada temperatur yang berbeda maka akan dibangkitkan emf (electromotive force). Fenomena ini pertama kali ditemukan oleh Seebeck sehingga disebut efek Seebeck atau umumnya dikenal dengan nama prinsip termokopel. Dua buah material, sebut p dan n dihubungkan pada titik 1 dan berada pada temperatur referensi, TL. Dengan potensiometer diukur beda temperatur (TH - TL). Seebeck memberikan suatu persamaan hubungan sifat material, potensial termoelektrik dengan temperatur. Koefisien Seebeck atau biasa disebut thermoelectric power untuk suatu material didefinisikan sebagai, 53
  63. 63. Equation ‎2-5 Sedangkan potensial termoelektrik, E yang ditimbulkan dalam suatu sirkuit yang terdiri dari dua material dapat dihitung dengan persamaan berikut : Equation ‎2-6 Koefisien Seebeck kombinasi, ditentukan positif jika arus listrik (aliran muatan positif) mengalir dari material p ke material n pada simpangan dingin dimana panas kombinasi ulang dilepaskan. 2.2.4. Efek Peltier Efek Peltier menyebutkan bahwa jika suatu arus searah dialirkan pada suatu rangkaian yang terdiri dari material berbeda, salah satu simpangan logam yang tidak sama tersebut akan dipanaskan dan lainnya akan didinginkan. Ini adalah kebalikan dari efek Seebeck dan juga dapat balik, yaitu jika aliran arus berlawanan maka material yang tadinya dipanaskan akan didinginkan dan yang tadinya didinginkan akan berbalik dipanaskan. Apabila arus listrik mengalir dari suatu penghantar ke penghantar lain melewati suatu sambungan, sejumlah energi dibawa oleh pembawa muatan ke sambungan (junction) dari material p dengan laju Qp, dan energi ini dibawa dari sambungan ke material n dengan laju Qn. Karena tingkat energi dari pembawa muatan adalah berbeda untuk kedua material maka Qp akan lebih besar atau lebih dari Qn. 54
  64. 64. 2.2.5. Efek Thompson Efek Thomson menyatakan bahwa terdapat penyerapan atau pelepasan panas bolak-balik dalam penghantar homogen yang terkena perbedaan panas dan perbedaan listrik secara simultan. Didapat bahwa gradien potensial hasil dari perbedaan temperatur adalah positif searah dengan gradien temperatur. 2.2.6. Konstruksi Instrumen Termokopel satu simpangan dapat menghasilkan keluaran dalam jangkau mikrovolt sampai milivolt. Tetapi ada satu cara yang cukup baik untuk mendapatkan rangkaian yang lebih peka yaitu beberapa termokopel dihubungkan secara seri. Susunan demikian disebut termopil atau termo-onggok. Tujuh sambungan termokopel akan menghasilkan keluaran/sensitivitas tujuh kali susunan termokopel tunggal dengan syarat temperatur sambungan panas dan sambungan dingin seragam. Susunan termopel sangat berguna untuk mendapatkan emf yang agak besar untuk pengukuran beda suhu kecil antara dua sambungan. Dengan cara ini didapatkan instrumen yang relatif murah untuk pengukuran tegangan, jika tidak akan diperlukan potensiometer mikrovolt dalam pengukuran keluaran. Untuk sering lebih menguntungkan. 2.2.7. Pengukuran Potensial Kaki atau elemen instrumen termoelektrik p-n dihubungkan seri untuk mengalirkan arus, dan dihubungkan paralel untuk mengalirkan panas. Tahanan listrik total dari konverter merupakan jumlah tahanan dari tiap-tiap tahanan kaki. Konduktansi panas instrumen Kg adalah sama dengan jumlah konduktansi panas (harga kebalikan dari tahanan panas) kaki-kaki semikonduktor, atau Equation ‎2-7 Dimana K adalah konduktivitas panas material semikonduktor dalam watt per meter per 55
  65. 65. derajat Celcius. Kesetimbangan energi pada kedua sambungan panas atau dingin terdiri atas empat bentuk energi. Pertama, terdapat sejumlah perpindahan panas ke atau dari sambungan. ke sekelilingnya, ±Q. Yang kedua, terdapat sejumlah perpindahan panas melalui instrumen dari sambungan panas ke bagian yang dingin, Kg∆T. Ketiga, perpindahan panas karena efek Peltier, ±πpn Ι = ±T (L atau H) I αpn. Keempat, terdapat penghamburan daya di peralatan karena pemanasan Joule dan dapat ditunjukkan bahwa secara efektif separuh dari panas tahanan ditimbulkan dalam masing-masing sambungan, +Ι2Rg/2. Di bagian sambungan panas, jumlah perpindahan panas, jumlah perpindahan panas Peltier ialah mπpn Ι atau m pnTHΙ, dalam watt. Energi atau daya yang masuk ke sambungan panas adalah sama dengan Ι2Rg/2 plus QH, sedang daya meninggalkan sambungan panas adalah sama dengan jumlah Kg ∆T dan m αpnTHΙ. Pada bagian sambungan dingin, daya yang dipindahkan dari sambungan ke sekelilingnya sama dengan -QL. Daya berguna yang diproduksi oleh peralatan adalah sama dengan daya yang diberikan pada beban luar. Karena sistem ini membangkitkan arus searah, daya berguna yang terjadi ialah Ι2Ro, dimana Ro adalah tahanan dari beban luar. Voltase keluaran instrumen adalah sama dengan voltase total yang dibangkitkan, dikurangi penurunan voltase Equation ‎2-8 dan daya keluaran menjadi Equation ‎2-9 2.2.8. Material Hubungan emf terhadap temperatur untuk termokopel sejenis terbatas pada sifat-sifat fisik dan tidak tergantung pada detail instrumen. Pada termokopel sejenis, masing-masing elemen adalah sama baik komposisi kimianya dan sifat fisiknya. Meskipun semua material yang tidak sama menunjukkan efek termoelektrik tetapi 56
  66. 66. hanya beberapa yang digunakan secara luas. Ada tujuh karakteristik utama yang perlu dipertimbangkan dalam pemilihan material termoelektrik, antara lain : • Stabilitas atau reproduksi ulang, perubahan emf terhadap waktu tidak cepat berubah. • Konstan atau komposisi sesuai , sedikit campuran atau komposisi material yang berubah dari satu sisi ke sisi lainnya dapat menyebabkan perubahan atau ketidaksamaan besar emf. • Ketahanan terhadap korosi, material tidak berubah strukturnya akibat oksidasi atau penurunan tekanan. • Sensitivitas atau kepekaan, emf yang dihasilkan perderajat temperatur besar. • Jangkuan (range), dapat digunakan untuk jangkuan temperatur yang besar. • Kekerasan , keras namun mudah dikerjakan • Biaya, murah dan mudah didapat Elemen Elemen Positif Negatif 90%Pt, 10%Rh: Platinum Jangkuan Pengaruh temperatur temperatur, °C 0 + 1450 dan tekanan Resistensi terhadap 87%Pt,13%Rh oksidasi sangat baik, resistensi terhadap penurunan tekanan jelek, platinum mudah berkarat pada suhu di atas 1000°Cukup, harus Khromel-P Alumel -200 + 1100 dilindungi dengan tube Resistensi terhadap oksidasi baik-sangat baik, resistensi terhadap penurunan tekanan jelek, dipengaruhi oleh sulfur 57
  67. 67. Besi Konstantan -200 + 750 Oksidasi dan penurunan tekanan berpengaruh kecil terhadap akurasi. baik digunakan pada keadaan kering, resistensi terhadap oksidasi baik (diatas 400°C), harus terlindungi dari oksigen, campuran Tembaga Konstantan -200 + 350 dan sulfur Oksidasi dan perubahan pada tembaga (diatas dan pada 400°C) konstantan (diatas 600°C). Kontaminasi tembaga mempengaruhi kalibrasi, resistensi terhadap oksidasi baik, resistensi terhadap Khromel-P Konstantan -100 + 1000 penurunan tekanan baik, harus Khromel mudah berinteraksi dengan sulfur, resistensi terhadap oksidasi baik, resistensi terhadap penurunan tekanan jelek Table 2-1 Limit Temperatur dan Karakteristik Beberapa Termoelektrik Dari D.M. Considine (ed), Proses Instruments and Controls Handbook, McGraw-Hill, 1957 58
  68. 68. Seperti dijelaskan sebelumnya, emf yang dibangkitkan oleh termokopel tidak tergantung pada ukuran kabel. Maka kabel berukuran kecil biasa digunakan sehingga berat dan beda temperatur dari simpangan akan sangat kecil. Tetapi kabel berukuran kecil terbatas pada kekuatan mekanis dengan itu perlu dilapisi dengan pembungkus. Pemilihan material merupakan salah satu faktor yang menentukan besarnya penyimpangan (error). faktor lainnya adalah tingkat temperatur (temperatur level), kabel penghubung, kompensasi, sistem pengukuran potensial dan pemasangan/instalasi instrumen. 2.3. Pengukuran Temperatur Konsep daripada temperatur menurut rujukan (13) adalah : • Suatu sifat termodinamika yang berkaitan dengan energi atau perpindahan energi. • Merupakan "petunjuk" arah perpindahan energi sebagai panas. • Sifat daripada zat, apabila temperatur suatu benda lebih tinggi dari benda yang kedua, perpindahan energi sebagai panas berlangsung dari benda yang pertama ke benda ke dua. Sedangkan definisi daripada 1°C adalah selisih antara besarnya titik didih air pada 1 atmosfir terhadap titik beku air dibagi 100 atau : 1°C = (tdidih - tbeku) air / 100 Standar skala praktis temperatur Internasional (Internasional Practical Temperatur Scale) dapat digunakan untuk rujukan besarnya temperatur dengan karakteristik bahan yang dapat diamati, seperti pada tabel 1. Dimana yang menjadi dasar besarnya suhu dari berbagai titik, yaitu titik tripel (t.p), titik didih (t.d), titik beku (t.b.) dari suatu zat. 59
  69. 69. TITIK RUJUKAN TEMPERATUR °C (IPTS 68) t.p. kesetimbangan hidrogen -259.34 t.p. kesetimbangan hidrogen pada 33 330.6 -256.108 Pa t.p. kesetimbangan hidrogen t.p. neon t.p. neon -252.87 -248.595 -246.048 t.p. oksigen t.p. air t.p. air t.p. air -218.789 0 0.01 100 t.p. perak t.p. emas 916.93 1 064.43 Table 2-2 Titik Rujukan Untuk Kalibrasi sumber : referensi (15) Metode pengukuran temperatur hingga saat ini sangat banyak seperti pengukuran suhu dengan efek mekanik, efek listrik dan dengan efek radiasi. Disini kita menggunakan proses pengukuran dengan efek radiasi. Disini kita menggunakan proses pengukuran dengan efek listrik atau secara khususnya menggunakan termokopel. 2.3.1. Termokopel 2.3.1.1. Prinsip Kerja Termokopel Suatu termokopel bekerja atas dasar prinsip fenomena dari Seebeck (pada tahun 1821), yaitu : bila suatu rangkaian yang terdiri dari dua buah logam yang tidak sejenis dan bila temperatur pada sambungan-sambungan dari kedua kawat tersebut tidak sama, maka akan ada gaya listrik (electromotive force = emf), seperti pada gambar 2.1. 60
  70. 70. Gambar 2-1 Prinsip Kerja Termokopel Efek lainnya yang penting dalam pembahasan termokopel adalah : Efek Peltier (pendinginan atau pemanasan) Jika melalui sambungan antara 2 buah logam yang berbeda dialirkan arus listrik, maka sambungan tersebut akan bertambah panas atau dingin tergantung dari arah arus mengalir, seperti pada gambar 2.2. T1 Gambar 2-2 Efek Peltier Efek Thompson Jika arus mengalir dalam kawat tembaga dengan gradien temperatur, panas dibebaskan pada setiap titik dimana arus mengalir menurut arak aliran panas, sedangkan panas diserap pada titik yang berlawanan arah (gambar 2.3). Sebatang logam T1 = T2 Jika T1<T2 maka arus listrik akan mengalir seperti anak panah tersebut 61
  71. 71. Kebalikan dari (B) jika T1>T2, maka arah arus listrik akan mengalir kebalikan daripada (B). Gambar 2-3 Efek Thompson Dalam hal ini juga dikenal dengan hukum thermoelektrik, yaitu: Hukum kehomogenan Dalam kawat yang homogen tidak akan timbul tegangan walaupun ada perbedaan temperatur pada bagian-bagian logam tersebut. Hukum logam perantara Jika temperatur dari sambungan sama, maka tegangan yang dihasilkan adalah sama dengan apabila titik P dan Q disatukan (gambar 2.4). 62
  72. 72. Gambar 2-4 Hukum Logam Perantara Hukum temperatur perantara Tegangan dari termokopel AB dengan sambungan T1 dan T3, adalah sama dengan termokopel AB dengan sambungan T1 dan T2 ditambah dengan tegangan termokopel AB dengan sambungan T2 dan T3. Gambar 2-5 Hukum Temperatur Perantara 2.3.1.2. Kombinasi Logam Termokopel Termokopel harus mempunyai karakteristik yang dikehendaki seperti : • Gaya gerak listrik yang dihasilkan relatif besar, sehingga mudah diukur 63
  73. 73. dengan kesalahan kecil. • Hubungan tegangan-temperatur selinier mungkin. • Tahan terhadap oksidasi dan korosi. • Mudah kalibrasinya. • Mempunyai stabilitas yang baik, baik terhadap waktu maupun keadaan sekeliling. • Logamnya harus dapat dibuat secara uniform • Titik leleh logam tinggi Logam-logam yang biasa digunakan dalam pengukuran temperatur termoelektrik dapat dilihat pada tabel 2.3. Max. Temp C Allowable Atmosphere (Hot) Material names Color Code Type ANSI Avg. Output V/100 F Accuracy Std. 2800 Spec. Tunsten/tungsten 26% rhenium Tungsten 5% rhenium/ tungsten 26% rhenium Tungsten 3% rhenium/ tungsten 25% rhenium Platinum 30% rhodium/ platinum 6% rhodium - - 0,86 - - - - 0,76 - - - - 0,74 - - 1800 Inert,H, Vac Inert, H, Vac Inert, H, Vac Oxidixing B - 0,43 1/2% 1/4% 1600 Oxidixing R - 0,64 1/4% 1/4% 1540 Oxidixing S - 0,57 1/4% 1/4% 1300 Oxidixing - - 2,20 5/8% - 1260 Oxidixing Yellow -red 2,20 4 F 3/4% 2 F 3/8% 980 Reducing 4,20 1/2% 3/8% 875 Reducing Platinum 13% rhodium/ platinum Platinum 10% rhodium/ platinum Platinel II (5355)/platinel II (7674) Chonel/Alumel, Topel/Nial, Advenced T1/T2, Term. Kanthal P/N Chromel/ Constantan Iron/Konstantan 3,00 4 F 3/4% 2 F 3/8% 400 Reducing Copper/constantan T 2,50 3/4% 3/8% 2760 2210 E J Purple -red White -red Blue -red Table 2-3 Logam-Logam yang Bisa Digunakan Dalam Pengukuran Temperatur Termoelektrik Sumber : Referensi (11) Sedangkan untuk kabel perluasan termokopel dapat dilihat pada tabel 2.4. 64
  74. 74. Dapat kita lihat perbedaan warna dari kabel-kabel tersebut dapat juga menunjukkan jenis termokopel. Tetapi untuk setiap standard yang berbeda hal ini tidak bisa menjadi pegangan dasar. Tegangan gerak elektrik biasa dinyatakan dalam potensial yang dibangkitkan bila persambungan rujukan berada pada 0°C. Tabel-tabel termokopel standar dibuat atas dasar ini. Data dari pada tabel 4. menunjukkan besaran tegangan terhadap waktu yang dikeluarkan oleh IPTS-68 (Internasional Practical Temperature Scale). Termocouple Material Type Extentison Wire, Type Alloys Color (-) Overall - - - White red Red White/ White Yellow (+) Tungsten/tungsten 26% rhenium - Tungsten 5% rhenium/tungsten 26% rhenium - Tungsten 3% rhenium/tungsten 25% rhenium - Platinum/platinum rhodium Platinel II-5355/platinel II - 7674 Chromel/alumel,thopel/nial.Advance,Therm S,R - (203/225) SX, SR P2X Yellow Black Yellow /red Red Red /red Green Black okanthal Chromel/contantan Iron/constantan Copper/constantan K KK Yellow Red Yellow E J T EX JX TX Purple White Blue Red Red Red Purple Black Blue 200/226 Alloys (405/426) Alloys Table 2-4 Kabel Perluasan Termokopel Sumber : Referensi (11) Temp. 0 -200 -100 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 -5.891 -3.553 0.000 0.000 4.095 8.137 12.207 16.395 20.640 24.902 29.128 33.277 37.352 41.269 45.108 48.828 52.398 Temperatur oC (IPTS 68) Cold Junction 0oC 10 20 30 40 50 60 ggl (mikroVolt) -6.035 -6.158 -6.262 -6.344 -6.404 -6.441 -3.852 -4.138 -4.410 -4.669 -4.912 -5.141 -0.392 -0.770 -1.156 -1.527 -1.889 -2.243 0.397 0.798 1.203 1.611 2.022 2.436 4.508 4.919 5.327 5.733 6.137 6.539 8.537 8.938 9.341 9.745 10.151 10.560 12.623 13.039 13.456 13.874 14.292 14.712 16.818 17.241 17.664 18.088 18.513 18.938 21.066 21.493 21.919 22.346 22.272 23.198 25.327 25.751 26.176 26.599 27.022 27.445 29.547 29.965 30.383 30.799 31.214 31.629 33.686 34.095 34.502 34.909 35.314 35.718 37.724 38.112 38.519 38.915 39.310 39.703 41.657 42.045 42.432 42.817 43.202 43.585 45.486 45.863 46.238 46.612 46.985 47.356 49.192 49.555 49.916 50.276 50.633 50.990 52.747 53.093 53.439 53.782 54.125 54.446 70 -6.458 -5.354 -2.586 2.850 6.939 10.969 15.132 19.363 23.624 27.867 32.042 36.121 40.096 43.968 47.726 51.344 54.807 -200 -100 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 Table 2-5 Gaya Gerak Listrik Yang Dihasilkan Termokopel Tipe-K (sambungan rujukan pada 0o) 65
  75. 75. Sumber : Referensi (15) Setiap pembelian produk termokopel biasanya tidak dibeli di pasar bebas, tetapi dengan cara memesan kepada pebriknya. Sebagai contoh dapat kita lihat contoh gambar produk termokopel yang dikeluarkan CIAME (Commission Industrie Administration Pour La Mesure). Termokopel - Pembungkus Fleksibel Kontraktor : CORECI Jangkauan temperatur : 0 s/d 450°C Bahan : T,J,K Standard referensi : NFC 42 321, 42 322, 42 323 Karakteristik Keseluruhan Diameter kawat : 0.5 - 1 mm (kaku atau banyak inti) Isolasi : Silicon Fiberglass Pembungkus luar : Fiberglass/fiberglass + SS diantaranya Informasi Tambahan Tipe sambungan elektrik : kabel terminal, soket, kepala bakelit Fiting : sambungan bayonet, sambungan pemegang Pilihan dan pemilikan : kabel kompensasi 66

×