PENGUKURAN TINGGI PERMUKAAN (LEVEL) PADA INSTRUMENTPENGENDALIAN PROSES

 Maksud dari pengukuran tinggi permukaan cairan (level) di dalam suatutangki adalah untuk mengetahui volume atau berat dari cairan yang ada di dalamtangki tersebut.

Ada dua cara utama untuk mengukur ketinggian permukaan (level) cairan, yaitu:

1. Pengukuran secara langsung.2. Pengukuran tidak langsung.

Untuk menentukan tinggi permukaan atau level permukaan zat padat, dapatjuga dipergunakan cara:

1. Listrik.2. Isotop.3. Ultrasonik.

 A. Pengukuran Langsung

Banyak cara yang dapat dipakai untuk mengukur tinggi permukaan cairansecara langsung.; tetapi hanya akan dibahas dua cara yang penting dansederhana, yaitu:

1. Pengukuran permukaan dengan gelas penunjuk.

2. Pengukuran permukaan dengan pelampung.

1. Pengukuran permukaan dengan gelas penunjuk

Gelas penunjuk ini berhubungan dengan cairan di dalam tangki dan diletakkan di samping tangki yang berisi cairan. Menurut hokum bejana berhubungan, tinggi tangki dan pada gelas penunjuk selalu sama. Jadi dengan mengatur tinggi cairan di dalam tangki. Untuk dapat melihat tinggi ini, cairan yang akan diukur harus bening dan tidak boleh keruh karena akanmengganggu pengelihatan pada gelas petunjuk. Tentunya gelas petunjuk ini adalahbila gelas petunjuk ini pecah maka cairan di dalam akan tumpah ke luar. Selainitu biasanya batas ukurnya hanya sampai kira-kira satu meter. Pada gambar 2.1terlihat cara pengukuran dengan gelas petunjuk.

2. Pengukuran permukaaan dengan pelampung

Pada gambar 2.2 terlihat salah satu dari banyak cara-cara pengukuran dengan palempung ini. Di sini pelampung yang ringan selalu begerak megikuti permukaan. Karena adanya pemberat W maka katrol berputar menggerakkan jarum petunjuk. Dengan kalibrasi maka tentunya angka-angka pada skala merupakan tinggi cairan atau sudah langsung manunjukkan volume atau massa dari cairan tersebut.

Banyak sekali cara-cara pengukuran dengan pelampungini, tetapi pada dasarnya mempunyai prinsip yang sama, yaitu gerakana permukaan cairan diikuti dengan gerakan pelampung yang selanjutnya dihubungkan pada jarum skala. Hubungan antara pelampung jarum petunjuk bias berupa tali, kawat dengan katrol atau batang kaku dengan suatu engsel.

 Dengan menggunakan pelampung, daerah kerja pengukurpermukaan dapat diperbesar (lebih dari 1 meter). Skala pembacaan dapat diletakkan pada tempat yang tinggi atau rendah, atau terpisah jauh dari tangki cairan. Untuk memperoleh ketelitian yang baik, pelampung harus tercelup sampai batas penampang yang terbesar.

B. Pengukuran Tidak Langsung

Meskipun pengukuran secara tidak langsung ini banyak jenisnya tetapi hanya akan dibahas empat macam, yaitu:

1. Sistem gelembung suara.

2. Sistem kotak diafragma

3. Sistem jebakan udara.

4.  Manometer pipa U.

Pada keempat cara ini, tinggi permukaan (level) cairan di dalam bejana (tangki) ditentukan dengan megukur tekanan hidrostatika dari cairan.

1. Sistem      gelembung suara

Suatu pipa panjang dicelupkan ke dalam tangki berisi cairan dan bagian atasnya dihubungkan dengan sumber tekanan melalui pengatur tekanan dan juga ke pengukur tekanan. Mulut pipa i bagian bawah tidak diletakkan sampai dasar bejana untuk menghindari kotoran-kotoran atau endapan-endapan yang dapat mengganggu pengukuran. Udara sedikit demi sedikitdimasukkan kedalam pipa dengan tekanan. Karena adanya udara masuk maka cairandi dalam pipa terdesak ke bawah.

Pada saat udara mulai meninggalkan mulut pipa timbullah gelembung-gelembung (lihat gambar 2.3). Pada saat ini tekanan cairan di mulut pipa sama dengan tekanan udara yang ditunjukkan oleh pengukur tekanan, yaitu:

 P = ρ g H

 Jadi tinggi permukaan cairan diukur dari dasar tangki adalah:

 HT = Ho +H

Di mana: 

Ho = Ketinggian mulut pipa dari dasar bejana

 ρg = Berat jenis cairan

Pengukuran permukaan dengan sistem gelembung udara mempunyai beberapa kerugian, diantaranya adalah:

a. Harus menggunakan sumber udara dengan pengatur tekanan yang dapat mengubah tekanan sedikit demi sedikit supaya pengukuran teliti.

b. Harus mengamati gelembung-gelembung udara yang pertama kali timbul. 

2. Sistem Kotak  Diafragma

Terdiri dari satu kotak yang tertutup dan dipasang pada ujungpipa yang dicelupkan ke dalam cairan seperti pada gambar 2.4. Bila cairan didalam tangki naik maka tekanan udara dalam kotak yang berada di atas kotakdiafragma juga naik. Dengan mengukur tekanan ini maka dapat diketahui tingginyacairan di dalam tangki. Oleh karena diafragma mengadakan kontak langsung dengancairan di dalam tangki maka ia ini harus terbuat dari bahan-bahan yang tahanterhadap cairan.

3. Sistem Jebakan    Udara

Dalam hal tidak ada diafragma yang sesuai untuk sesuatucairan, maka dapat dipakai sistem jebakan udara. Sistem ini terdiri dari satukotak dengan lubang di bawahnya. Dan yang dipasang di ujung pipa yangdicelupkan ke dalam cairan seperti terlihat pada gambar 2.5. Lubang kotakdibiarkan tanpa diafragma. Karena udara di dalam kotak mendapat tekanan cairanmaka akan terdesak ke atas. Tekanan ini diteruskan ke pengukur tekanan. Denganmengetahui besarnya tekanan ini dapat diketahui tinggi cairan di dalam tangki.

 

 Agar kenaikan cairan di dalam kotak tidak terlalu besar, makavolume kotak dibuat jauh lebih besar daripada volume pipa di atasnya. Sistemjebakan udara ini mempunyai kerugian yaitu bila dipakai untuk cairan yang dapatmelarutkan udara. Bila udara larut di dalam cairan maka cairan akan naik kedalam kotak dan pengukuran menjadi tidak teliti lagi. Untuk itu maka jebakanudara ini harus sering diangkat keluar dari cairan sehingga terisi lagi denganudara seperti pada sistem gelembung udara untuk mengisi udara kembali. Dengancara ini jebakan udara tidak perlu lagi diangkat keluar cairan.

 

4. Pengukuran   Permukaan Dengan Manometer Pipa U

Pada gambar 2.6 terlihat manometer pipa U yang dipakai untukmengukur permukaan cairan di dalam tangki terbuka. Dengan mengukur tinggi hdari cairan manometer dapat diketahui tinggi H dari cairan di dalam tangki,yaitu dengan menggunakan pesamaan:

 ρ gt H = ρ gm h

 

dimana:

ρgm = berat jenis cairan manometer

ρgt = berat jenis cairan di dalam tangki

 

Untuk mengukur permukaan di dalam tangki tertutup dapat dipakai manometer pipa U seperti yang terlihat pada gambar 2.7. Pada kaki kiri dari manometer yang dibuat lebih besar daripada kaki kanan, dipasang suatu pelampung. Pelampung ini dipakai untuk mengukur perubahan tinggi (level) cairan di kaki kiri.

Bila diinginkan agar cairan di dalam tangki tidak mengadakan kontak langung dengan cairan manometer, dipakai cairan pemisah seperti terlihat pada gambar 2.8.