DESAIN INSTRUMENTASI INDUSTRI: PENGUKURAN ...repository.unas.ac.id/3705/1/Buku Ajar_Desain...1.1....

i

DESAIN INSTRUMENTASI

INDUSTRI: PENGUKURAN

TEMPERATUR

FITRI RAHMAH

LP UNAS

ii

Desain Instrumentasi Industri: Pengukuran Temperatur

Oleh : Fitri Rahmah

Hak Cipta© 2021 pada Penulis Editor Naskah : Gilang Almaghribi Penyunting : Kiki Rezki Lestari dan Fitria Hidayanti Desain Cover : Erna Kusuma Wati ISBN: 978-623-7376-88-0 Hak Cipta dilindungi Undang-undang. Dilarang memperbanyak atau memindahkan sebagian atau seluruh isi buku ini dalam bentuk apapun, baik secara elektronis maupun mekanis, termasuk memfotocopy, merekam atau dengan sistem penyimpanan lainnya, tanpa izin dari Penulis. Penerbit : LP_UNAS Jl.Sawo Manila, Pejaten Pasar Minggu, Jakarta Selatan Telp. 021-78067000 (Hunting) ext.172 Faks. 021-7802718 Email : [email protected]

iii

KATA PENGANTAR

Dalam pembuatan buku Desain Instrumentasi Industri: Pengukuran Temperatur ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada beberapa pihak yang telah banyak membantu. Penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak Dr. El Amry Bermawi Putra, MA selaku Rektor

Universitas Nasional 2. Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada

Masyarakat Universitas Nasional 3. LP Unas 4. Jajaran dosen dan karyawan di lingkungan Universitas

Nasional Demikianlah semoga buku ajar Desain Instrumentasi

Industri: Pengukuran Temperatur ini dapat bermanfaat bagi mahasiswa termasuk mahasiswa Program Studi Teknik Fisika Universitas Nasional. Tentunya dalam pembuatan buku ajar ini, tidak luput dari kesalahan. Untuk itu, kami mohon masukan dari para pembaca untuk perbaikan buku ajar ini.

Jakarta, Maret 2021

Penulis Fitri Rahmah

iv

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ..................................................................... iii

DAFTAR ISI ...................................................................................... iv

BAB 1 - Pengukuran Suhu: Tujuan, Hukum Thermodinamika, Standard Suhu, Skala, Konversi Dan Simbol Dan Kategori Perangkat Suhu .................................................................................... 1

1.1. Tujuan Pengukuran Suhu ................................................... 1 1.1.1 Pentingnya Pengukuran Suhu ........................... 2

1.1.2 Tipikal Loop Kontrol Pengukuran Suhu .......... 3

1.2. Hukum Termodinamika ..................................................... 5

1.2.1 Pemahaman mengenai teori energi kinetic ..... 6

1.2.2 Panas dan Suhu ................................................... 6 1.2.3 Konduksi, Konveksi dan Radiasi ..................... 7

1.3. Standard Suhu ..................................................................... 10

1.3.1 International Temperature Scale 1990 (ITS-90) 12

1.3.2 Ringkasan Standard ITS Lainnya ................... 13

1.3.3 Ringkasan Skala Suhu ....................................... 13 1.4. Terminologi dan Simbol ................................................... 15

1.5. Kategori Umum Perangkat Suhu .................................... 17

1.5.1 Sistem Terisi (Filled System) .............................. 17

1.5.2 Temometer Glass Stem ...................................... 17

1.5.3 Termometer Bimetal ........................................ 24 1.5.4 Perangkat Pyrometric ........................................... 25

1.5.5 Material Sensitif Suhu ....................................... 27

v

1.5.6 Termocouple...................................................... 29

1.5.7 Resistance Temperature Devices (RTD) ................ 34

1.5.8 Prinsip Operasi .................................................. 34 BAB 2- Kriteria Pemilihan Perangkat Suhu ................................. 39

2.1. Dasar Aplikasi ..................................................................... 39

2.1.1 Rentang Suhu ..................................................... 40

2.1.2 Akurasi Sensor ................................................... 42

2.1.3 Kecepatan Respon ............................................ 46 2.1.4 Metode Indikasi Suhu ...................................... 47

2.1.5 Lingkungan Operasi ......................................... 48

2.1.6 Persyaratan Ukuran Mekanik .......................... 49

2.2. Dasar Keamanan ................................................................ 49

2.2.1 Sealing dan Instalasi yang Tepat ...................... 49 2.2.2 Meminimalkan Resiko Kegagalan Sensor ..... 49

2.2.3 Larangan Termometer Glass Stem ................... 50

2.3. Metalurgi .............................................................................. 50

2.4. Dasar Instalansi .................................................................. 52 2.4.1 Kebutuhan Rumah Pelindung ........................ 52

2.4.2 Orientasi dan Lokasi Instalasi (Immersion Length) 53

2.5. Pemeliharaan dan Kalibrasi .............................................. 54

2.5.1 Kebutuhan Pemeliharaan ................................ 54

2.5.1 Pendukung Kalibrasi ........................................ 56

2.6. Kompatibilitas dengan Proses Instrumentasi yang Ada ....................................................................................... 59

2.7. Pertimbangan Ekonomi .................................................... 60

vi

2.7.1 Biaya Sensor ....................................................... 60

2.7.2 Biaya Transmitter ................................................. 60

2.7.3 Dukungan Distributed Control System ................ 61 2.7.4 Kebutuhan Lokal Indikasi ............................... 62

2.8. Arahan Teknis .................................................................... 62

2.8.1 Tren Penggunaan Sensor ................................. 62

2.8.2 Perubahan Teknologi Sensor .......................... 63

2.8.3 Temperature Transmitter berbasis Microprocessor 64 BAB 3 – Seleksi Perangkat Sensor Suhu ....................................... 65

3.1. Sistem Terisi ........................................................................ 65

3.1.1 Termometer Glass Stem .................................. 65

3.1.2 Sistem Filled Thermal ...................................... 71

3.2. Perbandingan Kinerja dari Sistem Terisi ........................ 76 3.3. Termometer Bimetal ......................................................... 76

3.3.1 Prinsip ................................................................. 77

3.3.2 Design ................................................................. 78

3.3.3 Kinerja ................................................................ 79 3.3.4 Instalansi ............................................................. 80

3.3.5 Aplikasi ............................................................... 80

3.4. Pyrometer ............................................................................ 81

3.4.1 Prinsip ................................................................. 81

3.4.2 Design ................................................................. 83 3.4.3 Kinerja ................................................................ 85

3.4.4 Instalansi ............................................................. 86

3.4.5 Aplikasi ............................................................... 87

3.5. Material Sensitif Suhu ........................................................ 88

vii

3.5.1 Prinsip ................................................................. 88

3.5.2 Rancangan .......................................................... 89

3.5.3 Performa ............................................................. 90 3.5.4 Instalasi dan aplikasi ......................................... 90

3.6. Termocouple ....................................................................... 91

3.6.1 Prinsip ................................................................. 91

3.6.2 Design ................................................................. 95

3.6.3 Kinerja .............................................................. 111 3.6.4 Instalasi ............................................................. 112

3.6.5 Aplikasi ............................................................. 119

3.7. Termometri Resistansi .................................................... 127

3.7.1 Resistance Temperature Detector .......................... 128

3.7.2 Termistor .......................................................... 129 3.8. Resistance Temperature Detector (RTD) .............................. 132

3.8.1 Prinsip ............................................................... 132

3.8.2 Design ............................................................... 134

3.8.3 Kinerja .............................................................. 139 3.8.4 Koreksi ............................................................. 141

3.8.5 Instalansi ........................................................... 145

3.8.6 Aplikasi ............................................................. 151

3.8.7 Perbandingan Kinerja Termocouple dan RTD 152

BAB 4 – Pemilihan Thermowell ...................................................... 155

4.1. Prinsip ................................................................................ 156 4.2. Design ................................................................................ 157

4.3. Kinerja ............................................................................... 159

viii

4.4. Instalasi .............................................................................. 160

4.5. Aplikasi .............................................................................. 165

4.6. Tipe Thermowell .............................................................. 167 4.6.1 Flanged Thermowell ....................................... 168

4.6.2 Threaded (Screwed) Thermowell ................. 168

4.6.3 Socket weld Thermowell ............................... 169

4.7. Komposisi Material dan Rentang Pengukuran ............ 170

4.8. Pertimbangan Getaran: Kalkulasi Frekuensi Wake .... 171 4.8.1 Kejadian Frekuensi Wake .............................. 172

4.8.2 Peringkat kecepatan ........................................ 173

4.8.3 Kalkulasi Frekuensi Wake .............................. 173

4.8.4 Peran Vendor di Proses Seleksi .................... 174

4.9. Batasan Konduktivitasi Termal...................................... 175 4.10. Pertimbangan Kecepetan Respon ................................. 176

4.11. Panjang Maksimum dan Minimum Penyisipan ........... 177

4.12. Rekomendasi Panjang Penyisipan ................................. 179

BAB 5 – Pemilihan Temperature Transmitter .................................. 180 5.1. Temperature Transmitter Pneumatik .................................. 182

5.1.1 Prinsip dan desain ........................................... 182

5.1.2 Performa dan instalasi .................................... 182

5.1.3 Aplikasi ............................................................. 183

5.2. Temperature Transmitter Elektronik .................................. 184 5.2.1 Prinsip ............................................................... 184

5.2.2 Design ............................................................... 185

5.2.3 Kinerja .............................................................. 189

5.2.4 Instalasi ............................................................. 190

ix

5.2.5 Aplikasi ............................................................. 193

5.3. Temperature Transmitter berbasis Mikroprosesor ........... 193

5.3.1 Prinsip ............................................................... 194 5.3.2 Design ............................................................... 195

5.3.3 Kinerja .............................................................. 197

5.3.4 Instalasi ............................................................. 197

5.3.5 Aplikasi ............................................................. 202

DAFTAR PUSTAKA .................................................................... 205 TENTANG PENULIS ................................................................. 207

1

BAB 1 - PENGUKURAN SUHU:

TUJUAN, HUKUM

THERMODINAMIKA, STANDARD

SUHU, SKALA, KONVERSI, SIMBOL,

DAN KATEGORI PERANGKAT SUHU

Pengukuran suhu dimulai dengan pemilihan perangkat

suhu melalui cara instalansi, aplikasi dan interpretasi hasil. Pada

bab ini akan membahas mengenai topik pengukuran suhu

diantaranya adalah:

• Tujuan pengukuran suhu

• Hukum Thermodinamika

• Standard suhu

• Skala dan konversi

• Simbol suhu

• Kategori umum untuk perangkat suhu

1.1. Tujuan Pengukuran Suhu

Pengukuran suhu yang akurat sangat penting sebagai

kontrol proses distilasi, fraksinasi, penyimpanan, dan

2

transportasi dari produk intermediate dan produk akhir. Selain

itu, pengukuran suhu berkontribusi pada hasil produk yang

lebih besar dan kualitas pemrosesan yang lebih baik.

Pengukuran suhu yang akurat sangat penting untuk

memaksimalkan efisiensi atau keluaran dari operasi

pemrosesan. Mengukur dan mengontrol suhu juga

meminimalkan pemrosesan ulang produk karena tidak

memenuhi persyaratan spesifikasi.

Tujuan pengukuran suhu diilustrasikan lebih lanjut pada

pembahasan berikut:

• Pentingnya pengukuran suhu

• Tipikal loop kontrol pengukuran suhu

1.1.1 Pentingnya Pengukuran Suhu Pengukuran suhu sangat penting dalam operasi

pemrosesan minyak, seperti distilasi dan fraksinasi. Pentingnya

pengukuran suhu, diantaranya adalah:

• Konversi dan hasil produk

• Keseimbangan material dalam proses pemisahan

• Kualitas dan penerimaan produk

• Pemantauan, kontrol dan pengoperasian peralatan

3

Dengan menggunakan contoh ini, seseorang dapat

menyimpulkan bahwa pengukuran suhu adalah bagian utama

dari desain proses dan operasi pabrik.

1.1.2 Tipikal Loop Kontrol Pengukuran Suhu

Loop control suhu dari pendingin antar tingkat kompresor

(Gambar 1), terdapat elemen pengukur suhu (TE), Temperature

Transmitter (TT atau TIT) dan pengontrol suhu (TC atau TIC).

Biasanya untuk mendinginkan gas panas yang terkompresi

antar tahap untuk meminimalkan lebih tinggi suhu

direalisasikan dengan penambahan pekerjaan tahap kompresor

awal. Jika tidak didinginkan, gas terkompresi dimasukkan ke

tahap kompresor berikutnya, kompresor akan bekerja pada gas

yang lebih panas dan lebih panas dengan hasil yang berat.

Gambar 1. Kontrol Suhu pada Pendingin Kompresor

4

Pada Gambar 2 mengilustrasikan pengukuran suhu

pada aplikasi aliran propane. Elemen suhu (TE)

merepresentasikan sensor yang dipengaruhi oleh suhu cairan

proses, propana. Temperature Transmitter mengirimkan sinyal

elektrik ke komputer yang disimbolkan dengan bentuk

heksagon. Semua bagian dari loop pengukuran suhu ini diberi

nomer 1002.

Gambar 2. Pengukuran Suhu di Aliran Propana

Pada Gambar 3 mengilustrasikan pengukuran suhu

pada aplikasi aliran fluida Pompa sentrigufal juga terletak di

jalur pipa tersebut. TI 200 adalah indikasi suhu dari loop 200,

disimbolkan dengan sebuah lingkaran yang menunjukkan

koneksi ke aliran propana yang dipompa.

5

Gambar 3. Pengukuran Suhu di Aliran dengan Pompa

Sentrifugal

1.2. Hukum Termodinamika

Termodinamika berhubungan dengan hukum yang

mengatur perubahan kondisi termal material. Subjek

termodinamika melibatkan studi ekstensif di luar cakupan bab

ini. Namun terdapat beberapa istilah dan konsep

termodinamika harus ditinjau ulang agar lebih baik

pemahaman tentang pemilihan perangkat pengukur suhu.

Hukum pertama termodinamika menyatakan bahwa

energi total dalam sistem tertutup adalah kekal (konstan).

Energi tidak dapat diciptakan atau dihancurkan, energi diubah

dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Pembakaran bahan bakar

untuk melepaskan panas merupakan contoh konversi energi

dari satu bentuk menjadi lain. Hukum kedua termodinamika

memberikan arahan pada proses. Salah satu konsekuensi dari

6

hukum kedua adalah bahwa panas tidak dapat berpindah dari

benda yang lebih dingin ke benda yang lebih panas. Sebagai

contoh, di dalam shell dan tube penukar panas, minyak mentah

pada 24 ° C tidak dapat menaikkan suhu pada minyak gas 150

° C di dalam pipa.

Beberapa konsep dan istilah tambahan yang harus

ditinjau meliputi:

• Pemahaman mengenai teori energi kinetik

• Panas dan suhu

• Konduksi, konveksi dan radiasi

1.2.1 Pemahaman mengenai teori energi kinetic

Teori energi kinetik didefinisikan sebagai energi yang

terkait dengan gerakan molekul tubuh secara keseluruhan.

Ketika energi kinetik dikaitkan dengan suhu, seseorang dapat

menyatakan bahwa semakin panas tubuh, semakin tinggi

aktivitas molekul tubuh.

1.2.2 Panas dan Suhu

Panas dan suhu sering disalahartikan sebagai istilah yang

identik. Panas adalah salah satu bentuk energi, sedangkan suhu

adalah ukuran intensitas panas.

7

Panas adalah suatu bentuk energi yang disebabkan oleh

aktivitas molekul suatu zat. Molekulnya diasumsikan selalu

dalam gerakan konstan. Gerakan molekul menghasilkan panas.

Jumlah panas yang digunakan suatu proses (endotermik) atau

yang dilepaskannya (eksotermik) memberi tahu kita banyak hal

yang berkaitan dengan apa yang terjadi dalam proses tersebut.

Oleh karena itu, penting untuk dapat mengukur intensitas

panas.

Suhu adalah ukuran intensitas panas. Dalam praktiknya, suhu

adalahsering dianggap sebagai derajat "panas" atau "dingin"

dari cairan, padat, atau gas. Suhu sering kali diukur pada skala

tertentu, seperti derajat Celsius atau derajat Fahrenheit.

1.2.3 Konduksi, Konveksi dan Radiasi

Beberapa istilah yang menggambarkan perpindahan panas

diantaranya adalah:

• Konduksi panas

• Konveksi panas

• Radiasi panas

Konduksi panas - Ketika perbedaan suhu terjadi dalam

sebuah benda, transfer energi panas terjadi dari area tubuh

8

yang lebih hangat ke area yang lebih dingin. Perpindahan panas

cenderung untuk menghasilkan keseragaman suhu.

Perpindahan panas disebut konduksi. Tidak semua bahan

menghantarkan panas dengan kecepatan yang sama. Logam

dianggap konduktor yang baik karena mereka mentransfer

panas lebih cepat dari bahan bukan logam lainnya. Perak, yang

memiliki nilai koefisien konduktivitas termal 100, digunakan

sebagai standar pembanding semua bahan lainnya. Laju panas

yang ditransfer melalui suatu benda bergantung pada hal-hal

berikut:

• Koefisien konduktivitas thermal

• Luas penampang dimana panas mengalir

• Ketebalan material

• Perbedaan suhu antara dua sisi material

Konveksi panas - didefinisikan sebagai transfer energi panas

melalui fluida yang bergerak (gas dan cairan). Misalnya, uap

diangkut dengan pipa ke reboiler dengan distilasi unit menara

untuk merebus produk minyak.

Radiasi panas – didefinisikan sebagai perpindahan panas

antara dua benda yang memiliki suhu yang berbeda. Radiasi

tidak membutuhkan kontak langsung antar benda atau zat.

9

Misalnya, energi matahari menghangatkan bumi melalui

radiasi. Radiasi tidak hanya bergantung pada suhu tubuh, tetapi

tergantung pada sifat permukaan tubuh. Permukaan yang gelap

dan kasar memancarkan panas lebih banyak daripada

permukaan halus berwarna terang.

Aspek praktis dari hukum termodinamika adalah bahwa

harus dipertimbangkan hal -hal yang dibutuhkan saat

pengukuran suhu permukaan, pengukuran suhu cairan, atau

suhu gas. Tidak cukup untuk mengasumsikan bahwa suhu

pada titik pengukuran selalu sama dengan suhu proses. Hukum

termodinamika menyatakan bahwa panas mengalir dari yang

lebih panas daerah ke daerah yang lebih dingin dengan

konduksi, konveksi, dan radiasi.

Tujuan dari instalasi sensor adalah untuk memastikan

bahwa jumlah panas yang mengalir antara titik yang diukur dan

sensor tidak cukup untuk mengubah suhu titik yang diukur.

Selain itu, perbedaan atau gradien suhu dapat terjadi di

sepanjang selungkup pelindung sensor. Gradien tersebut

diatasi melalui praktik pemasangan yang mencakup

membenamkan sensor ke kedalaman yang tepat.

10

1.3. Standard Suhu

Untuk pengukuran yang tepat dari panjang diskrit,

seseorang dapat dengan mudah mengacu pada standar yang

sudah dikenal. Untuk pengukuran suhu, bagaimanapun,

standar harus dapat diamati dan diulang. International

Temperature Scale (ITS) merupakan sebuah standard yang

berdasar pada fenomena suhu yang konsisten dan berulang.

ITS menetapkan suhu referensi yang dapat digunakan untuk

mengkalibrasi alat ukur suhu. Skala suhu relevan dengan

perangkat pemilihan dijelaskan dalam istilah berikut.

Gambar 4. ITS-90 tentang range dan titik tetap secara

numerik

11

Suhu referensi ini adalah titik tetap dari berbagai material

yang diakui secara internasional:

• Titik Beku (FP)

• Titik Lebur (MP)

• Triple Point (TP)

• Titik Tekanan Uap (VP)

Sebuah poin pada ITS-90 ditunjukkan secara skematis

pada Gambar 4 dan didefinisikan secara numerik pada Gambar

5.

Gambar 5. Titik tetap ITS-90 secara numerik

12

Skala suhu yang relevan dengan pemilihan

perangkat dijelaskan dalam istilah berikut:

• International Temperature Scale 1990 (ITS-90)

• Ringkasan Standar ITS Lainnya

• Ringkasan Skala Suhu

1.3.1 International Temperature Scale 1990 (ITS-90)

International Temperature Scale 1990 (ITS-90) menjadi

popular di seluruh dunia pada tanggal 1 Januari 1990. ITS-90

mengatasi kekurangan dalam ketidakakuratan dan

reproduktifitas dari International Practical Temperature Scale 1968

(IPTS-68/75). Terdapat dua perubahan yang signifikan pada

ITS-90.

• Penerapan triple point dari air 0,01 ° C sebagai titik tetap yang

mengganti titik es, 0 ° C. Triple point dari air adalah suhu di mana

air, es, dan uap air berada pada kesetimbangan.

• Penggunaan Standard Platinum Resistance Thermometer (SPRT)

untuk menggantikan tipe “S” platinum thermocouple sebagai

standar suhu di bawah silver point (961,78 ° C).

Hasil dari perubahan pada TS-90 adalah hubungan

antara derajat Celcius dan suhu yang dinyatakan dalam Kelvin

adalah sebagai berikut:

13

T(K) = t(˚C) + 273.15, dimana

T(K) = Kelvin

t(˚C) = suhu pada derajat celsius (C)

(Catatan: 273.15 pada ˚C)

T = absolute

t = relative – titik

1.3.2 Ringkasan Standard ITS Lainnya

Pada awal 1887, standar suhu diusulkan untuk

referensi tetap pada titik es dan uap. Standar internasional

pertama kali ditetapkan pada tahun 1927, ketika Ineternational

Practical Temperature Scale (IPTS) diadopsi. Standard tersebut

menjelaskan poin-poin tetap itu dapat digandakan sesuai

kondisi laboratorium. ITS direview secara berkala. Seorang

insinyur instrument harus menyadari bahwa vendor dapat

merujuk data produk ke IPTS-68 dan / atau ITS-90.

1.3.3 Ringkasan Skala Suhu

Jika suatu zat tidak memiliki energi, dapat dikatakan

bahwa tidak ada aktivitas molekuler yang terjadi dan suhu zat

tidak akan memiliki nilai. Jika suhu tidak memiliki nilai,

keberadaan sebuah suhu nol mutlak dapat diasumsikan.

Faktanya, suhu nol mutlak menjadi dasar untuk skala Kelvin.

14

Skala suhu yang lebih umum digunakan adalah skala

Fahrenheit dan skala Celsius. Skala suhu (Gambar 6) meliputi:

• Skala Kelvin - Skala Kelvin juga dikenal sebagai skala

termodinamika internasional. Skala Kelvin mencatat suhu

termodinamika sebagai T, satuan pengukurannya adalah

kelvin, K. Secara konvensi, tanda derajat (°) tidak

digunakan dengansuhu kelvin. Perubahan 1 kelvin setara

dengan perubahan 1 derajat Celsius.

• Skala Celcius - Skala Celcius, sebelumnya dikenal sebagai

skala centrigrade adalah berdasarkan titik es (0 ° C) dan titik

didih (100 ° C) air. Celsius adalah digunakan di seluruh

dunia baik dalam bidang komersial maupun ilmiah.

• Skala Fahrenheit - Skala Fahrenheit didasarkan pada suhu

campuran garam dan air (0 ° F) dan suhu tubuh manusia

(96 ° F). Skala Fahrenheit digunakan terutama untuk

pengukuran komersial dalam negara yang menggunakan

Bahasa Inggris sebagai Bahasa komunikasi. Disiplin ilmu

ilmiah dan teknik lebih suka menggunakan Celcius.

• Skala Rankine - Skala Rankine setara dengan skala Kelvin,

tapi suhu dinyatakan dalam interval derajat Fahrenheit.

15

Gambar 6: Skala Suhu

1.4. Terminologi dan Simbol

Terminologi dan simbologi yang digunakan dalam

pengukuran suhu dijelaskan dalam istilah berikut:

• Fungsi perangkat

• Simbol penggambaran di P&ID

• Contoh penggambaran

Simbol penggambaran pengukuran suhu ditunjukkan

pada Gambar 7. Simbol tersebutsesuai dengan persyaratan

16

Saudi Aramco yang ditentukan dalam SAES-J-004 (Simbol

Instrumen dan Identifikasi).

Gambar 7: Simbol Penggambaran

(Catatan: simbol perpipaan untuk sinyal listrik dan pneumatik

seperti yang digunakan di Saudi Aramco adalah

kebalikan dari masyarakat instrumen dan penggunaan simbol

industri. Standar terbaru memungkinkan pabrik yang ada

memiliki anti-ISA atau ISA yang optimal. Semuanya akan

mengikuti ISA.)

17

1.5. Kategori Umum Perangkat Suhu

Kategori umum perangkat suhu diantaranya adalah:

• Sistem Terisi

• Termometer Bimetal

• Perangkat pirometrik

• Material sensitive suhu

• Termokopel

• Resistance temperature detector

1.5.1 Sistem Terisi (Filled System)

Disebut sistem terisi karena mereka menggunakan ekspansi

termal dari fluida pengisi sebagai pengukuran suhu. Sistem

termal yang terisi dapat diaplikasikan sebagai indikasi lokal atau

jarak jauh. Gambar 8 menunjukkan contoh sistem terisi. Tiga

kategori dari system terisi adalah sebagai berikut:

• Termometer glass stem

• Sistem terisi termal

• Saklar suhu

1.5.2 Temometer Glass Stem

Termometer glass stem memiliki cairan pengisi cairan

dalam bulb atau reservoir, tabung kaca berongga untuk cairan

18

untuk mengembang, dan skala suhu terukir di sepanjang

tabung berlubang. Cairan pengisi biasanya merkuri atau

alkohol yang diwarnai. Ekspansi termal dari fluida pengisi di

sepanjang bagian tabung berskalamenunjukkan suhu.

Termometer glass stem tersedia dalam versi terlindungi dan tidak

terlindungi (Gambar 9).

Sistem Termal Terisi - Tujuan dari sistem termal terisi

adalah digunakan untuk indikasi suhu jarak jauh dan / atau

perekaman suhu. Sistem termal yang diisi mirip dengan

pengukur tekanan; alih-alih tabung penginderaan yang

merespons perubahan tekanan, justru merespons perubahan

suhu. Sistem termal terisi (Gambar 10) terdiri dari bulb sensor

suhu yang terhubung dengan tabung kapiler ke instrumen

pembacaan.

Gambar 8: Sistem Terisi Termal

19

Gambar 9: Contoh Termometer Glass Stem

Gambar 10: Sistem Termal Terisi

20

Scientific Apparatus Makers Association (SAMA) membagi

terdapat empat kelas sistem termal terisi. Setiap kelas dibagi

menjadi beberapa sub kelas (Gambar 11). Kelas ditentukan

menurutcairan pengisi yang digunakan di perangkat:

• Kelas I – Isi caira

• Kelas II – Isi cairan / uap

• Kelas III – Isi gas, dan

• Kelas V – Isi merkuri

Kelas

SAMA

Subkelas Isi cairan Suhu

Terukur

Catatan

I IA Cairan

IB

II IIA Uap

IIB

IIC

IID

IIIA IIA Gas

IIIB

V VA Merkuri

VB

Gambar 11: Kelas Sistem Termal Terisi

21

(Catatan: bahwa klasifikasi SAMA sebelumnya termasuk Kelas

IV untuk termometer berisi merkuri, tapi sebutan itu sekarang

diadopsi sebagai Kelas V. Perhatikan juga thermometer

bimetalik, listrik, dan glass stem tidak termasuk dalam klasifikasi

ini.) ASME saat ini sedang memperbarui dokumen SAMA dan

akan diterbitkan pada tahun 1997 sebagai dokumen ASME.

Kelas I – Sistem Terisi Cairan pada dasarnya adalah

termometer berisi cairan. Contoh sistem Kelas I pada Gambar

12 diisi penuh dengan cairan dan beroperasi pada prinsip

ekspansi cairan. Sebagai suhu fluida pengisi meningkat, fluida

pengisi mengembang dan internal meningkat tekanan.

Peningkatan tekanan menyebabkan elemen tekanan

memanjang dan menggerakkan penunjuk sepanjang skala.

Sistem Kelas I memiliki opsi untuk kompensasi suhu kapiler

dan elemen tekanan.

Kelas II – Sistem Uap pada dasarnya adalah termometer

tekanan uap. Sistem Kelas II harus diisi media yang terdiri dari

cairan yang mudah menguap pada kesetimbangan. Antarmuka

cairan / gas harus selalu muncul di bulb selama rentang waktu

instrument tersebut dikalibrasi.

22

Gambar 12: Sistem Terisi Kelas I

Gambar 13: Sistem Terisi Kelas II

23

Kelas III – Sistem Terisi Gas pada dasarnya adalah

termometer tekanan gas. Sistem Kelas III menggunakan

gas inert dalam sistem ini. Gas tersebut memiliki volume yang

hampir konstan. Saat suhu meningkat, tekanan internal juga

meningkat. Tekanan meningkat memindahkan elemen tekanan

yang terhubung ke penunjuk indikasi suhu.

Kelas V – Sistem Terisi Merkuri mirip dengan sistem Kelas

I karena keduanya menggunakan isi cairan; namun sistem

Kelas V menggunakan merkuri sebagai fluida pengisi. Cairan

pengisi merkuri memberikan linier dan respons yang lebih

cepat terhadap perubahan suhu daripada sistem Kelas I.

Sakelar suhu menyediakan deteksi suhu tinggi atau rendah,

mencadangkan alarm yang ada, menggerakkan peralatan

tambahan untuk sistem interlock pengaman. Beberapa sakelar

suhu (Gambar 14) terdiri dari elemen bulb, pipa kapiler, dan

sakelar listrik. Desain bulb sakelar suhu dan kapiler

diklasifikasikan ke dalam salah satu kelas sistem terisi yang

dijelaskan sebelumnya. Sakelar suhu dapat menggunakan

elemen bimetalik sebagai elemen suhu.

24

Gambar 14: Sistem Terisi Sakelar Suhu

1.5.3 Termometer Bimetal

Termometer bimetalik (Gambar 15) dinamai demikian

karena elemen penginderaan suhu terdiri dari dua logam

berbeda yang memiliki koefisien muai yang berbeda. Keduanya

berbeda logam diikat atau dibrazing bersama. Ketika elemen

suhu terkena panas, ia akan melengkung menuju logam dengan

tingkat ekspansi yang lebih rendah. Karena tekukan atau

lendutan kecil, maka strip bimetalik biasanya berbentuk heliks

atau spiral. Bentuk heliks adalah jenis yang lebih umum elemen

penginderaan termometer bimetalik. Batang termometer

bimetalik yang mengandung heliks terkadang diisi dengan

cairan silikon yang memberikan perpindahan panas dan

ketahanan getaran yang lebih baik.

25

Gambar 15: Contoh Termometer Bimetal

1.5.4 Perangkat Pyrometric

Perangkat pyrometric adalah teknologi pengukuran

suhu non-kontak yang mengukur jumlah energi radiasi yang

dipancarkan benda panas. Beberapa kategori perangkat

pyrometric adalah:

• pirometer optik, dan

• pirometer radiasi.

Pirometer optik mengukur suhu bahan yang memancarkan

energi dalam spektrum yang terlihat. Suhu sebenarnya

disimpulkan dengan membandingkan energi radiasi yang

diamati dengan internal standar yang tersedia di perangkat

pyrometric. Mata manusia digunakan sebagai pendeteksi untuk

26

menentukan suhu. Cahaya dari objek yang diukur difokuskan

secara manual dengan sistem lensa dan dibandingkan dengan

sumber pijar. Seorang operator secara manual menyesuaikan

sumber pirometer sampai objek dan standar internal tampak

memiliki kecerahan (warna) yang sama. Itu pyrometer optik

manual (Gambar 16) ringan dan dapat dipasang di tempat atau

genggam. Aplikasinya digunakan untuk memeriksa suhu

refraktori dalam pemanas berbahan bakar dan insinerator.

Gambar 16: Pirometer Optik

Pirometer radiasi menggunakan detektor radiasi listrik

yang dapat mendeteksi dari anjang gelombang infra merah

hingga ultraviolet. Pirometer inframerah beroperasi dengan

membandingkan jumlah radiasi yang dipancarkan objek yang

dipanaskan dengan referensi internal. Perbedaan antara

referensi dan sumber kemudian ditunjukkan pada meteran dan

dapat ditransmisikan secara elektronik ke sistem kendali.

27

Model unit yang bisa digenggam (Gambar 17). Model

genggam berguna untuk inspeksi lapangan titik panas yang

tidak terdeteksi. Misalnya, unit genggam dapat digunakan

untuk memeriksa titik panas di reaktor unit reformer atau unit

perengkahan katalitik fluida reaktor-regenerator peralatan.

Gambar 17: Pirometer Radiasi

1.5.5 Material Sensitif Suhu

Bahan yang peka terhadap suhu menunjukkan bahwa

telah terjadi perubahan suhu yang ditentukan sebelumnya.

Bahan sensitif suhu (Gambar 18) meliputi:

• cat dan krayon,

• kristal cair,

28

• bahan material padat, dan

• resistor karbon

Cat dan krayon adalah bahan sensitif suhu yang paling umum

dan paling sederhana. Cat diterapkan langsung ke bejana

pengolah; bejana bisa pada suhu berapa pun, dingin atau panas.

Beberapa cat dapat mengalami lebih dari satu kali perubahan

warna karena suhu terus berubah. Ketika suhu tertentu

tercapai, warnanya berubah secara permanen. Krayon mirip

dengan cat karena memiliki perubahan warna pada suhu

tertentu. Krayon dilap pada benda atau peralatan setelah benda

tersebut dipanaskan. Garis proses, pemanas api dan penukar

panas adalah beberapa contoh aplikasi di mana krayon dapat

digunakan untuk memeriksa suhu.

Kristal Cair adalah jenis indikator suhu yang berubah warna

seiring dengan suhu bervariasi. Saat warna berubah, pengamat

manusia membandingkan warna dengan referensi standar

warna. Kristal cair tersedia untuk rentang pengukuran suhu

tertentu. Utama penggunaan kristal cair dalam pengujian

peralatan yang tidak rusak.

29

Bahan Material Padat seperti germanium dan dioda silikon

menunjukkan perubahan arus dioda sebagai respon terhadap

perubahan suhu. Perubahan arus versus suhu cukup linier.

Resistor Karbon telah digunakan sebagai sensor suhu. Nilai

resistansi hingga 150 ohm, dengan daya 0,1 hingga 1 watt,

dapat digunakan dalam aplikasi seperti pengukuran suhu

kriogenik.

Gambar 18: Material Sensitif Suhu

1.5.6 Termocouple

Termokopel mungkin salah satu perangkat yang paling

umum digunakan dalam proses kontrol pengukuran suhu.

Termokopel terdiri dari dua kabel logam berbeda yang diikat

30

bersama-sama di salah satu ujung untuk membentuk

persimpangan. Persimpangan ini disebut persimpangan

"panas" atau persimpangan pengukuran. Ujung kabel yang

berlawanan dapat digabungkan untuk membentuk referensi

atau persimpangan dingin.

Gambar 19: Persimpangan Pengukur Termokopel

Ketika panas diterapkan ke sambungan panas dimana tempat

dua kabel logam yang berbeda disatukan, gaya gerak listrik (ggl)

dihasilkan. Ggl didasarkan pada suhu di persimpangan

pengukuran dan komposisi kabel logam yang berbeda.

Persimpangan dingin idealnya berada pada 32 ° F atau 0 ° C.

Ini sangat jarang terjadi, jadi jumlah kompensasi tegangan

konsisten dengan komposisi kabel dan suhu lingkungan

ditambahkan sebagai “sambungan dingin kompensasi."

Fenomena ggl disebut Efek Seebeck, dinamai menurut

31

Thomas Seebeck sebagai penemu. Pengoperasian termokopel

didasarkan pada Efek Seebeck.

Untuk menggunakan termokopel untuk pengukuran suhu,

termokopel harus dihubungkan ke alat ukur untuk membentuk

sirkuit (Gambar 20) di mana arus dapat mengalir. Satuan

pengukuran untuk ggl dalam milivolt. Titik koneksi instrumen

untuk kabel termokopel memiliki referensi internal yang

dikenal sebagai sambungan dingin atau referensi.

Gambar 10: Rangkaian Pengukuran Termokopel

Dalam prakteknya, termokopel sering kali dimasukkan ke

dalam selubung pelindung yang disebut thermowell.

Thermowell kemudian dimasukkan ke dalam bejana proses.

32

Gambar 21: Termokopel dimasukkan di Termowell

Kerugian thermowell adalah memperlambat kecepatan respon

secara signifikan. Sebagai perbandingan, konstanta waktu

termokopel telanjang adalah 10 kali lebih cepat dari

termokopel di thermowell. Termokopel diklasifikasikan

menurut jenisnya. Penunjukan tipe ditentukan oleh

perbedaannya logam atau paduan yang digunakan untuk

membuat termokopel. Jenis termokopel ditunjukkan pada

Gambar 22.

Tipe

Termokopel Paduan Kawat

Rentang Suhu

Min Max

B Pt70-Rh30/Pt94Rh6 32 3300

E Chromel/Konstan -450 1800

J Iron/Konstan -346 2190

33

K Chromel/Alumenul -450 2500

R Pt87-Rh13/Platinum -58 3200

S Pt90-Rh10/Platinum -58 3200

T Copper/Konstan -450 750

N Nicrosil/Nisil -450 2370

Gambar 22: Contoh Tipe Termokopel

Kabel positif selalu didaftar pertama. Kabel negatif selalu

ditutup dengan penyekat merah. Warna isolasi positif

bervariasi tergantung pada jenis termokopel.

Jenis yang sering digunakan oleh Saudi Aramco adalah Tipe E

dan Tipe K. Termokopel Tipe E dibuat dengan menggunakan

chromel dan constantan. Termokopel Tipe K dibuat dengan

menggunakan chromel dan alumel. Termokopel Tipe E

memiliki ggl tertinggi per derajat Fahrenheit dan memiliki

linieritas yang cukup baik. Termokopel Tipe K adalah yang

paling linier dari semua jenis termokopel. Termokopel tipe E

digunakan untuk suhu dalam kisaran -450 ° F hingga 1800 ° F.

Termokopel tipe K digunakan untuk suhu dalam kisaran -418

° F hingga 2500 ° F. Tabel millivolt tipe E dan K pada Gambar

23 membandingkan ggl per derajat F.

34

Gambar 23: Kutiban Tabel Termokopel Tipe E dan K

1.5.7 Resistance Temperature Devices (RTD)

Detektor resistansi suhu (RTD) adalah deskripsi umum untuk

perangkat apa pun yang mendeteksi suhu dengan variasi

hambatan bahan penghantar listrik. RTD adalah metode paling

akurat untuk mengukur suhu dalam rentang yang luas dan

sangat tinggi stabil dari waktu ke waktu dan siklus suhu.

1.5.8 Prinsip Operasi

Sepotong kawat dengan panjang "l," luas "a," dan resistivitas

"r," resistansi dari potongan kawat adalah

35

𝑅𝑅 = 𝜌𝜌1𝑎𝑎

Dimana:

ρ: resistivitas dalam Ω-cm

R: Resistansi dalam ohms

L: Panjang dalam cm

A: luas area dalam cm2

ρ adalah fungsi dari bahan kawat dan suhu kawat; mis., diberi

sepotong kawat tembaga, panjang l cm dan luas = a dalam cm2,

tahanan kawat ini sekarang adalah fungsi suhu.

@ T0 R1 = 𝜌𝜌11𝑎𝑎

@ T1 R2 = 𝜌𝜌21𝑎𝑎 T1 > T0

𝑅𝑅2𝑅𝑅1

= 𝜌𝜌2𝜌𝜌1

Dan untuk sebagian besar konduktor (kecuali karbon),

perubahan ρ bergantung pada a, koefisien resistansi suhu.

Sedangkan α berbeda untuk bahan yang berbeda dan

Rt ≠ Ro (1 + αt)

Ro = resistansi pada suhu referensi, t0

Rt = tahanan pada temperatur, t

36

Perubahan ρ ini dapat diprediksi dan direproduksi untuk

banyak material. Bahan yang dipilih untuk RTD berdasarkan

nilai α yang besar, linearitas, dan rentang suhu.

Bahan konduktif paling sering adalah platina. Konfigurasi

RTD yang paling umum adalah bentuk probe.

Gambar 24: Contoh Probe RTD

Probe RTD terdiri dari selubung pelindung, yang sering kali

berupa tabung tertutup berbahan baja tahan karat, elemen

sensor, kabel timah, dan terminasi yang berulir.

Gambar 25: Konstruksi Probe RTD

37

Meskipun probe RTD memiliki selubung pelindung, ia dapat

dimasukkan ke dalam thermowell untuk ditambahkan

perlindungan dari kontaminan proses.

Gambar 26: RTD didalam Termowell

Sensor RTD digunakan untuk mengukur suhu yang berkisar

dari -430 ° F hingga 1800 ° F. Beberapa produsen membatasi

suhu minimum dan maksimum hingga -328 ° F hingga 1562 °

F untuk pengukuran aplikasi industri. Selama rentang suhu

sedang, RTD sering lebih disukai daripada termokopel karena

keakuratannya yang lebih baik, pengulangan yang lebih tinggi,

dan kurangnya syarat pengkondisian sinyal tambahan. Gambar

27 mencantumkan frekuensi penggunaan perangkat pengukur

suhu di Saudi Aramco.

38

Gambar 27 : Frekuensi Penggunaan Pengukuran Suhu

39

BAB 2- KRITERIA PEMILIHAN

PERANGKAT SUHU

2.1. Dasar Aplikasi

Seorang insinyur akan mendapatkan keuntungan dari

pendekatan yang mempersempit pilihan seleksi menjadi

beberapa perangkat pengukur suhu. Pendekatan yang

membantu insinyur untuk mulai memilih perangkat yang

paling cocok untuk proses tersebut diuraikan dalam Buku

Instrument Engineer’s Handbook, Edisi Ketiga, Pengukuran dan

Analisis Proses, Bab 4, Pengukuran Suhu, oleh Bela G. Liptak,

Perusahaan Buku Chilton, 1995. Insinyur instrumen didorong

untuk meninjau kriteria pemilihan yang tercantum dalam

Instrument Engineer’s Hanbook ketika menghadapi pemilihan

perangkat pengukuran suhu. Setelah meninjau pendekatan

pemilihan awal, maka pemilihan kriteria untuk pengukuran

suhu termasuk:

• Dasar-dasar aplikasi

• Pertimbangan keamanan

• Metalurgi

• Pertimbangan instalasi

40

• Perawatan dan kalibrasi

• Kompatibilitas dengan instrumentasi proses yang ada

• Pertimbangan ekonomi

• Arahan teknis

Dasar-dasar Aplikasi

Kriteria aplikasi berikut mempengaruhi pemilihan perangkat

suhu:

• Kisaran suhu

• Minimum, rentang maksimum

• Akurasi pengukuran

• Kecepatan respon

• Metode indikasi suhu

• Lingkungan operasi

• Persyaratan ukuran mekanis

2.1.1 Rentang Suhu

Setelah kisaran suhu aplikasi diketahui, jenis sensor (atau

perangkat pengukuran suhu lainnya) dapat dievaluasi untuk

melihat apakah sensor atau perangkat dapat beroperasi di

dalamnya kisaran suhu itu. Rentang praktis untuk sensor suhu

ditunjukkan pada Gambar 28.

41

Secara umum, rentang operasi untuk termokopel lebih lebar

daripada rentang untuk RTD dan termometer. Praktik industri

yang khas adalah menggunakan termokopel untuk pengukuran

di atas 1200 ° F dan RTD untuk rentang suhu sedang. Jika

akurasi yang lebih tinggi dibutuhkan, RTD dapat digunakan

untuk bentang sempit pada kisaran suhu yang lebih tinggi.

Gambar 28: Rentang Pengukuran Suhu

Setelah ditentukan apakah sensor atau alat pengukur suhu

dapat beroperasi dalam kisaran yang diinginkan, faktor lain

seperti akurasi dapat dipertimbangkan. Kisaran suhu paling

42

sering menjadi pembeda dalam pemilihan perangkat saat suhu

ekstrim ditemui.

2.1.2 Akurasi Sensor

Akurasi sensor dapat dinyatakan dalam berbagai syarat dan

ketentuan. Span, lag, dan pengulangan terhadap suhu yang

terukur terkadang digabungkan menjadi satu spesifikasi

akurasi. Di sebuah lingkungan pemrosesan, pengulangan bisa

menjadi kriteria yang paling penting. Saat peralatan proses

beroperasi pada kondisi stabil, kualitas produk dapat dikontrol

dan diprediksi berdasarkan hasil produksi sebelumnya.

Biasanya, rentang suhu lebih sempit (rentang kalibrasi),

semakin baik kontrol prosesnya.

Saat meninjau persyaratan akurasi untuk pemilihan sensor

sebuah perangkat, beberapa hal yang perlu dipertimbangkan

sebagai berikut:

• Batas toleransi sensor (dapat dipertukarkan)

• Kesalahan total dari sistem pengukuran

• Kalibrasi sensor individu

• Potensi penyimpangan

• Akurasi pada kisaran suhu

43

Batas toleransi sensor (interchangeability) sering

didefinisikan dalam istilah batas kesalahan standar atau

persyaratan kualitas ISA "khusus". Termokopel Tipe E,

misalnya, memiliki kualitas standar persyaratan ± 1/2% dari

600 hingga 1600 ° F. Termokopel Tipe K juga memiliki ISA

khusus persyaratan kualitas ± 3/8% di atas kisaran yang sama

— persyaratan khusus menyiratkan bahwa T / C adalah

kualitas kelas premium. Batas toleransi (interchangeability) juga

menentukan kesalahan pengukuran yang dapat terjadi jika dua

atau lebih sensor serupa digunakan untuk pengukuran yang

sama.

Gambar 29: Batas kesalahan pada Type K T/C Kualitas

Khusus

44

Batas toleransi dinyatakan karena sensor, seperti T / C, dapat

dibuat kawat dari vendor yang berbeda. Beberapa T / C

memiliki toleransi yang lebih besar daripada yang lain. Dalam

kasus RTD, interchangeability RTD sedikit berbeda ketika

RTD platinum dipilih dari vendor yang berbeda. Contoh yang

menggambarkan hubungan batas kesalahan dengan kisaran

suhu untuk kualitas khusus Tipe K T / C ditunjukkan pada

Gambar 29.

Kesalahan total pengukuran harus dibandingkan dengan

spesifikasi akurasi sensor apa pun. Kesalahan total dari sistem

pengukuran mewakili lebih dari kesalahan sensor.

Ketidakakuratan terjadi sebagai akibat dari pemasangan —

kabel timah, sambungan, dan kebisingan menyebabkan

kesalahan. Transmitter atau perangkat penerima sinyal lainnya

juga menyebabkan kesalahan. Jumlah kesalahan umum yang

disumbangkan oleh transmitter yang diikat ke termokopel adalah

sekitar 0,1% dari rentang. Kesimpulannya, transmitter dan

sensor harus dievaluasi bersama untuk menentukan keakuratan

sistem pengukuran.

45

Kalibrasi sensor individu dapat memberikan akurasi yang

lebih baik. Kalibrasi membutuhkan koreksi instrumen

pengukuran, seperti transmitter, melalui penggunaan tabel

offset. Dalam kasus termokopel, bagaimanapun, kesalahan

sambungan dingin masih mungkin terjadi.

Potensi penyimpangan dimungkinkan terjadi setelah

kalibrasi sensor. Penyimpangan pengukuran pada T / C dan

RTD sulit untuk diprediksi dan dideteksi. T / C cenderung

jauh lebih rentan menyimpang dari RTD. Termokopel yang

digunakan dalam lingkungan proses pada kalibrasi perubahan

suhu yang meningkat karena kontaminasi kabel, hilangnya

unsur paduan, atau interaksi antara bahan kawat, isolator, dan

material selubung. Perubahan ini bergantung pada kemurnian

awal sistem, kontaminan yang berasal dari lingkungan, ukuran

termoelemen, bahan yang digunakan untuk selubung, dan

thermowell, waktu, dan suhu. T / C dan RTD berbasis

Platinum memiliki lebih sedikit potensial untuk oksidasi,

sehingga penyimpangan bisa serendah 0,1 ° F per tahun. Jika

potensi penyimpangan ada di aplikasi, seorang insinyur harus

membandingkan data uji vendor dengan kondisi operasi. Jika

sebuah T / C atau RTD digunakan secara konservatif, dalam

75% dari rentang, penyimpangan tidak menjadi faktor penting.

46

Akurasi pada rentang suhu dapat bervariasi saat

membandingkan RTD dan T / C. Akurasi RTD lebih besar

dari akurasi T / C pada suhu sedang. Misalnya, pada 0 ° C,

toleransi termokopel tipikal mungkin ± 1 ° C, sedangkan untuk

RTD toleransi mungkin ± 0,3 ° C; namun, pada suhu yang

lebih tinggi (di atas 350 ° C), perbedaan RTD dan T / C sedikit

atau diabaikan. RTD digunakan pada rentang yang sempit, oleh

karena itu memiliki akurasi yang lebih baik.

2.1.3 Kecepatan Respon

Spesifikasi kecepatan respon menyatakan waktu yang

dibutuhkan sensor untuk mencapai level sinyal yang sesuai

dengan perubahan status masukan. Spesifikasi kecepatan

respon diidentifikasi berdasar media proses (cair atau gas) di

mana waktu respons diukur sesuai kecepatan aliran media

proses. Misalnya, sensor mungkin memiliki waktu respons 2

detik di media cair, 4 detik di udara yang mengalir, tapi 40 detik

di udara diam.

Spesifikasi kecepatan respon sering dinyatakan sebagai

konstanta waktu. Misalnya, vendor mungkin memilih untuk

menentukan waktu respons sebagai "kurang dari x detik untuk

mencapai 63% dari akhir suhu." Spesifikasi respon 50% dan

47

90% juga diungkapkan. Respons 90% adalah sedikit lebih dari

dua konstanta waktu.

Termokopel memiliki kecepatan respons yang lebih cepat

daripada RTD, karena RTD lebih tinggi masif. Setiap

kekhawatiran tentang waktu respons, bagaimanapun, harus

dipertimbangkan dengan instalasi sensor. Saat sensor, seperti

RTD atau termokopel, dipasang di thermowell, maka

konstanta waktu menjadi agak diabaikan untuk tujuan

perbandingan sensor. Konstanta waktu dalam kasus tersebut

mendekati puluhan detik. Jika kecepatan respon penting untuk

aplikasi, pilihan sensor alternatif termasuk pasta pada sensor

foil, sensor bentuk khusus, dan pirometer. Menurut SADP-J-

400 Bagian 4.1, “Membumikan ujung termokopel ke sumur

untuk kontak termal yang baik juga membantu mempercepat

respons. "

2.1.4 Metode Indikasi Suhu

Saat memilih sensor, jenis indikasi suhu harus

dipertimbangkan. Indikasi lokal dari termometer bimetalik atau

batang kaca mungkin sudah cukup. Dalam kasus indikasi lokal,

indikasi suhu mungkin harus terlihat dari jarak dekat. Jika

indikasi jarak jauh diperlukan, transmitter yang menyediakan

sinyal pneumatik, elektronik, atau digital mungkin diperlukan.

48

2.1.5 Lingkungan Operasi

Saat memilih sensor suhu, pertimbangkan apakah elemen

penginderaan perlu dilindungi dari getaran, gas atau cairan

korosif, atmosfer yang mudah meledak dan erosif, pengoksidasi

dan mengurangi atmosfer, dan tekanan tinggi. Rumah pelindung

mungkin diperlukan untuk mengaktifkan sensor untuk bekerja

dengan baik dan andal.

Pertimbangan lingkungan yang akan ditinjau dalam proses

pemilihan sensor diringkas sebagai pengikut:

• Hambatan kimiawi sensor (T / C atau RTD) jika sensor

tidak diselubungi

• Ketahanan kimiawi pada selubung sensor (jika sensor

dipasang tanpa pelindung)

• Jenis grounding. Misalnya, loop ground dapat terjadi jika

instrumen yang digunakan adalah denganprobe yang

memiliki selubung ground.

• Ketahanan abrasi sensor dan / atau bahan selubung

sensor

• Resistensi getaran sensor

• Kedalaman perendaman

49

2.1.6 Persyaratan Ukuran Mekanik

Seorang engineer menentukan apakah ada cukup ruang

untuk memasang sensor dengan benar pada titik pengukuran.

Termokopel dan RTD sangat mudah beradaptasi jika ukuran

kecil itu penting.

2.2. Dasar Keamanan

Pertimbangan keamanan meliputi:

• Sealing dan Intalasi yang teoat

• Meminimalkan Resiko Kegagalan Sensor

• Larangan thermometer glass stem

2.2.1 Sealing dan Instalasi yang Tepat

Sensor harus dipasang dengan aman dan tahan terhadap

kondisi pemrosesan dengan sealing yang tepat. Kebocoran dari

sensor dapat menjadi sumber bahan bakar untuk kebakaran

yang tidak disengaja. Sensor yang terpilih harus ditinjau

mengenai persyaratan ini.

2.2.2 Meminimalkan Resiko Kegagalan Sensor

Pertimbangan keamanan lain adalah memperhitungkan

kemungkinan sensor gagal. Sebagai contoh, jika sistem

pengukuran termal pada self-regulator gagal, engineer

50

mengevaluasi apakah media pemanas dapat disuplai secara

tidak diinginkan dengan kapasitas penuh jika regulator tidak

dimatikan.

Ketika transmitter suhu atau konverter sinyal digunakan,

pertimbangan atas kegagalan sensor perlu ditangani. Engineer

memutuskan apakah akan transmitter memberikan sinyal yang

tinggi atau rendah. Keputusan engineer penting ketika sinyal

dikirim ke pengontrol. Misalnya, mode kegagalan transmitter

dikonfigurasi sehingga ketika loop kontrol kehilangan sinyal

pengukuran, pengontrol tidak akan menghasilkan sinyal

keluaran yang salah yang menyebabkan proses terganggu.

2.2.3 Larangan Termometer Glass Stem

Penggunaan termometer batang kaca harus dihindari di pabrik

industri karena kemungkinan terjadi kerusakan. Cairan

beracun, seperti merkuri, dapat tumpah akibat kerusakan.

2.3. Metalurgi

Logam sensor suhu mungkin tidak kompatibel dengan

bahan proses. Memasang sensor dalam sumur pelindung yang

dibuat dari logam yang kompatibel adalah solusi umum. Sumur

pelindung, atau thermowell, dibuat dari beberapa logam dan

keramik yang berbeda. Sumur juga harus memenuhi

persyaratan tekanan aplikasi tempat mereka dipasang.

51

Lihat Panduan Pemilihan Bahan Thermowell di referensi

Liptak, Bagian 4.17. Catatan bahwa baja tahan karat 304 (SS)

dan 316 SS sering direkomendasikan. Kutipan dari referensi

Liptak terlihat pada Gambar 30.

Aplikasi Bahan Termowel

Minyak Bumi

• Dewaxing, Tower,

Jalur Transfer,

Fraksinasi, Dinding

Jembatan

Stainless Steel (SS) Tipe 304,

310, 316, 321, 347, Carbon

Steel

Bahan Kimia

• Bensin

• Asam Hidroklorida

• Hidrogen Sulfida

• Gas Alam 21ÞC

(70ÞF)

• Oksigen 21ÞC

(70ÞF)

• Propana

SS Tipe 304, Carbon Steel

Hastelloy B,C

SS Tipe 316

SS Tipe 304, 316, 317

Steel

SS Tipe 304, Carbon Steel

Rendah

Gambar 30: Kompatibilitas logam

52

2.4. Dasar Instalansi

Dasar instalasi yang mempengaruhi pemilihan perangkat

sensor adalah:

• Kebutuhan rumah pelindung

• Lokasi dan orientasi instalasi (kedalaman

pencelupan)

2.4.1 Kebutuhan Rumah Pelindung

Sebagai praktik standar, termokopel dan RTD

dipasang di rumah pelindung yang disebut thermowell. Lihat

Gambar Standar SA 990J AB 036019 "Perakitan dan Detail

Thermowell”. Saat dipasang dalam satu baris, termowell

dimasukkan agar tidak menonjol sepenuhnya ke sisi lain dari

garis; thermowell menonjol dalam jarak yang sangat pendek.

(Instalasi Thermowell praktik dibahas nanti dalam modul ini.)

Thermowell dipasang di tangki, pipa, pemanas berbahan

bakar, dan jenis peralatan pemrosesan lainnya yang terlibat

dalam pengukuran suhu cairan, gas, dan padatan. Jenis cairan

diukur dan lokasi di peralatan pemrosesan menentukan

instalasi. Kecepatan fluida dan pertimbangan erosif, dalam

kasus partikulat, perlu dipertimbangkan sebelum pemasangan.

53

2.4.2 Orientasi dan Lokasi Instalasi (Immersion Length)

Seperti halnya dengan alat ukur proses, lokasi

pemasangan dan orientasi sensor suhu memiliki pengaruh

kritis terhadap akurasi dan kinerjanya. Jadi, instalasi sensor

harus dievaluasi selama proses pemilihan. Misalnya, kesalahan

konduksi batang thermowell dapat mengakibatkan kesalahan

pengukuran jika thermowell tidak dimasukkan ke dalam

kedalaman yang tepat. Aturan umumnya adalah menentukan

kedalaman pencelupan setidaknya 10 kali diameter sensor.

Sensor berdiameter 0,25 inci harus memiliki panjang

penyisipan minimal 2,5 inci.

Seiring dengan mengevaluasi kedalaman pencelupan,

insinyur juga meninjau apakah ada batasan getaran thermowell

yang dapat terjadi berdasarkan panjang yang dimasukkan.

Thermowell bisa retak dan pecah dalam kasus getaran ekstrim.

Sebagai bagian dari proses pemilihan, panjang sensor,

frekuensi getaran dari perangkat yang dipasang, dan kecepatan

aliran maksimum dari material proses dievaluasi untuk

menentukan apakah perangkat dapat diterima. Menghindari

kegagalan thermowell memerlukan konsultasi dengan teknisi

dan vendor untuk memilih perangkat yang tepat.

54

2.5. Pemeliharaan dan Kalibrasi

Kebutuhan pemeliharaan dan kalibrasi memengaruhi

pemilihan alat pengukur suhu. Pembahasan berikut

menjelaskan kebutuhan diantaranya:

• Kebutuhan perawatan

• Dukungan kalibrasi

2.5.1 Kebutuhan Pemeliharaan

Kebutuhan perawatan dijelaskan untuk perangkat

berikut:

• Termokopel dan RTD

• Termometer bimetalik dan batang kaca

• Sistem termal

• Pirometer

Termokopel dan RTD membutuhkan sedikit perawatan atau

kalibrasi. Jika termokopel rusak, salah satu kabel penginderaan

akan terbuka dan perangkat penerima tidak lagi memiliki

indikasi suhu. Jika sambungan termokopel tidak diproduksi

dengan benar, data pengukuran tampak tidak menentu. Dalam

hal ini, termokopel diganti dengan mudah. RTD mirip dengan

termokopel terkait gejala kegagalan. Biasanya, bukaan kawat

55

timah RTD, seperti yang terjadi pada termokopel, memiliki

kemungkinan besar penyebab kegagalan. Jika RTD dicurigai

tidak memberikan pembacaan suhu yang benar, lalu itu

terganti.

Akurasi pengukuran RTD dan termokopel dapat

diperiksa di lapangan tanpa melepasnya dari proses. Kotak

centang termokopel dapat digunakan untuk mengukur gerak

gaya listrik (ggl, dalam milivolt) dan menunjukkan suhu dalam

bentuk digital. Kotak centang mampu mengukur dan

menunjukkan secara langsung dalam satuan suhu. Penelusuran

kotak centak untuk RTD dan / atau TC bervariasi; beberapa

produsen menawarkan sertifikat kalibrasi dan penelusuran

untuk standar arus. Selain itu, perangkat ini memberikan

keluaran sinyal sehingga integritas garis sinyal dan indikator

dapat diverifikasi.

Termometer bimetalik dan batang kaca harus diganti di

lapangan dengan termometer serupa untuk memverifikasi

bahwa mereka bekerja dengan baik. Termometer ini

membutuhkan dua "rendaman" suhu selama pengujian.

Sebuah rendaman suhu adalah wadah minyak atau pasir yang

dijaga pada suhu konstan. Saat batang atau bohlam termometer

dicelupkan ke dalam bak mandi, perangkat akan atau tidak akan

56

berada dalam toleransi. Diperlukan dua bak mandi karena

waktu siklus yang lama dari bahan bak mandi. Untuk alasan

keamanan, lebih baik menggunakan bahan pasir. Ketika suhu

berada di bawah titik beku air, larutan antibeku dan larutan air

sangat diperlukan.

Sistem termal memiliki masa pakai yang lama jika dipasang

dengan benar dan tidak melebihi batas. Kaleng yang menjorok

mendistorsi elemen tekanan, hubungan mekanis, dan

penunjuk. Bohlam termal, jika dipasang di dalam thermowell,

hanya membutuhkan pemeriksaan berkala.

Pirometer memberikan masa pakai yang lama saat dipasang

dengan benar. Jalur optik harus tetap bersih dan jelas. Untuk

menghindari perawatan yang tidak perlu, pirometer portabel

harus digunakan dengan hati-hati, seperti penanganan yang

kasar mempersingkat masa manfaatnya.

2.5.1 Pendukung Kalibrasi

Dukungan kalibrasi dijelaskan untuk beberapa diantaranya:

• RTD dan T / C

• Kalibrasi system

• Kalibrasi sistem termal

57

• Kalibrasi termometer bimetalik dan batang kaca

• Kalibrasi pirometer

Kalibrasi sistem - Kalibrasi sensor suhu memerlukan

berbagai peralatan uji. Jika kalibrasi dilakukan di lapangan,

portabel, instrumen ringan sangat penting. Kalibrasi RTD

aktual dan sensor termokopel tidak melibatkan penyesuaian

pada sensor. Yang disebut kalibrasi sensor sebenarnya adalah

perbandingan data suhu sensor dengan suhu sensor standar di

lingkungan suhu yang sama. Dalam kalibrasi sensor,

sebagaimana sensornya dibawa melalui titik suhu tertentu, data

dicatat. Umumnya vendor merekomendasikan kalibrasi sistem

— kalibrasi sensor dan instrumen suhu yang diterima sinyal

probe. Jika RTD atau sensor termokopel dihubungkan ke

transmitter atau konverter, sistem pengukuran dikalibrasi ke

kisaran tertentu dengan menggunakan kotak centang dan

multimeter digital. Instruksi pabrik harus diikuti selama proses

kalibrasi. Instrumen berbasis mikroprosesor sangat

menyederhanakan proses kalibrasi karena memorinya berisi

kurva suhu sensor (milivolt versus derajat).

Kalibrasi sistem termal - Sistem termal dikalibrasi dengan

pemanas kisaran suhu tinggi, titik tengah, dan titik rendah yang

58

dapat diverifikasi. Prosedur kalibrasi adalah yang terbaik

dilakukan di fasilitas perbaikan pabrik, di mana instruksi dari

pabriknya paling baik diikuti.

Kalibrasi pyrometer paling baik dilakukan dengan

mengembalikan perangkat ke pabrikan untuk kalibrasi.

Produsen pirometer memiliki peralatan canggih yang

diperlukan dan standard yang dapat dilacak.

Kalibrasi termometer bimetalik dan batang kaca

memerlukan penangas suhu untuk verifikasi kisaran suhu titik

tinggi dan rendah. Biasanya, lebih murah hanya mengganti

thermometer bimetal daripada mencoba menyesuaikan

perangkat dalam kalibrasi. Termometer batang kaca tidak

membutuhkan kalibrasi. Masalah termometer batang kaca yang

umum adalah cairan merkuri atau cairan alkohol terkadang

terpisah. Merendam bohlam termometer di bak mandi dapat

menggabungkan kembali cairan.

Banyak pabrikan mematuhi persyaratan ISO 9000

(Organisasi Standar Internasional). Kepatuhan terhadap

standar ISO 9000 berarti bahwa vendor memiliki kesamaan

pengukuran, kalibrasi, dan standar pengujian.

59

2.6. Kompatibilitas dengan Proses Instrumentasi yang Ada

Sistem kontrol digital saat ini dapat menggunakan

berbagai jenis transmitter elektronik untuk mengubah sinyal

millivolt sensor suhu ke tingkat sinyal listrik yang dapat

diterima. Sebagai catatan, termokopel dan RTD dapat dengan

langsung dihubungkan ke sistem kontrol terdistribusi (DCS).

Sistem termal yang terisi dapat memberikan sinyal pneumatik

atau listrik. Sinyal pneumatik sistem termal harus diubah

menjadi sinyal 4-20 mA untuk bekerja dengan DCS. Pirometer

optik dioperasikan secara elektrik dan dapat menghasilkan

keluaran 4-20 mA ke sistem kontrol. Pirometer optik portabel,

yang menggunakan penglihatan operator untuk mencocokkan

warna referensi ke objek yang dipanaskan, tidak terhubung ke

sistem kontrol. Jelas sekali, termometer batang dan bimetalik

tidak dapat disambungkan ke sistem kendali seperti yang biasa

digunakan untuk indikasi lokal saja. Yang harus diingat bahwa

perangkat listrik atau elektronik apa pun harus memenuhi

klasifikasi kelistrikan daerah untuk pertimbangan keamanan.

Termostat biasanya memiliki termometer bimetalik itu

digunakan dalam aplikasi kontrol on-off.

60

2.7. Pertimbangan Ekonomi

Pertimbangan ekonomi yang mempengaruhi pemilihan

perangkat dijelaskan secara kualitatif dalam istilah

• Biaya sensor

• Biaya transmitter

• Dukungan sistem kontrol terdistribusi

• Kebutuhan indikasi lokal.

2.7.1 Biaya Sensor

Meskipun biaya awal termokopel umumnya lebih rendah

daripada RTD, biaya pemasangannya termokopel bisa lebih

tinggi. Termokopel mungkin memerlukan kompensasi, kabel

ekstensi, dan pengkondisian sinyal untuk kabel berjalan lama.

RTD membutuhkan lebih sedikit dukungan. Selama masa

sensor, biaya termokopel dan RTD hampir sama di banyak

aplikasi. Biiaya seumur hidup mencakup pemasangan,

pemeliharaan dan kalibrasi, dan penggantian.

2.7.2 Biaya Transmitter

Meskipun harga pembelian awal merupakan faktor penting, ini

hanya salah satu dari beberapa biaya transmitter. Yang sering

disebut sebagai “biaya kepemilikan” juga penting dalam

pemilihan transmitter. Biaya kepemilikan — biaya memiliki dan

61

mengoperasikan transmitter selama masa operasinya—sama

pentingnya. Pemasangan, perbaikan dan kemudahan kalibrasi,

jaminan, kualitas, dan keandalan mempengaruhi biaya

kepemilikan. Oleh karena itu, instrumen suhu berbasis

mikroprosesor cenderung memiliki biaya kepemilikan yang

lebih rendah daripada transmitter konvensional.

2.7.3 Dukungan Distributed Control System

Perangkat pneumatik dan elektronik dapat dihubungkan ke

sistem kontrol pneumatik melalui konverter elektro /

pneumatik. Pertanyaannya bukanlah apakah itu layak, tetapi

berapa biayanya untuk menginstal dan memelihara. Sistem

kontrol saat ini sering disebut sistem kontrol terdistribusi

(DCS). DCS menerima sinyal input arus atau tegangan. Tidak

masuk akal secara ekonomis untuk digunakan sensor yang

tidak mengeluarkan sinyal listrik karena akan membutuhkan

biaya tambahan sinyal konverter. Jika sistem kontrolnya

pneumatik, maka penggunaan perangkat yang diproduksi

dengan hanya sinyal pneumatik yang masuk akal.

Sistem kontrol terdistribusi saat ini dapat memberikan daya

medan ke sensor dan pemancar kombinasi. Jalur sinyal

kemudian menjadi loop 2-kabel dan tidak memerlukan biaya

tambahan kabel daya ke sensor dan pemancar. Beberapa

62

perangkat, seperti pirometer, membutuhkan suplai daya listrik

eksternal untuk mengoperasikan perangkat.

2.7.4 Kebutuhan Lokal Indikasi

Jika sinyal perlu ditunjukkan secara lokal, RTD atau

termokopel mungkin bukan pilihan terbaik. Termometer

bimetalik sederhana akan menjadi perangkat yang lebih baik

dan pilihan yang lebih murah.

2.8. Arahan Teknis

Petunjuk teknis yang mempengaruhi pemilihan

perangkat suhu saat ini dan masa depan akan dijelaskan dengan

kondisi:

• Tren penggunaan sensor

• Perubahan teknologi sensor

• Transmitter suhu berbasis mikroprosesor

2.8.1 Tren Penggunaan Sensor

Sebagai tren industri, termokopel digunakan dalam aplikasi

suhu sedang tetapi tetap populer untuk aplikasi suhu tinggi.

Termokopel juga tetap popular instalasi di mana getaran akan

menghilangkan penggunaan bentuk RTD. RTD menjadi

sensor pilihan untuk aplikasi suhu sedang, karena,

dibandingkan dengan termokopel, RTD memiliki akurasi yang

63

lebih baik serta biaya pemasangan dan seumur hidup yang

serupa.

2.8.2 Perubahan Teknologi Sensor

Perubahan teknologi sensor meliputi tren berikut:

• Meningkatkan penerimaan RTD film tipis

• Pengenalan sensor probe yang pintar

Meningkatkan penerimaan RTD film tipis - RTD film tipis

telah meningkat penggunaannya karena perbaikan

berkelanjutan dalam teknik pembuatan film tipis. Teknologi

film tipis memungkinkan penggunaan elemen penginderaan

yang lebih kecil di dekat ujung probe. Karena ukuran tipisnya

lebih kecil film RTD dibandingkan dengan elemen RTD saat

ini, probe sekarang dapat digunakan untuk menyelesaikan

banyak aplikasi yang sulit dimana ukuran probe mungkin

menjadi faktor pembatas. RTD film tipis lebih stabil elemen

RTD gulungan kawat pada aplikasi yang mengalami getaran.

RTD film tipis memiliki karakteristik akurasi yang lebih baik

daripada elemen RTD tradisional.

Pengenalan probe sensor pintar - Probe sensor pintar

dibayangkan sebagai perangkat yang menyediakan

meningkatkan kemampuan diagnostik dan kalibrasi.

64

Termokopel dan RTD platinum adalah jenis sensor umum

yang dapat digabungkan dengan mikroprosesor untuk

menyediakannya perangkat tambahan. Mendedikasikan

mikroprosesor ke sensor dapat mengurangi kabel berjalan dan

meningkat kemampuan konfigurasi dan konversi berdasarkan

per sensor. (Lihat Alat Bantu Kerja untuk contoh probe sensor

pintar.)

2.8.3 Temperature Transmitter berbasis Microprocessor

Pada transmitter pintar, sensor digabungkan dengan

mikroprosesor untuk menghasilkan digital, linierisasi tegangan,

atau sinyal 4 hingga 20 mA. Transmitter suhu pintar menerima

RTD atau masukan termokopel. Transmitter suhu pintar dapat

diatur untuk jenis input sensor, rentang, dan keluaran sinyal

oleh unit antarmuka genggam. Di sepanjang loop 2 kabel ke

transmitter, di mana terminal tersedia, unit antarmuka lapangan

dapat dihubungkan ke loop melalui penggunaan kabel uji.

Program transmitter pintar juga menyertakan parameter sensor

dan jangkauan operasi. Transmitter suhu pintar menyediakan

reranging dan kemampuan kalibrasi jarak jauh. Karena

pemancar pintar sangat serbaguna, jumlah unit dan ruang

cadangan yang diperlukan untuk menyimpannya dapat

dikurangi, karena lebih sedikit pemancar suhu yang

dibutuhkan.

65

BAB 3 – SELEKSI PERANGKAT

SENSOR SUHU

Pembahasan berikut menjelaskan sensor suhu dari

data vendornya dan Lembar Spesifikasi Instrumen Saudi

Aramco yang mungkin perlu ditafsirkan oleh seorang insinyur.

Jenis-jenis sensor yang dijelaskan di bagian ini meliputi:

• Sistem terisi

• Termometer bimetalik

• Pirometer

• Bahan sensitif suhu

• Termokopel

• Detektor suhu resistansi

3.1. Sistem Terisi

Sistem yang diisi dinamai demikian karena mereka

menggunakan ekspansi termal dari fluida pengisi untuk

pengukuran suhu.

3.1.1 Termometer Glass Stem

Termometer batang kaca dijelaskan dalam

pembahasan berikut dalam hal prinsip, desain, kinerja, instalasi,

dan aplikasi.

66

Prinsip - Ekspansi termal dari fluida pengisi di sepanjang

bagian tabung berskala menunjukkan suhu.

Desain - Termometer batang kaca memiliki cairan pengisi

cairan dalam bohlam atau reservoir, kaca berongga tabung

untuk fluida untuk mengembang, dan skala suhu terukir di

sepanjang tabung berlubang (Gambar 31). Cairan pengisi

biasanya merkuri atau alkohol yang diwarnai. Termometer

batang kaca tersedia dalam versi yang dilindungi dan tidak

dilindungi. Pengoperasian termometer cairan dalam kaca

bergantung pada perbedaan ekspansi termal fluida dan kaca.

Misalnya volume koefisien muai raksa sekitar delapan kali lipat

dari kaca. Untuk cairan dan tipe kaca tertentu, perubahan

panjang kolom fluida di kapiler untuk suhu tertentu berubah

tergantung pada luas penampang kapiler.

Termometer Kedalaman parsial - Sebuah termometer

pencelupan parsial dimasukkan ke titik tetap yang ditandai

pada batang (cincin pencelupan). Termometer pencelupan

parsial adalah yang jenis yang akurat terkecil, karena suhu

batang dan cairan yang berada di atas permukaan mungkin

berbeda secara signifikan dari suhu bagian yang dibenamkan.

Ini akan mempengaruhi diameter dari kapiler dan kolom cairan

67

di atas permukaan. Karena suhu ini mungkin sangat berbeda

dalam aplikasi yang berbeda, tidak ada cara untuk menghindari

masalah dengan kalibrasi.

Termometer Kedalaman Total - Dalam termometer

pencelupan total, termometer dibenamkan ke ketinggian

kolom fluida (bukan seluruh panjang termometer).

Perendaman total termometer biasanya tidak memiliki tanda

khusus. Terkadang, termometer pencelupan total digunakan

secara tidak terelakkan dalam mode pencelupan parsial. Dalam

hal ini, pengukuran yang akurat membutuhkan koreksi batang.

Koreksi dalam bentuknya

∆T = Kn (TB - T)

dimana:

∆T = koreksi suhu

K = faktor koreksi suhu

N = banyaknya derajat pada skala antara

permukaan fluida dan ujung kolom fluida di kapiler

TB = suhu bohlam

T = suhu rata-rata bagian termometer antara

permukaan fluida dan ujung kolom fluida di kapiler

68

Faktor koreksi tergantung pada fluida dan kaca. Tabel

berikut memberikan factor koreksi merkuri dalam dua gelas

termometer umum. Suhu bohlam adalah perkiraan terbaik

suhu fluida (umumnya diambil sebagai pembacaan termometer

yang tidak dikoreksi). Nilai T dapat diperoleh dengan

termometer tambahan kecil yang dipasang pada termometer

utama.

Suhu Rata-rata

(˚C)

K untuk Gelas

Normal

K untuk Gelas

Borosilikat

0 0.000158 0.000164

100 0.000158 0.000164

150 0.000158 0.000165

200 0.00159 0.000167

250 0.000161 0.000170

300 0.000164 0.000174

350 - 0.000178

400 - 0.000183

450 - 0.000183

Nilai K untuk Gelas Normal dan Borosilikat

Termometer Kedalaman lengkap - Termometer

pencelupan lengkap (juga disebut pencelupan penuh) benar-

benar terendam dalam fluida yang suhunya akan diukur.

69

Termometer biasanya bertuliskan "pencelupan lengkap".

Mereka dapat digunakan dalam aplikasi saat skala dapat dibaca

melalui jendela atau port.

Gambar 31: Design Termometer Cariran dalam Gelas

Model yang dilindungi (Gambar 32) dibuat kokoh dengan

bingkai logam dan thermowell untuk melindungi bohlam atau

reservoir. Model yang dilindungi memiliki waktu respons yang

lebih lama terhadap perubahan suhu daripada model yang tidak

70

dilindungi. Waktu respons model yang dilindungi bisa

mencapai beberapa menit.

Gambar 32: Termometer dengan Batang Gelas yang

Terlindung

Kinerja - Termometer batang kaca dapat mengukur suhu

mulai dari -100 ° C sampai 400 ° C. Ketika termometer batang

kaca digunakan untuk pengukuran suhu yang lebih tinggi,

panjang fisiknya bisa mencapai 405 mm. Termometer batang

kaca paling cocok untuk local pengukuran dan tidak dapat

digunakan untuk merekam atau kontrol otomatis. Keunggulan

kinerja termometer batang kaca meliputi

• Biaya rendah

• Desain sederhana

71

• Panjang umur

Kerugian kinerja termometer batang kaca adalah sebagai

berikut:

• Sulit dibaca

• Pengukuran lokal saja

• Dapat rusak

Instalasi - Termometer batang kaca dipasang di thermowells

untuk menghindari kerusakan. Opsi Thermowell tersedia

untuk mendukung pemasangan lurus, sudut 90 °, atau banyak

sudut.

Aplikasi - Termometer batang kaca jarang digunakan dalam

aplikasi pemrosesan karena dari risiko kerusakan. Salah satu

aplikasi yang mungkin untuk termometer batang kaca adalah

suhu pengukuran untuk kontrol boiler manual. Mereka terus

digunakan dalam aplikasi yang tidak diproses,

seperti pemanas, ventilasi, dan AC.

3.1.2 Sistem Filled Thermal

Sistem termal yang diisi dijelaskan dalam pembahasan berikut

dalam hal prinsip, desain, kinerja, instalasi, dan aplikasi.

72

Prinsip - Sistem termal terisi (Gambar 33) pada dasarnya

adalah indikator suhu yang bentuknya mirip pengukur tekanan

dengan tabung Bourdon. Pengukur tekanan dihubungkan

dengan tabung kapiler, yang bertindak sebagai alat transmisi

sinyal, ke sensor suhu berbentuk bohlam. Tergantung pada

jenisnya, saat suhu berubah, tabung Bourdon merespons

perubahan volume (pemuaian cairan) atau perubahan tekanan.

Pengukur itu sendiri menggerakkan penunjuk indikasi suhu.

Gambar 33: Contoh Sistem Terisi Termal

Desain - Sistem termal yang diisi dibagi menjadi empat

kategori.

• Kelas I, termometer berisi cairan, adalah sistem terisi

penuh dimana pengukuran suhu berdasarkan ekspansi

73

volumetrik cairan. Isi cairan, biasanya hidrokarbon

inert, bisa berupa cairan toluena, alkohol, pentana, atau

silicon. . Sistem Kelas I tersedia dalam versi, Kelas IA

dan IB, yang memberi kompensasi untuk perubahan

suhu.

• Kelas II, termometer cair / uap atau "tekanan uap",

adalah sistem yang terisi Sebagian yang menggunakan

prinsip tekanan untuk memberikan pengukuran suhu.

Semua system kelas II menggunakan cairan yang

mudah menguap sebagai fluida pengisi. Pilihan fluida

pengisi tergantung pada kisaran suhu yang akan

diukur.

• Kelas III, termometer berisi gas, beroperasi

berdasarkan prinsip tekanan. Gas inert, seperti

nitrogen atau helium, memungkinkan pengukuran

suhu yang sangat rendah. Tersedia versi kompensasi

suhu Kelas III.

• Kelas V, termometer berisi merkuri, memiliki versi

kompensasi suhu.

Kisaran perangkat menentukan cairan pengisi, yang menjadi

perhatian vendor.

Berdasarkan persyaratan desain yang dinyatakan dalam SAES-

J-400, Bagian 4.6., diantaranya adalah :

74

• Persyaratan kapiler harus berupa baja tahan karat seri

300.

• Hanya bahan tahan korosi yang dapat diterima.

• Persyaratan perlindungan rentang berlebih adalah

minimal 150% dari skala penuh.

Kinerja - Saat memilih sistem termal terisi, kecepatan respons

sistem termal adalah salah satu faktor yang lebih penting.

Kecepatan respons merupakan faktor penting saat

menggunakan sistem terisi ke loop kontrol suhu. Umumnya,

kecepatan respons untuk sistem terisi berada dalam kisaran 4

hingga 7 detik. Jadi, misalnya, jika ada langkah perubahan suhu

proses, sistem termal yang terisi akan menunjukkan perubahan

yang ditunjukkan 4 hingga 7 detik kemudian.

Pertimbangan kinerja kedua adalah apakah sistem dapat

mengukur dalam kisaran suhu aplikasinya. Dari semua sistem

termal terisi, sistem Kelas III mencakup rentang terluas, dari -

450 ° F sampai 1400 ° F. Pertimbangan ketiga adalah toksisitas

cairan pengisi, terutama jika bohlam atau tabung kapiler gagal.

Merkuri, heksana, butana, dan propana bisa berbahaya jika

tidak terkandung. Bohlam penginderaan panas paling baik

dipasang di tabung pelindung atau thermowell. Perhatikan

bahwa penambahan thermowell memperlambat kecepatan

75

respon dari sistem Thermal. Tanggapan yang lambat

pengukuran merupakan masalah utama dalam pengendalian

suhu.

Instalasi - Menurut SADP-J-400, Bagian 4.4, “Lampu peka

telanjang harus digunakan jika memungkinkan, karena

memiliki respons yang lebih cepat. Bohlam harus selalu

ditempatkan di mana suhu mewakili dan di mana kecepatan

media proses cukup untuk perpindahan panas yang tepat. Efek

radiasi harus dipertimbangkan saat memasang lampu sensitif di

sisi oven dan saluran."

Untuk semua instalasi sistem yang terisi, thermowell atau

tabung pelindung diperlukan untuk melindungi bohlam.

Elemen penginderaan tidak dirancang untuk tekanan tinggi

atau dampak fluida atau gas dalam pipa instalasi. Lihat API RP

551, Bagian 5.6.5, untuk pedoman instalasi tambahan.

Aplikasi - Sistem termal yang diisi memiliki penggunaan yang

rendah dalam pengukuran aplikasi suhu Saudi Aramco.

Aplikasi industri tipikal dari sistem termal terisi mencakup

aplikasi pengaturan pengatur suhu, seperti pemanas tangki atau

alat penguap, atau dalam aplikasi di mana kontrol suhu dekat

76

mungkin tidak diperlukan. Lihat API RP 551, Bagian 5.6.2,

untuk pedoman aplikasi tambahan.

3.2. Perbandingan Kinerja dari Sistem Terisi

Perbandingan kinerja dari system terisi dapat

dirangkum di Gambar 34:

Gambar 34 : Perbandingan Kinerja

3.3. Termometer Bimetal

Termometer bimetalik adalah salah satu perangkat

yang paling banyak digunakan untuk memberikan suhu local

indikasi. Termometer bimetalik sering disebut sebagai

77

"termometer dial" karena indikasi dial di head. Termometer

bimetalik dijelaskan dalam pembahasan berikut di dari segi

prinsip, desain, kinerja, instalasi, dan aplikasi.

3.3.1 Prinsip

Prinsip termometer bimetalik dijelaskan dalam SADP-J-400,

Bagian 3.3: “Sifat dasar dari semua bimetal termostatik adalah

kemampuan untuk menekuk atau perubahan kelengkungan

dengan perubahan suhu. Bimetal adalah alat yang bergerak

secara konstan. Karena perbedaan koefisien ekspansi, dan

karena itu kecenderungan untuk menekuk, adalah konstan

sepanjang elemen, momen lentur juga konstan. "

Gambar 35: Prinsip Termostatik Bimetal

78

Termometer bimetalik (Gambar 35) termostatis bimetal adalah

mekanisme kompensasi kasus yang diterapkan berlawanan

dengan perubahan keluaran dari sistem yang terisi untuk

memberikan koreksi untuk variasi suhu lingkungan yang

dialami di instrumentasi. Sebagai reaksi sistem terisi terhadap

perubahan suhu kasus berjalan satu arah, bimetal memiliki cara

lain dan perbedaan yang dihasilkan adalah ketidakakuratan

yang kurang dalam kasus instrumen.

3.3.2 Design

Desain termometer bimetalik (Gambar 36) dijelaskan dalam

SADP-J-400, Bagian 3.3: “Termometer bimetalik dibuat

dengan mengikat salah satu ujung elemen bimetal yang

dikalibrasi ke bagian dalam batang termometer silinder, dan

memasang poros ke ujung elemen lainnya. Poros dan elemen

dipusatkan di batang oleh bushing pemandu. Ruang udara

diminimalkan untuk meningkatkan respons dinamis. Sebuah

penunjuk dipasang di ujung atas poros. Ketika elemen

bimetalik dibentuk menjadi heliks (spiral), perubahan suhu

akan menyebabkan heliks menjadi gerak atau tidak bergerak,

menyebabkan gerakan rotasi penunjuk. "

79

Gambar 36: Desain Termometer Bimetal

3.3.3 Kinerja

Kisaran suhu praktis untuk jenis indikator suhu ini adalah -80

° C hingga + 410 ° C (-80 ° F sampai 800 ° F). Akurasi dapat

dari ± 0,5 ° C hingga 10 ° C.

Keunggulan kinerja adalah sebagai berikut:

• Akurasi yang dapat diterima

• Konstruksi yang kokoh

• Dapat menahan overranging

• Lebih mudah dibaca daripada termometer batang kaca

Kerugian kinerja adalah sebagai berikut:

• Mungkin tidak linier dalam rentang lengkap, terutama

pada suhu yang sangat rendah

80

• Paparan suhu tinggi yang berlebihan dapat

menyebabkan kesalahan pembacaan pada kisaran

ekstrem

3.3.4 Instalansi

Sebagai aturan umum, thermowell diperlukan untuk instalasi

termometer bimetalik. Menurut API RP 551, Bagian 5.5,

“Perhatian ekstra harus dilakukan untuk memastikan

keterbacaan dial dari lokasi yang nyaman sambil melindunginya

dari kerusakan akibat benda jatuh dan sejenisnya.”

3.3.5 Aplikasi

Termometer bimetalik dianggap dalam industri hidrokarbon

sebagai perangkat yang dapat diterima untuk indikasi suhu

lokal untuk aplikasi yang tidak memerlukan kontrol.

Termometer bimetalik mengalami penggunaan frekuensi tinggi

di Saudi Aramco. Menurut SAES-J-400, Bagian 4.5,

“Termometer dan sumur bimetalik harus dipilih dari Katalog

AMS, Kelas 34. Jika terkena getaran, termometer harus diisi

minyak silikon. "

81

3.4. Pyrometer

Pirometer, juga disebut termometer “termometer

radiasi” atau termometer inframerah (IR), digunakan pada

pengukuran suhu membutuhkan teknologi non-kontak.

Melalui penggunaan port khusus atau jendela dan lensa,

pirometer berguna dalam banyak aplikasi, dan merupakan alat

yang berharga untuk pencegahan pemeliharaan. Selain untuk

pengukuran non kontak, keuntungan lain dari pirometer adalah

bahwa mereka dapat mengukur berbagai macam suhu, dari di

bawah nol hingga suhu ekstrem tinggi. Pirometer dijelaskan

dalam pembahasan berikut dalam hal prinsip, desain, kinerja,

instalasi, dan aplikasi.

3.4.1 Prinsip

Pirometer didasarkan pada hukum Planck dan rumus

radiasi Planck. Karena pirometer adalah berdasarkan hukum

Planck, hukum tersebut menjadi landasan teoritis untuk

mengukur suhu tubuh yang dipanaskan tanpa menyentuh

tubuh yang dipanaskan. Hukum Planck pada dasarnya

memprediksi radiasi lengkap yang dipancarkan oleh benda

hitam. Benda hitam mewakili benda ideal sebagai radiator

sempurna — ia menyerap semua radiasi yang diterimanya dan

memancarkan lebih banyak radiasi termal untuk semua interval

82

panjang gelombang daripada benda lain di area yang sama dan

suhu yang sama. Konsep area hitam adalah sentral untuk

teknologi termometri radiasi dan terminologi pyrometrik

terkait, seperti itu sebagai emisivitas.

Emisivitas didefinisikan sebagai rasio energi yang

dipancarkan oleh suatu benda terhadap energi yang

dipancarkan oleh benda hitam pada suhu yang sama.

Emisivitas benda hitam adalah 1.0. Objek nonblackbody (atau

benda abu-abu) dengan emisivitas 0,8 hanya akan

memancarkan 80% dari energi yang tersedia, menyebabkan

pembacaan suhu menjadi lebih rendah dari suhu sebenarnya.

Untuk membandingkan emisivitas yang mendekati sempurna,

pabrikan memasang kompensator yang memperkuat energi

yang hilang saat emisivitas kurang dari 1.0. Untuk sebagian

besar material, emisivitas tidak berbeda dengan panjang

gelombang. Hampir emisivitas benda logam meningkat

berbanding terbalik dengan panjang gelombang.

Karena benda yang dipanaskan memancarkan radiasi

di dalam bagian inframerah pita, pirometer dapat mengukur

suhu berdasarkan energi yang dipancarkan. Termometer

radiasi membuatnya pengukuran menggunakan panjang

gelombang 0,5 hingga 20 mikron dari spektrum

83

elektromagnetik. (Cahaya nampak dari 0,4 hingga 0,7 mikron,

sedangkan inframerah dari 0,7 hingga beberapa ratus mikron).

3.4.2 Design

Desain pirometer bervariasi dan sering ditempatkan dalam

lima kategori:

• Instrumen pita lebar - Perangkat ini memiliki respon

panjang gelombang yang lebar, sederhana dalam

desain, dan mengukur fraksi terbesar dari total radiasi

yang dipancarkan.

• Instrumen pita sempit - Perangkat ini memiliki

respons panjang gelombang yang sempit untuk

aplikasi pengukuran suhu khusus.

• Instrument Rasio atau "2 warna" - Perangkat ini pada

dasarnya adalah dua pirometer dalam satu rumah.

Perubahan rasio dari dua panjang gelombang yang

diukur mewakili perubahan suhu.

• Instrumen serat optik - Perangkat ini menambahkan

teknologi serat optik ke tradisional pyrometer dan

berguna dalam aplikasi di mana elektronik pyrometer

harus dijauhkan dari benda yang dipanaskan.

84

• Pirometer optik - Perangkat ini memungkinkan

operator untuk mencocokkan antara benda yang

dipanaskan dan lampu internal.

Diagram blok pada Gambar 37 menunjukkan desain pirometer

infra merah. Pirometer inframerah terdiri dari lensa optik,

sumber suhu referensi, detektor, dan amplifier.

Indikasi sinyal dapat diberikan baik secara lokal ke operator

dan dikondisikan untuk indikasi jarak jauh.

Gambar 37: Diagram Fungsional Pirometer

Karena hukum Planck menetapkan hubungan radiasi yang

dipancarkan per satuan luas permukaan, bahwa area harus

diukur untuk menentukan pengukuran suhu. Dalam istilah

praktis, field of view atau “target size” dari instrumen menjadi

85

penting dalam pengukuran suhu. Untuk menggunakan

pirometer dengan benar, grafik ukuran target versus jarak harus

diikuti. Objek pengukuran harus memenuhi ukuran target yang

dibutuhkan pada jarak yang diketahui.

3.4.3 Kinerja

Dalam menentukan pirometer, pertimbangan harus diberikan

sebagai berikut:

• Waktu respons - Pirometer memiliki waktu respons

yang sangat baik; rentang waktu dari 100 milidetik

hingga 1 detik.

• Lingkungan pengoperasian - Perangkat harus

dilindungi dari api, debu, atau gangguan kabut.

• Kompatibilitas dengan instrumen lain - Perangkat

pemroses sinyal yang dapat mengirimkan keluaran ke

pengontrol dan perekam.

• Melihat aplikasi port - Jika suhu harus diukur melalui

jendelan atau port, evaluasi apakah jendela akan

melewatkan energi pada panjang gelombang yang

terukut ke pirometer.

Pirometer memiliki kelebihan dalam waktu respons yang cepat.

Ukuran target kecil juga dimungkinkan sebagai kemampuan

untuk mengukur suhu benda bergerak. Pirometer mengukur

86

suhu jauh melampaui batas suhu tinggi untuk termokopel.

Biasanya, pirometer bisa mengukur pada rentang suhu yang

luas. Kerugian utama pyrometer adalah biayanya yang tinggi.

Perawatan harus digunakan saat memilih jenis pirometer untuk

aplikasi. Di lingkungan yang keras, pelindung khusus mungkin

diperlukan dan meningkatkan biaya pemasangan.

3.4.4 Instalansi

Pertimbangan pemasangan dijelaskan dalam istilah

• Persyaratan pemasangan fisik

• Persyaratan port view

• Pertimbangan lingkungan

Persyaratan pemasangan fisik meliputi:

• Kepala penginderaan pirometer harus sesuai dengan

ruang yang tersedia untuk melihat obyek.

• Sumber daya (AC, DC) harus tersedia untuk pyrometer.

• Sinyal keluaran (mA, millivolt, RS-232C, dll.) Untuk

tampilan dan / atau kontrol harus ditentukan.

Persyaratan port view meliputi:

• Port atau jendela tampilan harus dapat mengalirkan

energi pada panjang gelombang yang diukur

87

• Jika diperlukan penampakan lokal yang terlihat, port atau

jendela tampilan harus mampu untuk melewatkan

panjang gelombang yang terlihat dan inframerah.

Pertimbangan lingkungan meliputi:

• Lokasi pyrometer ditinjau terhadap kisaran minimum

dan maksimum yang dapat diterima oleh target dan

termometer IR.

• Semua bahan — udara, jendela kuarsa, kaca, debu —

antara target dan termometer diidentifikasi.

• Suhu lingkungan ditinjau. Sumber panas mungkin

memerlukan pemasangan pirometer elektronik yang

dipasang jarak jauh

3.4.5 Aplikasi

Baik pirometer pemasangan tetap maupun pirometer portabel

memiliki beberapa aplikasi. Pirometer pemasangan tetap berguna

ketika suhu harus terus dipantau dan dikendalikan. Misalnya, suhu

tahan api di boiler, insinerator, atau tungku tujuan khusus dapat

terus dipantau. Di lingkungan penyulingan minyak, pirometer

inframerah dapat digunakan untuk memantau refraktori di

insinerator unit sulfur untuk membantu memastikan bahwa

peralatan tidak overrange dan menyebabkan kerusakan peralatan.

88

Pirometer portabel berguna untuk diagnosa perawatan,

pemeriksaan kendali mutu, dan pemeriksaan preventif

pemeliharaan dalam proses kritis. Model portable, genggam

cocok untuk digunakan pekerjaan lapangan dalam mendeteksi hot

spot peralatan yang mungkin tidak dapat dideteksi. Misalnya,

reaktor unit pembaru atau unit perengkahan katalitik cairan

peralatan reaktor-regenerator dapat diperiksa secara berkala.

Pirometer mengalami penggunaan yang rendah di Saudi Aramco.

3.5. Material Sensitif Suhu

Kelompok bahan peka suhu yang disebut "indikator

fusible" dijelaskan di pembahasan berikut ditinjau dari segi

prinsip, desain, performa, instalasi, dan aplikasi.

3.5.1 Prinsip

Bahan yang peka terhadap suhu pada dasarnya adalah bahan

yang dibuat jadi peka terhadap panas dari padatan kristal. Saat

dipanaskan hingga suhu yang telah ditentukan, padatan

berubah menjadi cair. Perubahan keadaan cair menunjukkan

suhu yang telah ditentukan telah tercapai.

89

3.5.2 Rancangan

Bahan peka suhu memiliki beberapa desain (Gambar

38):

• Krayon - Setiap krayon memiliki titik leleh tertentu.

• Lacquers - Lacquers kusam berubah glossy pada suhu yang

telah ditentukan.

• Pellet - Indikator berbentuk tablet meleleh pada suhu yang

telah ditentukan.

• Label - Label perekat dengan monitor sensitif panas di

bawah jendela tertutup mengubah warna dari putih

menjadi hitam.

Gambar 38: Material Sensitif Suhu

90

3.5.3 Performa

Bahan yang peka suhu memiliki pertimbangan kinerja

sebagai berikut:

• Indikasi suhu adalah indikasi permukaan, dan hanya

menunjukkan suhu dari permukaan tempat mereka

diterapkan.

• Bahan yang peka suhu tidak memiliki penundaan dalam

mendapatkan indikasi (panas tidak mengalami konduksi

jauh dari permukaan).

• Bahan peka suhu sederhana dan mudah digunakan.

• Periode pemanasan yang lama dapat mengoksidasi

beberapa bahan.

• erubahan (ke cairan atau warna lain) tidak dapat diubah

untuk beberapa bahan material sensitive suhu.

3.5.4 Instalasi dan aplikasi

Bahan yang peka terhadap suhu berguna jika

diperlukan untuk memberikan indikasi lokal bahwa suhu yang

telah ditentukan telah tercapai. Misalnya, indikator pelet dapat

digunakan untuk memantau suhu ruang udara (zona panas)

dalam tungku. Bahan sensitif suhu jarang digunakan di Saudi

Aramco.

91

3.6. Termocouple

Termokopel adalah salah satu jenis sensor pengukur

suhu yang paling umum saat ini digunakan dalam industri dan

di Saudi Aramco ketika indikasi atau pengukuran jarak jauh

diperlukan untuk lingkaran kontrol. Termokopel dijelaskan

dalam pembahasan berikut dalam hal prinsip, desain, kinerja,

instalasi, dan aplikasi.

3.6.1 Prinsip

Prinsip operasi dijelaskan dalam SADP-J-400, Bagian 3.1:

“Termokopel (T / C) terdiri dari dua kawat logam atau paduan

yang berbeda yang disatukan di satu ujung, yang disebut

persimpangan (atau "panas"). Ujung bebas dari kedua kabel

dihubungkan ke pengukur instrumen untuk membentuk jalur

tertutup di mana arus dapat mengalir. Titik dimana kabel T /

C sambungkan ke alat ukur yang ditetapkan sebagai

sambungan "referensi" (atau "dingin").

Menerapkan panas ke persimpangan pengukuran

menyebabkan ggl kecil dihasilkan di referensi persimpangan.

Ketika perangkat pembacaan digunakan, itu mengubah ggl

yang dihasilkan oleh perbedaan suhu antara pengukuran dan

referensi persimpangan untuk merekam atau menampilkan

92

suhu persimpangan pengukuran. Ketika suhu referensi

diketahui (biasanya 0 ° C) dan persimpangan pengukur terkena

suhu yang tidak diketahui, ggl yang dikembangkan akan

bervariasi langsung dengan perubahan suhu yang tidak

diketahui. "

Operasi termokopel memerlukan pembahasan tentang

beberapa prinsip (Gambar 37), yaitu berikut:

• Efek Seebeck

• Efek Peltier

• Efek Thomson

Efek Seebeck - Ketika dua kabel yang terdiri dari logam yang

berbeda terikat di kedua ujung dan salah satu ujungnya

dipanaskan, arus kontinu akan mengalir dalam suatu rangkaian,

yang disebut "rangkaian termoelektrik". Arus mengalir setiap

kali ada perbedaan suhu antara kedua persimpangan.

Fenomena ini disebut Efek Seebeck, dinamai menurut Thomas

Seebeck yang menemukan keberadaan sirkuit termoelektrik.

Jika Anda harus membuka sirkuit termoelektrik dan mengukur

tegangan di salah satu ujung, tegangan akan menjadi fungsi

suhu persimpangan dan komposisi kabel logam. Tegangan ini

93

disebut tegangan Seebeck. Semua logam yang berbeda

menunjukkan efek ini.

Efek Peltier - Efek Peltier, menyatakan bahwa saat arus listrik

mengalir melintasi persimpangan dari dua logam berbeda,

panas dibebaskan (jika arus searah dengan arus Seebeck) atau

diserap (jika arus berlawanan arah dengan arus Seebeck).

Dalam instalasi termokopel, efek sekunder dari sambungan

dari termokopel ke kabel ekstensi ke alat ukur adalah bahwa

pada setiap koneksi terminal ada ggl dikembangkan karena

logam yang berbeda. Setiap koneksi memancarkan atau

menyerap panas. Efek ini disebabkan oleh Efek Peltier.

Apakah koneksi memancarkan atau menyerap panas

ditentukan oleh arah aliran arus listrik melalui sambungan.

Efek Peltier adalah dasar untuk pemanasan dan pendinginan

termoelektrik. Contoh umum dari Efek Peltier terlihat pada

pemanas / pendingin rekreasi portabel bertenaga baterai.

Efek Thomson - Efek Thomson menyatakan gradien suhu

dalam konduktor logam memiliki gradien tegangan kecil yang

besarnya dan arahnya bergantung pada logam tertentu.

Misalnya, jika satu kawat dipanaskan di titik tengahnya, suhu di

titik ujungnya, T2, akan jelas lebih rendah dari suhu a T1.

94

Ketika arus mengalir melalui kabel dari P2 ke P1, elektron

menyerap energi di salah satu ujung kabel dan melepaskan

energi di ujung kabel kawat yang berlawanan. Karena

keuntungan dan kerugian energi adalah sama, tidak ada efek

bersih yang terjadi di sepanjang kabel.

Gambar 39: Prinsip Termokopel

95

Hasil praktis dari efek Thomson adalah bahwa penerapan

panas menjadi kawat homogen tunggal tidak menciptakan

tegangan termoelektrik. Dengan demikian, efek Thomson

menjadi dasar menghubungkan termokopel dengan kabel

tembaga, karena kabel itu sendiri tidak menambah tegangan ke

rangkaian.

Dalam rangkaian termokopel yang digunakan dalam

pengukuran suhu, impedansi tinggi dari potensiometer tidak

memungkinkan aliran arus apa pun; oleh karena itu, hanya

Seebeck Voltage, VAB, yang merupakan poin pentingnya.

3.6.2 Design

Desain termokopel dijelaskan dalam istilah

• Jenis sambungan termokopel berselubung

• Gaya gerak listrik (ggl)

• Pentingnya persimpangan referensi

• Kabel ekstensi

• Suhu rata-rata dan diferensial

• Variasi desain

• Tabel referensi termokopel

96

Jenis sambungan termokopel berselubung diproduksi

sebagai berikut:

• Persimpangan terbuka - Persimpangan

terbukamenawarkan kecepatan respons tercepat.

persimpangan terbuka digunakan dalam pengukuran

aliran gas statis atau non korosif yang membutuhkan

waktu respons yang cepat. Persimpangan meluas

melewati pelindung selubung untuk memberikan

respon yang cepat. Selubung ditutup untuk mencegah

penetrasi bahan proses.

• Persimpangan yang tidak dibumikan - Persimpangan

yang tidak dibumikan digunakan dalam suhu

pengukuran dalam lingkungan korosif di mana perlu

untuk mengisolasi dan melindungi elemen termokopel

dalam aplikasi listrik kritis. Kawat termokopel diisolasi

dari selubung termokopel dengan magnesium bubuk

oksida atau yang setara.

• Persimpangan yang diarde- Sambungan yang diarde

digunakan dalam suhu pengukuran gas dan cairan

korosif statis atau mengalir, serta aplikasi tekanan

tinggi. Persimpangan disebut dibumikan karena dilas

ke selubung pelindung termokopel. Persimpangan

97

yang diarde memiliki kecepatan respon yang lebih

cepat dari sebuah persimpangan yang ungrounded.

Gambar 40: Persimpangan Termokopel Terselubung

Gaya gerak listrik - Gaya gerak listrik didefinisikan dalam

SADP-J-400 sebagai “Jumlah energi berasal dari sumber listrik

per satuan jumlah listrik yang melewati sumber (sebagai sel atau

generator). ” Dengan kata lain, ggl mewakili peningkatan energi

listrik. Satuan pengukuran EMF adalah volt. Jika pengukuran

98

langsung dapat dilakukan dari tegangan termokopel, tegangan

ini disebut "tegangan Seebeck".

Pentingnya persimpangan referensi - Pengukuran langsung

dari tegangan Seebeck membutuhkan alat ukur menggunakan

sambungan referensi. Jika, misalnya, kabel pengukur volt

langsung terhubung ke termokopel, sirkuit termoelektrik baru

dibuat karena voltmeter dari terminal tembaga ke sambungan

termokopel kabel non tembaga terbentuk. Untuk menghindari

pembentukan ggl termal tambahan dari tembaga ke

sambungan non tembaga, referensi Persimpangan ("dingin")

digunakan. Persimpangan referensi menyediakan cara untuk

alat ukur mengimbangi EMF apa pun di terminal input

instrumen, sehingga memberikan pengukuran suhu di

persimpangan pengukuran ("panas").

Referensi "dingin" penting karena tegangan Seebeck

didasarkan pada karakteristik logam yang berbeda dan

perbedaan suhu antara persimpangan pengukuran panas dan

persimpangan referensi dingin. Di lingkungan laboratorium,

penangas es digunakan sebagai persimpangan referensi. Di

proses instrumentasi, referensi suhu sambungan dingin

disediakan oleh resistor kompensasi sambungan dingin atau

alat digital lainnya. Kompensasi persimpangan dingin

99

menggunakan konsep hukum suhu menengah (Liptak halaman

490). Tegangan (sesuai dengan jenis termokopel) dari

termokopel imajiner dengan persimpangan pada 32 ° F dan

ambien ditambahkan ke termokopel pengukur untuk

menciptakan tegangan antara 32 ° F dan persimpangan

pengukur. Tujuan dari pendekatan ini adalah untuk

memberikan ggl konstan pada alat ukur sementara

mengkompensasi perubahan suhu di persimpangan referensi.

Dalam praktiknya, tidak selalu praktis untuk menghubungkan

termokopel langsung ke instrumen. Kabel ekstensi sering kali

dijalankan dari kepala terminal sambungan rakitan termokopel

ke alat ukur. Kabel ekstensi dibuat dari bahan yang sama atau

dari bahan dengan karakteristik termal yang mirip dengan

termokopel. Kabel ekstensi yang dipilih harus memiliki akurasi

dan karakteristik suhu yang sama dengan T / C.

Gambar 41: Persimpangan Dingin dan Pengukuran

100

Kabel ekstensi dijelaskan dalam SADP-J-400, Bagian 3.1,

dengan cara berikut: “Alat ukur [temperatur] biasanya terletak

jauh dari titik di mana suhu diukur. Karena resistor

penginderaan suhu untuk menjaga konstan referensi junction

ggl dapat ditempatkan paling nyaman di instrumen sebagai

bagian dari sirkuitnya, penting untuk menemukan sambungan

referensi itu sendiri dalam instrumen. Oleh karena itu,

rangkaian termoelektrik harus diperpanjang dari persimpangan

pengukuran, pada titik di mana pengukuran suhu diinginkan,

ke sambungan referensi di instrumen. Ini tujuan penggunaan

kabel ekstensi (Gambar 42).

Kabel ekstensi secara teoritis memperpanjang [termokopel] T

/ C ke sambungan referensi di instrumen dengan karakteristik

termal yang mirip dengan termokopel. Kawat ini umumnya

dilengkapi dalam bentuk sepasang konduktor yang serasi.

Prosedur paling sederhana adalah menggunakan jenis kawat

yang sama dengan jenis kawat yang dibuat oleh T / C; namun,

dalam instalasi dengan T / C logam mulia di mana beberapa

ratus kaki kabel ekstensi harus digunakan, atau di mana banyak

T / C digunakan, prosedur mungkin menjadi terlalu mahal.

Dalam kasus seperti itu alternatif, bahan dengan biaya lebih

rendah karakteristik serupa pada suhu yang lebih rendah

tersedia."

101

Sinyal termokopel sering dikirim ke instrumen yang jaraknya

jauh. Koneksi dibuat melalui penggunaan kabel ekstensi

termokopel. Kabel ekstensi seringkali dibuat dari bahan yang

sama jenis bahan sebagai termokopel. Misalnya, kabel ekstensi

Tipe J digunakan dengan Tipe J termokopel saja, dan juga

untuk jenis kabel ekstensi dan termokopel lainnya. Menjadi

umum di praktik industri untuk memasang kabel ekstensi dari

termokopel ke alat ukur, idealnya dalam satu panjang kabel

kontinu.

Gambar 42: Kabel Eksetensi dengan polaritas

Praktik standar dalam industri saat ini adalah menggunakan

kabel ekstensi dari termokopel ke local junction box

didedikasikan untuk sinyal termokopel. Penggunaan kabel

102

ekstensi 16 gauge adalah standard praktik industri .Kabel

multipasangan (Gambar 43) digunakan dari junction box lokal

ke instrumen penunjuk. Setiap pasangan kabel dipelintir dan

dilindungi secara individual. Multipasangan kabel tersedia

dengan hingga 50 pasang kabel yang diproduksi dengan

kalibrasi yang sama dengan termokopel. Kabel dibuat hanya

untuk satu jenis kabel ekstensi dalam sebuah kabel. Misalnya,

kabel dibuat untuk semua termokopel Tipe J atau semua

termokopel Tipe K. Kabel tidak dibuat dengan dua jenis kabel

ekstensi yang berbeda sebagai praktik industri standar. Di

junction box local, misalnya, dua jenis kabel yang berbeda, satu

Jenis J dan satu Jenis K mungkin diperlukan. Ketika hal ini

terjadi, umumnya digunakan 16 atau 24 pasang kabel.

Gambar 43: Kabel multipasang

103

Seperti disebutkan sebelumnya, jika logam mulia digunakan,

seperti T / C platina, harga kabel ekstensi ke perangkat

pembacaan bisa menjadi penghalang. Dalam hal ini, kabel

ekstensi dengan karakteristik yang mirip dengan logam mulia

tersedia. (Alternatif untuk menggunakan kabel ekstensi yang

tidak kompatibel adalah dengan menggunakan pemancar /

konverter untuk mengirimkan sinyal ke alat ukur atau

pengontrol.)

Dua kelas kabel ekstensi tersedia untuk termokopel:

• Kawat termokopel, yang pada dasarnya bahan yang

sama dengan kabel termokopel.

• Kabel timah kompensasi, yang digunakan dengan

termokopel logam mulia (platina).

Penting untuk memilih kabel ekstensi yang benar, karena

penggunaan kabel ekstensi yang salah akan menyebabkan

kesalahan dalam pembacaan suhu. Kesalahan disebabkan oleh

pembuatan ekstra sambungan termokopel di blok terminal

atau di alat ukur. Insinyur didorong untuk meninjau referensi

tambahan untuk kabel ekstensi yang tercantum pada Gambar

44.

104

Gambar 44: Referensi Termokopel

Suhu rata-rata dan diferensial - Termokopel dapat

dihubungkan ke rata-rata atau untuk menemukan perbedaan

suhu (Gambar 45). Untuk mengukur suhu rata-rata,

serangkaian termokopel dapat dikonfigurasi secara paralel.

Tegangan pada instrument pengukur suhu adalah hasil rata-

rata dari jumlah termokopel yang digunakan. Termokopel (dan

kabel ekstensi) yang digunakan dalam konfigurasi ini harus

memiliki resistansi yang sama untuk sebuah pengukuran yang

akurat. Metode rata-rata termokopel menemukan lebih sedikit

penggunaan saat ini karena suhu rata-rata sekarang dilakukan

dalam sistem kontrol komputer.

105

Suhu diferensial dapat diukur antara dua titik melalui

penggunaan dua termokopel. Tegangan yang dihasilkan dalam

pendekatan ini mewakili perbedaan suhu.

Gambar 45: Termokope Pendekatan Rata-rata dan

Diferensial

Variasi desain - Berbagai jenis termokopel diklasifikasikan

menurut jenisnya. Dari sepintas meninjau berbagai jenis, orang

dapat dengan aman menyimpulkan bahwa termokopel tipe

106

"universal" itu tidak tersedia. Karena tipe "universal" tidak ada,

evaluasi termokopel untuk aplikasi khusus dan unik

memerlukan beberapa tingkat pengalaman. Setiap termokopel

memiliki memiliki kurva respons unik (Gambar 46). Perhatikan

bahwa Saudi Aramco telah menstandarkan penggunaan Type

Termokopel E dan Tipe K untuk sebagian besar aplikasi yang

membutuhkan termokopel.

Beberapa komentar evaluasi umum tentang beberapa jenis

termokopel,

• Termokopel tipe J digunakan dalam kisaran suhu dari

sekitar 32 ° F hingga 1400 ° F. Termokopel tipe J

adalah yang paling ekonomis dan banyak digunakan

ermokopel di industri. Termokopel tipe J memiliki

sensitivitas yang cukup seragam (milivolt per

perubahan derajat suhu).

• Termokopel tipe K digunakan dalam kisaran suhu dari

-418 ° F hingga 2500 ° F. Termokopel tipe K berguna

untuk pengukuran suhu tinggi dalam oksidasi

atmosfer. Termokopel tipe K sering digunakan dalam

aplikasi pemanas berbahan bakar. Beberapa

termokopel Tipe K tidak boleh digunakan dalam

mengurangi atmosfer karena beberapa versi mungkin

rentan terhadap pembusukan hijau. Busuk hijau,

107

disebabkan oleh migrasi chromium, menyebabkan

kalibrasi bergeser. Ventilasi thermowell mungkin

dibutuhkan. Termokopel Tipe K yang lebih baru

menggunakan paduan yang tahan busuk hijau.

Termokopel tipe Kcukup mahal.

• Termokopel tipe E digunakan dalam kisaran suhu dari

-450 ° F hingga 1600 ° F. Termokopel tipe E sangat

berguna untuk jangkau pendek atau diferensial

pengukuran suhu. Termokopel tipe E memiliki

keluaran milivolt tertinggi per perubahan suhu derajat,

yang memberikan sensitivitas yang sangat baik. Tipe

Termokopel E tidak boleh digunakan dalam

mengurangi atmosfer dan perlindungan diperlukan

bila digunakan dalam aplikasi sulfur.

• Termokopel tipe S digunakan dalam kisaran suhu dari

32 ° F hingga 2700 ° F. Tipe Termokopel S terdiri dari

platina 90% / rhodium 10%. Termokopel tipe S

digunakan untuk menentukan Skala Suhu

Internasional. Jenis termokopel S ini lebih mahal dari

termokopel lainnya. Termokopel tipe S memiliki

kualitas yang sangat baik ketahanan terhadap atmosfer

pengoksidasi.

108

Perhatikan bahwa termokopel tidak hanya ditentukan oleh

jenis kalibrasi tetapi juga oleh jenis sambungan—terbuka,

dibumikan dan tidak dibumikan — dijelaskan sebelumnya di

bagian ini.

Gambar 46: Kurva Respon Termokopel

Tabel referensi termokopel mencantumkan karakteristik

suhu versus ggl untuk suatu komponen termokopel.

Perhatikan bahwa tabel referensi akan menentukan ggl nol

pada 0 ° C (32 ° F). Ggl nol menyiratkan bahwa tabel

didasarkan pada suhu persimpangan dingin atau referensi 0 °

109

C (32 ° F) untuk semua nilainya. Tabel referensi suhu berguna

untuk beberapa perhitungan:

• Menurunkan pengukuran suhu persimpangan (panas)

berdasarkan ggl persimpangan dingin.

• Menggunakan ggl untuk memeriksa kalibrasi

instrumen.

• Memeriksa kalibrasi termokopel.

Teknik kalibrasi instrumen mengandalkan nilai yang dihitung

secara manual dari table (kutipan dalam Gambar 47)

diminimalkan dengan pemancar berbasis mikroprosesor.

Pemancar berbasis mikroprosesor berisi kurva karakterisasi di

dalam database.

Gambar 47: Tabel Referensi Termokopel

110

Kutipan Tabel Termokopel memiliki beberapa fitur yang patut

diperhatikan. Bandingkan kurva dari Gambar 46 dengan

Gambar 47. Tipe "E" menunjukkan kurva yang lebih curam

daripada tipe "K," sebagai serta angka absolut yang lebih tinggi

baik di wilayah positif maupun negatif. Kurva dan nomor yang

ditabulasikan tidak memiliki interval yang seragam; Namun,

interpolasi, grafis atau numerik, dapat digunakan untuk

perbedaan kecil. Milivoltage maksimum ditampilkan dalam

kolom 200 ° F. melintasi baris 100 ° F (300 ° F) adalah 9,71

untuk T/C tipe "E".

Kurva Gambar 46 menunjukkan maksimum 60+ mV untuk

tipe "E" dan 50+ mV untuk tipe "K." Tipe "K" dapat

digunakan pada suhu yang lebih tinggi daripada tipe "E." Tabel

T / C distandarisasi untuk keseragaman tetapi nilai millivolt

yang lebih tinggi dapat diperoleh di lapangan pada suhu yang

lebih tinggi — hanya saja tidak secara konsisten dapat

direproduksi.

Milivoltage perbedaan suhu maksimum 10 ° F yang

ditampilkan untuk tipe "E" adalah 0,39 mV atau 390 mV.

Membagi dengan 10 menghasilkan 39 mV / ° F, yang

merupakan angka yang sangat kecil.

111

3.6.3 Kinerja

Kinerja termokopel dijelaskan dalam istilah umum

• Keunggulan kinerja

• Kerugian kinerja

Keunggulan kinerja meliputi:

• Akurasi sedang.

• Kisaran suhu yang lebar, -190 hingga 1820 ° C (- 310

hingga 3300 ° F)

• Konstruksi yang kokoh menahan getaran.

• Mendukung pengaturan pemasangan jarak jauh dan

serbaguna.

• Biaya sedang.

• Respon lebih cepat dari RTD.

Kekurangan kinerja meliputi:

• Menghasilkan level sinyal rendah (milivolt).

• Kalibrasi berubah dengan kontaminasi.

• Gangguan listrik bisa menjadi perhatian

• Biaya pemasangan lebih tinggi (dibandingkan dengan

RTD) karena kabel ekstensi.

• Kalibrasi dilakukan secara nonlinier selama rentang

operasi normal.

112

3.6.4 Instalasi

Pertimbangan pemasangan yang mempengaruhi evaluasi

termokopel adalah sebagai berikut:

• Pendekatan instalasi untuk cairan dan gas

• Pertimbangan selubung

• Gaya termokopel

• Pendekatan instalasi umum

Pendekatan instalasi untuk fluida dan gas - Seperti yang

dinyatakan dalam kursus ini, instalasi yang benar memiliki

pengaruh besar pada akurasi pengukuran. Pertimbangan

instalasi untuk pengukuran permukaan, pengukuran suhu

cairan, atau gas. Tidak cukup dasumsikan bahwa suhu di

persimpangan pengukuran ("panas") selalu sama dengan suhu

proses. Hukum termodinamika menyatakan bahwa panas

mengalir dari daerah yang lebih panas ke daerah yang lebih

dingin melalui konduksi, konveksi, dan radiasi. Jadi tujuan dari

pemasangan termokopel adalah untuk memastikan bahwa

jumlah panas yang mengalir antara titik yang diukur dan

persimpangan termokopel tidak cukup untuk mengubah suhu

titik yang diukur atau menyebabkan perbedaan suhu antara

persimpangan pengukur ("panas") dan titik terukur. Ini bisa

113

diilustrasikan dalam pengukuran suhu cair, permukaan padat,

atau gas.

• Asumsikan bahwa termokopel, dimasukkan ke dalam

thermowell, digunakan untuk mengukur suhu cairan. Jika

rakitan termokopel dibenamkan hingga kedalaman 12,7

mm (0,5 inci), sambungan pengukur termokopel mungkin

lebih dingin daripada cairan karena gradien suhu terjadi di

sepanjang thermowell. Saat kedalaman perendaman

meningkat, suhu pengukuran persimpangan lebih hampir

sama dengan proses cair karena lebih sedikit panas yang

mengalir di wilayah persimpangan pengukuran. Sebagai

pedoman umum, kedalaman pencelupan selungkup

pelindung termokopel (thermowell atau tabung pelindung)

harus berada di setidaknya 10 kali diameter selungkup

untuk menghindari perbedaan suhu.

• Konduksi panas juga harus dihindari dalam pengukuran

suhu permukaan padat. Dalam pengukuran suhu

permukaan, persimpangan pengukuran termokopel adalah

dilas (atau diikat) ke permukaan logam. Panas bisa

mengalir di sepanjang termokopel kawat saat

persimpangan pengukur dilas ke permukaan. Suhu bisa

sebenarnya naik atau turun pada titik pengukuran,

114

tergantung pada apakah termokopel lebih panas atau lebih

dingin dari permukaan logam.

Pemasangan yang tepat mencegah terjadinya konduksi

panas dengan memastikan panjang yang signifikan dari

kabel termokopel berada pada suhu yang sama dengan

mengukur persimpangan. Untuk pemasangan pipa, kawat

dililitkan pada pipa, mengelas bagian termokopel yang

signifikan ke pipa.

• Untuk pengukuran gas, perendaman rakitan harus

memiliki kedalaman yang tepat, seperti dalam pengukuran

suhu cairan; Namun, kekhawatiran tambahan adalah gas

mengalir di saluran. Dinding saluran mungkin lebih dingin

dari pada gas. Termokopel dapat membaca lebih rendah

karena panas memancar dari perakitan termokopel ke

dinding yang lebih dingin. Pendekatan yang meminimalkan

radiasi ini adalah dengan menempatkan pelindung

melindungi di sekitar termokopel. Karena shield terkena

gas, maka suhu pelindung hampir sama dengan suhu

persimpangan termokopel. Akibatnya, jumlah panas yang

dipancarkan ke shield jauh lebih rendah.

Pertimbangan selubung - Termokopel yang terdiri dari

kemasan, kabel termokopel terisolasi mineral bersama dengan

115

lapisan pelindung, seperti baja tahan karat, disebut

“termokopel terselubung. " Perhatikan bahwa istilah

"selubung" juga dapat digunakan untuk menjelaskan

konfigurasi termokopel yang ditempatkan di dalam selungkup

pelindung, seperti tabung pelindung atau thermowell. Ketika

termokopel dipasang di selubung pelindung, kecepatan

respons termokopel menurun. Praktik industri adalah

menggunakan termokopel probe “tipe pensil” dengan Tipe

304 baja tahan karat (ss). Dalam industri minyak, rakitan

termokopel tipe pensil digunakan di sebagian besar aplikasi

membutuhkan termokopel.

Bahan selubung termokopel dikategorikan sebagai

berikut:

• Metalik - Jenis baja tahan karat dan Inconel adalah pilihan

umum. Bahan khusus seperti tantalum, molibdenum, dan

paduan platinum tersedia untuk suhu tinggi ekstrim hingga

2482 ° C (4500 ° F).

• Keramik - Jenis selubung termokopel lainnya adalah

isolator keramik yang menutupi termokopel di atas

persimpangan pengukuran. Pengaturan ini digunakan

untuk thermowell yang lebih panjang, T / C itu sendiri

dapat dibuat dari kabel pengukur 18 atau 14. Bahan

keramik meliputi silikon karbida, alumina, dan porselen.

116

Gaya termokopel - Termokopel dibuat dalam gaya yang

berbeda untuk aplikasi yang berbeda. Untuk instalasi industri

pada umumnya, probe atau termokopel "tipe pensil" ,Tipe J

atau Tipe K, digunakan bersama dengan thermowell

pelindung. Seperti disebutkan sebelumnya, tipe lainnya tersedia

dan disesuaikan dengan persyaratan aplikasi tertentu.

Instalasi yang membutuhkan pengukuran permukaan

menggunakan gaya termokopel khusus yang disebut probe

permukaan atau "tipe kulit". Probe permukaan, seperti

namanya, untuk permukaan atau "kulit" dari vessel, pipa atau

tabung. Probe permukaan berselubung logam dapat diproduksi

hingga sekecil 0,25mm (0,01 inci), probe kawat sekecil 0,013

mm (0,0005 inci). Instalasi membutuhkan pengelasan dan

mungkin memerlukan penghilang tegangan atau prosedur

pengelasan khusus, terutama saat dipasang saat terbakartabung

pemanas dan perpipaan paduan. Probe permukaan tipe K dan

E adalah probe permukaan yang umum. Tipe E umum

digunakan karena keakuratannya yang tinggi di sebagian besar

aplikasi suhu rendah. Jenis probe permukaan Kdigunakan

dalam aplikasi pengukuran suhu tinggi.

Termokopel permukaan juga tersedia dalam gaya semen. Gaya

semen memberikan respon yang cepat dan instalasi yang

nyaman.

117

Gambar 48: Probe Termokopel Permukaan

Pendekatan instalasi umum ditunjukkan pada Gambar 49.

T / C dapat langsung dihubungkan ke perangkat penerima,

atau terhubung ke transmitter 2-kabel atau 4-kabel.

Pengkabelan langsung - T / C memerlukan kabel ekstensi

khusus. Kabel berpelindung direkomendasikan. Panjang lebih

118

dari 30 meter (100 kaki) bisa mahal. Gangguan listrik menjadi

perhatian ketika seperseribu volt dapat mewakili

50 ° F kesalahan. Kawat termokopel tidak mudah ditarik

melalui conduit.

Gambar 49: Pendekatan Instalasi Umum T/C

Transmitter dua kabel - Jika panjang dari sensor ke

perangkat penerima melebihi 30 meter (100 kaki), transmitter

2 kabel lebih disukai. Biaya pemasangan kabel lebih kecil.

119

Persyaratan daya rendah (4 hingga 20 mA). Transmitter 2 kabel

memiliki imunitas kebisingan yang baik.

Transmitter empat kabel - Dua kabel transmitter untuk daya,

dua kabel sisanya untuk sinyal. Umumnya digunakan ketika

output 0 hingga 5 volt diperlukan, transmitter 4-kabel tidak

banyak digunakan seperti transmitter 2-kabel.

3.6.5 Aplikasi

Pertimbangan aplikasi yang mempengaruhi evaluasi

termokopel adalah sebagai berikut:

• Teknik pengukuran termokopel

• Konfigurasi probe-lead

• Penyebab pengukuran yang salah

• Tindakan pencegahan yang meningkatkan sistem

termokopel

• Mendiagnosis kesalahan termokopel

Teknik pengukuran termokopel - Beberapa teknik

melakukan pengukuran termokopel dengan voltmeter dapat

digunakan untuk mengurangi gangguan dari kebisingan.

Tekniknya meliputi

• Tree switching - Teknik tree switching adalah metode

pengorganisasian saluran dari pemindai menjadi grup,

120

masing-masing dengan switch nya; jika tidak,

kapasitansi menyimpang dari setiap masukan dapat

menambah kebisingan.

• Penjagaan - Teknik penjagaan mengurangi kebisingan

yang umum terjadi pada kedua ;ead pengukuran

dengan mengikat pelindung ke kotak logam voltmeter.

• Integrasi - Teknik integrasi menggunakan konversi A

/ D menjadi kebisingan rata-rata. Teknik rata-rata

sangat mengurangi kebisingan terkait saluran listrik

dan harmonisasinya.

Konfigurasi probe lead ditunjukkan pada Gambar 50.

Kombinasinya adalah

• Kabel termokopel tunggal, diarde

• Kabel termokopel tunggal, tidak dibumikan

• Kabel termokopel ganda, tidak dibumikan dan

diisolasi

• Kabel termokopel ganda, diarde dan tidak diisolasi

• Kabel termokopel ganda, tidak dibumikan dan tidak

terisolasi

Kabel termokopel ganda, juga disebut elemen ganda,

memungkinkan pengguna untuk mendukung aplikasi yang

memerlukan :

121

• Dua pembacaan sensor

• Pengukuran rata-rata

• Cadangan bawaan (redundansi)

• Pemantauan dan kontrol terus menerus

Gambar 50: Konfigurasi Lead Probe

122

Penyebab pengukuran termokopel yang salah adalah

sebagai berikut:

• Penolakan kebisingan - Perisai, pemfilteran, dan

pengardean yang benar akan memperbaiki masalah ini.

• Sambungan persimpangan yang buruk - Vendor

mengelas sambungan pengukur dengan mesin yang

canggih untuk memastikan pengelasan yang tepat dan

produk yang seragam. Saat personel membuat

T / C mereka sendiri, pengelasan sambungan yang

tidak tepat sebenarnya dapat menurunkan dan

mengubah karakteristik persimpangan itu.

• Dekalibrasi - Dekalibrasi merupakan proses

mengubah secara tidak sengaja karakteristik T / C

melalui penanganan yang kasar, getaran, penuaan, atau

paparan suhu ekstrim. T / C, dalam mode dekalibrasi,

tampaknya membaca dengan benar untuk beberapa

nilai suhu, salah untuk yang lain.

• Tindakan galvanik - Pewarna yang digunakan dalam

isolasi dapat membentuk elektrolit dalam air,

menyebabkan pembacaan tinggi. Melindungi T / C

dari lingkungan yang keras untuk mencegah aksi

galvanik.

123

• Perpindahan panas - Perpindahan panas adalah efek

dari mengalihkan panas dari termokopel. Kabel

ekstensi meminimalkan efek ini.

SADP-J-400, Bagian 3, menjelaskan sumber kesalahan dengan

cara berikut: "Sumber Kesalahan – Kebisingan derau listrik

oleh sirkuit instrumen akan menyebabkan kesalahan. Jenis

kebisingan berikut bisa dibedakan:

• Derau statis dapat masuk ke sirkuit T / C dengan kabel

berdekatan yang membawa daya AC atau DC yang

berubah-ubah dengan cepat (pulse). Kabel ekstensi T

/ C digabungkan secara kapasitif ke medan listrik.

Solusi: Minimalkan kebisingan yang dihasilkan dengan

melindungi setiap pasang kabel ekstensi dan

membumikan pelindung kawat. Jangan pernah

menjalankan kabel T / C di saluran yang sama dengan

kabel tenaga listrik.

• Derau magnetis dapat diinduksi ke dalam sirkuit T / C

kapan pun kabel ekstensi dipasang ke medan magnet

dan arus diproduksi untuk melawan area magnetic.

Solusi: Minimalkan kebisingan dengan memutar setiap

pasang kabel ekstensi T / C.

• Derau crosstalk antara pasangan kabel yang

berdekatan dalam saluran yang sama dapat terjadi.

124

Solusi : Lindungi setiap pasang kabel ekstensi.

• Kebisingan mode umum di sirkuit antara

persimpangan pengukuran dan transduser dapat

terjadi jika sirkuit diardekan di lebih dari satu tempat,

atau jika berbeda pentanahan berpotensi ada di

sepanjang jalur kawat.

Solusi: Minimalkan dengan pentanahan yang tepat.

Sirkuit T / C biasanya diardekan di persimpangan

pengukuran. Lindungi setiap pasang kabel ekstensi dan

arde pelindungnya hanya pada T / C. Gunakan

perangkat pengukur masukan diferensial. "

Tindakan pencegahan yang meningkatkan integritas

sistem termokopel dimulai dengan proses pemilihan awal.

Tindakan pencegahan, yang tersirat di seluruh modul kursus

ini, diringkas sebagai berikut:

• Batas suhu tinggi dan rendah aplikasi harus diketahui

untuk dipilih sensor yang tepat. T / C yang salah

diterapkan pada rentang atau atmosfer yang salah

(mengoksidasi atau mereduksi) dapat dengan cepat

menurunkan T / C.

• T / C kelas premium menawarkan akurasi terbaik

(Gambar 51).

125

• Persyaratan pentanahan ditinjau. Sebuah probe

ground, misalnya, akan mengalami masalah loop arde

jika digunakan dengan banyak instrumen penerima.

• Ketahanan kimiawi dari selubung atau T / C ditinjau

terhadap syarat penerapannya.

• Kedalaman pencelupan yang benar ditentukan.

• Resistensi getaran termokopel ditinjau.

• Perlindungan diberikan jika lingkungan abrasif terjadi

• Kabel elemen termokopel harus diisolasi dengan baik

satu sama lain dan lingkungan.

• Ketika kabel ekstensi digunakan, koneksi di mana

kabel ekstensi dipasangkan dengan kabel termokopel

harus jauh dari sumber panas sejauh yang diizinkan.

• Lingkungan di sekitar T / C harus dijaga sebersih

mungkin. Minyak sulfur dan fosfor merusak sebagian

besar termokopel.

• Pekerjaan dingin - misalnya, menarik kawat

termokopel secara kasar melalui konduit harus

dihindari karena mengubah kalibrasi termokopel.

• Pemeriksaan kalibrasi berkala T / C dapat dilakukan di

tempat (mis., Termokopel dipasang) dengan kalibrator

portabel. Pemeriksaan kalibrasi itu penting, karena

126

kalibrasi termokopel akan berubah seiring

bertambahnya usia. Periode untuk pemeriksaan adalah

secara tahunan atau setengah tahunan.

Gambar 51: Toleransi Kabel

Mendiagnosis kesalahan termokopel dilakukan melalui

beberapa teknik. Berikut yang harus dilakukan pengecekan

pada termokopel :

• Pemeriksaan resistansi dapat mengidentifikasi

masalah. Hambatan rendah biasanya berarti T / C

dalam keadaan baik, resistansi tinggi bisa berarti T / C

terbuka atau sambungannya longgar.

127

• Polaritas koneksi sangat penting. Sambungan positif

kabel ekstensi harus dihubungkan ke koneksi positif

dari sensor. Kesalahan suhu yang besar hingga 100 ° C

pada termokopel Tipe K, dapat terjadi jika polaritasnya

terbalik. Karena koneksi positif Tipe K adalah magnet,

dan koneksi negatif adalah nonmagnetik, polaritas

dapat diperiksa dengan magnet kecil.

• Secara visual memeriksa sambungan panas, kabel

ekstensi, dan konektor bisa menjadi titik masalah.

• Kalibrator portabel dapat memverifikasi integritas

sinyal.

3.7. Termometri Resistansi

Konsep bahwa ketahanan logam bervariasi karena

perubahan suhu logam adalah dasar termometri resistansi.

Termometri resistansi telah membuat kemajuan selama 100

tahun terakhir titik di mana bahan yang tersedia secara

komersial ditemukan memberikan konsistensi dan respons

akurat terhadap perubahan suhu. Termometer resistansi adalah

sensor utama suhu dalam aplikasi industri saat reproduktifitas,

akurasi, dan stabilitas sangat penting. Dua

bentuk termometer resistansi adalah sebagai berikut:

• Resistance Temperature Detector (RTD)

128

• Termistor

3.7.1 Resistance Temperature Detector

Detektor suhu resistansi adalah sensor yang perubahan

resistansi listriknya merupakan fungsi Perubahan suhu.

Material tertentu telah diidentifikasi yang memberikan

hubungan yang dapat diprediksi dan stabil antara resistansi dan

suhu. Hanya sedikit logam — seperti platina, tembaga,

atau nikel — memiliki sifat yang diperlukan untuk membuat

RTD. Platinum sangat cocok untuk konstruksi RTD. Faktanya,

detektor suhu resistansi platina (PRTD) digunakan sebagai

standar internasional untuk pengukuran suhu antara tripel

hidrogen pada 13,8 Kelvin dan titik beku antimon pada 730,75

° Celcius. Suhu ketahanan platinum detektor (PRTD) adalah

RTD yang paling stabil dan dapat diulang. Oleh karena itu,

PRTD adalah RTD yang paling umum digunakan. Versi

industri PRTD menambahkan kekasaran pada RTD

membuatnya cocok untuk aplikasi industri. Menurut SAES-J-

400, Bagian 4.4, “Ketika kinerjanya lebih baik dari T / C

[termokopel] dapat dibenarkan, suhu resistansi detektor (RTD)

harus digunakan. " RTD mengalami frekuensi tinggi

penggunaan dalam aplikasi di Saudi Aramco aplikasi.

129

3.7.2 Termistor

Termistor adalah sensor suhu yang terbuat dari bahan

semikonduktor yang memberikan pengaruh luar biasa terhadap

perubahan resistensi yang tinggi untuk sedikit perubahan suhu.

Tidak seperti RTD, resistansi thermistor menurun sebagai

respons terhadap kenaikan suhu. Respon nonlinear yang

sangat tinggi dalam resistensi terhadap perubahan suhu yang

kecil berarti bahwa termistor telah sangat koefisien tahan suhu

tinggi. Karena koefisien tahan suhu sangat tinggi, termistor

berguna untuk bentang sempit. Di Saudi Aramco, termistor

digunakan di sirkuit pelindung motor industri yang

menentukan batas suhu atau kondisi beban berlebih di belitan

motor. Kebanyakan termistor berbentuk cakram, meskipun

beberapa terlihat seperti resistor standar.

Meskipun termistor berukuran kecil, memiliki sensitivitas

tinggi dan respons cepat, namun tidak luas diterapkan dalam

pengukuran proses karena beberapa alasan. Karakteristik

nonlinier termistor membuatnya tidak praktis untuk digunakan

pada kisaran suhu yang luas; thermistor jangkauan operasi

harus sempit. Termistor juga memiliki batasan pada

interchangeability, akurasi, kalibrasi, dan stabilitas yang tidak

praktis digunakan dalam aplikasi kontrol proses karena sensor

RTD dan termokopel yang lebih cocok tersedia. Untuk alasan

130

itu, sisa dari bagian ini akan fokus pada RTD sebagai

termometer resistansi yang disukai untuk digunakan dalam

pengukuran proses. Termistor (resistor sensitif termal) adalah

elemen semikonduktor yang menunjukkan resistansi berubah

dengan suhu. Mereka mirip dengan RTD lilitan kawat, kecuali

RTD memiliki koefisien suhu positif dan kurva respons yang

cukup linier sementara termistor memiliki koefisien suhu

negatif yang besar dan kurva hampir eksponensial. Kenaikan

suhu akan menyebabkan resistansi thermistor menurun.

R = RoeB (T-1 - To-1 )

Ro = nilai R pada suhu referensi, To ° K

R = resistansi pada suhu lain, T1 ° K

B adalah perkiraan konstanta selama rentang suhu sedang dan

bergantung pada komposisi dan proses pembuatan.

∝=∆𝑅𝑅∆𝑇𝑇 = −𝐵𝐵𝑇𝑇0−2

Termistor biasanya terbuat dari oksida nikel dan mangan

dengan tambahan oksida logam lainnya untuk mengubah

sensitivitas dan resistivitas.

131

Dalam kebanyakan kasus, resistansi termistor berubah

beberapa kali lipat lebih dari cukup kisaran suhu yang sempit.

Sensitivitas 4% - 5% / deg. adalah umum.

Biasanya, termistor menawarkan resistansi dari 0,5 W hingga 8

W. Bentuk standar termasuk bead, disc, atau rod, meskipun

dapat dibuat menjadi bentuk lain untuk aplikasi khusus.

Gambar 52 menunjukkan perbandingan karakteristik suhu

resistansi terhadap perangkat termometri resistansi.

Gambar 52: Karakteristik Suhu Resistansi

132

3.8. Resistance Temperature Detector (RTD)

Detektor suhu resistansi, seperti yang disebutkan sebelumnya,

menggunakan logam mulia atau paduan tertentu yang

meningkatkan resistansi sebagai respons terhadap kenaikan

suhu. RTD dijelaskan di pembahasan berikut ditinjau dari segi

prinsip, desain, performa, instalasi, dan aplikasi.

3.8.1 Prinsip

Prinsip RTD dijelaskan dalam hal:

• Hubungan resistansi suhu

• Koefisien suhu resistansi

Hubungan resistansi suhu – RTD berguna dalam

pengukuran proses, hubungannya dengan perubahan suhu

berguna dan dapat diprediksi. Resistansi RTD harus cukup

tinggi agar tahanan bisa diukur. RTD juga harus menunjukkan

perubahan resistensi terhadap perubahan suhu. Bahannya

harus tersedia secara komersial bahwa RTD tersedia secara

seragam. Beberapa logam umum yang tersedia untuk RTD;

logam tersebut adalah nikel, tembaga, dan platina. Hubungan

ketahanan mereka terhadap suhu perubahan ditunjukkan pada

Gambar 52. Logam yang kurang umum digunakan dalam

konstruksi RTD; logam-logam itu adalah paduan besi-nikel,

tungsten, dan iridium.

133

Koefisien suhu resistansi - Koefisien suhu resistansi (α)

mewakili perubahan resistansi terhadap suhu pada kisaran suhu

tertentu. Kisaran suhu dari titik es sampai titik didih air.

Koefisien suhu resistensi dinyatakan sebagai persen per derajat

suhu. Meski berbeda standar organisasi, telah mengadopsi

koefisien suhu yang berbeda sebagai standar mereka, standar

yang diterima industri adalah DIN (Deutsche Industrie

Normung) standar platina 100 ohm di 0 ° C dengan koefisien

suhu 0,00385 ohm per ohm-derajat Celcius, ∝= ∆𝑅𝑅𝑅𝑅∆𝑇𝑇

. Koefisien

untuk platina 100 diturunkan sebagai berikut

• Resistensi pada titik didih, 100 ° C = 138,50 ohm

• Resistensi pada titik es, 0 ° C = 100,0 ohm

• Koefisien = (138,50 -100,00 ohm) / 100 ° C / 100

ohm = 0,00385

Perhatikan bahwa koefisien suhu adalah nilai rata-rata pada

kisaran suhu 0 ° C hingga 100 ° C. Koefisien suhu tidak

dimaksudkan untuk menyiratkan bahwa RTD sepenuhnya

linier pada rentang keseluruhan.

Perlu juga dicatat bahwa beberapa instrumen pengukuran

bergantung pada koefisien spesifik agar dapat menunjukkan

suhu dengan benar. Sejak diperkenalkannya

134

elektronik solid state, persyaratan bahwa instrumen dan RTD

memiliki koefisien suhu yang sama tidak sepenting dulu;

namun, saat memesan atau mengganti RTD, koefisien suhu

yang sama harus digunakan untuk penggantian atau untuk

aplikasi baru sehingga kalibrasi ulang pemancar atau instrumen

penunjuk dalam waktu lama tidak diperlukan.

3.8.2 Design

Desain RTD dijelaskan dalam istilah

• Deskripsi rakitan RTD

• Parameter desain

• Gaya elemen

Deskripsi rakitan RTD - RTD adalah deskripsi umum untuk

perangkat yang mengukur suhu sebagai akibat dari perubahan

resistansi. RTD hadir dalam beberapa bentuk, tetapi paling

sering muncul dalam selungkup berselubung dan disebut

sebagai probe RTD. Probe itu sendiri adalah rakitan itu terdiri

dari elemen, selubung, kabel timah, dan terminasi.

• Elemen - Elemen adalah unit penginderaan suhu yang

aktual. Element tersebut sering disebut probe. Elemen

tersebut dapat dibangun sebagai lilitan kawat atau unit

film tipis.

135

• Selubung - Selubung mewakili selubung pelindung,

paling sering terbuat dari tabung besi tahan karat.

Selubung melindungi elemen dari kelembaban,

pengoperasian lingkungan, dan getaran. Selubung juga

melindungi dan menstabilkan kabel timah untuk

transisi kawat elemen.

• Kabel timah - Kabel timah tersedia dalam empat

konfigurasi. Petunjuk pemilihan konfigurasi kabel

harus kompatibel dengan instrumen penerima.

• Terminasi - Kabel timah probe dapat diterminasi di

salah satu konektor kepala, konektor "pelepasan

cepat", blok terminal, atau dapat dihubungkan ke kabel

ekstensi.

Parameter desain yang memengaruhi pemilihan RTD adalah

sebagai berikut:

• Material elemen - Kemurnian material elemen

mempengaruhi karakteristik kinerjanya. Oleh karena

itu, platina cenderung menjadi yang paling sering

digunakan karena kemurniannya membantu

memberikan linearitas yang sangat baik.

136

• Resistensi nominal - Resistensi nominal menentukan

nilai resistansi pada suhu tertentu. Kebanyakan standar

menggunakan 0 ° C sebagai acuannya.

• Rentang suhu - Rentang suhu menentukan kisaran

operasi untuk RTD. Kisarannya dapat bervariasi jika

RTD memiliki elemen film tipis atau gulungan kawat.

• Akurasi - Dua kelas akurasi, Kelas A dan Kelas B,

ditentukan oleh IEC 751 untuk detektor suhu

resistansi platina. Standar Kelas A lebih ketat daripada

Kelas B. Sensor yang tersedia secara komersial

umumnya memiliki akurasi yang sesuai Standar Kelas

B.

• Waktu respons - Karena RTD lebih masif daripada

termokopel, RTD waktu respons biasanya lebih

lambat daripada T / C. Vendor menentukan 50% atau

90% tanggapan. Kadang-kadang waktu tetap — waktu

untuk mengukur proses 63% perubahan langkah —

ditentukan. Respons 90% lebih dari dua kali konstanta

waktu. Waktu respons juga dipengaruhi media, seperti

air yang mengalir atau udara yang bergerak. Untuk

Misalnya, RTD yang mengalami respons 90% dalam

0,7 detik pada aliran air, mengalami respon 90% yang

sama dalam 50,0 detik di udara yang bergerak. Waktu

137

konstanta mendekati puluhan detik ketika RTD

dipasang di thermowell.

• Pemanasan sendiri - Pengukuran suhu mengharuskan

arus searah dilewatkan melalui elemen resistansi. Arus

menghasilkan panas sehingga meningkatkan resistansi.

Elektronik konvensional menggunakan arus kurang

dari 1 mA, jadi aplikasi tersebut, efek pemanasan

sendiri dengan RTD platinum 100 ohm standar

diabaikan. Pemancar elektronik konvensional,

misalnya, tersedia itu dapat memperbaiki kesalahan ini.

Gaya elemen - Elemen RTD adalah salah satu dari dua gaya

— gulungan kawat (bifilar) atau film tipis (Gambar 53).

• Lilitan kawat - Kawat platinum dililitkan di sekitar inti

keramik atau kaca, dan kemudian disegel di dalam

kapsul gelas atau keramik. Kawat platinum

memberikan hasil pengukuran yang paling presisi.

Akibatnya, elemen kawat platina lebih banyak

digunakan di RTD daripada elemen kawat tembaga

dan nikel. Elemen tersebut dikemas ke dalam sarung

dengan bubuk keramik, yang menghilangkan

konduktansi termal rendah. Kabel timah adalah

paduan nikel atau nikel, cocok untuk kisaran suhu yang

138

diinginkan. Kabel timah diisolasi satu sama lain dan

dilapisi oleh isolator keramik.

• Film tipis - Platinum disimpan sebagai film pada

substrat dan kemudian dienkapsulasi. RTD film tipis

memiliki resistor yang dipangkas ke nilai resistansi

yang diinginkan oleh peralatan produksi otomatis.

Elemen film tipis telah memanfaatkan RTD bahan

dasar tembaga nikel yang hamper using.

Gambar 53: Elemen RTD

139

Elemen platinum cenderung menjadi RTD yang paling sering

digunakan. RTD nikel dan tembaga cenderung demikian

digunakan atas dasar pengecualian, atau bila instalasi yang

sudah ada memerlukannya sebagai penggantinya. RTD tersedia

dalam berbagai bentuk agar sesuai dengan aplikasi yang

berbeda, seperti permukaan pengukuran; Namun, RTD yang

digunakan dalam proses pengukuran paling sering adalah

probe dengan “tipe pensil” yang dipasang di thermowell.

Probe RTD, ketika dipasang di thermowell, serupa T / C

dipasang di thermowell serupa.

3.8.3 Kinerja

Kinerja RTD dijelaskan dalam istilah

• Keunggulan kinerja

• Kerugian kinerja

Keunggulan kinerja meliputi:

• Akurasi yang diharapkan lebih tinggi dari T / C,

terbesar dalam rentang terluas. Akurasi yang sudah

terpasang umumnya ± 0,5 ° C (± 0,9 ° F).

• Pengulangan menggunakan RTD platinum adalah

dalam seperseratus derajat.

• Kompensasi, seperti halnya T / C, tidak diperlukan.

140

• Reproduksibilitas tidak dipengaruhi oleh perubahan

suhu.

• Bentang yang relatif sempit, 5,6 ° C (10 ° F), dapat

diukur.

• Ukuran yang relatif kecil memudahkan pemasangan.

• Mengukur suhu kriogenik yang lebih rendah lebih baik

daripada T / C.

• Nilai jembatan tegangan output yang lebih tinggi dapat

membuat perekaman, pemantauan, dan pengendalian

suhu lebih sederhana.

Kerugian kinerja meliputi:

• Kurang tangguh dibandingkan T / C saat suhu dan

getaran tinggi ditemui. Getaran yang berlebih

merupakan faktor untuk elemen lilitan kawat daripada

elemen film tipis.

• Kesalahan pemanasan sendiri bisa menjadi masalah

kecuali level arus rendah digunakan atau perangkat

penerima elektronik mengkompensasi pemanasan

sendiri.

• Dibatasi pada batas suhu tinggi sekitar 870 ° C (1600 °

F).

141

3.8.4 Koreksi

Ketika RTD dihubungkan ke instrumen pengukuran, itu

menjadi kaki jembatan rangkaian resistensi. Kabel timah dari

RTD menambah resistansi ke rangkaian pengukuran. Untuk

memiliki sebuah pengukuran suhu yang akurat, efek kabel

timah harus dibatalkan.

Perangkat elektronik konvensional, seperti transmitter suhu,

menyediakan sumber arus konstan dan kaki yang setara dari

rangkaian jembatan resistansi. Ulasan singkat tentang

jembatan tradisional sirkuit membantu dalam memahami

berbagai konfigurasi lead probe RTD. Perhatikan bahwa kabel

probe RTD tersedia dalam konfigurasi 2, 3, dan 4 kabel,

dengan 3 kabel adalah konfigurasi yang paling umum.

Pada rangkaian jembatan yang ditunjukkan pada Gambar 54,

resistansi kabel-timah dari dua kabel timah telah ditambahkan

ke sirkuit. Dari pemeriksaan, dapat diamati bahwa resistansi

total sama dengan Resistensi elemen RTD ditambah resistansi

kabel timah. Jika kabel timah, misalnya, adalah kabel # 16gauge

tembaga yang panjangnya 76 meter, mereka akan menambah 2

ohm ke sirkuit. Pada 100 ° C, kabel timah dapat menambahkan

kesalahan pengukuran 5%.

142

Gambar 54: Rangkaian Jembatan Tradisional

Dengan menggunakan rangkaian jembatan 3 atau 4 kawat, kita

dapat mengamati bahwa kabel utama berada di lengan yang

143

berlawanan dari jembatan. Resistensi yang diberikan oleh dua

kabel utama pertama dibatalkan dalam pengaturan ini. Kabel

timah ketiga adalah seri dengan tegangan input dan tidak dapat

membuat jembatan tidak seimbang. Jembatan kabel 4-kabel

(tidak ditampilkan) dapat memberikan akurasi yang lebih besar.

Dalam elektronik konvensional, koreksi untuk tahanan kabel

timah terjadi dalam pendekatan yang ditunjukkan pada

Gambar 55 (a). Sumber arus konstan (CCS) menyediakan arus

melalui Relement + Rlead wire 3 + Rlead wire 1 . Sirkuit pendeteksi

tegangan membaca tegangan pada BC yang sebanding dengan

Relement +Rlead wire 1 dan tegangan pada AC yang sebanding

dengan Relement + Rlead wire 1 + Rlead wire 3. Perbedaan tegangan (VAC

- VBC) sebanding dengan Rlead wire 1. Untuk mendapatkan suatu

pengukuran sebanding dengan Relement saja, efek kabel timah

dibatalkan dengan menggunakan VBC - VAC + VBC.

Cara yang lebih sederhana untuk melihat ini (Gambar 52 (b))

adalah dengan mengasumsikan lagi bahwa Rlead wire 1 = Rlead wire

2 = Rlead wire 3. Jika seseorang mengukur resistansi melalui kabel

lead 1 dan 2, resistansi total akan diukur sebagai Relement + Rlead

wire 1 + Rlead wire 2. Jika resistansi diukur melalui kabel lead 2 dan

3, resistansi diukur sebagai Rlead wire 3 + Rlead wire 2. Karena semua

resistansi kabel lead diasumsikan sama, kurangi resistansi kabel

144

utama (Rlead wire 3 + Rlead wire 2) dari resistansi total (Relement + Rlead

wire 1 + Rlead wire 2) hanya menyisakan resistansi RTD, Relement.

Dalam konfigurasi 4 kabel (Gambar 55 (c)), sumber arus

konstan dilewatkan melalui bagian luar kabel lead 1 dan 4.

Karena penurunan tegangan diukur pada kabel lead 2 dan 3

(yaitu, tidak ada arus mengalir melalui kabel timah 2 dan 3),

semua yang diukur adalah resistansi elemen, Relement.

Gambar 55: Koreksi Konvensional Resistansi Kabel Timah

145

3.8.5 Instalansi

Pertimbangan pemasangan RTD dijelaskan dalam istilah

• Konfigurasi kabel timah

• Tindakan pencegahan pemasangan

• Pendekatan instalasi umum

Konfigurasi kabel timah probe ditunjukkan pada Gambar 56.

RTD umumnya digunakan dalam bentuk berselubung dengan

konfigurasi kabel 2-, 3-, atau 4 kabel. Kabel timah memberikan

resistansi tambahan antara elemen RTD dan instrumen

pengukuran. Resistensi harus dikompensasikan karena, jika

tidak, pengukuran yang akurat tidak akan terjadi. Untungnya,

instrumentasi konvensional menyediakan elektronik yang

diperlukan yang melakukan kompensasi. Konfigurasi probe

lead akan membantu insinyur dalam evaluasi dan pemilihan

RTD.

• Konfigurasi dua kabel timah menyediakan koneksi ke

kedua ujung elemen (sensor) RTD. Penggunaan

konfigurasi 2-kabel timah mengasumsikan bahwa

resistansi kawat timah adalah konstan dan efek suhu

lingkungan dapat diabaikan. Ketika RTD 2 kabel

digunakan, kesalahan signifikan (> ± 0,1 ° C) dapat

146

terjadi jika kabelnya panjangnya lebih dari 0,3 meter (1

kaki).

• Konfigurasi tiga kabel timah adalah yang paling umum

digunakan dan dianggap sebagai konfigurasi standar. Dua

kabel menyediakan koneksi ke kedua ujung elemen RTD.

Kabel ketiga dirancang untuk dihubungkan ke instrumen

pengukuran yang dapat menerima kabel ketiga.

Instrumen penerima kemudian mengkompensasi

resistansi kawat dan perubahan resistansi kawat timah

yang disebabkan oleh perubahan suhu

• Konfigurasi kabel empat kawat memberikan presisi

tertinggi. Misalnya, akurasi dari konfigurasi 4-kabel yang

mencapai 0,03 ° C akan memiliki akurasi sebesar ± 0,1 °

C sebagai konfigurasi 3-kabel. Dalam konfigurasi 4 kabel,

ada dua kabel utama terhubung ke setiap ujung elemen

RTD. Konfigurasi tersebut hanya mengukur resistensi

elemen. Konfigurasi empat kabel memiliki keunggulan

dibandingkan 3-kabel saat kabel timbal yang berbeda

digunakan, yang merupakan kejadian langka. Nullbalance

dikonfigurasi Jembatan Wheatstone dirancang untuk

meminimalkan kesalahan terkait dengan arus yang

mengalir di sirkuit pengukur. Menggunakan 4 kabel

jembatan nullbalance dan switch triple pole double

throw, resistansi pengukuran RTD adalah nilai rata-rata

147

dari resistor balancing yang diperoleh di keduanya posisi

switching. (Lihat Liptak Halaman 473.)

• Konfigurasi loop resistansi timah mirip dengan

konfigurasi 3-kabel kecuali ketika loop terpisah

ditambahkan. Sepasang kabel terpisah mengkompensasi

resitansi timah dan efek suhu lingkungan pada resistensi

timah. Konfigurasi ini jarang digunakan.

Gambar 56: Konfigurasi Probe Kabel Timah

Tindakan pencegahan pemasangan dijelaskan dalam SADP-

J-400, Bagian 3.2 dengan cara berikut: "Ketidakakuratan dapat

terjadi akibat hal berikut:

148

• Respon Dinamis Lambat - Elemen penginderaan RTD terdiri

dari potongan kawat enkapsulasi dengan panjang yang

memberikan resistansi yang telah ditentukan pada 0 ° C.

Bagian probe yang peka terhadap suhu, yang bergantung pada

panjang elemen penginderaan, dari 0,5 hingga 2,5 inci.

Dengan demikian, RTD dianggap sebagai perangkat area

sensitive dan memiliki respons dinamis yang jauh lebih

lambat daripada perangkat titik peka (seperti T/C).

Obat: Masalah ini tidak terlalu penting. RTD selalu dipasang

di thermowells. Karena thermowell ini merupakan kontribusi

besar terhadap perlambatan respon dinamis, perbedaan kecil

antara RTD dan sensor lainnya tidak signifikan. TCRTD +

TCthermowell ~ TCthermowell.

• Efek Pemanasan Sendiri - RTD adalah elemen resistansi

pasif, dan arus harus diterapkan padanya untuk

mengembangkan sinyal keluaran. Arus ini menghasilkan

panas, yang menjadi tidak menyenangkan jika sudah cukup

untuk mengubah suhu yang akan diukur.

Solusi: Gunakan hanya jumlah daya yang terbatas untuk

menghasilkan sinyal keluaran; namun, efek pemanasan

sendiri sulit untuk ditentukan secara kuantitatif, karena

pemanasan tergantung pada konfigurasi elemen RTD, dan

lingkungannya (misalnya, kecepatan fluida melewati elemen).

149

• Kurangnya Standardisasi di antara pabrikan tentang

hubungan antara resistansi dan suhu dapat menyebabkan

masalah akurasi saat RTD dari beberapa pabrikan digunakan

dalam satu sistem, atau bila elemen satu pabrikan diganti

dengan elemen pabrikan lain.

Cara mengatasi: Jangan mencampur RTD dengan kurva

perbedaan suhu vs. resistansi.

• Kawat Timah Tembaga untuk sambungan RTD ke

transduser, meskipun trade-off yang memuaskan antara biaya

dan resistensi, mewakili resistensi secara seri dengan RTD

dan dengan demikian merupakan sumber ketidakakuratan.

Untuk jarak transmisi yang jauh, efek suhu lingkungan dapat

menyebabkan kesalahan yang cukup besar.

Solusi: Kompensasi kabel timah dan efek koneksi dengan

merancang RTD ebagai perangkat 3 atau 4 terminal. ”

Tindakan pencegahan lainnya, diatasi dengan praktik pemasangan

yang masuk akal, termasuk yang berikut ini:

• Konstruksi rapuh - RTD dianggap lebih rapuh daripada

termokopel. Penanganan yang tepat diperlukan untuk

melindungi perangkat.

• Pirau termal - Pirau termal mengacu pada pengukuran suhu

yang berubah dengan penambahan instrumen pengukuran.

Instrumentasi dengan mpedansi tinggi adalah solusinya.

150

• EMF Termal - Sambungan kabel platinum-ke-tembaga

menyebabkan offset tegangan termal terjadi selama

pengukuran.

Pendekatan instalasi umum ditunjukkan pada Gambar 57.

RTD dapat langsung dihubungkan ke perangkat penerima, atau

terhubung ke pemancar 2-kabel atau 4-kabel.

• Pengkabelan langsung - RTD tidak memerlukan kabel

ekstensi khusus seperti T / C, tetapi konfigurasi k 3 atau 4

kabel yang dijelaskan sebelumnya harus digunakan.

Direkomendasikan menggunakan kabel yang terlindung/

Panjang kabel yang tidak seimbang dapat menyebabkan

kesalahan pengukuran. Terlalu panjangnya bisa mahal untuk

dipasang dan dirawat.

• Transmitter dua kabel - Jika panjang dari sensor ke perangkat

penerima melebihi 30 meter (100 kaki), pemancar 2 kabel

lebih disukai. Biaya pemasangan kabel lebih sedikit.

Persyaratan daya rendah (10 hingga 50 Vdc biasanya tersedia

» Catu daya 24 Vdc tergantung pada beban loop). Pemancar

2 kabel memiliki kekebalan kebisingan yang baik.

• Transmitter empat kabel - Dua kabel transmitter untuk daya,

dua sisanya kabel untuk sinyal. Umumnya digunakan ketika

output 0 hingga 5 volt diperlukan, transmitter 4-kabel tidak

banyak digunakan seperti transmitter 2-kabel.

151

Gambar 57: Pendekatan Instalasi RTD Umum

3.8.6 Aplikasi

RTD menjadi sensor pilihan dalam industri di aplikasi suhu yang

sedang. Jika getaran diantisipasi, RTD elemen film tipis atau

termokopel adalah alternatif karena memberikan lebih banyak

ketahanan terhadap getaran daripada elemen RTD dengan lilitan

kawat.

Contoh aplikasi ditunjukkan pada Gambar 58. Dalam contoh

tersebut, RTD sebagai pengukuran suhu media panas ke stabilizer

reboiler.

152

Gambar 58: Aplikasi RTD

3.8.7 Perbandingan Kinerja Termocouple dan RTD

Dari semua sensor yang dijelaskan di bagian ini — termokopel (T

/ C), suhu resistansi detektor (RTD), termometer batang kaca,

sistem terisi, termometer bimetalik— termokopel dan detektor

suhu resistansi sering digunakan dari semua sensor lainnya.

Alasan popularitas mereka termasuk kisaran suhu yang luas dan

variasi aplikasi yang didukung sensor, serta stabilitas dan

keandalan sensor. Meski kedua sensor terus digunakan secara

luas, tren industri lebih memilih RTD daripada T / C. RTD

memiliki akurasi yang lebih baik dan mendukung pemasangan

yang lebih mudah (yaitu, kompensasi dan kabel ekstensi tidak

dibutuhkan). Akurasi RTD melengkapi peningkatan akurasi yang

diperoleh perangkat pengukuran berbasis mikroprosesor. Bukan

berarti T / C tidak akan digunakan lagi. Misalnya, T / C terus

153

menjadi populer untuk aplikasi pengukuran suhu tinggi. Gambar

59 menunjukkan perbandingan kinerja termokopel dan RTD.

Gambar 59: Perbandingan Kinerja T/C dan RTD

Perbandingan kinerja berikut tidak menyiratkan bahwa pemilihan

harus didasarkan pada kinerja sendiri. Pertimbangan biaya untuk

T / C mungkin lebih rendah untuk sensor, tetapi sebanding

154

dengan RTD setelah biaya pemasangan kabel ekstensi

diperhitungkan. Mungkin juga satu situs dapat distandarisasi pada

Persyaratan / Persyaratan sementara situs lain lebih memilih

RTD. Pemilihan tergantung pada aplikasi, akurasi yang

diinginkan, kompatibilitas bahan, karakteristik perpindahan

panas, ketahanan kontaminan, dan getaran.

155

BAB 4 – PEMILIHAN THERMOWELL

Dalam banyak kesempatan dalam industri pengolahan,

tidak mungkin atau tidak diinginkan untuk memasukkan suhu

sensor — yaitu, termokopel, RTD, termometer bimetalik,

termometer batang kaca, atau system bulb terisi— langsung ke

bahan proses. Selungkup pelindung, yang disebut

"thermowell" atau "well," harus digunakan untuk melindungi

sensor dari proses tersebut. Selain melindungi sensor,

thermowell memungkinkan pelepasan sensor suhu selama

operasi pemrosesan. Diskusi berikut menjelaskan

pertimbangan thermowell dalam beberapa hal:

• Prinsip

• Perancangan

• Kinerja

• Instalasi

• Aplikasi

• Jenis thermowell

• Komposisi bahan dan rentang aplikasi

• Pertimbangan getaran: perhitungan frekuensi wake

• Konduktivitas termal batas dan persimpangan

156

• Kecepatan pertimbangan respon

• Panjang penyisipan minimum dan maksimum

• Panjang penyisipan yang disarankan

4.1. Prinsip

Sebuah thermowell membantu melindungi sensor suhu

dari tekanan fluida proses, korosif atau efek erosif, atau

kerusakan mekanis dari dampak fluida yang mengalir. Sebuah

thermowell dibangun sebagai penutup yang kokoh, metalik,

dan berbentuk tabung. Beberapa pengguna industri telah

dikenal untuk membuat thermowell mereka sendiri dengan

stok batang pemesinan untuk permintaan layanan. Untung,

tidak perlu membuat thermowell unik sendiri. Standar industri,

seperti ISA S1.2 dan ISA S19.3, mendefinisikan thermowell

yang memungkinkan pertukaran antara thermometer

bimetallik, termokopel, dan RTD. SAMA: PMC 17-10-1963

mendefinisikan bushing dan sumur. Thermowell yang dibuat

dengan standar ini direkayasa untuk memberikan kombinasi

terbaik kekuatan dan kecepatan respon.

Thermowell sering ditentukan Bersama dengan sensor

suhu dan terkait rakitan sensor agar sesuai dengan thermowell.

Gambar 60 menunjukkan perakitan RTD—terdiri dari kepala

koneksi, ekstensi, dan probe RTD dimasukkan ke dalam

157

thermowell. Probe sensor bergambar adalah salah satu yang

disebut "pegas;" pemuatan pegas menerapkan tekanan yang

tetap untuk menjaga ujung probe terhadap ujung thermowell.

Gambar 60: Sensor suhu di Termowell

4.2. Design

Thermowell relatif sederhana dalam desain. Gambar 61

menunjukkan beberapa spesifikasi yang relevan pada

thermowell:

• Ekstensi lagging - Thermowell dapat dibeli dengan

perpanjangan lagging sebagai optional. Ekstensi

lagging memberikan panjang tambahan ke thermowell

sehingga perpindahan panas ke koneksi atau indikator

suhu diminimalkan. Ekstensi lagging juga diperlukan

untuk instalasi dengan lapisan insulasi yang tebal.

158

• Panjang batang atau elemen “A” – Panjang elemen

sensor atau batang direpresentasikan sebagai dimensi

"A". Panjangnya konsisten dengan panjang standar

industri untuk sensor, seperti termometer, dan

memungkinkan pertukaran antar sensor. Panjangnya,

juga disebut sebagai "kedalaman lubang", biasanya 2.5,

4, 6, 9, 12, 15, 18, dan 24 inci.

• Panjang penyisipan "U" - Panjang penyisipan dari

ujung thermowell ke bagian bawah dari thread.

Idealnya, akurasi terbaik dicapai jika panjangnya

Panjang cukup untuk memungkinkan seluruh bagian

sensor yang sensitif terhadap suhu masuk ke dalam

bahan proses. Panjang penyisipan juga harus

memperhitungkan panjang ekstra ("Dead length")

diperlukan saat thermowell melewati media

nonprocess seperti dinding dan alat kelengkapan pipa.

• Ukuran lubang - Sebuah thermowell dengan ukuran

lubang standar memungkinkan fleksibilitas dalam

pabrik karena thermowell dapat menampung

termokopel, RTD, atau termometer. Ukuran lubang

umum seperti diameter 0,260 inci (6,6 mm) untuk

termometer bimetalik dan termokopel pengukur # 20,

159

sedangkan diameter 0,385 (9,8 mm) untuk termokopel

pengukur # 14.

Gambar 61: Tampilan Termowell Standard

4.3. Kinerja

Meskipun thermowell menambah biaya untuk instalasi

dan memperlambat kecepatan respon sensor, thermowell

sangat penting untuk memastikan bahwa bahan proses tidak

merusak elemen sensor. Faktor thermowell yang

meningkatkan akurasi dan kecepatan respon adalah faktor-

faktor itu mengurangi kekuatan konstruksi thermowell.

Misalnya, tujuan umum, betis lurus, thermowell standar

digunakan dalam aplikasi industri di mana thermowell yang

160

lebih kokoh dan meruncing tidak dibutuhkan. Thermowell

standar memungkinkan sensor memiliki kecepatan respons

yang lebih cepat daripada thermowell yang lebih kokoh dan

meruncing.

Kecepatan respons dapat ditingkatkan melalui metode

pemasangan elemen sensor di thermowell. Misalnya, rakitan

pegas membuat pengukuran persimpangan termokopel

("Panas") bersandar pada ujung thermowell, yang

meningkatkan kecepatan respon. Rakitan pegas tersedia untuk

RTD.

Perhitungan ukuran thermowell tersedia yang dapat

membantu seorang insinyur memilih thermowell untuk

memberikan kekuatan yang dapat diterima dalam kondisi

proses tertentu. Insinyur juga harus memperhitungkan efek

getaran yang mungkin ditemui thermowell, yang lebih

berbahaya dan kurang familiar bagi pengguna daripada

kalkulasi kekuatan thermowell. Efek getaran dijelaskan

selanjutnya disini.

4.4. Instalasi

Pertimbangan pemasangan dijelaskan dalam istilah

• Instalasi SADP-J-400, Bagian 4.1

• Instalasi SAES-J-400, Bagian 5

161

• Opsi instalasi

• Kedalaman pencelupan

• Contoh instalasi

SADP-J-400, Bagian 4.1, instalasi

SADP-J-400, Bagian 4.1, menyatakan hal-hal berikut tentang

praktik instalasi: “Ruang udara antara elemen penginderaan

dan sumur pelindungnya menyebabkan keterlambatan dalam

respons elemen. Jarak antara sumur dan tabung pelindung, dan

tabung pelindung dan elemen harus sekecil mungkin.

(Membumikan ujung T / C ke sumur untuk mendapatkan

panas yang baik kontak juga membantu mempercepat

respons).

Kedalaman pencelupan yang tidak mencukupi dari thermowell

(atau T / C terbuka) menyebabkan ketidakakuratan (bacaan

rendah) dan kelambatan respons. Kedalaman pencelupan

biasanya empat kali lipat dari luar

diameter tabung pelindung atau sumur. Sumur dengan

konduktivitas termal yang tinggi umumnya harus direndam

lebih dalam (biasanya 10 kali diameter tabung luar), dengan

isolasi yang tepat pada kepala perakitan. "

162

SAES-J-400, Bagian 5, instalasi

SAES-J-400, Bagian 5, menyatakan sebagai berikut:

“Thermowell tidak boleh ditempatkan dalam garis bagian hilir

saringan hisap pompa, kompresor, atau turbin. "

Opsi penginstalan

Opsi penginstalan tersedia untuk memastikan kompatibilitas

antara elemen sensor dan thermowell. Misalnya, termokopel

dan rakitan probe RTD ("tipe pensil") memiliki fitting adaptor

yang digunakan untuk mengamankan elemen di thermowell.

Pemasangannya seperti tabung untuk memungkinkan elemen

melewatinya. Ketika elemen ditempatkan di dalam sumur,

maka pemasangan dikencangkan. Jika sumur pecah,

pemasangan menjaga elemen dan mencegah proses cairan

keluar.

Kedalaman perendaman

Kedalaman pencelupan (jangan keliru dengan spesifikasi

"panjang penyisipan" yang dijelaskan sebelumnya) mewakili

panjang thermowell yang sebenarnya terkena material proses.

Kedalaman pencelupan diukur dari ujung thermowell ke titik

dimana thermowell memiliki kontak dengan materi proses.

Kedalaman pencelupan memiliki pengaruh langsung pada

163

akurasi dan kecepatan respon. Kedalaman perendaman yang

terlalu kecil dapat menyebabkan kesalahan karena panas

dilakukan ke atau jauh dari ujung thermowell yang sensitif.

Kedalaman perendaman yang terlalu besar pada aplikasi

kecepatan tinggi benar-benar dapat menyebabkan thermowell

rusak.

Kedalaman perendaman ditentukan setelah meninjau jenis

elemen penginderaan, ruang, koneksi mekanik, dan kekuatan

thermowell yang diinginkan. Kedalaman perendaman juga

tergantung pada sifat transfer panas antara bahan proses dan

thermowell. (Untuk lebih jelasnya, lihat Saudi Aramco

Drawings AB-036559 dan AB-036019.)

Pedoman industri umum untuk kedalaman perendaman adalah

bahwa kedalamannya harus sama dengan 10 kali diameter

selubung pelindung sensor. Misalnya, jika thermowell

berdiameter 0,75 inci, kedalaman perendaman 7,5 inci akan

efektif dan menghindari kesalahan yang disebabkan oleh

gradien suhu. (Perhatikan, bagaimanapun, bahwa pedoman "10

kali" adalah salah satu yang dapat diperdebatkan. Menurut

penelitian Exxon, masalah akan terjadi lebih kompleks.

Menghindari gradien suhu bersama

selubung pelindung harus melakukan lebih banyak hal dengan

geometri instalasi daripada kedalaman perendaman. Lihat

164

artikel oleh W.C. Behrmann, “Kesalahan Termokopel Karena

Konduksi Selubung,” InTech, Aug

1990, hlm 36-39).

Contoh instalasi

Contoh instalasi umum ditunjukkan pada Gambar 62. Contoh-

contoh ditunjukkan:

• Instalasi jalur normal,

• Pemasangan siku,

• Instalasi persimpangan

• Pemasangan miring.

Gamba5 62: Instalasi Termowell

165

Untuk detail instalasi yang lebih spesifik, lihat Saudi

Aramco.Drawings AB-036559 dan AB036019.

4.5. Aplikasi

Menurut SAES-J-400, Bagian 4.2, “Semua elemen

penginderaan suhu harus dilengkapi dengan thermowell.

Pengecualian adalah elemen yang digunakan untuk pengukuran

suhu bantalan, belitan motor, dan tungku. " Aplikasi

thermowell terdaftar di SADP-J-400, Komentar. Komentar

tersebut menyatakan sebagai berikut: “Untuk memungkinkan

pengujian yang memuaskan dari instalasi, pengujian

thermowell harus ditempatkan seperti yang ditunjukkan untuk

peralatan atau layanan berikut.

• INLET HEADERS (GOSP): dalam mengumpulkan

header dari alur untuk menguji perangkap, dan

produksi perangkap di bagian hilir katup ESD

• TRAPS (GOSP): pada perpipaan gas-out, perpipaan

liquid-out, dan perpipaan inlet

• SPHEROIDS: pada perpipaan gas-out, perpipaan

liquid-out, dan perpipaan inlet

• PENUKAR PANAS:

Dalam seri:

166

- PROCESS STREAM: saluran masuk awal, setiap

titik tengah dan saluran keluar akhir

- MEDIUM PEMANASAN: saluran masuk

pertama, setiap titik tengah dan saluran keluar

terakhir

- AIR PENDINGIN: saluran masuk pertama, setiap

titik antara dan saluran keluar yang terakhir Bank

Paralel

- PROCESS STREAM: gabungan inlet ke semua

bank, outlet terakhir masing-masing bank

- HEATING MEDIUM: gabungan inlet ke semua

bank, outlet terakhir masing-masing bank

- AIR PENDINGIN: outlet akhir setiap bank dan

saluran masuk gabungan

Sebagai catatan: Thermowell pada nosel exchanger dapat

diterima saat 1-in. sudah dipasok sebagai standar pada nosel

penukar dan spul perpipaan tambahan sepotong akan

diperlukan untuk menempatkan thermowell di luar exchanger.

• POMPA: dalam pipa pembuangan

• KAPAL: di bagian bawah

• UAP: di header utama setidaknya 50 diameter hulu,

atau 10 diameter hilir orifice

167

• KONDENSAT: di semua pipa saluran keluar

kondensat dari kapal atau penukar

• KOLOM: di bagian bawah, di semua baki bawah, di

ruang uap atas (dalam pipa uap sedekat mungkin

dengan kolom), dalam baki bergantian antara bagian

bawah dan atas dalam pipa saluran masuk refluks,

dalam pipa saluran masuk samping, setiap baki kelima

dalam fraksinasi kolom (tergantung pada lokasi tangga

dan platform).

HP mungkin memiliki lebih sedikit thermowell.

Thermowell diindikasikan pada P&ID epat di atas baki

tertentu harus secara fisik terletak di downcomer dari

baki tepat di atas.

• FURNACES: di setiap outlet dan pipa hisap

• FLOWMETER: hilir

• BAHAN UTAMA DAN PRODUK UNIT

• KOMPRESOR: dalam hisap hulu demister

4.6. Tipe Thermowell

Beberapa tipe termowell yang tersedia, dapat dikategorikan

sebagai berikut:

• Flanged

• Threaded

168

• Tipe Socket Weld

Saat ini sumur berulir (disekrup) adalah jenis yang lebih disukai

untuk digunakan di instalasi Saudi Aramco; spesifikasi thermowell

sedang ditinjau untuk memasukkan penggunaan jenis lain.

Berbagai jenis, thermowell ditunjukkan pada Gambar 60.

(Jenis thermowell lain, disebut thermowell “ground joint”,

memiliki penggunaan dan keuntungan desain yang terbatas. Jenis

ground joint biasanya diganti dengan desain flange standar).

4.6.1 Flanged Thermowell

Thermowell dengan Flanged biasanya digunakan dalam aplikasi

pemrosesan saat spesifikasi perpipaan membutuhkan mereka.

Flanged Thermowell digunakan dalam aplikasi korosif di mana

termowell dengan koneksi sekrup akan terkena serangan korosif.

Flanged Termowell digunakan ketika tekanan melebihi 1000 psi,

dalam layanan hidrogen, dan dalam layanan perpipaan berlapis.

4.6.2 Threaded (Screwed) Thermowell

Thermowell berulir cenderung menjadi thermowell yang paling

sering digunakan dalam aplikasi pemrosesan. Thermowell berulir

mudah dipasang dan dilepas. Thermowell berulir adalah

umumnya digunakan di lingkungan non-korosif.

169

4.6.3 Socket weld Thermowell

Socket weld thermowell digunakan ketika standar boiler dan

bejana tekan memerlukan koneksi pengelasan. Socket weld

thermowell juga digunakan dalam aplikasi tekanan tinggi dan /

atau aliran berkecepatan. Soket weld thermowell juga dapat

muncul dalam aplikasi di mana thermowell dimaksudkan untuk

menjadi permanen.

Gambar 63: Tipe Termowell

170

4.7. Komposisi Material dan Rentang Pengukuran

Thermowell umumnya terdiri dari baja tahan karat Tipe 304

atau Tipe 316. Sumur dengan bahan tersebut dapat digunakan

hingga sekitar 1200 ° F. Sumur Type 304 atau Type 316 SS biasa

ditemukan di aplikasi industri yang paling umum. Beberapa bahan

tipe sumur lainnya adalah baja karbon, kuningan, dan keramik.

Saat memilih thermowell, pastikan untuk mengacu pada bagan

kompatibilitas bahan kimia lihat apakah bahan sumur kompatibel

dengan cairan aplikasi. Sumur kuningan cocok untuk aplikasi

udara dan air.

Sumur keramik dapat digunakan pada suhu di atas 1200 °

F. Sumur keramik rapuh dan membutuhkan instalasi yang hati-

hati. Sumur keramik tidak digunakan dalam aplikasi bertekanan

sangat tinggi. Ketika sebuah proses dimulai, sumur harus

dihangatkan hingga suhu operasi perlahan agar tidak untuk

memecahkan atau mematahkan sumur.

Menurut API RP 551, Bagian 5.2.4, “Untuk layanan umum

yang menggunakan pipa baja karbon yang biasanya digunakan,

bahan kualitas minimum yang biasanya ditentukan adalah tipe 304

atau tipe 316 SS. Thermowell dalam layanan korosif tertentu

(seperti asam encer, klorida, dan asam organik) membutuhkan

bahan yang sesuai untuk media korosif tertentu. Thermowells

yang digunakan dalam alkilasi asam hidroflourat, reformasi

katalitik (layanan hidrogen), hydrocracking, dan unit perengkahan

171

katalitik fluida memerlukan perhatian teknis khusus untuk

pemilihan bahan konstruksi”. Gambar 64 merangkum

karakteristik kompatibilitas logam thermowell.

Gambar 64: Kompatibilitas Logam Thermowell

4.8. Pertimbangan Getaran: Kalkulasi Frekuensi Wake

Ketika sebuah sumur dipasang sejajar, kecepatan fluida dan

teknik pemasangannya harus dipertimbangkan. Pada kecepatan

fluida tertentu, frekuensi bangun dapat terjadi dan dapat

menyebabkan getaran dan resonansi sumur, jika dibiarkan ada

untuk jangka waktu tertentu, akan menyebabkan pelepasan.

Cairan proses dapat bocor dan menyebabkan kebakaran, atau

serpihan thermowell dapat merambat hilir ke pompa atau

kompresor dan menyebabkan kerusakan peralatan.

172

Diskusi berikut menjelaskan pertimbangan ini dalam istilah

• Terjadinya frekuensi wake

• Peringkat kecepatan

• Penghitungan frekuensi wake

• Peran vendor dalam proses seleksi

4.8.1 Kejadian Frekuensi Wake

Fenomena berbahaya yang dapat terjadi dalam aplikasi kecepatan

tinggi adalah potensi bencana hasil efek getaran pada thermowell.

Ketika fluida proses mengalir melewati thermowell, menyebabkan

turbulensi. Turbilensi — disebut "jalur Von Karman" —memiliki

frekuensi spesifik yang merupakan hasil dari diameter thermowell

dan kecepatan fluida. Jika frekuensi alami dari sumur sesuai

dengan frekuensi bangun turbulen, thermowell akan bergetar

sampai hancur. Dalam kasus ini, thermowell cenderung pecah di

bawah pemasangan.

Untuk menghindari risiko kegagalan thermowell, beberapa

pendekatan digunakan. Pendekatan yang umum adalah pilih

thermowell meruncing untuk aplikasi kecepatan tinggi. Sumur

meruncing memberikan hasil maksimal dukung. Desain

meruncing tidak memiliki kontur tajam sumur standar, yang

meminimalkan titik konsentrasi stres. Pendekatan lain adalah

meninjau peringkat kecepatan sumur.

173

4.8.2 Peringkat kecepatan

Peringkat kecepatan dapat ditemukan di lembar spesifikasi vendor

berdasarkan panjang thermowell dan material. Karena penurunan

peringkat kecepatan bisa jadi kompleks, perhatikan bahwa vendor

mungkin menyederhanakan peringkat berdasarkan suhu operasi

yang ditentukan. Peringkat kecepatan yang dinyatakan harus

dianggap sebagai pedoman. Seorang vendor, misalnya, dapat

menyatakan peringkat kecepatan dianggap aman untuk aplikasi

air, uap, udara, atau gas di mana kecepatan tinggi tidak terjadi. Jika

kecepatan tinggi diharapkan, vendor juga dapat memberikan

peringkat perkiraan untuk aplikasi tersebut pada lembar

spesifikasi.

4.8.3 Kalkulasi Frekuensi Wake

Prosedur industri yang khas adalah melakukan analisis terperinci,

yang disebut "analisis Murdock" saat aplikasi kecepatan tinggi.

Dalam banyak aplikasi tipikal, thermowell bisa dipilih dari

konfigurasi standar. Beberapa vendor menyediakan program

penghitungan (contoh program tersedia dalam kursus ini) yang

dapat dijalankan di komputer pribadi Anda. Program didasarkan

pada ASME PTC 19.3. Perhitungan frekuensi wake

membutuhkan parameter thermowell berikut:

• Diameter penyangga

• Diameter ujung

174

• Diameter lubang

• Ketebalan ujung

• Panjang di bawah penyangga

• Bahan thermowell

• Suhu Operasional

• Kecepatan aliran

• Volume media tertentu (cubit ft / lbs)

• Tekanan operasi

Teknisi harus meninjau Peringatan Teknis Saudi Aramco 05/93,

“”Vibration Induced Thermowell Fatigue Failure” saat memilih

thermowell untuk aplikasi kecepatan tinggi. (Peringatan teknis

disediakan sebagai Work Aid.)

4.8.4 Peran Vendor di Proses Seleksi

Beberapa vendor memberikan bantuan dalam memilih

thermowell di mana faktor getaran diperhitungkan. Namun,

semua vendor menempatkan tanggung jawab untuk pemilihan

thermowell pada pelanggan dan tidak bertanggung jawab atas

kegagalan thermowell yang disebabkan oleh pemilihan yang tidak

tepat. Untuk alasan itu, itu penting untuk memahami kondisi

pengoperasian aplikasi yang dimaksudkan. Nilai umum yang

diberikan dalam panduan pemilihan vendor (dan bahkan nilai

yang berasal dari program termowell) dimaksudkan terutama

175

sebagai perkiraan awal. Untuk memastikan, seorang insinyur

harus memeriksa pemilihan thermowell dengan perhitungan atau

tinjau pemilihan dengan insinyur senior.

4.9. Batasan Konduktivitasi Termal

Dalam beberapa kasus, gradien suhu dapat terjadi di sepanjang

thermowell. Gradien tersebut disebabkan oleh gradien suhu dari

fluida proses di sekitarnya atau dari perbedaan dalam pemasangan

sensor dan suhu fluida. Gradien termal yang terjadi thermowell

dapat menyebabkan kesalahan pembacaan suhu. Analisis

sistematis tersedia yang bisa memprediksi jumlah kesalahan.

Kesalahan dapat terjadi ketika thermowell (atau selubung

pelindung) terpasang dipasang sedemikian rupa sehingga terjadi

gradien suhu. Untungnya, jika terjadi kesalahan konduksi

selubung dicurigai, kesalahan pembacaan yang disebabkan oleh

konduksi selubung diminimalkan dengan cara berikut:

• Gunakan termokopel berdiameter kecil Panjang

• Gunakan bahan selubung yang memiliki konduktivitas

termal rendah

• Berikan koefisien perpindahan panas konvektif tinggi

antara fluida dan termokopel.

• Pasang termokopel dengan cara bersudut, bengkok, atau

melengkung. Gambar 65 menunjukkan ini opsi instalasi.

176

Perbaikan kesalahan di selubung konduksi datang akan

menyebabkan meningkatnya kesulitan pemasangan.

Gambar 65: Opsti Instalansi dan Tradeoff

4.10. Pertimbangan Kecepetan Respon

Thermowell yang memiliki kecepatan respons yang

meningkat adalah umumnya memiliki kekuatan yang lebih kecil

pada konstruksi. Misalnya, penggunaan thermowell untuk tujuan

umum, straight-shank, dan termowell yang standard biasa

digunakan di aplikasi industri di mana thermowell yang lebih

kokoh dan meruncing tidak diperlukan. Standar thermowell

memberikan kecepatan respon yang lebih cepat daripada

thermowell yang lebih kokoh dan meruncing. Jika cepat

177

kecepatan respons diinginkan dalam aplikasi industri yang khas,

ada dua cara untuk melakukan ini:

• Gunakan thermowell yang memiliki ketebalan dinding

minimum yang diizinkan saat dioperasikan kondisi.

(Tinjau fsktor getaran, bahan konstruksi, dan tekanan

yang disebutkan sebelumnya.)

• Pasang termokopel dan RTD dengan rakitan pegas

sehingga ujungnya duduk sensor di bagian bawah sumur.

Pendekatan ini meningkatkan konduktivitas termal.

4.11. Panjang Maksimum dan Minimum Penyisipan

Sumur harus cukup panjang untuk bersinggungan denagn

aliran proses dalam satu line atau dibenamkan dalam bejana atau

tangki agar tidak menyebabkan kelambatan respons atau

pengukuran yang tidak akurat. SADP-J-400, Bagian 4.1,

memberikan persyaratan umum untuk sumur. Panjang penyisipan

sumur tergantung pada instalasi. Pabrikan menyarankan sumur

mulai dari 2,5 inci hingga 24 inci sebagai ukuran standar, dengan

apabila memiliki Panjang yang lebih panjaang sebagai opsi yang

dipesan khusus. Panjang penyisipan dispesifikasikan pada

Gambar Saudi Aramco AB-036559 dan AB - 036019. Panjangnya

dirangkum pada Gambar 66.

178

Gambar 66: Panjang Minimum dan Maksimum

SAES-J-400, Bagian 4.2 menyatakan bahwa “Semua panjang

thermowell harus menjadi standar pabrikan. Lihat Gambar

Standar AB-036019 dan AB-036175. Panjang thermowell

maksimum untuk aplikasi kolom atau kapal harus 600 mm (24 in).

Sumur untuk tujuan pengujian sesuai Gambar Standar AB-

036019. "

179

4.12. Rekomendasi Panjang Penyisipan

Vendor sering merekomendasikan panjang penyisipan

untuk mendapatkan kinerja terbaik dari penyisipan sensor.

Tujuannya adalah untuk memberikan panjang yang

memungkinkan bagian sensor yang sensitif terhadap suhu ke

dalam proses. Untuk aplikasi cair, elemen harus diproyeksikan ke

dalam cairan dengan jumlah yang sama dengan panjang

sensitifnya ditambah satu inci. Untuk aplikasi udara atau gas,

sebuahelemen harus diproyeksikan ke dalam cairan dengan

jumlah yang sama dengan panjang sensitifnya ditambah tiga inci

atau lebih.

Rekomendasi berikut berdasarkan per sensor:

• Termokopel memiliki panjang penyisipan sensitif yang

pendek dan dapat digunakan dengan thermowell panjang

penyisipan yang lebih pendek

• Termometer bimetal, termometer tahanan, termometer

batang kaca memiliki panjang penyisipan sensitif antara satu

dan dua inci. Minimal panjang penyisipan 2,5 inci berlaku.

• Panjang sisipan sistem yang terisi bervariasi, bergantung pada

panjang sensitif bohlam.

180

BAB 5 – PEMILIHAN TEMPERATURE

TRANSMITTER

Dalam banyak aplikasi pemrosesan hidrokarbon, suhu

proses terletak di jarak yang jauh harus dipantau dan/ atau

dikendalikan. Sensor suhu seperti RTD dan termokopel

memberikan level sinyal yang sangat lemah. Untuk

memberikan sinyal dari lokasi yang jauh ke sistem kontrol,

sensor dihubungkan ke transmitter sehingga sinyal sensor

diperkuat dan dikondisikan. Setelah pengkondisian sinyal

berlangsung, sinyal tersebut dikirim ke peralatan yang lain

seperti perekam grafik, pencatat data, meteran, dan sistem

kendali terdistribusi. Bagian materi ini menjelaskan perangkat

pengkondisi sinyal yang lebih umum disebut:

• Transmitter suhu pneumatic

• Transmitter suhu elektronik

• Transmitter suhu berbasis mikroprosesor

Transmityter sering digunakan karena dua alasan. Alasan

pertama dan terpenting adalah bahwa transmitter merupakan

bagian integral dari skema kontrol suhu. Alasan kedua

181

penggunaan transmitter adalah bahwa sinyal mungkin

diperlukan oleh sistem kendali terdistribusi; arus

sistem kontrol terdistribusi dapat menerima sinyal digital dari

transmitter yang dapat berupa lebih dari hanya suhu yang diukur.

Meskipun transmitter sering digunakan dalam aplikasi

pengukuran suhu, seharusnya menjadi catatan bahwa di pabrik

seringkali ada lebih banyak titik pengukuran tidak

menggunakan transmitter daripada dengan transmitter. Kadang-

kadang, di pabrik biasa, keputusan tersebut bergantung pada

satu hal yaitu, biaya. Jika sebuah transmitter tipe kecil mV ke I

(millivolt ke arus), yang dapat dipasang di enclosure bercuaca,

biaya lebih rendah dari pemasangan kabel ekstensi sensor dan

kabel, penggunaan transmitter (atau konverter sinyal) menjadi

lebih umum. Tergantung ukuran dan jumlahnya poin yang

akan dipantau, beberapa pabrik industri lebih suka

menggunakan konverter sinyal untuk banyak titik suhu.

Umumnya, ketika pengukuran suhu diperlukan, lebih baik

memiliki sinyal level yang lebih tinggi, seperti 4-20 ma, daripada

sinyal millivolt atau sinyal pneumatik. Persyaratan transmitter

secara singkat dinyatakan dalam SAES-J-400 sebagai berikut:

“Ketika transmitter yang dipasang di lapangan digunakan,

linierisasi dan kompensasi untuk variasi suhu harus tergabung."

182

5.1. Temperature Transmitter Pneumatik

Meskipun transmitter pneumatik digunakan secara terbatas,

transmitter pneumatic menjadi tidak menguntungkan karena

biayanya, persyaratan pasokan udara instrumen, dan prevalensi

sistem kontrol terdistribusi (DCS) yang menggunakan data

pengukuran yang lebih kuat dari instrumen berbasis

mikroprosesor.

5.1.1 Prinsip dan desain

Transmitter pneumatik, seperti kebanyakan perangkat

pneumatik, beroperasi berdasarkan prinsip keseimbangan gaya.

Transmitter juga menggabungkan desain sistem termal terisi

untuk mengukur suhu. Perubahan suhu menyebabkan sistem

termal internal mengubah tekanan. Perubahan tersebut

menggunakan prinsip mekanisme bar gaya. Mekanisme

keseimbangan gaya berusaha untuk menjaga aliran udara

konstan. Dengan demikian, sinyal keluaran dari transmitter

menghasilkan sinyal yaitu 3 sampai 15 psi sebanding dengan

suhu sensor.

5.1.2 Performa dan instalasi

Transmitter pneumatik dapat mengukur suhu hingga sekitar

750 ° C (1380 ° F). Umumnya, panjang transmisi sinyal yang

183

melebihi 100meter (300 kaki) dianggap panjang. Transmitter

pneumatik memiliki kelemahan dalam waktu tunda yang

disebabkan oleh tekanan atau menekan tubing sinyal ke

instrumen penerima. Panjang tubing mempengaruhi masalah

kendali yang disebabkan oleh penundaan. Misalnya, jika suhu

yang diukur saat sedang melakukan putaran pada kecepatan

yang lebih cepat daripada yang dapat dirasakan oleh

pengontrol, pengontrol dapat terus mengubahnya keluaran

dari maksimum ke minimum.

5.1.3 Aplikasi

Aplikasi untuk transmitter pneumatik adalah aplikasi yang

membutuhkan indikasi yang dipasang di lapangan dan lokal

kontrol. (Terkadang transmitter suhu pneumatik digunakan

untuk indikasi / kontrol local yang biasa diganti dengan

pengontrol elektronik yang menerima termokopel atau input

RTD. Instrumen menggunakan turbo-generator kecil untuk

menyediakan tenaga listrik yang dibutuhkan untuk

pengoperasian.) Aplikasi di mana keamanan intrinsik

diperlukan mungkin juga mengalami penggunaan perangkat

pneumatik yang terbatas.

184

5.2. Temperature Transmitter Elektronik

Diskusi berikut membahas transmitter suhu elektronik sebagai

transmitter 2-kabel yang mampu mengubah input RTD atau

termokopel menjadi sinyal output 4 mA hingga 20 mA. Sinyal

4 mA hingga 20 mA kemudian ditransmisikan melalui kabel

tembaga ke penerima perangkat lainnya dan / atau sistem

kontrol. Karena sinyal 4 mA hingga 20 mA mewakili variable

suhu, beberapa pengguna mungkin merujuk ke transmitter ini

sebagai transmitter "analog".

5.2.1 Prinsip

Prinsip-prinsip operasi transmitter suhu elektronik (Gambar

67) mudah dipahami. Transmitter suhu elektronik

digambarkan arus operasinya dari suplai DC jarak jauh. Daya

DC jarak jauh dapat disediakan oleh sistem kontrol

terdistribusi (DCS). Jumlah arus yang ditarik sebanding dengan

input sensor suhu. Sinyal sebenarnya ditransmisikan kembali

ke perangkat penerima, seperti DCS, menunjukkan perubahan

pada arus dari catu daya.

Misalnya, termokopel yang terhubung ke transmitter 2 kabel

menarik arus 4 mA dari catu daya DC saat mengukur suhu

terendah. Saat suhu meningkat, sensor menarik lebih banyak

arus. Pada suhu tertinggi, sensor menarik arus 20 mA.

185

Transmitter memiliki sirkuit internal — terdiri dari amplifier,

regulator, D / A dan A / D konverter — yang menyebabkan

sinyal keluaran mengikuti kisaran suhu.

Gambar 67: Prinsip Transmitter Suhu Elektronik

5.2.2 Design

Transmitter suhu elektronik dibagi menjadi dua kategori:

• Konvensional

• Ekonomi

Transmitter konvensional sangat umum. Transmitter

konvensional memiliki kinerja yang baik, familiar bagi sebagian

besar teknisi dan personel pemeliharaan, dan memiliki banyak

pilihan — seperti sebagai pengukur tampilan lokal, papan

186

sirkuit yang dapat dipertukarkan (untuk keperluan perbaikan /

konfigurasi), dan enclosure yang tahan cuaca.

Desain transmitter konvensional mencakup fungsi, kinerja,

dan spesifikasi fisik yang mempengaruhi pemilihan transmitter:

• Spesifikasi fungsionalnya meliputi:

- Jenis input - Transmitter konvensional menerima

masukan standard RTD dan termokopel. Rentang dan

jenis sensor ditentukan oleh vendor.

- Output - Sinyal biasanya berupa sinyal 4 mA hingga 20

mA, meskipun ada beberapa opsi dapat memberikan sinyal

1 Vdc hingga 5 Vdc.

- Rentang dan penyesuaian dan nol - Penyesuaian sering

kali dapat diakses di transmitter

- Batas suhu - Batas menentukan kondisi di mana

transmitter dapat bekerja sesuai spesifikasi vendor.

- Sensor kehilangan sinyal - Juga disebut deteksi burnout,

biasanya transmitter menghasilkan sinyal kelas atas yang

tinggi. Sinyal rendah, skala kecil adalah opsional.

• Spesifikasi kinerja meliputi berikut ini:

- Akurasi – Transmitter konvensional biasanya ± 0,2% dari

rentang terkalibrasi. Spesifikasi akurasi dapat mencakup

efek pengulangan, histeresis, dan linearitas, tetapi tidak

termasuk kesalahan sensor.

187

- Stabilitas - Spesifikasi ini merujuk pada kinerja transmitter

yang akan dikalibrasi rentang selama periode waktu

tertentu, biasanya 6 bulan.

• Spesifikasi fisik meliputi:

- Pelindung- Pilihannya mencakup pelindung tahan cuaca

dan pelindung dengan kompartemen ganda. Pelindung

kompartemen ganda (Gambar 68) memungkinkan

peralatan elektronik transmitter harus terpisah dari sinyal

keluaran, kabel sensor, dan penyesuaian rentang dan nol.

- Perakitan sensor - Transmitter dapat dipesan bersama

dengan RTD atau sensor termokopel dan / atau

thermowell.

- Aksesoris - LCD (layar kristal cair) atau meter analog

untuk indikasi local tersedia sebagai opsi. Braket

pemasangan juga tersedia untuk pemasangan DIN atau

pemasangan pipa 2 inci.

188

Gambar 68: Pelindung Kompartemen Ganda

Transmitter ekonomi (juga disebut "sekali pakai") berukuran

kecil, tidak mahal. Mereka memberikan kinerja yang dapat

diterima pada kisaran suhu tetap, biasanya ± 0,1% hingga 0,2%

dari skala penuh. Desain transmitter ekonomis memiliki

ukuran diameter kurang dari 50 mm (2 inci) dan tinggi 28 mm

(1,2 inci). Spesifikasi (seperti indikasi burnout, keluaran,

pelindung) tidak serba guna seperti pemancar konvensional.

189

Gambar 69: Transmitter Konvensional dan Ekonomi

5.2.3 Kinerja

Transmitter suhu elektronik konvensional biasanya digunakan

dalam aplikasi di mana keandalan dan pengulangan penting

untuk kontrol suhu. Akurasi yang lebih tinggi dari transmitter

suhu berbasis mikroprosesor mungkin tidak diperlukan dalam

aplikasi yang sama ini.

Transmitter suhu ekonomis digunakan dalam aplikasi dimana

akurasi dan jangkauan bukan faktor penting. Ukurannya yang

kecil memungkinkannya dipasang di ruang kontrol atau lokasi

yang jauh, kadang di rel DIN. (DIN adalah singkatan dari

“Deutsches Institute for Normung, "Institut Jerman untuk

standardisasi.) Biaya rendah mendukung adanya filosofi"

190

perbaikan dengan penggantian — pemancar yang salah

dibuang begitu saja.”

5.2.4 Instalasi

Panduan instalasi yang disediakan dalam dokumentasi vendor

harus diikuti. Transmitter suhu elektronik memiliki

pertimbangan pemasangan secara umum berikut:

• Lingkungan

• Daya

• Pemasangan sensor

• Koneksi sensor

• Grounding

Lingkungan dipertinbakan sebagai persyaratan sertifikasi.

Kondisi suhu ambien dan ekstrim harus diketahui. Perangkat

proteksi petir mungkin dibutuhkan.

Daya dipertimbangkan untuk tmengetahui daya apa yang

tersedia. Seringkali daya disediakan oleh DCS. Persyaratan

pemuatan apa pun, seperti resistansi loop yang disebabkan oleh

kabel yang Panjang harus ditinjau menurut grafik persediaan

vendor versus tahanan beban. Relevan standar, seperti SAES-

J-902 dan 34-SAMMS-913, harus diikuti.

191

Pemasangan sensor dipertimbangkan untuk menentukan

apakah pemasangan sensor dapat diterima langsung ke

pemancar. Jika sensor dipasang langsung ke pemancar, Anda

harus meninjau apakah suhu proses yang tinggi dapat

ditransfer melalui sensor ke pemancar. Jika terjadi, batas

pengoperasian pemancar dapat terlampaui, sehingga merusak

pemancar.

Koneksi sensor tergantung pada apakah sensor itu RTD atau

termokopel.

• Koneksi termokopel, saat ekstensi diperlukan di antara

sensor dan pemancar, memerlukan jenis kabel ekstensi

termokopel yang benar. Sebagai catatan bahwa

termokopel dapat langsung dihubungkan ke

pemancar. Untuk pemasangan kabel yang jauh, praktik

sheilding harus diikuti.

• Sensor RTD memiliki berbagai konfigurasi; setiap

konfigurasi mengkompensasi efek resistansi kabel

timah. Konfigurasi RTD termasuk 3-kabel, 4-kabel,

dan desain loop kompensasi. Desain konfigurasi RTD

3-kabel dan 4-kabel biasanya beroperasi dengan

resistansi kawat timah hingga 2 ohm — setara dengan

61 meter (200 kaki) dari kawat pengukur # 20.

192

Pertimbangan grounding mencakup tempat koneksi sinyal ke

tanah. Sebuah transmitter beroperasi dengan loop arus sinyal

tidak dibumikan ("mengambang"). Namun, karena banyak

perangkat penerima dapat dipengaruhi sinyal berisik, loop

sinyal arus sering dibumikan pada satu titik. Satu titik bumi

dipilih sebagai grounding untuk menghindari terjadinya

"Ground loop", yang menyebabkan arus tambahan yang

keliaru muncul dalam loop karena perbedaan tegangan antara

dua atau lebih ground.

Untuk mencegah loop ground, tersedia pemancar suhu yang

dapat secara optoelektronik mengisolasi sinyal sensor dari loop

arus keluaran. Isolasi memungkinkan untuk membumikan

sensor dan salah satu sisi arus loop.

Pemancar termokopel diisolasi, yang memungkinkan

rangkaian input dibumikan pada titik mana pun dan loop sinyal

akan di-ground pada titik mana pun. Pemancar RTD yang tidak

terisolasi, yang berarti seharusnya tidak ada landasan di sirkuit

RTD. Karena pilihan pemancar berbeda-beda, tinjau

spesifikasi pemancar untuk melihat apakah perangkat tidak

terisolasi atau diisolasi untuk menentukan persyaratan

pentanahan.

193

5.2.5 Aplikasi

Pemancar suhu elektronik konvensional sangat umum dalam

pemrosesan hidrokarbon, khususnya dalam proses pemisahan

minyak / air. Proses awal minyak mentah, serta proses

penyulingan ditemukan produk hidrokarbon yang mengandung

air. Airnya dibuang pada proses pemisahan yang sering terjadi

pada temperatur tinggi. Pemancar suhu elektronik sering

digunakan dalam jenis aplikasi ini.

5.3. Temperature Transmitter berbasis Mikroprosesor

Penambahan mikroprosesor ke pemancar suhu

meningkatkan kinerja pemancar. Fitur yang paling penting

adalah pemancar dapat menerima lebih dari satu jenis dari T /

C atau RTD sebagai masukan, dalam beberapa kasus, bahkan

masukan milivolt atau ohm. Berbagai macam masukan

menyebabkan pemancar berbasis mikroprosesor dianggap

sebagai model masukan "universal".

Biasanya sinyal input dilinierisasi. Kalibrasi jauh, pengujian,

konfigurasi ulang, dan penandaan pemancar dapat dilakukan

dari DCS atau komunikator genggam lapangan. Data

konfigurasi disimpan dalam database pemancar.

194

5.3.1 Prinsip

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 70, pemancar berbasis

mikroprosesor diberi daya dengan cara yang sama seperti

pemancar konvensional, yaitu melalui catu daya 2-kabel, 10

Vdc hingga 50 Vdc. Kedua sisi input dan output pemancar

memiliki mikroprosesor. Setiap mikroprosesor juga memiliki

memori yang terkait dengannya. Memori mikroprosesor input

memiliki karakteristik untuk berbagai jenis sensor. Memori

mikroprosesor keluaran memiliki rentang dan data komunikasi

yang diperlukan untuk konfigurasi aplikasi.

Sinyal input diambil sampelnya beberapa kali per detik.

Konverter A / D mendigitalkan sinyal, melinierkan sinyal,

mengkompensasi sinyal (kompensasi persimpangan dingin

untuk T / C, resistansi kabel timah untuk RTD), dan kemudian

mentransfer sinyal melintasi antarmuka isolasi galvanik. Kedua

daya dan sinyal diisolasi secara galvanis.

Di sisi keluaran diagram blok, data digital berkisar ke nilai

kisaran bawah dan atas (LRV dan URV) yang disimpan dalam

memori nonvolatile. Sinyal keluaran diubah Kembali ke sinyal

analog 4 mA hingga 20 mA. Perhatikan bahwa pemancar dapat

dikonfigurasi untuk berkomunikasi dalam mode komunikasi

digital langsung. Sebagai contoh Honeywell yang ditunjukkan

195

pada Gambar 70, protokol komunikasi digital disebut "DE"

(digital ditingkatkan).

5.3.2 Design

Desain pemancar suhu berbasis mikroprosesor mencakup

fungsi diantaranya, kinerja, dan spesifikasi fisik yang

mempengaruhi pemilihan pemancar:

• Spesifikasi fungsionalnya meliputi:

- Jenis input - Input sensor yang dapat diterima

pemancar harus ditentukan.

- Output - Sinyal berupa sinyal 4 mA hingga 20 mA

atau digital yang berprotokol. Protokol Honeywell DE

dan HART sebagai contoh.

- Penyesuaian rentang dan nol - Penyesuaian sering kali

dapat diakses di pemancar.

- Batas suhu - Batas menentukan kondisi di mana

pemancar dapat bekerja sesuai spesifikasi vendor.

- Kehilangan sinyal sensor - Juga disebut deteksi

burnout, pemancar sinyal upscale atau downscale

dapat dipilih pengguna. Pesan status kritis juga bisa

dikonfigurasi untuk muncul.

• Spesifikasi kinerja meliputi berikut ini:

196

- Akurasi - Spesifikasi akurasi ditentukan berdasarkan

sensor, ± 0,1 ° C untuk RTD, hingga ± 0,5 ° C untuk

termokopel Tipe K.

- Stabilitas - Spesifikasi ini merujuk pada kinerja

pemancar yang akan dikalibrasi berdasarkan rentang

selama periode waktu tertentu, biasanya 6 bulan.

• Spesifikasi fisik meliputi:

- Pelindung - Pilihannya mencakup pelindung tahan

cuaca dan kompartemen ganda. Pelindung

kompartemen ganda memungkinkan elektronik dari

pemancar untuk terpisah dari sinyal keluaran, kabel

sensor, dan penyesuaian nol dan rentang.

- Perakitan sensor - Pemancar dapat dipesan bersama

dengan RTD atau sensor termokopel dan / atau

thermowell.

- Aksesoris - LCD (layar kristal cair) atau meter analog

untuk indikasi local tersedia sebagai opsi. Braket

pemasangan juga tersedia untuk pemasangan DIN

atau pemasangan pipa 2 inci. Komunikator lapangan

genggam dianggap sebagai sebuah aksesori (Perhatikan

bahwa reranging dapat dilakukan dari DCS, seperti

dalam kasus ini dari pemancar STT 3000 Honeywell.)

197

5.3.3 Kinerja

Perbandingan kinerja transmitter berbasis mikroprosesor

dengan pemancar suhu elektronik konvensional dijelaskan

pada Gambar 71.

Gambar 70 : Prinsip Operasi

5.3.4 Instalasi

Panduan instalasi yang disediakan dalam dokumentasi vendor

harus diikuti. Pemancar berbasis mikroprosesor memiliki

198

pertimbangan pemasangan yang sama seperti pemancar suhu

elektronik. Pertimbangan umum ini dijelaskan di bagian

sebelumnya. Komentar tambahan tentang grounding adalah

bahwa pemancar berbasis mikroprosesor menyediakan isolasi.

Contoh instalasi ditunjukkan di bawah ini dalam hal

• Pemasangan

• Kabel RTD

• Kabel termokopel

• Akses database jarak jauh

Gambar 71: Perbandingan Kinerja

199

Pemasangan yang didukung oleh pemancar berbasis

mikroprosesor mencakup pemasangan proses langsung dan

pemasangan pipa 2 inci seperti yang ditunjukkan pada Gambar

72.

Gambar 72: Contoh Pemasangan

Pengkabelan RTD yang didukung oleh pemancar berbasis

mikroprosesor termasuk konfigurasi kabel 2-, 3-, dan 4 kabel

ditunjukkan pada Gambar 73.

200

Gambar 73: Contoh pengkabelan RTD

Kabel termokopel (serta kabel sumber millivolt) yang

didukung oleh pemancar berbasis mikroprosesor menyertakan

konfigurasi yang ditunjukkan pada Gambar 74.

Akses database jarak jauh untuk pemancar berbasis

mikroprosesor ditunjukkan pada Gambar 75. Diagram

dibawah menggambarkan bahwa database pemancar dapat

diubah dari kontrol terdistribusi sistem atau di lapangan.

201

Database pemancar kemudian dapat disimpan ke media

penyimpanan sistem ruang control. Baik pemancar maupun

sistem kontrol menyimpan salinan pemancar database.

Tampilan sistem ruang kendali ditunjukkan pada Gambar 76.

Database instrument erbasis mikroprosesor dapat diakses dari

tampilan titik operasi.

Gambar 74: Contoh pengkabelan Termokopel

202

Gambar 75: Akses dari Sistem Kontrol Terdistribusi

5.3.5 Aplikasi

Pemancar berbasis mikroprosesor, dimana cocok untuk

hampir semua aplikasi pengukuran suhu, paling baik digunakan

dalam aplikasi yang memiliki tingkat akurasi tinggi dan / atau

kemampuan komunikasi jarak jauh diperlukan. Di beberapa

area proses, di mana aksesnya sulit, pemancar berbasis

mikroprosesor sangat berguna. Aplikasi untuk pemancar

berbasis mikroprosesor adalah dalam unit perengkahan

203

katalitik fluida (FCCU). Proses tersebut mengubah produk

minyak gas menjadi produk yang lebih ringan.

Gambar 76: Contoh Tampilan Operasi

Pengukuran suhu sangat penting dalam aplikasi ini. Suhu

reaktor terutama menentukan status produk. Suhu reaktor

204

dikontrol oleh laju di mana katalis panas digabungkan dengan

sumber minyak gas. Akurasi yang disediakan oleh pemancar

suhu berbasis mikroprosesor sangat penting untuk

mengendalikan proses ini.

205

DAFTAR PUSTAKA

Benedict, R. P. (1984). Fundamentals of temperature, pressure, and

flow measurements. John Wiley & Sons.

Bentley, R. E. (Ed.). (1998). HANDBOOK OF

TEMPERATURE MEASUREMENT.: Volume 1,

Temperature and Humidity Measurement (Vol. 1). Springer

Science & Business Media.

Bentley, R. E. (Ed.). (1998). Handbook of Temperature

Measurement Vol. 2: Resistance and Liquid-in-Glass

Thermometry (Vol. 2). Springer Science & Business Media.

Bentley, R. E. (Ed.). (1998). Handbook of temperature measurement

Vol. 3: The theory and practice of thermoelectric

thermometry (Vol. 3). Springer Science & Business Media.

Handbook, W. I. K. A. (2008). Pressure & Temperature

Measurement. HB001–1000, 8(08).

Kutz, M. (2013). Handbook of measurement in science and engineering.

M. Kutz (Ed.). Wiley.

Lipták, B. G. (Ed.). (2003). Instrument Engineers' Handbook,

Volume One: Process Measurement and Analysis (Vol. 1).

CRC press.

206

Lipták, B. G. (Ed.). (2018). Instrument Engineers' Handbook,

Volume Two: Process Control and Optimization (Vol. 2). CRC

press.

Lipták, B. G., & Eren, H. (Eds.). (2016). Instrument Engineers'

Handbook, Volume 3: Process Software and Digital

Networks (Vol. 3). CRC press.

Lipták, B. G. (Ed.). (2013). Process Control: Instrument Engineers'

Handbook. Butterworth-Heinemann.

Lipták, B. G. (1994). Analytical instrumentation. CRC Press.

Schroll, R. C. (2016). Industrial fire protection handbook. CRC

press.

Von Starck, A., Mühlbauer, A., & Kramer, C. (Eds.).

(2005). Handbook of thermoprocessing technologies:

fundamentals, processes, components, safety. Vulkan-Verlag

GmbH.

207

TENTANG PENULIS

Fitri Rahmah menyelesaikan program Sarjana

dan Magister di Jurusan Teknik Fisika Institut

Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Surabaya

pada tahun 2013 dan 2015. Program Magister

ditempuh dengan bantuan Beasiswa

Pendidikan Pascasarjana Dalam Negeri (BPP-DN) Calon

Dosen. Sejak Desember 2015 hingga sekarang aktif menjadi

dosen di Program Studi Teknik Fisika Universitas Nasional

Jakarta.

Fitri Rahmah menyelesaikan program Sarjana dan Magister di Jurusan Teknik Fisika Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Surabaya pada tahun 2013 dan 2015. Program Magister ditempuh dengan bantuan Beasiswa Pendidikan Pascasarjana Dalam Negeri (BPP-DN) Calon Dosen. Sejak Desember 2015 hingga sekarang aktif menjadi dosen di Program Studi Teknik Fisika Universitas Nasional Jakarta.

DESAIN INSTRUMENTASI INDUSTRI: PENGUKURAN ...repository.unas.ac.id/3705/1/Buku Ajar_Desain...1.1....

Documents

Transcript of DESAIN INSTRUMENTASI INDUSTRI: PENGUKURAN ...repository.unas.ac.id/3705/1/Buku Ajar_Desain...1.1....