25303347 instrumentation-and-calibration

Instrumentasi dan Kalibrasi

1

BAB 1

INSTRUMENTASI

PENDAHULUAN

Instrumentasi berasal dari istilah asing yaitu “instrumentation”. Instrumentasi yang

dibahas di sini terkait dengan pengukuran (measurement) khususnya pengukuran secara

elektronik. 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 diantaranya

pendeteksian, pengukuran, perekaman, telemetri, pengolahan atau analisa data yang

dihasilkan. Dalam instrumentasi terdapat proses pengukuran. Sedangkan pengertian secara

umum dari kata mengukur adalah membandingkan besaran yang diukur dengan besaran

sejenis yang ditetapkan sebagai satuan. Sedangkan yang dimaksud dengan besaran adalah

sesuatu yang dapat diukur dan dinyatakan dengan angka-angka. Definisi lain tentang

pengukuran 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 akan

menjadi lebih lengkap dan komunikatif bila dinyatakan dengan angka-angka, misalnya panas

sebuah benda sebesar 30 0 C, atau panjang benda sebesar 200 cm dan lain sebagainya.


2

Pengukuran dilakukan dengan menggunakan sebuah sistem yang disebut dengan sistem

instrumentasi atau sistem pengukuran.

Pengukuran yang dimaksud disini adalah pengukuran elektrik ataupun elektronik baik

secara analog maupun dijital. Bahkan untuk saat ini, sistem pengukuran elektronik sudah

melibatkan mikroprosesor atau mikrokontroler sehingga memberikan fleksibilitas dan tingkat

akurasi yang lebih tinggi.

Isu utama dari sebuah alat ukur yang digunakan dalam sistem instrumentasi adalah

validitas dan reliabilitas. Validitas berarti ketepatan yang dimiliki alat ukur dalam

menghasilkan 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 adalah

sebagai berikut :

Sensor/Transduser

PengondisiSinyal

PengolahSinyal Display

Gambar-1. Model Sistem Instrumentasi

Nampak bahwa sistem instrumentasi terdiri dari 4 (empat) bagian utama, dimulai dari

sensor yang langsung menyentuh titik pengukuran, artinya bersentuhan langsung dengan

besaran yang diukur, dan berakhir dengan display (tampilan) yang berfungsi sebagai interface

bagi 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, sehingga

memungkinkan pengukuran besaran non listrik melalui sistem pengukuran secara listrik atau

elektronik. Permasalahan utama dari sistem pengukuran secara elektrik maupun elektronik

terletak pada sensor. Sebelum ada sensor atau transducer, maka pengukuran secara elektrik

atau elektronik tidak dapat dilakukan. Misalnya, tidak akan termometer elektronik jika tidak

ada 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


3

sinyal salah satunya menentukan besarnya arus, tegangan atau menghilangkan gangguan

sehingga sinyal yang diproses pada pengolah sinyal benar-benar sesuai dengan karakteristik

besaran yang akan diukur.

Proses pengukuran terjadi pada pengolah sinyal. Pada bagian ini besarnya sinyal hasil

dari pengondisi sinyal dibandingkan dengan besaran yang sejenis yang sudah ditetapkan.

Agar proses pembandingan dapat sesuai dengan nilai besaran yang diukur, maka pada bagian

ini dilakukan kalibrasi dari besaran yang telah ditetapkan. Akurasi pengukuran ini sering

disebut juga dengan validitas sebuah alat ukur. Proses pengukuran dapat dilakukan secara

analog maupun dijital.

Ujung akhir sebuah sistem pengukuran adalah display atau tampilan. Fungsi bagian ini

adalah menyajikan informasi hasil pengukuran kepada kita yang menggunakan alat ukur.

Tampilan ini juga dapat disajikan dalam bentuk analog maupun dijital.


1

BAB 2

SENSOR/TRANSDUSER DAN AKTUATOR

A. KARAKTERISTIK SENSOR/TRANSDUSER

Secara umum, karakteristik sensor atau transduser dibagi menjadi dua yaitu: (1)

Karakteristik Statis (Static Charasteristics); dan (2) Karakteristik Dinamis (Dynamic

Characteristics).

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.


2

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


3

Berdasarkan definisi-definisi tersebut jelas bahwa fungsi utama dari sensor adalah

mengubah 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 komponen

tunggal 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 LM35

akan mengubah energi panas (suhu) menjadi besaran arus atau tegangan.

TRANSDUSER

Selain istilah sensor, dalam teknik instrumentasi elektronika juga dikenal istilah

transduser yang memiliki fungsi hampir sama atau bahkan sama dengan sensor. Perbedaan

pengertian antara sensor dan transduser sangatlah tipis sehingga definisi juga tidak jauh

berbeda. 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


4

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 sinyal

inputnya, baik bersifat listrik maupun fluida (pneumatik dan hidrolik). Aktuator biasanya

digunakan pada sistim kendali. Sehingga input aktuator berasal dari sistem kendali dan aksi

mekanik 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


5

MACAM-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.

Iron

Constantan

Thermocouplejunction

X1

X2

Vout

Copper

Copper

Gambar-2. Termokopel

Termokopel biasanya digunakan untuk pengukuran suhu tinggi, karena

termokopel mampu mengukur panas sampai 2500 derajat Celcius.


6

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.


7

Gambar-3 RTD dan housing

Gambar-4. RTD beserta karakteristiknya

Gambar-5. Rangkaian pengukur suhu menggunakan RTD


8

c. 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


9

(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 temperatur

terhadap jangkauan suhu yang dapat diukur, linearitas, keuntungan dan kerugian masing-

masing.

4. Cahaya

Sensor cahaya merupakan pengembangan hasil penemuan Heinrich Hertz pada

tahun 1887 tentang efek fotolistrik. Sensor cahaya ini banyak digunakan karena sensor


10

bersifat tidak memerlukan kontak/hubungan. Secara umum, sensor cahaya dikategorikan

menjadi (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


11

Gambar-11. Contoh penggunaan photoresistor untuk rangkaian pembagi tegangan

Photodiode

Intensitas cahaya juga dapat dideteksi oleh junction PN dalam semikonduktor

seperti photodiode dan phototransistor. Arus yang dihasilkan oleh photodiode

biasanya relatif kecil, sehingga perlu rangkaian penguat agar hasil keluarannya

dapat terbaca. Kadang-kadang rangkaian penguat ini sudah dijadikan satu dengan

sensor photodiode dalam satu kemasan, sehingga keluaran yang dihasilkan sudah

layak untuk proses berikutnya. Gambaran lengkap dari photodiode beserta contoh

aplikasinya dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Gambar-11. Photodiode


12

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. Phototransistor

b. Photovoltaic

Photovoltaic adalah sensor cahaya yang menghasilkan tegangan. Besarnya

tegangan yang dihasilkan tergantung intensitas cahaya yang mengenainya.


13

Contoh aplikasi photovoltaic dengan menggunakan penguat operasional dapat

dilihat pada gambar berikut ini.

Gambar-14. Aplikasi photovoltaic

c. 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


14

Gambar-16. Photomultiplier


15

BAB 3

INSTRUMENTASI dan VARIABEL CONTROL

3.1 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


16

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 menekan

Strain Gauges

Strain gauges digunakan untuk mengukur tekanan atau tarikan. Jika sebuah

konduktor ditarik atau ditekan maka diameter akan berubah. Perubahan diameter ini akan

mempengaruhi nilai resistansi. Dengan demikian sensor strain gauge ini akan mengubah

besaran 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)


17

Foil type strain gauges dan (3) Semiconductor strain gauges. Berikut ini macam-macam

strain gauge resistansi.

Gambar-17. Macam-macam strain gauge resistif

3.1.1 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.


18

B. 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.


19

3.1.3 KALIBRASI TEKANAN Kalibrasi tekanan dilakukan dengan piranti ukur standar seperti mano-meter pipa-U atau

dead weight gauge calibrator. Gambar berikut variasi pipa-U untuk keperluan dan

pengukuran.

Dalam pemakaian di industri proses, manometer pipa-U kurang praktis. Gambar berikut

menyajikan jenis dead weight calibrator.


20

3.2 TEMPERATURE

Suhu adalah ukuran derajat aktivitas termal partikel dalam material. Jika dua benda

berbeda suhunya, panas akan ditransmisikan dari benda yang lebih panas ke benda yang lebih

dingin sampai kedua benda memiliki suhu yang sama (disebut keseimbangan termal).

3.2.1 Sistem Termal Isian

Sistem termal isian bekerja berdasarkan prinsip pemuaian fluida. Piranti ini dibedakan menjadi

dua jenis, yaitu berdasar perubahan volume dan tekanan.

A. Pada jenis pertama, sistem berisi cairan.


21

B. Sistem berisi Uap

C. Sistem Isian Gas

Tabel Klasifikasi SAMA untuk sistem isian adalah sebagai berikut :

Klasifikasi Uraian

I

Liquid –filled volume –change (selain merkuri)

IA – Full compensation

IB – Case compensation


22

II

Vapor-filled pressure-change

IIA – Dirancang untuk suhu di atas suhu lingkungan

IIB – dirancang untuk suhu dibawah suhu lingkungan

IIC – Dirancang u/ suhu diatas dan bawah suhu lingkungan

IID – Dirancang untuk seluruh suhu

III

Gas-Filled pressure-change

IIIA – full compensation

IIIB – case compensation

V

Mercury-filled volume change

VA – full compensation

VB – case compensation

3.2.2 Thermometer Bimetal

Bekerja dengan prinsip bahwa logam akan memuai jika dikenai panas dan koefisien

pemuaiannya untuk setiap jenis logam akan berbeda.

Elemen yang sensitif terhadap suhu adalah campuran antara dua jenis logam yang dikeraskan

menjadi lempengan berbentuk pita.


23

3.2.3 Termometer Resistansi (RTD)

Metode pengukuran suhu yang teliti yaitu dengan menggunakan termometer resistansi

listrik. Piranti ini terdiri atas resistor yang harga resistansinya bergantung pada suhu.

3.2.4 Termokopel

Berisi pasangan konduktor yang terdiri atas dua logam atau paduan berbeda yang ujungnya

saling dihubungkan. Cara kerjanya didasarkan atas kombinasi efek termoelektrik. Ketika dua

titik hubung dua jenis logam yang berbeda (T1 dan T2), akan timbul tegangan listrik antara

titik M dan N.

Hubungan antara suhu dan tegangan adalah sebagai berikut.

Dengan,

C1 dan C2 = konstanta termoelektrik material

T1 dan T2 = Suhu titik hubung

22122110 )()( TTCTTCv −+−=


24

d. Rangkaian Termokopel hubungan Tunggal

e. Rangkaian Termokopel hubungan ganda

f. Pengukuran GGL langsung

g. Pengukuran GGL dengan titik reverensi nol

3.2.4.1 TIPE TERMOKOPEL

Tabel Tipe termokopel Menurut Standard Instrument Society Of America (ISA)


25

Tipe Bahan Rentang Suhu (C) GGL (V)

B Platina, 6% Rodium (+) dan Platina, 30% Rodium (-)

0… 1820 0… 13,814

R Platina (+) dan platina, 13% Rodium (-)

-50… 1768 -0,226… 21,108

S Platina (+) dan platina, 10% Rodium (-)

-50… 1768 -0,236… 18,698

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… 76,358

3.2.5 PYROMETER

Pirometer digunakan untuk mengukur suhu berdasar prinsip radiasi termal yang dipancarkan

benda. Kelebihan pirometer adalah, tidak menyentuh objek terukur. Dengan demikian

pengukuran hampir tidak mempengaruhi suhu benda. Pirometer banyak digunakan untuk

mengukur lelehan besi dan suhu tanur pembakaran


26

3.3 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 Flowmeter

3.3.1 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 mv2

2 + mgz2

karena, v = m/ρ dan Q = v A, maka laju alir volume, Q, untuk kondisi ideal ialah,

*** 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

( ) ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−+

−

−= 21

212

12

2 2/1

zzppgAA

AQρ


27

3.3.2 ORIFICE METER

Jarak minimum dari pelat orifice


28

3.3.3 TABUNG VENTURI

Ukuran tabung venturi menurut ASME

Laju alir fluida yang melalui pipa dirumuskan sebagai

( ) ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−+

−

−= 21

212

12

2 2/1

zzppgAA

ACQ v

ρ


29

3.3.4 FLOW NOZZLE

Flow nozzle serta ukuran yang dianjurkan oleh ASME

Dall flow tubes

3.3.5 ELBOW METER

Penempatan sensor tekanan pada elbow meter

Laju alir volume, Q, diperoleh dengan persamaan 3.9. Nilai koefisien elbow meter (C)

berkisar antara 0,56 dan 0,88


30

3.3.6 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


31

b. Efek Coriolis Rotation

(a) Kondisi Tanpa aliran (b) Kondisi ada alian

3.3.7 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.


32

3.4 LEVEL CAIRAN

3.4.1 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.

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 termal

3.4.2 Metode Apungan

- Prinsip

Metode apungan mengukur tinggi permukaan berdasar prinsip gaya apung yang diberikan

oleh cairan adalah sebanding dengan tinggi permukaan cairan disekitarnya

ghp ρ=


33

- 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 sekitarnya

Gaya yang bekerja pada batang apung adalah sama dengan berat batang dikurangi gaya apung

oleh cairan di sekitarnya. Gaya neto sebesar

Dengan:

- f = gaya neto (N)

- m = massa batang (kg)

- g = gravitasi (9,81 m s-2)

- ρ = densitas cairan (kg m-3)

gAhmgf ρ−=


34

- 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 RADIASI

3.4.4.1 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 luas

3.4.4.2 Metode Radiasi Sinar Ultrasonic


35

Metode radiasi ultrasonik didasrkan atas efek gema yang dipantulkan oleh

permukaan cairan. Metode ini sangat handal, akurasinya baik, dan efek korosi dan

efek korosidan kontaminasinya dapat minimum. Kelemahannya adalah terganggu

oleh adanya debu, busa, pengembunan uap, dan relatif mahal. Metode ini dapat

diterapkan dengan baik pada tangki terbuka atau tertutup dalam rentang pengukuran

yang luas. Suhu operasi hingga 150 0C dengan ketidaktelitian 1% skala penuh.

25303347 instrumentation-and-calibration

Business

Transcript of 25303347 instrumentation-and-calibration