Bab

1

Pendahuluan1.1 Instrumentasi ?

Instrumentasi berasal dari kata Instrument yang dalam bahasa inggris berarti alat, jadi arti instrumentasi adalah pemakaian alat bantu dalam suatu kegiatan untuk memudahkan kegiatas tersebut

Sampai dengan tahun 1920 sistem Instrumentasi di Industri sangat sederhana, masih banyak menggunakan tenaga operator untuk mengendalikan proses

Seorang operator dengan menggunakan flow meter dan level meter yang sederhana dapat mengetahui material balance dari suatu tanki, sehingga dapat menghitung losses/gain yang timbul

Kontrol automatik telah memegang peranan yang sangat penting dan terpadu pada proses-proses di pabrik dan industri modern.

Dalam suatu pabrik atau kilang minyak, semua proses yang berjalan harus dikendalikan sedemikian rupa agar semua proses variabelnya berada pada harga/nilai yang dikehendaki, secara terus menerus dan tetap.

Sebagai contoh, kontrol automatik sangat diperlukan dalam operasi-operasi di industri untuk mengontrol tekanan, temperature, level atau flow pada industri proses, sedangkan pada industri manufaktur diperlukan kontrol autmatik untuk pengerjaan dengan mesin-mesin perkakas dan perakitan bagian-bagian mekanik secara sekuensial dan sebagainya.

Kontrol automatik memberikan kemudahan dalam mendapatkan performasi dari sistem dinamik, mempertinggi kualitas dan menurunkan biaya produksi, mempertinggi laju produksi, meniadakan pekerjaan-pekerjaan ruting dan membosankan yang harus dilakukan oleh manusia, dan sebagainya.

Mengapa perlu Instrumentasi ?

Manusia. adalah mahluk ciptaan Tuhan yang mempunyai banyak kelebihan dan sekaligus segala keterbatasannya. Salah satu keterbatasan manusia adalah dalam menggunakan inderanya sebagai alat ukur. Percobaan sederhana berikut ini akan membuktikan hal tersebut.

Ada tiga buah tempayan berisi air yang diletakkan berurutan dari kiri ke kanan. Tempayan kiri diisi air hangat, tempayan tengah diisi air suam kuku, dan tempayan kanan diisi air es. Apa yang dirasakan kalau tangan kiri dicelupkan ke tempayan kiri dan tangan. kanan dicelupkan ke tempayan kanan? Tangan

1

kiri akan merasakan. hangatnya air hangat dan tangan kanan akan merasakan dinginnya air es. Sampai sebatas ini, manusia masih mampu membedakan mana yang dingin dan mana yang panas.

Gambar 1.1 : Tiga tempayan dengan tiga macam air.

Namun, apa yang terjadi kalau kedua tangan kita kemudian dimasukkan ke tempayan tengah yang berisi air suam kuku? apa yang dirasakan kedua tangan kita? tangan kiri yang baru berada di air hangat akan merasakan bahwa air di tempayan tengah itu dingin, dan tangan kanan kita yang baru berada di air es akan merasakan bahwa air itu panas.

Mengapa bisa begitu? karena tangan, atau indera kita memang tidak mampu dijadikan sebagai alat ukur yang akurat.

Percobaan sederhana di atas menunjukkan betapa terbatasnya indera manusia sebagai alat pengukur suhu. Belum lagi keterbatasan indera manusia dalam hal mengukur suhu air yang hampir mendidih, atau besaran-besaran proses yang lain, seperti flow, pressure, level, dan temperatur yang tinggi. Manusia wajar tidak akan mampu menggunakan tangannya untuk mengukur suhu air Yang hampir mendidih, apalagi temperatur suhu besi cairan di sebuah tanur. Manusia memerlukan bantuan instrumentasi untuk mengukur parameter- parameter proses. Contoh di atas menunjukkan bagaimana terbatasnya indera manusia sebagai alat ukur.

1.2 Fungsi Instrumentasi

Secara sederhana fungsi instrumen dapat dikelompokkan sebagai berikut :

a. Alat ukur (Measurement)

Sebagai alat ukur, yaitu berfungsi untuk mengetahui/ memonitor jalannya suatu kondisi operasi melalui pengukuran besaran dari variable proses yang sedang diukur. Pengukuran yang banyak dilakukan adalah berupa pengukuran: tekanan, temperatur, aliran (flow), dan tinggi permukaan cairan (level).

2

b. Alat Pengendali (Control)

Sebagai alat control yaitu befungsi untuk mengendalikan jalannya operasi agar variable proses yang diukur dapat diatur atau dikendalikan sesuai harga yang diinginkan.

c. Alat Pengaman (Safety)

Sebagai alat pengaman yaitu berfungsi untuk mencegah kerusakan pada peralatan, mencegah terjadinya bahaya kecelakaan pada orang yang bekerja, dan mencegah kerusakan lingkungan. Sistem pengaman ini mempunyai tahap-tahap, yaitu memberi peringatan berupa alarm dan melakukan shutdown terhadap proses yang ada.

d. Alat Analisa (Analyzer)

Sebagai alat analisa peralatan instrumen berfungsi untuk menganalisis kualitas kandungan dari suatu produk yang dikelola. Kemudian dapat juga dipergunakan sebagai alat analisa untuk pencegahan polusi dari hasil buangan industri agar tidak membahayakan dan merusak lingkungan.

Secara singkat, instrument atau sistem instrumentasi dalam industri dipakai untuk mengetahui dan/atau mengatur suatu atau banyak process variable, sehingga bisa disamakan dengan panca indra dan otak pada manusia.

Dalam industri perminyakan, hampir semua proses terjadi dalam bejana tertutup (pipa, coulomn, vessel, exchanger dan lain-lain), sehingga fungsi instrument sebagai alat deteksi untuk mengetahui kondisi operasi sangat diperlukan.

1.3 Perkembangan Sistem Instrumentasi

Perkembangan teknologi Instrumentasi dimulai sejak pada awal abad ke-20 dapat diklasifikasikan sebagai berikut

a. Mekanik

Awal mula mekanisme kontrol atau sering disebut regulator didasarkan pada mekanisme mekanik yang mendeteksi gerakan diaphragma atau bourdon dan menggerakkan stem suatu control valve.

Masing-masing mekanisme ini dikembangkan untuk menggantikan tugas operator pada beberapa pekerjaan yang membosankan, gerakan stem suatu control valve dapat merubah parameter plant yang dikendalikan.

3

Pada sistem ini plant atau parameter proses akan dikendalikan secara lokal artinya peralatan kontrol berada pada lokasi plant (operator dalam mengendalikan plant harus di lokasi/plant)

Gambar 1.2 : Sistem Mekanik

b. Pneumatik

Teknologi ini dipakai sejak tahun 1920-an, dengan memanfaatkan sistem transmisi sinyal untuk mengendalikan proses secara remote.

Transmisi pneumatik suatu sinyal pengukuran atau kontrol dipakai sebagai transmisi sinyal yang dipergunakan untuk mengoleksi beberapa parameter pada satu lokasi ”central” yang meliputi data semua indikator, rekorder dan peralatan lain yang diperlukan untuk operasi plant yang cukup besar.

Gambar 1.3 : Sintem Pneumatik

c. Elektronik

4

Selama dan sesudah perang dunia kedua, dikembangkan instrumentasi elektronik yang memiliki ukuran yang lebih kecil dan memiliki fleksibilitas yang lebih baik, karena dapat menjangkau jarak yang lebih jauh dan memiliki ketelitian yang lebih baik.

Sejak munculnya mikroprosesor pada tahun 1970-an telah memacu perkembangan instrumentasi yang berbasiskan komputer yang semakin lama semakin pesat perkembangannya hingga saat ini.

Dengan menggunakan sistem ini memungkinkan ukuran peralatan instrumentasi menjadi semakin lebih kecil sehingga ukuran control room maupun peralatan menjadi lebih kecil yang dapat lebih mengoptimalkan operator dalam mengendalikan proses.

Perkembangan ukuran peralatan ini sebenarnya juga diikuti oleh perkembangan teknologi proses, dimana teknologi proses yang berkembang akan memerlukan lebih banyak parameter yang dimonitor dan dikontrol sehingga juga diperlukan peralatan instrumen yang lebih banyak sehingga tuntutan akan semakin kecilnya ukuran peralatan juga menjadi lebih besar.

Gambar 1.4 : Sistem Elektronik

5

Bab

2

Pengukuran2.1. Umum

Sistem pengukuran adalah bagian yang paling utama dan pertama dari suatu sistem instrumentasi. Ingat bahwa langkah "mengukur" adalah langkah pertama yang harus dilakukan pada sistem instrumentasi. Bagian pengukuran adalah salah satu bagian yang menentukan hasil akhir dari kerja sistem. Bagaimana tidak, kalau hasil pengukuran tidak cocok dengan besarnya process variable, bagaimana kita akan dapat memastikan bahwa process variable mencapai titik seperti yang kita kehendaki (set point).

Controller tidak pernah dapat mengerti apakah measurement variable itu benar-benar mewakili process variable dengan akurat atau tidak. Controller hanya tahu bahwa ia bertugas mengoreksi manipulated variable agar set point sama dengan measurement. Tidak peduli apakah hasil measurement tadi tepat atau tidak. Dengan kata lain, kalau hasil pengukuran (measurement) tidak pernah tepat, jangan harap akan mendapatkan process variable yang sesuai dengan yang kita kehendaki.

Pada bab ini diskusi akan dipusatkan pada segala aspek yang menyangkut sistem pengukuran.

2.2. Terminologi

Untuk mengetahui hasil pengukuran apakah sudah sesuai dengan kriteria-kriteria yang diharapkan maka kita perlu mengetahui beberapa terminologi yang sering dipakai dalam sistem pengukuran. Terminologi-terminologi yang sering dipakai adalah sebagai berikut.

a. Range

Range adalah rentang atau batas pengukuran terkecil dan terbesar dari suatu sistem pengukuran yang mampu diberikan oleh peralatan ukur. Artinya bahwa pada range tersebut peralatan ukur mampu memberikan representasi yang benar terhadap hasil pengukuran.

b. Span

6

Span adalah selisih batas atas dan bawah dari sebuah range pengukuran. Span menentukan lebar rentang pengukuran. Semakin sempit rentang pengukuran akan memberikan representasi yang makin baik, akan tetapi juga akan membatasi area pengukuran atau alat ukur akan menjadi spesifik untuk daerah tertentu saja.

c. Accuracy

Accuracy, atau dalam bahasa Indonesia seringkali diterjemahkan menjadi akurasi, ketelitian, atau keakuratan, adalah ketepatan suatu alat ukur dalarn memberikan hasil bacaan. Besaran ini menunjukkan banyaknya penyimpangan yang terjadi pada sebuah alat ukur, atau sistem, pengukuran

Ada beberapa cara untuk menyatakan accuracy:

Dalam variabel pengukurannya.

Misalnya, sebuah thermometer dengan skala 0oF- 100oF disebutkan mempunyai accuracy 1oF. Bila termometer tersebut menunjukkan temperatur 60oF, temperatur yang sebenarnya berkisar antara 59oF sampai 61oF.

Dalam persentasi spam

Sebuah pressure transmitter memiliki range 100 - 400 psi dan accuracy 0,5 % span. Artinya, setiap sinyal yang keluar dari transmitter tersebut dapat menyimpang sampai 0,5% x 300 psi .= 1,5 psi. Jadi, kalau hasil pembacaan transmitter adalah 200 psi, tekanan atau pressure yang sebenarnya berkisar antara 198,5 sampai 201,5 psi.

Dalam persentasi terhadap skala maksimum.

Istilah skala maksimum merupakan terjemahan bebas dari istilah full scale (disingkat FS). Sebuah voltmeter dikatakan mempunyai ketelitian 1% FS, artinya kalau meter diletakkan pada skala baca maksimum 200 volt, ketelitian di range itu adalah ±2 volt. Kalau diletakkan di skala baca 1000 volt, ketelitian di range itu adalah ±10 volt.

Dalam persentasi pembacaan.

Ketelitian dalam hal ini tergantung pada hasil pembacaan. Sebuah level transmitter dikatakan memiliki accuracy 0,5% output. Range transmitter tersebut, misalnya 0-100". Pada waktu transmitter menunjukkan sinyal 40% atau 40", level, yang sebenarnya berkisar antara 39,8” sampai 40,2". Pada waktu transmitter menunjukkan 60% atau 60", level yang sebenarnya berkisar antara 57"sampai 63".

d. Repeatability

Repeatability adalah kemampuan suatu instrumen atau sistem pengukuran untuk mendapatkan hasil baca yang sama pada beberapa kali pengukuran process variable yang sama.

e. Resolusi

Resolusi adalah perubahan terkecil dari suatu proses yang mampu ditampilkan oleh suatu alat ukur.

7

f. Linierity

Linierity atau linieritas adalah persentasi penyimpangan suatu alat ukur dari kurva idealnya. Kurva ideal dari suatu alat ukur adalah kurva hubungan antara input dan output yang biasanya berbentuk garis lurus. Hubungan input dan output adalah hubungan antara nilai proses yang diukur dengan nilai yang ditampilkan oleh suatu alat ukur.

2.3. Bagaimanakah Mengukur Itu ?

Mengukur adalah suatu proses mengkuantisasi besaran dan membandingkannya dengan suatu standar. Standar suatu nilai pengukuran adalah dengan menggunakan suatu alat ukur yang telah dikalibrasi dengan sutu nilai yang telah disepakati bersama dan telah dikonsesuskan oleh para pengguna atau pemakai di seluruh dunia. Artinya nilai standar merupakan nilai yang dikonsesuskan atau disepakati kemudian dari nilai itu akan diturunkan beberapa alat ukur yang digunakan sebagai acuan untuk membandingkan suatu alat ukur yang baru. Dari proses itulah nantinya suatu alat ukur akan memiliki nilai penyimpangan dari nilai standar yang dipakai.

Gambar 2.1 : Elemen Sistem Pengukuran

Sedangkan proses mengukur sendiri dapat dibagi menjadi tiga bagian yaitu :

8

PHYSICALQUANTITY

TO BEMEASURED

(MEASURED)Force

VelocityDisplacement

PressureTemperature

FlowLevel

AccelerationStrain

CurrentVoltage

FrequencypH ValueHumidity

etc.

PRIMARY SENSING

SECONDARYSENSING (may be)

Calibrationsignal generator

with knownvalue of input

variable

AMPLIFIER

FILTER

INTEGRATOR

A/D CONVERTER

0 - 300 V A.C.

SIGNAL CONDITIONINGELEMENT

TRANSDUCER ELEMENT

0 - 300 V D.C.

EXTERNAL POWERELEMENT

(AUXILIARY ELEMENT)

CALIBRATION ELEMENT(AUXILIARY ELEMENT)

0 5 10 15 20ANALOG INDICATOR

TERMINAL FORRECORDING/MONITORING

1 0 3 4 2 6

DIGITAL INDICATOR

DATA LOGGER

GRAPHYCAL DISPLAY

22,24,26,28,3032,34,36,38,40

PRINTED OUTPUT

DATA PRESENTATIONELEMENT

TRANSMISSIONPATH

TRANSDUCEDSIGNAL

BASIC AND AUXILIARY FUNCTIONALELEMENTS OF A MEASUREMENT SYSTEM

a. Sensing Element

Sensing Element merupakan bagian dari proses mengukur yang mengkonversikan sinyal dari besaran proses menjadi sutu sinyal yang dapat dikuantisasi. Sinyal outpun dari sensor dapat berupa besaran mekanik atau elektrik yang pada umumnya besar output masih sangat kecil sehingga operator tidak akan mampu membacanya. Sensing element biasanya dipilih dari bahan yang memiliki sensitivitas yang tinggi terhadap adanya perubahan parameter proses.

b. Signal Modifier (Signal Conditioner)

Bagian ini berfungsi memodifikasi output sensor sehingga operator mampu membaca hasil kuantisasi parameter proses. Bagian ini biasanya merupakan mekanisme penguat ataupun filtering terhadap sinyal output sensor.

c. Read Out Display

Read Out Display merupakan tampilan suatu alat ukur sehingga operator mampu menerjemahkan kuatisasi hasil pengukuran. Output dari bagian ini biasanya berupa angka digital atau representasi angka dari skala dan jarum penunjuk.

2.4. Pengukuran Level

A. Sigh Glass

Gelas penduga (Sight glass) merupakan alat indicator level yang sangat sederhana dan murah. Gelas penduga dapat digunakan untuk bejana (vessel) terbuka atau tertutup.

Pada Gambar 2.2 adalah contoh dari gelas penduga, dengan bagian bawah dipasangkan ke bagian paling bawah level yang akan diamati, sedangkan bagian atas terbuka ke atmosfer apabila dipasangkan untuk bejana terbuka atau dipasangkan/ disambungkan ke bagian atas bejana apabila digunakan untuk tangki tertutup.

9

Gambar 2.2 Sight Glass Level Meter

Gambar 2.3. Contoh Gelas Penduga (Sight Glass)

Pada gelas penduga biasanya terdapat valve dibagian bawah (blow down valve) yang digunakan untuk membuang kotoran yang terdapat pada gelas penduga tersebut.

Secara umum gelas penduga (sight glass) terdiri dari:

Sebuah tabung gelas silinder

Fitting yang digunakan untuk memegang gelas tersebut.

Kelengkapan-kelengkapan: valve-valve, blow down valve.

Skala pengukuran untuk menunjukkan ketinggian level pengukuran.

10

Gambar 2.4. Skematik Gelas Penduga (Sight Glass)

Fungsi Bagian-Bagian Gelas Penduga

Bagian-bagian dari gelas penduga mempunyai fungsi sbb:

Gelas merupakan tabung transparan silinder yang dibuat dari bermacam-macam material transparan bergantung pada aplikasinya. Jika diaplikasikan pada bejana tekanan tinggi harus tersedia pelindung/ penutup.

Valve Isolasi (Isolation Valve) digunakan untuk mengisolasi bejana apabila dilakukan pelepasan gelas penduga pada saat bejana dalam kondisi operasi.

Blow-down valve digunakan pada saat dilakukan proses pembuangan kotoran yang ada pada gelas penduga. Dengan membuka blow down valve maka akan dapat membuang endapan-endapan atau kotoran dalam gelas.penduga.

Skala biasanya menempel pada gelas penduga yang akan menunjukkan level cairan dari bejana tersebut.

Instalasi Gelas PendugaGelas penduga dapat diinstalasi untuk bejana atau tangki terbuka (Gambar 2.5) ataupun tertutup (Gambar 2.6).

11

Gambar 2.5. Instalasi pada Tangki Terbuka

Gambar 2.6. Instalasi pada Tangki Terbuka

Jika level yang akan ditinjau melebihi panjang dari gelas penduga, maka dapat dilakukan pemasangan membentuk overlap seperti pada Gambar 2.5.

Gambar 2.7. Pemasangan Multi gelas penduga

12

Gelas Penduga Tekanan Tinggi

Gelas penduga berbentuk silinder tidak direkomendari untuk tekanan diatas 2800 kPa. Untuk tekanan lebih tinggi digunakan gelas penduka tipe flat, dengan pemasangan seperti pada Gambar 2.8.

Gambar 2.8. Instalasi Gelas Penduga pada Tekanan tinggi.

B. Pengukuran Level dengan Pelampung (Floater)

Dengan menggunakan pelampung (floater), maka pelampung akan selalu mengapung di permukaan cairan. Contoh instalasi dari pelampung yang digunakan untuk pengukuran level pada tangki terbuka dapat dilihat pada Gambar 2.7, yaitu dengan menggunakan pelampung yang dihubungkan dengan counter weight (mempunyai pointer) oleh sebuah pita oleh karena itu perubahan level akan dapat terbaca.

13

Gambar 2.9. Pengukuran Level dengan Floater

C. Pengukuran Level dengan Displacer

Pengukuran level dengan menggunakan displacer merupakan salah satu contoh pengukuran level tidak langsung karena pada pengukuran ini yang diukur adalah perubahan berat benda yang setara dengan perubahan level. Dan dalam masa sekarang banyak digunakan pengukuran level secara tidak langsung, seperti pengukuran level dengan menggunakan differential pressure, ultrasonic, radioaktif, dll.

Pengukuran level dengan displacer menggunakan prinsip Hukum Archimedes, yaitu: Benda yang tercelup dalam zat cair (Fw) akan mempunyai daya dorong keatas sebesar zat cair yang dipindahkannya (FB), seperti pada Gambar 2.10.

14

Gambar 2.10. Prinsip Hukum Archimedes

Contoh 1:

Sebuah silinder tegak (displacer) mempunyai luas A, panjang h tercelup semuanya kedalam cairan yang mempunyai density seperti terlihat pada Gambar 2.9. Berapa daya dorong ke atas dari benda yang tercelup tersebut?

Penyelesaian:

Jika density dari fluida adalah , dan luas dari silinder adalah A, maka tekanan dari atas silinder adalah:

P1 = gh1

Sehingga gaya kebawahnya adalah:

F1 = P1A

= gh1A

Tekanan keatas dari bawah silinder adalah:

P2 = gh2

Sehingga gaya keatasnya adalah:

F2 = P2A

= gh2A

Gaya total pada silinder adalah:

FB = F2 – F1

= gA (h2 - h1)

= gAh, dimana h adalah tinggi silinder.

= gV, dimana V adalah volume silinder & V adalah massa dari liquid yang mendorong keatas.

15

h=h2

- h1

h2

h1 A

F1

F2

DISPLACER

Gambar 2.11. Daya dorong benda yang tercelup dalam cairan

Contoh dari pemasangan displacer dilapangan dapat dilihat pada Gambar 2.12.

Gambar 2.12. Displacer

D. Pengukuran Level dengan Perbedaan Tekanan (Differential Pressure)

Pengukuran level dengan menggunakan perbedaan tekanan (differential pressure) adalah menggunakan prinsip tekanan hidrostatis seperti yang terlihat pada Gambar 2.13. Tekanan Hidrostatis adalah tekanan dari cairan berdasarkan pada berat jenis cairan, dan ketinggian cairan di atas point pengukuran. Hal ini dapat digambarkan dengan rumus:

16

P = x g x h

dimana:

P = Tekanan Hidrostatis

= Density Cairan

g = Konstanta percepatan gravitasi

h = Ketinggian cairan diatas point pengukuran

Catatan: Specific Gravity (SG) dapat menggantikan ‘’ jika dibandingkan terhadap density air. Sehingga menghasilkan rumus sbb:

P = S.G. x g x h

Gambar 2.13. Tekanan Hidrostatis

Transmitter Tekanan Differential (Differential Pressure (d/p))

Transmitter Tekanan Differential (d/p) adalah instrument yang digunakan untuk mengukur level dalam suatu tempat, tangki dsb dan mengirimkan (men-transmitte) signal tersebut pada jarak yang cukup jauh sesuai dengan standart signal yang digunakannya. Pengukuran level dengan d/p adalah pengukuran secara tidak langsung karena perubahan level direpresentasikan dengan perubahan perbedaan tekanan.

Tekanan Differential

Tekanan differential adalah perbedaan antara tekanan tinggi dan tekanan rendah dalam sistem pengukuran tekanan differential. Hal ini dapat digambarkan dengan rumus dibawah ini:

Tekanan Differential (d/p) = Tekanan Tinggi – Tekanan Rendah

Transmitter tekanan differential dapat dipasang pada dua situasi, yaitu pada sistem tangki terbuka atau sistem tangki tertutup.

Pada sistem tangki terbuka, untuk tapping tekanan tinggi dari transmitter d/p dipasang pada point ‘level nol’ dan tapping tekanan rendah terbuka ke

17

atsmosphir, seperti pada Gambar 2.14. Susunan ini menjadikan perhitungannya mudah dalam menghitung tekanan differential-nya, karena tekanan differential-nya sama dengan tekanan pada tapping tekanan tingginya, yaitu:

Tekanan Differential (d/p) = Tekanan Tinggi – Tekanan Rendah

= ( x g x h + Patm) – Patm

= x g x h

Gambar 2.14. Instalasi transmitter d/p untuk tangki terbuka

Pada sistem tangki tertutup, tapping tekanan tinggi dari transmitter d/p disambungkan point ‘level nol’ dan tapping tekanan rendah dipasangkan diatas level cairan yang paling tinggi (dihubungkan kedalam vessel). Tekanan tertutup ini menekan ke bawah cairan yang menambah tekanan total hidrostatis pada point ‘level nol’. Oleh karena itu, tekanan ini dikurangi dari nilai tapping tekanan rendahnya. Instalasi transmitter d/p pada bejana tertutup dapat dilihat pada Gambar 2.15.

Sehingga perhitungannya adalah sbb:

Tekanan Differential (d/p) = Tekanan Tinggi – Tekanan Rendah

= ( x g x h + Pgas) – Pgas

= x g x h

18

h

h

Pg

a

s

Gambar 2.15. Instalasi transmitter d/p untuk tangki tertutup.

E. Pengukuran Level Dengan Sensor Ultrasonic dan Radar

Sensor Ultrasonic dan Radar mengukur permukaan cairan secara langsung dengan menggunakan gelombang suara atau gelombang elektromagnetik. Kecepatan suara pada udara 1.054 feet/second dan kecepatan radar adalah 180.000 miles/second. Pada pengukuran level menggunakan ultrasonic maupun radar adalah dengan mengukur waktu saat sinyal dikirim dan waktu saat sinyal dipantulkan oleh permukaan dari cairan yang diukur. Jika kecepatan sinyal diketahui dan waktu untuk menempuh jarak diketahui maka jarak akan dapat diperoleh

Gambar 2.16 : Ultrasonic Level Meter

2.4. Pengukuran Tekanan

Pengukuran tekanan disamping digunakan untuk melakukan pengukuran tekanan dapat juga sebagai pengukuran variable phisik yang lain, yaitu sebagai pengukuran tidak langsung. Sebagai contoh dengan menggunakan perbedaan tekanan (differential pressure) dapat digunakan untuk melakukan pengukuran: aliran, level, densitas, dan massa.

Tekanan didefinisikan sebagai gaya normal/ tegak lurus yang digunakan pada luasan permukaan. Dalam fluida yang dimasukan ke dalam suatu tempat yang tertutup rapat maka tekanan yang timbul selalu normal atau tegak lurus pada

19

lokasi tersebut. Gambar 2.17 menggambarkan tentang arah tekanan pada sejumlah pembatas.

Gambar 2.17. Distribusi tekanan pada suatu bidang

Tekanan didefinisikan sebagai gaya per satuan luas dapat ditulis sebagai :

dimana:

P: tekanan (pressure) dalam (N/m2) atau Pascals (Pa) atau dalam satuan dasar (kg/ms2)

F : gaya (force) dalam Newtons (N) atau dalam satuan dasar (kgm/s2)

A : luas dalam (m2)

Satuan standar tekanan dalam SI adalah Newton dibagi dengan meter persegi

(N/m2) yang didefinisikan sebagai sebuah pascal (Pa).

Definisi Istilah pada Tekanan

Ada beberapa istilah yang umum digunakan dalam pengukuran dan perhitungan tekanan, istilah tersebut adalah tekanan alat ukur (gage pressure), tekanan absolut, tekanan atmosphir, tekanan atmosphir standar, tekanan sekeliling/ sekitar (ambient pressure), tekanan diferensial, tekanan hidrostatis, tekanan vacuum. Definisi dari istilah-istilah tersebut adalah:

20

Tekanan Absolut (Absolute Pressure) adalah tekanan yang diekspresikan dengan perfect vacuum atau tekanan nol.

Tekanan sekitar (Ambient Pressure) artinya tekanan atmosphir disekitar/ disekelilingnya atau tekanan barometrik (barometric pressure).

Tekanan Atmosphir (Atmospheric Pressure) adalah tekanan pada setiap tempat diatas bumi yang disebabkan oleh gaya oleh massa udara di atas titik tersebut. Tekanan atmospher di sekitarnya (Ambient atmospheric pressure) berubah-ubah sesuai dengan kondisi setempat (ketinggian dan cuaca).

Tekanan Diferensial (Differential Pressure) merupakan perbedaan secara aljabar di antara dua nilai tekanan. Umumnya digunakan dalam pengukuran aliran untuk menyebutkan perubahan tekanan yang diukur di antara dua titik.

Tekanan Alat Ukur (Gage Pressure) adalah tekanan yang diukur dengan menggunakan tekanan atmosphir sebagai referensi atau titik nol (zero point). Tekanan alat ukur bisa saja di atas atau di bawah tekanan atmosphir.

Tekanan Hidrostatis (Hydrostatic Pressure) adalah tekanan dalam cairan atau yang digunakan pada sesuatu yang dicelupkan dalam cairan.

Perfect Vacuum berarti tekanan absolut pada nol (zero absolute pressure).

Tekanan Atmosphir Standar adalah tekanan yang mengacu pada nilai tekanan atmosphir di atas permukaan laut dan dianggap konstan pada 14,7 psi.

Hampa Udara (sering disebut partial vacuum) tekanan alat ukur yang berarti di bawah tekanan sekitar (ambient pressure) tetapi di atas perfect vacuum (zero absolute pressure).

Tekanan Uap (Vapor Pressure) adalah tekanan yang digunakan uap di atas permukaan cairan pada saat cairan dan uapnya larut bersama secara seimbang. Tekanan uap berubah bersama dengan berubahnya temperatur zat.

Satuan-Satuan Tekanan dan konversinya

Ada beberapa satuan yang digunakan dalam tekanan, yaitu: atm (Atmospheres), Pa (Pascal), psia (pounds per square inch absolute), psig (pounds per square inch gage), mmHg, inHg, inH2O, bar absolute. Konversi dari satuan-satun tersebut adalah:

1 atm (atmospheres) =

x 1.0132 x 105 = Pa (Pascal) (Satuan SI) x.14.696 = psia (pounds per square inch absolute)

= 0 psig (pounds per square inch gage)x 7.60 x 102= mmHg at 0°Cx 29.921 = inHg at 0°Cx 4.0716 x 102= inH2O at 60°F

21

x 1.0132 = bars absolutex 1.0332 = kgf/cm2 absolute

Elemen-elemen dan Alat ukur Tekanan

Benda apa saja akan mengalami deformasi atau distorsi dengan keadaan tertentu pada saat menerima gaya dan akan kembali ke bentuk aslinya pada saat gaya itu sudah keluar dari benda tersebut, asalkan benda tersebut tidak dideformasi melebihi batas elastisitasnya. Elemen alat ukur tekanan, yang berdasarkan pada sifat elastisitasnya adalah:

a. Bourdon tubes (C-type, spiral, dan helix)

b. Bellows

c. Diaphragma

d. Kapsul (Capsules)

Obyek elemen sensor tekanan adalah untuk mengubah tekanan menjadi beberapa bentuk indikasi atau sinyal. Dan pada alat ukur, tujuannya adalah untuk menggerakkan jarum penunjuk ke nilai yang benar. Unsur tekanan juga digunakan dalam desain pneumatik dan transmitter elektronika untuk mengubah tekanan menjadi sinyal output yang sebanding.

a. Bourdon Tubes

Gambar 2.18a. adalah merupakan gambar Bourden tube jenis C tube, yang memiliki penampang berbentuk oval, bentuknya seperti huruf C. Ujung tube yang bebas ditutup sementara ujung lain yang berisikan pressure inlet. Apabila tekanan dialirkan ke tube, penampang yang berbentuk oval ini akan menjadi lebih mengarah ke bentuk lingkaran, seperti yang diperlihatkan oleh garis titik-titik pada potongan A-A. Pada saat itu, maka C tube mulai bergerak lurus keluar dan menyebabkan ujung yang bebas tersebut bergerak. Pergerakan ujung yang bebas dikirim melalui sambungan ke sektor dan pinion yang diberi gigi (seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.18b.) yang menyebabkan berputarnya jarum penunjuk. Jika tekanan yang memasuki alat ukur turun, maka tube akan bertindak seperti pegas (spring) akan kembali ke bentuk aslinya. Pergerakan ujung tube yang bebas ini akan sebanding dengan perubahan tekanan yang terjadi.

22a.

b.

Gambar 2.18. Komponen-komponen Bourden Tube Jenis C.

Spiral dan helix Bourdon tube yang diperlihatkan pada Gambar 2.19a dan 2.19b yang menghasilkan gerakan pada pita. Spiral digunakan untuk membangkitkan daya dan memberikan rotasi ke posisi pen pada recorder chart tanpa menggunakan gear. Putaran yang besar bisa diperoleh dengan jumlah lilitan yang besar.

Gambar 2.19. Sensor Tekanan (a. Spiral & b. Helix)

Jenis helix lebih sensitif terhadap perubahan tekanan yang kecil dan juga kurang dipengaruhi oleh perubahan temperatur dibandingkan dengan jenis C.

Semua jenis tube ini hanya digunakan pada rotasi atau gerakan pita masih linear dengan tekanan yang digunakannya. Pengaliran tekanan ke alat ukur tertentu yang melebihi ukuran yang telah ditentukan akan menekan tube melebihi batas elastisitasnya dan akan menyebabkan kerusakan pada alat ukur tersebut. Ukuran Bourdon tube berbeda-beda dari nol absolut sampai kira-kira 700 000 kPa.

23

Bahan alat ukur dari Bourdon tube harus sangat elastis dan harus tahan korosi serta dapat menahan siklus perubahan tekanan tanpa menurunkan akurasinya. Beryllium, tembaga, phosphor, bronze, baja tuang, dan stainless steel umum digunakan untuk alat ini.

b. Bellows

Bellows (diperlihatkan pada Gambar 2.20) sebagai elemen tekanan defleksi, bellows ini terdiri dari metal tube seperti bahan yang dapat mengembang ke arah panjangnya. Bellows yang terbuat dalam diameter yang besar akan bisa menghasilkan gaya yang besar dengan tekanan yang rendah dan mempunyai hasil yang lebih baik dibandingkan dengan Bourdon tube untuk menggerakkan jarum atau menunjukkan alat.

Gambar 2.20. Bellows

c. Diaphragma

Prinsip operasi diphragma adalah sama seperti bellows, apabila tekanan diberikan akan menyebabkan ekspansi sesuai dengan besar tekanan yang diberikannya. Besarnya pergerakan dari diaphragma bergantung pada ketebalan dan diameter dari Diaphragma. Diaphragma merupakan disk fleksibel yang bentuknya rata/ flat atau corrugated konsentris seperti yang diperlihatkan dalam Gambar 2.21 (a) dan (b). Penambahan corrugated ke elemen diaphragma akan meningkatkan kemampuannya.

Gambar 2.21. Diaphragma (a. Flat, b. Corrugated)

24

a.

b.

d. Kapsul (Capsule)

Sebuah kapsul, seperti pada Gambar 2.22(a) memiliki dua atau lebih diaphragma yang dilas bersama di sekelilingnya. Sensitivitas sebuah kapsul bertambah sebanding dengan diameternya.

(a) (b)

Gambar 2.22. Kapsul

Gambar 2.22(b) menunjukkan adanya indikator tekanan yang menggunakan multiple kapsul untuk elemen sensor tekanan. Tekanan yang ada masuk ke bagian dalam kapsul dan gaya yang timbul akan digunakan untuk menggerakkan pointer, sehingga penunjukan di pointer sesuai dengan besarnya tekanan yang diberikannya.

e. Strain Gages

Stain gages merupakan sensor pengukuran tekanan yang banyak digunakan sebagai alat ukur tekanan. Strain gages mengkonversikan tekanan menjadi sinyal elktrik yang dapat dipergunakan sebagai sinyal kontrol atau untuk sinyal monitor. Strain gages umumnya terdiri dari dua bagian yaitu :

Diapragma : berfungsi untuk merespon adanya tekanan

Plat Resistansi : berfungsi merubah tekanan yang dirasakan oleh diapragma menjadi resistansi. Bahan dibuat dari kawat, thin foil atau lapisan kristal konduktive yang direkatkan pada diaphragma.

Keunggulan dari sensor ini adalah low cost, small sizes dan fast response.

Gambar 2.23 : Sensor Strain Gages

25

Gambar 2.24 : Strain Gages Pressure Sensor

f. Capacitance Pressure Sensor

Sensor pressure yang lain yang mengkonversikan tekanan menjadi sinyal elektrik adalah Capacitance Pressure Sensor. Capacitance Pressure Sensor terdiri dari dua bagian yaitu dua permukaan plat yang bersifat konduktive yang dipisahkan oleh bahan dielektrik (non konduktor atau isolator)

Nilai capacitance akan dipengaruhi oleh luas area permukaan bahan konduktive, jarak antara dua plat serta bahan dielektrik yang dipakai (konstanta dielektrikum)

Gambar 2.25 : Sensor Capacitance

26

Gambar 2.26 : Capacitance Pressure Sensor

Transmitter Pneumatik

Transducer didifinisikan sebagai alat yang menerima input dari satu type sinyal dan mengubahnya ke output dengan type sinyal yang lain. Dalam instrumentasi pneumatik, tranducer yang paling umum adalah yang mengubah input yang bersifat mekanis ke output tekanan. Transducer tersebut secara umum disebut sebagai transmitter, karena peralatan tersebut digunakan untuk mengirimkan (mentransmisikan) sinyal ke tempat lain.

Tekanan yang diberikan pada bourdon akan menyebabkan pergerakan pada ujung bourdon yang bebas. Jika tekanan yang lebih besar digunakan, maka menghasilkan pergerakan mekanis yang lebih besar pula. Pergerakan atau gerakan mekanis digunakan untuk menggerakkan alat lain, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.27, yaitu bourdon tube type-C yang digunakan untuk menggerakkan rangkaian flapper nozzle. Ujung bourdon tube yang bebas memposisikan flapper lebih dekat atau lebih jauh dari nozzle, sehingga menyebabkan tekanan output bertambah atau berkurang.

Gambar 2.27. Rangkaian Flapper Nozzle

27

Pada Gambar 2.28 adalah merupakan diagram sederhana dari rangkaian nozzle flapper dengan feedback bellow sederhana.

Gambar 2.28. Rangkaian Flapper Nozzle dengan feedback

Rangkaian flapper nozzle terbuat dari beberapat komponen termasuk; flapper atau baffle, air amplifier (valve, spring dan valve capsule), feedback bellow, restrictor, nozzle dan input serta output port.

Flapper secara fisik dihubungkan ke sumber input. Input yang berubah-ubah menempatkan flapper lebih dekat atau lebih jauh dari nozzle. Nozzle adalah lubang kecil yang mana tekanan udara diperbolehkan mengeluarkan atmosphir. Udara yang diberikan dilewatkan melalui restrictor untuk mengurangi aliran dan tekanan. Jika flapper diposisikan jauh dari nozzle, maka udara keluar ke atmosphir dan diaphragma tidak menggerakkan valve amplifier. Dengan valve dalam posisi tertutup, udara yang disupply tidak lewat melalui amplifier dan tekanan udara keluar ke port output dan feedback bellow posisi tidak mengembang. Apabila flapper diposisikan lebih dekat ke nozzle, maka backpressure dibagian belakang nozzle akan meningkat dan diapragma mulai membuka amplifier valve, pada keadaan ini udara yang disupplai lewat melalui amplifier dan tekanan ke output port serta feedback bellow juga bertambah. Yang pada akhirnya feedback bellow akan memposisikan flapper sesuai dengan nozzle dan dalam hal ini dapat menciptakan output yang seimbang. Feedback bellow, dalam memposisikan kembali flapper, memutar alat ini ke gerakan linear yang seimbang. Hal ini mengartikan bahwa apabila input (ditentukan oleh posisi flapper) bertambah, maka output secara proporsinal akan bertambah.

Pada transmitter pneumatic yang lain (level transmitter, flow transmitter, atau temperature transmitter) pada prinsipnya mempunyai cara operasi yang serupa, yang membedakan hanya pada bagian sensing element.

28

2.5. Pengukuran Aliran

Perpindahan suatu zat dari satu tempat ke tempat lain lazim disebut Aliran (flow). Bila zat yang mengalir itu adalah suatu fluida (gas atau cairan), perpindahan tersebut disebut aliran flida (fluid flow). Pengukuran flow adalah jenis pengukuran yang paling dibutuhkan baik dalam kehidupan sehari-hari maupun dalam suatu proses industri. Contoh pada kehidupan sehari-hari adalah flow air ke rumah-rumah, flow dari meter bensin atau solar, flow gas di dalam pipa, dan sebagainya.

Kecepatan aliran (Flow rate) didefinisikan sebagai besarnya volume, masa, atau berat (volume, mass or weight) suatu fluida yang mengalir melalui suatu titik per satuan waktu. Dalam beberapa hal, pengukuran kecepatan aliran tidak harus terlalu akurat, karena dibutuhkan hanya untuk pengukuran kasar besarnya aliran dari satu tempat ke tempat yang lain. Namun pada keadaan tertentu, pengukuran kecepatan aliran perlu dilakukan secara akurat karena adanya perubahan kepemilikan, atau karena menyangkut penjualan produk (custody transfer) dan transaksi uang dan barang. Dalam hal ini keakuratan dan tipe dari pengukuran aliran yang dibutuhkan akan menentukan tipe flow meter yang digunakannya.

A. Flowmeter Tipe Head

Seperti diterangkan sebelumnya, sistem pengukuran flow dengan flowmeter tipe head memerlukan suatu elemen yang berfungsi untuk menciptakan restriksi pada fluida yang sedang mengalir, agar timbul beda tekanan (differential pressure) di antara elemen itu. Ada beberapa tipe restriksi yang biasa dipergunakan untuk mengukur flow rate. Pemilihan tipe restriksi dibuat orang berdasarkan jenis proses yang akan diukur dan besarnya flow rate, berdasarkan pertimbangan beaya, berdasarkan ukuran pipa, berdasarkan meter range yang dikehendaki serta berdasarkan akurasi yang dibutuhkannya. Elemen restriksi kemudian dipasang langsung di tengah-tengah pipa, dan dalam sistem pengukuran tipe head flow meter banyak dikenal dengan sebutan primary elements.

Tipe-tipe Head Flowmeters

orifice plate

venturi

flow nozzle

Prinsip Kerjanya

Pengukuran flow tipe head dikembangkan berdasarkan teori Bernoulli yang mengatakan bahwa di suatu aliran fluida, jumlah energi potential, energi kinetik, dan energi tekanan akan selalu sama di semua titik. Prinsip kerja semacam itu sama untuk semua flowmeter tipe head, namun pembahasan di bawah ini secara spesifik mengupas prinsip kerja orifice plate.

29

Bilamana restriksi, seperti orifice plate, diletakkan di tengah-tengah fluida yang sedang mengalir, fluida akan mengalir lebih cepat di bagian restriksi untuk mencapai kwantitas yang sama dengan yang mengalir di dalam pipa. Bilamana besarnya energi tidak berubah, maka kenaikan kecepatan fluida itu tentu akan diikuti dengan menurunnya energi tekanan (dengan asumsi bahwa energi potential serta energi elevasi tidak berubah.

Gambar 2.29. Perubahan Tekanan pada Aliran yang dipasang Restriksi

Pada Gambar 2.29 menunjukkan tekanan fluida pada titik-titik sepanjang pipa ketika melewati sebuah orifice plate. Tekanan akan sedikit naik sebelum fluida mengalir melalui orifice plate dan akan turun drastis di tengah-tengah orifice plate. Titik di mana tekanan terrendah di bagian downstream dari orifice plate itu disebut vena contracta. Setelah fluida lepas dari orifice plate, luas area flow stream akan membesar dan kecepatannya akan menurun. Hal ini akan menyebabkan naiknya kembali tekanan, walaupun tidak akan tepat menyamai tekanan sebelum masuk orifice plate. Perbedaan tekanan di antara upstream pressure dan final down stream pressure ini lazim disebut ‘head-loss’. Head loss yang terjadi pada orifice plate relatif lebih tinggi bila dibandingkan dengan head loss yang terjadi pada meter tipe head lain. Hal ini merupakan salah satu kelemahan orifice plate yang nyata.

Hubungan secara matematis antara flow rate dan differential pressure adalah:

Q = k (H/)

dimana: Q = flow rate

k = konstanta

H = differential (head) pressure

30

= fluid density

Konstanta (k) adalah faktor yang besarnya tergantung pada satuan (unit) flow rate, dan discharge coefficient yang akan diperhitungkan berdasarkan tipe tap, base pressure dan temperature corrections, Reynolds number serta pertimbangan-pertimbangan lain. Untuk orifice plate, menghitung besarnya konstanta k bisa cukup rumit, terutama untuk gas, sehingga dalam beberapa hal harus menggunakan paket software khusus yang dipasarkan secara khusus pula.

Satu hal penting yang perlu diperhatikan, yaitu hubungan antara flow rate (Q) dan differential (head) pressure (H).

Q H

Flow rate berbanding lurus (proportional) dengan akar (square root) dari differential pressure atau, hasil kwadrat dari persamaan ini adalah:

H Q2

Differential pressure berbanding lurus dengan flow rate pangkat dua.

Venturi Tube

Venturi tube adalah sebuah alat yang bentuknya dapat dilihat pada Gambar 2.30 dan dalam aplikasinya diletakkan di tengah-tengah pipa di mana flow akan diukur. Diameter ventury tube agak mengecil di tengahnya dan di bagian itu kecepatan flow akan naik. Pada ventury tube, ada dua titik untuk mengukur beda tekanan (pressure taps) yang terjadi, lihat Gambar 31, satu berada di bagian inlet, dan satu lagi berada di bagian leher yang mengecil (throat). Di titik ini kecepatan akan menjadi tinggi dan sebaliknya tekanan akan menjadi rendah. Flow rate kemudian dihitung berdasarkan differential pressure yang terjadi tadi dengan memperhitungkan parameter-parameter lain termasuk ukuran venturi tube.

Gambar 2.30 : Venturi

31

Gambar 2.31 : Pressure Tap Pada Venturi

Venturi tubes biasanya dipakai untuk mengukur flow rate yang tinggi. Tekanan yang hilang pada venturi lebih kecil bila dibandingkan dengan tekanan yang hilang pada orifice plate dengan ukuran sama. Venturi cocok untuk mengukur flow rate gas atau flow rate liquid yang bersih dan tidak korosif. Namun karena bentuk permukaannya yang cukup halus, venturi juga dapat dipakai untuk mengukur fluida kotor seperti lumpur (slurries). Hanya saja ada resiko yang cukup besar untuk terjadi buntu di bagian pressure tap, dan bilamana terjadi akan cukup sulit untuk membersihkannya.

Venturi tube dapat dipasang horizontal maupun vertikal, namun untuk kedua aplikasi ini fluida di dalam pipa harus terisi penuh. Kebutuhan ventury tube akan pipa lurus (straight runs) di bagian upstream lebih pendek bila dibandingkan dengan yang kebutuhan yang diharuskan oleh orifice plate. Hal itu disebabkan karena bentuk venturi tube yang secara alami akan membantu menciptakan aliran yang lebih stabil pada fluida yang masuk.

Akurasi venturi tubes tergantung pada disain serta konstruksinya, dan berkisar antara 0.75% untuk aliran yang tidak terkalibasi dan antara 0.25% untuk aliran yang terkalibrasi yang biasanya dilakukan di flow laboratory. Ukuran venturi dimulai dari 1” (25 mm) dan dapat mencapai sampai 120” (3000 mm).

Flow Nozzle

Bentuk flow nozzle seperti yang terlihat pada Gambar 2.32 mirip dengan bentuk venturi tube walaupun secara fisik ukurannya jauh lebih kecil.

Gambar 2.32. Flow Nozzle

32

Dengan ukuran yang sama, differential pressure yang sama serta besar diameter daerah yang mengecil (throat) yang sama, flow nozzle dapat mengukur flow rate lebih besar dari pada orifice plate, hal ini karena tekanan yang hilang (pressure loss) yang disebabkan olehnya juga lebih kecil bila dibandingkan dengan tekanan yang hilang pada orifice plate walaupun tetap lebih besar dari bila dibandingkan dengan tekanan yang hilang pada venturi. Dari segi harga, flow nozzle lebih mahal dari pada orifice plate, namun tetap lebih murah dari pada venturi tube.

Flow nozzle banyak dipakai untuk mengukur flow rate pada fluida kecepatan tinggi seperti uap panas (steam). Karena bentuknya, kotoran-kotoran atau partikel-partikel yang ada di dalam aliran akan tersapu dengan sendirinya di dalam flow nozzle sehingga alat ini cocok dipakai untuk mengukur flow suatu gas yang kotor atau liquid yang kotor, walaupun kotoran berkonsentrasi padat yang berlebihan akan menyebabkan kemungkinan tersumbatnya pressure tap.

Flow nozzle biasanya dipasang horisontal, walaupun sebenarnya bisa juga dipasang vertikal. Bila dipasang vertikal, arah flow harus mengalir dari atas ke bawah, khususnya untuk wet steam, gas atau liquid yang mengandung partikel-partikel solid agar kotoran tidak mengumpul di sekitar flow nozzle. Nozzle harus menghadap ke atas bila mengukur liquid flow yang mengandung gas. Bila dibandingkan dengan orifice plate, flow nozzle membutuhkan pipa lurus pada bagian upstream lebih pendek.

Akurasi flow nozzle berkisar antara 1% untuk aliran yang tidak terkalibrasi atau sekitar 0.25% untuk aliran yang terkalibrasi. Ukuran Flow nozzle mulai dari 1” (25 mm) sampai 60” (1500 mm)

Orifice Plate

Bentuk orifice plate jauh lebih sederhana bila dibandingkan dengan bentuk venturi tube atau bentuk flow nozzle. Orifice plate juga berfungsi sebagai restriksi pada jalur aliran. Orifice plate dibuat dari pelat metal yang rata permukaannya, berbentuk semacam lingkaran dengan lubang di tengahnya. Lubang itu dapat berbentuk lubang concentric, lubang eccentric atau lubang segmental seperti yang dapat dilihat di Gambar 2.26. Bentuk concentric adalah bentuk yang paling banyak dipakai. Sedangkan bentuk eccentric dipakai untuk mengukur flow gas yang mengandung cairan. Lubang itu sendiri dapat berada di bagian dasar pipa atau di bagian atas pipa. Bentuk segmental biasanya dipakai untuk gas yang mengandung cairan atau gas yang mengandung partikel. Bentuk segmental dipilih untuk menghindari timbunan kotoran atau cairan di bagian muka orifice yang akan mempengaruhi akurasi pengukuran. Beberapa orifice plate dilengkapi dengan ‘tang’ seperti pada Gambar 2.33 yang dapat berfungsi sebagai pegangan pada saat memasang orifice plate pada pipa dan tempat untuk menulis ukuran serta data-data dari orifice plate itu.

33

Gambar 2.33. Tipe Orifice Plate

Gambar 2.34. Detail Bentuk Orifice

Ada banyak macam bentuk lubang pada orifice plate, namun dari semuanya itu bentuk square edge (seperti di Gambar 2.34) adalah bentuk yang yang paling banyak dipakai untuk liquid yang bersih, untuk gas dan untuk low velocity vapour (steam). Orifice plate dibuat dengan sangat teliti dengan ukuran yang sangat presisi untuk mencapai akurasi pengukuran yang sangat tinggi. Oleh karena itu, penanganan orifice plate juga harus dilakukan dengan hati-hati terutama pada waktu memasangnya. Hal penting yang perlu dicatat adalah bahwa bagian tajam (sharp edge) dari orifice plate selalu dipasang menghadap ke arah datangnya flow seperti yang terlihat di Gambar 2.34. Bilamana orifice plate dilengkapi dengan tang, maka bagian sisi upstream-nya biasanya diberi tanda dengan kata-kata ‘inlet’ atau ‘upstream’

34

Flowmeter Tipe Positive Displacement (PD)

PD meter berfungsi untuk mengukur jumlah flow yang mengalir pada satu periode tertentu. Meter jenis ini sangat akurat, dan memiliki rangeability (kemampuan mengukur minimum dan maksimum flow) yang tinggi. Meter jenis ini tidak membutuhkan power supply luar untuk menggerakkannya.

Positive displacement (PD) flow meter banyak dipakai dalam berbagai aplikasi, baik untuk keperluan rumah tangga maupun untuk keperluan komersial dan untuk keperluan industri dan dapat digunakan untuk mengukur flow zat cair atau mengukur flow gas.

Prinsip Kerja

Semua jenis PD meter mempunyai prinsip kerja sama. Bedanya terletak pada cara mereka beroperasi. Zat cair atau gas yang akan diukur ditakar dengan volume tertentu di bagian inlet, kemudian dibawa (transfer) ke bagian outlet. PD meter menghitung berapa banyak fluida yang ditakar dan di-transfer dari bagian inlet ke bagian outlet. Volume total yang lewat meter itu ditentukan berdasarkan hasil perkalian antara jumlah hitungan yang dilakukan oleh PD meter dengan besar volume takaran. Nama positive displacement berasal dari cara kerja meter yang menakar fluida dengan volume tertentu dan membawanya (displace) dari bagian inlet ke bagian outlet.

Di dalam setiap PD meter, ada sekat-sekat dengan volume tertentu. Sekat itu akan diisi dengan fluida yang akan diukur melalui bagian inlet, dan tidak akan ada fluida lain yang dapat masuk ke dalam sekat tersebut, selama terjadi perpindahan (displace) dari bagian inlet ke bagian outlet. Karena cara kerjanya yang menakar volume demi volume dan kemudian memindahkannya (displace) satu demi satu dari bagian inlet ke bagian outlet itu, maka PD meter merupakan salah satu meter flow yang sungguh akurat.

PD meter membutuhkan energi untuk menakar dan memindahkan fluida volume demi volume dari bagian inlet ke bagian outlet, energi itu datang dari fluida yang sedang mengalir. Oleh sebab itu, tekanan di bagian down stream akan selalu lebih rendah dari pada tekanan di bagian up stream. Sebagai akibat, akan timbul differential pressure di antara inlet dan outlet PD meter. Tekanan di bagian inlet atau up stream akan lebih tinggi dari pada tekanan di bagian outlet atau down stream.

Bilamana tekanan di bagian inlet sama dengan tekanan di bagian outlet maka tidak ada differential pressure di antara meter – dan akibatnya tidak akan ada fluida yang mengalir. Karena sifatnya yang membutuhkan energi dari flow yang sedang mengalir, PD meter selalu menyebabkan terjadinya tekanan hilang (pressure drop) pada saat ia beroperasi. Namun sebaliknya, ada resiko PD meter akan berputar jauh lebih cepat dari spesifikasi yang diijinkan oleh pabrik pembuatnya bilamana differential pressure di antara inlet dan outlet terlalu tinggi. Akibatnya PD meter akan berputar lebih cepat dari desainnya dan kemungkinan akan terjadi kerusakan pada bagian dalam meter.

35

Pada PD meter penghitungan dilakukan melalui gerak mekanis yang dihasilkan oleh meter, atau melalui deteksi magnet maupun sensor optik. Signal hasil penghitungan itu kemudian dapat digunakan untuk memberikan indikasi di indikator lokal, serta mengaktifkan kerja totalizer, atau sebagai transmitter.

Volumetric flow rate dihitung dari luas penampang kali kecepatan (Q = v A). Pada PD meter, meter mengukur banyaknya volume secara langsung dengan menakar fluida yang mengalir dan men-transfernya dari bagian inlet ke bagian outlet. PD meter berfungsi untuk mengukur total volume yang sudah mengalir melalui meter pada perioda tertentu, bukan mengukur besarnya volume per satuan waktu. Dengan kata lain, PD meter tidak mengukur flow rate, namun mengukur totalized or integrated flow. Namun, perlu juga dicatat bahwa beberapa jenis PD meter juga mempunyai kemampuan mengukur flow rate sekaligus mengukur integrated flow.

PD meter adalah jenis flow meter yang sangat akurat. Akurasinya tergantung pada kemampuannya mengisolir volume yang ditakar. Oleh karena itu, demi menjamin akurasi yang tinggi, positive displacement meter harus dirancang dan dirawat benar-benar agar celah di antara bagian yang bergerak dan bagian yang stationer dapat dipertahankan sekecil mungkin. Hal ini dibuat, agar kebocoran antara satu sekat dengan sekat yang lain kecil.

PD meter mengukur volume fluida pada tekanan serta temperatur pada kondisi mengalir (flowing condition). Karena akurasinya yang tinggi, PD meter banyak dipakai untuk meter-meter penjualan (custody transfer) atau untuk mengukur kepindahan kepemilikan suatu produk. Pada keadaan tertentu diperlukan pengukuran flow pada tekanan dan temperatur pada kondisi standar (base condition), karena pengukuran dilakukan pada kondisi mengalir maka untuk menjadikannya pada base condition diperlukan perhitungan-perhitungan serta konversi-konversi lebih lanjut.

PD meter ideal untuk mengukur fluida-fluida yang kental (viscous). Fluida yang kental dengan viskositas tinggi akan membantu mengurangi kebocoran (slippage) yang mungkin terjadi di antara bagian bergerak dan bagian stationer di dalam meter. Hasil pengukuran akan semakin akurat bilamana kebocoran atau slippage dapat ditekan sekecil mungkin. Namun akibat sampingan dengan semakin kentalnya fluida adalah semakin besar differential pressure yang terjadi di antara inlet dan outlet. Sebagai akibatnya adalah menurunnya kapasitas flow yang dapat diukur.

Tipe-tipe Positive Displacement Meter

PD meter dapat digunakan untuk mengukur liquid maupun gas, tergantung pada desainnya. Pemilihan jenis meter ini perlu mempertimbangkan jenis fluida yang akan diukur serta mempertimbangkan kemungkinan kebocoran yang akan terjadi. Sebagai contoh, flow meter yang didesain untuk pengukuran flow liquid tentu tidak cocok untuk mengukur flow gas karena pengukuran

36

flow gas membutuhkan toleransi yang lebih ketat untuk menjaga kebocoran sekecil mungkin.

a. PD meter jenis Four Chamber Diaphragm (Bellows)

Diaphragm meter adalah salah satu tipe flow meter yang cukup tua (dikembangkan di tahun 1840) dan masih tetap dipakai sampai saat ini. Meter ini dipakai oleh banyak perusahaan penyalur gas baik untuk keperluan domestik maupun untuk keperluan komersial. Perlu dicatat bahwa meter jenis ini hanya cocok untuk gas yang kering, karena partikel fluida cair yang ada di dalam gas akan terperangkap di bagian bawah cavities/bellows yang akan mengurangi volume gas yang sedang ditakar. Dengan begitu akurasi meter akan menurun.

Pada PD meter tipe ini kedua bellows itu membentuk four chambers (cavities), dan masing-masing mempunyai volume sama. Kedua chamber terbentuk ‘di dalam (in side)’ di antara kedua bellows dan partisi bagian tengah sedangkan kedua yang lain berada di bagian ‘luar (outside)’ di antara kedua bellows dan meter casing (rumah meter).

Figure 2.35. PD Meter Tipe Bellows

Pada Gambar 2.35 menunjukkan prinsip kerja PD meter tipe bellows. Bilamana tidak ada differential pressure di antara meter, maka tidak akan ada energi yang mengerakkan meter, sehingga tidak akan ada flow yang mengalir dan tidak akan penunjukkan meter. Bilamana tekanan di bagian down stream menurun, differential pressure yang terjadi di antara meter akan menyebabkan meter mulai bekerja. Tekanan outlet yang rendah ini akan ‘menarik’ gas dari front chamber (FC) (chamber #1) dan menyebabkan turunnya tekanan. Dengan naiknya tekanan di dalam bellows front diaphragm (chamber #2) maka bellows akan mengembang dan menarik gas lebih banyak lagi dari bagian inlet demikian seteruanya seperti yang terlihat pada Gambar 2.35. Sebuah tangkai mekanis yang ada pada bellows akan menggerakkan D-shaped slide valves yang yang berfungsi untuk membuka dan menutup inlet/ outlet

37

port pada waktu yang dikehendaki. Gerak mekanis bellows dan slide valves itu akan menggerakkan sebuah mekanisme yang mengkonversi gerak reciprocating (maju-mundur) menjadi gerak rotational (berputar) seraya menggerakkan counter yang akan menunjukkan jumlah volume yang telah melewati meter. Selama differential pressure di antara meter itu cukup tinggi, maka selama itu pula meter akan beroperasi untuk mengukur flow yang lewat.

Ketelitian PD meter jenis diaphragm berkisar antara 1% flow rate dan dapat dipertahankan sepanjang umur meter. Ketelitian serta keandalan meter jenis ini membuat meter ia banyak dipakai untuk perumahan, untuk keperluan komersial dan untuk keperluan pengukuran gas kering di dunia industri.

b. Nutating Disc Flowmeter

Bentuk flow meter tipe nutating disc dapat dilihat di Gambar 2.36. Meter ini didesain untuk liquid yang bersih, tidak abrasif dan biasanya dipakai untuk meter air, baik untuk keperluan domestik maupun untuk keperluan supply air ke industri.

Gambar 2.36. Nutating disc flowmeter

Komponen utama Nutating disc meter berbentuk semacam bola dengan sirip di bagian tengahnya, seperti bentuk piring terbang (lihat Gambar 2.37). Bagian bawah bola duduk di socket bagian bawah, dan bagian atas dilengkapi dengan sebuah tuas (shaft) yang menonjol dari bagian tengah bola, yang berfungsi untuk menggerakkan roda gigi counter. Piringan yang menempel pada bola itu juga mempunyai slot di bagian tengahnya menuju ke bagian luar. Selain itu, ada partisi yang kokoh (fixed rigid partition / division plate) yang dipasang di slot tadi, sehingga disc akan bergerak naik-turun namun tidak berputar.

38

Partition plate itu juga berfungsi sebagai pemisah bagian inlet flow dengan bagian outlet flow atau discharge. Ketika liquid masuk ke dalam meter, liquid akan menyebabkan disc bergoyang-goyang (gerak bagaikan piring oleng dengan poros yang tetap namun tidak berputar). Gerak berputar itu akan menggerakkan roda gigi dan menjalankan putaran counter. Untuk beberapa tipe, gerak bagian dalam ini ditransmisikan ke luar dengan perantaraan sebuah magnit yang menggerakkan local indicator, totalizer atau transmitter.

Gambar 2.37. Bagan nutating Disc

Besar nutating disc meters dimulai dengan ukuran 1/2” (13 mm) sampai ukuran 2” (51 mm), mampu mengukur flow mulai 2 sampai 160 USGPM (7.5 to 610 L/min). Meter jenis ini mempunyai temperatur kerja terbatas, tidak lebih dari 250oF (120oC) pada tekanan tidak lebih dari 150 psig (1034 kPa).

Nutating disc meters mempunyai ketelitian sampai 2% dari flow rate. Baik untuk fluida yang tidak terlalu kental. Fluida yang kotor akan mempercepat kerusakan disc dan menyebabkan kebocoran yang akhirnya akan membuat meter tidak akurat lagi.

c. Flowmeter tipe Rotary Lobe

Rotary lobe meter mempunyai dua lobed impeller seperti yang ditunjukkan di Gambar 2.32. Kedua lobed impeller itu dirancang khusus agar dapat berputar dengan arah berlawanan, dan celah di antaranya harus dibuat sekecil mungkin. Demikian juga celah kedua lobed impeller itu terhadap casing meter harus dibuat sekecil mungkin. Sumbu dari salah satu lobed impeller itu dihubungkan dengan counter yang akan mencatat banyaknya putaran yang telah terjadi

39

Gambar 2.38. Rotary Lobe

Seperti pada PD meter jenis lain, rotary lobe meter membutuhkan differential pressure di antara bagian inlet dan outlet untuk menggerakan mekanisme yang ada di dalamnya. Flow akan mengalir melalui meter karena ada differential pressure tersebut. Ketika flow bergerak melewati meter, kedua lobed impeller itu akan membentuk suatu volume tertentu yang berfungsi sebagai penakar fluida yang lewat. Fluida itu kemudian dibawa volume demi volume dari bagian inlet ke bagian outlet.

Rotary lobe meter besarnya mulai 2 in sampai 24 in (50 to 610 mm), untuk itu mereka mampu untuk mengukur flow mulai 8 sampai 17,500 USGPM (30.4 to 66,500 L/min). Meter jenis ini dapat dipakai sampai temperatur 400oF (204oC) dan tekanan sampai 1200 psi (8276 kPa). Rotary lobe meter biasa dipakai untuk berbagai macam gas dan juga berbagai macam liquid, mulai dari viskositas yang rendah sampai dengan viskositas yang tinggi.

Meter jenis ini memiliki repeatibility yang sangat baik khususnya untuk aplikasi dengan flow yang tinggi, namun akurasinya menjadi menurun untuk aplikasi flow yang rendah. Kelemahan lain dari meter ini adalah harganya yang cukup mahal serta bentuk fisiknya yang cukup besar.

Aplikasi Positive Displacement Meter

Sebelum orang dapat menentukan jenis flow meter yang cocok untuk aplikasinya, perlu terlebih dahulu dipelajari keuntungan, keterbatasannya serta hal-hal yang perlu dipertimbangkan untuk memilih meter mana yang paling cocok dengan aplikasi yang dikehendaki. Berikut adalah beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam memilih PD meter.

a. Keuntungan

Tidak butuh pipa lurus baik di bagian down stream maupun di bagian up stream meter, karena profil flow tidak mempengaruhi ketelitian pengukuran.

Akurasinya relatif tinggi, begitu juga repeatability-nya

40

Flow yang mengalir diukur secara langsung, dan tidak perlu perhitungan-perhitungan lagi.

Kehandalannya sangat tinggi, diaphragm meter misalnya, mempunyai sejarah yang panjang dalam pengukuran flow .

Cara operasinya sederhana dan untuk melakukan servis tidak diperlukan pelatihan khusus atau peralatan bantu yang kompleks.

Mudah didapat, karena PD meter banyak dipakai.

Rangeability-nya cukup tinggi

Tidak butuh sumber tenaga dari luar

Ada banyak macam alat baca, baik untuk indikasi lokal maupun untuk indikasi remote.

b. Keterbatasan dan Pertimbangan-pertimbangan yang perlu diperhatikan

Komponen yang bergerak akan cenderung aus dan menyebabkan kebocoran padahal diperlukan celah/ clearance minimum. Untuk itu, perawatan secara periodik (periodic maintenance) perlu dilakukan dengan rutin.

Partikel-partikel solid juga seharusnya dihindari, karena cenderung membuat meter menjadi tersumbat, dan partikel-partikel yang abrasif mempercepat timbulnya erosi bagian-bagian yang terkena fluida secara langsung. Untuk mengatasi hal itu, biasanya dipasang saringan (strainer) atau filter di bagian up stream meter, walaupun hal ini akan menyebabkan timbulnya differential pressure yang tinggi terutama untuk liquid-liquid yang kental.

Bilamana flow rate yang diminta harus pada keadaan standar (base condition), maka perlu faktor koreksi terhadap tekanan dan temperatur.

Akurasi kemungkinan akan turun untuk aplikasi fluida dengan viskositas rendah, karena kemungkinan terjadinya slippage akan menjadi lebih besar.

Unit untuk pengukuran flow yang besar kemungkinan menjadi cukup mahal.

Bila flow terlalu besar, kecepatan meter bekerja akan melampaui batas yang diijinkan dan kemungkinan besar akan menimbulkan kerusakan meter.

Tidak cocok untuk fluida kotor, non-lubricating, dan fluida abrasif.

Flow Prover

Salah satu keuntungan PD meter adalah akurasinya yang tinggi. Untuk alasan itu, PD meter banyak dipakai untuk meter penjualan (custody transfer) dimana

41

orang atau perusahaan menjual dan membeli suatu produk. Atas peraturan pemerintah serta demi menjaga hubungan baik perlu adanya pembuktian akurasi meter. Pembuktian itu dilakukan dengan menggunakan alat yang disebut flow provers.

Untuk memperoleh akurasi yang tinggi, sebuah flow meter sebaiknya dikalibrasi dengan menggunakan fluida yang sesungguhnya mengalir pada proses. Untuk itu, flow meter bisa dicabut dari pipa prosesnya dan kemudian dikirim ke pabrik pembuat atau ke laboratorium untuk dikalibrasi. Namun, cara ini sungguh tidak praktis dan akan membutuhkan waktu yang lama serta biaya yang tinggi. Untuk itu ada cara lain yang lazim disebut flow proving, yaitu mengkalibrasi flow meter secara ‘inline’ dengan menggunakan fluida proses yang sesungguhnya dan membandingkan hasil pembacaannya dengan hasil pembacaan meter lain yang lebih akurat dan dipasang secara seri, seperti yang terlihat pada Gambar 2.39.

Gambar 2.39. Instalasi Master Meter Prover

Sistem manapun yang dipakai, konsep kerjanya sama yaitu membandingkan hasil pembacaan flow yang didapat dari meter yang dilalui dengan volume atau dengan berat fluida sesungguhnya. Andaikata, fluida mengalir melalui flow meter dan secara seri juga melalui silinder dan piston seperti di Gambar 2.40. Seandainya waktu yang dibutuhkan oleh flow untuk mendorong piston dari detektor pertama ke detektor kedua adalah t dengan calibrated volume besarnya Q, maka flow rate sesungguhnya adalah Q = V/t. Hasil pembacaan ini kemudian dibandingkan dengan hasil pembacaan flow meter untuk memperhitungkan correction factor (k factor).

42

Gambar 2.40. Operasi Meter Prover

Meter prover adalah salah satu standar untuk kalibrasi flow meter. Sebenarnya Meter Prover dapat dipakai untuk flow meter jenis apa saja, namun pada prakteknya meter prover banyak dipakai untuk mengkalibrasi PD meter yang memang membutuhkan akurasi yang sangat tinggi. Meter Prover selalu dipasang secara seri dengan meter yang akan dikalibrasi dengan menggunakan actual displaced volume untuk menentukan besarnya faktor koreksi (correction factor). Meter Prover adalah salah satu cara untuk menjamin akurasi flow meter dan telah diterima sebagai standar umum.

2.6. Pengukuran Temperature

A. Skala Temperatur

Ada empat skala temperatur yang banyak digunakan sampai saat ini, yaitu skala Fahrenheit, Skala Rankine, Skala Celcius, dan Skala Kelvin. Masing-masing skala memiliki penggunaan yang sama dan dapat dikonversi dari satu skala dengan skala yang lain.

Dalam sistem imperial ini ada dua skala yang digunakan yaitu skala Fahrenheit dan Rankine untuk pengukuran temperatur. Dengan titik beku air pada tekanan atmosphir (diatas permukaan laut) adalah 32 °F dan titik didih air adalah 212 °F.

Skala absolutenya disebut dengan Rankine (R), dimana:

°R = °F + 460

43

Maka, titik beku air dalam Rankine adalah:

32 + 460 = 492 °R

dan titik didih air dalam Rankine adalah:

212 + 460 = 672 °R

Dua skala yang digunakan dalam sistem SI, yaitu skala temperatur Celcius dan Kelvin. Skala Celcius menggunakan 0 °C sebagai temperatur yang mana air dan es berada dalam kesetimbangan pada tekanan atmosphir. Titik didih yang mana uap dan air berada dalam kesetimbangan adalah 100 °C.

Skala absolutenya disebut dengan Kelvin, dengan:

0°K = -273 °C

atau,

°K = °C + 273

Gambar 2.41 merupakan ilustrasi hubungan antara keempat skala:

Gambar2. 41 Empat Buah Skala Temperatur

Konversi dari satu sistem dengan sistem yang lain dari pengukuran temperatur adalah sbb:

F = 9/5 C + 32

C = 5/9 (F - 32)

dimana: F = Derajad Fahrenheit

44

C = Derajad Celsius

B. Elemen-Elemen Pengukuran Temperatur

Pada pengukuran temperatur ada banyak tipe elemen yang digunakan sebagai sensing element, dan yang akan dibicarakan dalam tulisan ini adalah: Bimetal, Filled Thermal, thermocouple.

a. Bimetal

Bimetal merupakan alat ukur temperatur yang terdiri dari dua kepingan metal tipis & panjang yang berbeda muai panjangnya digabungkan bersama, seperti pada Gambar 2.42 sehingga pada saat dipanas menyebabkan bimetal tersebut membengkok ke samping karena adanya perbedaan koefisien muai panjang. Besarnya pembengkokan/ defleksi akan proporsional dengan besarnya temperatur.

Gambar 2.42. Bimetal

Bentuk dari bimetal bermacam-macam, seperti bentuk flat spiral, single helix, & multiple helix, bentuk tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.43.

Gambar 2.43. Tipe-tipe Bimetal

45

b. Filled Thermal

Sistem filled thermal terdiri dari bulb yang diletakkan pada tempat dimana akan dilakukan pengukuran, tabung kapiler (capillary tube), unit pengukuran/ konversi sinyal (bourdon tube atau bellows), dan fluida pengisian yang mungkin dari cairan atau gas. Semua sistem ini diisi dengan sempurna cairan atau gas yang tepat, seperti pada Gambar 2.44.

Bulb dimasukkan ke dalam suatu tempat atau pipa yang akan diukur temperaturnya diperlukan. Sering kali thermowells digunakan untuk melindungi bulb dari terjadinya erosi dan korosi. Apabila temperatur pada titik pengukuran bertambah, maka cairan atau gas akan naik; tetapi karena volume tetap, maka tekanan keseluruhan sistem harus juga bertambah. Bourdon tube atau bellows akan merespon perubahan dengan menggerakkan pointer atau recording pen.

Gambar 2.44. Filled Thermometer

c. Thermocouple

Fenomena thermocouple ditemukan oleh T.J. Seebeck pada tahun 1821, oleh karena itu fenomena ini disebut Efek Seebeck seperti yang terlihat pada Gambar 2.45. Efek ini hanya menyangkut dihasilkannya emf pada sambungan pengukur (measuring junction) disebut hot junction, dari dua kawat yang berbeda. Bila sambungan pengukur dipanaskan, maka terdapat arus kontinu yang mengalir di dalam rangkaian thermoelectric. Sambungan pada instrument

46

pengukuran disebut juga dengan reference junction berperan sebagai cold junction.

Gambar 2.45 Efek Seebeck

Jika rangkaian ini putus di tengah maka tegangan rangkaian terbukanya atau tegangan Seebeck adalah fungsi dari temperatur sambungan dan komposisi kedua logam.

Gambar 2.46 eAB = Tegangan Seebeck

Semua bahan yang berbeda menunjukkkan efek tersebut. Untuk perubahan kecil dalam temperatur, T, maka tegangan Seebeck akan proporsional secara linier dengan temperatur, seperti pada rumus:

eAB = T

dimana: = koefisien Seebeck.

Dengan naiknya temperatur maka thermocouple akan menghasilkan keluaran/ output (milivolt) yang naik pula. Tegangan yang dibangkitkan oleh thermocouple sebanding dengan perbedaan temperatur diantara sambungan pengukur (measuring junction) dan sambungan referensi (reference junction).

Output milivolt total dari rangkaian thermocouple diperoleh dari persamaan berikut:

eo = em - er

dimana:

eo = output milivolt total dari rangkaian

em = milivolt yang dihasilkan pada sambungan panas

er = milivolt yang dihasilkan pada sambungan dingin

47

Hot Junction

Cold Junction

Gambar 2.47 menunjukkan bagaimana persamaan output thermocouple dikembangkan.

Gambar 2.47. Output thermocouple

48