BAB 6 TINGKAT (LEVEL)

6.1 Pendahuluan Bab ini membahas pengukuran tingkat cairan dan bebas mengalir padatan dalam wadah.

Detektor ini biasanya merasakan antarmuka antara cair dan gas , padat dan gas , padat dan cair , atau mungkin antarmuka antara dua cairan . Tingkat cair Sensing jatuh ke dalam dua kategori , pertama, single-Titik penginderaan dan kedua , pemantauan tingkat berkesinambungan . Dalam kasus single- titik merasakan tingkat aktual material terdeteksi saat mencapai yang telah ditentukan tingkat , sehingga tindakan yang tepat dapat diambil untuk mencegah meluap atau untuk mengisi wadah . Pemantauan tingkat kontinyu mengukur tingkat cairan pada uninter - singkatnya tanpa ditunda dasar . Dalam hal ini tingkat material akan terus dipantau dan karenanya , volume dapat dihitung jika luas penampang dari con -the tainer dikenal . Pengukuran tingkat dapat langsung atau tidak langsung , contoh ini menggunakan mengapung teknik atau mengukur tekanan dan menghitung tingkat cair. Gratis padatan bubuk kering , kristal , beras , gandum dan sebagainya . 6.2 Rumus Tingkat Tekanan sering digunakan sebagai metode tidak langsung untuk mengukur tingkat cair . tekanan meningkat dengan meningkatnya kedalaman dalam fluida . Tekanan diberikan oleh :

∆p = g ∆h (6.1)

dimana :

AP = perubahan tekanan

g = berat jenis

Δh = kedalaman

Perhatikan unit harus konsisten, yaitu, pound dan kaki, atau newton dan meter.

Apung adalah metode tidak langsung yang digunakan untuk mengukur tingkat cair. Tingkat adalah

menghalangi- ditambang menggunakan daya apung suatu benda sebagian direndam dalam cairan.

Pelampung-ancy B atau gaya ke atas pada tubuh dalam cairan dapat dihitung dari persamaan:

B = g × area × d (6.2)

di mana daerah adalah luas penampang dari objek dan d adalah kedalaman dicelupkan objek.

Tingkat cair kemudian dihitung dari berat tubuh di sebuah WL cair, yang sama dengan berat di udara

(WA - B), dari mana kita mendapatkan:

Berat wadah dapat digunakan untuk menghitung tingkat bahan dalam wadah. Dalam Gambar. 6.1a

volume V dari materi dalam wadah diberikan oleh:

dimana r adalah jari-jari dari wadah dan d adalah kedalaman materi.

Berat bahan W dalam sebuah wadah diberikan oleh :

Probe kapasitif dapat digunakan dalam cairan nonconductive dan padatan mengalir bebas untuk pengukuran

tingkat. Banyak bahan, bila ditempatkan antara pelat dari kapasitor, meningkatkan kapasitansi dengan m faktor

yang disebut konstanta dielektrik material. Misalnya, udara memiliki konstanta dielektrik 1 dan air 80.

Gambar 6.1b menunjukkan dua pelat kapasitor sebagian tenggelam dalam sebuah nonconductive

Gambar 6.1 Menunjukkan hubungan antara (a) volume cairan dan luas penampang

dan kedalaman cair dan (b) tingkat cair, plat kapasitansi,

dan dikenal dielektrik con- stant dalam cairan nonconducting. Liquid. Kapasitansi (Cd) diberikan oleh:

dimana :

Ca = kapasitansi tanpa cairan

m = konstanta dielektrik cairan antara pelat

r = ketinggian pelat

d = kedalaman atau level cairan antara pelat

Konstanta dielektrik beberapa cairan yang umum diberikan dalam Tabel 6.1, ada variasi besar dalam

konstanta dielektrik dengan temperatur sehingga suhu koreksi mungkin diperlukan. Dalam Eq. (6.6)

tingkat cairan diberikan oleh:

Ada dua kategori perangkat penginderaan tingkat. Mereka adalah penginderaan langsung,

hal tingkat aktual dipantau, dan penginderaan tidak langsung di mana properti

cairan seperti tekanan yang dirasakan untuk menentukan tingkat cairan.

6.3.1 tingkat Direct penginderaan

Kaca mata ( ujung terbuka / diferensial) atau pengukur adalah metode paling sederhana untuk

langsung membaca visual. Seperti ditunjukkan dalam Gambar . 6.2 kaca mata biasanya dipasang

vertikal - Cally berdekatan dengan wadah . Tingkat cair kemudian dapat diamati secara langsung di

kaca mata . Wadah pada Gambar . 6.2a ditutup . Dalam hal ini ujung-ujung kaca yang terhubung ke

bagian atas dan bawah tangki , seperti yang akan digunakan dengan wadah bertekanan ( boiler )

atau wadah dengan mudah menguap , mudah terbakar , haz - Berbahaya , atau murni cairan . Dalam

kasus di mana tangki berisi cairan inert seperti air dan bertekanan tidak diperlukan , tangki dan kaca

mata bisa berdua akan terbuka ke atmosfer seperti ditunjukkan pada Gambar . 6.2b . Bagian atas

kaca mata harus memiliki kondisi tekanan yang sama seperti bagian atas cairan atau tingkat cair

dalam tangki dan kaca mata akan berbeda . Dalam kasus di mana kaca penglihatan terlalu panjang ,

cairan lembam kedua dengan kepadatan lebih tinggi daripada cairan dalam kontainer dapat

digunakan dalam kaca mata ( lihat Gambar . 6.2c ) . Penyisihan harus dilakukan untuk perbedaan

dalam kepadatan cairan . Bila gelas itu bernoda atau bereaksi dengan cairan kemas pendekatan yang

sama dapat diambil atau berbeda bahan dapat digunakan untuk kaca mata . Mengapung magnet

juga dapat digunakan dalam kaca mata sehingga tingkat cair dapat dipantau dengan sensor magnetik

seperti sebagai perangkat efek Hall .

Mengapung ( lengan atau sudut katrol ) ditunjukkan pada Gambar . 6.3 . Angka ini menunjukkan dua

jenis sensor pelampung sederhana . Bahan mengapung kurang padat dari kerapatan cairan dan

mengapung naik dan turun di atas bahan yang diukur .

Dalam Gambar . 6.3aa mengambang dengan katrol yang digunakan , metode ini dapat digunakan

dengan baik cairan atau padatan mengalir bebas . Dengan padatan mengalir bebas , agitasi kadang-

kadang digunakan untuk tingkat padatan . Keuntungan dari sensor mengambang adalah bahwa hal

itu hampir sendiri dari kepadatan cair atau padat yang dipantau . Jika sur - wajah dari bahan yang

dipantau adalah turbulen , menyebabkan float membaca untuk bervariasi berlebihan , beberapa

cara redaman dapat digunakan dalam sistem. Dalam Gambar . 6.3b pelampung bola melekat pada

lengan , sudut lengan diukur untuk masing- harga menunjukkan tingkat materi ( contoh penggunaan

jenis sensor adalahpemantauan tingkat bahan bakar dalam tangki mobil ) . meskipun sangat

sederhana dan murah untuk memproduksi , kelemahan dari jenis float nya

Gambar 6.2 Berbagai konfigurasi dari kaca mata untuk mengamati tingkat cair (a) bertekanan

atau wadah tertutup, (b) wadah terbuka, dan (c) cairan kepadatan yang lebih tinggi kaca mata.

Gambar 6.3 Metode pengukuran tingkat cairan dengan menggunakan (a) pelampung sederhana

dengan tingkat indica- tor di luar tangki dan (b) lengan mengambang sudut.

Non linearitas seperti yang ditunjukkan oleh garis skala sight pada Gambar. 6.4a. Skala dapat

diganti dengan potensiometer untuk mendapatkan sinyal listrik yang dapat lin- earized untuk

keperluan industri.

Gambar 6.4b menunjukkan metode alternatif menggunakan katrol untuk mendapatkan langsung

skala visual yang dapat diganti dengan potensiometer untuk mendapatkan listrik yang linear-

Output cal dengan tingkat.

Sebuah displacer dengan kekuatan penginderaan ditunjukkan pada Gambar. 6.5a. Perangkat ini

menggunakan perubahan gaya apung pada suatu benda untuk mengukur perubahan tingkat cair.

The displacers harus memiliki berat jenis lebih tinggi dari tingkat cair yang diukur dan harus

dikalibrasi untuk berat jenis cairan.

Aforce atau strain gauge mengukur kelebihan berat displacer tersebut. Hanya ada

gerakan kecil dalam jenis sensor dibandingkan dengan sensor pelampung

Gaya apung pada displacer silinder ditunjukkan pada Gambar. 6.5b menggunakan Persamaan.

(6.2) diberikan oleh

Gambar 6.5 Displacer dengan sensor kekuatan untuk mengukur tingkat cair dengan (a) mengamati

kehilangan berat displacer karena kekuatan daya apung dari cairan pengungsi dan (b) dimensi

dispenser.

dimana :

g = berat jenis cairan

d = diameter pelampung

L = panjang displacer terendam dalam cairan

Berat seperti yang terlihat oleh sensor gaya diberikan oleh

Berat pada kekuatan sensor = berat displacer - F ( 6,9 )

Perlu dicatat bahwa unit harus dalam sistem pengukuran yang sama dan cairan tidak harus naik di

atas puncak displacer atau displacer harus tidak menyentuh bagian bawah wadah

Probe untuk mengukur tingkat cair jatuh ke dalam tiga kategori , yaitu , konduktif ,

kapasitif , dan ultrasonik .

Probe konduktif digunakan untuk pengukuran tunggal - titik dalam cairan yang konduktif dan

nonvolatile sebagai percikan dapat terjadi . Probe konduktif ditampilkan pada Gambar . 6.6a . Dua

atau lebih probe seperti yang ditunjukkan dapat digunakan untuk menunjukkan tingkat set.

Jika cairan dalam wadah logam , wadah dapat digunakan sebagai probe umum .

Ketika cairan yang bersentuhan dengan dua probe tegangan antara probe menyebabkan arus

mengalir menunjukkan bahwa tingkat yang disetel tercapai. Dengan demikian ,

probe dapat digunakan untuk menunjukkan bila tingkat cair rendah dan untuk mengoperasikan

pompa untuk mengisi wadah . Lain atau probe ketiga dapat digunakan untuk menandakan kapan

tangki penuh dan mematikan pompa pengisian .

Probe Capacitive digunakan dalam cairan yang nonconductive dan memiliki tinggi m dan dapat

digunakan untuk memantau tingkat berkelanjutan . Probe kapasitif ditampilkan pada Gambar . 6.6

miliar terdiri dari batang batin dengan kulit terluar , kapasitansi adalah langkah- ured antara kedua

menggunakan jembatan kapasitansi . Di bagian keluar dari cair, udara berfungsi sebagai dielektrik

antara batang dan kulit terluar . dalam Bagian tenggelam , dielektrik adalah bahwa cairan yang

menyebabkan besar Capac - perubahan itive , jika tangki terbuat dari logam dapat berfungsi sebagai

kulit terluar.

Perubahan kapasitansi berbanding lurus dengan tingkat cairan . Dielec – The konstan tric cairan

harus diketahui untuk jenis pengukuran konstanta dielektrik dapat bervariasi dengan suhu sehingga

koreksi temperatur mungkin diperlukan .

Ultrasonics dapat digunakan untuk titik tunggal atau pengukuran tingkat kontinyu dari cair atau padat .

Asingle pemancar dan penerima ultrasonik dapat diatur dengan kesenjangan seperti ditunjukkan pada Gambar .

6.7A untuk memberikan pengukuran tunggal -point . Begitu cair mengisi kesenjangan , gelombang ultrasonik

dari pemancar mencapai penerima . pengaturan untuk pengukuran kontinyu ditunjukkan pada Gambar . 6.7b .

Gelombang ultrasonik dari transmitter yang dipantulkan oleh permukaan cairan ke penerima , waktu untuk gelombang untuk mencapai penerima diukur . Waktu tunda memberikan jarak dari pemancar dan penerima ke

permukaan cairan , dari mana tingkat cair dapat dihitung mengetahui kecepatan gelombang ultrasonik . karena

ada adalah tidak ada kontak dengan cairan , metode ini dapat digunakan untuk padatan dan korosif dan

cairan yang mudah menguap .

Dalam cairan pemancar dan penerima juga dapat ditempatkan pada bawah wadah dan waktu diukur untuk sinyal

akan tercermin dari permukaan cairan ke penerima untuk mengukur kedalaman cairan .

6.3.2 tingkat langsung penginderaan Metode yang paling umum digunakan secara tidak langsung mengukur tingkat cairan adalah langkah- Ure

tekanan hidrostatik di bagian bawah wadah . Kedalaman kemudian dapat diekstrapolasikan dari tekanan dan

berat jenis cairan dapat cal - culated menggunakan Persamaan . ( 6.1 ) . Tekanan dapat diukur oleh salah satu

metode yang diberikan pada bagian tekanan . Dial pada pengukur tekanan dapat dikalibrasi langsung secara mendalam cair . Kedalaman cair juga dapat diukur dengan menggunakan bubblers ,

radiasi , kaset resistif , dan dengan pengukuran berat badan.

Perangkat bubbler memerlukan pasokan udara bersih atau gas inert . Setup akan ditampilkan dalam

Gambar . 6.8a . Gas dipaksa melalui tabung yang ujung terbuka dekat bagian bawah tank.

Berat jenis gas dapat diabaikan dibandingkan dengan cairan dan dapat diabaikan . Tekanan yang

dibutuhkan untuk memaksa cairan keluar dari tabung sama dengan tekanan pada ujung tabung

karena cairan , yang merupakan kedalaman cairan dikalikan dengan berat jenis cairan . Metode ini

dapat digunakan dengan cor - cairan rosive sebagai bahan tabung dapat dipilih untuk menjadi tahan

korosi .

Metode Radiasi kadang-kadang digunakan dalam kasus di mana cairan bersifat korosif , sangat

panas , atau merugikan memasang sensor. Untuk pengukuran tunggal -point hanya satu pemancar

dan detektor diperlukan. Jika beberapa tingkat single- point diperlukan , detektor akan diperlukan

untuk setiap tingkat pengukuran seperti ditunjukkan pada

Gambar . 6.8b . Kelemahan dari sistem ini adalah biaya dan kebutuhan untuk menangani

bahan radioaktif .

Kaset resistif dapat digunakan untuk mengukur tingkat cair ( lihat Gambar . 6.9 ) . A resistif

elemen ditempatkan di dekat strip konduktif di mudah com - pressible selubung nonconductive , tekanan cairan

mendorong resistif unsur melawan strip konduktif,

korslet keluar panjang resistif elemen - ment sebanding dengan kedalaman cairan . Sensor ini dapat digunakan dalam cairan atau bubur , itu murah tapi tidak kasar atau akurat , maka rentan terhadap masalah kelembapan

dan akurasi pengukuran tergantung pada berat jenis material .

Sel beban dapat digunakan untuk mengukur berat dari tangki dan isinya. berat wadah dikurangi dari

membaca,meninggalkan berat isi kontainer. Mengetahui luas penampang tangki dan berat jenis bahan,

volume dan /atau kedalaman isi dapat dihitung . Metode ini juga cocok untuk pengukuran kontinyu dan

bahan yang ditimbang tidak datang ke dalam kontak dengan sensor . Gambar 6.10 menunjukkan dua unsur yang

dapat digunakan dalam sensor beban untuk mengukur kekuatan . angka 6.10a menunjukkan balok kantilever

digunakan sebagai kekuatan atau sensor berat badan. Balok adalah kaku melekat pada salah satu ujung dan gaya

yang diterapkan ke ujung yang lain , strain pengukur melekat pada balok digunakan untuk mengukur regangan

pada balok , kedua

strain gauge digunakan untuk kompensasi suhu . Gambar 6.10b menunjukkan piezo -a

sensor listrik yang digunakan untuk mengukur kekuatan atau berat . Sensor menghasilkan output

tegangan sebanding dengan gaya yang diterapkan .

Roda dayung digerakkan oleh motor listrik dapat digunakan untuk merasakan tingkat

padatan dalam bentuk kekuasaan,biji-bijian, atau butiran . Ketika mencapai material dan

meliputi roda dayung , torsi yang dibutuhkan untuk menghidupkan motor sangat meningkat .

Torsi bisa menjadi indikasi dari kedalaman materi . Seperti set up ditunjukkan pada Gambar . 6.11a . Beberapa agitasi mungkin diperlukan untuk tingkat partikel padat . 6.4 Pertimbangan Aplikasi

Sejumlah faktor mempengaruhi pilihan sensor untuk pengukuran tingkat , seperti tekanan pada cairan , suhu

cairan , turbulensi , volatilitas , korosif , akurasi yang dibutuhkan , satu-titik atau pengukuran terus menerus ,

langsung atau tidak langsung, partikel dalam cairan , padatan mengalir bebas , dan sebagainya .

Mengapung sering digunakan untuk merasakan tingkat cairan karena mereka tidak terpengaruh oleh partikel

dapat digunakan untuk bubur , dapat digunakan dengan berbagai cairan spe-cific bobot , dan mengapung datar

karena daerah mereka kurang rentan terhadap turbulensi pada permukaan cairan.

Gambar 6.11b menunjukkan desain yang umum digunakan untuk mengapung yang dapat dilampirkan ke

indikator tingkat . Float menggantikan sendiri berat cairan sebagai berikut :

dimana

gL = berat jenis cairan

d = diameter

h = perendaman kedalaman float

Ketika float digunakan untuk mengukur satu atau lebih kaki kedalaman cair , setiap perubahan

dalam h karena perubahan besar dalam gL akan memiliki efek minimal terhadap kedalaman cairan

diukur .

Displacers tidak harus benar-benar terendam ketika mengukur kedalaman cair dan harus memiliki

berat jenis lebih besar dari cairan . Perawatan juga harus diambil untuk memastikan bahwa displacer

tidak terkorosi oleh cairan dan berat cairan konstan dari waktu ke waktu . Suhu Mei cair juga harus

dipantau untuk melakukan koreksi untuk perubahan densitas . Displacers dapat digunakan untuk

mengukur kedalaman hingga sekitar 3 m dengan akurasi ± 0,5 cm .

Akurasi perangkat kapasitif dapat dipengaruhi oleh penempatan perangkat, sehingga

petunjuk instalasi produsen harus diikuti . Dielektrik kostan cairan juga harus secara teratur dipantau

. Perangkat Capacitive dapat digunakan dalam kontainer bertekanan hingga 30 MPa dan suhu

sampai 1000 ° C , dan mengukur kedalaman hingga 6 m dengan akurasi ± 1 persen .

Pilihan tekanan gauge untuk mengukur tingkat cair dapat bergantung pada sejumlah

pertimbangan , yaitu sebagai berikut :

1 . Kehadiran partikulat yang dapat memblokir garis untuk mengukur

2 . Kerusakan yang disebabkan oleh suhu yang berlebihan dalam cairan

3 . Kerusakan akibat tekanan puncak lonjakan

4 . Korosi gauge dengan cairan

5 . Tekanan pengukur Diferensial diperlukan jika cairan berada di bawah tekanan

6 . Jarak antara tangki dan mengukur

7 . Penggunaan katup petunjuk untuk perbaikan mengukur

Tekanan Diferensial pengukur dapat digunakan dalam kontainer bertekanan hingga 30 MPa

dan suhu sampai 600 ° C untuk memberikan akurasi ± 1 persen , kedalaman cair tergantung pada

kepadatan dan pengukur tekanan digunakan .

Perangkat bubbler memerlukan tindakan pencegahan tertentu ketika sedang digunakan . Untuk

memastikan con - udara kontinu atau pasokan gas , gas yang digunakan tidak harus bereaksi dengan

cairan. Ini mungkin diperlukan untuk menginstal katup satu cara untuk mencegah cairan disedot

kembali ke dalam jalur pasokan gas jika tekanan gas hilang . Tabung bubbler harus dipilih sehingga

tidak terkorosi oleh cairan. Perangkat bubbler biasanya digunakan pada tekanan atmosfer , akurasi

sekitar 2 persen dapat diperoleh , kedalaman tergantung pada tekanan gas yang tersedia , dan

sebagainya .

Mengapung berat gaya apung == γπ L dh 2 4

perangkat dapat digunakan dengan wadah bertekanan hingga 2 MPa dan 100 ° C kisaran suhu untuk

kedalaman hingga 30 m dengan akurasi sekitar 2 persen .

Perangkat radiasi yang digunakan untuk pengukuran titik bahan berbahaya . Karena sifat berbahaya

dari bahan , personil harus dilatih dalam Surat menggunakan , transportasi , penyimpanan ,

identifikasi , dan pembuangan .

Pertimbangan lain adalah bahwa pengukuran tingkat cair dapat dilakukan dengan

turbulensi , pembacaan mungkin harus dirata-ratakan , dan / atau baffle digunakan untuk

mengurangi turbulensi . Buih dalam cairan juga bisa menjadi sumber kesalahan terutama dengan

resistif atau kapasitif probe

BAB 7 FLOW (ALIRAN )

7.1 Pendahuluan Bab ini membahas istilah dasar dan formula yang digunakan dalam aliran pengukuran

KASIH dan instrumentasi . Pengukuran aliran fluida sangat penting dalam aplikasi industri . Kinerja optimal

dari beberapa peralatan dan oper - negosiasi membutuhkan laju aliran tertentu . Biaya banyak cairan dan gas

yang berbasis pada aliran diukur melalui pipa sehingga perlu untuk secara akurat mengukur dan mengontrol laju

aliran untuk tujuan akuntansi .

Bab ini akan menggunakan istilah dan definisi dari bab-bab sebelumnya sebagai

serta memperkenalkan sejumlah definisi baru yang terkait dengan aliran dan laju alir penginderaan .

Velocity adalah ukuran kecepatan dan arah obyek. Ketika berhubungan dengan Cairan itu adalah laju aliran

partikel fluida dalam pipa .

Kecepatan partikel dalam aliran fluida bervariasi di seluruh aliran, yaitu , di mana fluida yang bersentuhan

dengan dinding membatasi ( lapisan batas ) kecepatan partikel cair hampir nol , di tengah aliran partikel cair

akan memiliki max –the kecepatan Imum . Dengan demikian , rata-rata aliran digunakan dalam perhitungan aliran.

unit aliran biasanya kaki per detik ( fps ) , kaki per menit ( fpm ) , meter per detik ( mps ) , dan sebagainya.

Sebelumnya, tekanan yang berhubungan dengan cairan aliran didefinisikan sebagai statis , dampak , atau

dinamis .

Aliran laminar cairan terjadi ketika kecepatan rata-rata yang relatif rendah dan partikel cairan cenderung

bergerak dengan lancar dalam lapisan , seperti ditunjukkan pada Gambar . 7.1a . Kecepatan dari partikel di

seluruh cairan mengambil bentuk parabola .

Aliran turbulen terjadi ketika kecepatan aliran tinggi dan partikel tidak lagi mengalir lancar dalam lapisan dan

turbulensi atau efek bergulir terjadi. Ini ditunjukkan pada Gambar . 7.1b . Perhatikan juga mendatarkan profil

kecepatan.

Viskositas adalah properti dari gas atau cairan yang merupakan ukuran ketahanan terhadap gerakan atau aliran. Cairan Aviscous seperti sirup memiliki viskositas jauh lebih tinggi daripada air dan air memiliki viskositas lebih

tinggi daripada udara. Sirup , karena yang tinggi viscositas , mengalir sangat lambat dan sangat sulit untuk

memindahkan objek melalui itu.

Kelekatan ( dinamis) dapat diukur dalam ketenangan atau sentipoise , sedangkan viskositas kinematik ( tanpa

paksaan ) diukur dalam stoke atau centistokes . Dinamis atau absolut vis -cosity digunakan dalam Reynolds dan

persamaan aliran . Tabel 7.1 memberikan daftar con -versi . Biasanya viskositas cairan berkurang dengan

meningkatnya suhu .

The bilangan Reynolds R adalah hubungan berasal menggabungkan kepadatan dan

viskositas cairan dengan kecepatannya aliran dan dimensi cross- sectional

of the flow and takes the form

dimana

V = kecepatan fluida rata

D = diameter pipa

r = densitas cairan

m = viskositas absolut

Pola aliran dapat dianggap laminar,turbulen, atau kombinasi dari keduanya. Osborne Reynolds pada

tahun 1880 mengamati bahwa pola aliran bisa pre-disangka dari sifat fisik dari cairan. Jika nomor

Reynolds untuk mengalir dalam pipa sama dengan atau kurang dari 2000 aliran akan laminar . dari

tahun 2000 sekitar 5000 adalah daerah peralihan dimana aliran dapat laminar , TUR - bulent , atau

campuran keduanya , tergantung pada faktor-faktor lain . Selain 5000aliran selalu bergolak .

Persamaan Bernoulli adalah persamaan untuk aliran berdasarkan hukum konversi energi , yang

menyatakan bahwa energi total dari cairan atau gas di salah satu titik dalam aliran adalah sama

dengan energi total di semua titik lainnya dalam aliran .

Kebanyakan persamaan aliran didasarkan pada hukum energi konservasi elevasi dan berhubungan

cairan rata-rata atau kecepatan gas , tekanan , dan tinggi cairan di atas titik acuan tertentu .

Hubungan ini diberikan oleh Persamaan Bernoulli .

Persamaan ini dapat dimodifikasi untuk menjadi energi rekening kerugian akibat gesekan dan

peningkatan energi seperti yang diberikan oleh pompa . Kerugian energi dalam cairan yang mengalir

disebabkan oleh gesekan antara fluida dan dinding bendungan dan dengan cairan mempengaruhi

suatu objek . Dalam kebanyakan kasus ini kerugian harus diperhitungkan . Sementara persamaan ini

berlaku untuk kedua cairan dan gas , mereka lebih rumit dalam gas karena fakta bahwa gas yang

kompresibel .

Laju aliran volume cairan melewati titik tertentu dalam jumlah tertentu waktu dan biasanya diukur

dalam galon per menit ( gpm ) , kaki kubik per menit ( cfm ) , liter per menit , dan seterusnya . Tabel

7.2 memberikan laju aliran con - Faktor versi .

Jumlah aliran adalah volume cairan yang mengalir selama periode waktu dan langkah- ured dalam

galon , kaki kubik , liter dan sebagainya

7.3 Arus Rumus

Persamaan Kontinuitas 7.3.1

Persamaan kontinuitas menyatakan bahwa jika laju aliran keseluruhan dalam suatu sistem tidak

berubah dengan waktu (lihat Gambar. 7.2a), kecepatan aliran di bagian manapun dari sistem ini

adalah constant. Dari mana kita mendapatkan persamaan berikut

dimana

Q = laju alir

V = kecepatan rata-rata

Sebuah wilayah = penampang pipa Unit-unit di kedua sisi persamaan harus kompatibel, yaitu

unit Inggris atau satuan metrik.

Contoh 7.1 Berapakah laju aliran melalui pipa dengan diameter 9, jika rata-rata

kecepatan adalah 5 fps?

Jika cairan yang mengalir di dalam tabung dengan daerah penampang yang berbeda, yaitu, A1 dan

A2, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 7.2b, persamaan kontinuitas memberikan

Laju aliran massa F berhubungan dengan laju aliran volume Q by:

di mana F adalah massa cairan yang mengalir dan r adalah densitas cairan.

Sebagai gas kompresibel, Eq. (7.3) harus dimodifikasi untuk aliran gas ke

dimana g1 dan g2 adalah berat jenis gas dalam dua bagian pipa.

Persamaan (7.3) adalah laju aliran berat dalam kasus gas. Namun, hal ini

juga bisa berlaku untuk aliran cairan dalam Pers. (7.3) dengan mengalikan kedua sisi equa-

Tion oleh g berat tertentu.

7.3.2 Persamaan Bernoulli

Persamaan Bernoulli memberikan hubungan antara tekanan, kecepatan fluida, dan

elevasi dalam sistem aliran. Persamaan terakreditasi untuk Bernoulli (1738). kapan

diterapkan pada Gambar. 7.3a berikut diperoleh-

dimana

PA dan PB = tekanan statis mutlak di titik A dan B, masing-masing

gA dan gB = bobot tertentu

VA dan VB = rata-rata kecepatan fluida

g = acc gravitasi

ZA dan ZB = ketinggian di atas tingkat referensi yang diberikan, yaitu, ZA - ZB adalah

kepala cairan.

Unit dalam Pers. (7.6) yang konsisten dan mengurangi ke satuan panjang (kaki di

Sistem Inggris dan meter dalam sistem SI unit) sebagai berikut:

Persamaan ini adalah persamaan konservasi energi dan mengasumsikan tidak ada kerugian

dari energi antara titik A dan B. Istilah pertama merupakan energi yang tersimpan karena

tekanan,

istilah kedua merupakan energi kinetik atau energi karena gerak, dan istilah ketiga

merupakan energi potensial atau energi karena tinggi.

Ini hubungan energi dapat dilihat jika setiap istilah dikalikan dengan massa per unit

Volume yang membatalkan sebagai massa per satuan volume adalah sama pada titik A dan B.

Persamaan ini dapat digunakan antara dua posisi dalam sistem aliran.

The pres-Sures digunakan dalam persamaan Bernoulli harus tekanan mutlak.Dalam sistem

fluida ditunjukkan pada Gambar. 7.3b aliran kecepatan V pada titik 3 dapat berasal dari

Persamaan. (7.6) dan adalah sebagai berikut menggunakan angka 2 sebagai garis referensi.

Angka 3 di pintu keluar memiliki tekanan dinamis tapi tidak ada tekanan statis di atas 1 atm,

dan karenanya, P3 = P1 = 1 atm dan g1 = g3. Hal ini menunjukkan bahwa kecepatan cairan

mengalir keluar dari sistem berbanding lurus dengan akar kuadrat dari tinggi badan

cairan di atas titik referensi.

7.3.3 kerugian Arus

Persamaan Bernoulli tidak memperhitungkan kerugian aliran rekening, kerugian ini

dicatat dengan kerugian tekanan dan terbagi dalam dua kategori.

Pertama, mereka asosiasi-diasosiasikan dengan viskositas dan gesekan antara dinding

penyempitan dan aliran-cairan ing, dan kedua, yang berhubungan dengan peralatan, seperti

katup, siku,tee, dan lain sebagainya. Outlet kerugian. Laju aliran Qfrom persamaan

kontinuitas untuk Titik 3 pada Gambar. 7.3b misalnya memberikan:

amun, untuk memperhitungkan kerugian di outlet, persamaan harus diubah untu

dimana CD adalah koefisien debit yang tergantung pada bentuk dan ukuran lubang.

Koefisien debit dapat ditemukan di buku pegangan aliran data. Kerugian gesekan. Mereka adalah

kerugian dari aliran cairan dalam pipa akibat gesekan antara cairan mengalir dan dinding penahan

wadah. Ini fric- Kerugian internasional diberikan oleh

dimana

hL = kepala loss

f = faktor gesekan

L = panjang pipa

D = diameter pipa

V = kecepatan fluida rata

g = gravitasi konstan

Faktor gesekan f tergantung pada jumlah Reynolds untuk aliran dan kekasaran dinding pipa.

Fitting kerugian adalah kerugian karena kopling dan alat kelengkapan, yang biasanya

kurang daripada yang terkait dengan gesekan dan diberikan oleh

dimana

hL = kepala kerugian akibat fitting

K = koefisien kerugian untuk berbagai alat kelengkapan

V = kecepatan fluida rata

g = gravitasi konstan

Faktor gesekan f tergantung pada jumlah Reynolds untuk aliran dan

kekasaran dinding pipa.

Contoh 7.4 Berapakah kerugian head dalam 2-in pipa diameter 120-kaki panjang? gesekan

Faktor adalah 0,03 dan kecepatan rata-rata dalam pipa adalah 11 fps

Untuk memperhitungkan kerugian rekening akibat gesekan dan alat kelengkapan, Bernoulli

Persamaan. (7.6) adalah dimodifikasi sebagai berikut:

Form drag gaya dampak yang diberikan pada perangkat menonjol ke pipa karena

aliran fluida. Gaya tergantung pada bentuk insert dan dapat dihitung dari

dimana

F = gaya pada objek

CD = koefisien hambatan

g = berat jenis

g = percepatan gravitasi

Sebuah wilayah = penampang obstruksi

V = kecepatan fluida rata

Buku pegangan aliran mengandung koefisien tarik untuk berbagai benda. Tabel 7.4 memberikan

ome koefisien tarik khas.

Contoh 7.6 A5-in bola diameter bepergian melalui udara dengan kecepatan 110 fps,

jika densitas udara £ 0,0765 / f 3 dan CD = 0,5. Berapakah gaya yang bekerja pada

bola?

7.4 Arus Pengukuran Instrumen

Pengukuran aliran biasanya pengukuran tidak langsung menggunakan tekanan deferensial untuk

mengukur laju aliran . Pengukuran aliran dapat dibagi ke dalam fol - kelompok melenguh : laju alir ,

jumlah aliran , dan aliran massa. Pilihan pengukur perangkat akan tergantung pada akurasi yang

diperlukan dan karakteristik fluida ( gas , cair, partikulat tersuspensi , suhu , viskositas , dan

sebagainya . )

7.4.1 Laju alir

Pengukuran tekanan diferensial dapat dibuat untuk penentuan laju alir ketika cairan yang mengalir

melalui pembatasan . Pembatasan menghasilkan peningkatan tekanan yang dapat langsung

berhubungan dengan laju alir . Gambar 7.4 menunjukkan contoh-prinsip keuangan pembatasan

umum digunakan; ( a) plat orifice , ( b ) Venturi tabung, ( c ) aliran nozzle , dan ( d ) tabung Dall .

Pelat orifice biasanya diafragma logam sederhana dengan konstriksi a lubang . Diafragma biasanya

dijepit antara flensa pipa untuk memberikan mudah akses . Port tekanan diferensial dapat

ditemukan pada sayap di kedua sisi dari pelat orifice seperti ditunjukkan pada Gambar . 7.4a , atau

sebagai alternatif , di lokasi tertentu dalam pipa di kedua sisi flens ditentukan oleh pola aliran (

bernama vena contracta ) .

Adifferential pengukur tekanan digunakan untuk mengukur perbedaan tekanan antara dua port ,

pengukur tekanan diferensial dapat cali - brated laju aliran . The tertinggal tepi lubang di diafragma

miring untuk meminimalkan turbulensi . Dalam cairan lubang biasanya dipusatkan di diafragma ,

lihat Gambar . 7.5a . Namun, jika cairan mengandung partikulat , lubang bisa ditempatkan di bagian

bawah pipa untuk mencegah membangun dari partikulat seperti pada Gambar . 7.5b . Lubang juga

bisa dalam bentuk setengah lingkaran yang memiliki diameter yang sama dengan pipa dan terletak

di bagian bawah pipa seperti pada Gambar . 7.5c

Gambar 7.4 Jenis konstriksi yang digunakan dalam laju alir alat ukur (a) plat orifice, (b) Venturi

tabung, (c) nozzle aliran, dan (d) Dall tabung.

ia Venturi tabung ditunjukkan pada Gambar. 7.4b menggunakan tekanan diferensial yang sama

prinsip-ciple sebagai pelat orifice. The Venturi tabung biasanya menggunakan pengurangan tertentu

dalam ukuran tabung, dan tidak digunakan dalam pipa berdiameter lebih besar di mana ia menjadi

berat dan terlalu panjang. Keuntungan dari tabung Venturi adalah kemampuannya untuk

menangani jumlah besar padatan tersuspensi, itu menciptakan sedikit turbulensi dan karenanya

kurang insertion loss dari pelat orifice. Tekanan diferensial keran di Venturi tube terletak di

minimum dan maksimum diameter pipa.

The Venturi tube memiliki akurasi yang baik namun memiliki biaya tinggi.

Nozel aliran merupakan kompromi yang baik pada biaya dan akurasi antara

plat orifice dan tabung Venturi untuk cairan bersih. Hal ini biasanya tidak digunakan dengan

Gambar 7.5 Bentuk Lubang dan lokasi yang digunakan (a) dengan cairan dan (b) dan

(c) dengan padatan tersuspensi.

Kegunaan partikel tersuspensi utamanya adalah pengukuran aliran steam . aliran

nozzle ditunjukkan pada Gambar . 7.4c .The Dall tabung ditunjukkan pada Gambar. 7.4d memiliki

insertion loss terendah tetapi tidak cocok -mampu untuk digunakan dengan bubur .

Rasio Khas ( rasio beta , yang merupakan diameter pembukaan orifice

dibagi dengan diameter pipa ) untuk ukuran penyempitan ukuran pipa dalam pengukuran arus

biasanya antara 0,2 dan 0,6 . Rasio dipilih untuk memberikan penurunan tekanan cukup tinggi untuk

pengukuran aliran yang akurat tetapi tidak cukup tinggi untuk memberikan turbulensi .

Acompromise dibuat antara rasio beta tinggi ( d / D ) yang memberikan tekanan diferensial rendah

dan rasio rendah yang memberikan tinggi dif - ferential tekanan , tetapi dapat menciptakan kerugian

yang tinggi . Untuk meringkas , lubang yang sederhana, murah , mudah untuk mengganti ,

setidaknya accu - rate, lebih tunduk pada kerusakan dan erosi , dan memiliki kerugian tertinggi . The

Venturi tabung lebih sulit untuk menggantikan , paling mahal , paling akurat , memiliki tinggi Toler -

Ance kerusakan dan erosi , dan kerugian terendah dari semua tiga tabung .

Aliran nozzle adalah penengah antara dua lainnya dan menawarkan kompromi yang baik . itu

Dall tabung memiliki keuntungan memiliki insertion loss terendah tetapi tidak dapat digunakan

dengan bubur . Siku dapat digunakan sebagai flow meter diferensial . Gambar 7.6a menunjukkan

salib bagian siku . Ketika fluida mengalir , ada tekanan diferensial antara bagian dalam dan luar siku

akibat perubahan arah cairan . Perbedaan tekanan sebanding dengan laju aliran fluida .

Siku meteran baik untuk menangani partikulat dalam larutan , dengan aus yang baik dan

karakteristik resistensi erosi tetapi memiliki sensitivitas rendah .

Pilot static tube ditunjukkan pada Gambar . 7.6b merupakan metode alternatif measuring laju aliran

, tetapi memiliki beberapa kelemahan dalam mengukur arus , dalam hal ini benar-benar mengukur

kecepatan fluida pada nozzle . Karena kecepatan bervariasi atas penampang pipa , Pilot static tube

harus dipindahkan di seluruh pipa untuk membangun kecepatan rata-rata , atau tabung harus

dikalibrasi untuk satu daerah . lain

Kerugiannya adalah bahwa tabung dapat menjadi tersumbat dengan partikulat dan

tekanan diferensial antara dampak dan tekanan statis untuk tingkat aliran rendah

Gambar 7.6 aliran alat ukur lainnya adalah (a) siku, (b) percontohan static tube, dan (c) rotameter.

mungkin tidak cukup untuk memberikan akurasi yang dibutuhkan . Tekanan diferensial di

salah satu perangkat di atas dapat diukur dengan menggunakan tekanan mengukur sensor

dibahas dalam Bab . 5 ( Pressure ) .

Variabel - daerah meter , seperti rotameter ditunjukkan pada Gambar . 7.6c , sering digunakan

sebagai indikator visual langsung untuk pengukuran laju aliran . Rotameter adalah verti -a

tabung runcing cal dengan T ( atau serupa ) berbentuk badan .

Tabung ini lulus pada aliran tingkat untuk karakteristik dari gas atau cairan yang mengalir ke atas

tabung . Kecepatan gas cairan atau mengalir menurun saat berjalan lebih tinggi tabung , karena

kenaikandalam lubang tabung . Oleh karena itu , daya apung pada berat mengurangi lebih tinggi

tabung ia pergi . Sebuah titik ekuilibrium akhirnya tercapai di mana gaya pada berat badan karena

fluida yang mengalir adalah sama dengan yang berat , yaitu , semakin tinggi tingkat tinggi aliran

berat naik tabung . Posisi berat juga tergantung pada ukuran dan kerapatan , viskositas dan densitas

fluida , dan bore dan lancip tabung . The Rotameter memiliki insertion loss rendah dan memiliki

linear hubungan dengan laju alir . Dalam kasus di mana berat badan tidak terlihat , yaitu, buram

tabung yang digunakan untuk mengurangi korosi dan sejenisnya , dapat dibuat dari bahan magnetik

dan dilacak oleh sensor magnetik pada bagian luar tabung .

Rotameter The dapat digunakan untuk mengukur tekanan diferensial di penyempitan atau

mengalir di kedua cairan dan gas .

Sebuah contoh memutar perangkat laju aliran adalah flow meter turbin , yang ditunjukkan pada

Gambar . 7.7a . Rotor turbin dipasang di tengah pipa dan berputar pada kecepatan sebanding

dengan laju aliran cairan atau gas melewati pisau . Pisau turbin biasanya terbuat dari bahan

magnetik atau fer - partikel ritus dalam plastik sehingga mereka tidak terpengaruh oleh cairan

korosif . sebagai pisau memutar mereka dapat dirasakan oleh perangkat Hall atau magneto elemen

resistif ( MRE ) sensor yang melekat pada pipa . Turbin harus hanya digunakan dengan bersih cairan

seperti bensin .

Perangkat aliran berputar akurat dengan aliran yang baik operasi dan suhu berkisar , tapi lebih

mahal daripada sebagian besar perangkat lain . Bergerak baling-baling ditunjukkan pada Gambar .

7.7b . Perangkat ini dapat digunakan dalam pipa con - figurasi seperti yang ditunjukkan atau

digunakan untuk mengukur aliran saluran terbuka . Baling-baling dapat

Gambar 7.7 Tingkat Arus alat ukur ( a) turbin dan ( b ) yang bergerak baling-baling .

musim semi dimuat dan mampu poros , dengan mengukur sudut kemiringan laju aliran dapat

ditentukan .

Meter aliran elektromagnetik hanya dapat digunakan dalam cairan konduktif . itu perangkat terdiri

dari dua elektroda dipasang di cairan pada sisi berlawanan dari pipa . Bidang Amagnetic dihasilkan di

seluruh pipa tegak lurus terhadap elektroda seperti ditunjukkan pada Gambar . 7.8a . The melakukan

fluida yang mengalir melalui medan magnet menghasilkan tegangan antara elektroda , yang dapat

diukur untuk memberikan laju aliran .

Meter memberikan tegangan keluaran linear akurat dengan laju aliran . Tidak ada kerugian

penyisipan dan bacaan independen terhadap cairan char acteristics , tetapi merupakan instrumen

yang relatif mahal .

Aliran Vortex meter didasarkan pada prinsip bahwa obstruksi dalam cairan atau aliran gas akan

menyebabkan turbulensi atau vortisitas , atau dalam kasus presesi vortex meteran ( untuk gas ) ,

obstruksi dibentuk untuk memberikan gerakan berputar atau berputar-putar membentuk vortisitas

dan ini dapat diukur secara ultrasonik .

Frekuensi formasi vortex sebanding dengan laju aliran dan metode ini baik untuk

tingkat aliran tinggi . Pada tingkat aliran rendah frekuensi vortex cenderung tidak stabil .

Tekanan aliran meter menggunakan strain gauge untuk mengukur gaya pada obyek ditempatkan di

cairan atau aliran gas . Meter ditunjukkan pada Gambar . 7.8b . Gaya pada benda sebanding dengan

laju aliran . Meter adalah biaya rendah dengan akurasi menengah . 7.4.2 Jumlah aliran

Gambar 7.8 alat ukur Arus yang ditampilkan adalah ( a) flow meter magnetik dan ( b ) galur

mengukur flow meter .

Piston meter terdiri dari piston dalam silinder . Awalnya cairan masuk dari salah satu

sisi piston mengisi silinder , di mana titik cairan dialihkan ke

sisi lain dari piston melalui katup dan port outlet silinder penuh

dibuka . Pengalihan cairan membalikkan arah piston dan mengisi

silinder di sisi lain dari piston . Jumlah kali piston trav -

erses silinder dalam kerangka waktu tertentu memberikan total aliran . Meteran memiliki tinggi

akurasi tetapi mahal .

Nutating meter disc dalam bentuk disk yang berosilasi , memungkinkan

Volume dikenal cairan untuk lulus dengan setiap osilasi . Meter diilustrasikan dalam

Gambar . 7.9a . Osilasi dapat dihitung untuk menentukan total volume . ini

meter dapat digunakan untuk mengukur lumpur tapi mahal .

Velocity meter , biasanya digunakan untuk mengukur laju aliran , juga dapat dibentuk untuk

mengukur total aliran dengan melacak kecepatan dan mengetahui cross- sectional

area meter untuk Jumlahkan arus.

7.4.3 Mass aliran

Dengan mengukur aliran dan mengetahui kepadatan cairan , massa aliran

dapat diukur . Instrumen aliran massa termasuk kecepatan impeller konstan TUR -

kombinasi tunas wheel- musim semi yang berhubungan gaya pegas ke aliran massa dan

perangkat yang berhubungan perpindahan panas untuk aliran massa .

Anemometer adalah alat yang dapat digunakan untuk mengukur laju aliran gas . satu

Metode adalah untuk menjaga suhu elemen pemanas di konstan aliran gas

dan mengukur daya yang diperlukan . Semakin tinggi laju alir , semakin tinggi

jumlah panas yang dibutuhkan . Metode alternatif ( hot -wire anemometer ) adalah untuk

mengukur suhu gas insiden dan suhu gas turun

streaming dari elemen pemanas , perbedaan dalam dua suhu dapat

terkait dengan laju aliran . Anemometers Micro - mesin sekarang banyak digunakan dalam

mobil untuk pengukuran massa intake udara. Keuntungan dari jenis ini

dari sensor adalah bahwa mereka sangat kecil , tidak memiliki bagian yang bergerak , menimbulkan

sedikit obstruksi

tion mengalir , memiliki waktu termal rendah konstan , dan sangat hemat biaya bersama

dengan umur panjang yang baik

Gambar 7.9 Ilustrasi menunjukkan (a) penampang disc nutating untuk pengukuran total

aliran dan (b) sistem ban berjalan untuk pengukuran laju aliran partikulat kering.

7.4.4 laju aliran partikulat kering

Laju aliran partikulat kering dapat diukur sebagai partikulat sedang dijalankan

ban berjalan dengan menggunakan load cell. Metode ini diilustrasikan pada Gambar. 7.9b.

Untuk mengukur laju aliran itu hanya diperlukan untuk mengukur berat bahan pada

panjang tetap dari ban berjalan.

Laju aliran Q diberikan oleh

dimana

W = berat bahan pada panjang dari platform berat

L = panjang platform berat

R = kecepatan belt conveyer

Contoh 7.7 Sebuah sabuk conveyer bepergian pada 19 cm / s, load cell dengan panjang 1,1 m

adalah membaca 3,7 kgm. Apa laju aliran material pada sabuk?

7.4.5 aliran Terbuka channel

Aliran saluran terbuka terjadi ketika fluida yang mengalir tidak terkandung seperti dalam pipa

tetapi dalam saluran terbuka. Laju aliran dapat diukur dengan menggunakan konstriksi seperti

dalam

terkandung arus. Sebuah bendung yang digunakan untuk aliran saluran terbuka ditunjukkan

pada Gambar. 7.10a. ini

perangkat ini mirip dalam operasi untuk pelat orifice. Laju aliran ditentukan oleh

mengukur tekanan diferensial atau tingkat cairan di kedua sisi con-the

striction. Sebuah flume Parshall ditunjukkan pada Gambar. 7.10b, yang mirip dalam bentuk

dengan

tabung Venturi. Sebuah roda dayung atau nozzle aliran terbuka metode alternatif

mengukur laju aliran saluran terbuka.

Gambar 7.10 sensor aliran saluran terbuka ( a) bendung dan ( b ) Parshall flume .

7.5 Pertimbangan Aplikasi

Banyak jenis sensor dapat digunakan untuk pengukuran aliran . pilihan

dari perangkat tertentu untuk aplikasi tertentu tergantung pada sejumlah faktor -

faktor seperti keandalan , biaya, akurasi , kisaran tekanan , temperatur , memakai dan

erosi , kehilangan energi , kemudahan penggantian , partikulat , viskositas , dan sebagainya .

7.5.1 Seleksi

Pemilihan flow meter untuk aplikasi tertentu untuk sebagian besar akan tergantung

pada akurasi yang diperlukan dan keberadaan partikulat , meskipun diperlukan

akurasi kadang-kadang turun dinilai karena biaya . Salah satu yang paling akurat

meter adalah meteran aliran magnetik yang dapat akurat untuk 1 persen dari skala penuh

membaca atau defleksi ( FSD ) . Meter ini baik untuk tingkat aliran rendah , dengan vis -

tinggi

cosities dan memiliki kehilangan energi rendah, tetapi mahal dan membutuhkan cairan

konduktif .

Turbin memberikan akurasi yang tinggi dan dapat digunakan bila ada pres - uap

ent , tapi turbin lebih seru dengan bersih cairan viskositas rendah . Tabel 7.5 memberikan

perbandingan karakteristik flow meter .

Tujuan umum dan perangkat yang paling sering digunakan adalah tekanan berbeda -

sajalah sensor digunakan dengan konstriksi pipa . Perangkat ini akan memberikan akurasi

dalam

kisaran 3 persen bila digunakan dengan sensor tekanan solid state yang mengkonversi

pembacaan langsung ke unit listrik atau rotameter untuk langsung visual yang read-

ing . The Venturi tabung memiliki akurasi tertinggi dan kehilangan energi setidaknya diikuti

oleh

nosel aliran dan pelat orifice . Untuk efektivitas biaya perangkat berada di

urutan terbalik . Jika sejumlah besar partikel yang hadir , tabung Venture adalah

disukai. Perangkat tekanan diferensial beroperasi terbaik antara 30 dan 100 per -

persen dari kisaran aliran . Siku juga harus dipertimbangkan dalam aplikasi ini .

Aliran gas dapat menjadi yang terbaik diukur dengan anemometer . Anemometers Solid-state

sekarang tersedia dengan akurasi yang baik , sangat kecil dalam ukuran , dan biaya yang

efekti.

Untuk aplikasi saluran terbuka flume adalah yang paling akurat dan terbaik jika par -

ticulates yang hadir , tetapi yang paling mahal .

Perhatian khusus juga harus diberikan kepada spesifikasi pabrik dan

aplikasi catatan .

7.5.2 Instalasi

Karena turbulensi yang dihasilkan oleh setiap jenis obstruksi di sebaliknya

pipa halus, perhatian harus diberikan untuk penempatan sensor aliran . Posisi - The

tion dari keran tekanan dapat menjadi penting untuk pengukuran yang akurat . Manu - The

rekomendasi pabrikan harus diikuti selama instalasi . dalam diferensial

perangkat tekanan penginderaan keran hulu harus 1-3 diameter pipa

dari piring atau penyempitan dan down stream tekan hingga delapan diameter pipa

dari penyempitan .

Untuk meminimalkan fluktuasi tekanan pada sensor , itu diinginkan untuk memiliki

run langsung dari 10 sampai 15 diameter pipa di kedua sisi perangkat penginderaan . itu

juga mungkin diperlukan untuk memasukkan pesawat aliran laminar ke dalam pipa untuk min -

gangguan aliran imize dan perangkat peredam untuk mengurangi fluktuasi aliran ke

minimum absolut .

Nozel aliran mungkin memerlukan instalasi vertikal jika gas atau partikulat

hadir . Untuk memungkinkan gas melewati nozzle , harus menghadap ke atas

dan untuk partikulat , ke bawah .

7.5.3 Kalibrasi

Arus meter perlu kalibrasi berkala . Hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan lain cali -

brated meteran sebagai referensi atau dengan menggunakan laju aliran dikenal . Akurasi dapat

bervariasi

selama rentang instrumen dan dengan suhu dan berat jenis

perubahan dalam cairan , yang semuanya mungkin harus diperhitungkan . Dengan demikian , meter

harus dikalibrasi atas suhu serta jangkauan , sehingga sesuai

koreksi dapat dibuat untuk pembacaan . Sebuah cek spot pembacaan harus

secara berkala memeriksa drift instrumen yang mungkin disebabkan oleh instrumen yang

ment akan keluar dari kalibrasi , partikulat membangun , atau erosi .

Bab 8

Suhu dan Panas

8.1 Pendahuluan

Serupa dengan setiap kebutuhan hari kami kontrol suhu untuk kenyamanan, hampir semua

proses industri membutuhkan suhu dikontrol secara akurat. Paramerter fisik dan reaksi kimia

tergantung suhu , dan karena kontrol suhu adalah sangat penting . Suhu adalah tanpa keraguan

yang paling variabel yang diukur , dan untuk mengontrol suhu yang akurat pengukuran tepat nya

pemerintah diperlukan. Bab ini membahas berbagai skala suhu yang digunakan , hubungan mereka

satu sama lain , metode pengukuran suhu , dan relativitas sejati antara suhu dan panas .

8.2 Persyaratan Dasar

8.2.1 Definisi Suhu

Suhu adalah ukuran dari energi panas dalam tubuh, yang merupakan relative panas atau dinginnya

medium dan biasanya diukur dalam derajat menggunakan salah satu jenis timbangan berikut ;

Fahrenheit ( F ) , atau Celsius Celsius ( C ) , Rankine ( R ) , atau Kelvin ( K ) .

Nol mutlak adalah suhu di mana semua gerak molekuler berhenti atau energi molekul adalah nol .

Skala Fahrenheit adalah skala suhu pertama yang mendapatkan penerimaan . itu diusulkan pada

awal 1700 oleh Fahrenheit ( Belanda ). Dua titik acuan dipilih untuk 0 dan 100 ° adalah titik beku

larutan garam terkonsentrasi ( di permukaan laut ) dan suhu internal lembu ( yang ditemukan sangat

konsisten antara hewan ).

Hal ini akhirnya menyebabkan penerimaan dari 32 ° dan 212 ° ( 180 ° kisaran ) sebagai titik beku dan

titik didih , masing-masing dari air murni pada 1 atm ( 14,7 psi atau 101.36 kPa ) untuk skala

Fahrenheit . Suhu titik beku dan titik didih air berubah dengan tekanan .

Celsius atau skala Celcius ( C ) diusulkan pada pertengahan 1700-an oleh Celsius ( Swedia ) ,

yang mengusulkan pembacaan suhu dari 0 ° dan 100 ° ( 100 ° memberikan skala ) untuk pembekuan

dan titik didih air murni pada 1 atm .

Skala Rankine ( R ) diusulkan pada pertengahan 1800-an oleh Rankine . Ini adalah marah -

skala ature direferensikan ke nol mutlak yang didasarkan pada skala Fahrenheit , yaitu , perubahan 1

° F = perubahan 1 ° R. Pembekuan dan didih titik murni air 491,6 ° R dan 671,6 ° R , masing-masing

pada 1 atm , lihat Gambar . 8.1 .

Skala Kelvin ( K ) dinamai Lord Kelvin diusulkan pada 1800-an . sekarang direferensikan ke nol

mutlak tetapi berdasarkan skala Celsius , yaitu , perubahan 1 ° C = perubahan 1 K. pembekuan dan

titik didih air murni adalah 273,15 K dan 373,15 K , masing-masing , pada 1 atm , lihat Gambar . 8.1 .

Simbol derajat dapat dijatuhkan bila menggunakan skala Kelvin .

8.2.2 definisi Panas

Panas adalah bentuk energi , seperti energi disuplai ke sistem getaran ampli - tude molekul dan

kenaikan suhu. Kenaikan suhu berbanding lurus dengan energi panas dalam sistem .

ABritish Thermal Unit ( BTU atau Btu ) didefinisikan sebagai jumlah energi yang dibutuhkan

untuk menaikkan suhu 1 pound air murni dengan 1 ° F pada 68 ° F dan di atmosfer tekanan.

Ini adalah unit yang paling banyak digunakan untuk pengukuran energi panas .

Acalorie Unit ( SI ) didefinisikan sebagai jumlah energi yang dibutuhkan untuk menaikkan tem -the

temperature dari 1 gram air murni sebesar 1 ° C pada suhu 4 ° C dan pada tekanan atmosfer .

sekarang juga unit banyak digunakan untuk pengukuran energi panas .

Joule ( SI ) juga digunakan untuk menentukan energi panas dan sering digunakan dalam preferensi

untuk kalori , di mana 1 J ( Joule ) = 1 W ( Watt ) × s . Ini diberikan dalam Tabel 8.1 yang memberikan

daftar setara energi .

Perubahan fasa adalah transisi materi dari padat ke cair ke negara gas , materi bisa eksis dalam salah

satu dari tiga negara tersebut . Namun , dalam hal ini untuk membuat transisi dari satu negara ke

yang berikutnya , yaitu , padat ke cair ke gas , itu harus disertakan dengan energi , atau energi

dihapus jika masalah yang terjadi dari gas ke cair ke padat .

Sebagai contoh, jika panas diberikan pada tingkat yang konstan untuk es di 32 ° F , es akan mulai

mencair atau beralih ke cairan , tetapi suhu es campuran cairan tidak akan berubah sampai semua es

telah mencair . Kemudian karena lebih panas diberikan , suhu akan mulai naik sampai titik didih air

tercapai . Air akan berubah menjadi uap lebih panas diterapkan tetapi suhu air dan uap akan tetap

pada titik didih sampai semua air telah berubah menjadi uap , maka suhu uap akan mulai bangkit

di atas titik didih.

Hal ini diilustrasikan pada Gambar . 8.2 , di mana suhu zat diplot terhadap masukan panas . Bahan

juga dapat mengubah volume selama perubahan fase . Beberapa bahan melewati tahap cair dan

trans - membentuk langsung dari padat ke gas atau gas ke solid, transisi ini disebut sublimasi.

Dalam solid, atom dapat bergetar tetapi sangat terikat satu sama lain sehingga atom atau molekul

tidak dapat bergerak dari posisi relatif mereka. Sebagai suhu meningkat , lebih banyak energi yang

diberikan kepada molekul dan mereka amplitudo getaran meningkat ke titik di mana ia dapat

mengatasi obligasi antara molekul dan mereka dapat bergerak relatif satu sama lain .

Gambar 8.2 Menampilkan hubungan antara temperatur dan energi panas

tercapai bahan menjadi cair . Kecepatan di mana molekul bergerak tentang dalam cairan adalah

ukuran dari energi panas mereka. Karena semakin banyak energi disampaikan ke molekul kecepatan

mereka dalam meningkatkan cair ke titik di mana mereka bisa lepas dari ikatan atau tarik pasukan

dari molekul lain dalam pasangan - rial dan negara atau titik didih gas tercapai .

Panas spesifik adalah jumlah energi panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu dari berat

tertentu dari bahan sebesar 1 ° . Unit yang paling umum adalah BTU dalam Sistem Inggris , yaitu , 1

BTU adalah panas yang dibutuhkan untuk menaikkan 1 lb bahan sebesar 1 ° F dan dalam sistem SI ,

kalori adalah panas yang dibutuhkan untuk menaikkan 1 g bahan dengan 1 ° C. Dengan demikian ,

jika material memiliki panas spesifik dari 0,7 kal / g ° C , maka diperlukan 0,7 kal untuk menaikkan

suhu satu gram materi dengan 1 ° C atau 2,93 J untuk menaikkan suhu bahan dengan 1 k . Tabel 8.2

memberikan panas spesifik dari beberapa bahan umum, unit yang sama dalam sistem baik .

Konduktivitas termal adalah aliran atau transfer panas dari suhu tinggi wilayah ke wilayah suhu

rendah . Ada tiga metode dasar panas transfer , konduksi , konveksi , dan radiasi . Meskipun mode

transfer dapat dipertimbangkan secara terpisah , dalam prakteknya dua atau lebih dari mereka

dapat hadir serentak Konduksi aliran panas melalui suatu material .

Getaran molekul amplitudo atau energi dipindahkan dari satu molekul dalam suatu material ke yang

berikutnya . Oleh karena itu , jika salah satu ujung material adalah pada suhu tinggi , panas dilakukan

untuk akhir dingin . Konduktivitas termal dari bahan k adalah ukuran yang efisiensi dalam

mentransfer panas . Unit-unit dapat di BTU per jam per ft per ° F atau watt per meter Kelvin ( W / m

K ) ( 1 BTU / h ft ° F = 1,73 W / mK ) . tabel 8.3 memberikan konduktivitas termal khas untuk

beberapa bahan umum .

Konveksi adalah transfer panas karena gerakan suhu tinggi partikel dalam bahan ( cairan dan gas ) .

Contoh umum adalah AC sys - tems , sistem pemanas air panas , dan sebagainya . Jika gerakan ini

semata-mata karena densitas yang lebih rendah dari bahan suhu tinggi , transfer disebut gratis

atau konveksi alami . Jika bahan tersebut akan dipindahkan oleh blower atau pompa transfer disebut

konveksi paksa .

Radiasi adalah emisi energi oleh gelombang elektromagnetik yang bergerak pada kecepatan cahaya

melalui sebagian besar bahan yang tidak menghantarkan listrik. Untuk Misalnya , panas radiasi dapat

dirasakan agak jauh dari tungku di mana ada tidak ada konduksi atau konveksi .

8.2.3 definisi Ekspansi termal

Ekspansi termal linier adalah perubahan dimensi material karena perubahan suhu.

Perubahan dimensi material adalah karena yang koefisien ekspansi termal yang dinyatakan sebagai

perubahan dimensi linear ( a) per derajat perubahan suhu .

Volume ekspansi termal adalah perubahan volume ( b ) per derajat tem - perubahan temperature

karena koefisien ekspansi linear .

Tabel 8.4 . Koefisien juga dapat dinyatakan sebagai per derajat Celcius

8.3 Suhu dan Panas Rumus

8.3.1 Suhu

Kebutuhan untuk mengkonversi dari satu skala suhu yang lain adalah umum setiap- terjadinya hari.

Faktor konversi adalah sebagai berikut:

8.3.2 Perpindahan panas

Jumlah panas yang dibutuhkan untuk menaikkan atau menurunkan suhu berat tertentu

tubuh dapat dihitung dari persamaan berikut:

dimana

W = berat bahan

C = panas spesifik material

T2 = suhu akhir bahan

T1 = suhu awal bahan

Seperti biasa, perawatan harus diambil dalam memilih unit yang benar. jawaban negatif

menunjukkan ekstraksi panas atau kehilangan panas.

Panas konduksi melalui material berasal dari hubungan berikut:

dimana

Q = laju perpindahan panas

k = konduktivitas termal material

Sebuah wilayah = penampang aliran panas

T2 = suhu bahan jauh dari sumber panas

T1 = suhu bahan yang berdekatan dengan sumber panas

L = panjang jalan melalui materi

Catatan, tanda negatif dalam Persamaan. (8.8) menunjukkan aliran panas positif.

Contoh 8.3 Sebuah tungku dinding 12 ft 2 di daerah dan 6-in tebal memiliki konduktivitas termal

0,14 BTU / h ft ° F. Apa kehilangan panas jika suhu tungku adalah 1100 ° F dan

luar dinding adalah 102 ° F?

Contoh 8.4 di luar dinding kamar adalah 4 × 3 m dan 0,35 m tebal. Apa kehilangan energi per jam jika

dalam dan di luar suhu 35 ° C dan -40 ° C masing-masing? Asumsikan konduktivitas dinding adalah

0,13 W / mK.

Perhitungan panas konveksi dalam prakteknya tidak sesederhana konduksi. Namun, konveksi panas

diberikan oleh:

dimana

Q = laju perpindahan panas konveksi

h = koefisien perpindahan panas

h = luas perpindahan panas

T2 - T1 = perbedaan suhu antara sumber dan suhu akhir dari media mengalir.

Perlu dicatat bahwa dalam prakteknya pilihan yang tepat untuk h adalah sulit karena dari

ketergantungan pada sejumlah besar variabel (seperti kepadatan, viskositas, dan panas spesifik).

Charts tersedia untuk h. Namun, pengalaman yang diperlukan dalam aplikasi mereka.

Contoh 8.5 Berapa banyak panas yang ditransfer dari 25 ft × 24 ft permukaan secara konveksi jika

perbedaan suhu antara bagian depan dan belakang permukaan adalah 40 ° F dan permukaan

memiliki tingkat perpindahan panas dari 0,22 BTU / h ft2 ° F?

Radiasi panas tergantung pada warna permukaan, tekstur, bentuk yang terlibat dan sejenisnya. Oleh karena itu, informasi lebih lanjut dari hubungan dasar untuk transfer panas radiasi energi diberikan di bawah ini harus menjadi faktor masuk perpindahan panas radiasi diberikan oleh:

dimana

Q = panas yang ditransfer

C = konstanta radiasi (tergantung pada warna permukaan, tekstur, satuan yang digunakan, dan

sejenisnya)

A = luas permukaan memancar

T2 = suhu mutlak permukaan memancar

T1 = temperatur absolut dari permukaan penerima

Contoh 8.6 Radiasi konstan untuk tungku adalah 0,23 × 10-8

BTU / jam ft 2 ° F 4, theradiating luas permukaan adalah 25 ft2. Jika suhu permukaan memancar

adalah 750 ° F dan suhu theroom adalah 75 ° F, berapa banyak panas yang dipancarkan?

Contoh 8.7 Berapakah konstanta radiasi untuk dinding 5 m × 4 m,jika radiasi panas

loss adalah 62,3 MJ / jam ketika suhu dinding dan ambient 72 ° C dan 5 ° C?

8.3.3 Ekspansi termal

Ekspansi linear dari suatu material adalah perubahan dimensi linear karena suhu perubahan dan

dapat dihitung dari rumus berikut:

dimana L2 = panjang akhir L1 = panjang awal a = koefisien ekspansi termal linier T2 = suhu akhir T1 = suhu awal Ekspansi volume dalam suatu material akibat perubahan suhu diberikan oleh:

dimana V2 = volume akhir V1 = volume awal b = koefisien ekspansi termal volumetrik T2 = suhu akhir T1 = suhu awal Contoh 8.8 Hitung panjang dan volume untuk 200 cm pada tembaga kubus sisi di 20 ° C, jika suhu meningkat sampai 150 ° C.

Dalam gas, hubungan antara tekanan, volume, dan suhu gas diberikan oleh

dimana P1 = tekanan awal V1 = volume awal T1 = temperatur absolut awal P2 = tekanan akhir V2 = volume akhir T2 = suhu mutlak akhir 8.4 Suhu Mengukur Devices Ada beberapa metode pengukuran suhu yang dapat dikategorikan sebagai berikut : 1 . Perluasan bahan untuk memberikan indikasi visual , tekanan , atau dimensi perubahan 2 . Perubahan hambatan listrik 3 . Semiconductor perubahan karakteristik 4 . Tegangan yang dihasilkan oleh logam berbeda 5 . memancarkan energi Thermometer sering digunakan sebagai istilah umum yang diberikan kepada perangkat untuk mengukur suhu . Contoh alat pengukur suhu dijelaskan di bawah ini . 8.4.1 Termometer Mercury dalam gelas adalah yang paling umum membaca visual yang thermometer langsung (jika

bukan satu-satunya ). Perangkat ini terdiri dari small bore lulus tabung gelas merkuri adalah beberapa kali lebih besar dari koefisien ekspansi dari kaca, sehingga bahwa sebagai suhu meningkat merkuri naik ke atas tabung memberikan relatif rendah biaya dan metode yang akurat untuk mengukur suhu . Mercury juga memiliki keuntungan tidak membasahi kaca , dan karenanya , bersih melintasi kaca tabung tanpa membobol tetesan atau lapisan tabung . Rentang operasi termometer merkuri adalah dari -30 sampai 800 ° F ( -35 sampai 450 ° C ) (titik beku dari merkuri -38 ° F [ -38 ° C ] ) . Toksisitas merkuri , kemudahan kerusakan , intro - produksi dari biaya yang efektif , akurat , dan mudah dibaca termometer digital memiliki membawa kematian termometer merkuri . Cairan dalam perangkat kaca beroperasi pada prinsip yang sama seperti merkuri ther - mometer . Cairan yang digunakan memiliki sifat yang mirip dengan merkuri , yaitu , linier tinggi koefisien ekspansi , jelas terlihat , nonwetting , tapi tidak beracun . cairan dalam kaca termometer digunakan untuk mengganti termometer merkuri dan untuk memperpanjang rentang operasinya.

Termometer ini akurat dan dengan cairan yang berbeda ( setiap jenis cair memiliki rentang operasi terbatas ) dapat memiliki rentang operasi dari dari -300 sampai 600 ° F ( -170 sampai 330 ° C ) . Bimetal strip merupakan jenis alat pengukur suhu yang relatif tidak akurat , lambat untuk merespon, tidak biasanya digunakan dalam aplikasi analog untuk memberikan indikasi jarak jauh , dan memiliki hystersis . The bimetal strip luas digunakan dalam Aplikasi ON / OFF tidak memerlukan akurasi tinggi , karena kasar dan biaya efektif . Perangkat ini beroperasi pada prinsip bahwa logam yang lentur dan logam berbeda - ent memiliki koefisien ekspansi yang berbeda ( lihat Tabel 8.4 ) . Jika dua strip logam berbeda seperti kuningan dan invar ( paduan tembaga - nikel ) yang bergabung bersama-sama panjangnya mereka , mereka akan melenturkan untuk membentuk busur karena suhu perubahan , hal ini ditunjukkan pada Gambar. 8.3a . Strip bimetal biasanya dikonfigurasi sebagai spiral atau helix untuk kekompakan dan kemudian dapat digunakan dengan pointer untuk membuat termometer kasar kompak murah seperti ditunjukkan pada Gambar . 8.3b . operasi mereka rentang dari -180 sampai 430 ° C dan dapat digunakan dalam aplikasi dari oven ther - mometers ke rumah dan kontrol industri termostat .

Gambar 8.3 Menunjukkan ( a) pengaruh perubahan temperatur pada strip bimetal dan ( b ) bimetal - lic

termometer jalur.

8.4.2 termometer Tekanan - musim semi

Termometer ini digunakan di mana indikasi remote diperlukan , sebagai lawan untuk kaca dan

bimetal perangkat yang memberikan pembacaan pada titik deteksi. Itu perangkat tekanan - musim

semi memiliki bola logam dibuat dengan koefisien rendah bahan perpanjangan atau expansion

dengan tabung logam panjang , keduanya mengandung bahan dengan koefisien tinggi ekspansi ,

bohlam pada titik pemantauan. Tabung logam diakhiri dengan spiral Bourdon pengukur tekanan

tabung ( skala dalam derajat ) seperti yang ditunjukkan pada Gambar . 8.4a . Sistem tekanan dapat

digunakan untuk menggerakkan perekam grafik , actua - tor , atau wiper potensiometer untuk

mendapatkan sinyal listrik .

Sebagai suhudalam meningkatkan bohlam , tekanan dalam sistem meningkat , kenaikan tekanan

yangsebanding dengan perubahan suhu . Perubahan tekanan dirasakan oleh tabung Bourdon dan

dikonversi ke skala suhu . Perangkat ini dapat akurat menjadi 0,5 persen dan dapat digunakan untuk

indikasi jarak jauh hingga 100 m tetapi harus dikalibrasi , seperti batang dan tabung Bourdon adalah

suhu sensitif .

Ada tiga jenis atau kelas perangkat tekanan musim semi . Ini adalah sebagai berikut :

Kelas 1 cairan isi

Kelas 2 Tekanan uap

Kelas 3 Gas diisi

Berisi cairan termometer bekerja pada prinsip yang sama seperti cairan dalam gelas termometer ,

namun digunakan untuk menggerakkan tabung Bourdon . Perangkat ini memiliki baik linear - ity dan

akurasi dan dapat digunakan sampai dengan 550 ° C. Vapor - tekanan sistem termometer sebagian

diisi dengan cairan dan uap seperti metil klorida , etil alkohol , eter , toluena , dan sebagainya .

Dalam sistem ini suhu operasi terendah harus berada di atas titik didih cairan dan suhu maksimum

dibatasi oleh suhu kritis cair.

Gambar 8.4 Mengilustrasikan ( a) tekanan diisi termometer dan ( b ) kurva tekanan uap untuk metil klorida. Waktu respon sistem lambat , karena dari urutan 20 s . itu karakteristik tekanan suhu termometer tidak linier seperti yang ditunjukkan dalam kurva tekanan uap untuk metil klorida pada Gambar . 8.4b . Termometer gas diisi dengan gas seperti nitrogen pada kisaran tekanan 1000-3350 kPa pada suhu kamar . Perangkat mematuhi hukum gas dasar sistem konstan Volume [ Eq . ( 8.15 ) , V1 = V2 ] memberikan hubungan linear antara suhu dan tekanan absolut . 8.4.3 perangkat suhu Resistance Perangkat suhu resistansi ( RTD ) adalah salah satu film logam diletakkan di atas mantan atau resistor kawat - luka . Kedua perangkat tersebut kemudian disegel dalam bahan kaca – keramik komposit . Tahanan listrik dari logam murni adalah positif , meningkat secara linear dengan suhu. Tabel 8.5 memberikan koefisien temperatur resistensi dari beberapa logam yang umum digunakan dalam termometer perlawanan. Ini perangkat yang akurat dan dapat digunakan untuk mengukur suhu dari -300 ke 1400 ° F ( -170 sampai 780 ° C ) . Dalam termometer perlawanan variasi resistansi dengan temperatur diberikan oleh:

dimana RT2 adalah resistansi pada suhu T2 dan RT1 adalah hambatan pada temperatur T1 . Contoh 8.9 Berapakah resistansi dari resistor platinum pada 250 ° C , jika resistensi pada 20 ° C adalah 1.050 Ω ?

Perangkat Perlawanan biasanya diukur dengan menggunakan tipe jembatan Wheatstone dari

sistem, tetapi dipasok dari sumber arus konstan . Perawatan juga harus diambil untuk mencegah

arus listrik dari pemanasan perangkat dan menyebabkan pembacaan erro - neous . Salah satu

metode untuk mengatasi masalah ini adalah dengan menggunakan pulsa tech - nique . Bila

menggunakan metode ini saat diaktifkan ON untuk mengatakan 10 ms setiap 10 s , dan resistansi

sensor diukur selama periode waktu 10 ms ini.

Hal ini mengurangi efek pemanasan internal oleh 1000 hingga 1 atau kesalahan pemanasan internal

oleh faktor ini .

TABEL 8.5 Koefisien Suhu Perlawanan Beberapa Logam Umum Material Koefisien . per derajat

Celcius Material Koefisien . per derajat Celcius Besi 0,006 Tungsten 0,0045 Nikel 0,005 Platinum

0,00385

8.4.4 Thermistors

Termistor adalah kelas oksida logam ( bahan semikonduktor ) yang biasanya memiliki koefisien suhu

negatif yang tinggi resistensi , tetapi juga dapat menjadi pos - itive . Thermistors memiliki sensitivitas

tinggi yang dapat berubah hingga 10 persen per derajat Celcius , membuat mereka elemen suhu

paling sensitif yang tersedia , tetapi dengan karakteristik yang sangat nonlinear . Waktu respon khas

adalah 0,5 sampai 5 s dengan rentang operasi dari -50 sampai biasanya 300 ° C Perangkat yang

tersedia dengan rentang suhu diperpanjang hingga 500 ° C. Termistor adalah biaya rendah dan manu

factured dalam berbagai bentuk, ukuran , dan nilai-nilai . Ketika digunakan perawatan harus diambil

untuk meminimalkan efek dari pemanasan internal . Bahan termistor memiliki koefisien suhu

resistansi ( a) diberikan

dimana ΔRis perubahan dalam perlawanan karena perubahan suhu ΔTand RS perlawanan material pada suhu referensi. Karakteristik nonlinier seperti ditunjukkan pada Gambar. 8.5 dan membuat perangkat dif-ficult untuk digunakan sebagai alat ukur yang akurat tanpa kompensasi, namun kepekaan dan biaya rendah membuatnya berguna dalam berbagai aplikasi. Perangkat ini biasanya digunakan dalam rangkaian jembatan dan empuk dengan resistor untuk mengurangi nonlinier nya. 8.4.5 Termokopel Termokopel terbentuk ketika dua logam berbeda yang bergabung bersama untuk membentuk persimpangan. Sebuah rangkaian listrik selesai dengan bergabung ujung lain dari logam berbeda bersama-sama untuk membentuk persimpangan kedua. Sebuah arus akan mengalir di sirkuit jika dua persimpangan berada pada temperatur yang berbeda seperti ditunjukkan pada Gambar. 8.6a.

Arus yang mengalir adalah hasil dari perbedaan gaya gerak listrik yang dikembangkan pada dua persimpangan karena perbedaan suhu mereka . Dalam prakteknya , tegangan perbedaan antara dua persimpangan diukur , perbedaan tegangan sebanding dengan perbedaan suhu antara dua persimpangan . Perhatikan bahwa termokopel hanya dapat digunakan untuk mengukur perbedaan suhu .

Namun,jika salah satu persimpangan diadakan pada suhu referensi tegangan antara ther - mocouples memberikan pengukuran suhu persimpangan kedua . 3 efek dari termokopel : 1. efek Seebeck. menyatakan bahwa tegangan yang dihasilkan dalam termokopel adalah proporsional dengan suhu antara dua persimpangan . 2. Efek Peltier. itu menyatakan bahwa jika arus mengalir melalui termokopel satu junc - tion dipanaskan ( menempatkan energi ) dan persimpangan lainnya didinginkan ( menyerap energi ) . 3.efek Thompson menyatakan bahwa ketika arus mengalir dalam sebuah konduktor sepanjang yang ada perbedaan suhu , panas yang dihasilkan atau diserap , tergantung - ing pada arah arus dan variasi suhu . Dalam prakteknya , tegangan Seebeck adalah jumlah pasukan elektro Januari - diciptakan oleh efek Peltier dan Thompson . Ada sejumlah undang-undang untuk diamati dalam sirkuit termokopel . Pertama , hukum antara temperatur suci menyatakan bahwa efek thermoelectric hanya bergantung pada suhu persimpangan dan tidak terpengaruh oleh suhu sepanjang lead . Kedua , hukum logam antara menyatakan bahwa logam selain yang membuat up termokopel dapat digunakan di sirkuit sepanjang persimpangan mereka berada di suhu yang sama , yaitu , jenis-jenis logam dapat digunakan untuk interkoneksi dan tag strip dapat digunakan tanpa merugikan mempengaruhi tegangan output dari termokopel .

Berbagai jenis termokopel yang ditunjuk oleh huruf . Tabel tegangan output diferensial untuk berbagai jenis termokopel tersedia dari lembar data termokopel produsen. Tabel 8.6 daftar beberapa bahan termokopel dan koefisien Seebeck mereka . Rentang operasi termokopel berkurang dengan angka dalam tanda kurung jika akurasi yang diberikan diperlukan . Untuk operasi selama rentang temperatur penuh akurasi akan dikurangi menjadi sekitar ± 10 persen tanpa linierisasi . Thermopileis sejumlah termokopel dihubungkan secara seri , untuk meningkatkan sensitivitas dan akurasi dengan meningkatkan tegangan output ketika mengukur rendah perbedaan suhu.

Setiap persimpangan referensi dalam thermopile adalah kembali ke suhu referensi umum seperti ditunjukkan pada Gambar . 8.6b . Radiasi dapat digunakan untuk merasakan suhu . Perangkat yang digunakan adalah pyrome - ters menggunakan termokopel atau perangkat perbandingan warna . Perangkat Pyrometersare yang mengukur suhu dengan merasakan panas terpancar dari panas tubuh melalui lensa tetap yang berfokus energi panas ke thermopile ; ini adalah perangkat noncontact . Suhu tungku , misalnya , biasanya langkah- ured melalui lubang kecil di dinding tungku . Jarak dari sumber ke pyrometer bisa diperbaiki dan radiasi harus mengisi bidang pandang sensor . Gambar 8.6cshows lensa fokus dan termokopel didirikan di thermopile . Gambar 8.7 menunjukkan plot dari gaya gerak listrik ( emf ) versus suhu beberapa jenis termokopel yang tersedia .

8.4.6 Semikonduktor Semikonduktor memiliki sejumlah parameter yang bervariasi secara linear dengan suhu . Biasanya tegangan referensi dari dioda zener atau variasi tegangan junction digunakan untuk suhu penginderaan . Sensor suhu semikonduktor memiliki rentang operasi yang terbatas dari -50 sampai 150 ° C tetapi sangat linier dengan akurasi ± 1 ° C atau lebih baik . Keuntungan lain adalah bahwa elektronik dapat diintegrasikan ke sama mati sebagai sensor memberikan sensitivitas tinggi , mudah interfacing untuk mengontrol sistem , dan membuat konfigurasi keluaran digital yang berbeda mungkin. Waktu termal con - stant bervariasi dari 1 sampai 5 s , disipasi internal yang juga dapat menyebabkan sampai dengan 0,5 ° C offset. Perangkat semikonduktor juga kasar dengan umur panjang yang baik dan tidak mahal . Untuk alasan di atas sensor semikonduktor digunakan secara luas di banyak appli - kation termasuk penggantian merkuri dalam termometer kaca

8.5 Pertimbangan Aplikasi 8.5.1 Seleksi Dalam proses kontrol berbagai pilihan sensor suhu yang tersedia. Namun, jangkauan yang diperlukan, linearitas, dan akurasi dapat membatasi pilihan. Di pemilihan akhir sensor, faktor lain mungkin harus dibawa ke dipertimbangkan oleh-timbangkan, seperti indikasi terpencil, koreksi kesalahan, kalibrasi, getaran kepekaan, ukuran, waktu respon, umur panjang, kebutuhan pemeliharaan, dan biaya. Pilihan perangkat sensor dalam instrumentasi tidak boleh terdegradasi dari biaya sudut pandang. Kontrol Proses adalah hanya sebagai baik sebagai elemen pemantauan. 8.5.2 Rentang dan akurasi Tabel 8.7 memberikan rentang suhu dan akurasi sensor suhu. Para akurasi yang ditunjukkan adalah dengan kalibrasi minimal atau koreksi kesalahan. Itu rentang dalam beberapa kasus dapat diperpanjang dengan penggunaan material baru. tabel 8.8 memberikan ringkasan dari karakteristik sensor suhu. 8.5.3 waktu Thermal konstan

waktu respon dari membaca, yaitu, bohlam besar mengandung lebih banyak cairan untuk lebih baik sensitivitas, tapi ini juga akan meningkatkan waktu pengambilan konstan lebih lama untuk sepenuhnya menanggapi perubahan suhu. Waktu termal konstan berhubungan dengan parameter termal dengan persamaan berikut:

dimana c = waktu termal konstan

m = massa x = panas spesifik k = koefisien perpindahan panas A = Luas kontak terma

Bila suhu berubah dengan cepat, suhu keluaran pembacaan sensor thermal diberikan oleh :

dimana T = suhu pembacaan T1 = suhu awal T2 = true suhu sistem t = waktu dari ketika perubahan terjadi Konstanta waktu dari sistem t c dianggap sebagai waktu yang dibutuhkan untuk sistem untuk mencapai 63,2 persen dari nilai suhu akhir setelah suhu perubahan , yaitu , blok tembaga diadakan di mandi air es sampai suhunya telah stabil pada 0 ° C , itu kemudian dihapus dan ditempatkan dalam sebuah bak C uap 100 ° , yang suhu blok tembaga tidak akan segera pergi ke 100 ° C , namun temperatur akan naik pada kurva eksponensial karena menyerap energi dari uap , sampai setelah beberapa periode waktu ( waktu konstan ) akan mencapai 63,2 ° C , bertujuan untuk akhirnya mencapai 100 ° C. Hal ini ditunjukkan dalam grafik (jalur A ) pada Gambar . 8.8 . selama kedua kalinya konstan tembaga akan naik 63,2 persen lain dari tetap - ing suhu untuk mencapai ekuilibrium , yaitu , ( 100-63,2 ) 63,2 persen = 23,3 ° C , atau pada akhir dari 2 periode waktu yang konstan , suhu tembaga akan 86,5 ° C. Pada akhir periode 3 suhu akan 95 ° dan sebagainya . juga ditunjukkan pada Gambar . 8.8 adalah garis B kedua untuk tembaga , konstanta waktu adalah sama tapi final suhu bertujuan adalah 50 ° C. Waktu untuk menstabilkan adalah sama dalam kedua kasus . Dimana waktu respon yang cepat diperlukan , waktu termal con - stants bisa menjadi masalah serius karena dalam beberapa kasus mereka dapat dari beberapa detik durasi . Koreksi mungkin harus diterapkan pada output membaca secara elektronik untuk mengoreksi waktu termal konstan untuk mendapatkan respon yang lebih cepat . Hal ini dapat

satu dengan mengukur laju kenaikan suhu yang diindikasikan oleh sensor dan ekstrapolasi temperatur bertujuan sebenarnya. Konstanta waktu termal tubuh adalah sama dengan waktu listrik konstan yang dibahas dalam bab tentang listrik berdasarkan konstanta waktu listrik . 8.5.4 Instalasi Perawatan harus diambil dalam menemukan bagian penginderaan sensor suhu , itu harus sepenuhnya dicakup oleh media yang suhu sedang diukur , dan tidak berada dalam kontak dengan

dinding wadah . sensor harus disaring dari tercermin panas dan panas radiasi jika perlu . sensor juga harus ditempatkan hilir dari cairan yang dicampur , untuk memastikan bahwa suhu telah stabil , tapi sedekat mungkin ke titik pencampuran , untuk memberikan secepat mungkin untuk pengukuran temperatur kontrol yang baik . Waktu termal yang tetap rendah di sensor diperlukan untuk respon yang cepat . Kompensasi dan kalibrasi mungkin diperlukan bila menggunakan tekanan pegas perangkat dengan tabung panjang terutama ketika pembacaan yang akurat diperlukan . 8.5.5 Kalibrasi Kalibrasi suhu dapat dilakukan pada sebagian besar perangkat suhu penginderaan dengan cara merendam mereka dalam standar suhu dikenal yang kesetimbangan poin padat / cair atau cair / gas campuran , yang juga dikenal sebagai triple titik . Beberapa di antaranya dapat dilihat pada Tabel 8.9. Sebagian besar perangkat suhu penginderaan yang kasar dan dapat diandalkan , tetapi bisa keluar dari kalibrasi akibat kebocoran selama penggunaan atau kontaminasi selama pembuatan dan itu harus diperiksa pada secara teratur . 8.5.6 Perlindungan Dalam beberapa aplikasi , perangkat penginderaan suhu ditempatkan di sumur atau enclo –langkah untuk mencegah kerusakan mekanis atau untuk kemudahan penggantian . Semacam ini pro - proteksi dapat sangat meningkatkan waktu respon sistem , yang dalam beberapa situasi mungkin tidak dapat diterima . Sensor mungkin perlu juga dilindungi dari atas suhu , sehingga kedua perangkat lebih kasar mungkin diperlukan untuk melindungi perangkat penginderaan utama. Perangkat semikonduktor mungkin telah dibangun di atas perlindungan suhu. Sebuah mekanisme gagal-aman juga dapat dimasukkan untuk sistem shutdown, saat memproses bahan volatile atau korosif.

BAB 9

Kelembapan, Density,

Viskositas, dan pH

9.1 Pendahuluan

Banyak proses industri seperti tekstil, kayu, pengolahan kimia dan seperti, sangat sensitif terhadap

kelembaban, oleh karena itu perlu untuk mengontrol jumlah uap air yang ada dalam proses ini. Bab

ini membahas empatparameter fisik.

Mereka adalah sebagai berikut:

1. kelembaban

2. Kepadatan, berat jenis, dan berat jenis

3. kelekatan

4. nilai pH

9.2 Kelembaban

9.2.1 definisi Kelembaban

Kelembaban adalah ukuran jumlah relatif uap air yang ada di udara atau gas.

Kelembaban relatif (Φ) adalah persentase uap air berat hadir di volume tertentu udara atau gas

dibandingkan dengan berat uap air yang ada di volume yang sama dari udara atau gas jenuh dengan

uap air, pada saat yang sama temperatur dan tekanan, yaitu

istilah jenuh berarti jumlah maksimum uap air yang dapat dilarutkan atau diserap oleh gas atau udara pada tekanan tertentu dan suhu. Jika ada pengurangan suhu di udara jenuh atau gas, air akan con-padat dalam bentuk tetesan, yaitu, mirip dengan cermin mengepul ketika mandi. Kelembaban tertentu, rasio kelembaban, atau humiditycan mutlak didefinisikan sebagai massa uap air dalam campuran dalam biji-bijian (biji-bijian di mana 7000 = 1 lb) dibagi oleh massa udara kering atau gas dalam campuran dalam pound. Unit pengukuran juga bisa di gram

dimana P ( uap air ) adalah tekanan dan P ( udara atau gas ) adalah tekanan parsial . itu Faktor konversi antara massa dan tekanan adalah 0,622 . Contoh 9.1 Contoh uap air di atmosfer adalah sebagai

berikut : Awan badai gelap ( cumulonimbus ) dapat berisi 10 g / m 3 uap air . Awan kepadatan sedang ( cumulus kongestus ) dapat berisi 0,8 g/m3 uap air . Awan hujan ringan ( cumulus ) mengandung 0,2 uap air g/m3of . Awan tipis ( cirrus ) mengandung 0,1 g/m3 air vapor.In kasus awan badai gelap ini sama dengan 100.000 ton uap air per mil persegi untuk 10.000 ft awan tinggi . Dew pointis suhu di mana kondensasi uap air di udara atau gas akan berlangsung seperti yang didinginkan pada tekanan konstan , yaitu , itu adalah temperatur di mana campuran menjadi jenuh dan campuran tidak dapat lagi melarutkan atau memegang semua uap air yang dikandungnya . Uap air sekarang akan mulai mengembun dari campuran untuk membentuk embun atau lapisan air di permukaan benda hadir .

Dry - bola temperatureis suhu kamar atau campuran uap air dan udara ( gas ) yang diukur dengan

termometer yang elemen penginderaan kering . Bola basah temperatureis suhu udara ( gas ) sebagai

dirasakan oleh elemen lembab . Air yang beredar di sekitar elemen menyebabkan penguapan

berlangsung ; panas yang dibutuhkan untuk penguapan ( panas laten penguapan ) mendinginkan

mois -mendatang sekitar elemen , mengurangi suhu. Chartis psychrometric kombinasi agak rumit

beberapa sederhana grafik yang menunjukkan hubungan antara suhu kering - bola , bola basah

marah - atures , kelembaban relatif , tekanan uap air , berat uap air per pon udara kering , BTU per

pon udara kering , dan sebagainya . Meskipun mungkin alat referensi insinyur - neering baik ,

cenderung membanjiri siswa.

Sebagai contoh Gambar . 9.1 menunjukkan grafik psychrometric dari Heat Pipe Technology , Inc

untuk atmos - pheric standar tekanan , karena tekanan atmosfer lain set garis akan mengungsi .

Untuk memahami berbagai hubungan dalam grafik perlu istirahat grafik ke dalam hanya baris yang

dibutuhkan untuk hubungan tertentu .

Contoh 9.2 Untuk mendapatkan kelembaban relatif dari suhu bola basah dan kering , tiga baris

ditunjukkan pada Gambar. 9.2ashould digunakan . Garis-garis ini menunjukkan basah dan kering

suhu bohlam dan garis-garis kelembaban relatif . Misalnya , jika kering dan basah suhu bohlam

diukur sebagai 76 ° F dan 57 ° F , masing-masing , yang bila diterapkan untuk Gambar . 9.1

menunjukkan dua garis berpotongan sebagai suhu pada 30 persen relatif garis kelembapan , maka ,

kelembaban relatif 30 persen . Ketika bola basah dan kering suhu tidak jatuh pada garis kelembaban

relatif panggilan pengadilan harus dibuat untuk nilai kelembaban relatif.

Contoh 9.3 Jika suhu di kamar adalah 75 ° F dan kelembaban relatif 55 persen , seberapa jauh bisa

drop suhu kamar sebelum kondensasi terjadi ?

Asumsikan tidak ada perubahan lain . Dalam hal ini perlu untuk mendapatkan persimpangan kering

suhu bola dan garis kelembaban relatif , seperti ditunjukkan pada Gambar . 9.2band kemudian

2 . Kontrol lampu dan ac kontrol motor dapat menggunakan SCRs dan triacs. perangkat ini yang

dikemas dalam berbagai paket tergantung pada penanganan saat ini dan persyaratan pembuangan

panas .

3 .Untuk kontrol daya , kontrol motor multiphase , dan aplikasi beralih kecepatan tinggi BJTs atau

IGBTs dapat digunakan . Perangkat ini juga datang dalam berbagai paket tahan panas yang rendah .

4 . Perangkat MOSFET dapat digunakan dalam aplikasi daya menengah . perangkat memiliki

keuntungan yang mengontrol sirkuit dapat diintegrasikan ke dalam die yang sama sebagai perangkat

listrik sesuai garis horizontal ( berat uap air per pon udara kering ) . menggunakan Gambar . 9.1

persimpangan jatuh pada £ 0,01 per pon kelembaban udara kering , karena berat uap air per pon

udara kering tidak akan berubah karena perubahan suhu .

Garis horizontal ini dapat diikuti di seluruh ke kiri hingga mencapai 100 persen garis kelembaban

relatif ( titik embun ) . Suhu di mana garis-garis ini menyeberang adalah Suhu di mana embun akan

mulai membentuk , yaitu , 57 ° F. Suhu bulb basah dan kering adalah sama pada saat ini . Perhatikan

bahwa dalam beberapa grafik berat uap air dalam kering udara diukur dalam biji-bijian , di mana £ 1

= 7000 butir atau 1 butir = 0,002285 oz . Contoh 9.4 Contoh ini membandingkan berat uap air di

udara pada berbagai tingkat kelembaban . Pertanyaannya adalah , berapa banyak lagi kelembaban

udara tidak pada 80 ° F dan 50 persen kelembaban relatif mengandung daripada udara pada 60 ° F

dan 30 persen kelembaban relatif ? menggunakan

Gambar . 9.3aas referensi , perlu untuk mendapatkan persimpangan bola kering

suhu dan garis kelembaban relatif . Garis horizontal di mana mereka berpotongan memberikan berat

uap air per pon udara kering seperti pada contoh sebelumnya . menggunakan Gambar . 9.1

persimpangan adalah 0,0108 dan 0,0032 £ , maka , perbedaan = 0,0076 £ atau 53 butir .

Contoh 9.5 Berapa banyak panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu udara pada 50 ° F dan

75 persen kelembaban relatif 75 ° F dan 45 persen kelembaban relatif ? mengacu Gambar . 9.3b ,

persimpangan suhu bola kering dan garis kelembaban relatif harus ditemukan , dan karenanya , total

garis panas kering melewati persimpangan ( garis-garis ini merupakan perpanjangan dari garis suhu

bola basah panas keseluruhan per pound skala udara kering ) . Dari Gambar . 9.1 persimpangan suhu

dan relatif garis kelembaban jatuh pada 18,2 dan 27,2 BTU / lb udara kering , memberikan

perbedaan dari 9,0 BTU / lb udara kering .

Contoh 9.6 Dalam udara pada 75 ° F dan 45 persen kelembaban relatif , seberapa banyak ruang yang

ditempati oleh satu pon udara kering ? Garis ditunjukkan pada Gambar. 9.4 digunakan .

persimpangan dari bola suhu dan kelembaban relatif garis kering pada kaki kubik per pon

jalur udara kering memberikan ruang yang ditempati oleh 1 lb udara kering . Dari Gambar . 9.1 baris

berpotongan pada 13,65 ft 3 memberikan ini sebagai volume yang mengandung 1 lb udara kering .

9.2.2 alat ukur Kelembaban

Hygrometers adalah Perangkat yang secara tidak langsung mengukur kelembaban oleh perubahan

penginderaan di sifat fisik atau listrik dalam bahan karena kadar air mereka disebut higrometer .

Bahan seperti rambut , kulit , membran , dan strip tipiskayu mengubah panjang mereka karena

mereka menyerap air . Perubahan panjang adalah langsung berhubungan dengan kelembaban .

Perangkat tersebut digunakan untuk mengukur relatif kelembaban 20-90 persen , dengan akurasi

sekitar ± 5 persen . mereka Kisaran suhu pengoperasian yang terbatas kurang dari 70 ° C.

Hygrometer Laminate dibuat dengan melampirkan strip tipis kayu tipis baris logam membentuk

laminasi . Laminasi dibentuk menjadi spiral seperti yang ditunjukkan

pada Gambar . 9.5A , seperti kelembaban perubahan helix flexes karena perubahan panjang kayu .

Salah satu ujung helix yang berlabuh , yang lain terpasang ke pointer ( mirip dengan strip bimetal digunakan dalam pengukuran suhu ) , yangskala yang lulus dalam persen kelembaban . Hygrometer rambut adalah jenis yang paling sederhana dan tertua dari hygrometer . Hal ini dilakukanmenggunakan rambut seperti ditunjukkan pada Gambar . 9.5b . Rambut manusia memperpanjang sebesar 3 persen bila perubahan kelembaban dari 0 sampai 100 persen , perubahan panjang dapat digunakan untuk mengontrol pointer untuk pembacaan visual atau transduser seperti variabel linear diferensial transformer ( LVDT ) untuk output listrik . The hygrometer rambut memiliki akurasi sekitar 5 persen untuk rentang kelembaban 20 sampai 90 persen lebih rentang temperatur 5 sampai 40 ° C. Sensor kelembaban hygrometeror resistif terdiri dari dua elektroda dengan jari interdigitated pada substrat isolasi seperti ditunjukkan pada Gambar . 9.6a . itu elektroda yang dilapisi dengan bahan hydroscopic ( yang menyerap air seperti sebagai lithium klorida ) . Bahan hydroscopic menyediakan jalur konduktif antara elektroda , koefisien hambatan dari jalan adalah terbalik proporsional terhadap kelembaban. Atau , elektroda dapat dilapisi dengan film poli - mer massal yang melepaskan ion sebanding dengan kelembaban relatif , suhu koreksi dapat lagi diterapkan untuk akurasi 2 persen selama operasi rentang temperatur 40 sampai 70 ° C dan kelembaban relatif 2-98 persen

Sebuah ac volt usia biasanya digunakan dengan jenis perangkat , yaitu pada 1 kHz kelembaban relatif Perubahan 2-98 persen biasanya akan memberikan perubahan resistensi dari 10 Mωto 1 kΩ . Variasi dari perangkat ini adalah elektrolit dan resistansi – kapasitansi hygrometer . Capacitive hygrometer. The konstanta dielektrik film tipis polimer tertentu perubahan linear dengan kelembaban , sehingga kapasitansi antara dua pelat menggunakan polimer sebagai dielektrik berbanding lurus dengan kelembaban . itu perangkat kapasitif memiliki umur panjang yang baik , kisaran suhu kerja 0 hingga 100 ° C , waktu respon yang cepat , dan dapat kompensasi suhu untuk memberikan akurasi dari ± 0,5 persen selama rentang kelembaban penuh. Piezoelektrik atau penyerapan hygrometersuse dua osilator kristal piezoelektrik, satu digunakan sebagai referensi dan tertutup dalam suasana kering , dan yang lainnya terkena kelembaban yang akan diukur . Moisture meningkatkan massa kristal yang menurunkan frekuensi resonansi nya . Dengan membandingkan frekuensi dari dua osilator , kelembaban dapat dihitung . Kadar air gas dari 1 sampai 25.000 ppm dapat diukur,Psikrometer .

Sebuah psychrometer menggunakan panas laten penguapan untuk menentukan kelembaban relatif. Jika suhu udara diukur dengan bola termometer kering dan bola termometer basah, dua suhu dapat digunakan dengan grafik psychrometric untuk mendapatkan kelembaban,uap air relatif tekanan, kandungan panas , dan berat dari uap air di udara. air menguap dari wet bulb berusaha untuk menjenuhkan udara di sekitarnya. Energi yang dibutuhkan untuk air menguap mendinginkan termometer , sehingga pengering hari , semakin air menguap dan, karenanya , semakin rendah suhu bola basah. Untuk mencegah udara sekitarnya bola basah dari menjenuhkan , harus ada beberapa gerakan udara

di sekitar bola basah. Hal ini dapat dicapai dengan kipas angin kecil atau dengan menggunakan psychrometer sling , yang merupakan bingkai memegang kedua kering dan basah termometer yang dapat memutar tentang pegangan seperti ditunjukkan pada Gambar . 9.6B . The ther - mometers diputar selama 15 sampai 20 s . Suhu wet bulb diambil segera rotasi berhenti sebelum dapat berubah , dan kemudian suhu bola kering diambil (yang tidak berubah ) . Alat ukur titik embun, Sebuah metode sederhana untuk mengukur kelembaban adalah untuk mendapatkan titik embun. Hal ini dicapai dengan pendinginan udara atau gas sampai air mengembun pada objek dan kemudian mengukur suhu di mana kondensasi berlangsung . Biasanya , permukaan cermin , stainless steel dipoles , atau permukaan perak didinginkan dari sisi belakang , dengan air dingin,pendingin,atau Peltier pendinginan . Seperti tetes suhu , titik dicapai di mana embun dari udara atau gas mulai terbentuk pada permukaan cermin . Kondensasi terdeteksi oleh pantulan sinar cahaya oleh cermin untuk photocell. Intensitas cahaya yang dipantulkan mengurangi sebagai kondensasi berlangsung dan suhu cermin pada titik itu dapat diukur . Kadar air alat ukur . Kadar air bahan yang sangat penting dalam beberapa proses . Ada dua metode yang umum digunakan untuk mengukur kadar air , ini adalah dengan menggunakan microwave atau dengan mengukur pantulan dari bahan sinar inframerah . Microwave absorptionby uap air adalah metode yang digunakan untuk mengukur lembab – ity dalam suatu material . Oven microwave ( 1 sampai 100 GHz ) diserap oleh uap air dalam materi. Amplitudo relatif ditransmisikan dan oven microwave melewati suatu material diukur. Rasio amplitudo ini adalah ukuran isi kelembaban material. Infrared absorptionuses sinar inframerah bukan gelombang mikro . Kedua metoda-metoda yang sama. Dalam kasus inframerah , pengukuran didasarkan pada abil - ity bahan untuk menyerap dan menyebarkan radiasi infra merah ( pantulan ) . reflektansi tergantung pada komposisi kimia dan kadar air . Sebuah sinar inframerah diarahkan ke materi dan energi dari sinar tercermin diukur . itu panjang gelombang diukur dan amplitudo sinar tercermin dibandingkan dengan Insiden panjang gelombang dan amplitudo , perbedaan antara keduanya adalah terkait dengan kadar air . Metode lain untuk mengukur kadar air adalah dengan perubahan warna atau dengan penyerapan kelembaban bahan kimia tertentu dan mengukur perubahan massa , refleksi neutron , atau resonansi magnetik nuklir . Pertimbangan aplikasi kelembaban . Meskipun, lampu basah dan kering adalah standar untuk melakukan pengukuran kelembaban relatif , lebih up to date dan mudah untuk membuat metode listrik seperti kapasitansi dan perangkat resistif yang sekarang tersedia dan akan digunakan dalam praktek . Perangkat ini kecil , kasar , handal , dan akurat dengan umur panjang yang tinggi , dan jika perlu dapat dikalibrasi oleh Institut Nasional Standar dan Teknologi ( NIST ) melawan diterima metode hygrometer gravimetri. Menggunakan metode ini , uap air dalam gas diserap oleh bahan kimia yang berbobot sebelum dan sesudah untuk menentukan jumlah uap air diserap dalam volume tertentu gas yang relatif kelembaban dapat dihitung. 9.3 Kepadatan dan Berat Jenis 9.3.1 istilah Dasar Kepadatan , berat jenis , dan berat jenis yang didefinisikan dalam Chap . 5 sebagai berikut : Kepadatan r material didefinisikan sebagai massa per satuan volume . Unit kepadatan adalah pound ( slug ) per kaki kubik [ lb ( slug ) / ft3 ] atau kilogram per meter kubik ( kg/m3 ) . Berat jenis g didefinisikan sebagai berat per satuan volume material, yaitu , pound per kaki kubik ( Ib/ft3 ) atau newton per meter kubik ( N/m3 ) . Berat jenis ( SG ) dari cairan atau padat didefinisikan sebagai kepadatan materi dibagi dengan densitas air atau berat jenis bahan dibagi Kadar air alat ukur.

Kadar air bahan yang sangat penting dalam beberapa proses . Ada dua metode yang umum digunakan untuk mengukur kadar air , ini adalah dengan menggunakan microwave atau dengan mengukur pantulan dari bahan sinar inframerah .

Microwave penyerapan oleh uap air adalah metode yang digunakan untuk mengukur kelembaban dalam suatu material . Oven microwave ( 1 sampai 100 GHz ) diserap oleh uap air dalam materi. Amplitudo relatif ditransmisikan dan oven microwave melewati suatu material diukur . Rasio amplitudo ini adalah ukuran isi kelembaban material. Penyerapan inframerah menggunakan sinar infra merah , bukan gelombang mikro . Dua metode serupa . Dalam kasus inframerah , pengukuran didasarkan pada kemampuan bahan untuk menyerap dan menyebarkan radiasi infra merah ( pantulan ). Reflektansi tergantung pada komposisi kimia dan kadar air . Sebuah sinar inframerah diarahkan ke materi dan energi dari sinar tercermin diukur . itu panjang gelombang diukur dan amplitudo sinar tercermin dibandingkan dengan Insiden panjang gelombang dan amplitudo , perbedaan antara keduanya adalah terkait dengan kadar air. Metode lain untuk mengukur kadar air adalah dengan perubahan warna atau dengan penyerapan kelembaban bahan kimia tertentu dan mengukur perubahan massa , refleksi neutron , atau resonansi magnetik nuklir . pertimbangan aplikasi kelembaban . Meskipun, lampu basah dan kering adalah standar untuk melakukan pengukuran kelembaban relatif , lebih up to date dan mudah untuk membuat metode listrik seperti kapasitansi dan perangkat resistif yang sekarang tersedia dan akan digunakan dalam praktek . Perangkat ini kecil , kasar , handal , dan akurat dengan umur panjang yang tinggi , dan jika perlu dapat dikalibrasi oleh Institut Nasional Standar dan Teknologi ( NIST ) melawan diterima metode hygrometer gravimetri. Menggunakan metode ini , uap air dalam gas diserap oleh bahan kimia yang berbobot sebelum dan sesudah untuk menentukan jumlah uap air diserap dalam volume tertentu gas yang relatif kelembaban dapat dihitung.

dengan berat jenis air pada suhu tertentu. Specific gravity gas adalah / berat jenis densitas dibagi dengan / berat tertentu kepadatan udara pada 60 ° F dan tekanan 1 atmosfir (14,7 psia). Hubungan antara kepadatan dan berat spesifik diberikan oleh :

di mana g adalah percepatan gravitasi 32,2 ft/s2 atau 9,8 m/s2 tergantung pada unit sedang digunakan. Contoh 9.7 Berapakah massa dari bahan yang berat spesifik adalah 27 kN/m3?

Tabel 9.1 memberikan daftar kepadatan dan berat spesifik dari beberapa umum bahan . 9.3.2 alat ukur kepadatan Hidrometer adalah perangkat paling sederhana untuk mengukur berat atau kepadatan tertentu cairan . Perangkat ini terdiri dari sebuah tabung kaca lulus , dengan berat di salah satu ujungnya, yang menyebabkan perangkat untuk mengapung dalam posisi tegak.

Perangkat tenggelam dalam cairan sampai titik keseimbangan antara berat badan dan daya apung adalah tercapai. Berat atau kepadatan tertentu kemudian dapat dibaca langsung dari wisuda pada tabung . Alat tersebut ditunjukkan pada Gambar . 9.7a . Thermohydrometer merupakan kombinasi dari hydrometer dan termometer , sehingga baik spesifik berat / kepadatan dan suhu dapat direkam dan spesifik berat / kepadatan dikoreksi dari tabel lookup untuk variasi suhu meningkatkan akurasi pembacaan .

Hydrometers induksi digunakan untuk mengkonversi berat atau kepadatan tertentu cair menjadi sinyal listrik . Dalam hal ini , volume tetap cair yang ditetapkan oleh tabung overflow digunakan dalam jenis setup ditunjukkan pada Gambar. 9.7b , perpindahan perangkat , atau hydrometer , memiliki besi lunak atau metal core yang sama terpasang.

Inti adalah diposisikan dalam kumparan yang merupakan bagian dari rangkaian jembatan . Sebagai kepadatan / spesifik

dengan berat jenis air pada suhu tertentu. Specific gravity gas adalah / berat jenis densitas dibagi

dengan / berat tertentu kepadatan udara pada 60 F dan tekanan 1 atmosfir (14,7 psia). Hubungan antara kepadatan dan berat spesifik diberikan oleh :

di mana g adalah percepatan gravitasi 32,2 ft/s2 atau 9,8 m/s2 tergantung pada unit sedang digunakan. Contoh 9.7 Berapakah massa dari bahan yang berat spesifik adalah 27 kN/m3?

Gambar 9.7 (a) A hydrometer dasar, (b) Sebuah hidrometer induksi.

berat perubahan cair, gaya apung pada perangkat perpindahan perubahan. Gerakan ini dapat diukur dengan kumparan dan dikonversi menjadi kepadatan membaca. Sensor getaran merupakan metode alternatif untuk mengukur kepadatan cairan (lihat Gambar. 9.8a). Cairan dilewatkan melalui tabung U yang memiliki gunung fleksibel sehingga bahwa hal itu dapat bergetar bila didorong dari sumber luar. Amplitudo getaran menurun sebagai berat atau kepadatan meningkat cairan tertentu, sehingga bahwa dengan mengukur amplitudo getaran berat / kepadatan tertentu dapat dihitung. Tekanan di dasar kolom cairan tinggi dikenal (h) dapat diukur untuk menentukan kepadatan dan berat jenis cairan. Kepadatan Cairan diberikan oleh :

Figure 9.8 Metode alternatif untuk pengukuran kepadatan adalah (a) sensor getaran dan (b) sistem bubbler.

Berat spesifik diberikan oleh :

Contoh 9.8 Berapakah tekanan di dasar kolom cairan jika ketinggian kolom adalah 298 cm dan kepadatan cairan adalah 1,26 × 103 kg/m3?

Berat volume diketahui cairan dapat digunakan untuk menentukan kepadatan, yaitu, wadah volume diketahui dapat diisi dengan cairan dan berbobot penuh dan kosong. Perbedaan berat memberikan bobot cairan, dari mana kepadatan dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:

di mana: Wf = berat wadah + cair Wc = berat wadah

Vol = volume wadah Bubblers diferensial dapat digunakan untuk mengukur kepadatan cairan atau berat tertentu. Gambar 9.8B menunjukkan setup menggunakan sistem bubbler. Dua pasokan udara yang digunakan untuk memasok dua tabung yang ujungnya berada pada kedalaman yang berbeda dalam suatu cairan, perbedaan di udara tekanan antara dua pasokan udara secara langsung berkaitan dengan kerapatan cairan dengan persamaan berikut:

di mana :

AP adalah perbedaan tekanan dan Δh perbedaan ketinggian dari bagian bawah dari dua tabung.

Contoh 9.9 Berapakah densitas cairan dalam sistem bubbler jika tekanan 500 Pa dan 23 kPa diukur pada kedalaman 15 cm dan 6,5 m, masing-masing?

Sensor kepadatan Radiasi terdiri dari sumber radiasi yang terletak di salah satu sisi pipa atau wadah dan perangkat penginderaan di sisi lain. Sensor dikalibrasi dengan pipa atau wadah kosong , dan kemudian diisi . Setiap perbedaan dalam diukur radiasi disebabkan oleh kepadatan cairan yang kemudian dapat dihitung . Kepadatan gas biasanya diukur dengan merasakan frekuensi getaran dari baling-baling dalam gas , atau dengan menimbang volume gas dan membandingkannya dengan berat volume yang sama dari

udara . 9.3.3 pertimbangan aplikasi kepadatan Idealnya , ketika mengukur kepadatan cairan , harus ada agitasi untuk memastikan kepadatan seragam di seluruh cairan. Hal ini untuk menghindari gradien densitas karena gradien suhu dalam pencampuran cair dan tidak lengkap dari cairan pada temperatur yang berbeda . Agitasi yang berlebihan harus dihindari. Peralatan pengukur kepadatan yang tersedia untuk suhu ekstrim dan tekanan , yaitu , 150-600 ° F dan tekanan lebih dari 1000 psi . kapan mengukur korosif , kasar , cairan yang mudah menguap , dan sejenisnya , perangkat radiasi harus dipertimbangkan . 9.4 Viskositas 9.4.1 istilah Dasar Viskositas m dalam fluida adalah resistensi terhadap perubahan yang bentuk , yang karena tarik molekul dalam cairan yang tahan perubahan karena aliran atau gerakan . Ketika sebuah gaya yang diterapkan pada cairan saat istirahat , lapisan molekul dalam cairan cenderung untuk meluncur di atas satu sama lain seperti ditunjukkan pada Gambar . 9.9a . Gaya F menolak gerak dalam cairan diberikan oleh :

dimana A = batas kawasan dipindahkan V = kecepatan batas bergerak y = jarak antara batas-batas m = koefisien viskositas, atau viskositas dinamis Unit pengukuran harus konsisten. Sheer stres t adalah gaya per satuan luas dan diberikan dalam rumus berikut:

di mana t adalah tegangan geser atau gaya per satuan luas.

Gambar 9.9 Ilustrasi ( a) aliran laminar Newtonian dan ( b ) drag - jenis viskometer .

Jika F adalah dalam pound , A di kaki persegi , V dalam meter per detik , dan y di kaki , maka m

dalam pound per detik kaki persegi . Sedangkan, jika F adalah newton , A di alun-alun meter, V

dalam meter per detik , dan y dalam meter , maka m adalah dalam hitungan detik newton per meter

persegi.

Daftar sampel viskositas cairan diberikan dalam Tabel 9.2 . Unit standar viskositas adalah

ketenangan itu , di mana sentipoise ( poise/100 ) adalah viskositas air pada 68,4 ° F. Konversi

diberikan dalam Tabel 7.1 . ( 1 centipoise = 2,09 × 10-5 lb s/ft2 ) .

Ketika suhu tubuh meningkat yang , lebih banyak energi yang disampaikan kepada atom membuat

mereka lebih aktif dan dengan demikian secara efektif mengurangi molekul tarik. Hal ini pada

gilirannya akan mengurangi daya tarik antara lapisan fluida menurunkan viskositas , yaitu , viskositas

menurun dengan meningkatnya suhu .

Fluida Newtonian adalah cairan yang menunjukkan hanya aliran laminar seperti ditunjukkan pada

Gambar . 9.9a dan konsisten dengan suhu . Hanya cairan newtonian akan dipertimbangkan .

Non - Newtonian dinamika fluida yang kompleks dan dianggap di luar lingkup teks ini .

9.4.2 alat ukur Viskositas

Alat ukur kekentalan atau viscosimeters digunakan untuk mengukur ketahanan terhadap gerakan

cairan dan gas . Beberapa jenis instrumen telah dirancang untuk mengukur viskositas , seperti inline

jatuh silinder viskometer , hambatan - jenis

viskometer, dan viskometer Saybolt Universal . Laju kenaikan gelembung di cairan juga dapat digunakan untuk memberikan ukuran viskositas cairan. Jatuhnya silinder viskometer menggunakan prinsip bahwa sebuah objek ketika jatuh menjadi cairan akan turun ke bagian bawah kapal pada tingkat bunga tetap , tingkat keturunan ditentukan oleh ukuran, bentuk , kepadatan objek , dan kerapatan dan viskositas cairan . Semakin tinggi viskositas , semakin lama objek akan diperlukan untuk mencapai bagian bawah kapal . Perangkat jatuh silinder mengukur tingkat keturunan dari silinder dalam cairan dan berkorelasi tingkat keturunan ke viskositas cairan . Memutar disc viskometer adalah perangkat drag- tipe . Perangkat ini terdiri dari dua konsentris silinder dan ruang antara dua silinder diisi dengan cairan yang diukur , seperti ditunjukkan pada Gambar . 9.9b . Silinder bagian dalam didorong oleh motor listrik dan gaya pada silinder luar diukur dengan mencatat nya gerakan melawan pegas torsi , viskositas cairan maka dapat ditentukan . The Saybolt instrumen mengukur waktu dengan jumlah tertentu cairan mengalir melalui ukuran orifice standar atau tabung kapiler dengan bore akurat . itu waktu diukur dalam detik Saybolt , yang secara langsung berkaitan dan dapat dengan mudah dikonversikan ke satuan viskositas lainnya . Contoh 9.10 Dua pelat sejajar yang dipisahkan oleh 0,45 di dipenuhi dengan cairan dengan viskositas 7,6 × 10-4 lb.s/ft2 . Berapakah gaya yang bekerja pada 1 ft2 piring , jika yang lain plate diberi kecepatan 4,4 ft / s ?

9.5 Pengukuran pH

9.5.1 istilah Dasar

Dalam banyak operasi proses , air murni dan netral diperlukan untuk membersihkan atau

menipiskan bahan kimia lainnya , yaitu , air tidak asam atau alkali . air mengandung baik ion

hidrogen dan ion hidroksil . Ketika ion ini dalam rasio yang benar air netral . Kelebihan ion hidrogen

menyebabkan air menjadi asam dan bila ada kelebihan ion hidroksil , air bersifat basa . pH

(power hidrogen ) air adalah ukuran keasaman atau alkalinitas ; netral air memiliki nilai pH 7 pada 77

° F ( 25 ° C ) . Ketika air menjadi asam yang nilai pH menurun . Sebaliknya, ketika air menjadi basa

nilai pH meningkat.

Nilai pH menggunakan log ke basis 10 skala , yaitu , perubahan pH 1 Unit berarti bahwa konsentrasi

ion hidrogen meningkat ( atau menurun ) dengan faktor 10 dan perubahan dari 2 unit pH berarti

konsentrasi memiliki berubah dengan faktor 100 . Nilai pH diberikan oleh pH = log10 [ konsentrasi

ion 1/hydrogen ] ( 9.13 ) Nilai pH cairan dapat berkisar dari 0 sampai 14. Konsentrasi ion hidrogen

adalah dalam gram per liter , yaitu , pH 4 berarti bahwa konsentrasi ion hidrogen adalah 0,0001 g / l

pada 25 ° C. Asam klorida atau sulfat yang kuat akan memiliki pH 0 ke 1 .

4 % pH soda kaustik = 14 Lemon dan jeruk jus pH = 2 sampai 3 PH Amonia adalah sekitar 11

Contoh 9.11 Isi ion hidrogen dalam air pergi dari 0,15 g / L untuk 0,0025 g / L.

Berapa mengubah pH ?

9.5.2 alat ukur pH PH ini biasanya diukur dengan indikator kimia atau dengan pH meter . final warna indikator kimia tergantung pada konsentrasi ion hidrogen ; mereka akurasi hanya 0,1-0,2 unit pH . Untuk indikasi asam , alkali , atau netral air , kertas lakmus yang digunakan , ternyata merah muda ketika asam , biru ketika alkali , dan tetap putih jika netral . Sebuah sensor pH biasanya terdiri dari elektroda sensing dan elektroda referensi direndam dalam larutan uji yang membentuk sel elektrolit , seperti yang ditunjukkan pada Gambar . 9.10a . Satu elektroda berisi kalium klorida jenuh ( basa ) solusi untuk bertindak sebagai referensi , elektroda elektrik terhubung ke tes solusi melalui persimpangan cair. Elektroda lainnya mengandung buffer yang set elektroda kontak dengan sampel cair. Elektroda dihubungkan untuk penguat diferensial , yang menguatkan perbedaan tegangan antara elektroda , memberikan tegangan output yang sebanding dengan pH larutan . Gambar 9.10b menunjukkan elektroda pH penginderaan . 9.5.3 pertimbangan aplikasi pH PH air netral bervariasi dengan suhu , yaitu , air netral memiliki pH dari sekitar 7,5 pada 32 ° F dan sekitar 6 pada 212 ° F. sistem pH biasanya secara otomatis suhu kompensasi . alat uji pH harus tetap bersih dan bebas dari kontaminasi . Kalibrasi peralatan uji dilakukan dengan komersial larutan buffer yang tersedia dengan nilai pH dikenal . Sekali lagi , membersihkan antara setiap pembacaan sangat

penting untuk mencegah kontaminasi

Gambar 9.10 Menunjukkan set up (a) sensor pH dan (b) elektroda pH penginderaan

BAB 10

SENSOR LAIN

10.1 Pendahuluan

Ada banyak sensor selain level, tekanan , aliran , dan suhu yang tidak dapat ditemui pada hari ke hari

- seperti posisi , kekuatan , asap , dan sensor - tapi kimia memainkan peranan yang sama penting

dalam pengendalian proses industri teknologi tinggi saat ini dan / atau untuk perlindungan operator.

sensor ini tidak akan dibahas dalam serinci sensor sudah dibahas . Namun, siswa harus menyadari

keberadaan dan operasi mereka.

10.2 Posisi dan Motion Sensing

10.2.1 definisi posisi Dasar

Banyak proses industri membutuhkan kedua posisi linear dan angular dan gerak pengukuran . Ini

diperlukan dalam robotika , rolling mills , operasi mesin , aplikasi alat numerik dikontrol , dan

konveyor . Dalam beberapa aplikasi juga diperlukan untuk mengukur kecepatan , akselerasi , dan

getaran . beberapa transduser menggunakan perangkat penginderaan posisi untuk mengubah suhu

dan / atau tekanan menjadi unit listrik dan pengendali dapat menggunakan perangkat penginderaan

posisi untuk memantau posisi katup disesuaikan untuk kontrol umpan balik .

Posisi absolut adalah jarak diukur terhadap referensi tetap titik dan dapat diukur setiap kali

kekuasaan diterapkan .

Posisi Incremental adalah ukuran dari perubahan posisi dan tidak dirujuk ke titik tetap . Jika daya

terganggu , perubahan posisi tambahan hilang . Sebuah referensi posisi tambahan seperti limit

switch biasanya digunakan dengan jenis sensor . Jenis penginderaan dapat memberikan posisi yang

sangat akurat dari satu komponen terhadap yang lain dan digunakan ketika membuat piring master

tooling dan sejenisnya .

Gerak lurus diukur dengan jarak dilalui dalam waktu tertentu , kecepatan saat bergerak pada

kecepatan konstan , atau percepatan ketika kecepatan adalah perubahan dalam garis lurus .

Posisi sudut adalah pengukuran perubahan posisi dari titik sekitar sumbu tetap diukur dalam derajat

atau radian , di mana satu putaran lengkap 360 ° atau 2p radian . Derajat rotasi poros dapat menjadi

absolut atau inkremental . Jenis sensor juga digunakan dalam berputar peralatan untuk mengukur

kecepatan rotasi serta posisi poros dan untuk mengukur torsi perpindahan . Arc - menit adalah

perpindahan sudut dari 1/60 derajat .

Gerak angular adalah ukuran tingkat rotasi . Kecepatan sudut adalah ukuran dari tingkat rotasi

ketika berputar pada kecepatan konstan sekitar titik tetap atau sudut akselerasi ketika kecepatan

rotasi berubah .

Velocity atau kecepatan adalah laju perubahan posisi . Ini bisa menjadi pengukuran linear , yaitu ,

kaki per detik ( ft / s ) , meter per detik ( m / s ) , dan sebagainya , atau pengukuran sudut , yaitu

derajat per detik , radian per detik , tarif per menit ( r / m ) , dan sebagainya .

Percepatan adalah laju perubahan kecepatan , yaitu , kaki per detik kuadrat ( ft/s2 ) , meter per detik

kuadrat ( m/s2 ) , dan sejenisnya untuk gerak linier , atau derajat per detik kuadrat , radian per detik

kuadrat , dan sejenisnya , dalam kasus gerak rotasi .

Getaran adalah ukuran dari gerak periodik tentang titik acuan tetap atau gemetar yang dapat terjadi

dalam proses karena perubahan tekanan tiba-tiba, shock, atau pembebanan tak seimbang dalam

peralatan rotasi .

Percepatan Puncak 100 g dapat terjadi selama getaran yang dapat menyebabkan fraktur atau

kehancuran diri sendiri .

Sensor getaran yang digunakan untuk memantau bantalan rol berat seperti yang digunakan dalam

rolling mills , getaran yang berlebihan menunjukkan kegagalan dalam bantalan atau kerusakan pada

bagian-bagian berputar yang kemudian dapat diganti sebelum serius kerusakan terjadi.

10.2.2 Posisi dan alat ukur gerak

Potensiometer adalah metode yang mudah untuk mengubah perpindahan dalam

sensor ke variabel listrik . The wiper atau slider lengan potensiometer linear dapat mekanis

dihubungkan ke bagian bergerak dari sensor . dimana rotasi terlibat , tipe rotasi tunggal atau

multiturn ( hingga 10 putaran ) potensiometer dapat digunakan . Untuk stabilitas , perangkat kawat -

luka harus digunakan , tetapi dalam kondisi - ramah lingkungan , masa potensiometer mungkin

dibatasi oleh kotoran , kontaminasi , dan memakai .

Linear transformator diferensial variabel ( LVDT ) adalah alat yang digunakan untuk mengukur jarak

kecil dan merupakan alternatif untuk potensiometer . itu perangkat terdiri dari kumparan primer

dengan dua gulungan sekunder satu di kedua sisi primer . ( lihat Gambar . 10.1a ) . Inti Amovable

ketika terpusat ditempatkan di primer akan memberikan kopling sama dengan masing-masing

kumparan sekunder . Ketika tegangan ac diterapkan untuk primer , tegangan yang sama akan

diperoleh dari gulungan sekunder yang dilengkapi di dalam seri oposisi untuk memberikan nol

tegangan output, seperti yang ditunjukkan pada Gambar . 10.1b.

Ketika inti sedikit pengungsi yang proporsional tegangan output untuk perpindahan tersebut akan

diperoleh . Perangkat ini tidak biaya seefektif potensiometer tetapi memiliki keuntungan menjadi

noncontact . Output yang elektrik terisolasi , akurat , dan memiliki umur panjang lebih baik dari

potensiometer .

Interferensi cahaya laser digunakan untuk sangat akurat pengukuran posisi tambahan . Cahaya

monokromatik ( frekuensi tunggal ) dapat dihasilkan dengan laser dan collimated menjadi sinar

sempit . Balok tercermin oleh cermin yang terpasang ke objek bergerak yang menghasilkan pinggiran

gangguan dengan kejadian cahaya ketika bergerak . Pinggiran dapat dihitung sebagai cermin

bergerak . Panjang gelombang dari cahaya yang dihasilkan oleh laser adalah sekitar 5 × 10-7 m ,

sehingga posisi relatif akurasi ini lebih dari jarak 1/2 sampai 1 m dicapai .

Perangkat ultrasonik , inframerah , laser, dan microwave dapat digunakan untuk jarak pengukuran.

Waktu untuk sebuah pulsa energi untuk melakukan perjalanan ke sebuah obyek dan tercermin

kembali ke penerima diukur , dari mana jarak dapat dihitung , yaitu ,

Gambar 10.1 Menunjukkan adalah ( a) LVDT dengan inti bergerak dan tiga gulungan dan ( b ) tegangan sekunder terhadap perpindahan inti untuk koneksi ditampilkan .

kecepatan gelombang ultrasonik adalah 340 m / s dan kecepatan cahaya dan gelombang mikro adalah 3 × 108 m / s . Gelombang ultrasonik dapat digunakan untuk mengukur jarak dari 1 sampai 50 m , sedangkan cahaya dan gelombang mikro yang digunakan untuk mengukur jarak yang lebih jauh. Jika suatu benda bergerak efek Doppler dapat digunakan untuk menentukan kecepatan . Efek Doppler adalah perubahan frekuensi gelombang tercermin disebabkan oleh gerak objek. Perbedaan frekuensi antara ditransmisikan dan sinyal yang dipantulkan dapat digunakan untuk menghitung kecepatan objek. Sensor efek hall mendeteksi perubahan kekuatan medan magnet dan digunakan sebagai pelindung dekat. The efek Hall terjadi pada perangkat semikonduktor dan ditunjukkan pada Gambar . 10.2a . Tanpa medan magnet arus mengalir langsung melalui pelat semikonduktor dan tegangan Hall adalah nol. Di bawah pengaruh lapangan magnet , seperti yang ditunjukkan , jalan saat ini di pelat semikonduktor menjadi melengkung , memberikan tegangan Balai antara sisi yang berdekatan dengan input / output saat ini. Dalam Gambar . 10.2ba Balai perangkat efek digunakan untuk mendeteksi rotasi dari roda gigi . Sebagai roda bergerak melewati perangkat Hall, kekuatan medan magnet sangat ditingkatkan menyebabkan peningkatan tegangan Hall. Perangkat itu dapat digunakan untuk mengukur linier serta rotasi posisi atau kecepatan dan juga dapat digunakan sebagai limit switch . Magneto resistif elemen ( MRE ) adalah pergantian ke perangkat efek Hall . di kasus MRE resistance berubah dengan kekuatan medan magnet. Perangkat optik mendeteksi gerakan dengan merasakan ada atau tidak adanya cahaya . Gambar 10.3 menunjukkan dua jenis cakram optik yang digunakan dalam penginderaan rotasi . Gambar 10.3A menunjukkan tambahan poros optik encoder. Cahaya dari dioda pemancar cahaya (LED) bersinar melalui jendela di disk ke array dioda. Sebagai poros berubah , posisi gambar bergerak sepanjang array dioda.

Pada akhir array , citra slot berikutnya adalah pada awal array . relatif posisi roda sehubungan dengan lokasi sebelumnya dapat diperoleh dengan menghitung jumlah dioda dilalui dan mengalikannya dengan jumlah slot dipantau . The array dioda meningkatkan akurasi posisi slot ,

yaitu , resolusi sensor adalah 360 ° dibagi dengan jumlah

Gambar 10.2 Tampil adalah pelat semikonduktor digunakan sebagai (a) perangkat efek Hall dan (b) aplikasi dari efek Hall perangkat untuk mengukur kecepatan dan posisi roda gigi

Gambar 10.3 Shows (a) cakram optik tambahan, (b) posisi absolut cakram optik, dan (c) accelerometer piezoelektrikof

slot di disk dibagi dengan jumlah dioda dalam array . Slot dapat juga digantikan oleh strip reflektif , dalam hal ini cahaya dari LED adalah dipantulkan kembali ke array photodiode . Hanya satu slot di disk diperlukan untuk mengukur tingkat per menit . Gambar 10.3b menunjukkan posisi encoder mutlak. Array LED ( satu untuk setiap jendela ) dengan detektor foto yang sesuai untuk setiap jendela dapat memberikan posisi roda setiap saat . Hanya tiga jendela yang ditunjukkan pada gambar , untuk akurasi yang lebih besar lebih slot akan digunakan . Pola ditampilkan pada disk adalah untuk kode abu-abu . Pola lainnya dapat digunakan pada disk seperti kode biner . Perangkat optik memiliki banyak kegunaan dalam industri selain untuk pengukuran dari posisi dan kecepatan berputar peralatan . Perangkat optik yang digunakan untuk menghitung objek pada sabuk conveyer pada lini produksi , pengukuran dan pengendalian dari kecepatan sebuah ban berjalan , lokasi dan posisi objek pada conveyer a , lokasi tanda pendaftaran untuk penyelarasan , bar code membaca , pengukuran dan kontrol ketebalan , dan mendeteksi untuk istirahat dalam filamen dan sebagainya . Kekuatan laser juga dapat disertakan dengan perangkat optik seperti yang biasa digunakan untuk memotong dan mesin logam , laminasi , dan sejenisnya . Accelerometers merasakan perubahan kecepatan dengan mengukur kekuatan yang dihasilkan oleh perubahan dalam kecepatan massa dikenal ( massa seismik ) , lihat Persamaan . ( 10.1 ) . perangkat ini dapat dibuat dengan massa kantilever dan strain gauge untuk pengukuran gaya atau dapat menggunakan teknik pengukuran kapasitif. Accelerometers sekarang tersedia secara komersial , dibuat dengan menggunakan teknik micromachining . Perangkat dapat sekecil 500 pM × 500 pM , sehingga pemuatan efektif dengan accelerometer pengukuran yang sangat kecil . Perangkat ini massa seismik kantilever kecil yang menggunakan perubahan kapasitif untuk memantau posisi massa.

Piezoelektrik perangkat serupa dengan yang ditunjukkan pada Gambar . 10.3c juga digunakan untuk mengukur percepatan . Massa seismik menghasilkan gaya pada elemen piezoelektrik saat percepatan yang menyebabkan tegangan yang akan dikembangkan di seluruh elemen. Accelerometers digunakan dalam industri untuk pengukuran perubahan dalam kecepatan peralatan bergerak , dalam industri otomotif sebagai sensor kecelakaan untuk kantong udara penyebaran , dan peti pengiriman mana perekam baterai dioperasikan digunakan untuk mengukur kejutan selama pengiriman peralatan mahal dan rapuh . Sensor getaran biasanya menggunakan perangkat percepatan untuk mengukur getaran . Accelerometers micromachined membuat sensor getaran yang baik untuk frekuensi hingga sekitar 1 kHz . Perangkat piezoelektrik membuat sensor getaran yang baik dengan sangat baik respon frekuensi tinggi untuk frekuensi hingga 100 kHz . Perangkat ini memiliki massa yang sangat rendah sehingga efek redaman minimal . Sensor getaran yang digunakan untuk pengukuran getaran pada bantalan alat berat dan garis tekanan. 10.2.3 aplikasi Posisi pertimbangan Posisi sensor optik membutuhkan kondisi operasi bersih dan kotor atau lingkungan - aplikasi tidak ramah mereka digantikan oleh Hall atau MRE perangkat di kedua aplikasi rotasi dan linear . Perangkat ini kecil , disegel , dan kasar dengan umur panjang yang sangat tinggi dan akan beroperasi dengan benar dalam cairan , dalam lingkungan yang kotor , atau di daerah yang terkontaminasi . Perangkat optik dapat digunakan untuk membaca kode bar pada wadah dan pencitraan . Sensor di lokasi terpencil dapat didukung oleh sel surya yang jatuh ke cahaya kategori sensor . 10.3 Force, torsi , dan Load Cells 10.3.1 definisi dasar kekuatan dan torsi Banyak aplikasi di industri memerlukan pengukuran kekuatan atau beban . kekuatan adalah vektor dan bertindak dalam garis lurus , bisa melalui pusat massa , atau diimbangi dari pusat massa untuk menghasilkan torsi , atau dengan dua kekuatan pasangan . Angkatan dapat diukur dengan perangkat seperti strain gages. Dalam aplikasi lain di mana beban atau berat diperlukan untuk diukur sensor dapat menjadi beban sel . Massa adalah ukuran kuantitas materi dalam volume tertentu dari sebuah objek . Angkatan adalah istilah yang berhubungan massa suatu benda percepatan dan tindakan melalui pusat massanya , seperti gaya yang dibutuhkan untuk mempercepat massa di sebuah diberikan tingkat . Pasukan ditentukan oleh besar dan arah dan diberikan oleh berikut :

Force (F ) = mass (m) × acceleration (a) (10.1)

Contoh 10.1 Apa gaya yang dibutuhkan untuk mempercepat massa 27 kg pada 18 m/s2?

Berat suatu benda adalah gaya pada massa akibat tarikan gravitasi, yang memberikan berikut :

Contoh 10.2 Berapa massa dari blok logam yang beratnya £ 29?

Torsi terjadi ketika gaya yang bekerja pada tubuh cenderung menyebabkan tubuh untuk memutar dan didefinisikan oleh besarnya gaya kali jarak tegak lurus dari garis aksi gaya ke pusat rotasi (lihat Gambar. 10.4A). Unit torsi adalah pound (lb), kaki (ft), atau meter newton (N ⋅ m). Torsi kadang-kadang disebut sebagai momen gaya, dan diberikan oleh:

Sepasang suami istri terjadi ketika dua kekuatan paralel amplitudo yang sama, tetapi yang sebaliknya arah, yang bekerja pada suatu benda menyebabkan rotasi, seperti ditunjukkan pada Gambar. 10.4b dan diberikan oleh persamaan berikut:

10.3.2 Force dan alat ukur torsi Angkatan dan berat dapat diukur dengan perbandingan seperti dalam keseimbangan tuas-jenis yang merupakan sistem ON / OFF. Keseimbangan musim semi atau beban sel dapat digunakan untuk menghasilkan sinyal listrik yang diperlukan di sebagian besar aplikasi industri. Keseimbangan analitis atau tuas adalah perangkat yang sederhana dan akurat, dan beroperasi pada prinsip torsi perbandingan. Gambar 10.4c menunjukkan diagram keseimbangan

Gambar 10.4 Jenis pasukan yang ditampilkan adalah (a) torsi, (b) pasangan, dan (c) kekuatan yang seimbang.

Ketika keseimbangan torsi pada satu sisi titik tumpu adalah sama dengan torsi pada sisi lain dari titik tumpu, dari mana kita mendapatkan berikut:

dimana W1 adalah berat pada L jarak dari titik tumpu dan W2 counter balancing berat pada jarak R dari titik tumpu. Contoh 10.3 Dua pon kentang sedang tertimbang dengan keseimbangan, meja berat pada keseimbangan adalah £ 0,5 Jika lengan keseimbangan dari kentang ke titik tumpu adalah 6 di lama, seberapa jauh dari titik tumpu harus dengan perimbangan ditempatkan?

Pegas transducer adalah sebuah perangkat yang mengukur berat badan dengan mengukur defleksi dari musim semi ketika berat diterapkan, seperti ditunjukkan pada Gambar. 10.5a. defleksi pegas adalah sebanding dengan berat diterapkan (tersedia musim semi tidak stres), sesuai dengan persamaan berikut:

dimana F = gaya dalam pound atau newton

K = konstanta pegas dalam pound per inci atau newton per meter d = defleksi pegas dalam inci atau meter Contoh 10.4 Bila wadah ditempatkan pada neraca pegas dengan perpanjangan konstan £ 65 / in (11,6 kg / cm) musim semi membentang 3,2 (8,1 cm). Apa berat wadah?

gambar 10.5 Angkatan alat ukur (a) neraca pegas dan (b) menggunakan tekanan untuk mengukur kekuatan.

Perangkat hidrolik dan pneumatik dapat digunakan untuk mengukur kekuatan. Hal ini dapat dilakukan dengan memonitor tekanan dalam silinder ketika gaya (pound atau newton) diterapkan untuk piston seperti ditunjukkan pada Gambar. 10.5b, hubungan antara gaya (F) dan Tekanan (p) diberikan oleh :

di mana A adalah luas piston. Contoh 10.5 Berapakah gaya yang bekerja pada 14-in (35,6 cm) diameter piston, jika tekanan pengukuran membaca 22 psi (152 kPa)?

Perangkat piezoelektrik , seperti disebutkan sebelumnya , menghasilkan muatan listrik antara wajah-wajah yang berlawanan dari kristal ketika kristal adalah cacat oleh kekuatan yang membuat mereka cocok untuk digunakan sebagai sensor gaya ( lihat Gambar . 10.3c ) . banyak kristal menunjukkan efek piezoelektrik . Beberapa kristal umum adalah sebagai berikut : Kuarsa garam Rochelle lithium sulfat Tourmaline Perangkat kuarsa memiliki sensitivitas yang baik tetapi memiliki impedansi output yang tinggi. itu tegangan output melayang di bawah beban rendah karena kebisingan dan suhu efek , tetapi juga cocok untuk mengukur kekuatan yang berubah dengan cepat serta kekuatan statis . Tarik dan kekuatan tekan diukur dengan pengukur regangan ; strain pengukur dapat menggunakan bahan piezoresistif atau jenis lainnya dari bahan yang berubah perlawanan mereka di bawah tekanan .

Gambar 10.6A menunjukkan penggunaan strain gauge untuk mengukur regangan pada suatu benda padat di bawah tekanan dari kekuatan tarik , dalam hal ini bahan bawah ketegangan memanjang dan menyempit . Pengukur regangan , seperti yang ditunjukkan , adalah digunakan untuk mengukur stres dalam suatu material dari mana sifat material dapat dihitung . Sebuah strain gauge dapat digunakan untuk mengukur stres dari tekan kekuatan seperti ditunjukkan pada Gambar . 10.6b . Sebuah objek di bawah kekuatan tekan akan mempersingkat dan menggemukkan dan ketegangan dapat diukur . Pengukuran berat badan dilakukan dengan sel beban yang dapat kapasitif , elektromagnetik , menggunakan elemen piezoelektrik , atau pengukur regangan . Sebuah sel beban kapasitif ditunjukkan pada Gambar . 10.6c . Kapasitansi diukur antara piring tetap dan diafragma. Diafragma bergerak ke arah plat tetap pada saat kekuatan atau tekanan diterapkan , memberikan perubahan proporsional kapasitif untuk memaksa. Dynamometer adalah perangkat yang menggunakan twist atau membungkuk di poros karena torsi untuk mengukur kekuatan . Satu perangkat tersebut adalah kunci momen yang digunakan untuk mengencangkan

Gambar 10.6 Contoh ( a) benda padat di bawah tekanan tarik , ( b ) suatu benda padat di bawah kompresi , dan ( c ) sel beban kapasitif . baut ke tingkat set,yang dapat diminta di beberapa perumahan katup. The diijinkan torsi untuk perakitan yang tepat akan diberikan dalam spesifikasi pabrikan. Itu twist dalam poros dari motor dapat digunakan untuk mengukur output torsi dari motor . 10.3.3 Force dan pertimbangan aplikasi torsi Dalam sebagian besar aplikasi kompensasi harus dibuat untuk efek suhu . Transduser listrik dapat dikompensasi dengan menggunakan mereka dalam rangkaian jembatan dengan perangkat kompensasi di lengan berdekatan jembatan. Perubahan materi Karakteristik karena perubahan suhu dapat dikompensasikan dengan menggunakan suhu sensor dan menerapkan faktor koreksi untuk pengukuran . getaran juga dapat menjadi masalah ketika mengukur kekuatan , tapi ini biasanya dapat diperbaiki dengan meredam pergerakan sistem pengukuran. 10.4 Asap dan Kimia Sensor Deteksi asap , radiasi , dan bahan kimia sangat penting dalam industri pengolahan tidak hanya yang berkaitan dengan keselamatan manusia dan kontrol pencemaran lingkungan baik atmosfer dan tanah , tetapi juga digunakan dalam proses aplikasi kontrol untuk mendeteksi keberadaan , ketiadaan , atau tingkat kotoran dalam pengolahan bahan kimia. Detektor asap dan sensor panas ( penyiram otomatis ) sekarang biasa dalam industri untuk perlindungan orang-orang , peralatan , dan pemantauan dan kontrol reaksi kimia . Detektor asap biaya rendah menggunakan penginderaan inframerah atau kamar ionisasi tersedia secara komersial . Banyak proses industri menggunakan berbagai gas dalam pengolahan - seperti gas inert ( nitrogen ) - untuk mencegah kontaminasi dari oksigen di udara , atau sebaliknya , gas atau bahan kimia dapat diperkenalkan untuk memberikan reaksi yang diinginkan.

Oleh karena itu diperlukan untuk dapat memantau , mengukur , dan mengendalikan berbagai macam gas dan bahan kimia. berbagai awide sensor gas dan kimia yang tersedia. Dari jumlah tersebut, Taguchi – jenis sensor adalah salah satu jenis yang lebih umum dari sensor . 10.4.1 Asap dan pengukuran kimia perangkat Sensor infra merah mendeteksi perubahan sinyal yang diterima dari emisi cahaya dioda karena adanya asap di jalan cahaya atau adanya obyek di jalan cahaya . Kamar ionisasi adalah perangkat yang mendeteksi kebocoran arus antara dua piring yang memiliki tegangan antara mereka. Kebocoran terjadi ketika partikel karbon dari asap yang hadir dan memberikan jalur konduktif antara pelat . Taguchi - jenis sensor yang digunakan untuk mendeteksi gas hidrokarbon , seperti karbon monoksida dan dioksida , metana , dan propana . The Taguchi sensor memiliki elemen dilapisi dengan oksida timah yang menggabungkan dengan hidrokarbon untuk memberikan perubahan hambatan listrik yang dapat dideteksi . Periodik unsur dipanaskan dan reaksi kimia dibalik, mengurangi lapisan kembali ke timah oksida. Demikian juga , proses penginderaan dapat diulang . The tin oxide dapat dibuat peka terhadap hidrokarbon yang berbeda dengan menggunakan oksida yang berbeda dari timah , deposisi yang berbeda teknik , dan sebagainya . 10.4.2 Asap dan aplikasi kimia pertimbangan Banyak bahan kimia berbahaya, korosif , beracun , dan - tidak ramah lingkungan adalah digunakan dalam industri pengolahan . Bahan kimia ini membutuhkan pemantauan yang cermat selama penggunaan , transportasi , dan penanganan . Dalam teks dasar tidak mungkin untuk menutupi ketersediaan dan tindakan pencegahan dalam aplikasi mereka sensor yang disebutkan di atas ' , tetapi hanya untuk membuat siswa menyadari keberadaan mereka . Laboratorium analisis dan kontrol kamar harus memenuhi kode , informasi lebih lanjut dapat diperoleh dari seri ISA RP 60 praktek. Semua pabrik pengolahan dan laboratorium akan memiliki sistem alarm yang dapat mematikan operasi tertentu jika terjadi masalah . Sistem ini secara teratur diuji dan sering digandakan untuk menyediakan built -in gagal-aman fitur seperti sebagai redundansi sebagai perlindungan terhadap kegagalan sensor . 10,5 Sound and Light 10.5.1 Suara dan formula ringan Pengukuran suara dan cahaya adalah penting karena berkaitan dengan rasa pendengaran dan penglihatan , serta banyak aplikasi industri seperti penggunaan gelombang suara untuk mendeteksi kelemahan dalam padatan dan dalam lokasi dan jarak linear pengukuran. Gelombang tekanan suara dapat menyebabkan getaran mekanis dan maka kegagalan. Tingkat suara yang berlebihan menghasilkan polusi suara . Cahaya dan yang pengukuran yang digunakan dalam berbagai aplikasi industri untuk akurasi tinggi linear pengukuran , lokasi overheating ( inframerah ) , lokasi obyek dan posisi pengukuran , pengolahan foto , scanning , pembaca ( kode bar ) , dan sebagainya . Gelombang suara adalah gelombang tekanan yang berjalan melalui udara,gas,padat dan cairan tetapi tidak dapat melakukan perjalanan melalui ruang atau vakum seperti radio ( elektromagnetik ) gelombang . Gelombang tekanan dapat memiliki frekuensi hingga sekitar 50 kHz. Gelombang suara atau sonic mulai dari 16 Hz dan naik ke 20 kHz , di atas 30 kHz gelombang suara ultrasonik yang suara gelombang perjalanan melalui udara sekitar 340 m / s ( tergantung pada suhu , tekanan , dan sejenisnya . ). Amplitudo atau kenyaringan suara diukur dalam phon. Tingkat tekanan suara ( SPL ) adalah unit sering digunakan dalam pengukuran suara tingkat dan didefinisikan sebagai perbedaan tekanan antara tekanan maksimum pada suatu titik dan tekanan rata-rata pada saat itu . Satuan tekanan biasanya dinyatakan sebagai berikut :

dimana 1 N = 105 dyn. Decibel (dB) adalah ukuran logaritmik yang digunakan untuk mengukur dan membandingkan amplitudo dan tingkat daya dalam satuan listrik, suara, cahaya, dan sejenisnya. sensitivitas dari telinga dan mata logaritmik. Untuk membandingkan suara yang berbeda Intensitas berikut ini berlaku:

dimana I1 dan I2 adalah intensitas suara di dua lokasi yang berbeda dan unit skalar. Tingkat Areference (untuk I2) adalah 10-16 W/cm2 (rata-rata tingkat suara yang dapat dideteksi oleh telinga manusia pada 1 kHz) untuk mengukur tingkat suara. Ketika membandingkan tingkat tekanan yang berbeda berikut digunakan:

dimana P1 dan P2 adalah tekanan di dua lokasi yang berbeda (tekanan diperhatikan adalah

ukuran kekuatan suara, maka 20 log). Untuk P2, 20 μN/m2 diterima sebagai Tingkat tekanan rata-rata suara yang dapat dideteksi oleh telinga manusia pada 1 kHz dan karena itu, tingkat referensi untuk mengukur tekanan suara. Tokoh yang khas untuk SPL adalah sebagai berikut: Contoh 10.6 Berapakah panjang gelombang cahaya dalam Å, jika panjang gelombang dalam meter adalah 500 nm?

Intensitas adalah kecerahan cahaya. Unit pengukuran intensitas cahaya dalam sistem Inggris adalah kaki-lilin (fc), yang merupakan salah satu lumen per persegi kaki (lm/ft2). Dalam sistem SI unit adalah lux (lx) yang merupakan salah satu lumen per meter persegi (lm/m2). The phot (ph) juga digunakan dan didefinisikan sebagai salah satu lumen per sentimeter persegi (lm/cm2). Lumen menggantikan candela (cd) pada SI sistem. The dB juga digunakan untuk perbandingan intensitas cahaya sebagai berikut:

mana Φ1 dan Φ2 adalah intensitas cahaya di dua titik berbeda. Perubahan tingkat intensitas untuk kedua suara dan cahaya dari sumber diberikan dengan persamaan berikut:

di mana d1 dan d2 adalah jarak dari sumber ke titik yang dipertimbangkan. Contoh 10.7 Dua poin 65 dan 84 ft dari bola lampu. Apa bedanya dalam intensitas cahaya di dua titik?

Sinar - X harus disebutkan pada saat ini seperti yang biasa digunakan dalam proses kontrol industri

dan juga gelombang elektromagnetik . Sinar - X yang digunakan terutama sebagai alat inspeksi , sinar

dapat dirasakan oleh beberapa sel cahaya - sensing dan dapat sangat berbahaya jika tindakan

pencegahan yang tepat tidak diambil .

10.5.2 suara dan alat pengukur cahaya

Mikrofon adalah transduser digunakan untuk mengkonversi tingkat suara menjadi sinyal listrik ,

yaitu , elektromagnetik , kapasitansi , pita , kristal , karbon , dan piezoelektrik mikrofon dapat

digunakan . Sinyal listrik kemudian dapat dianalisis dalam spektrum analyzer untuk berbagai

frekuensi yang terkandung dalam suara atau hanya untuk mengukur amplitudo .

Meteran tingkat suara adalah istilah yang diberikan kepada salah satu dari berbagai meter untuk

mengukur dan menganalisis suara .

Fotosel yang digunakan untuk deteksi dan konversi intensitas cahaya menjadi listrik sinyal.

Fotosel dapat diklasifikasikan sebagai fotovoltaik , fotokonduktif , photoemissive , dan

semikonduktor . Sel Photovoltaic mengembangkan emf di hadapan cahaya . Tembaga oksida dan

selenium adalah contoh bahan fotovoltaik.

Amicroammeter dikalibrasi dalam lux ( lm/m2 ) terhubung di seluruh sel dan mengukur arus

keluaran . Perangkat fotokonduktif mengubah perlawanan mereka dengan intensitas cahaya .

demikian bahan yang selenium , zirkonium oksida , aluminium oksida , dan kadmium sulfida . Bahan

Photoemissive , seperti campuran dari unsur tanah jarang ( cesium oksida ) , membebaskan elektron

di hadapan cahaya . Semikonduktor yang fotosensitif dan tersedia secara komersial sebagai dioda

dan foto transistor . Cahaya menghasilkan pasangan lubang - elektron , yang menyebabkan

kebocoran di terbalik dioda bias dan basis saat ini di Fototransistor . komersial resolusi tinggi sensor

optik yang tersedia dengan elektronik terintegrasi ke satu mati untuk memberikan kompensasi suhu

dan tegangan output linear dengan insiden.

intensitas cahaya juga tersedia secara komersial . Alat tersebut adalah TSL 250 . Juga tersedia secara

komersial inframerah ( IR ) cahaya ke tegangan konverter ( TSL 260 ) dan cahaya ke frekuensi

konverter ( TSL 230 ) . Perhatikan , keluarga TSL diproduksi oleh Texas Instruments .

10.5.3 sumber cahaya

Lampu pijar diproduksi oleh listrik memanaskan filamen resistif atau pembakaran bahan mudah

terbakar tertentu . Sebagian besar energi yang dipancarkan adalah dalam spektrum inframerah serta

spektrum terlihat .

Sumber atom - tipe mencakup perangkat debit gas seperti neon dan neon lampu .

Emisi Laser diperoleh dengan eksitasi atom dari elemen tertentu .

Dioda semikonduktor ( LED ) adalah yang paling umum tersedia secara komersial

sumber cahaya yang digunakan dalam industri . Ketika bias maju , dioda memancarkan cahaya di

terlihat atau wilayah IR . Dioda semikonduktor tertentu memancarkan pita sempit panjang

gelombang sinar terlihat, warna ditentukan oleh material dan doping . Daftar LED dan warna mereka

diberikan dalam Tabel 10.1 .

10.5.4 suara dan aplikasi cahaya pertimbangan

Pemilihan sensor untuk pengukuran suara dan intensitas cahaya akan tergantung pada aplikasi.

Dalam instrumentasi sensitivitas seragam atas rentang frekuensi yang luas membutuhkan tingkat

kebisingan yang melekat rendah, sensitivitas konsisten

Gambar 10.7 Skema simbol untuk sensor opto. dengan kehidupan, dan sarana menyaring suara yang tidak diinginkan dan cahaya dari lainnya sumber. Dalam beberapa aplikasi, seperti penginderaan dari cakram optik, Anda hanya perlu untuk mendeteksi ada atau tidaknya sinyal, yang memungkinkan penggunaan sensor murah dan sederhana. Untuk deteksi cahaya, phototransistor digunakan sangat luas, karena kemampuan dengan sirkuit terpadu untuk menempatkan suhu koreksi dan amplifikasi dalam paket yang sama untuk sensitivitas tinggi. Perangkat adalah biaya efektif dan memiliki umur panjang yang baik. Gambar 10.7 menunjukkan skematik simbol yang digunakan untuk sensor optoelektronik dan Tabel 10.2 memberikan perbandingan karakteristik photosensor.

BAB 11 Aktuator dan Kontrol

11.1 Pendahuluan Bagian ini akan membahas aktuator dan regulator dan penggunaannya untuk kontrol aliran gas , aliran cairan , dan kontrol tekanan . Dalam banyak proses ini melibatkan kontrol dari ribuan meter kubik cairan atau kendali pasukan besar , seperti yang akan terjadi dalam rolling mill baja dari tingkat rendah analog , digital , atau pneumatik sinyal.

Suhu juga biasanya dapat dikendalikan dengan mengatur gas dan / atau aliran cairan . Kontrol loop loop dapat mengatur diri sendiri lokal di bawah pneumatik , hidrolik , atau listrik kontrol, atau loop dapat dikontrol dengan prosesor tambahan umpan-balik posisi loop . Sinyal-sinyal listrik dari controller adalah tingkat rendah sinyal yang memerlukan penggunaan relay untuk kontrol kekuasaan atau amplifikasi dan powerswitching perangkat , dan mungkin opto - isolator untuk isolasi . Kontrol daya perangkat biasanya pada titik penggunaan sehingga aktuator dikontrol secara elektrik dan motor dapat dipasok langsung dari kabel listrik . 11.2 Tekanan Controller 11.2.1 Regulator Gas yang digunakan dalam industri pengolahan , seperti oksigen , nitrogen , hidrogen , dan propana , disimpan dalam wadah - tekanan tinggi dalam bentuk cair . Tekanan tinggi gas dari atas cairan berkurang tekanan dan diatur dengan regulator gas ke pon per inci persegi lebih rendah sebelum mereka dapat didistribusikan melalui fasilitas . Garis gas mungkin memiliki regulator tambahan pada titik penggunaan . Sebuah regulator semi - dikontrol adalah regulator tekanan dikontrol secara internal dan ditunjukkan pada Gambar . 11.1a . Awalnya, musim semi memegang katup inlet terbuka dan gas di bawah tekanan mengalir ke silinder utama pada tingkat yang lebih tinggi daripada yang dapat keluar dari silinder . Sebagai tekanan dalam silinder meningkat , tekanan yang telah ditentukan adalah mencapai di mana musim semi dimuat diafragma mulai bergerak ke atas , menyebabkan katup untuk sebagian dekat, yaitu , tekanan pada diafragma mengontrol aliran gas ke dalam silinder untuk mempertahankan tekanan konstan dalam silinder utama dan pada output , terlepas dari laju aliran ( idealnya ) . Tekanan output dapat disesuaikan dengan penyesuaian musim semi sekrup . Sebuah regulator berat dikendalikan ditunjukkan pada Gambar . 11.1b . The internal dikontrol regulator memiliki diafragma berat -load . Operasi ini sama dengan pegas diafragma kecuali musim semi diganti dengan berat . tekanan dapat disesuaikan dengan posisi berat geser pada lengan kantilever . Tekanan dikendalikan diafragma regulator ditunjukkan pada Gambar . 11.2a . The internal regulator dikendalikan memiliki diafragma tekanan -loaded . Tekanan dari pegas regulator .

Gambar 11.1 regulator tekanan Self-kompensasi (a) musim semi dimuat dan (b) berat dimuat.

Gambar 11.2 regulator tekanan Self- kompensasi ( a) regulator tekanan -loaded internal dan ( b ) yang terhubung secara eksternal diatur eksternal udara atau pasokan gas digunakan untuk memuat diafragma melalui pembatasan . Tekanan untuk regulator kemudian dapat disesuaikan oleh berdarah adjustable katup , yang pada gilirannya digunakan untuk mengatur tekanan output dari regulator . Koneksi eksternal semi diafragma regulator ditunjukkan pada Gambar . 11.2b. pebampang itumenunjukkan regulator tekanan pegas dihubungkan secara eksternal. Musim semi memegang katup terbuka sampai tekanan output, yang diumpankan ke permukaan atas diafragma , mengatasi gaya pegas pada diafragma , dan mulai menutup katup , maka mengatur tekanan output. Perhatikan bahwa katup terbalik dari regulator internal dan tekanan internal terisolasi dari sisi bawah diafragma . Berat - dan udara – loaded diafragma juga tersedia untuk regulator terhubung eksternal . Regulator tekanan pilot yang dioperasikan dapat menggunakan pilot internal atau eksternal untuk umpan balik penguatan sinyal dan kontrol . Pilot adalah regulator kecil diposisikan antara koneksi tekanan untuk regulator dan tekanan loading pada diafragma.

Gambar 11.3a menunjukkan seperti seorang pilot regulator terhubung eksternal . Tekanan dari output dari regulator digunakan untuk mengontrol pilot , yang

Gambar 11.3 Tampil adalah ( a) regulator yang dioperasikan pilot dan ( b ) sebuah katup pengaman tekanan otomatis.

pada gilirannya menguatkan sinyal dan mengontrol tekanan dari pasokan udara ke diafragma , memberikan kontrol yang lebih besar daripada yang tersedia dengan tekanan internal mengontrol diafragma . Sebuah perubahan kecil dalam tekanan output yang diperlukan untuk menghasilkan perubahan kisaran tekanan penuh dari regulator memberikan sistem gain tinggi untuk pengaturan tekanan output yang baik .

Instrumen regulator tekanan pilot yang dioperasikan mirip dengan yang dioperasikan pilot regulator tekanan tetapi penyesuaian band yang proporsional termasuk , memberikan keuntungan atau fitur kontrol sensitivitas untuk memberikan fleksibilitas yang lebih besar dalam kontrol .

Katup 11.2.2 Keselamatan

Katup pengaman dipasang ke semua kontainer bertekanan tinggi dari generator uap untuk pemanas air rumah tangga ( lihat Gambar . 11.3b ) . Katup ditutup sampai tekanan pada wajah bagian bawah katup mencapai tingkat yang telah ditetapkan ditetapkan oleh musim semi. Ketika tingkat ini tercapai , katup bergerak naik memungkinkan tekanan berlebih untuk melarikan diri melalui ventilasi.

11.2.3 regulator Tingkat

Tingkat regulator umum digunakan dalam industri untuk mempertahankan tekanan fluida konstan , atau pasokan fluida konstan untuk proses , atau dalam penyimpanan limbah . tingkat regulator bisa menjadi pelampung dan katup pengaturan sederhana seperti ditunjukkan pada Gambar . 11.4a ke menggunakan sensor kapasitif seperti yang diberikan dalam Chap . 6 untuk mengontrol pompa terpencil. Pengaturan itu ditunjukkan pada Gambar . 11.4a digunakan untuk mengontrol tingkat air di banyak aplikasi .

Ketika kadar cairan turun karena menggunakan,float bergerak membuka ke bawah katup inlet dan memungkinkan cairan mengalir ke dalam tangki. Seperti tangki mengisi , yang mengapung naik , menyebabkan katup inlet untuk menutup , dengan demikian mempertahankan tingkat konstan dan mencegah tangki dari meluap .

Gambar 11.4b menunjukkan contoh reservoir pengosongan diri ketika telah ditentukan tingkat cairan tercapai , sebagaimana dapat digunakan dalam tangki penampungan limbah. Sebagai tangki mengisi , float naik ke tempat penghubung dari float ke katup

Gambar 11.4 Berbagai jenis regulator ditunjukkan ( a) pengontrol tingkat cairan otomatis,( b ) pengosongan otomatis dari tangki penyimpanan ketika penuh , dan ( c ) berarti mendeteksi tingkat penuh atau kosong di tingkat fluida

reservoir . menjadi tegang dan mengatasi tekanan hidrostatik dan mengangkat outlet katup. Setelah singkat tekanan fluida di bawah katup menyeimbangkan tekanan di atas katup dan daya apung dari katup akan tetap terbuka sampai tangki kosong , maka akan menutup . Setelah ditutup reservoir akan mulai mengisi dan tekanan fluida pada permukaan atas katup akan terus ditutup.otomatis menyamaratakan cairan pada Gambar . 11.4a dapat dikombinasikan dengan sistem pengosongan pada Gambar . 11.4b . Dalam hal ini , katup outlet manual atau secara otomatis dioperasikan untuk memberikan volume cairan yang dikenal dengan suatu proses , seperti yang diperlukan . Wadah secara otomatis isi ulang untuk siklus operasi berikutnya . Posisi berat pada Gambar . 11.4c dikendalikan oleh float . posisi berat dipantau oleh sensor posisi A dan B. Bila berat badan berada dalam posisi A(kontainer kosong), sensor dapat digunakan untuk mengaktifkan pompa untuk mengisi tangki dan ketika sensor B mendeteksi berat ( kontainer penuh ) dapat digunakan untuk mengaktifkan pompa off . Berat dapat dibuat dari bahan magnetik dan tingkat sensor akan efek Hall atau elemen magneto resistif perangkat ( MRE ).

11.3 Flow Control Aktuator Ketika perubahan variabel diukur terhadap referensi telah merasakan , perlu untuk menerapkan sinyal kontrol ke aktuator untuk melakukan koreksi ke variabel masukan dikendalikan untuk membawa variabel diukur kembali ke nya nilai preset . Dalam kebanyakan kasus perubahan dalam variabel , yaitu , suhu , tekanan , pencampuran bahan , dan tingkat , dapat diperbaiki dengan mengendalikan laju aliran . Oleh karena itu , aktuator pada umumnya digunakan untuk mengontrol laju aliran dan bisa elektrik , pneumatik , atau dikendalikan secara hidrolik . Aktuator dapat diri beroperasi di umpan balik lokal loop dalam aplikasi seperti suhu penginderaan dengan langsung hidrolik atau pneumatik control valve , regulator tekanan , dan pengendali tingkat mengambang . Ada dua jenis umum dari variabel aktuator aperture yang digunakan untuk aliran kontrol, mereka adalah dunia katup dan katup kupu-kupu . 11.3.1 Globe valve Penampang The globe valve ini yang ditampilkan pada Gambar . 11.5a . Aktuator bisa dihalau elektrik menggunakan solenoid atau motor pneumatik atau hidrolik. Aktuator menentukan kecepatan perjalanan dan jarak poros katup perjalanan. globetype The katup dapat dirancang untuk membuka cepat , linear , atau operasi persentase yang sama . Dalam operasi persentase yang sama aliran sebanding dengan persentase katup terbuka , atau ada hubungan antara log aliran dan perjalanan katup. Bentuknya steker menentukan karakteristik aliran actuator dan biasanya dijelaskan dalam hal persentase aliran dibandingkan persentase angkat atau perjalanan . Plug katup ditunjukkan pada Gambar. 11.5a memberikan hubungan linear antara aliran dan angkat . Karakteristik yang diberikan pada Gambar . 11.5b . Juga ditunjukkan dalam grafik adalah karakteristik untuk plug pembukaan cepat dan persentase konektor sama dengan menggambarkan beberapa karakteristik yang dapat diperoleh dari sejumlah besar colokan yang tersedia . Pemilihan jenis kontrol steker harus hati-hati dipilih untuk setiap aplikasi tertentu . Jenis yang akan tergantung pada hati analisis karakteristik proses , yaitu , jika perubahan beban yang linear mengalir pola berbagai colokan dibandingkan perjalanan plug. steker linear harus digunakan.

Gambar 11.5 Cross bagian dari (a) katup globe dengan plug kontrol aliran linear dan (b) yang berbeda Sebaliknya, jika perubahan beban yang nonlinier plug dengan karakteristik nonlinear yang tepat harus digunakan. Katup globe bisa langsung melalui dengan tempat duduk tunggal seperti yang diilustrasikan pada Gambar. 11.5a atau dapat dikonfigurasi dengan tempat duduk ganda, yang digunakan untuk mengurangi kekuatan operasi aktuator, tapi mahal, sulit untuk menyesuaikan dan memelihara, dan tidak memiliki segel ketat ketika penutup. Sudut katup juga tersedia, yaitu, output port adalah di sudut kanan atau 45 ° ke port input. Banyak konfigurasi lain dari dunia katup yang tersedia. diilustrasikan dalam Gambar. 11.6A adalah dua arah katup (divergen jenis), yang digunakan untuk mengaktifkan

Gambar 11.6 bagian Salib konfigurasi katup globe : ( a) katup dua arah dan ( b ) tiga posisi katup . aliran masuk dari satu pintu keluar yang lain. Ketika batang katup terserah rendah port tertutup dan pintu keluar cairan yang masuk ke kanan , dan ketika katup turun konektor paling atas ditutup dan keluar cairan dari bawah. juga tersedia adalah katup konvergen - jenis, yang digunakan untuk beralih salah satu dari dua masuk mengalir ke satu output. Gambar 11.6b mengilustrasikan katup tiga arah . Dalam posisi netral kedua port keluar diadakan tertutup oleh musim semi. Kapan katup batang bergerak ke port atas dibuka dan ketika batang katup bergerak naik dari posisi netral port yang lebih rendah dibuka . Jenis lain dari katup globe adalah katup jarum ( kurang dari 1 - diameter ) , yang seimbang kandang - dipandu katup , dan katup tubuh split. Pada katup kandang - dipandu , steker beralur untuk menyeimbangkan tekanan dalam tubuh katup . Katup ini memiliki baik penyegelan ketika mematikan . Badan katup split dirancang untuk kemudahan pemeliharaan dan dapat lebih hemat biaya daripada katup globe standar , tapi pipa tekanan dapat ditularkan ke katup dan menyebabkan bocor . Katup Globe tidak baik cocok untuk digunakan dengan bubur . 11.3.2 Kupu-kupu katup The katup kupu-kupu ditunjukkan pada Gambar . 11.7a dan arus versus karakteristik wisata ditunjukkan pada Gambar . 11.7b . Hubungan antara aliran dan angkat adalah sekitar persentase yang sama sampai sekitar 50 persen terbuka , setelah itu adalah linear . kupu-kupu katup menawarkan kapasitas tinggi dengan biaya rendah , sederhana dalam desain , mudah untuk menginstal , dan memiliki penutupan ketat. Torsi berlaku pada poros meningkat sampai membuka hingga 70 ° dan kemudian berbalik . 11.3.3 jenis katup Lain Sejumlah jenis lain dari katup yang umum digunakan . Mereka adalah bendung diafragma , bola , dan pasang katup rotary . The penampang katup ini ditunjukkan pada Gambar . 11.8

.

Gambar 11.7 Cross bagian dari (a) katup kupu-kupu dan (b) itu mengalir terhadap karakteristik wisata

Gambar 11.8 jenis katup yang berbeda ( a) diafragma , ( b ) one-piece bola katup , dan ( c ) rotary steker katup

Sebuah bendung - jenis katup diafragma ditunjukkan pada Gambar . 11.8a . Katup ditampilkan terbuka; penutupan dicapai dengan memaksa membran fleksibel turun ke bendung . Katup diafragma yang baik untuk lumpur dan cairan dengan padatan tersuspensi , yang perangkat biaya rendah , tetapi cenderung membutuhkan perawatan yang tinggi , dan memiliki aliran miskin karakteristik . Aone -piece bola katup ditunjukkan pada Gambar . 11.8b . Katup bola parsial yang berputar . Katup cenderung lambat untuk membuka . Selain yang ditunjukkan dalam angka , katup bola tersedia dalam konfigurasi lain juga dengan lingkup berbagai bentuk karakteristik aliran yang berbeda . Katup baik untuk bubur dan cairan dengan materi padat karena operasi pembersihan diri nya . bola katup memiliki karakteristik belokan yang ketat , sederhana dalam desain , dan memiliki kapasitas yang lebih besar dari katup globe berukuran sama . Katup rotary steker eksentrik ditunjukkan pada Gambar . 11.8c . Katup adalah medium biaya, tetapi membutuhkan kekuatan penutupan kurang dari banyak katup dan dapat digunakan untuk maju atau arus balik . Katup memiliki penutup ketat dengan aksi duduk yang positif , memiliki kapasitas tinggi , dan dapat digunakan dengan cairan korosif . 11.3.4 karakteristik Valve Faktor lain yang menentukan pilihan jenis katup adalah ketahanan korosi , rentang suhu operasi , tekanan tinggi dan rendah , kecepatan , dan cairan yang mengandung padatan . Instalasi valve yang benar adalah penting ; rekomendasi penjual harus hati-hati diikuti . Dalam situasi di mana lumpur atau padat partikulat dapat terjebak hulu dari katup , alat pembersihan pipa harus tersedia . untuk meminimalkan gangguan dan mendapatkan karakteristik aliran baik lari yang jelas dari 1 sampai 5 diameter pipa atas dan ke bawah sungai harus diperbolehkan . Valve sizing didasarkan pada kehilangan tekanan . Katup diberi nomor CV yang berdasarkan hasil tes. Nomor CV adalah jumlah galon air yang mengalir per menit melalui katup terbuka penuh pada 60 ° F ( 15,5 ° C ) yang akan menyebabkan tekanan turun dari 1 psi ( 6,9 kPa ) . Ini menyiratkan bahwa ketika mengalir melalui terbuka penuh valve , itu akan memiliki penurunan tekanan 1 psi ( 6,9 kPa ) , yaitu katup dengan CV dari 25 akan memiliki penurunan tekanan 1 psi ketika 25 gal air per menit mengalir

melalui itu. Untuk cairan, hubungan antara tekanan turun Pd (pound per square inch), laju alir Q (galon per menit), dan CV diberikan oleh:

dimana SG adalah berat jenis cairan. Contoh 11.1 Apa CV katup, jika ada penurunan tekanan 3,5 psi ketika 2,3 gal per detik dari cairan dengan berat jenis (BD) dari 60 Ib/ft3 mengalir?

Tabel 11.1 memberikan perbandingan beberapa karakteristik katup ; nilai-nilai yang ditampilkan

adalah khas dari perangkat yang tersedia dan dapat dilampaui oleh beberapa produsen dengan

desain baru dan bahan .

11.3.5 Valve gagal aman

Satu pertimbangan penting dalam banyak sistem adalah posisi aktuator ketika ada kehilangan

kekuasaan , yaitu , akan bahan kimia atau bahan bakar untuk pemanas terus mengalir atau akan

total sistem shut down terjadi ? Gambar 11.9 menunjukkan contoh pneumatik atau hidrolik

dioperasikan desain katup globe yang dapat dikonfigurasi untuk pergi ke posisi terbuka atau tertutup

selama kegagalan sistem .

Modus kegagalan ditentukan hanya dengan mengubah posisi semi dan port tekanan.

Dalam Gambar . 11.9a katup globe ditutup dengan menerapkan tekanan untuk tekanan pelabuhan

untuk menentang tindakan musim semi . Jika sistem gagal , yaitu , jika ada kehilangan pneumatik

tekanan , musim semi yang bekerja pada piston akan memaksa katup untuk kembali ke posisi

terbuka . Dalam Gambar . 11.9b musim semi akan dihapus dari bawah piston

ke posisi di atas piston dan inlet dan exhaust port dibalik. dikasus ini katup dibuka oleh tekanan yang

diterapkan bekerja melawan musim semi tindakan. Jika sistem gagal dan ada hilangnya tekanan

kontrol, tindakan musim semi

Gambar 11.9 pneumatik fail-safe atau katup hidrolik dioperasikan : dengan hilangnya operasi tekanan pada katup , katup dalam ( a) akan membuka dan katup di ( b ) akan menutup . akan memaksa piston turun dan menutup katup . Similar gagal-aman elektrik dan katup hidrolik dioperasikan tersedia. Dua arah dan tiga-cara gagal-aman katup juga tersedia yang dapat dikonfigurasi untuk berada dalam posisi tertentu ketika sistem operasi gagal . 11.4 Power Control Daya listrik untuk operasi aktuator dapat dikendalikan dari tingkat rendah analog dan sinyal digital

dengan menggunakan perangkat elektronik atau listrik kontaktor magnet . Kontaktor magnet memiliki lebih rendah ON resistansi dibandingkan perangkat elektronik , tetapi membutuhkan daya drive yang lebih tinggi . Kontaktor menyediakan isolasi tegangan antara kontrol sinyal dan sirkuit daya , tetapi lambat untuk beralih , memiliki arus yang lebih rendah penanganan kemampuan dari perangkat listrik elektronik , dan memiliki terbatas beralih hidup . Dalam perangkat elektronik masalah isolasi listrik antara mendorong sirkuit dan sirkuit daya output dapat dengan mudah diatasi dengan penggunaan opto - isolator . Daya perangkat elektronik memiliki umur panjang yang sangat baik dan sangat menguntungkan karena kecepatan switching dalam variabel sirkuit kontrol daya . 11.4.1 Perangkat elektronik Sejumlah perangkat elektronik seperti silikon dikontrol penyearah ( SCR ) , TRIAC , dan logam - oksida semikonduktor perangkat ( MOS ) dapat digunakan untuk mengendalikan beberapa ratus kilowatt listrik dari sinyal listrik tingkat rendah. Elektronik perangkat kekuasaan kontrol terbagi dalam dua kategori . Pertama , dipicu perangkat seperti SCR dan TRIAC yang dipicu oleh pulsa di pintu gerbang ke konduksi negara , sekali dipicu hanya dapat dimatikan dengan mengurangi arus anoda / katoda ke bawah saat mempertahankan mereka , yaitu , ketika tegangan suplai / arus turun menjadi nol . Tetapi perangkat ini dapat memblokir tegangan terbalik tinggi . Oleh karena itu , mereka dapat secara luas digunakan dalam rangkaian ac mana pasokan secara teratur melampaui melalui nol memutar perangkat OFF secara otomatis . Kelompok kedua perangkat Transistor Darlington bipolar junction ( BJT ) , power metal - oxide semiconductor transistor efek medan ( MOSFET ) , terisolasi bipolar transistor gerbang ( IGBT ) , dan thyristor ( MCT ) MOS dikendalikan. Perangkat ini diaktifkan ON dan OFF oleh sinyal kontrol masukan , tetapi tidak memiliki kemampuan tegangan balik yang tinggi blocking . Oleh karena itu , kelompok ini perangkat yang lebih umum digunakan dengan dc pasokan listrik atau bias untuk mencegah tegangan balik melintasi perangkat. The SCR adalah perangkat saat dioperasikan dan hanya dapat dipicu untuk melakukan di satu arah , yaitu , bila digunakan dengan pasokan ac blok setengah siklus negatif dan hanya akan melakukan pada setengah siklus positif , bila dipicu . Sekali terpicu , SCR tetap ON untuk sisa dari setengah siklus. Gambar 11.10a menunjukkan rangkaian dari sebuah SCR dengan beban . Angka 11.10b dan c menunjukkan efek memicu pada tegangan beban ( VL ) . Dengan memvariasikan memicu dalam kaitannya dengan setengah siklus positif , daya pada beban dapat dikontrol 0-50 persen dari total daya yang tersedia . Kekuasaan dapat dikendalikan antara 50 sampai 100 persen menempatkan dioda secara paralel dengan SCR untuk melakukan arus pada setengah negatif siklus . Cahaya SCRs diaktifkan juga tersedia . Salah satu metode untuk memicu SCR ditunjukkan pada Gambar . 11.11A dengan sesuai bentuk gelombang rangkaian yang ditunjukkan pada Gambar . 11.11b . Selama setengah siklus positif kapasitor C dibebankan melalui R1 dan R2 sampai titik memicu SCR tercapai . Dioda dapat dihubungkan pada kedua sisi beban . keuntungan menghubungkan dioda ke sisi SCR beban adalah untuk mengubah OFF tegangan ke pintu gerbang ketika SCR dipecat , dengan demikian , mengurangi disipasi . Dioda digunakan untuk memblokir setengah siklus negatif dari menempatkan tegangan negatif tinggi pada gerbang dan merusak SCR . The zener diode yang digunakan untuk menjepit berlangsung positif

Gambar 11.10 (a) rangkaian SCR dengan beban, (b) bentuk gelombang dengan memicu awal, dan (c) bentuk gelombang dengan akhir (daya rendah untuk memuat) memicu.

Gambar 11.11 (a) Atypical SCR memicu sirkuit dengan kontrol trigger point dan (b) memicu gelombang

setengah siklus pada tegangan tetap (VZ) sehingga kapasitor (VC) memiliki bertujuan tetap tegangan, memberikan hubungan linear antara memicu waktu dan pengaturan potensiometer. Hal ini ditunjukkan oleh VZ dan VC pada Gambar. 11.11b. Contoh 11.2 Dalam Gambar. 11.11 SCR dengan 5 V gerbang memicu tingkat digunakan dengan 12 V dioda zener, kapasitor adalah 0,15 μF. Berapakah nilai dari R2 untuk memberikan kontrol penuh dari daya ke beban turun ke nol? Durasi waktu setengah gelombang sinus pada 60 Hz = 1/60 × 2 = 8,3 ms Waktu pengisian dapat ditemukan dari persamaan pengisian kapasitor VC = V0 (1 - e-t/RC)

Suatu pengendalian 0 sampai 100 persen dapat diperoleh dengan SCR tunggal di jembatan

sirkuit seperti yang ditunjukkan pada Gambar . 11.12a , bentuk gelombang yang ditunjukkan pada

Gambar . 11.12b . itu rangkaian jembatan perubahan negatif akan setengah - setengah siklus ke -

siklus positif sehingga bahwa SCR hanya melihat setengah siklus positif dan dipicu selama setiap

halfcycle , dan diaktifkan OFF setiap setengah siklus ketika tegangan suplai pergi ke nol .

Seperti ditunjukkan dalam Fig.11.12a sistem dikendalikan oleh sinyal tingkat rendah ditambah ke

SCR memicu sirkuit melalui OPTO - isolator . Titik memicu diatur oleh potensiometer R dan kapasitor

C , sebagai SCR hanya melihat tegangan positif, dioda tidak diperlukan . Untuk murahnya dioda zener

dihilangkan . Seperti pada sebelumnya Angka , resistor R dapat dihubungkan ke kedua sisi beban .

The DIAC adalah perangkat semikonduktor yang dikembangkan untuk memicu kontrol terutama

untuk digunakan dengan triac . Gambar 11.13a menunjukkan simbol untuk perangkat dan ( b)

karakteristik perangkat . The DIAC adalah switching simetris dua – terminal perangkat . Sebagai

tegangan meningkat di seluruh perangkat , kecil arus mengalir sampai

Gambar 11.12 Bridge sirkuit untuk kontrol SCR ( a) menggunakan rektifikasi gelombang penuh dan ( b ) bentuk gelombang

tegangan rusaknya VL tercapai . Pada titik ini, perangkat rusak dan perilaku seperti yang ditunjukkan. Kerusakan terjadi dengan tegangan baik positif maupun negatif . The tegangan rusaknya dari DIAC digunakan untuk mengatur tegangan pemicu untuk TRIAC , ketika perangkat rusak pemicu TRIAC . Triacs dapat dianggap sebagai dua SCRs terbalik terhubung secara paralel . mereka dapat dipicu pada kedua setengah siklus positif dan negatif dari gelombang ac . Sebuah sirkuit untuk memicu TRIAC yang ditunjukkan pada Gambar . 11.14a terkait dengan bentuk gelombang yang ditunjukkan pada Gambar . 11.14b . The TRIAC dapat digunakan untuk mengontrol kekuatan ke beban dari 0 sampai 100 persen dengan mengontrol titik pemicu dengan hormat untuk gelombang sinus ac . Sebagai tegangan ac meningkat dari nol , VZ dijepit oleh dioda zener di kedua arah positif dan negatif . Kapasitor C kemudian diisi melalui R2 sampai tegangan rusaknya dari DIAC tercapai dan TRIAC dipicu pada kedua setengah siklus positif dan negatif seperti yang ditunjukkan oleh bentuk gelombang pada Gambar . 11.14b

Gambar 11.13 DIAC digunakan dalam SCR dan TRIAC sirkuit memicu (a) dan simbol (b) karakteristik.

Gambar 11.14 Sebuah TRIAC dapat mengontrol kekuatan dari 0 sampai 100 persen (a) menunjukkan kontrol daya TRIACcircuit and (b) the circuit waveforms.

Contoh 11.3 ATRIAC digunakan untuk memasok 750 amp ke beban dari 120 V pasokan. Apa adalah daya maksimum yang dapat diberikan kepada beban dan daya yang hilang dalam TRIAC? Asumsikan jatuh tegangan TRIAC adalah 2,1 V.

Contoh ini menggambarkan bahwa efisiensi switch > 98 persen , dan juga disipasi tinggi yang dapat terjadi pada saklar dan kebutuhan untuk sirip pendingin dengan resistensi termal yang rendah . Kewaspadaan dalam desain sirkuit daya switching , pilihan perangkat untuk aplikasi tertentu , dan keterbatasan termal berada di luar ruang lingkup buku ini . Lembar data perangkat harus dikonsultasikan dan saran diperoleh dari produsen perangkat sebelum merancang pengendali kekuasaan . Perangkat kekuasaan yang memiliki kontrol input adalah sebagai berikut : 1 . Darlington Bipolar Junction Transistor ( BJT ) adalah perangkat saat ini dikontrol . Perangkat kekuasaan bipolar memiliki keuntungan rendah dan biasanya digunakan dalam Darlington konfigurasi untuk memberikan gain arus tinggi dan kemampuan untuk mengontrol arus tinggi dengan arus drive yang rendah . 2 . Daya MOSFET adalah perangkat tegangan yang dikendalikan dirancang untuk operasi kecepatan tinggi , tapi tegangan saturasi tinggi dan suhu batas sensitivitas mereka aplikasi mereka dalam sirkuit listrik . 3 . Insulated Gate Bipolar Transistor ( IGBT ) , yang bertentangan dengan bipolar Darlington konfigurasi , dikendalikan oleh transistor MOS membuatnya menjadi tegangan yang dikendalikan perangkat . The IGBT telah cepat beralih kali. Perangkat yang lebih tua memiliki saturasi tinggi tegangan , perangkat yang lebih baru memiliki tegangan saturasi hampir sama sebagai BJT . 4 . MOS - Controlled Thyristor ( MCT ) adalah perangkat tegangan yang dikendalikan dengan rendah saturasi tegangan dan kecepatan sedang karakteristik switching.

Perbandingan antara perangkat kekuasaan karakteristik diberikan dalam Tabel 11.2. perangkat ini yang digunakan untuk kekuasaan dan kontrol motorik. Aplikasi meliputi perbaikan daya ac multifase untuk memberikan tegangan output variabel tingkat daya dc atau kontrol motor dc dari sumber daya ac, kontrol motor multiphase dari sumber listrik dc, atau konversi dc kekuatan untuk daya ac multifase. 11.4.2 perangkat kontrol Magnetic Sebuah sinyal dari kontroler adalah sinyal tingkat rendah tetapi dapat diperkuat untuk mengontrol aktuator atau motor kecil. Power untuk aktuator biasanya dihasilkan dekat dengan titik penggunaan untuk mencegah kehilangan energi dalam memimpin dan untuk mencegah arus besar dari mengalir di jalur kembali tanah ke controller untuk meminimalkan offset dan tanah garis kebisingan. Dalam Gambar. 11.15aa transistor daya digunakan untuk menggerakkan katup solenoid. Adiode

Gambar 11.15 Pilihan ditampilkan untuk mengendarai motor atau aktuator dari output pengontrol melalui transistor daya , ( b ) melalui relay, dan ( c ) menggunakan opto- coupler .

digunakan di seluruh solenoid untuk melindungi transistor dari tegangan tinggi induktif overshoot yang terjadi pada switch- off . Dalam Gambar . 11.15b perangkat MOS digunakan untuk mendorong relay kontrol motor . Karena isolasi relay memberikan antara sirkuit dan sirkuit motor penggerak , motor dan power supply dapat berupa dc atau ac.

Sirkuit tersebut dapat diperpanjang untuk mengemudi relay multicontact kontrol tiga fase motor ac dan beberapa jalur sinyal . Relay untuk beralih arus tinggi dan tegangan yang digunakan untuk mengendalikan motor disebut kontaktor . Gambar 11.15c menunjukkan penggunaan OPTO - coupler untuk mengisolasi controller dari sirkuit motor . Sementara kedua sirkuit elektrik terisolasi , sirkuit sebagai ditampilkan hanya dapat digunakan untuk menggerakkan motor dc . Namun, karena dari isolasi diberikan oleh opto - coupler , sirkuit dapat diperluas untuk mendorong tiga fase ac motor . OPTO - coupler terdiri dari light emitting diode ( LED ) optik digabungkan ke phototransistor, arus ( 10 sampai 30 mA ) mengaktifkan dioda , cahaya dari dioda berubah ON phototransistor . Ketika tidak ada arus yang mengalir dalam LED , tidak ada cahaya yang dipancarkan dan phototransistor adalah OFF . Seperti disebutkan sebelumnya , relay solid state yang tersedia yang memiliki perangkat daya ( TRIAC ) disertakan dalam paket dengan opto - coupler untuk kendali motor langsung .

Kontaktor dirancang untuk switching arus tinggi dan tegangan , seperti yangdigunakan dalam aplikasi kontrol motor . Sebuah single - tiang tunggal - ganda melemparkan –break kontaktor ditunjukkan pada Gambar . 11.16 . Dalam Gambar . 11.16a kontaktor ditunjukkan de-energized dan kontak terbuka . Ketika arus melewati kumparan , magnet lapangan dalam inti menarik dan menarik dalam penyimpan besi lunak yang menutup kontak seperti ditunjukkan pada Gambar . 11.16b . Kontaktor dapat memiliki beberapa kontak untuk motor multifase . Bahan kontak sangat penting , seperti kimia dan metalurgi action berlangsung selama switching menyebabkan keausan , resistansi kontak yang tinggi , dan pengelasan . Emas atau rhodium dapat digunakan untuk arus bawah 1 A. Perak digunakan untuk arus dalam 1-10 Berbagai untuk suplai tegangan diatas 6 V. Perak kadmium kadang-kadang digunakan untuk arus dalam kisaran 5 sampai 25 A ketika tegangan suplai di atas 12 V. Mercury dibasahi kontak yang tersedia untuk arus hingga 100 A. kehidupan kontak dalam relay terbatas pada biasanya antara 100 dan 500 K operasi.

Gambar 11.16 Sebuah kontaktor digunakan untuk arus dan tegangan tinggi switching, kontaktor yang ditampilkan adalah ( a) de -energized dan ( b ) energi. 11,5 Motors Siswa perlu menyadari jenis fungsi motor tampil di aplikasi industri , tetapi rincian dari motor dan sirkuit kontrol berada di luar lingkup teks ini . Motor yang digunakan untuk memompa cairan , kompresor , mengemudi sabuk conveyer , dan segala bentuk positioning diperlukan dalam industri . untuk kontrol aplikasi atau positioning , servos atau motor stepper yang digunakan . 11.5.1 motor Servo Motor servo dapat berputar ke posisi tertentu , dihentikan , dan terbalik . Dalam kasus ini motor servo posisi sudut dan kecepatan dapat justru dikendalikan oleh loop servo , yang menggunakan umpan balik dari output ke input . Gambar 11.17a menunjukkan sistem tersebut . Posisi poros output dipantau oleh potensiometer yang memberikan umpan balik tegangan analog ke kontrol elektronik ( disc encoding akan digunakan dalam sistem digital ) , sehingga kontrol elektronik dapat menggunakan informasi ini untuk menyalakan motor output dan menghentikannya dalam posisi yang diinginkan atau membalikkan motor untuk berhenti di posisi yang diinginkan . 11.5.2 motor Stepper Stepper motor berputar pada sudut tetap dengan setiap pulsa masukan . Rotor biasanya magnet tetap dengan beberapa tiang dan stator dengan beberapa gulungan . delapan magnetik tiang dan enam bagian stator ditunjukkan pada Gambar . 11.17b . Stepper motor adalah tersedia dalam berbagai desain dengan berbagai pilihan jumlah kutub dan mendorong persyaratan , semua yang mendefinisikan karakteristik stepper motor dan sudut rotasi untuk setiap tahap input. Stepper motor dapat dibalik dengan mengubah urutan fase mengemudi . Stepper motor tersedia dengan melangkah sudut dari 0,9 , 1,8 , 3,6 , 7,5 , 15 , dan 18 derajat . Karena motor langkah yang dikenal sudut dengan setiap input pulsa , umpan balik tidak diperlukan . Namun, karena hanya relatif Posisi diketahui, hilangnya kekuasaan akan menyebabkan hilangnya informasi posisi , sehingga dalam sistem yang menggunakan motor stepper referensi posisi biasanya diperlukan.

Gambar 11.17 Illustrated adalah (a) motor servo dengan umpan balik dan (b) stepper motor.

Figure 11.18 ( a) Sebuah motor listrik dc katup yang dioperasikan dengan umpan balik posisi potensiometer dan ( b)

pneumatik pengontrol suhu mengatur diri sendiri . Posisi 11.5.3 Valve umpan balik Dalam Gambar . 11.18aa globe valve yang dioperasikan oleh sebuah motor listrik ditampilkan . sekrup digerakkan oleh motor dapat bergerak steker katup atas atau bawah . Sebuah potensiometer wiper menempel pada batang katup dan memberikan perlawanan berbanding lurus untuk jumlah katup terbuka . Nilai resistansi ini dapat diberi makan kembali ke pengendali elektronik , sehingga posisi katup dapat dipantau . Sistem ini juga bisa menjadi digital , dalam hal ini , teknik pengkodean digital akan digunakan untuk umpan balik . 11.5.4 umpan balik Pneumatic Dalam Gambar . 11.18b kontrol pneumatik digunakan dalam sistem loop tertutup lokal untuk menjaga air pada suhu yang disetel . Air dingin dan uap panas dicampur dalam suatu penukar , suhu keluar air panas dipantau oleh tekanan - musim semi termometer . Tekanan dari termometer digunakan untuk mengoperasikan dan mengontrol katup globe linear dalam pipa uap yang masuk . Jika suhu meningkat air panas di atas suhu set, tekanan dari termometer meningkat dan mulai untuk menutup katup dalam pipa uap , menjaga air panas pada suhu yang disetel . Jika aliran air meningkat panas , suhu air akan mulai lebih rendah dan hal ini akan mengurangi tekanan dari termometer untuk katup meningkatkan aliran uap , membawa suhu kembali ke set point -nya . 11.6 Pertimbangan Aplikasi 11.6.1 Katup Pemilihan katup kontrol untuk aplikasi tertentu tergantung pada banyak variabel ; seperti sifat korosif dari cairan , suhu operasi , tekanan kecepatan terlibat , tinggi atau rendah aliran , volume aliran , dan jumlah padatan tersuspensi . Katup adalah elemen terakhir dalam loop kontrol dan sangat penting dalam memberikan aliran yang benar untuk pengendalian proses . Katup tunduk pada operasi di sangat keras kondisi dan salah satu unsur yang paling mahal dalam sistem kontrol proses . itu pilihan dan instalasi yang benar membutuhkan baik pengetahuan dan pengalaman . hati-hati perhatian harus dibayarkan kepada

persyaratan sistem dan spesifikasi produsen , hanya kemudian dapat pilihan katup hati-hati dibuat ( informasi tambahan dapat diperoleh dari seri ISA 75 standar ) . Beberapa faktor yang mempengaruhi pilihan katup adalah sebagai berikut : 1 . Jenis katup untuk dua arah atau tiga-cara gagal-aman pertimbangan , dan sebagainya . 2 . Ukuran katup dari persyaratan aliran , perawatan harus dilakukan untuk menghindari kedua oversizing dan undersizing . 3 . Bahan yang digunakan dalam konstruksi katup , mengingat tekanan , ukuran , dan korosi. Bahan yang digunakan dalam katup berkisar dari PVC ke kuningan untuk baja . 4 . Ketatnya penutup : Katup diklasifikasikan berdasarkan kualitas penutup oleh kebocoran pada tekanan maksimum . Katup diklasifikasikan menjadi enam kelas tergantung pada kebocoran dari 0,5 persen dari kapasitas 0,15 mL / menit . untuk 1 -in dia . katup . 5 . Penurunan tekanan yang dapat diterima di seluruh katup . 6 . Katup tubuh untuk gerakan linear atau rotary , yaitu , dunia , diafragma dibandingkan bola , kupu-kupu , dan sebagainya . Jenis katup atau konektor tergantung pada sifat dari reaksi proses . dalam kasus reaksi cepat dengan perubahan beban kecil , kontrol hanya sedikit terpengaruh oleh karakteristik katup . Ketika proses ini lambat dengan perubahan beban besar , karakteristik valve yang penting , yaitu , jika perubahan beban linier , katup dengan karakteristik linear harus digunakan , dalam kasus perubahan beban nonlinier , a valve dengan perubahan persentase yang sama mungkin diperlukan . Dalam beberapa aplikasi katup ini harus benar-benar tertutup ketika OFF. Pertimbangan lain adalah maintenance , servis , gagal-aman fitur , pneumatik , hidrolik , solenoid atau kontrol motor , dan kebutuhan untuk umpan balik . Di atas adalah review terbatas actuator katup , seperti disebutkan sebelumnya , lembar data produsen harus dikonsultasikan ketika memilih katup untuk aplikasi tertentu . Posisi dan kecepatan biasanya dikontrol oleh servo dioperasikan listrik atau stepper motor . Pada pompa, kompresor , ban berjalan , dan seperti aplikasi , tiga fase motor biasanya digunakan . 11.6.2 perangkat listrik Perangkat switching power dari kontaktor ke perangkat solid state akan dipilih dari pertimbangan penanganan daya , kecepatan switching, isolasi , dan biaya. Beberapa pertimbangan adalah sebagai berikut : 1 . Untuk operasi kecepatan rendah , perangkat estafet mekanik dapat digunakan , yang akan memberikan isolasi , disipasi relatif rendah , dan biaya rendah . 2 . Kontrol lampu dan ac kontrol motor dapat menggunakan SCRs dan triacs . perangkat ini yang dikemas dalam berbagai paket tergantung pada penanganan saat ini dan persyaratan pembuangan panas . 3 . Untuk kontrol daya , kontrol motor multiphase , dan aplikasi beralih kecepatan tinggi BJTs atau IGBTs dapat digunakan . Perangkat ini juga datang dalam berbagai paket tahan panas yang rendah . 4 . Perangkat MOSFET dapat digunakan dalam aplikasi daya menengah . perangkat memiliki keuntungan yang mengontrol sirkuit dapat diintegrasikan ke dalam die yang sama sebagai perangkat listrik.