25303347 instrumentation-and-calibration

1,910 views

Published on

Published in: Business, Technology
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
1,910
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
2
Actions
Shares
0
Downloads
326
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

25303347 instrumentation-and-calibration

  1. 1. Instrumentasi dan Kalibrasi BAB 1 INSTRUMENTASIPENDAHULUAN Instrumentasi berasal dari istilah asing yaitu “instrumentation”. Instrumentasi yangdibahas di sini terkait dengan pengukuran (measurement) khususnya pengukuran secaraelektronik. Ada beberapa definisi tentang instrumentasi di Internet antara lain : The installation and use of electronic, gyroscopic, and other instruments for the purpose of detecting, measuring, recording, telemetering, processing, or analyzing different values or quantities as encountered in the flight of a rocket or spacecraft. roland.lerc.nasa.gov/~dglover/dictionary/i.html Any device used to monitor the performance of the structure during its construction and throughout its useful life. An arrangement of devices installed into or near dams (i.e., piezometers, inclinometer, strain gages, measurement points, etc.) and used to evaluate the structural behavior and performance parameters of the structure. Reclamation has utilized a variety of instrumentation, most often piezometers, to evaluate the situations and conditions of all four Horsetooth Dams. www.abouthorsetooth.com/html/glossary.asp Berdasarkan definisi di atas, instrumentasi terkait dengan beberapa proses diantaranyapendeteksian, pengukuran, perekaman, telemetri, pengolahan atau analisa data yangdihasilkan. Dalam instrumentasi terdapat proses pengukuran. Sedangkan pengertian secaraumum dari kata mengukur adalah membandingkan besaran yang diukur dengan besaransejenis yang ditetapkan sebagai satuan. Sedangkan yang dimaksud dengan besaran adalahsesuatu yang dapat diukur dan dinyatakan dengan angka-angka. Definisi lain tentangpengukuran dapat dicermati dari definisi yang ada di web sebagai berikut: The process of using dimensions, quantity, or capacity by comparison with a standard in order to mark off, apportion, lay out, or establish dimensions. www.iteawww.org/TAA/Glossary.htm Pengukuran dilakukan dengan alasan pengamatan gejala alam yang sifatnya fisik akanmenjadi lebih lengkap dan komunikatif bila dinyatakan dengan angka-angka, misalnya panassebuah benda sebesar 30 0 C, atau panjang benda sebesar 200 cm dan lain sebagainya. 1
  2. 2. Instrumentasi dan KalibrasiPengukuran dilakukan dengan menggunakan sebuah sistem yang disebut dengan sisteminstrumentasi atau sistem pengukuran. Pengukuran yang dimaksud disini adalah pengukuran elektrik ataupun elektronik baiksecara analog maupun dijital. Bahkan untuk saat ini, sistem pengukuran elektronik sudahmelibatkan mikroprosesor atau mikrokontroler sehingga memberikan fleksibilitas dan tingkatakurasi yang lebih tinggi. Isu utama dari sebuah alat ukur yang digunakan dalam sistem instrumentasi adalahvaliditas dan reliabilitas. Validitas berarti ketepatan yang dimiliki alat ukur dalammenghasilkan nilai pengukuran atau alat ukur dapat mengukur sesuai dengan yang diukur,sedangkan realibilitas adalah keajegan alat ukur dalam menghasilkan nilai pengukuran.MODEL SISTEM INSTRUMENTASI Secara umum blok diagram sistem pengukuran dapat dilihat pada gambar adalahsebagai berikut : Sensor/ Pengondisi Pengolah Display Transduser Sinyal Sinyal Gambar-1. Model Sistem Instrumentasi Nampak bahwa sistem instrumentasi terdiri dari 4 (empat) bagian utama, dimulai darisensor yang langsung menyentuh titik pengukuran, artinya bersentuhan langsung denganbesaran yang diukur, dan berakhir dengan display (tampilan) yang berfungsi sebagai interfacebagi pengguna dalam melakukan instrumentasi. Sensor (pengindera) atau transduser merupakan ujung depan dari sistem pengukuran.Fungsi dari sensor dalam hal ini adalah mengubah besaran non listrik menjadi listrik, sehinggamemungkinkan pengukuran besaran non listrik melalui sistem pengukuran secara listrik atauelektronik. Permasalahan utama dari sistem pengukuran secara elektrik maupun elektronikterletak pada sensor. Sebelum ada sensor atau transducer, maka pengukuran secara elektrikatau elektronik tidak dapat dilakukan. Misalnya, tidak akan termometer elektronik jika tidakada sensor atau transduser yang dapat mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik. Pengkondisi sinyal berfungsi untuk menyiapkan sinyal yang dikeluarkan oleh sensor,sehingga dapat diproses pada rangkaian pengolah sinyal. Proses yang terjadi pada pengondisi 2
  3. 3. Instrumentasi dan Kalibrasisinyal salah satunya menentukan besarnya arus, tegangan atau menghilangkan gangguansehingga sinyal yang diproses pada pengolah sinyal benar-benar sesuai dengan karakteristikbesaran yang akan diukur. Proses pengukuran terjadi pada pengolah sinyal. Pada bagian ini besarnya sinyal hasildari pengondisi sinyal dibandingkan dengan besaran yang sejenis yang sudah ditetapkan.Agar proses pembandingan dapat sesuai dengan nilai besaran yang diukur, maka pada bagianini dilakukan kalibrasi dari besaran yang telah ditetapkan. Akurasi pengukuran ini seringdisebut juga dengan validitas sebuah alat ukur. Proses pengukuran dapat dilakukan secaraanalog maupun dijital. Ujung akhir sebuah sistem pengukuran adalah display atau tampilan. Fungsi bagian iniadalah menyajikan informasi hasil pengukuran kepada kita yang menggunakan alat ukur.Tampilan ini juga dapat disajikan dalam bentuk analog maupun dijital. 3
  4. 4. Instrumentasi dan Kalibrasi BAB 2 SENSOR/TRANSDUSER DAN AKTUATORA. KARAKTERISTIK SENSOR/TRANSDUSER Secara umum, karakteristik sensor atau transduser dibagi menjadi dua yaitu: (1)Karakteristik Statis (Static Charasteristics); dan (2) Karakteristik Dinamis (DynamicCharacteristics). 1. Karakteristik Statis Karakteristik statis sebuah sensor/transduser sangat banyak yaitu: a. Akurasi (Accuracy) Sejauh mana sensor dapat menunjukkan hasil yang mendekati nilai sesungguhnya. b. Presisi (Precision) Presisi dapat diartikan dengan ketepatan dan sangat erat hubungannya dengan akurasi. Contoh pada saat kita mengukur panjang sebuah balok menggunakan mistar. Akurasi berkaitan dengan kesesuaian mistar menunjukkan ukuran sesuai dengan panjang sesungguhnya, sedangkan presisi menjamin ketelitian dalam membaca angka ukuran pada mistar tersebut. c. Resolusi (Resolution) Resolusi dapat diartikan dengan ketelitian, yaitu skala terkecil yang digunakan dalam pengukuran. d. Sensitifitas (Sensitivity) Sensitifitas dapat diartikan sebagai kepekaan, yaitu perbandingan kenaikan keluaran terhadap kenaikan masukan. e. Selektifitas/Spesifisitas (Selectivity/Specificity) Kemampuan sensor dalam memilih variabel yang akan ditampilkan nilaiarkan hasil pengukurannya. f. Sinyal minimum yang terdeteksi (Minimum Detectable signal/MDS) Jika input transduser tidak tercampur dengan noise, kemampuan transduser menampilkan nilai terkecil yang reliabel tanpa tambahan noise darinya dinamakan sinyal minimum yang dapat dideteksi dari sebuah transduser. 1
  5. 5. Instrumentasi dan Kalibrasi Selain beberapa karakteristik statis di atas, ada beberapa karekteristik statis yang lain di antaranya :Threshold, Non linieritas (Nonlinearity), Distorsi (Distortion), Comformance (Conformity), Histerisis (Hysteresis), Repeatability, Span, Noise, Output Impedance, Grounding, Isolation, Instability and Drift, Overall Performance. 2. Karakteristik Dinamis Karakteristik dinamis sebuah sensor/transduser antara lain : Fungsi transfer, tanggapan frekuensi, Impulse Response, dan Step response.SENSOR Seperti dijelaskan sebelumnya, bahwa ujung depan sistem instrumentasi adalah sensor.Pengertian sensor dapat dicermati dari beberapa definisi berikut ini. A device that responds to a physical stimulus, such as thermal energy, electromagnetic energy, acoustic energy, pressure, magnetism, or motion, by producing a signal, usually electrical. www.bandwidthmarket.com/resources/glossary/S2.html A device that responds to a physical stimulus (heat, light, sound, pressure, motion, flow, and so on), and produces a measurable corresponding electrical signal www.allaboutmems.com/glossary.html 2
  6. 6. Instrumentasi dan Kalibrasi Berdasarkan definisi-definisi tersebut jelas bahwa fungsi utama dari sensor adalahmengubah rangsangan fisik (energi non listrik) seperti energi termal, energi akustik, tekanan,gerakan dan lain-lain menjadi sinyal listrik (energi listrik). Ada beberapa jenis sensor dalam sistem elektronika, baik yang berupa komponentunggal atau rangkaian terintegrasi. Besaran yang dihasilkan biasanya resistansi, induktansi,kapasitansi, arus atau tegangan. Suatu contoh, sensor cahaya LDR (Light Depending Resistor)akan mengubah perubahan energi cahaya menjadi perubahan resistansi, sensor suhu LM35akan mengubah energi panas (suhu) menjadi besaran arus atau tegangan.TRANSDUSER Selain istilah sensor, dalam teknik instrumentasi elektronika juga dikenal istilahtransduser yang memiliki fungsi hampir sama atau bahkan sama dengan sensor. Perbedaanpengertian antara sensor dan transduser sangatlah tipis sehingga definisi juga tidak jauhberbeda. Hal ini dapat dilihat pada definisi-definisi berikut ini. A device for converting mechanical energy into electrical energy. www.techfest.com/networking/cabling/cableglos.htm A device for transforming mechanical energy to electrical energy, or for transforming electrical energy to mechanical energy, such as in microphones and loudspeakers, but not motors or generators. www.yung-li.com.tw/EN/info/Glossary_list.htm device designed to convert energy from one form to another www.sleepnet.com/definition.html A device which converts one form of energy into another. The diaphragm in the telephone and the carbon microphone in the transmitter are transducers. They change variations in sound pressure (your voice) to variations in electricity, and vice versa. www.marconi.com/html/glossary/glossaryt.htm A device that converts energy from one form to another, such as optical energy to electrical energy. www.fiber-optics.info/glossary-t.htm A mechanism which converts energy from one form to another. For example, a diaphragm converts soundwaves to mechanical vibrations, while a microphone converts them to electrical current, and a loudspeaker or earphone converts electrical energy into soundwaves. The diaphragm, microphone and loudspeaker are all transducers. www2.nlc-bnc.ca/gramophone/src/gloss.htm a device that converts energy from one form to another, retaining the amplitude variations of the energy being converted. Examples include a microphone, which converts acoustical energy 3
  7. 7. Instrumentasi dan Kalibrasi into electrical energy; a loudspeaker, that does the reverse; a photocell that converts light energy to electrical energy. www.owlnet.rice.edu/~elec201/Book/glossary.html Berdasarkan definisi di atas, transduser dapat diartikan sama dengan sensor yaitu mengubah besaran non listrik menjadi besaran listrik. Contoh transduser misalnya mikropon, loudspeaker dan lain sebagainya. Motor dan generator tidak termasuk sebagai transduser.AKTUATOR Aktuator merupakan perangkat yang menghasilkan aksi mekanik berdasarkan sinyalinputnya, baik bersifat listrik maupun fluida (pneumatik dan hidrolik). Aktuator biasanyadigunakan pada sistim kendali. Sehingga input aktuator berasal dari sistem kendali dan aksimekanik yang dihasilkan aktuator digunakann untuk menggerakkan sistem yang dikendalikan.Ada beberapa pengertian yang dapat digunakan untuk memperjelas definisi dari aktuator.Misalnya : mechanical action in response to an input signal, which may be either electric or fluidic. www.siemensauto.com/glossaries/electronics_glossary.html A mechanical, pneumatic, hydraulic or electric device in a control system that furnishes the power to change and/or maintain the position of an element (such as an end-effector) the performs a task. The actuator responds to a signal received from the control system. www.unt.edu/robotics/glossaryA-D.htm A device which transforms an electric signal into a measured motion using hydraulic, pneumatic or pyrotechnic (explosive) action. www.spenvis.oma.be/spenvis/help/system/glossary.html 4
  8. 8. Instrumentasi dan KalibrasiMACAM-MACAM SENSOR/TRANSDUSER 3. Temperatur Beberapa proses industri memerlukan pengukuran temperatur yang akurat, karena temperatur tidak dapat dikendalikan secara pasti tanpa pengukuran yang tepat. Temperatur merupakan kemampuan tubuh atau bodi dalam berkomunikasi atau melakukan transfer energi. Di sisi lain, kita dapat mendefinisikan temperatur sebagai potensial dari energi panas untuk merambat. Ingat bahwa panas mengalir dari temperatur tinggi ke temperatur rendah. Sensor atau transduser temperatur yang digunakan dalam instrumentasi elektronik antara lain : a. Termokopel (Thermocouple) Termokopel terdiri persambungan dua buah logam yang berbeda. Jika ujung sambungan dipanaskan, maka pada ujung lain dari masing-masing logam akan menghasilkan perbedaan tegangan. Semakin tinggi suhu titik persambungan, maka akan semakin tinggi perbedaan tegangan dari masing-masing ujung logam tersebut. Termokopel ini sangat luas digunakan dalam dunia industri dalam pengukuran panas. Copper Iron X1 Thermocouple junction Vout X2 Constantan Copper Gambar-2. Termokopel Termokopel biasanya digunakan untuk pengukuran suhu tinggi, karena termokopel mampu mengukur panas sampai 2500 derajat Celcius. 5
  9. 9. Instrumentasi dan Kalibrasi Thermistor Thermistor merupakan salah sensor suhu, dimana perubahan panas diubah menjadi perubahan resistansi. Dengan kata lain thermistor merupakan sebuah resistor yang sangat peka terhadap suhu. Semakin tinggi suhu akan mengakibatkan nilai resistansi semakin rendah. Bahan yang digunakan biasanya : nikel oksida, mangan, kobalt, tembaga atau logam lain yang peka terhadap suhu. Gambar-3. Karakteristik resistansi thermistor terhadap suhu Jangkauan panas yang dapat diukur oleh thermistor lebih rendah dibanding termokopel. Ada dua macam thermistor berdasarkan karakteristik perubahan nilai resistansinya, yaitu PTC dimana semakin besar suhu mengakibatkan resistansi juga semakin besar, sedangkan NTC semakin besar suhu nilai resistansi akan semakin turun.b. RTD (Resistance Temperature Detector) Logam murni seperti platina, nikel, tungsten dan tembaga memiliki koefisien positif, artinya semakin tinggi suhu akan mengakibatkan meningkatnya resistansi. Jangkauan pengukuran suhu menggunakan RTD antara 0 s.d 266 0 C. 6
  10. 10. Instrumentasi dan Kalibrasi Gambar-3 RTD dan housing Gambar-4. RTD beserta karakteristiknyaGambar-5. Rangkaian pengukur suhu menggunakan RTD 7
  11. 11. Instrumentasi dan Kalibrasic. IC LM35 Sensor temperatur seri LM35 merupakan sebuah sensor temperatur berupa rangkaian terintegrasi, dimana outputnya berupa tegangan yang secara linier sebanding dengan temperatur Celcius (Centigrade). Sehingga LM35 memiliki keistimewaan dibandingkan sensor temperatur linear yang bisanya dinyatakan dalam Kelvin, yaitu pengguna tidak perlu mengurangi hasil output sensor dengan bilangan konstan 273 0 . Selain itu LM35 tidak memerlukan kalibrasi eksternal, dengan tingkat akurasi ±¼°C pada suhu kamar, atau ±¾°C untuk jangkah pengukuran -55 to +150°C. Karakteristik lain dari IC LM35 adalah, memiliki impedansi output yang rendah, output linier, mudah dioperasikan dan digabungkan dengan rangkaian berikutnya misalnya rangkaian kendali. LM35 dapat dioperasikan dengan power supply tunggal maupun power supply ganda (plus dan minus), dan hanya membutuhkan arus 60 µA, panas yang dihasilkan juga tidak terlalu tinggi (kurang dari 0.1°C) meskipun tanpa pendingin. LM35 mampu mengukur temperatur dengan jangkah -55° to +150°C, sedangkan untuk seri LM35C memiliki jangkah pengukuran -40° to +110°C. Kemasan seri LM35 dalam bentuk sama dengan kemasan transistor TO-46, sedangkan seri LM35C, LM35CA dan LM35D juga tersedia dalam bentuk kemasan TO-92, dan seri LM35D juga juga tersedia dalam kemasan TO-220. Gambar-6. Penggunaan LM35 8
  12. 12. Instrumentasi dan Kalibrasi (a) (b) (c) (d) Gambar-7. Kemasan LM35 model (a) TO-46; (b) SO-8; (c) TO-92 dan (d) TO-220 Contoh-contoh aplikasi LM35 dalam pengukuran temperatur dapat dilihat pada gambar-gambar berikut ini. Gambar-8. Contoh aplikasi LM35 Gambar-9. Contoh aplikasi LM35 (Lanjutan) Tabel-1 berikut ini menunjukkan perbandingan jenis-jenis sensor temperaturterhadap jangkauan suhu yang dapat diukur, linearitas, keuntungan dan kerugian masing-masing.4. Cahaya Sensor cahaya merupakan pengembangan hasil penemuan Heinrich Hertz padatahun 1887 tentang efek fotolistrik. Sensor cahaya ini banyak digunakan karena sensor 9
  13. 13. Instrumentasi dan Kalibrasibersifat tidak memerlukan kontak/hubungan. Secara umum, sensor cahaya dikategorikanmenjadi (3) tiga jenis perangkat yaitu photoconductive, photovoltaic dan photoemissive. a. Photoconductive Transduser photoconductive, adalah transduser yang mengubah perubahan intensitas cahaya menjadi perubahan konduktifitas. Ada jenis, yaitu : (1) bulk photoconductors, misalnya photoresistor, dan (2) PN junction photoconductor seperti photodioda, phototransistor dan photo Darlington. Photoresistor Beberapa tahun sebelum Hertz menemukan efek fotolistrik, Willoughby Smith mengemukakan bahwa resistansi sepotong selenium akan menurun jika diberi cahaya. Konsep ini sama dengan prinsip yang terjadi pada photoresistor. Bahan yang digunakan untuk photoresistor antara lain Cadmium Sulfit (CdS) atau Cadmium Selenide (CdSe). Photoresistor ini juga sering disebut dengan LDR (Light Depending Resistor). Gambar-10. Potongan penampang Photoresistor 10
  14. 14. Instrumentasi dan Kalibrasi Gambar-11. Contoh penggunaan photoresistor untuk rangkaian pembagi teganganPhotodiodeIntensitas cahaya juga dapat dideteksi oleh junction PN dalam semikonduktorseperti photodiode dan phototransistor. Arus yang dihasilkan oleh photodiodebiasanya relatif kecil, sehingga perlu rangkaian penguat agar hasil keluarannyadapat terbaca. Kadang-kadang rangkaian penguat ini sudah dijadikan satu dengansensor photodiode dalam satu kemasan, sehingga keluaran yang dihasilkan sudahlayak untuk proses berikutnya. Gambaran lengkap dari photodiode beserta contohaplikasinya dapat dilihat pada gambar di bawah ini. Gambar-11. Photodiode 11
  15. 15. Instrumentasi dan Kalibrasi Gambar-12. Aplikasi Photodiode Phototransistor Phototransistor hampir sama dengan photodiode yaitu termasuk bersifat photosesnsitive. Perbedaannya, phototransistor memiliki arus yang besar dan memiliki penguatan, sehingga penginderaan menjadi lebih peka dan mudah terbaca. Keterangan lengkap beserta contoh aplikasi phototransistor dapat dilihat pada gambar berikut ini. Gambar-13. Phototransistorb. Photovoltaic Photovoltaic adalah sensor cahaya yang menghasilkan tegangan. Besarnya tegangan yang dihasilkan tergantung intensitas cahaya yang mengenainya. 12
  16. 16. Instrumentasi dan Kalibrasi Contoh aplikasi photovoltaic dengan menggunakan penguat operasional dapat dilihat pada gambar berikut ini. Gambar-14. Aplikasi photovoltaicc. Photoemissive Photoemissive transducer pada prinsipnya mengeluarkan elektron pada saat terkena cahaya, misalnya tabung hampa. Meskipun tabung hampa sudah digantikan dengan semikonduktor, tetapi masih ada dua jenis sensor tabung hampa yang digunakan di industri sebagai sensor cahaya yaitu phototube dan photomultiplier. Gambaran lengkap dari sensor cahaya photoemission dapat dilihat pada gambar berikut ini. Gambar-15. Phototube 13
  17. 17. Instrumentasi dan KalibrasiGambar-16. Photomultiplier 14
  18. 18. Instrumentasi dan Kalibrasi BAB 3 INSTRUMENTASI dan VARIABEL CONTROL3.1 PRESSURE / TEKANAN Tekanan dalah gaya tiap satuan luas. Dalam industri, tekanan biasa dinyatakan dengan head, yaitu tekanan yang diberikan oleh tinggi cairan tertentu. Dalam pengukuran, tekanan dibedakan menjadi tekanan mutlak (absolut) dan tekanan relatif (gauge).Berikut contoh dan prinsip kerja instrumentasinya dengan variabel pressure/tekanan: a. Bellows (tipe elastisitas) Bellows adalah berbentuk pipa yang sisinya berlekuk-lekuk sehingga dapat memanjang atau memendek. Jika tekanan dikenakan pada bagian luar bellows, ujung bebas akan tertekan dan secara keseluruhan pipa akan memendek. Besar gerak pemendekan pipa sebanding dengan besar tekanan yang dikenakan. Bellows ini dipakai pada PIC untuk control valve 15
  19. 19. Instrumentasi dan Kalibrasi b. Tipe Sensor Regangan (Strain-gauge) Defleksi diafragma akibat tekanan akan meregangkan kawat yang direkatkan padanya, sehingga resistansi kawat berubah sebanding dengan tekanan c. Tipe Piezo-electric Sensor tekanan tipe ini bekerja berdasar efek piezo-elektrik, yaitu listrik yang dihasilkan sebanding dengan besar gaya yang menekanStrain Gauges Strain gauges digunakan untuk mengukur tekanan atau tarikan. Jika sebuahkonduktor ditarik atau ditekan maka diameter akan berubah. Perubahan diameter ini akanmempengaruhi nilai resistansi. Dengan demikian sensor strain gauge ini akan mengubahbesaran tekanan menjadi resistansi. Bahan yang digunakan untuk strain gauge adalah nikel, mangan, nikrom,constantan dan besi. Adapun jenis strain gauge adalah : (1) Wire wound strain gauges; (2) 16
  20. 20. Instrumentasi dan Kalibrasi Foil type strain gauges dan (3) Semiconductor strain gauges. Berikut ini macam-macam strain gauge resistansi. Gambar-17. Macam-macam strain gauge resistif3.1.1 Instalasi Piranti Ukur Tekanan A. Pengukuran Tekanan Fluida Viskositas Tinggi Remote-seal type pressure transmitter. Fluida terukur dari seal liquid dipisahkan oleh diafragma. Pipa kapiler yang dipakai untuk hubungan ke transmitter maksimum 5 m. Reguler type pressure transmitter. Disini dipakai seal pot (tangki pemi- sah cairan) yang dipasang antara transmitter dan fluida terukur. 17
  21. 21. Instrumentasi dan KalibrasiB. Pengukuran Tekanan Fluida Korosif Remote-seal type pressure transmitter. Diafragma dibuat dari bahan ta-han korosi, misal monel, tantalum, dll. Demikian pula flange dibuat dari bahan baja tahan karat (stainless steel) yang dilapisi monel, tantalum, atau bahan lain yang tahan korosi. Purging. Saluran penghubung antara pipa fluida dan transmitter dialiri udara atau gas nitrogen pada laju alir rendah agar pengaruh pada hasil pengukuran tidak besar. 18
  22. 22. Instrumentasi dan Kalibrasi3.1.3 KALIBRASI TEKANAN Kalibrasi tekanan dilakukan dengan piranti ukur standar seperti mano-meter pipa-U ataudead weight gauge calibrator. Gambar berikut variasi pipa-U untuk keperluan danpengukuran. Dalam pemakaian di industri proses, manometer pipa-U kurang praktis. Gambar berikutmenyajikan jenis dead weight calibrator. 19
  23. 23. Instrumentasi dan Kalibrasi3.2 TEMPERATURE Suhu adalah ukuran derajat aktivitas termal partikel dalam material. Jika dua bendaberbeda suhunya, panas akan ditransmisikan dari benda yang lebih panas ke benda yang lebihdingin sampai kedua benda memiliki suhu yang sama (disebut keseimbangan termal).3.2.1 Sistem Termal IsianSistem termal isian bekerja berdasarkan prinsip pemuaian fluida. Piranti ini dibedakan menjadidua jenis, yaitu berdasar perubahan volume dan tekanan. A. Pada jenis pertama, sistem berisi cairan. 20
  24. 24. Instrumentasi dan KalibrasiB. Sistem berisi UapC. Sistem Isian Gas Tabel Klasifikasi SAMA untuk sistem isian adalah sebagai berikut : Klasifikasi Uraian Liquid –filled volume –change (selain merkuri) I IA – Full compensation IB – Case compensation 21
  25. 25. Instrumentasi dan Kalibrasi Vapor-filled pressure-change IIA – Dirancang untuk suhu di atas suhu lingkungan II IIB – dirancang untuk suhu dibawah suhu lingkungan IIC – Dirancang u/ suhu diatas dan bawah suhu lingkungan IID – Dirancang untuk seluruh suhu Gas-Filled pressure-change III IIIA – full compensation IIIB – case compensation Mercury-filled volume change V VA – full compensation VB – case compensation3.2.2 Thermometer Bimetal Bekerja dengan prinsip bahwa logam akan memuai jika dikenai panas dan koefisienpemuaiannya untuk setiap jenis logam akan berbeda.Elemen yang sensitif terhadap suhu adalah campuran antara dua jenis logam yang dikeraskanmenjadi lempengan berbentuk pita. 22
  26. 26. Instrumentasi dan Kalibrasi3.2.3 Termometer Resistansi (RTD) Metode pengukuran suhu yang teliti yaitu dengan menggunakan termometer resistansilistrik. Piranti ini terdiri atas resistor yang harga resistansinya bergantung pada suhu.3.2.4 TermokopelBerisi pasangan konduktor yang terdiri atas dua logam atau paduan berbeda yang ujungnyasaling dihubungkan. Cara kerjanya didasarkan atas kombinasi efek termoelektrik. Ketika duatitik hubung dua jenis logam yang berbeda (T1 dan T2), akan timbul tegangan listrik antaratitik M dan N.Hubungan antara suhu dan tegangan adalah sebagai berikut. v0 = C1 (T1 − T2 ) + C2 (T1 − T2 ) 2Dengan, C1 dan C2 = konstanta termoelektrik material T1 dan T2 = Suhu titik hubung 23
  27. 27. Instrumentasi dan Kalibrasid. Rangkaian Termokopel hubungan Tunggale. Rangkaian Termokopel hubungan gandaf. Pengukuran GGL langsungg. Pengukuran GGL dengan titik reverensi nol3.2.4.1 TIPE TERMOKOPELTabel Tipe termokopel Menurut Standard Instrument Society Of America (ISA) 24
  28. 28. Instrumentasi dan Kalibrasi Tipe Bahan Rentang Suhu (C) GGL (V) B Platina, 6% Rodium (+) 0… 1820 0… 13,814 dan Platina, 30% Rodium (-) R Platina (+) -50… 1768 -0,226… 21,108 dan platina, 13% Rodium (-) S Platina (+) -50… 1768 -0,236… 18,698 dan platina, 10% Rodium (-) J Besi (+) dan Konstantan (-) -210… 760 -8,096… 42,922 K Khromel (+) dan Alumel (-) -270… 1372 -6,458… 54,875 T Tembaga (+) dan Konstantan (-) -270… 400 -6,258… 20,869 E Khromel (+) dan Konstantan (-) -270… 1000 -9,835… 76,3583.2.5 PYROMETERPirometer digunakan untuk mengukur suhu berdasar prinsip radiasi termal yang dipancarkanbenda. Kelebihan pirometer adalah, tidak menyentuh objek terukur. Dengan demikianpengukuran hampir tidak mempengaruhi suhu benda. Pirometer banyak digunakan untukmengukur lelehan besi dan suhu tanur pembakaran 25
  29. 29. Instrumentasi dan Kalibrasi3.3 FLOW / ALIRAN Alat ukur flow disebut dengan Flowmeter. Flowmeter dibedakan menjadi beberapa jenis : • Beda Tekanan (differential pressure atau head meter) orifice plate, venturi tube, flow nozzle, pitot tube, elbow dan rotameter. • Perpindahan positif (positive displacement) : piston, oval-gear, nutating- disk dan rotary vane types. • Velocity Meter : Turbine Flowmeter • Mass Flowmeter : Coriolis • Magnetic Flowmeter3.3.1 BEDA TEKANAN Hubungan antara kecepatan dan tekanan dalam pipa antara titik 1 dan 2 dengan meniadakan pengaruh gesekan, diberikan oleh persamaan Bernoulli (1700 – 1782). p1V + ½ mv12 + mgz1 = p2V + ½ mv22 + mgz2 karena, v = m/ρ dan Q = v A, maka laju alir volume, Q, untuk kondisi ideal ialah, A2 ⎛ p − p2 ⎞ Q= 2g⎜ 1 ⎜ ρ + z1 − z 2 ⎟ ⎟ 1 − ( A2 / A1 ) 2 ⎝ ⎠ *** Prinsip Pengukuran • Kompensasi kehilangan energi dilakukan dengan memasukkan faktor koefisien kecepatan (Cv) ke dalam persamaan tersebut • Faktor-faktor yang mempengaruhi laju alir fluida adalah viskositas, densitas, dan gesekan fluida dalam pipa 26
  30. 30. Instrumentasi dan Kalibrasi3.3.2 ORIFICE METERJarak minimum dari pelat orifice 27
  31. 31. Instrumentasi dan Kalibrasi3.3.3 TABUNG VENTURIUkuran tabung venturi menurut ASMELaju alir fluida yang melalui pipa dirumuskan sebagai Cv A2 ⎛ p − p2 ⎞ Q= 2g⎜ 1 ⎜ ρ + z1 − z 2 ⎟ ⎟ 1 − ( A2 / A1 ) ⎝ ⎠ 2 28
  32. 32. Instrumentasi dan Kalibrasi3.3.4 FLOW NOZZLEFlow nozzle serta ukuran yang dianjurkan oleh ASMEDall flow tubes3.3.5 ELBOW METERPenempatan sensor tekanan pada elbow meterLaju alir volume, Q, diperoleh dengan persamaan 3.9. Nilai koefisien elbow meter (C)berkisar antara 0,56 dan 0,88 29
  33. 33. Instrumentasi dan Kalibrasi3.3.6 CORIOLIS Coriolis mass flowmeter terdiri dari unit sensor dan unit transmiter elektronik. Unit sensor dapat berupa satu atau dua flow tube. Unit sensor menggunakan mekanisme magnetic coil untuk menggetarkan flow tube, yang bergetar dengan frekuensi atau harmoni alami seperti garputala. Aplitudo puncak getaran umumnya kurang dari 1/10 inch. Fluida yang melewati tube akan menghasilkan gaya coriolis, yang selalu melawan arah aliran dan menyimpangkannya. Fulida yang makin cepat sisi inlet dan lambat di sisi outlet akanmenyebabkan tube memuntir. Jumlah puntiran berbanding lurus dengan laju alir massa yang melewati tube. Dua detektor ditempatkan di masing-masing sisi dari flow tube, mengirimkan informasi ini (sebagai suatu shift perbedaan fasa) kepada unit transmiter elektronik, untuk kemudian diproses dan di-display. a. Efek Coriolis Vibration (a) Kondisi Tanpa aliran (b) Kondisi ada alian 30
  34. 34. Instrumentasi dan Kalibrasi b. Efek Coriolis Rotation (a) Kondisi Tanpa aliran (b) Kondisi ada alian3.3.7 TURBINE FLOW METER Digunakan untuk cairan/gas dengan flow rendah Terdiri dari 3 komponen dasar: rumah rotor dan magnetic pick-up coil Rotor mempunyai sudu banyak (multi-bladed) yang dipasang pada aliran fluida dengan bantalan yang bergerak bebas. Sumbu rotasi rotor tegak lurus terhadap arah aliran Rotor berputar akibat aliran fluida yang mengenainya Kecepatan rotasi menunjukkan kecepatan flow Kecepatan rotasi dideteksi oleh electromagnetic pick-up coil, yang bekerja berdasarkan prinsip medan magnetik yang bergerak melalui sebuah coil. 31
  35. 35. Instrumentasi dan Kalibrasi3.4 LEVEL CAIRAN3.4.1 Prinsip Pengukuran Pengukuran tinggi permukaan atau berat material yang disimpan dalam bejana dapat dilakukan secara langsung atau tak langsung. Termasuk metode langsung adalah gelas duga (sight glass). Sedangkan dalam metode tak langsung memakai prinsip pengukuran tekanan hidrostatik pada titik tertentu, menurut persamaan dibawah ini. p = ρgh dengan, p = tekanan hidrostatik (Pa) ρ = densitas cairan (kg m-3) h = tinggi cairan diatas titik pengukuran (m) g = percepatan gravitasi (9,81 m s-2) Pelaksanaan pengukuran tinggi cairan dapat menggunakan beberapa metode berikut : ► Metode apungan (float method) ► Metode anjakan (displacement method) ► Metode tekanan ► Metode kapasitansi ► Metode radiasi (sinar gamma dan ultrasonik) ► Metode termal3.4.2 Metode Apungan- Prinsip Metode apungan mengukur tinggi permukaan berdasar prinsip gaya apung yang diberikan oleh cairan adalah sebanding dengan tinggi permukaan cairan disekitarnya 32
  36. 36. Instrumentasi dan Kalibrasi- Penerapan Metode apungan diterapkan untuk tangki terbuka dengan rentang pengukuran antara 75 mm dan 15 m. Suhu operasi maksimum adalah 260 oC dengan ketidaktelitian 1% skala penuh.3.4.3 Metode Anjakan- Prinsip Metode anjakan mengukur tinggi permukaan cairan didasarkan atas kenyataan bahwa gaya apung pada batang apung sebanding dengan tinggi permukaan cairan di sekitarnyaGaya yang bekerja pada batang apung adalah sama dengan berat batang dikurangi gaya apungoleh cairan di sekitarnya. Gaya neto sebesar f = mg − ρgAhDengan: - f = gaya neto (N) - m = massa batang (kg) - g = gravitasi (9,81 m s-2) - ρ = densitas cairan (kg m-3) 33
  37. 37. Instrumentasi dan Kalibrasi - A = luas penampang batang (m2) - h = panjang batang yang berada di dalam cairan- Penerapan Metode anjakan dapat digunakan untuk tangki terbuka atau tertutup dengan rentang pengukuran berkisar antara 0,15 dan 3,6 meter. Suhu operasi hingga 450 oC dengan ketidaktelitian 0,5% skala penuh. Dengan pemilihan yang tepat, tipe ini dapat dipakai untuk semua jenis cairan. Fluktuasi densitas atau tekanan dapat ditangani dengan baik. Dapat digunakan untuk pengukuran suhu tinggi dan tinggi bidang batas dua cairan.3.4.4 METODE RADIASI3.4.4.1 Metode Radiasi Sinar Gamma Metode ini di dasarkan atas kenyataan intensitas sinar gamma yang menembus cairan tergantung pada ketebalan atau tinggi permukaan cairan. Hampir semua kondisi cairan (jernih, kental, mengandung padatan, bidang batas) bahkan padatan, dapat diukur dengan baik kecuali cairan berbusa. Kelemahannya perlu biaya tinggi dan harus ada lisensi khusus pemakaian sinar radioaktif. Penerapannya baik pada tangki terbuka atau tertutup dalam rentang pengukuran yang luas3.4.4.2 Metode Radiasi Sinar Ultrasonic 34
  38. 38. Instrumentasi dan Kalibrasi Metode radiasi ultrasonik didasrkan atas efek gema yang dipantulkan olehpermukaan cairan. Metode ini sangat handal, akurasinya baik, dan efek korosi danefek korosidan kontaminasinya dapat minimum. Kelemahannya adalah tergangguoleh adanya debu, busa, pengembunan uap, dan relatif mahal. Metode ini dapatditerapkan dengan baik pada tangki terbuka atau tertutup dalam rentang pengukuranyang luas. Suhu operasi hingga 150 0C dengan ketidaktelitian 1% skala penuh. 35

×