desain instrumentasi industri: pengukuran tekanan

DESAIN INSTRUMENTASI INDUSTRI: PENGUKURAN TEKANAN

FITRI RAHMAH

LP UNAS

Desain Instrumentasi Industri : Pengukuran Tekanan

Oleh : Fitri Rahmah

Hak Cipta© 2020 pada Penulis

Editor Naskah : Gilang Almaghribi

Penyunting : Kiki Rezki Lestari dan Fitria Hidayanti

Desain Cover : Erna Kusuma Wati

ISBN: 978-623-7376-69-9

Hak Cipta dilindungi Undang-undang.

Dilarang memperbanyak atau memindahkan sebagian atau

seluruh isi buku ini dalam bentuk apapun, baik secara

elektronis maupun mekanis, termasuk memfotocopy, merekam

atau dengan sistem penyimpanan lainnya, tanpa izin dari

Penulis.

Penerbit : LP_UNAS

Jl.Sawo Manila, Pejaten Pasar Minggu, Jakarta Selatan

Telp. 021-78067000 (Hunting) ext.172

Faks. 021-7802718

Email : [email protected]

KATA PENGANTAR

Dalam pembuatan buku Desain Instrumentasi

Industri: Pengukuran Tekanan ini, penulis mengucapkan

terima kasih kepada beberapa pihak yang telah banyak

membantu. Penulis mengucapkan terima kasih kepada:

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

Universitas Nasional

2. Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada

Masyarakat Universitas Nasional

3. LP Unas

4. Jajaran dosen dan karyawan di lingkungan

Universitas Nasional

Demikianlah semoga buku ajar Desain Instrumentasi

Industri: Pengukuran Tekanan ini dapat bermanfaat bagi

mahasiswa termasuk mahasiswa Program Studi Teknik

Fisika Universitas Nasional. Tentunya dalam pembuatan

buku ajar ini, tidak luput dari kesalahan. Untuk itu, kami

mohon masukan dari para pembaca untuk perbaikan buku

ajar ini.

Jakarta, November 2020

Penulis Fitri Rahmah

1

DAFTAR ISI

BAB 1 - Penerapan Prinsip Pengukuran Tekanan ................... 8

1.1. Tujuan dan Pentingnya Pengukuran Tekanan ........... 8

1.2. Contoh Tipikal Pengukuran Tekanan ....................... 10

1.3. Sifat Materi dalam Kaitannya dengan Pengukuran

Tekanan .................................................................... 13

1.4. Persamaan Tekanan ................................................. 14

1.5. Satuan Tekanan ........................................................ 15

1.6. Satuan Pengukuran Tekanan ................................... 16

1.7. Konversi ................................................................... 20

BAB 2 - Terminologi .............................................................. 24

2.1. Tekanan Gauge, Absolut, Diferensial, dan Vakum ... 24

2.2. Contoh Tipikal .......................................................... 28

2.3. Faktor Pengaruh pada Pengukuran Tekanan ........... 29

Kedalaman ............................................................... 30

Berat jenis (specific gravity) ..................................... 30

Suhu ......................................................................... 30

Tekanan Permukaan ................................................ 31

Homogenitas Cairan ................................................. 31

2.4. Menggambar Simbol ................................................ 31

2

2.5. Kategori Umum Alat Pengukur Tekanan .................. 32

Pengukur Gravitasi (Gravitational Gauge) ............... 33

Sensor dan Switch Deformasi (Elastis) ..................... 35

Transduser dan Pemancar ....................................... 40

2.6. Jenis Sensor Transduser dan Transmitter ................ 43

2.7. Pressure Transmitter (Pneumatik versus Elektronik

versus Mikroprosesor) ............................................. 47

BAB 3 - Kriteria Seleksi dan Persyaratan Instalasi untuk

Perangkat Pengukuran Tekanan ........................................... 49

3.1. Dasar-dasar Aplikasi ................................................. 51

3.2. Spesifikasi (Sifat Pengukuran) .................................. 59

3.3. Pertimbangan Keamanan ........................................ 64

3.4. Metalurgi .................................................................. 67

3.5. Pertimbangan Instalasi ............................................ 73

3.6. Perawatan dan Kalibrasi .......................................... 75

Pendekatan Perawatan Umum ................................ 75

Pendekatan Kalibrasi Tipikal .................................... 76

3.7. Kompatibilitas dengan Instrumentasi Proses yang

Ada ........................................................................... 79

Jenis Sinyal Keluaran ................................................ 79

Pertimbangan Catu Daya dan Kabel ........................ 80

Tujuan Penggunaan Sinyal Output ........................... 80

3

3.8. Pertimbangan Ekonomi ........................................... 81

Kategori Biaya Instrumen ......................................... 81

Biaya Kepemilikan .................................................... 82

Pertimbangan Biaya Umum ..................................... 83

3.9. Arahan Teknis .......................................................... 84

Perbaikan dalam Manufaktur Sensor ...................... 84

Tren ke Perangkat yang Lebih Kecil ......................... 85

Teknologi Fieldbus ................................................... 86

BAB 4 - Pengukur Gravitasi dan Sensor Jenis Deformasi dan

Switch .................................................................................... 87

4.1. Pengukur Gravitasi ................................................... 87

Manometer U-tube .................................................. 88

Jenis Manometer Lainnya ........................................ 95

4.2. Tinjauan Koreksi ....................................................... 97

4.3. Sensor dan Switch Tipe Deformasi .......................... 99

Bourdon Tube ........................................................ 100

Bellows ................................................................... 105

Diafragma ............................................................... 109

4.4. Jenis Sensor Deformasi Lainnya ............................. 111

BAB 5 - Menentukan Transducer Tekanan yang Sesuai,

Gauges, dan Switch untuk Aplikasi Industri ........................ 115

5.1. Transduser Strain Gauge ........................................ 119

4

Prinsip dan Desain Strain Gauge ............................ 120

Kinerja Transduser ................................................. 129

Pemasangan Transduser ........................................ 130

Aplikasi Transduser ................................................ 136

5.2. Transduser Elemen Potensiometri ........................ 138

Transduser Resistansi Variabel: Prinsip dan

Desain .................................................................... 139

Kinerja Transduser Resistansi Variabel .................. 140

Pemasangan dan Aplikasi Transduser Resistansi

Variabel .................................................................. 141

5.3. Transduser Jenis Kapasitansi: Prinsip dan Desain .. 141

Kinerja Transduser Jenis Kapasitansi ..................... 143

Instalasi dan Aplikasi Transduser Jenis Kapasitansi 144

5.4. Transduser Jenis Induktansi: Prinsip dan Desain ... 144

Kinerja Transduser Jenis Induktansi ....................... 146

Instalasi dan Aplikasi Transduser Jenis Induktansi 147

5.5. Elemen Osilatif ....................................................... 147

Transduser Elemen Osilatif: Prinsip dan Desain .... 148

Kinerja Transduser Elemen Osilatif ........................ 149

Instalasi dan Aplikasi Transduser Elemen Osilatif .. 150

5.6. Transduser Tekanan Piezoelektrik ......................... 151

5

Transduser Tekanan Piezoelektrik: Prinsip dan

Desain .................................................................... 151

Kinerja Transduser Tekanan Piezoelektrik ............. 152

Instalasi dan Aplikasi Transduser Tekanan

Piezoelektrik ........................................................... 154

BAB 6 - Menentukan Apakah Transmitter Tekanan

Memenuhi Kriteria Kinerja an Persyaratan Instalasi .......... 155

6.1. Prinsip Pressure Transmitter.................................. 156

6.2. Elemen Fungsional ................................................. 156

6.3. Jenis Pneumatik ..................................................... 157

6.4. Jenis Analog ........................................................... 159

6.5. Jenis Berbasis Mikroprosesor ................................ 160

6.6. Desain Pressure Transmitter .................................. 164

Teknologi Sensor .................................................... 165

Elektronik ............................................................... 167

Desain Body Meter ................................................ 169

Housing .................................................................. 172

Feedthrough Assembly .......................................... 173

Proses Koneksi ....................................................... 174

Aksesoris ................................................................ 175

6.7. Performa ................................................................ 176

Peningkatan Akurasi Field Loop ............................. 177

6

Perbandingan Pemancar Berbasis Pneumatik,

Konvensional, dan Mikroprosesor ......................... 177

Evaluasi Contoh Aplikasi ........................................ 178

Perbandingan Tingkat Kinerja Pemancar Berbasis

Mikroprosesor ........................................................ 179

Instalasi .................................................................. 181

Jenis Layanan ......................................................... 182

Instalasi .................................................................. 182

6.8. Prosedur dan Opsi Pemasangan ............................ 187

6.9. Aplikasi ................................................................... 188

Aplikasi Pengukuran Tekanan ................................ 189

Aplikasi Switch Tekanan ......................................... 193

Indikasi Lokal .......................................................... 196

Indikasi Jarak Jauh .................................................. 197

Kontrol ................................................................... 198

BAB 7 - Mengevaluasi Teknik Sealing dan Aplikasinya ....... 199

7.1. Teknik dan Aplikasi Segel ....................................... 199

Segel Kimia ............................................................. 201

Jenis Segel Lainnya ................................................. 202

Pressure Transmitter Segel Jarak Jauh .................. 203

7.2. Karakteristik Segel Jarak Jauh ................................ 210

Pengaruh Suhu ....................................................... 211

7

Waktu merespon ................................................... 211

Zero dan Span Adjustment .................................... 212

Akurasi ................................................................... 212

Referensi Tambahan .............................................. 213

8

BAB 1 - Penerapan Prinsip Pengukuran

Tekanan

1.1. Tujuan dan Pentingnya Pengukuran Tekanan

Dalam pengukuran proses, nilai variabel proses

(misalnya, tekanan, suhu, level, dan aliran) dalam operasi

proses secara terus-menerus ditentukan untuk

memungkinkan proses operasi dipantau atau, lebih khusus

lagi, untuk mengizinkan variabel proses dikontrol (yaitu,

ditahan pada set point atau dalam rentang operasinya).

Modul ini berkaitan, khususnya, dengan pemilihan

perangkat yang akan digunakan untuk mengukur tekanan

dalam operasi proses di industri. Pengukuran tekanan yang

akurat penting untuk proses pengukuran yang dilakukan

untuk pemantauan secara umum dan untuk pengendalian

secara khusus.

Seperti disebutkan di atas, nilai variabel proses dalam

pemantauan operasi proses terus ditentukan. Pemantauan

yang efektif bergantung pada pengukuran tekanan yang

akurat karena alasan berikut:

9

• Nilai tekanan itu sendiri adalah data penting untuk

pemantauan.

• Seringkali, nilai variabel proses selain tekanan

diturunkan dari (disimpulkan dari) nilai yang diukur

untuk tekanan.

Sebagai contoh inferral dari tekanan, nilai level zat cair

dalam tangki penyimpanan dapat diturunkan dari nilai

tekanan hidrostatis yang diberikan oleh zat tersebut.

Sebagai contoh lain, nilai laju aliran fluida melalui pipa

dapat diturunkan dari nilai tekanan diferensial yang

dihasilkan oleh pelat orifice.

Dalam banyak operasi proses, pengukuran tekanan

yang akurat penting untuk menghasilkan pengendalian

yang efektif. Dalam loop kontrol yang berfungsi hanya

untuk mengontrol tekanan, diperlukan pengukuran

tekanan yang akurat agar instrumentasi kontrol dapat

mendeteksi penyimpangan tekanan dari set point dan

kemudian menentukan tindakan yang diperlukan untuk

mengembalikan tekanan ke set point-nya. Misalnya, di Gas

Oil Separation Plant (GOSP), tekanan gas dalam production

10

trap bertekanan tinggi harus dijaga pada set point yang

ditentukan.

Dalam beberapa operasi proses, bagaimanapun,

pengukuran tekanan yang akurat kurang diperlukan untuk

tujuan mengontrol tekanan dan lebih untuk tujuan

mempertahankan variabel proses lain pada set point-nya.

Dalam kasus seperti itu, dimungkinkan bagi loop kontrol

untuk secara tidak langsung mengontrol variabel proses

lainnya dengan secara langsung mengontrol tekanan.

Sebagai contoh, tekanan diferensial (yaitu, perbedaan

antara nilai tekanan yang diukur pada dua titik berbeda)

dari fluida yang mengalir melalui pipa seringkali dikontrol

secara langsung untuk mengontrol laju aliran fluida yang

melalui pipa.

1.2. Contoh Tipikal Pengukuran Tekanan

Selain variabel proses lainnya, kolom distilasi

mungkin memerlukan pengukuran dan pengendalian

tekanan dari menara distilasi. Pressure Transmitter, yang

terletak di atas menara (Gambar 1), memiliki teknologi

penginderaan tekanan yang mengubah tekanan menjadi

11

sinyal yang dapat digunakan. Pressure Transmitter

kemudian memberikan variabel tekanan sebagai sinyal

keluaran standar ke pengontrol tekanan. Karena suhu

menara sensitif terhadap perubahan tekanan apa pun,

penting untuk memberikan pengukuran tekanan yang

akurat ke pengontrol tekanan.

Gambar 1. Pengukuran Tekanan di Kolom Distilasi

12

Variabel pengukuran tekanan juga dapat mewakili

permintaan akan sumber daya pabrik. Pada Gambar 2,

Pressure Transmitter uap memberikan kepada pengontrol

tekanan uap sebuah indikasi kebutuhan uap dari pabrik.

Pengontrol tekanan uap, pada gilirannya, mempertahankan

tekanan uap dengan memberikan sinyal kontrol yang

diperlukan ke katup kontrol (control valve) bahan bakar dan

pengontrol fuel air.

Gambar 2. Pengukuran Tekanan sebagai Indikasi

Permintaan Kontrol Proses

13

1.3. Sifat Materi dalam Kaitannya dengan Pengukuran

Tekanan

Sifat materi yang terkait dengan pengukuran tekanan

paling baik dilihat dalam persamaan hukum gas ideal.

Persamaan hukum gas ideal dapat mencakup faktor

kompresibilitas (Z), yang menjelaskan penyimpangan

perilaku gas dari hukum gas ideal yang disebabkan oleh

gaya tarik dan tolak antar molekul gas. Persamaan gas ideal

berikut menunjukkan pengaruh suhu, volume, dan

kompresibilitas terhadap tekanan:

P V = n R T Z

Dimana,

P = Tekanan Absolut

n = Jumlah Mol Gas

R = Konstanta Gas Ideal

T = Temperatur Absolut

Z = Faktor Kompresibilitas

V = Volume

14

Efek berikut pada tekanan yang diukur dapat diamati dari

persamaan gas ideal:

• Tekanan memiliki hubungan langsung dengan suhu.

Jika suhu meningkat, tekanan meningkat.

• Tekanan memiliki hubungan tidak langsung dengan

volume. Jika volume meningkat, tekanan

berkurang. Jika volume berkurang, tekanan

meningkat.

• Tekanan memiliki hubungan langsung dengan

kompresibilitas. Kompresibilitas menunjukkan sifat

gas yang memungkinkannya menurunkan volume

saat mengalami peningkatan tekanan. (Perhatikan,

bagaimanapun, bahwa kompresibilitas adalah

nonlinier dan bahwa pengaruhnya terhadap

tekanan pada suhu yang berbeda dapat diturunkan

dari buku pegangan teknik)

1.4. Persamaan Tekanan

Tekanan didefinisikan sebagai jumlah gaya per satuan

luas. Dengan definisi ini, menghitung tekanan berarti

membagi gaya yang diterapkan dengan luas di mana gaya

15

diterapkan secara seragam. Persamaan tekanan yang paling

sering diberikan adalah :

P = F/A

Dimana,

P = Tekanan

F = Gaya (Sebanding dengan massa x

akselerasi)

A = Luas Penampang

Sebagai contoh, jika gaya 100 pound diterapkan secara

merata di area 1 in2, maka :

P = F/A

P = 100 lbforce / 1 in2

P = 100 lbforce / in2

Tekanan gaya 100 pound per inci persegi lebih sering

dinyatakan sebagai 100 pound per inci persegi atau secara

sederhana disebut 100 psi.

1.5. Satuan Tekanan

Tekanan dapat diekspresikan dalam satuan yang

berbeda. Seringkali perlu untuk menyatakan pengukuran

tekanan dalam satuan yang serupa, membutuhkan konversi

16

dari satu satuan ke satuan yang lain. Pembahasan berikut

menjelaskan

• Satuan pengukuran tekanan

• Konversi antar satuan

1.6. Satuan Pengukuran Tekanan

Meskipun pengukuran tekanan dapat dinyatakan

dalam satuan yang berbeda, dua kategori umum untuk

satuan pengukuran tekanan adalah sebagai berikut:

• Satuan Inggris (disebut juga English Engineering, EE)

• Satuan metrik SI

Satuan Inggris - Sistem Inggris biasa dinamai demikian

karena menggunakan satuan berat Inggris yang umum

(seperti pon dan ons) dan satuan luas (seperti inci persegi

atau kaki persegi) dalam ekspresi pengukuran tekanan.

Daripada menyatakan tekanan sebagai "gaya pound per inci

persegi (lbf / in2)", unit ini paling sering dinyatakan sebagai

"pound per inci persegi" dan disingkat sebagai "psi".

Selain satuan pengukuran psi, sistem Inggris juga

mencakup unit berikut:

• Inci kolom merkuri, disingkat “in.HG"

17

• Inci kolom air (WC), disingkat “in.H2O”

• Kaki kolom air (WC), disingkat “ft.H2O”

Ekspresi tekanan sebagai ketinggian kolom cairan

paling baik diilustrasikan dengan barometer sederhana,

yang mengukur tekanan atmosfer dalam kaitannya dengan

ketinggian kolom merkuri. Barometer merkuri pada

dasarnya menyatakan pengukuran tekanan gas dalam

satuan inci kolom merkuri (dalam Hg). Dengan kata lain,

tekanan yang diberikan oleh atmosfer (gas) sama dengan

tekanan yang diberikan oleh kolom merkuri (cairan).

Demikian juga, instrumen pengukuran tekanan industri -

beberapa serupa dalam prinsip operasinya dengan

barometer - membuat pengukuran tekanan dikalibrasi

dalam satuan in. Hg, in. H2O, atau ft. H2O. Ketika dinyatakan

dalam satuan in. Hg, in. H2O, atau ft. H2O, tekanan yang

diukur sering kali disebut sebagai "head", yang berarti

"ketinggian ekivalen dari suatu cairan yang akan

menciptakan tekanan yang sama."

Satuan Metrik SI - Untuk sistem metrik pengukuran

tekanan SI (System International d 'Unites), satuan dasar SI

18

untuk tekanan adalah pascal (Pa). Pascal

merepresentasikan tekanan yang diberikan oleh gaya satu

Newton (N) yang bekerja secara seragam pada area seluas

satu meter persegi. (Satu Newton didefinisikan sebagai

gaya yang dibutuhkan untuk memberikan percepatan satu

meter per detik per detik kepada sebuah massa satu

kilogram.) Misalnya, jika gaya 1000 Newton (N) diterapkan

secara merata ke area seluas 1 m2, tekanan, P , dapat

dengan mudah ditentukan dengan membagi gaya, F,

dengan luas, A:

P = F/A

P = 1000 N / 1 m2

P = 1000 N/m2

Karena 1000 Newton / m2 sama dengan 1000 Pascal

(Pa), tekanan dalam contoh ini dapat dinyatakan sebagai

1000 Pa. Dalam pengukuran proses industri, satu Pascal

(Pa) merepresentasikan unit pengukuran yang terlalu kecil

untuk sebagian besar tekanan yang dihadapi, sehingga

kilopascal (kPa) sering digunakan untuk menyatakan nilai

tekanan.

19

Selain satuan kPa, sistem metrik SI juga mencakup

satuan berikut:

• Kolom merkuri dalam milimeter, disingkat “mm. HG"

• Kolom air (WC) milimeter, disingkat “mm. H2O”

• Kolom air sentimeter (WC), disingkat “cm. H2O”

• Kilogram per sentimeter persegi, disingkat "kg / cm2"

Barometer yang dijelaskan sebelumnya mungkin

memiliki pengukuran tekanan yang dikalibrasi dalam satuan

metrik SI dalam milimeter (mm.) Hg, bukan inci (in.) Hg.

Demikian pula, instrumen pengukuran tekanan industri

dapat dikalibrasi untuk pengukuran tekanan dalam mm. Hg,

mm. H2O, cm. H2O. Jika dinyatakan dalam satuan mm. Hg,

mm. H2O, cm. H2O, tekanan terukur dapat disebut sebagai

"head".

Perbedaan antara sistem satuan Inggris yang biasa

dan sistem satuan metrik SI memerlukan tinjauan singkat

tentang beberapa konsep tekanan tambahan. Karena

tekanan didefinisikan sebagai gaya per satuan luas,

seseorang dapat mengambil definisi ini lebih jauh

menggunakan hukum Newton dan mengatakan bahwa

gaya itu sendiri sama dengan percepatan kali massa. Dalam

20

sistem pengukuran tekanan Inggris yang biasa, perbedaan

antara massa dan gaya menjadi bingung dengan istilah-

istilah seperti berat dan massa. Berat, menurut definisi,

sama dengan massa kali percepatan gravitasi.

Karena percepatan yang disebabkan oleh gravitasi

cukup seragam di seluruh bumi, berat satu pon menjadi

mudah dikacaukan seolah-olah sama dengan massa satu

pon. Padahal, berat tidak sama dengan massa. Berbagai

upaya untuk menyelesaikan kebingungan antara berat dan

massa dalam sistem pengukuran bahasa Inggris biasa hanya

menambah kebingungan. Untungnya, satuan metrik pascal

menyelesaikan masalah dalam membedakan antara berat

dan massa. Definisi sederhana pascal menghilangkan

gravitasi (dan karenanya, bobot) agar tidak terjalin dalam

definisi tekanan "gaya per satuan luas".

1.7. Konversi

Vendor sering kali menyediakan dalam katalog

instrumentasi mereka sebuah bagan konversi (Gambar 3).

Bagan ini memiliki format yang bervariasi dan dapat

digunakan untuk melakukan konversi unit berikut:

21

• Satuan Inggris ke satuan custom

• Satuan Inggris ke satuan metrik SI

• Satuan metrik SI ke satuan metrik SI

• Satuan metrik SI ke satuan custom

Gambar 3. Contoh Tabel Konversi

Salah satu pendekatan untuk mengubah satuan

tekanan melibatkan analisis dimensi. Analisis dimensi

adalah metode melakukan perhitungan di mana konversi ke

satuan yang diinginkan dapat dilakukan dengan

menggunakan satuan yang setara. Melalui penggunaan

ekuivalen tekanan dari satu atmosfer standar (Gambar 4),

22

nilai satuan tekanan yang diinginkan dapat ditentukan saat

mengkonversi dari satuan tekanan ke satuan lain. Seperti

yang ditunjukkan Gambar 4, 1 atmosfer standar setara

dengan 14.696 psia (satuan umum bahasa Inggris) atau

101.325 kPa (sistem metrik SI). Analisis dimensi dapat

digunakan saat mengonversi satuan dari:

• Satuan Inggris ke satuan custom

• Satuan Inggris ke satuan metrik SI

• Satuan metrik SI ke satuan metrik SI

• Satuan metrik SI ke satuan custom

1 standard

atmosphere

14.696 psia

1 standard

atmosphere

760 mm Hg (0° C)

1 standard

atmosphere

76.0 cm Hg (0° C)

1 standard

atmosphere

0.76 m Hg (0° C)

1 standard

atmosphere

29.9213 inches Hg (0° C)

1 standard

atmosphere

33.9294 feet water column (60° F)

1 standard

atmosphere

33.9569 feet water column (68° F,

20° C)

23

1 standard

atmosphere

407.4828 inches water column (68°

F, 20° C) 1 standard

atmosphere

10.3501 meters water column (68°

F, 20° C) 1 standard

atmosphere

0.986920 bars

1 standard

atmosphere

101.325 kPa

1 standard

atmosphere

760 torr (mm Hg, 0°C)

Gambar 4. Standar Atmosfer sebagai Satuan Konversi

24

BAB 2 - Terminologi

2.1. Tekanan Gauge, Absolut, Diferensial, dan Vakum

Untuk mengevaluasi perangkat pengukuran tekanan

dengan benar, diperlukan pemahaman tentang jenis

pengukuran tekanan (Gambar 5) yang meliputi:

• Tekanan gauge

• Tekanan absolut

• Tekanan diferensial

• Tekanan vakum

Tekanan gauge direferensikan ke tekanan atmosfer

nol. Tekanan gauge dinyatakan dalam pound per inci

persegi (psi atau psig). Perhatikan bahwa instrumen apa

pun yang secara langsung mengukur tekanan gauge akan

memiliki indikasi yang dipengaruhi oleh perubahan tekanan

atmosfer (barometrik) lokal.

Tekanan Absolut menunjukkan tidak adanya

tekanan atmosfer (yaitu, ruang hampa). Tekanan absolut

dinyatakan dalam pound per inci persegi absolut (psia).

Tekanan gauge dapat diubah menjadi tekanan absolut

25

melalui penambahan nilai tekanan atmosfer lokal ke nilai

tekanan gauge.

PABS = PGAUGE + PATM

Tekanan Diferensial menunjukkan perbedaan

antara pembacaan nilai tekanan pada dua titik terpisah.

Tekanan diferensial sering disebut dalam pound per square

inch differential (psid). Kadang-kadang teknisi akan

merujuk pada pengukuran tekanan diferensial sebagai

pengukuran "tekanan delta (delta P)". Perangkat tekanan

diferensial, misalnya, dapat disebut perangkat "delta P".

Tekanan vakum merupakan pengukuran tekanan

yang mengacu pada tekanan atmosfer, tetapi nilai

pengukuran tekanan adalah tekanan di bawah tekanan

atmosfer. Konsep ruang hampa sempurna mirip dengan

konsep acuan nol mutlak dalam suhu. Seperti nol absolut,

vakum sempurna tidak dimungkinkan dalam pengukuran

sehari-hari, tetapi vakum sempurna berfungsi sebagai

referensi yang tepat untuk pengukuran tekanan. Untuk

menentukan tekanan absolut, tekanan pengukur vakum

perlu dikurangi dari tekanan atmosfer.

PABS = PATM - (PGAUGE) VACUUM

26

Semua pengukuran tekanan dapat digambarkan

sebagai pengukuran tekanan diferensial, karena ada

pengukuran tekanan sehubungan dengan nilai tekanan

lainnya. Misalnya, tekanan absolut merujuk ke vakum

sempurna sebagai tekanan referensi. Tekanan pengukur

mengacu pada tekanan atmosfer sebagai tekanan

referensi.

Gambar 5. Referensi Tekanan

Tekanan vakum juga merujuk tekanan atmosfer

sebagai tekanan referensi, tetapi tidak seperti tekanan

27

pengukur, tekanan vakum adalah tekanan di bawah

tekanan atmosfer (kadang-kadang disebut sebagai

"menarik ruang hampa"). Berkenaan dengan tekanan

atmosfer, kecenderungan di antara pengguna instrumen

pemula adalah mengacaukan tekanan barometrik lokal

dengan atmosfer standar.

Atmosfer standar didefinisikan sebagai tekanan

barometrik rata-rata di permukaan laut dan memiliki nilai

14,7 psia, sedangkan tekanan barometrik lokal dapat

bergantung pada beberapa variabel, termasuk ketinggian

geografis tempat tersebut.

Beberapa istilah tekanan lain yang harus dikenal termasuk

yang berikut:

• Tekanan barometrik - Tekanan barometrik sama

dengan tekanan atmosfer lokal, yang

merepresentasikan gaya tekanan yang saat ini

diberikan oleh atmosfer bumi di lokasi geografis

tertentu.

• Tekanan statis - Juga disebut sebagai tekanan

saluran atau tekanan kerja, tekanan statis mewakili

jumlah tekanan yang diberikan pada permukaan

28

oleh fluida (gas atau cairan) yang sejajar dengan

dinding pipa.

• Tekanan hidrostatis - Tekanan hidrostatis sering

disebut dalam aplikasi level cairan, di mana tekanan

mewakili gaya di bawah permukaan cairan yang

diterapkan oleh tinggi dan berat jenis cairan di atas

titik pengukuran. Istilah "hydrostatic head" atau

"head" juga digunakan untuk mewakili tekanan ini.

Satuan pengukuran terkadang dalam milimeter

atau inci dari H2O.

2.2. Contoh Tipikal

Contoh pengukuran tekanan di industri yang

menggunakan pengukuran tekanan gauge, absolut,

diferensial, atau vakum meliputi:

• Tekanan gauge diukur dalam pemisahan minyak

dan gas.

• Tekanan absolut diukur di menara distilasi vakum

pada kilang. Menara vakum menyuling sebagian

besar minyak gas keluar dari minyak mentah

29

meninggalkan residu aspal. Tekanan operasi

menara vakum tipikal adalah 1 hingga 5 psia.

• Pengukuran tekanan diferensial sangat umum di

industri, terutama untuk menyatukan laju aliran.

• Tekanan vakum diukur dalam pemanas yang

dibakar.

• Tekanan absolut mungkin diperlukan untuk

mengkompensasi laju aliran dalam aplikasi aliran

gas.

2.3. Faktor Pengaruh pada Pengukuran Tekanan

Dalam pengukuran tekanan, faktor-faktor yang

mempengaruhi pengukuran tekanan adalah sebagai

berikut:

• Kedalaman

• Berat jenis (specific gravity)

• Suhu

• Tekanan permukaan

• Homogenitas fluida

30

Kedalaman

Ketika pengukuran tekanan digunakan untuk

menyimpulkan level cairan, tekanan yang diukur pada satu

titik di bawah permukaan berbanding lurus dengan

kedalaman. Kedalaman, bukan volume di dalam bejana,

yang menentukan besarnya tekanan. Semakin dalam,

semakin besar tekanannya.

Berat jenis (specific gravity)


menyimpulkan level cairan, berat jenis cairan memiliki

pengaruh besar pada pengukuran level. Tekanan

berbanding lurus dengan berat jenis (densitas) cairan yang

diukur. Misalnya, semakin besar berat jenis semakin besar

pula tekanan yang diukur.

Suhu

Suhu mempengaruhi tekanan fluida karena menyebabkan

gaya berat jenis fluida berubah. Saat suhu meningkat, berat

jenis fluida menurun.

31

Tekanan Permukaan


menyimpulkan level cairan dari tangki terbuka, tekanan

atmosfer menambah tekanan yang diukur. Jika tekanan

diukur dalam tangki tertutup, tekanan permukaan dalam

tangki tertutup menambah tekanan yang diukur.

Homogenitas Cairan

Jika fluida di tangki penyimpanan mengalami stratifikasi

termal atau stratifikasi massa jenis ketika pengukuran

tekanan digunakan untuk menyimpulkan level, pengukuran

level akan salah. (Untuk meminimalkan kesalahan

pengukuran tekanan yang disebabkan oleh stratifikasi

sering kali diperlukan bejana menggunakan mixer internal)

2.4. Menggambar Simbol

Simbol untuk instrumen terkait tekanan yang muncul

dalam gambar di industri didasarkan pada Gambar Standar

ISA (International Society of Automation) – ISA S5.1, 1984.

32

Gambar 6. Contoh Gambar Simbol P&ID

2.5. Kategori Umum Alat Pengukur Tekanan

Perangkat pengukur tekanan yang digunakan dalam

aplikasi industri berkisar dari perangkat yang sangat

sederhana dan berbiaya rendah seperti pengukur tekanan

hingga instrumen berbasis mikroprosesor yang lebih

kompleks. Secara umum, dua tren yang sedang terjadi

dalam instrumentasi pengukuran tekanan:

• Tautan mekanis dan tuas dalam alat pengukur

tekanan diganti dengan sensor berbasis silikon.

33

• Instrumen berbasis mikroprosesor, khususnya

pemancar "pintar" atau "cerdas", muncul sebagai

instrumen pilihan.

Diskusi berikut memperkenalkan kategori alat

pengukur tekanan yang digunakan di Industi:

• Pengukur gravitasi (Gravitational Gauge)

• Sensor dan switch deformasi

• Transduser dan pemancar

Pengukur Gravitasi (Gravitational Gauge)

Pengukur gravitasi (seperti tabung-U, tabung sumur, dan

manometer miring) adalah perangkat yang sangat akurat

yang dapat mengukur tekanan secara langsung. Perangkat

ini adalah jenis alat pengukur paling awal dan dalam

beberapa hal paling dapat diandalkan dan andal. Perangkat

ini biasanya mengukur dalam satuan psi, inci air, dan inci

merkuri (Hg). Satuan - psi, inci air, dan inci merkuri - sering

disebut sebagai satuan yang bergantung pada gravitasi.

Artinya, ketinggian fluida di manometer bergantung pada

34

kepadatan fluida dan gaya gravitasi. Alat pengukur gravitasi

yang umum adalah manometer.

Manometer paling sederhana adalah manometer

tabung-U, disebut demikian karena tabungnya berbentuk

U. Tabung berbentuk U digunakan untuk mengukur

tekanan diferensial (satu sisi terhubung ke koneksi tekanan

tinggi dan sisi lainnya ke koneksi atau atmosfer bertekanan

rendah). Ketika tekanan diferensial diterapkan, perbedaan

tekanan menyebabkan perbedaan antara ketinggian cairan

di setiap sisi. Tekanan diferensial yang diterapkan dibaca

sebagai tekanan diferensial pada skala bertahap (Gambar

7).

Gambar 7. U-Tube Manometer

35

Manometer kadang-kadang disebut sensor tipe

"basah", karena berisi cairan yang levelnya merespons

tekanan. Sensor tipe "kering" menggunakan elemen elastis

yang merespons tekanan dengan meregangkan, menekuk,

atau mengubah bentuk. Sensor tipe kering, disebut sebagai

sensor tipe deformasi, dijelaskan selanjutnya.

Sensor dan Switch Deformasi (Elastis)

Seperti semua sensor tekanan yang merasakan tekanan,

sensor deformasi mengubah respons yang dirasakan

menjadi sinyal yang dapat digunakan. Input ke sensor

deformasi terdiri dari gaya. Sensor deformasi, dalam proses

penginderaan gaya, berubah bentuk sebagai respons

terhadap gaya. Deformasi sebenarnya adalah konversi

sinyal input yang menjadi indikasi tekanan pada alat

pengukur. Saat digunakan dalam switch tekanan, sensor

deformasi mengubah sinyal input menjadi penggerak

switch ketika tekanan tertentu dilanggar.

Dengan demikian sensor deformasi ditemukan di

lebih dari satu jenis alat pengukur tekanan. Sensor

36

deformasi ditemukan di pengukur, pemancar, transduser,

dan switch. Bagian ini memberikan gambaran umum

tentang jenis sensor deformasi berikut:

• Tabung Bourdon

• Bellows

• Diafragma

Bourdon Tube - Sensor yang paling umum

digunakan dalam pengukuran tekanan di industri adalah

tabung Bourdon (Gambar 8), karena sering terkandung di

dalam pengukur tekanan umum. Sebuah tabung Bourdon,

dinamai Eugene Bourdon (ilmuwan yang menemukan

tabung), biasanya tabung logam yang ditekuk menjadi

bentuk huruf “C”.

37

Gambar 8. Tabung Bourdon

Salah satu ujung tabung ditutup rapat, sedangkan

ujung lainnya dihubungkan ke sinyal input dari proses. Saat

gaya diterapkan, tabung menjadi lurus. Gerakan tip yang

dihasilkan menggerakkan indikator yang menunjukkan

jumlah tekanan. Karena bagian luar tabung Bourdon

terkena tekanan atmosfer, tabung ini sering kali

menunjukkan tekanan gauge.

38

Gambar 9. Bellows

Bellow - Sensor tekanan bellow terlihat seperti

kaleng logam kecil dengan sisi fleksibel yang memiliki

tonjolan (Gambar 9). Sebuah pegas dipasang di salah satu

ujung bellow. Ketika suatu gaya diterapkan, bellow

berkontraksi dan menggerakkan pegas dalam jarak yang

sebanding dengan gaya. Sebuah pointer, yang dipasang ke

pegas, menunjukkan tekanan.

39

Diafragma - Sensor diafragma (Gambar 10) pada

dasarnya adalah cakram fleksibel yang berubah bentuk saat

tekanan dalam proses berubah. Karena piringan dipegang

kuat di sekitar tepi luar, bagian tengah piringan bergerak

masuk dan keluar saat tekanan berubah. Sebuah pointer

atau link penghubung dapat dipasang ke diafragma untuk

menunjukkan tekanan secara mekanis. Sensor diafragma

dapat menjadi dasar bagi beberapa fenomena kelistrikan

untuk mencapai sensitivitas yang lebih besar. Pressure

Transmitter (XMTTR) biasanya terbaca dalam nilai listrik.

Gambar 10. Diafragma

40

Transduser dan Pemancar

Istilah "transduser" dan "pemancar (transmitter)"

membingungkan bagi pengguna instrumen pemula.

Transduser, yang didefinisikan menurut SAMA PMC20.1,

adalah “Elemen atau perangkat yang menerima informasi

dalam bentuk satu kuantitas dan mengubahnya menjadi

informasi dalam bentuk kuantitas yang sama atau lainnya.”

Definisi transduser menurut ISA S5.1 serupa dan

selanjutnya menyatakan bahwa "Bergantung pada

aplikasinya, transduser dapat berupa elemen utama,

pemancar, relai, konverter, atau perangkat lain." Oleh

karena itu, istilah "transduser" digunakan sebagai istilah

umum untuk mendeskripsikan perangkat apa pun yang

memiliki fungsi mengubah sinyal yang tidak diketahui

menjadi sinyal keluaran proporsional. "Transduser" juga

digunakan untuk secara khusus mengidentifikasi perangkat

pengukuran dalam kaitannya dengan variabel proses yang

dirasakan dan sinyal keluaran yang disediakannya. Istilah

"transduser tekanan", seperti yang digunakan dalam buku

ini, mewakili perangkat yang menyediakan sinyal keluaran

41

listrik yang sebanding dengan variabel tekanan proses yang

diterapkan.

Dalam praktiknya, Pressure Transmitter dan

transduser tekanan dianggap sebagai entitas yang terpisah.

Seperti yang ditunjukkan Gambar 6, Pressure Transmitter

dan transduser tekanan diberi simbol yang berbeda dalam

P & ID. Lihat Alat Bantu Kerja untuk contoh lembar data

vendor yang menunjukkan transduser tekanan dan

Pressure Transmitter dengan spesifikasi fisik dan kinerja

yang serupa - perbedaan antara kedua perangkat adalah

sinyal outputnya. Penjelasan yang lebih praktis tentang

transduser tekanan dan Pressure Transmitter berikut.

Transduser Tekanan - Transduser tekanan adalah

perangkat yang menyediakan sinyal keluaran listrik yang

sebanding dengan tekanan proses yang diterapkan. Sinyal

keluaran ditentukan sebagai keluaran millivolt, volt, arus,

atau frekuensi. Transduser tekanan cenderung memiliki

kisaran tekanan operasi yang ditentukan; kisarannya dapat

sangat bervariasi di antara transduser. Perhatikan bahwa

transduser tekanan biasanya diberi nilai dalam satuan psi,

bukan dalam satuan inci H2O atau inci Hg. Transduser

42

tekanan lebih spesifik untuk aplikasi daripada pemancar.

Misalnya, transduser tekanan dapat dirancang khusus

untuk aplikasi submersible. Transduser tekanan

memerlukan catu daya yang diatur karena transduser

tekanan mungkin tidak memiliki kemampuan

pengkondisian sinyal.

Transduser tekanan selalu terdiri dari dua elemen:

• Elemen penjumlahan gaya - Sebuah elemen

penjumlah gaya, seperti diafragma, mengubah

tekanan yang tidak diketahui menjadi perpindahan

atau gaya yang dapat diukur.

• Sensor - Sensor, seperti pengukur regangan,

mengubah perpindahan atau gaya menjadi sinyal

keluaran proporsional yang dapat digunakan.

Pressure Transmitter - Pressure Transmitter

didefinisikan sebagai perangkat yang menyediakan sinyal

keluaran linier standar industri (arus 4 mA hingga 20 mA)

yang sebanding dengan tekanan proses yang diterapkan.

Meskipun Pressure Transmitter dapat disebut transduser

karena melakukan konversi tekanan menjadi sinyal listrik

43

proporsional, pemancar dianggap sebagai instrumen

tersendiri. Pressure Transmitter sering kali memiliki

pengkondisian sinyal built-in dan tidak memerlukan sumber

catu daya yang diatur.

Beberapa bentuk sensor yang digunakan pada

transduser tekanan dan transmitter, di antaranya adalah

strain gauge, variable capacitance, variable reluctance,

piezoelectric, double ended tuning fork, dan sensor kawat

resonan. Diskusi berikutnya berfokus pada teknologi

penginderaan yang umum digunakan di transduser tekanan

dan pemancar, yang paling umum adalah pengukur

regangan.

2.6. Jenis Sensor Transduser dan Transmitter

Jenis sensor transduser dan pemancar meliputi:

• Pengukur regangan berikat (bonded strain gauge)

• Elemen potensiometri

• Elemen osilasi

• Pengukur piezoelektrik

44

Gambar 11. Bonded Strain Gauge

Bonded Strain Gauge - Sensor strain gauge

mengubah hambatan listriknya saat meregang atau

menekan (Gambar 11). Pengukur regangan sering dipasang

(terikat) ke elemen gaya diafragma. Dalam pendekatan ini,

pengukur regangan mengubah gerakan diafragma menjadi

sinyal listrik.

Elemen Potensiometri - Karena potensiometer

adalah elemen resistansi variabel, jumlah resistansi variabel

dapat digunakan untuk menentukan jumlah tekanan

variabel. Potensiometer bisa sesederhana kawat yang

melilit silinder (Gambar 12). Saat penunjuk bergerak

45

melintasi silinder, perubahan resistansi proporsional

menunjukkan perubahan tekanan.

Gambar 12. Elemen Potensiometri

Elemen Osilatif - Ketika suatu gaya menyebabkan

gerakan diafragma (Gambar 13), perubahan terjadi pada

tegangan kawat (atau jenis sensor solid state osilatif

lainnya). Kabel kemudian beresonansi atau berosilasi pada

frekuensi yang ditentukan oleh tegangan. Besarnya

tegangan, pada dasarnya, merepresentasikan tekanan.

46

Gambar 13. Elemen Osilatif

Piezoelektrik Gauge - Piezoelektrik gauge

menggunakan bahan yang menghasilkan tegangan listrik

saat gaya diterapkan. Sensor piezoelektrik (Gambar 14)

mengukur tekanan yang berubah dengan cepat, dan

merespons perubahan tekanan cepat yang terjadi dalam

waktu singkat.

47

Gambar 14. Piezoelectric Gauge

2.7. Pressure Transmitter (Pneumatik versus Elektronik

versus Mikroprosesor)

Jenis pemancar tekanan (Pressure Transmitter)

adalah pneumatik, elektronik (konvensional 4 mA hingga 20

mA), atau berbasis mikroprosesor. Di era instrumen

berbasis mikroprosesor, mungkin tampak tidak biasa untuk

membahas instrumen pneumatik; namun, seperti yang

ditunjukkan Gambar 15, pemancar elektronik pneumatik

dan konvensional, terus memiliki aplikasi yang sesuai untuk

digunakan. Karena biaya pemancar berbasis mikroprosesor

terus menurun, semakin besar kemungkinan pemancar

tersebut menjadi perangkat yang disukai.

48

Gambar 15. Perbandingan Tipe Pemancar

49

BAB 3 - Kriteria Seleksi dan Persyaratan

Instalasi untuk Perangkat Pengukuran

Tekanan

Perangkat pengukur tekanan melakukan fungsi

umum sebagai berikut:

• Mengizinkan nilai-nilai tekanan dalam suatu proses

untuk dipantau.

• Berkontribusi pada indikasi dan / atau kontrol

tekanan pada setpoint yang ditetapkan.

• Berkontribusi pada pengoperasian sistem alarm

dan Emergency Shutdown Systems (ESD).

Mengingat fungsi umum ini, seorang insinyur akan

mendapatkan keuntungan dari pendekatan yang

mempersempit pilihan ke beberapa teknologi pengukuran

tekanan. Pendekatan yang membantu insinyur untuk mulai

memilih perangkat yang paling sesuai untuk proses

diuraikan dalam Buku Pegangan Insinyur Instrumen, Edisi

Ketiga, Pengukuran dan Analisis Proses, Bab 5, Pengukuran

50

Tekanan, oleh Bela G.Liptak, Chilton Book Company, 1995.

Insinyur instrumen didorong untuk meninjau kriteria

pemilihan yang tercantum dalam Buku Pegangan Insinyur

Instrumen ketika menghadapi pemilihan perangkat

pengukur tekanan dan kriteria pemasangan.

Setelah meninjau pendekatan pemilihan awal,

kriteria pemilihan perangkat pengukur tekanan juga

mencakup peninjauan hal-hal berikut:

• Dasar-dasar aplikasi

• Spesifikasi (Sifat Pengukuran)

• Pertimbangan keamanan

• Metalurgi

• Pertimbangan instalasi

• Pemeliharaan dan kalibrasi

• Kompatibilitas dengan instrumentasi proses yang

ada

• Pertimbangan ekonomi

• Arahan teknis

51

3.1. Dasar-dasar Aplikasi

Pemilihan perangkat pengukur tekanan yang tepat

membutuhkan pemahaman lengkap tentang aplikasi yang

ditujukan untuk perangkat tersebut. Dua jenis aplikasi yang

paling umum adalah

• Aplikasi pengukuran tekanan

• Aplikasi switch tekanan

Bagian ini akan menjelaskan persyaratan dasar untuk

instrumen yang digunakan untuk aplikasi ini.

Aplikasi Pengukuran Tekanan

Untuk aplikasi pengukuran tekanan, pertimbangan

utamanya adalah

• Jarak

• Perlindungan overrange

• Suhu

• Kompatibilitas fluida proses

Range - Perangkat pengukur tekanan dikalibrasi

untuk menunjukkan nilai tekanan dalam kisaran tertentu.

Nilai terendah dalam rentang tersebut adalah nilai rentang

52

yang lebih rendah (LRV) perangkat. Nilai tertinggi dalam

rentang tersebut adalah nilai rentang atas (URV) perangkat.

Sebagai contoh, alat pengukur tekanan dapat dikalibrasi

untuk menunjukkan tekanan dalam kisaran 0 psi (LRV)

hingga 1000 psi (URV).

Perlindungan Overrange - Perangkat pengukur

tekanan harus dibuat sedemikian rupa sehingga mampu

menahan tekanan overrange (yaitu, tekanan yang melebihi

URV perangkat). Pedoman industri umum adalah bahwa

perangkat pengukur tekanan harus mampu menahan

tekanan yang 125% (atau 25% lebih besar dari) nilai rentang

atas (URV) perangkat.

Suhu - Perangkat pengukur tekanan dirancang

untuk mengukur tekanan secara akurat dan untuk

beroperasi tanpa kegagalan dalam kisaran suhu tertentu.

Misalnya, pengukur jenis tabung Bourdon diharapkan dapat

beroperasi secara akurat dan andal dalam kisaran suhu -60

° F hingga 375 ° F.

Kompatibilitas Fluida Proses - Bahan yang dibasahi

perangkat pengukur tekanan (yaitu, bahan yang

bersentuhan dengan cairan proses) harus kompatibel

53

dengan cairan proses untuk meminimalkan atau

menghindari korosi.

Aplikasi Switch Tekanan (Pressure Switch)

Switch tekanan sering memulai tindakan korektif jika nilai

tekanan dalam proses turun di bawah atau naik di atas nilai

yang dikalibrasi switch. Misalnya, switch dapat memulihkan

tekanan yang hilang (yang disebabkan oleh kegagalan

pompa) dengan menggerakkan pompa cadangan.

Perangkat switch tekanan juga digunakan untuk mematikan

alarm atau perangkat kontrol ketika batas tekanan

terlampaui. Secara tradisional, switch tekanan telah

dipasang di sistem pneumatik untuk mendeteksi kapan nilai

alarm untuk variabel yang ditransmisikan secara pneumatik

telah tercapai. Aplikasi saat ini meliputi:

• Untuk menjalankan tindakan korektif atau alarm

ketika laju aliran melalui pipa melebihi batas.


untuk kehilangan tekanan di seluruh item seperti

filter.

54


untuk kehilangan tekanan oli di kompresor, yang

dapat digunakan untuk menghidupkan pompa

pelumas cadangan.


ketika level cairan melebihi batas di bejana

bertekanan. (Dalam hal ini, switch biasanya

memerlukan setpoint tekanan diferensial untuk

membuat perangkat trip)

Switch tekanan menggunakan sensor yang serupa

sebagai perangkat pengukur tekanan, pertimbangan untuk

aplikasi switch tekanan sama dengan pertimbangan untuk

aplikasi pengukuran tekanan. Pertimbangan tambahan

untuk switch tekanan dirangkum sebagai berikut:

• Pemasangan - switch harus dipasang di lokasi yang

tidak akan mengakumulasi cairan korosif.

• Jenis aplikasi switch - switch yang digunakan dalam

Emergency Shutdown (ESD) harus memiliki koneksi

langsungnya sendiri ke bejana proses. Aplikasi

khusus mungkin juga memerlukan switch tipe

tekanan diferensial.

55

• Jenis penggerak switch - mekanisme kerja snap dan

persyaratan peringkat kontak harus cukup untuk

mengoperasikan solenoida, relai, atau perangkat

proses lainnya tanpa memerlukan relai interposing

tambahan.

• Jenis penutup switch – Penutup (enclosure)

mungkin memerlukan enclosure tahan cuaca atau

ledakan (weatherproof atau explosion proof) NEMA

4.

Karakteristik Operasi Switch - Untuk menentukan

fungsi switch tekanan yang relatif terhadap persyaratan

proses, insinyur biasanya meninjau karakteristik

pengoperasian switch berikut:

• Jenis indikasi (apakah switch memiliki indikasi

tekanan lokal atau tidak)

• Switch Deadband (atau tindakan diferensial)

• Tekanan yang berlebihan

• Tekanan operasi normal dari switch

56

Switch tekanan memiliki dua jenis - switch yang

memiliki pengukur penunjuk tekanan lokal dan switch yang

tidak memiliki indikator lokal, yang disebut switch

nonindikasi atau switch buta. Switch dengan indikator lokal

memiliki skala yang lulus dalam satuan seperti kPa atau psi.

Skala memungkinkan titik perjalanan tekanan atau titik

setel disetel ke nilai yang ditentukan. Pertimbangan dalam

memilih switch jenis ini mencakup akurasi (yang dapat

sangat bervariasi), resolusi (sehingga setpoint diatur

dengan benar), dan apakah penyesuaian setpoint mudah

diakses atau tidak. Blind switch dipilih jika diinginkan untuk

mencegah personel yang tidak berwenang menyesuaikan

setpoint. Titik setel switch sering kali memiliki perlengkapan

seperti mur pengunci yang mencegah perubahan titik setel.

Menurut praktik industri umum, switch dengan setpoint

nonindikasi (buta) dapat diterima untuk sebagian besar

aplikasi. Ketika aplikasi switch untuk Emergency Shutdown

System (ESD). Dalam aplikasi ESD, persyaratan pemilihan

dan penginstalan untuk switch lebih ketat.

Karakteristik penting yang harus diperhatikan

dalam aplikasi switch tekanan adalah deadband switch, juga

57

disebut aksi diferensial switch atau batas diferensial. Switch

deadband (Gambar 16) menunjukkan celah operasi di mana

switch bergerak ke arah peningkatan tekanan dan

mengalami deaktuasi ke arah yang berlawanan saat

tekanan menurun. Dijelaskan dengan cara lain, deadband

atau tindakan diferensial dapat digambarkan sebagai

rentang di mana tidak ada penonaktifan switch yang terjadi.

Insinyur sering kali menginginkan tindakan

diferensial untuk mencegah switch dari menggerakkan dan

mengatur ulang (berderak) jika tekanan yang diukur

berfluktuasi di sekitar titik setel alarm. Insinyur juga

mengevaluasi tindakan diferensial switch untuk

menentukan apakah switch dapat menyetel ulang sendiri

setelah proses kembali normal. Tindakan diferensial dapat

disesuaikan atau diperbaiki.

Semua switch memiliki tindakan diferensial.

Faktanya, itu melekat pada snap switch. Tindakan

diferensial tidak dapat dihilangkan; ini adalah hasil dari gaya

yang dibutuhkan untuk menggerakkan switch. Insinyur

harus menyadari tindakan diferensial tetap, yang bisa

mencapai 25% dari rentang waktu tersebut. Kesalahan

58

penerapan switch sering kali disebabkan oleh

ketidaktahuan akan tindakan diferensial yang melekat pada

switch.

Gambar 16. Switch Deadband

Pengguna meninjau karakteristik tekanan berlebih

dari sebuah switch untuk memastikan bahwa switch telah

dibangun dalam overpressure protection yang diperlukan.

Akhirnya, pengguna menentukan apakah switch tekanan

sesuai untuk persyaratan proses atau apakah tipe switch

lain cocok. Misalnya, dalam sistem discharge pompa, switch

tekanan sering berfungsi untuk menggerakkan atau

59

membunyikan alarm ketika pompa mati. Tetapi, jika

tekanan operasi normal dalam sistem sirkulasi pompa

rendah, perbedaan tekanan yang dialami antara kondisi

normal dan abnormal sedikit. Flow switch akan lebih cocok

dalam hal ini, karena aliran abnormal adalah kondisi yang

harus menggerakkan alarm.

3.2. Spesifikasi (Sifat Pengukuran)

Saat mengevaluasi instrumen tekanan untuk

aplikasi tertentu, metode dasar yang sama untuk

mengevaluasi instrumen harus digunakan. Misalnya,

spesifikasi linieritas sering kali dicantumkan dalam tiga cara

berbeda - independen, berbasis nol, dan berbasis terminal.

Dasar yang sama untuk evaluasi kinerja instrumen harus

digunakan untuk mengevaluasi dan membandingkan

instrumen dengan dasar yang setara. Pembahasan berikut

menjelaskan cara mengevaluasi spesifikasi berikut:

• Spesifikasi linieritas

• Spesifikasi statistik

Spesifikasi Linearitas

60

Spesifikasi (Gambar 17) yang digunakan untuk mengukur

nonlinier suatu instrumen adalah sebagai berikut:

• Linearitas independen

• Linearitas berbasis nol

• Linearitas berbasis terminal

Linearitas Independen (juga disebut garis lurus

terbaik) memungkinkan nilai skala nol dan penuh dari garis

referensi sedemikian rupa sehingga meminimalkan

spesifikasi nonlinier dari instrumen. Dalam kasus ini, skala

nol dan penuh dari garis referensi mungkin sering tidak

sama dengan nilai skala penuh nol dan skala penuh dari nilai

skala penuh aktual atau yang diinginkan dari instrumen.

Mengubah zero dan span saat memasang instrumen

mengubah pengaturan pabrik yang dioptimalkan.

Linearitas Berbasis Nol - Ketika nonlinier dinyatakan

dalam linearitas berbasis nol, nol ditetapkan di ujung bawah

rentang. Titik skala penuh bisa menjadi titik yang

meminimalkan efek nonlinier. Sama seperti dalam kasus

linearitas independen, nilai sebenarnya bergantung pada

sifat nonlinier tersebut.

61

Linearitas Berbasis Terminal adalah spesifikasi

linieritas yang paling ketat, nilai skala nol dan penuh

ditetapkan. Dengan kata lain, tidak ada peluang untuk

meningkatkan spesifikasi dengan menggerakkan garis

referensi. Memang, spesifikasi ini harus memberikan

keakuratan yang paling mungkin dialami pengguna dalam

praktik aktual.

Gambar 17. Perbandingan Linearitas

Spesifikasi Statistik

62

Performa instrumen pengukuran tekanan dapat ditentukan

dalam spesifikasi statistik. Untuk mengevaluasi kinerja

instrumen berarti menafsirkan apakah instrumen

ditentukan dalam salah satu metode berikut:

• Batasan keyakinan (Confidence Limits)

• Jumlah akar kuadrat (RSS) atau akar rata-rata

kuadrat (RMS)

Confidence Limits dapat dinyatakan sebagai indikasi

akurasi perangkat yang diharapkan. Misalnya, spesifikasi

akurasi mungkin mengatakan bahwa "Akurasi yang dapat

dicapai dengan tingkat keyakinan 95% adalah .1%". Artinya,

95 dari 100 instrumen memenuhi spesifikasi akurasi 0,1%.

Atau, 1 dari 20 instrumen tidak akan memenuhi spesifikasi,

yang mungkin sulit diverifikasi jika instrumen digunakan

sebagai standar kalibrasi. Seringkali batas kepercayaan

didasarkan pada sampel statistik.

Root Sum of the Squares (RSS) atau Root Mean

Square (RMS) - Metode statistik lain menggunakan jumlah

akar kuadrat (RSS) atau root mean square (RMS). Dalam

metode ini (RSS dan RMS), perangkat menjalani pengujian

63

dan kalibrasi dan pengukuran nonlinier (n), histeresis (h),

dan non-pengulangan (r) dilakukan. Selanjutnya,

pengukuran nonlinier (n), histeresis (h), dan non

pengulangan (r) dikuadratkan. Jika n, h, dan r masing-

masing 0,1%, kuadrat masing-masing adalah 0,01%. Jumlah

kuadrat adalah 0,03%, sedangkan jumlah akar kuadrat (RSS)

adalah 0,17%. Meskipun terdapat berbagai cara untuk

merepresentasikan spesifikasi akurasi, akurasi sebenarnya

tetap sama.

Dengan kata lain, satu instrumen mungkin memiliki

teknik penjumlahan aljabar yang menunjukkan akurasi

0,3%, sedangkan instrumen lain menunjukkan akurasi

0,17% dengan menggunakan metode RSS. Sebagai contoh

RSS = (n2 + h2 + r2) 1/2

Jika n = h = r = 0.1, maka (n2 + h2 + r2) = 0.03 dan RSS = 0.17

Perhatikan bahwa jumlah akar dari kuadrat dan

metode batas kepercayaan dianggap oleh beberapa

pengguna industri sebagai spesifikasi instrumen tekanan

yang dapat diterima untuk aplikasi nonkritis. Karena

spesifikasi bukanlah spesifikasi kasus terburuk, perangkat

yang ditentukan dengan menggunakan jumlah akar kuadrat

64

dan batas keyakinan umumnya tidak dapat diterima untuk

kebutuhan pengujian dan kalibrasi.

Dalam contoh ini, kedua instrumen memiliki akurasi

yang sama. Contoh data diulangi pada Gambar 18.

Gambar 18. Perbandingan Metode Statistik

3.3. Pertimbangan Keamanan

Saat mengevaluasi instrumen tekanan,

pertimbangan keselamatan meliputi:

• Persyaratan lokasi berbahaya (Hazardous Area)

• Peringkat tekanan berlebih (Overpressure Ratings)

• Pemilihan cairan isi (Fill Fluid)

• Persyaratan aplikasi khusus

• Persyaratan fitur keamanan perangkat

• Konfigurasi Failsafe

65

Persyaratan Lokasi Berbahaya

Apakah perangkat digunakan di lokasi berbahaya atau tidak

mengharuskan perangkat memenuhi kriteria kelistrikan

tertentu.

Isi Pilihan Cairan

Beberapa instrumen tekanan mungkin memerlukan,

sebagai bagian dari desain instrumennya, mengisi cairan

untuk merasakan tekanan dengan benar. Selain meninjau

apakah fluida pengisi yang dipilih kompatibel dengan

aplikasi proses, teknisi juga harus meninjau apakah fluida

pengisi berpotensi mewakili bahaya keselamatan jika

terjadi kecelakaan. Cairan pengisi cair, seperti silikon

standar, dapat bereaksi keras dengan oksigen atau klorin

basah jika terjadi kebocoran. Cairan pengisi yang lebih

aman, seperti Fluorolube, dapat dipesan dengan biaya

tambahan.

Pabrikan sering merancang perangkat tekanan

untuk menahan tekanan di atas tekanan rata-rata (rated),

dan bahkan dapat mengujinya hingga 1 1/2 kali tekanan

rata-rata; Namun, margin keamanan ekstra itu tidak boleh

66

diandalkan. Instrumen tekanan tidak boleh diberi tekanan

melebihi tekanan operasi rata-ratanya.

Persyaratan Aplikasi Khusus

Aplikasi yang menuntut mungkin memerlukan instrumen

tekanan yang dirancang untuk aplikasi spesifik tersebut.

Misalnya, aplikasi oksigen memerlukan Pressure

Transmitter yang diidentifikasi secara khusus untuk layanan

tersebut karena aplikasi tersebut sangat mudah terbakar.

Pemancar dibersihkan oleh vendor untuk menghilangkan

kontaminan. Kebersihan pemancar harus dijaga oleh

pengguna akhir dan tidak terkontaminasi oleh personel

yang tidak berpengalaman.

Persyaratan Fitur Keamanan Perangkat

Beberapa perusahaan minyak dan gas mempersyaratkan

fitur keamanan perangkat instrumentasi dalam desain

mereka. Seperti pengukur tekanan (Pressure Gauge)

memiliki opsi seperti blowout backs dan Rupture Disk untuk

mencegah kaca pengukur meledak ke arah personel

operasi.

67

Konfigurasi Failsafe

Perangkat tekanan, seperti pemancar berbasis

mikroprosesor, mengizinkan insinyur untuk

mengkonfigurasi jenis sinyal apa yang akan dikirim ke

pengontrol jika sinyal penginderaan dianggap buruk atau

tidak dapat diandalkan.

3.4. Metalurgi

Pertimbangan metalurgi yang mempengaruhi

pemilihan perangkat adalah sebagai berikut:

• Kompatibilitas logam dengan media proses

• Kepatuhan terhadap NACE MR-01-75

Kompatibilitas Logam dengan Media Proses

Alat pengukur tekanan umumnya menggunakan baja tahan

karat untuk apa yang disebut bagian "basah" (yaitu, bagian

yang bersentuhan dengan fluida proses). Baja tahan karat

cenderung dapat diterima dalam banyak kasus; namun,

tidak semua perangkat mengisolasi sensor dari fluida

proses. Gambar 19 mencantumkan contoh kompatibilitas

68

logam dengan sangat singkat; vendor menyediakan daftar

yang lebih rinci. Teknisi harus berkonsultasi dengan ANSI

B40.1 untuk panduan tambahan tentang kompatibilitas

logam. Pada akhirnya, insinyur bertanggung jawab untuk

memilih logam yang kompatibel.

Gambar 19. Contoh Kompatibilitas Material

Kepatuhan terhadap NACE MR-01-75

Salah satu standar industri yang berlaku untuk instrumen

pengukuran tekanan adalah NACE MR-01-75. Bagian

selanjutnya membahas NACE MR-01-75 dalam istilah

berikut:

69

• Tujuan NACE dan NACE MR-01-75

• Apa yang dimaksud dengan stress cracking sulfida?

• Batasan NACE MR-01-75

• Contoh kategori NACE MR-01-75

Tujuan NACE dan NACE MR-01-75 - MR-01-75

standar mencantumkan persyaratan logam untuk

ketahanan terhadap retak tegangan sulfida. Standar ini

diterbitkan oleh National Association of Corrosion

Engineers (NACE). NACE adalah organisasi di seluruh dunia

yang mempelajari korosi dan terutama memperhatikan

perlindungan bahan yang digunakan dalam produksi

minyak bumi, pemurnian, jalur pipa (fokus aslinya), dan

industri proses lainnya. Penting untuk dicatat bahwa MR-

01-75 standar hanya mencakup persyaratan logam untuk

ketahanan terhadap retak tegangan sulfida (SSC).

Bahan dan bentuk korosi lainnya tidak ditangani.

Meskipun tujuan awalnya adalah untuk produksi

hidrokarbon dan peralatan pemrosesan lapangan, banyak

industri memerlukan bahan MR-01-75 untuk komponen

dalam aplikasi asam. Sebagai aturan umum, sebagian besar

70

vendor instrumen, saat memperkenalkan produk baru,

mematuhi NACE MR-01-75.

Apa itu Perengkahan Stres (Stress Cracking) Sulfida?

- Retak tegangan sulfida mengacu pada rekahan logam

sebagai respons terhadap tekanan (atau lebih tepatnya,

tegangan tarik) dan fluida korosif. Semua logam, termasuk

emas, rentan terhadap retak korosi tegangan di lingkungan

tertentu. Misalnya, baja tahan karat akan retak dalam

medium klorida tetapi tidak dalam medium amonia.

Kuningan akan retak dalam media amonia tetapi tidak

dalam media klorida. Jika sulfida (seperti H2S) ada dalam

fluida, karbon dan baja paduan rendah rentan terhadap

retak tegangan sulfida.

Retak tegangan sulfida terjadi tanpa indikasi

peringatan yang terlihat dan terkadang tanpa tanda-tanda

korosi sama sekali. Karena korosi terjadi di lingkungan

asam, hidrogen bebas terbentuk yang berdifusi ke dalam

logam. Struktur kristal logam menjadi rapuh. Jika

konsentrasi terjadi di sepanjang area stres, retakan dapat

terjadi.

71

Ketika suhu antara 20 ° F dan 120 ° F, retak tegangan

sulfida paling parah. Di bawah 20 ° F, konsentrasi kritis

hidrogen tidak mungkin terjadi karena laju difusi hidrogen

rendah. Di atas 120 ° F, hidrogen melewati material dengan

cepat karena laju difusi hidrogen tinggi. Di atas 120 ° F

bentuk lain dari retak korosi tegangan dapat terjadi, seperti

retak tegangan klorida di sumur asam.

Batasan NACE MR-01-75 - NACE tidak meninjau

prosedur manufaktur vendor, juga tidak mengeluarkan

sertifikasi kepatuhan. MR-01-75 bukanlah standar desain.

MR-01-75 tidak memberi tahu insinyur instrumen saat

persyaratannya berlaku; namun, standar tersebut

memberikan panduan kepada insinyur instrumen tentang

hubungan antara tekanan dan hidrogen sulfida untuk gas

asam dan minyak asam multiphase. Gambaran dari daerah

gas asam ditunjukkan pada Gambar 20 (lihat NACE MR-01-

75 untuk penjelasan yang lebih rinci).

72

Gambar 20. Wilayah Gas Asam

Gambar 21. Contoh Kategori NACE

73

Contoh Kategori NACE MR-01-75 - Daftar singkat

bahan yang memenuhi NACE MR-01-75 muncul di Gambar

21. Pengguna sering mengacu pada standar MR-01-75 saat

mengevaluasi instrumen yang diterapkan dalam

pengukuran gas asam bertekanan tinggi.

3.5. Pertimbangan Instalasi

Perubahan suhu, guncangan, getaran, dan

penggunaan sehari-hari menyebabkan sifat listrik dan fisik

berubah. Perubahan sifat listrik dan fisik pada akhirnya

mempengaruhi kesalahan dan penyimpangan instrumen

tekanan. Selain itu, teknologi instrumen tekanan (seperti

pengukur regangan, kapasitansi, dan resonansi) mungkin

memiliki batas kemampuannya untuk menahan tekanan

dan suhu ekstrem, getaran, dan gangguan listrik.

Untungnya, kemajuan teknologi dalam material dan

metode manufaktur telah menghasilkan kapabilitas yang

lebih baik.

Terlepas dari kemajuan teknologi ini, dalam

pengukuran tekanan dan sistem kontrol, cara instrumen

berinteraksi dengan proses merupakan pertimbangan

74

utama untuk mencapai operasi yang andal. Pertimbangan

instalasi ini diringkas dalam Gambar 22. Insinyur instrumen

didorong untuk meninjau pertimbangan ini, serta

Rekomendasi Praktik (RP) 551 American Petroleum

Institute (API), Bagian 4.2, untuk pertimbangan instalasi

tambahan.

Gambar 22. Referensi Instalasi Pengukuran Tekanan

75

3.6. Perawatan dan Kalibrasi

Pertimbangan pemeliharaan dan kalibrasi yang

berkaitan dengan pemilihan instrumen pengukuran

tekanan dijelaskan dalam istilah berikut:

• Pendekatan pemeliharaan umum

• Pendekatan kalibrasi tipikal

Pendekatan Perawatan Umum

Pemeliharaan preventif pada instrumen tekanan mencakup

tugas - tugas pemeliharaan seperti pemeriksaan

penyimpangan nol dan bentang. Sistem pengukuran

tekanan dapat diperiksa untuk kebocoran, korosi, penuaan,

dan kerusakan. Selain itu, instrumen berbasis

mikroprosesor menyediakan diagnostik mandiri,

membantu memudahkan upaya pemeliharaan.

Panduan pengguna instrumen tekanan

menjelaskan prosedur perbaikan. Perbaikan umum pada

perangkat pengukur tekanan termasuk mengganti segel O-

ring yang bocor, mengganti modul sensor yang rusak

(disebabkan oleh kegagalan atau operasi tekanan berlebih),

atau mengganti modul elektronik yang rusak.

76

Pendekatan Kalibrasi Tipikal

Pendekatan kalibrasi dijelaskan sebagai berikut:

• Prosedur kalibrasi umum

• Jenis peralatan kalibrasi

Prosedur Kalibrasi Umum - Kalibrasi yang tepat paling

baik dilakukan dengan mengikuti prosedur yang

direkomendasikan vendor. Sebagai gambaran umum,

prosedurnya biasanya meliputi:

• Uji dan hilangkan semua kebocoran sebelum

mengkalibrasi perangkat pengukur tekanan.

• Bersihkan semua cairan dari sistem pengukuran

tekanan sebelum kalibrasi.

• Untuk menghindari efek suhu pada pemancar,

jangan tiup melalui saluran pembuangan dan katup

ventilasi pemancar. Blowdown melalui perpipaan

impuls pada titik di dekat koneksi proses tap.

• Gunakan peralatan kalibrasi yang dapat diterima,

yang berarti keakuratan peralatan kalibrasi harus

lebih besar dari pada sistem pengukuran tekanan.

77

• Lakukan penyesuaian nol, rentang, dan linieritas

mengikuti prosedur kalibrasi vendor. Perhatikan

bahwa linieritas disesuaikan pada satu titik saja dan

diperiksa pada titik lain.

• Penyesuaian redaman mungkin diperlukan.

Faktor tambahan yang berkontribusi pada kalibrasi

yang berhasil mencakup kalibrasi pada suhu, pada tekanan

saluran statis, dan jika perlu, mengatur ulang pemancar.

Jenis Peralatan Kalibrasi - Umumnya kalibrasi dilakukan

melalui dua jenis peralatan kalibrasi:

• Pengukur digital elektronik, yang digunakan untuk

membandingkan tekanan dengan standar tekanan

elektronik; ketertelusuran dapat diminta.

• Penguji bobot mati (deadweight tester), yang

digunakan untuk membandingkan tekanan untuk

mengetahui standar tekanan secara akurat;

ketertelusuran dapat diminta.

Pendekatan industri untuk kalibrasi instrumen

tekanan selalu memerlukan peralatan kalibrasi yang

memiliki akurasi pengukuran tekanan lebih dari 2 hingga 10

78

kali lebih besar daripada perangkat yang sedang dikalibrasi.

Penguji bobot mati digunakan dalam kondisi yang

ditemukan dan dalam kondisi terkalibrasi. Penguji bobot

mati cenderung menjadi metode kalibrasi yang disukai

karena alasan berikut:

• Penguji bobot mati sangat akurat hingga 0,025%

membaca.

• Penguji bobot mati mudah digunakan.

• Kesalahan suhu sekitar dari penguji bobot mati

kecil, serendah 0,01% untuk perubahan 10 ° F.

• Tekanan dikontrol selama kalibrasi dan tidak

disegel, yang berarti kebocoran kecil tidak

menyebabkan kesalahan besar.

• Rentang 0,01 hingga lebih dari 10.000 psig.

79

Gambar 23. Deadweight Tester

3.7. Kompatibilitas dengan Instrumentasi Proses yang

Ada

Perangkat pengukuran proses harus kompatibel

dengan instrumentasi proses yang ada. Instrumentasi

pengukuran proses lain yang ada termasuk pengontrol,

perekam, pencatat data, peralatan pengujian dan kalibrasi,

pengukur panel digital, dan antarmuka komputer. Saat

mengevaluasi apakah perangkat pengukur tekanan

kompatibel, pengguna meninjau perangkat tersebut

• Jenis sinyal keluaran

• Pertimbangan catu daya dan kabel

• Tujuan penggunaan sinyal keluaran

Jenis Sinyal Keluaran

Keluaran perangkat pengukur tekanan harus kompatibel

dengan kisaran masukan dari instrumen penerima sinyal.

Perangkat pengukur tekanan memiliki beberapa jenis

keluaran - milivolt (mV), volt (V), milliamps (mA), protokol

80

digital berpemilik (Hart, Honeywell DE), dan jenis mekanis

(PSI).

Pertimbangan Catu Daya dan Kabel

Pertimbangan catu daya dan kabel mencakup berapa

banyak perangkat pengukuran proses yang diberi daya,

berapa banyak perangkat penerima yang merasakan sinyal

output, dan apakah beberapa perangkat pengukuran

tekanan mengirimkan sinyal ke satu instrumen.

Tujuan Penggunaan Sinyal Output

Meninjau tujuan penggunaan sinyal keluaran termasuk

menentukan apakah perangkat penerima dapat

menampilkan sinyal atau tidak. Misalnya, apakah perangkat

penerima memiliki penguatan dan sensitivitas yang cukup

untuk sinyal? Haruskah sinyal itu dikhawatirkan? Meninjau

tujuan penggunaan sinyal keluaran termasuk menentukan

apakah nilai proses yang diwakili oleh sinyal keluaran harus

disimpan untuk tujuan historis.

81

3.8. Pertimbangan Ekonomi

Pertimbangan ekonomis yang mempengaruhi pemilihan

instrumen pengukuran tekanan meliputi:

• Kategori biaya instrumen

• Biaya kepemilikan

• Pertimbangan biaya umum

Kategori Biaya Instrumen

Terkadang, pengguna membagi instrumen pengukur

tekanan yang tersedia menjadi tiga kategori atau lebih.

Untuk tujuan diskusi ini, ada tiga kategori

• Biaya rendah

• Konvensional

• Berbasis mikroprosesor

Biaya Rendah - Instrumen pengukuran tekanan dalam

kategori ini memberikan pengukuran tekanan yang andal

dengan biaya rendah dan memiliki akurasi dan

fungsionalitas minimum. Karena biayanya yang rendah

dapat berarti bahwa perbaikan potensial tidak hemat biaya,

perangkat tersebut dianggap sebagai perangkat "sekali

pakai".

82

Konvensional - Instrumen pengukuran tekanan

dalam kategori ini memberikan output standar 4 mA hingga

20 mA dan memiliki akurasi dan fungsionalitas yang

memadai.

Berbasis mikroprosesor - Instrumen pengukuran tekanan

dalam kategori ini memberikan peningkatan akurasi dan

kompensasi.

Biaya Kepemilikan

Selain harga pembelian awal instrumen pengukur tekanan,

teknisi dapat mempertimbangkan biaya kepemilikan

perangkat. Biaya kepemilikan mencerminkan biaya siklus

hidup suatu produk. Biaya kepemilikan meliputi:

• Keandalan

• Filosofi perbaikan

• Biaya operasional

Reliabilitas - Terjadinya kegagalan dan aktivitas

drift, bersama dengan data pengalaman atau waktu rata-

rata antara spesifikasi kegagalan (MTBF), menentukan

keandalan. Tidak jarang melihat spesifikasi MTBF lebih dari

83

seratus tahun. Dalam hal ini, data pengalaman ditinjau jika

datanya tersedia.

Filosofi Perbaikan - Filosofi perbaikan mencakup apakah

perangkat diperbaiki ke level sensor atau papan sirkuit

versus mengganti perangkat yang rusak.

Biaya Pengoperasian - Menghitung total biaya

operasi dapat mencakup pemeliharaan perangkat itu

sendiri, bersama dengan pengaruhnya terhadap kinerja

putaran proses.

Pertimbangan Biaya Umum

Daftar umum pertimbangan biaya berguna untuk ditinjau

saat mengevaluasi perangkat pengukur tekanan.

• Apakah akurasi dan stabilitas penting?

• Apakah perangkat mudah diakses?

• Apakah pemasangan langsung dimungkinkan? Jika

ya, perangkat konvensional mungkin cocok.

• Dapatkah perangkat (seperti Pressure Transmitter)

memenuhi lebih dari satu kebutuhan aplikasi?

• Apa filosofi perbaikan pabrik?

• Apakah pabrikan memiliki reputasi dalam kualitas?

84

• Apakah keahlian teknis tersedia untuk

mengimplementasikan perangkat?

• Apakah masalah kompatibilitas menunjukkan biaya

tambahan?

3.9. Arahan Teknis

Petunjuk teknis yang mempengaruhi pemilihan pengukuran

tekanan dijelaskan dalam istilah berikut:

• Perbaikan dalam pembuatan sensor

• Tren ke perangkat yang lebih kecil

• Teknologi fieldbus

Perbaikan dalam Manufaktur Sensor

Desain sensor tekanan memiliki tujuan yang sangat rendah

dari kesalahan yang tidak dapat diperbaiki dan stabilitas

jangka panjang. Kesalahan, yang saat ini diperbaiki oleh

mikroprosesor, diminimalkan dengan teknik manufaktur

tingkat lanjut dan penggunaan bahan sensor baru. Bahan

elastis yang digunakan dalam sensor tekanan termasuk

silikon, keramik, kuarsa, dan safir. Bahan elastis

memungkinkan perangkat pengukur tekanan yang memiliki

85

sedikit atau tidak ada kesalahan histeresis atau

pengulangan.

Karena silikon memiliki elastisitas dan ketahanan

lelah yang tinggi, penggunaannya dalam sensor tekanan

cukup umum. Teknologi sensor sering kali dibuat dengan

menggunakan teknologi yang disebut mesin mikro. Dalam

teknologi ini, produsen membuat beberapa perangkat

terkecil, beberapa terlihat di bawah mikroskop.

Micromachining menyediakan integrasi elektronik yang

ditingkatkan dengan ukuran dan biaya yang lebih rendah.

Teknik lain yang digunakan dalam pembuatan sensor

tekanan silikon disebut ikatan fusi silikon. Teknik ini

menyediakan sensor tekanan yang mendeteksi rentang

tekanan yang lebih rendah dengan perlindungan tekanan

berlebih bawaan.

Tren ke Perangkat yang Lebih Kecil

Sensor dan elektronik yang lebih kecil mengarah pada

pengembangan perangkat pengukur tekanan yang lebih

kecil, seperti Pressure Transmitter yang lebih kecil. Pressure

Transmitter yang lebih kecil, misalnya, menyederhanakan

86

tugas pemasangan pada penyangga pipa dan braket

pemasangan mungkin tidak diperlukan.

Teknologi Fieldbus

Standar Fieldbus, dapat memungkinkan pengguna untuk

memiliki instrumen pengukuran tekanan dalam sistem

umum dan dihubungkan ke peralatan kontrol yang

kompatibel. Instrumen berbasis mikroprosesor menjadi

lebih serbaguna. Misalnya, Pressure Transmitter diferensial

yang digunakan dalam aplikasi pengukuran tangki dapat

mencakup atau mengakses faktor koreksi tangki.

87

BAB 4 - Pengukur Gravitasi dan Sensor

Jenis Deformasi dan Switch

4.1. Pengukur Gravitasi

Kesederhanaan alat pengukur gravitasi, yang disebut

manometer, sering kali berarti bahwa perangkat tersebut

diabaikan oleh instrumentasi yang lebih mutakhir untuk

kebutuhan pengukuran tekanan. Manometer yang sangat

akurat sering digunakan dalam kalibrasi perangkat

pengukur tekanan diferensial. Selain kalibrasi, manometer

dapat digunakan untuk pemecahan masalah dan untuk

pengujian kebocoran perawatan meter.

Pada dasarnya semua manometer mengukur tekanan

diferensial, seringkali membaca perbedaan antara tekanan

statis di satu sisi versus tekanan atmosfer di sisi lain. Prinsip

pengoperasian manometer membantu seseorang

memahami konvensi pengukuran tekanan, seperti inci

kolom air.

Manometer dikategorikan sebagai berikut:

88

• Manometer tabung-U

• Manometer tabung sumur (well tube)

• Manometer miring (inclined)

Manometer U-tube

Manometer paling sederhana dan paling umum adalah

manometer tabung-U (Gambar 24), dinamakan demikian

karena plastik berisi cairan atau tabung berbentuk U yang

fleksibel digunakan untuk mengukur tekanan. Manometer

tabung-U dapat digunakan untuk mengukur ruang hampa,

tekanan diferensial, atau tekanan pengukur, terutama

tekanan udara rendah. Satuan ukur yang biasa digunakan

dalam manometer adalah inci merkuri (in. Hg) bila merkuri

adalah fluida pengisi kolom, dan inci kolom air (dalam. H2O

W.C.) bila air atau minyak adalah fluida pengisi kolom.

Manometer tabung-U adalah standar untuk tekanan antara

0,1 in. H2O hingga 100 psig.

Prinsip - Karena tekanan didefinisikan sebagai gaya

per satuan luas, maka cara yang akurat untuk mengukur

tekanan adalah dengan menyeimbangkan kolom cairan

dengan berat yang diketahui terhadap tekanan yang diukur,

89

kemudian mengukur perubahan ketinggian kolom cairan

seimbang. Semua manometer beroperasi dengan Prinsip

Neraca Hidrostatis (juga disebut "prinsip cairan berdiri").

Prinsip Neraca Hidrostatis menyatakan bahwa kolom cairan

dengan ketinggian yang diketahui memberikan gaya yang

diketahui, ketika berat per satuan volume cairan diketahui.

Jika gaya dalam satuan berat per satuan luas, tekanan

dinyatakan dalam psi atau kg / cm2. Prinsip Neraca

Hidrostatis mengarah pada pengembangan manometer

tabung-U, yang darinya semua manometer lainnya

dikembangkan.

Pada Gambar 24A, manometer tabung-U diisi

setengahnya dengan cairan. Jika kedua ujung tabung

terbuka ke atmosfer, keseimbangan cairan pada ketinggian

yang sama. Pada Gambar 24B, tekanan positif diterapkan

pada satu sisi tabung-U. Tekanan memaksa cairan turun di

sisi kaki itu dan memaksa cairan naik di kaki lainnya.

Perbedaan ketinggian, yang merupakan penjumlahan dari

pembacaan di atas dan di bawah referensi nol,

menunjukkan tekanan.

90

Selanjutnya, pertimbangkan apa yang terjadi ketika

ruang hampa diterapkan pada satu sisi kaki (Gambar 24C).

Seperti yang Anda duga, cairan naik di satu sisi U-tube,

sementara jatuh di sisi lain. Sekali lagi, tekanan di atas dan

di bawah referensi nol menunjukkan tekanan yang, dalam

hal ini, adalah jumlah vakum.

Gambar 24. U-Tube Manometer

Desain - Manometer tabung-U awalnya dibuat

dengan menggunakan kaca Pyrex yang tahan tekanan

tinggi, tetapi karena masalah kerusakan dan risiko

akibatnya personel keluar dari cairan pengisi beracun,

bahan tabung telah berubah. Tubing biasanya terbuat dari

plastik butirat yang tahan pecah. Manometer lainnya terdiri

91

dari pipa yang dibor ke dalam plastik akrilik tebal 1 inci yang

tahan pecah. Selain itu, beberapa manometer sekarang

menyediakan perangkap pengaman tekanan berlebih jika

terjadi lonjakan yang menyebabkan cairan segel meluap.

Kinerja - Meskipun akurasi manometer mendekati

100%, instruksi dari pabriknya harus diikuti untuk mencapai

pengukuran yang sangat akurat. Pertimbangan umum

berikut juga berlaku:

• Karakteristik fluida pengisi - Keakuratan bergantung

pada pengetahuan berat jenis fluida pengisi.

Gravitasi spesifik fluida pengisi juga mempengaruhi

rentang operasi manometer.

• Perataan - Pembacaan yang akurat mengharuskan

manometer sejajar. Manometer biasanya memiliki

kemampuan penyesuaian level.

Jelasnya, pengukuran bergantung pada pembacaan

manusia terhadap tinggi kolom cairan. Untuk menggunakan

manometer apa pun dengan benar, pembacaan meniskus

yang tepat (Gambar 25) diperlukan. Meniskus berperilaku

berbeda di manometer, tergantung pada cairan pengisi

92

yang ada di kolom. Air, misalnya, membasahi gelas dan

menyebabkan meniskus berbentuk cekung. Merkuri tidak

membasahi kaca sehingga meniskus berbentuk cembung.

Selain itu, personel harus membaca meniskus dari garis

pandang tegak lurus ke kolom fluida untuk menghilangkan

kesalahan paralaks.

Gambar 25. Contoh Meniskus

Pertimbangan pemasangan untuk mencapai

performa terbaik meliputi:

• Manometer harus dipasang dengan tegak lurus.

• Manometer harus tetap bersih.

• Diperlukan cairan pengisi yang benar.

• Tabung lubang yang lebih besar dapat

menghasilkan meniskus yang lebih rata.

93

Aplikasi - Karena keakuratannya yang melekat,

manometer sering kali digunakan sebagai standar kalibrasi.

Manometer juga cocok untuk aplikasi itu

• Ukur kecepatan dan tekanan statis

• Mendeteksi kebocoran flowmeter

• Tentukan efisiensi kipas dan blower

• Ukur tekanan gas

Manometer dapat digunakan untuk kalibrasi meter

orifice (Gambar 26). Selama kalibrasi, tekanan diterapkan

ke manometer melalui penggunaan rakitan bola tekanan.

Meteran kemudian diperiksa di seluruh rentangnya.

Perhatikan bahwa kisaran instrumen yang dikalibrasi harus

berada dalam batas praktis manometer. Metode ini bukan

untuk kalibrasi pelat orifice sebagai elemen pengukuran

aliran utama.

Tugas pemeliharaan lainnya termasuk

menggunakan manometer untuk memeriksa meteran gas

secara berkala, seperti meter perpindahan positif besar. Uji

kebocoran dan pemeriksaan penurunan tekanan dapat

menggunakan manometer miring. Contoh aplikasi

tambahan mencakup indikasi rancangan boiler dan tungku,

94

uji kebocoran pipa gas dengan manometer portabel, serta

kalibrasi regulator tekanan rendah.

Gambar 26. Kalibrasi Orifice Meter

Manometer dengan air sebagai fluida pengisi tidak

terlalu praktis untuk pengukuran dan kalibrasi lapangan

karena manometer dengan rentang kolom air 100 inci

berarti bahwa skala harus setinggi 2,5 meter (8 kaki) atau

lebih. Cairan pengisi yang lebih berat seperti merkuri, yang

13,6 kali berat jenis air, kemudian digunakan. Sementara

merkuri mengurangi kerak dengan faktor 13,6 sampai 20

cm (8 inci), resolusi dan akurasi kerak juga berkurang.

95

Akurasi khas untuk manometer berisi merkuri pada skala ini

adalah kolom air 0,6 cm (0,25 inci).

Jenis Manometer Lainnya

Jenis manometer lainnya termasuk jenis sumur, miring, dan

mikromanometer. Sementara mikromanometer dapat

mengukur hingga 0,001 inci air, pembahasan berikut

berfokus pada tabung-J dan manometer miring.

Manometer tabung-J atau sumur (Gambar 27)

mengatasi persyaratan pembacaan tekanan di dua lokasi

berbeda. Di satu sisi J-tubing, dinamakan demikian karena

bentuknya seperti huruf “J”, adalah sumur atau reservoir

yang berisi cairan. Perhatikan bahwa sumur cukup besar

untuk membuat efek perubahan tekanan dapat diabaikan,

atau skala dikompensasi untuk perubahan tekanan. Ketika

terjadi perubahan tekanan, level sumur turun sedikit,

sedangkan level dalam tabung penunjuk naik secara

substansial. Personil kemudian mengambil pembacaan

tekanan dari tabung penunjuk.

96

Gambar 27. J-Tube Manometer

Manometer miring adalah manometer tipe baik

yang memiliki tabung penunjuk miring (Gambar 28).

Tabung miring meningkatkan keterbacaan dan kepekaan

karena perbedaan tekanan sekarang menyebabkan

gerakan linier yang lebih besar di sepanjang tabung miring.

Perhatikan bahwa personel yang membaca meniskus

dengan manometer miring harus sangat berhati-hati untuk

menghindari kesalahan paralaks yang disebabkan oleh

kemiringan tabung.

97

Gambar 28. Manometer Miring

4.2. Tinjauan Koreksi

Meskipun semua manometer memiliki desain yang

sederhana, orang harus mengetahui faktor koreksi yang

memengaruhi keakuratannya. Prinsip Neraca Hidrostatis -

kolom cairan dengan ketinggian yang diketahui

menggunakan gaya yang diketahui, ketika berat per satuan

volume cairan diketahui - tampaknya cukup jelas, jika tinggi,

berat, dan gaya "diketahui". Karena manometer menangani

pengukuran yang tepat, faktor koreksi ini harus

98

diperhitungkan, meskipun dalam praktiknya cenderung

sangat kecil.

Untuk menginterpretasikan secara tepat

pengukuran tekanan yang digunakan sebagai standar,

koreksi harus diterapkan. Faktor koreksi dapat diperoleh

dari publikasi National Institute of Standards and

Technology (NIST) AS "Mercury Barometers and

Manometers" atau dari vendor manometer. Idealnya,

faktor koreksi ini harus tersedia di departemen pengukuran

pabrik. Untuk menentukan apakah faktor koreksi berlaku,

pendekatan industri adalah dengan mengambil beberapa

bacaan dan kemudian melihat bagaimana mereka akan

dipengaruhi oleh faktor koreksi. Faktor-faktor tersebut

meliputi:

• Berat dan suhu tertentu

• Koreksi gravitasi

• Koreksi hidrolik

• Koreksi kapiler

Koreksi Berat dan Suhu Spesifik tersedia untuk perbedaan

berat fluida pengisi yang disebabkan oleh gravitasi.

99

Koreksi Gravitasi - Jika nilai gravitasi lokal berbeda

karena variasi garis lintang atau ketinggian, faktor koreksi

gravitasi lokal akan diterapkan.

Koreksi Hidraulik - Koreksi hidraulik adalah faktor

koreksi terpenting. Faktor koreksi hidraulik membahas

berat dan tinggi spesifik relatif dari cairan di manometer.

Faktor Koreksi Kapiler didasarkan pada fisika gaya kohesif

dominan yang mendorong meniskus ke posisi cekung ke

bawah.

Vendor menyediakan tabel untuk faktor koreksi yang

disebutkan sebelumnya. Tabel digunakan saat pembacaan

manometer yang sangat akurat diperlukan. Dari sudut

pandang praktis, faktor koreksi jarang digunakan. Saat

menggunakan manometer, lebih penting untuk selalu

membaca meniskus dengan benar.

4.3. Sensor dan Switch Tipe Deformasi

Sensor dan switch tipe deformasi mewakili kelas

perangkat yang mengandalkan beberapa bentuk elemen

penginderaan tekanan yang bentuknya berubah karena

perubahan tekanan. Karena sensor deformasi sering

100

digunakan sebagai sensor dalam instrumen tekanan seperti

pengukur, switch, pemancar (berbasis pneumatik,

elektronik, dan mikroprosesor), pemahaman tentang

sensor memberi insinyur latar belakang yang lebih tepat

dalam membuat pemilihan instrumen. Elemen

penginderaan tekanan yang umum meliputi:

• Tabung Bourdon

• Bellow

• Diafragma

Bourdon Tube

Fungsi tabung Bourdon dijelaskan dalam istilah berikut:

• Prinsip operasi

• Penggunaan sebagai elemen utama dalam

pengukur tekanan

• Keuntungan dan kerugian dari tabung Bourdon

• Bahan konstruksi tabung Bourdon

Prinsip Pengoperasian - Tabung Bourdon (Gambar

29) adalah tabung melengkung dengan penampang elips

tertutup di salah satu ujungnya. Tabung lengkung mencoba

untuk meluruskan saat mengalami tekanan bagian dalam,

101

sehingga mengubah gaya menjadi perpindahan.

Perpindahan ini menyebabkan sebuah penunjuk bergerak

sepanjang skala bertingkat untuk menunjukkan tekanan.

Sebuah tabung Bourdon ditutup di salah satu ujungnya,

dengan penampang dalam yang bukan merupakan

lingkaran sempurna.

Gambar 29. Prinsip Kerja Tabung Bourdon

Penggunaan sebagai Elemen Utama dalam

Pengukur Tekanan - Tabung Bourdon digunakan sebagai

elemen utama dalam elemen pengukur tekanan; contoh

umum adalah penggunaan tabung di dalam pengukur

102

tekanan yang sudah dikenal. Karena tabung Bourdon

merespons perbedaan tekanan antara bagian dalam dan

luar tabung, mereka terutama mengukur tekanan

pengukur. Dimungkinkan untuk membeli pengukur tekanan

yang mengukur tekanan absolut. Pengukur tekanan absolut

terdiri dari dua pengukur dalam satu wadah - pengukur

tekanan dan pengukur referensi yang benar-benar

dievakuasi dan disegel. Kedua pengukur dihubungkan

dengan hubungan rasio yang mengkompensasi perubahan

tekanan barometrik.

Keuntungan dan Kerugian Tabung Bourdon -

Keuntungan tabung Bourdon meliputi yang berikut:

• Tabung Bourdon tersedia dalam berbagai rentang

tekanan.

• Tabung Bourdon berkinerja terbukti dan cocok

untuk banyak aplikasi tekanan.

• Tabung Bourdon memiliki akurasi yang baik.

Kerugian dari tabung Bourdon meliputi:

• Getaran dan guncangan bisa berbahaya bagi

hubungan mekanis tabung Bourdon.

103

• Tabung Bourdon rentan terhadap histeresis seiring

bertambahnya usia.

Konstruksi Bahan Tabung Bourdon - Meskipun

teknologi tabung Bourdon telah dikenal selama lebih dari

seratus tahun, kemajuan ilmu pengetahuan berkontribusi

pada teknologi tabung. Tabung Bourdon secara umum

memiliki akurasi yang baik, tetapi bukan perangkat yang

sangat akurat karena gradien pegas tabung terlalu rendah

untuk pengukuran presisi. Tabung Bourdon yang dibuat

dalam tabung tanpa sambungan dari tembaga berilium dan

paduan nikel cenderung memiliki akurasi terbaik.

Konstruksi tabung Bourdon awal menggunakan

paduan tembaga yang diperkeras untuk mencapai laju

pegas linier; namun, pengerasan sensor meningkatkan

kemungkinan korosi. Pada tingkat tertentu, masalah korosi

telah dikurangi dengan konstruksi bahan tahan korosi

seperti baja tahan karat atau baja khusus seperti Hastelloy

C. Bahan seperti baja tahan karat menahan korosi dengan

membentuk lapisan kristal permukaan yang menahan

serangan korosi; Namun, bahan tersebut tidak sepenuhnya

kebal dari korosi. Ketika tabung Bourdon melengkung

104

karena tekanan, lama kelamaan beberapa kristal pelindung

terlepas dari permukaan tabung, yang akhirnya

menyebabkan korosi. Dalam pengukuran yang sangat

korosif, tabung Bourdon membutuhkan segel kimia.

Selanjutnya, pertimbangkan hubungan tabung

Bourdon dan diameter pengukur tekanan dengan

spesifikasi akurasi. Pengukur berdiameter lebih kecil

cenderung lebih akurat. Akurasi pengukur tekanan tertentu

dapat dipengaruhi oleh diameter elemen pengukur

(Gambar 30).

Gambar 30. Akurasi Tabung Bourdon

105

Evaluasi Tipikal - Pengukur tekanan industri berkisar

dalam diameter case dari sekitar 1,5 hingga 12 inci. Namun,

sebagian besar adalah 2,5 masuk ke 4,5 inci. Tren di pabrik

industri yang khas adalah melakukan standarisasi

penggunaan pengukur diameter 4,5 inci jika pemasangan

mengizinkan ukuran tersebut. Pendekatan industri yang

khas adalah mengevaluasi alat ukur berdasarkan

keterbacaan dan kemampuannya untuk memenuhi

persyaratan akurasi proses. Tekanan operasi normal harus

antara 30% dan 70% dari rentang skala. Layanan getar

merobek sektor meshing dan roda gigi pinion. Salah satu

cara untuk meminimalkan fenomena tersebut adalah

dengan mengisi casing dengan minyak atau gliserin. Cairan

case bertindak untuk meredam pulsasi.

Bellows

Fungsionalitas sensor bellow dijelaskan dalam istilah

berikut:

• Prinsip operasi

• Contoh aplikasi sensor bellow

• Keuntungan dan kerugian dari sensor bellow

106

Gambar 31. Prinsip Kerja Bellows

Prinsip Pengoperasian - Sensor bellow terdiri dari

satu bagian tabung logam berdinding tipis yang memiliki

lipatan atau lilitan (Gambar 31). Perubahan tekanan yang

meningkat atau menurun menyebabkan struktur ini

mengembang atau runtuh. Bellow, ketika mengembang

atau runtuh, menghasilkan perpindahan yang lebih besar

dengan tekanan daripada salah satu elemen elastis atau

107

tabung Bourdon. Karena perpindahan yang lebih besar,

bellow memiliki kepekaan yang lebih besar terhadap

perubahan tekanan daripada sensor deformasi lainnya.

Contoh Aplikasi Sensor Bellow - Sensor bellow

cenderung digunakan dalam layanan tekanan rendah dan

tekanan diferensial. Sensor bellow ditemukan di perekam

pneumatik, indikator, transduser, dan perekam. Sensor

bellow juga dapat digunakan sebagai elemen penginderaan

aliran tekanan diferensial. Indikator diferensial tipe bellow

harus disediakan untuk mengukur penurunan tekanan

untuk yang berikut (pengukur diferensial tipe tabung

Bourdon ganda tidak boleh digunakan):

• Saringan, pemisah, mixer, dan pengering

• Proses kumparan pemanas yang dibakar

• Penukar koil uap super panas

• Di mana kemungkinan kokas

• Di menara distilasi antara bagian atas dan bagian

umpan, dan antara bagian bawah dan bagian

umpan

108

• Untuk pengukuran lokal (pada kemiringan) dan

diferensial panel menara fraksinasi dan absorpsi,

kecuali untuk menara absorpsi cair-cair

Keuntungan dan Kerugian Sensor Bellow -

Kelebihan sensor bellow antara lain sebagai berikut:

• Sensor bellow memberikan sensitivitas yang lebih

baik daripada sensor lainnya.

• Sensor bellow digunakan dalam pengukuran

tekanan absolut dan diferensial.

• Sensor bellow dapat mengukur tekanan dalam

rentang tekanan rendah hingga sedang.

Kekurangan dari sensor bellow meliputi:

• Sensor bellow mungkin memerlukan kompensasi

suhu sekitar.

• Konstruksi logam pada sensor bellow dapat

mengeras seiring waktu.

• Sensor bellow bergantung pada mekanisme pegas

untuk karakterisasi yang akurat.

109

Diafragma

Sensor diafragma dijelaskan dalam istilah berikut:

• Prinsip operasi

• Keuntungan dan kerugian dari sensor diafragma

Prinsip Operasi - Diafragma adalah permukaan

elastis yang menciptakan perpindahan sebagai respons

terhadap gaya yang diberikan. Diafragma terbuat dari

elastomer (seperti karet atau plastik), logam (mulai dari

kuningan hingga tantalum), dan silikon. Diafragma dibuat

sebagai cakram tipis yang fleksibel, yang membuat

diafragma peka terhadap perubahan kecil dalam tekanan.

Baik linearitas dan sensitivitas diafragma ditentukan oleh

kedalaman dan jumlah kerutan, serta sudut pembentukan

kerutan pada permukaan diafragma (Gambar 32).

Jenis diafragma khusus, yang disebut kapsul, dibentuk

dengan menggabungkan dua atau lebih diafragma. Sensor

kapsul digunakan dalam instrumen yang membuat

pengukuran tekanan absolut.

110

Gambar 32. Prinsip Kerja Diafragma

Keuntungan dan Kerugian Sensor Diafragma -

Keuntungan dari sensor diafragma meliputi:

• Sensor diafragma memiliki karakteristik rentang

yang tinggi.

• Sensor diafragma dapat digunakan dalam

pengukuran tekanan absolut dan diferensial.

• Sensor diafragma memiliki linieritas yang baik.

Kekurangan sensor diafragma meliputi:

• Sensor diafragma mungkin sulit diperbaiki.

111

• Dalam banyak aplikasi tekanan, fluida proses tidak

boleh menyentuh diafragma karena alasan berikut:

❖ Kesalahan dapat terjadi karena efek tekanan

statis.

❖ Elemen korosif dapat merusak atau mengotori

diafragma.

4.4. Jenis Sensor Deformasi Lainnya

Jenis sensor deformasi lainnya (Gambar 33) meliputi yang

berikut ini:

• Tabung helix

• Tabung spiral

Helix Tube - Meskipun tabung Bourdon memberikan

indikasi tekanan yang andal, ia memiliki batasan karena

pada tekanan rendah, tabung Bourdon memberikan jarak

gerakan tabung yang terbatas. Keterbatasan ini

menyebabkan berkembangnya heliks, yang pada dasarnya

merupakan tabung Bourdon yang diperpanjang dalam

bentuk kumparan heliks. Gerakan tambahan menjadi

penting untuk perangkat seperti pemancar, perekam, dan

pengontrol. Pada tekanan tinggi, perlindungannya

112

terhadap tekanan berlebih dan histeresis ternyata lebih

baik daripada perlindungan tabung Bourdon.

Gambar 33. Tabung Spiral dan Helix

Tabung spiral - Tabung spiral dapat menggunakan

housing instrumen yang lebih kompak daripada heliks,

dengan tetap mempertahankan gerakan tabung ekstra

yang tidak ditemukan dalam tabung Bourdon.

113

Gambar 34. Persyaratan Peralatan Pengukur Tekanan

Beberapa lembar data vendor telah disediakan di

Work Aids. Lembar data vendor dapat ditinjau untuk

ilustrasi dan diskusi lebih lanjut tentang item berikut ini:

• Perlindungan overrange

• Punggung ledakan

• Snubber, siphon, dan gauge saver

• Katup ventilasi dan pembuangan

114

Mengacu pada American Petroleum Institute (API)

Recommended Practice (RP) 551, Bagian 4.3, untuk diskusi

tentang pengukur tekanan dan praktik yang

direkomendasikan switch tekanan.

115

BAB 5 - Menentukan Transducer Tekanan

yang Sesuai, Gauges, dan Switch untuk

Aplikasi Industri

Meskipun sensor tekanan, seperti sensor

deformasi, dapat memberikan pengukuran tekanan,

pertimbangkan bahwa sensor tekanan deformasi itu sendiri

tidak memberikan sinyal listrik yang sesuai untuk

dihubungkan ke instrumen pengukuran tekanan lainnya.

Untuk memberikan sinyal listrik, sensor tekanan harus

menjalani kalibrasi, kompensasi, dan langkah-langkah

produksi tambahan. Hasil dari langkah-langkah ini

membentuk apa yang disebut "transduser tekanan" atau

"transduser tekanan listrik".

Ingatlah bahwa tujuan setiap transduser adalah

untuk mengubah gaya atau perpindahan yang dirasakan

menjadi sinyal yang dapat digunakan. Dalam transduser

tekanan, gaya penginderaan tekanan diubah menjadi sinyal

listrik. Transduser tekanan secara fisik terdiri dari sensor

deformasi, seperti diafragma yang merasakan gaya, dan

116

komponen listrik pasif yang dapat mengeluarkan sinyal

listrik.

Komponen listrik pasif transduser, biasanya dalam

bentuk sensor pengukur regangan, memberikan sinyal

listrik proporsional yang mewakili tekanan. Setelah

menjalani langkah kalibrasi, kompensasi, dan manufaktur,

kombinasi deformasi dan sensor komponen listrik pasif

menjadi transduser tekanan. Dengan kata lain, transduser

tekanan terdiri dari dua sensor. Dalam transduser tekanan,

sensor deformasi mewakili elemen penjumlah gaya,

sedangkan sensor pengukur regangan mewakili elemen

penginderaan gaya yang mengubah gaya menjadi sinyal

listrik proporsional. Gambar 35 merangkum hubungan

sensor deformasi tekanan dan sensor pengukur regangan

ke transduser tekanan yang dirakit.

Gambar 35. Blok Diagram Transduser

117

Transduser tekanan adalah instrumen pengukur

tekanan tersendiri. Seperti disebutkan sebelumnya dalam

modul kursus ini, transduser tekanan, jika dibandingkan

dengan Pressure Transmitter, memiliki rentang aplikasi

tekanan yang ditentukan dan sinyal keluaran yang

ditentukan (milivolt, volt, frekuensi, arus).

Istilah "transduser" dan "transduser tekanan"

sering digunakan di industri untuk mewakili berbagai

entitas atau fungsi. Misalnya, transduser tekanan yang

dijelaskan sebelumnya dapat menjadi sub-rakitan

instrumen pengukuran tekanan lain, seperti switch,

Pressure Transmitter konvensional, atau Pressure

Transmitter berbasis mikroprosesor. Seperti disebutkan

sebelumnya dalam modul ini, Pressure Transmitter itu

sendiri sering kali dijelaskan dalam beberapa dokumentasi

sebagai "transduser". Ini akan membuat orang percaya

bahwa pemancar adalah "transduser yang terdiri dari

transduser". Selanjutnya, istilah "transduser tekanan"

sering digunakan di industri untuk merujuk pada perangkat

- perangkat yang tidak dijelaskan dalam buku ini - yang

menyesuaikan posisi katup control (control valve).

118

Memang, istilah "transduser" bisa sangat membingungkan

dan harus ditafsirkan dalam konteks diskusi yang

dipresentasikannya.

Untuk membantu memperjelas terminologi,

perhatikan bahwa istilah "transduser" sering digunakan

untuk mendeskripsikan instrumen secara umum dalam

kaitannya dengan fungsi instrumen - instrumen yang

mengubah satu bentuk energi menjadi bentuk energi lain

disebut transduser. Istilah "transduser tekanan", seperti

yang digunakan dalam pembahasan berikut, mengacu pada

instrumen pengukuran khusus yang digunakan untuk

mengubah variabel proses tekanan penginderaan menjadi

sinyal keluaran listrik proporsional.

Transduser tekanan ditemukan dalam pengukuran

tekanan gas dan cairan industri dan digunakan untuk

mengukur tekanan pengukur, absolut, atau diferensial.

Persyaratan transduser tekanan sebagai berikut: Dalam

pengukuran tekanan dan sistem kontrol, sarana yang

digunakan instrumen untuk berinteraksi dengan proses

merupakan pertimbangan utama untuk mencapai operasi

yang andal. Alat pengukur harus bersentuhan secara fisik

119

dengan proses tersebut, tetapi dalam beberapa kasus

tindakan pencegahan khusus harus dilakukan untuk

mencegah kerusakan pada elemen tekanan.

Transduser yang digunakan dalam aplikasi pengukuran

tekanan di industri meliputi:

• Transduser pengukur regangan (strain gauge)

• Transduser elemen potensiometri

• Transduser elemen osilasi

• Transduser pengukur piezoelektrik

• Transduser kapasitif

5.1. Transduser Strain Gauge

Transduser pengukur regangan (strain gauge)

menggunakan pengukur regangan sebagai elemen

penginderaan gaya. Pengukur regangan biasanya

digunakan untuk mengubah besaran mekanis regangan

menjadi besaran listrik dari hambatan yang berubah.

Pengukur regangan mengubah regangan dengan

mengandalkan perilaku ekspansi (tarik) atau kontraksi

(tekan) properti. Pembahasan berikut menjelaskan fungsi

transduser pengukur regangan dalam hal prinsip dan desain

120

pengukur regangan, kinerja transduser, pemasangan

transduser, dan aplikasi transduser.

Prinsip dan Desain Strain Gauge

Prinsip operasi pengukur regangan diilustrasikan pada

Gambar 36, di mana hubungan hambatan dan regangan

ditunjukkan. Ketika pengukur regangan berada di bawah

tekanan karena perubahan tekanan, panjang, L, dan luas, A,

dari konduktor berubah. Hambatan, R, kemudian menjadi

hasil dari berikut ini:

R = ρ (L/A)

Dimana,

R = resistansi

A = luas penampang konduktor

ρ = konstanta resistivitas (fungsi material)

L = panjang konduktor

Perhatikan bahwa pengukur regangan harus diberi

kompensasi suhu.

121

Gambar 36. Prinsip Kerja Strain Gauge

Meskipun hubungan matematis regangan dan

resistivitas dapat diamati dari contoh sebelumnya,

perubahan resistansi sebenarnya cukup kecil jika

dibandingkan dengan resistansi keseluruhan jembatan.

Misalnya, jika hambatan jembatan total adalah 100 ohm,

perubahan pada rentang tekanan penuh mungkin hanya 1

ohm. Untuk mengatasi perubahan kecil pada tahanan,

desain alat ukur regangan biasanya membutuhkan

penggunaan jembatan Wheatstone. Pengukur regangan

kadang-kadang disebut "Jembatan Wheatstone di

permukaan logam".

Dalam jembatan Wheatstone, sirkuit menyediakan

cara untuk mengukur perubahan kecil dalam hambatan,

termasuk perubahan statis dan dinamis. Jembatan

122

Wheatstone mendeteksi perubahan statis dan dinamis

dengan mengukur sedikit perubahan resistansi, yang

menyebabkan jembatan menjadi tidak seimbang. Tegangan

muncul pada output jembatan yang sebanding dengan

resistansi yang tidak seimbang. Perubahan resistensi yang

berlaku mewakili perubahan tekanan.

Gambar 37 menunjukkan jembatan Wheatstone

sederhana. Asumsikan aliran arus klasik dengan (+) di titik

paling atas jembatan “A” dan (-) di titik paling bawah

jembatan “B“ Arus total, IT, akan mengalir dari “A” ke “B”

tanpa hambatan melalui semua bagian jika semua

resistansi berada dalam satu jalur tunggal atau seri dari "A"

ke "B." Jika kita memisahkan jalur dari "A" ke "B"

menyebabkan arus,

IC, melalui sisi "C", beberapa arus, ID, akan mengalir melalui

sisi "D". Arus perpecahan masih akan bertambah:

IT = IC + ID

Jika resistansi total melalui jalur "C" sama dengan total

resistansi melalui jalur "D," IC = ID dengan penerapan

Hukum Ohm.

123

Jika R1 = R3, titik "C" akan berada di tengah potensi dari "A"

ke "B."

Logika yang sama berlaku untuk titik "D" yang

berada di tengah jika R2 = R4. Jika titik “C” dan titik “D”

terhubung secara elektrik (keduanya berada pada potensial

yang sama), tidak ada perbedaan tegangan antara “C” dan

“D”; oleh karena itu, tidak ada arus yang mengalir melalui

detektor. Dengan kata lain, jika R1 = R2 = R3 = R4, detektor

adalah null-seimbang.

Gambar 37. Jembatan Wheatstone

124

Jika R4 adalah sensor pengukur regangan yang

mengubah resistansi dengan tekanan yang diterapkan, kita

dapat mencapai keseimbangan nol dengan menyesuaikan

resistansi variabel, R3. Nilai baru R3 sama dengan R4 dan

dapat dikalibrasi dalam satuan tekanan.

Jembatan Wheatstone yang ideal hanya akan

memiliki pengukur regangan sebagai salah satu resistornya;

dalam praktiknya, keempat kaki jembatan sering kali

menjadi alat pengukur regangan. Gambar 37 menunjukkan

diagram sirkuit jembatan Wheatstone yang khas. Jembatan

Wheatstone adalah fondasi untuk beberapa bentuk

transduser tekanan. Perhatikan bahwa kapasitor atau

induktor juga dapat digunakan dalam konfigurasi jembatan

yang serupa. Sirkuit tambahan diperlukan bersama dengan

jembatan Wheatstone untuk memperkuat keluaran

tegangan, mengkompensasi efek suhu, dan

mengkompensasi ketidaklinieran sensor.

Setelah meninjau bagaimana pengukur regangan

dan jembatan Wheatstone menjadi fondasi untuk

transduser tekanan, pertimbangkan bagaimana kinerja

pengukur regangan ditentukan. Kinerja pengukur regangan

125

ditentukan oleh sensitivitas regangannya (juga disebut

faktor pengukur). Sensitivitas, S, adalah ukuran perubahan

relatif resistansi, di mana

S = (R / R) / (L / L)

Dimana,

R / R = perubahan resistansi per unit resistansi

L / L = regangan

Pengukur regangan dengan faktor pengukur yang

lebih tinggi lebih sensitif terhadap perubahan deformasi

sensor. Semakin tinggi faktor pengukur, semakin tinggi

sinyal keluaran. Namun, pengukur regangan yang sangat

sensitif juga sensitif terhadap perubahan suhu. Suhu secara

langsung mempengaruhi resistansi pengukur regangan;

saat suhu meningkat, resistansi meningkat. Peningkatan

sensitivitas dikompensasikan dalam pengukur regangan

melalui penggunaan pengukur regangan terikat.

Pengukur regangan terikat hanyalah salah satu bentuk

pengukur regangan. Pengukur regangan dirancang sebagai

salah satu dari jenis berikut:

• Pengukur regangan berikat (bonded strain gauge)

126

• Pengukur regangan tidak terikat (unbonded strain

gauge)

Pengukur Regangan Berikat - Meskipun faktor

pengukur tinggi mungkin diinginkan, untuk mengatasi efek

suhu yang tidak diinginkan, paduan logam dengan sifat

resistif tinggi dan koefisien suhu rendah digunakan untuk

membuat pengukur regangan terikat (Gambar 38).

Perangkat ini disebut "terikat" karena epoksi digunakan

untuk memasang pengukur regangan ke sensor deformasi.

Pengukur regangan berikat dapat dibuat dari lembaran

logam atau bahan semikonduktor.

Karena pengukur regangan itu sendiri dibuat

dengan sifat yang sangat resistif, tegangan masukan yang

lebih besar, dan keluaran milivolt yang lebih besar,

konsumsi daya yang lebih rendah dimungkinkan. Bahan

semikonduktor memiliki keunggulan dibandingkan

pengukur regangan kertas logam karena faktor

pengukurnya bisa 50 hingga 70 kali lebih tinggi. Perbedaan

utama antara foil terikat dan pengukur semikonduktor

adalah bahwa pengukur semikonduktor memiliki respons

127

yang lebih besar terhadap regangan, hambatan, dan efek

suhu.

Pengukur regangan saat ini dibuat dari zat yang

disebut "piezoresistif". Istilah "piezoresistif" berarti bahwa

hambatan listrik material berbanding lurus dengan tekanan

mekanis (tekanan) yang diterapkan padanya. Awalnya,

pengukur regangan silikon diikat ke sensor. Selama 10

hingga 15 tahun terakhir, teknologi memungkinkan

implantasi ion jembatan Wheatstone langsung ke silikon,

membentuk sirkuit terintegrasi (IC). IC tersebut kemudian

digerakkan mikro di bawah jembatan untuk membuat

diafragma silikon. Defleksi skala penuh dari diafragma

silikon bisa sekecil 1,5 mikron. Sensor piezoresistif

kemudian dapat dianggap sebagai "jembatan Wheatstone

pada diafragma silikon". Ketika sensor piezoresistif

digunakan di dalam transduser tekanan, diafragma silikon

dilindungi lebih lanjut pada kedua sisi diafragma dengan

mengisolasi diafragma.

128

Gambar 38. Bonded Strain Gauge

Strain Gauge Tipe Tak Berikat - Strain gauge tipe tak

terikat (Gambar 39) menggunakan kabel logam dalam

konstruksi pengukur regangan. Langkah-langkah

pembuatan termasuk memasang kabel yang digunakan

sebagai pengukur regangan ke sensor di transduser. Ini

bukanlah tugas manufaktur yang mudah, karena ini berarti

kabel dengan diameter kurang dari 0,025 mm diperlukan.

Dalam beberapa kasus, lebih dari 1,6 kilometer kawat

diperlukan dalam pengukur regangan tak terikat untuk

memberikan nilai resistif yang sama tinggi yang ditemukan

pada pengukur regangan terikat. Mengingat bahwa

129

pengukur regangan terikat lebih unggul dalam kinerjanya,

pengukur regangan kawat tanpa ikatan jarang digunakan.

Gambar 39. Unbonded Strain Gauge

Kinerja Transduser

Kinerja transduser pengukur regangan dijelaskan dalam

istilah

• Keunggulan kinerja

• Kerugian kinerja

Keunggulan Kinerja adalah sebagai berikut:

• Transduser tekanan pengukur regangan memiliki

kecepatan respons yang baik.

130

• Transduser tekanan strain gauge akurat dan dapat

diulang. Akurasi umum adalah 0,1% dari rentang

(span) hingga 0,25% dari skala penuh (full scale).

• Transduser tekanan strain gauge tipikal mendukung

rentang tekanan yang luas, dari 0 hingga 1725 kPa

(0 hingga 250 psig). Beberapa transduser memiliki

rentang hingga 1400 MPa (200.000 psig).

• Transduser tekanan pengukur regangan

memberikan tingkat sinyal keluaran yang kuat

dalam kisaran 15 hingga 100 milivolt (AC atau DC).

Kekurangan Kinerja adalah sebagai berikut:

• Versi awal transduser tekanan pengukur regangan

rentan terhadap getaran dan efek suhu.

• Semua transduser tekanan pengukur regangan

memerlukan penggunaan catu daya yang diatur.

Pemasangan Transduser

Pemasangan transduser dijelaskan sebagai berikut:

• Sinyal keluaran transduser dan konfigurasi kabel

131

• Menyambungkan transduser ke beberapa

perangkat pengukuran

• Panduan penanganan dan pemasangan umum

Sinyal Output Transduser dan Konfigurasi Kabel -

Transduser tekanan dapat memberikan sinyal output

berupa output arus milivolt, tegangan yang diperkuat, atau

standar (4 mA hingga 20 mA). Konfigurasi pengkabelan

bergantung pada jenis sinyal keluaran.

• Transduser yang memberikan sinyal keluaran

milivolt dibatasi pada jarak kurang dari 60 meter

(200 kaki) karena level sinyalnya kecil. Level sinyal

millivolt juga rentan terhadap interferensi dari

sumber sinyal listrik lainnya. Konfigurasi kabel

tipikal ditunjukkan pada Gambar 40A.

• Transduser yang memberikan output tegangan

yang diperkuat, seperti 1 Vdc hingga 5 Vdc, memiliki

pengkondisian sinyal internal dan dapat

memberikan sinyal dalam jarak sedang, hingga 300

meter (1000 kaki), ke instrumen penerima.

Transduser tegangan yang diperkuat memberikan

kekebalan kebisingan yang lebih baik daripada

132

transduser keluaran millivolt. Konfigurasi kabel

tipikal ditunjukkan pada Gambar 40B.

Gambar 40. Tipikal Instalasi

• Transduser yang menyediakan keluaran arus

standar, 4 mA hingga 20 mA, memiliki

pengkondisian sinyal internal. Output saat ini dapat

memberikan sinyal pada jarak lebih dari 300 meter

(1000 kaki), untuk menerima instrumen tanpa

133

degradasi sinyal. Konfigurasi kabel tipikal

ditunjukkan pada Gambar 40C.

Menyambungkan Transduser ke Beberapa

Perangkat Pengukuran - Transduser tekanan yang

menyediakan keluaran arus cenderung sering digunakan di

lingkungan industri karena sinyal saat ini menawarkan

kekebalan noise sinyal yang lebih baik daripada sinyal

millivolt atau tegangan. Salah satu keuntungan dari

transduser dengan sinyal keluaran arus adalah dapat

diterapkan dalam sistem dengan beberapa perangkat

pengukuran. Misalnya, sinyal mungkin diperlukan oleh

perekam grafik, pengukur panel, dan sistem kontrol.

Gambar 41 menunjukkan tipikal pengaturan kabel.

Dalam sistem ini, resistansi beban kabel loop harus

dihitung. Resistansi loop menentukan tegangan minimum

yang diperlukan untuk menggerakkan loop dan didasarkan

pada Hukum Ohm (Vvoltage = Icurrent x Rresistance).

Persyaratan tegangan minimum didasarkan pada rumus

berikut:

134

Gambar 41. Tipikal Pengaturan Kabel

Tegangan operasi minimum = (20 mA) (Rline + Rload) + Vs

Dimana,

Rline = resistansi kabel timah

Rload = total resistansi untuk perangkat pengukuran lain

Vs = tegangan suplai operasi minimum dari transduser

Misalnya, asumsikan sistem dikonfigurasi dengan berikut

ini:

• Transduser tekanan, keluaran arus, tegangan suplai

14 Vdc hingga 30 Vdc

• Resistensi kabel timah sebesar 8 ohm

• Perekam dengan impedansi input 30 ohm

135

• Kontroler dengan impedansi masukan 250 ohm

• Panel meter dengan impedansi masukan 15 ohm.

Tegangan yang dibutuhkan dihitung sebagai berikut:

Tegangan operasi minimum = (20 mA) (Rline + Rload) + Vs

Tegangan operasi minimum = (20 mA) (8 + 30 + 250 + 15) +

14 Tegangan operasi minimum = 20 volt

Karena catu daya 24 volt disediakan di sebagian

besar aplikasi, contoh pengaturan akan memiliki daya yang

memadai untuk menggerakkan loop.

Panduan Penanganan dan Pemasangan Umum

dapat dijelaskan sebagai berikut:

• Penanganan sensor

• Instalasi perangkat keras dan aksesoris

• Suhu pengoperasian

• Tindakan pencegahan instalasi

Penanganan sensor - Hindari menekan atau

menyentuh sensor deformasi (yaitu, diafragma) karena

kalibrasi dapat diubah atau rusak karena penanganan yang

tidak tepat.

136

Instalasi perangkat keras dan aksesori -

Perlengkapan dan perangkat keras yang digunakan dalam

pemasangan harus memiliki peringkat tekanan, jenis ulir,

dan ukuran yang benar. Tinjau apakah peredam tekanan,

seperti snubber, diperlukan.

Suhu pengoperasian - Suhu pengoperasian sekitar

harus sesuai dengan spesifikasi transduser. Tindakan

pencegahan pemasangan - Cari lokasi transduser di tempat

yang mudah diservis. Hindari area getaran. Personel yang

berkualifikasi harus memasang perangkat karena kelebihan

torsi dapat menyebabkan kesalahan pengukuran. Selain itu,

personel instalasi harus menyadari, untuk alasan

keamanan, praktik yang diterima instalasi berkaitan dengan

instalasi sistem tekanan.

Aplikasi Transduser

Aplikasi transduser dijelaskan sebagai berikut:

• Contoh penerapan umum

• Contoh aplikasi khusus

Contoh Aplikasi Umum untuk transduser tekanan meliputi:

• Kompresor dan kontrol pompa

137

• Pengukuran dan kontrol aliran

• Pengukuran dan kontrol ketinggian air

• Pengukuran dan kontrol tingkat limbah

• Pemantauan dan kontrol mesin

• Memantau pemuatan kapal tanker minyak

• Memantau tekanan oli di turbin

• Memantau tekanan oli pelumas di kompresor

• Kontrol sistem hidrolik

• Antarmuka ke instrumentasi tekanan lainnya

(perekam)

Contoh Aplikasi Khusus - Pengoperasian peralatan

kepala sumur menggambarkan penerapan transduser

tekanan.

Sumur minyak ditutup oleh peralatan produksi yang

terdiri dari rangkaian manifold berbentuk T, katup, dan

katup sayap. Casing dan tekanan kepala sumur dari

peralatan kepala sumur sering dimonitor untuk

memastikan bahwa peralatan kepala sumur dan hilir tidak

rusak. Misalnya, jika tekanan kepala sumur berkurang

akibat penyumbatan sumur, sistem pemantauan jarak jauh

dari switch, pengontrol, dan katup dapat mati secara

138

otomatis di kepala sumur. Perangkat tekanan (transduser,

pengukur, switch) biasanya ditempatkan sehingga bagian

sistem kepala sumur dapat diisolasi.

Transduser tekanan juga dapat digunakan untuk

pengukuran tekanan lubang bawah. Tekanan lubang bawah

mewakili tekanan reservoir minyak pada kedalaman

tertentu dalam interval produksi. Pengukuran tekanan

memberikan informasi tentang kapasitas produksi yang

tersisa dari zona yang digunakan sumur. Dalam aplikasi ini,

transduser tekanan yang terhubung ke kabel diturunkan ke

dalam sumur. Pengukuran kemudian dilakukan pada

kedalaman yang tepat dan dicatat. Transduser kemudian

dikeluarkan dari sumur.

5.2. Transduser Elemen Potensiometri

Transduser elemen potensiometri, seperti namanya,

didasarkan pada resistansi yang bervariasi untuk

merepresentasikan tekanan. Tiga jenis transduser elemen

potensiometri adalah sebagai berikut:

• Resistensi variabel

• Jenis kapasitansi

• Jenis induktansi

139

Transduser Resistansi Variabel: Prinsip dan Desain

Transduser tekanan resistansi variabel (Gambar 42)

biasanya menggunakan bellow, diafragma, atau tabung

Bourdon sebagai sistem penjumlahan gaya untuk

mengubah tekanan proses menjadi gerakan mekanis.

Gerakan mekanis ini kemudian dihubungkan ke lengan

penghapus sebuah potensiometer. Potensiometer, yang

merupakan resistor variabel, adalah salah satu elemen

paling sederhana yang digunakan untuk mengubah gerakan

mekanis menjadi keluaran listrik.

Gambar 42. Resistansi Variabel

140

Kinerja Transduser Resistansi Variabel

Kinerja transduser resistansi variabel dijelaskan dalam

istilah




• Transduser tekanan resistansi variabel memiliki

sinyal keluaran tinggi.

• Transduser tekanan resistansi variabel memiliki

akurasi yang baik. Akurasi umum adalah sekitar

0,5% hingga 1,0% dari skala penuh.

• Transduser tekanan resistansi variabel tipikal

mendukung rentang tekanan yang luas, dari 35 kPa

hingga 70 MPa (5 hingga 10.000 psig).


• Keausan mekanis pada lengan penghapus

potensiometer dapat menyebabkan masa pakai

pendek dan sinyal berisik. (Catatan: Penggunaan

semikonduktor dalam versi yang lebih baru dari

transduser resistansi variabel telah meminimalkan

kerugian ini.)

141

• Penggunaan catu daya yang diatur mungkin

diperlukan.

Pemasangan dan Aplikasi Transduser Resistansi Variabel

Pertimbangan pemasangan dan penerapan sama dengan

transduser pengukur regangan yang dijelaskan

sebelumnya.

5.3. Transduser Jenis Kapasitansi: Prinsip dan Desain

Di samping pengukur regangan, sensor kapasitif (Gambar

43) dianggap sebagai teknologi kedua yang paling umum

digunakan dalam transduser tekanan. Rancangan jenis

kapasitansi didasarkan pada sistem penjumlahan gaya yang

menyebabkan perubahan kapasitansi sensor. Perubahan

kapasitansi mengubah keseimbangan jembatan

kapasitansi, yang menyebabkan perubahan tegangan

keluaran jembatan. Transduser tekanan kapasitif dapat

bereaksi dengan cepat terhadap perubahan tekanan dan

cenderung tahan lama dalam kondisi pengoperasian yang

berat.

142

Gambar 43. Sensor Kapasitif

Salah satu contoh sensor tipe kapasitansi adalah

sensor kapasitansi diferensial semua silikon. Sel kapasitansi

memiliki diafragma silikon di antara dua pelat silikon tetap.

Tekanan diizinkan melalui lubang di masing-masing pelat,

yang dapat menggerakkan diafragma, misalnya, maksimum

0,0004 inci. Kapasitansi, C, berbanding lurus dengan luas

pelat dan konstanta dielektrik material dan berbanding

terbalik dengan celah pelat. Tekanan terukur, P, didasarkan

pada hubungan berikut:

143

𝑃 ∞(𝐶+ − 𝐶−)

(𝐶+ + 𝐶−)

Kinerja Transduser Jenis Kapasitansi

Kinerja transduser tipe kapasitansi dijelaskan dalam istilah




• Transduser tekanan jenis kapasitansi memiliki

jangkauan dan kecepatan respons yang baik.

• Transduser tekanan jenis kapasitansi memiliki

akurasi yang sangat baik. Akurasi umum adalah

sekitar 0,1% dari pembacaan atau 0,01% dari skala

penuh.

• Transduser tekanan tipe kapasitansi tipikal

mendukung kisaran tekanan yang sangat luas, dari

0,25 Pa hingga 70 MPa. Vakum tinggi dan rentang

tekanan diferensial rendah didukung.


144

• Transduser tekanan jenis kapasitansi mungkin

sensitif terhadap efek suhu. Biasanya, rentang

operasi 32 ° C hingga 74 ° C.

• Desain transduser tekanan jenis kapasitansi

sebelumnya sensitif terhadap kapasitansi, getaran,

dan korosi yang menyimpang.


diperlukan.

Instalasi dan Aplikasi Transduser Jenis Kapasitansi



sebelumnya.

5.4. Transduser Jenis Induktansi: Prinsip dan Desain

Untuk tujuan pembahasan berikut, baik tipe

induktansi dan tipe keengganan dikategorikan bersama.

Transduser tipe induktansi lebih jarang ditemukan dalam

kontrol proses industri daripada pengukur regangan dan

transduser kapasitif. Prinsip operasi transduser tipe

induktansi didasarkan pada induktansi yang terjadi di

145

antara dua kumparan. Sebagai hasil dari induktansi,

kumparan dikatakan digabungkan dengan interaksi

magnetik. Interaksi magnetik, juga disebut keengganan,

beroperasi seperti resistansi potensiometri dalam

rangkaian listrik. Alih-alih perubahan resistansi, perubahan

jarak terjadi.

Gambar 44. Sensor Tipe Induktansi

Mengubah jarak antara dua perangkat magnet

menyebabkan perubahan keengganan. Perubahan

146

keengganan kemudian mewakili perubahan tekanan. Salah

satu jenis transduser tekanan reluktif adalah transformator

diferensial variabel linier (LVDT) seperti yang ditunjukkan

pada Gambar 44.

Kinerja Transduser Jenis Induktansi

Kinerja transduser tipe induktansi dijelaskan dalam istilah




• Transduser tekanan tipe induktansi tahan terhadap

getaran dan gangguan listrik.

• Transduser tekanan tipe induktansi memiliki akurasi

yang baik. Akurasi tipikal sekitar 0,5% dari skala

penuh.

• Transduser tekanan tipe induktansi dapat

beroperasi pada kisaran suhu dari kriogenik hingga

315 ° C (600 ° F).


147

• Transduser tekanan tipe induktansi mungkin

sensitif terhadap medan magnet yang

menyimpang.

• Transduser tekanan tipe induktansi mungkin

sensitif terhadap efek suhu.

• Penggunaan catu daya yang diatur diperlukan untuk

eksitasi AC.

Instalasi dan Aplikasi Transduser Jenis Induktansi



sebelumnya.

5.5. Elemen Osilatif

Dalam transduser elemen osilatif, elemen seperti

tegangan kabel beresonansi mewakili tekanan proses.

Pembahasan berikut menjelaskan fungsi transduser elemen

osilatif dalam hal prinsip dan desain elemen osilatif,

performa transduser, pemasangan transduser, dan aplikasi

transduser.

148

Transduser Elemen Osilatif: Prinsip dan Desain

Elemen osilasi termasuk sensor kabel beresonansi dan

sensor tekanan garpu tala berujung ganda. Sensor disebut

elemen osilatif karena saat mereka berosilasi di bawah

tegangan dari elemen penjumlah gaya.

Dalam desain garpu tala berujung ganda, ketika terjadi

perubahan tekanan, perubahan pada frekuensi garpu tala

berujung ganda akan menghasilkan. Dalam desain garpu

tala berujung ganda, perpindahan gaya menyebabkan

pergeseran frekuensi. Pergeseran frekuensi mewakili

pengukuran tekanan. Garpu tala berujung ganda tidak

menjadi populer.

Dalam desain kawat beresonansi, diafragma

menyebabkan perubahan tegangan pada kawat atau pita

beresonansi halus. Kawat, yang sudah berada dalam

resonansi alami yang disebabkan oleh medan magnet

tempatnya, berubah frekuensinya saat gaya tekanan

ditransmisikan ke kawat dari diafragma. Frekuensi

resonansi berbanding terbalik dengan panjang dan massa

kabel. Frekuensi berbanding lurus dengan akar kuadrat

gaya tarik yang diterapkan. Karena panjang dan massa

149

kabel konstan, tekanan dan frekuensi resonansi sebanding

dengan akar kuadrat tegangan:

P ∞ Hz ∞ (tension) 1/2

Kinerja Transduser Elemen Osilatif

Kinerja transduser elemen osilatif dijelaskan dalam istilah




• Transduser tekanan elemen osilatif memiliki

pengulangan yang baik dan resolusi tinggi.

• Transduser tekanan elemen osilatif memberikan

sinyal keluaran yang kuat.

• Selain itu, sinyal cocok langsung untuk berinteraksi

secara digital dengan mikroprosesor.

• Transduser tekanan elemen osilatif memiliki akurasi

yang sangat baik. Akurasi umum sekitar 0,1% dari

rentang terkalibrasi.

• Transduser tekanan elemen osilatif tipikal

mendukung rentang tekanan yang lebar, hingga 42

150

MPa. Kisaran tekanan absolut, diferensial, dan

pengukur didukung.


• Transduser tekanan elemen osilatif mungkin

sensitif terhadap guncangan dan getaran.

• Transduser tekanan elemen osilatif mungkin

sensitif terhadap efek suhu. (Catatan: Kompensasi

suhu mengatasi efek ini.)

• Transduser tekanan elemen osilatif memiliki sinyal

keluaran nonlinier.


diperlukan.

Instalasi dan Aplikasi Transduser Elemen Osilatif



sebelumnya.

151

5.6. Transduser Tekanan Piezoelektrik

Dalam transduser tekanan piezoelektrik, sensor

piezoelektrik merespons tekanan proses dan menciptakan

potensial listrik. Pembahasan berikut menjelaskan fungsi

transduser tekanan piezoelektrik dalam hal prinsip dan

desain transduser tekanan piezoelektrik, kinerja

transduser, pemasangan transduser, dan aplikasi

transduser. Gambar 45 menunjukkan transduser

piezoelektrik.

Transduser Tekanan Piezoelektrik: Prinsip dan Desain

Sensor tekanan piezoelektrik juga dibuat dari bahan

piezoelektrik yang menghasilkan sinyal listrik saat tekanan

diterapkan. Kuarsa dan turmalin adalah contoh kristal

piezoelektrik alami, sedangkan barium titanat adalah

contoh bahan piezoelektrik kristal buatan manusia. Prinsip

piezoelektrik didasarkan pada kristal asimetris yang

mengalami deformasi sepanjang sumbu tertentu,

menyebabkan potensial listrik.

152

Gambar 45. Piezoelectric Transducer

Kinerja Transduser Tekanan Piezoelektrik

Kinerja transduser tekanan piezoelektrik dijelaskan dalam

istilah



153


• Transduser tekanan piezoelektrik memberikan

sinyal output yang dihasilkan sendiri.

• Transduser tekanan piezoelektrik memiliki

kecepatan respons yang tinggi.

• Transduser tekanan piezoelektrik memiliki akurasi

yang baik, biasanya sekitar 1% skala penuh.

• Transduser tekanan piezoelektrik tipikal

mendukung rentang tekanan yang sangat luas,

hingga 70 MPa.


• Transduser tekanan piezoelektrik terbatas pada

pengukuran tekanan dinamis.

• Transduser tekanan piezoelektrik mungkin sensitif

terhadap variasi suhu.


diperlukan untuk penguatan sinyal keluaran.

154

Instalasi dan Aplikasi Transduser Tekanan Piezoelektrik



sebelumnya. Transduser tekanan piezoelektrik sering

diterapkan di mana tekanan bolak-balik kecil diukur.

155

BAB 6 - Menentukan Apakah Transmitter

Tekanan Memenuhi Kriteria Kinerja an

Persyaratan Instalasi

Karena beberapa sensor dan transduser sering kali

terbatas pada indikasi lokal, perangkat pengukur harus

tersedia untuk mengirimkan sinyal jarak jauh ke perangkat

atau sistem penerima jarak jauh. Dalam situasi tersebut,

Pressure Transmitter digunakan untuk mengirimkan nilai

tekanan dalam level sinyal berskala baik analog (4 hingga 20

mA), pneumatik (3 hingga 15 psig), atau digital berpemilik

(Hart atau Honeywell DE).

Salah satu langkah pertama dalam menentukan

apakah Pressure Transmitter memenuhi kriteria kinerja dan

persyaratan pemasangan adalah menafsirkan spesifikasi

Pressure Transmitter dan menyeimbangkan kepentingan

relatifnya. Akurasi referensi, dibahas panjang lebar dalam

modul kursus sebelumnya, sama pentingnya dengan

pengulangan. Bergantung pada aplikasi pengukuran

tekanan, keunggulan perangkat yang sangat akurat

156

mungkin tidak diperlukan. Misalnya, serangkaian

pembacaan tekanan pada sumur tertutup mungkin hanya

memerlukan konfirmasi dari persediaan hidrokarbon yang

telah diketahui; namun, dalam beberapa aplikasi, seperti

pengukuran tangki hidrostatis dan operasi pemindahan

tahanan, pengukuran yang sangat akurat adalah penting.

6.1. Prinsip Pressure Transmitter

Vendor menyediakan Pressure Transmitter yang

terbagi dalam beberapa kategori - diferensial, pengukur,

dan tekanan absolut. Terlepas dari kategorinya, elemen

fungsional dari jenis pemancar (pneumatik, analog, atau

mikroprosesor) adalah sama.

6.2. Elemen Fungsional

Diagram blok Pressure Transmitter disediakan pada

Gambar 46. Diagram ini berlaku untuk Pressure Transmitter

pneumatik, analog, atau mikroprosesor. Diagram blok

menunjukkan bahwa pemancar terdiri dari elemen yang

merasakan input tekanan, transduser yang melakukan

157

konversi sinyal, dan penguat untuk mengeluarkan sinyal ke

perangkat penerima.

Gambar 46. Blok Diagram Pressure Transmitter

6.3. Jenis Pneumatik

Transmitter tipe pneumatik dapat bervariasi dalam

desainnya, tetapi sebagian besar menggunakan jenis

prinsip keseimbangan gaya yang sama seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 47. Tekanan proses

menggerakkan batang B yang berputar pada X. Peningkatan

tekanan proses menyebabkan bellow AA mengembang,

yang menyebabkan batang B untuk bergerak. Bar B juga

bertindak sebagai penyekat untuk lubang Y yang membuka,

yang menyebabkan tekanan di dalam rumah lubang

meningkat. Tekanan juga dikirim ke indikator jarak jauh.

Tekanan yang lebih tinggi menyebabkan bellow BB

mengembang dan menjauhkan batang B dari bukaan orifice

hingga keseimbangan gaya tercapai. Kisaran pegas

158

membantu bellow penyeimbang BB menahan pergerakan

bellow AA. Dengan demikian, keseimbangan gaya dicapai

dengan gerakan yang sangat sedikit pada batang B.

Pemancar pneumatik yang menggunakan metode

keseimbangan gaya dapat menyeimbangkan dengan

gerakan batang yang sangat sedikit, kadang-kadang dengan

gerakan yang bertambah dari seperseribu hingga

sepersejuta inci.

Gambar 47. Pressure Transmitter Pneumatik

159

6.4. Jenis Analog

Pada pemancar tipe analog, sensor - pengukur

regangan, diafragma, piezoelektrik dan osilasi- mirip

dengan yang dijelaskan sebelumnya di bagian transduser

tekanan. Pemancar tipe analog yang menggunakan

pengukur regangan dijelaskan di sini (Gambar 48). Konversi

langsung dari tekanan menjadi sinyal listrik dilakukan ketika

sensor pengukur regangan diaktifkan. Perubahan

hambatan jembatan Wheatstone menyebabkan perubahan

pada keluaran penguat pemancar. Output penguat dari

sinyal output 4 mA hingga 20 mA dikirim ke perangkat

penerima, seperti pengontrol. Output yang sama dikirim ke

resistor umpan balik, yang menyeimbangkan jembatan dan

memberikan stabilitas.

160

Gambar 48. Analog Pressure Transmitter

6.5. Jenis Berbasis Mikroprosesor

Pemancar berbasis mikroprosesor menggunakan

sensor yang serupa dengan yang dijelaskan di bagian

transduser tekanan. Jadi prinsip operasi pemancar berbasis

mikroprosesor serupa dengan transduser tekanan sejauh

menyangkut sensor. Setelah sensor memberikan

representasi tekanan, pemancar berbasis mikroprosesor

menyediakan operasi tambahan. Operasi pemancar

berbasis mikroprosesor dijelaskan dalam istilah berikut:

• Akurasi

• Turndown (jangkauan)

161

• Kalibrasi

• Interferensi

• Kecepatan pemindaian

Akurasi - Pemancar berbasis mikroprosesor dapat

mengukur tekanan dengan akurasi lebih baik dari rentang

0,1%. Melalui penggunaan teknik kompensasi tekanan dan

suhu, keakuratan dipertahankan pada berbagai tekanan

dan suhu pengoperasian.

Turndown (Rangeability) - Pressure Transmitter

berbasis mikroprosesor menawarkan turndown dan

rangeability yang sangat tinggi, hingga 400: 1 untuk

beberapa model.

162

Gambar 49. Arsitektur Mikroprosesor

Kalibrasi - Variasi suhu, baik dari proses maupun

perubahan suhu sekitar, memengaruhi keakuratan Pressure

Transmitter yang tidak terkompensasi. Akurasi sensor

dipengaruhi saat cairan pengisi segel mengubah volume,

sedangkan keakuratan elektronik dipengaruhi oleh

perubahan resistansi. Dalam kasus Pressure Transmitter

konvensional, keakuratan dapat menurun hingga beberapa

persen rentang. Produsen Pressure Transmitter berbasis

mikroprosesor mengkalibrasi (mengkompensasi) untuk

perubahan ini baik dalam chip yang dapat diprogram

(EPROM) atau melalui resistor kompensasi yang dipangkas

laser. Teknologi sensor dan teknik pengukuran yang

digunakan oleh produsen pemancar biasanya sama untuk

pemancar pengukur, absolut, dan tekanan diferensial dari

produsen yang sama.

Dengan Pressure Transmitter berbasis

mikroprosesor, setiap efek sensor nonlinier diatasi melalui

karakterisasi badan pengukur pemancar selama

pembuatan. Badan pengukur mengalami berbagai tekanan

163

dalam rentang operasinya. Produsen mengukur respons

pemancar terhadap berbagai tekanan dan menghitung

persyaratan koreksi. Istilah koreksi yang dihitung disimpan

dalam memori pemancar. Mikroprosesor sekarang dapat

mengkompensasi sinyal tekanan untuk nonlinier, yang

berarti bahwa pemancar dapat digunakan dalam rentang

yang lebih luas. Untuk instrumen berbasis mikroprosesor,

linieritas dipertahankan. Pergeseran rentang yang

disebabkan oleh suhu sekitar dan tekanan statis

diminimalkan atau dibatalkan.

Interferensi - Pressure Transmitter berbasis

mikroprosesor memiliki keunggulan tambahan

dibandingkan pemancar konvensional, yaitu kemampuan

untuk memiliki resolusi sinyal tinggi pada tekanan rendah.

Tekniknya meliputi penggunaan konverter A / D resolusi

tinggi, konverter A / D multigain, atau konverter logaritmik

yang mengoptimalkan rasio sinyal-ke-derau di seluruh

rentang sinyal.

Kecepatan pemindaian - Kecepatan pemindaian

umum untuk variabel tekanan proses adalah 3 hingga 5 kali

per detik. Kecepatan pemindaian adalah fungsi dari

164

kecepatan jam sirkuit digital. Ingatlah bahwa pemancar

berbasis mikroprosesor melakukan lebih dari sekadar

menyediakan variabel tekanan. Pressure Transmitter

berbasis mikroprosesor menyediakan komunikasi dua arah

yang menyediakan data selain variabel tekanan yang

dipindai.

6.6. Desain Pressure Transmitter

Desain Pressure Transmitter yang menentukan

apakah Pressure Transmitter memenuhi kinerja dan

persyaratan pemasangan mencakup kriteria evaluasi

seperti berikut ini:

• Teknologi sensor

• Elektronik

• Desain bodi meteran

• Perumahan

• Perakitan feedthrough

• Proses koneksi

• Aksesoris

165

Gambar 50 memberikan gambaran umum tentang

terminologi yang digunakan dalam diskusi berikut

mengenai desain Pressure Transmitter.

Gambar 50. Desain Pressure Transmitter

Teknologi Sensor

Umumnya Pressure Transmitter menggunakan teknologi

sensor yang sama seperti transduser tekanan konvensional.

Teknologi sensor yang digunakan dalam Pressure

Transmitter, yang tercantum dalam urutan frekuensi

penggunaannya, meliputi:

• Kapasitif

166

• Pengukur regangan

• Resonan

Teknologi kapasitif menggunakan pelat capactive

yang dibuat dari stainless steel atau silikon. Pelat kapasitif

juga menggunakan keramik, kuarsa, atau safir untuk

memberikan stabilitas. Diafragma penginderaan terletak di

antara pelat kapasitif. Saat diafragma penginderaan

bergerak, kapasitansi setiap pelat berubah. Kapasitansi

yang diubah, yang sebanding dengan tekanan, digunakan

sebagai dasar untuk pengukuran tekanan.

Teknologi Strain Gauge dapat diproduksi dengan

menggunakan bahan logam atau semikonduktor. Pengukur

regangan itu sendiri dapat diikat, diendapkan uap, atau

digoreskan pada sensor deformasi. Pengukur regangan

merasakan gerakan atau regangan diafragma atau jenis

sensor bertekanan lainnya. Diafragma atau sensor

bertekanan dapat dibuat dari bahan logam, keramik,

semikonduktor, atau piezoresistif.

Teknologi sensor resonansi menggunakan gerakan

diafragma penginderaan untuk menciptakan tegangan yang

diterjemahkan ke dalam pengukuran tekanan. Teknologi ini

167

mirip dengan aksi senar gitar atau piano, dimana semakin

besar gerakan peregangan maka semakin tinggi frekuensi

yang dihasilkan. Gerakan tersebut menyebabkan tegangan

pada kabel resonansi atau sensor solid state beresonansi

pada frekuensi yang ditentukan oleh tegangan. Sinyal

tekanan digital yang dihasilkan dibaca tanpa penguatan

tambahan atau pengkondisian sinyal dengan elektronik

digital CMOS daya rendah.

Sensor resonansi juga dapat didasarkan pada desain

garpu tala ujung ganda (DTF). Keuntungan dari sensor tipe

DTF dibandingkan dengan sensor kawat beresonansi adalah

dapat menghasilkan sinyal dengan tegangan atau kompresi.

Elektronik

Pada pemancar berbasis mikroprosesor dan konvensional,

diperlukan konversi analog ke digital (A / D) agar tegangan

sensor analog dapat digunakan sebagai data digital untuk

mikroprosesor. Manfaat dari elektronik pada pemancar

berbasis analog dan mikroprosesor adalah tidak diperlukan

hubungan mekanis, tuas, atau poros seperti pada pemancar

pneumatik. Semua penyetelan dilakukan oleh elektronik

168

internal alih-alih elemen mekanis yang dapat menua, aus,

atau rusak.

Electronics menyediakan pemancar berbasis

mikroprosesor dengan keandalan tambahan yang

menguntungkan aplikasi pengukuran di industri. (Gambar

51 menunjukkan diagram blok untuk elektronik Pressure

Transmitter berbasis mikroprosesor.) Pressure Transmitter

berbasis mikroprosesor memiliki keandalan yang lebih baik

karena elektronik mereka melakukan hal berikut:

• Pantau suhu tubuh pengukur dan tekanan statis

untuk mengimbangi kondisi sekitar

• Mendeteksi kesalahan badan meteran

• Mendeteksi sensor atas kondisi suhu

• Mendeteksi kesalahan elektronik seperti kegagalan

prom karakterisasi dan hilangnya input

• Filter noise

Manfaat lain yang diberikan elektronik untuk

aplikasi pengukuran di industri termasuk kemampuan

pemancar untuk mengizinkan hal berikut:

• Konfigurasi failafe tingkat atas / bawah

• Konfigurasi ulang jarak jauh

169

• Kalibrasi dan diagnostik jarak jauh

Gambar 51. Desain Pressure Transmitter Berbasis

Mikrokontroler

Desain Body Meter

Saat menentukan apakah Pressure Transmitter memenuhi

persyaratan kinerja dan pemasangan, desain bodi pengukur

dievaluasi dalam persyaratan berikut:

• Jenis pengukuran tekanan yang diperlukan

• Bahan konstruksi

Jenis Pengukuran Tekanan yang Diperlukan - Badan

meteran bervariasi untuk jenis pengukuran tekanan yang

diperlukan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 52.

Badan meteran tersedia untuk gauge, diferensial, dan

170

pengukuran tekanan absolut. Badan meteran juga tersedia

untuk pengukuran tekanan yang menyimpulkan variabel

level dan aliran. Misalnya, Pressure Transmitter dapat

ditentukan dengan flange khusus yang diperlukan untuk

aplikasi pengukuran level cairan.

Gambar 52. Desain Body Meter

Bahan Konstruksi - Selain jenis pengukuran

tekanan, insinyur mengevaluasi bahan konstruksi yang

171

digunakan dalam badan meter untuk kompatibilitasnya

dengan media proses. Bahan seperti baja karbon, baja

tahan karat, Hastelloy C, atau Monel digunakan untuk

membuat kepala proses badan pengukur. Bahan tahan

korosi digunakan untuk membuat sumbat ventilasi /

saluran pembuangan. Bahan seperti baja tahan karat,

Hastelloy C, Tantalum, atau Monel digunakan untuk

membuat diafragma penghalang badan pengukur.

Diafragma penghalang digunakan untuk melindungi

diafragma penginderaan internal dari media proses. Karena

aplikasi pengukuran tekanan melibatkan kontak dengan

cairan konduktif dan korosif, sensor silikon diisolasi dari

cairan proses melalui diafragma penghalang (isolasi) baja

tahan karat tipis. Tekanan kemudian ditransfer ke

diafragma penginderaan internal pada chip silikon melalui

penggunaan minyak fluida pengisi. Untuk meminimalkan

efek termal pada fluida pengisi, volume fluida pengisi yang

mengelilingi diafragma dijaga seminimal mungkin. Oli yang

berbeda dapat ditentukan tergantung pada suhu

pengoperasian atau kebutuhan aplikasi khusus.

172

Cairan pengisi yang mengelilingi diafragma

penginderaan internal paling sering adalah minyak silikon.

Transmitter dengan cairan pengisi oli silikon adalah standar

untuk sebagian besar kebutuhan pengukuran proses.

Cairan pengisi khusus, seperti Fluorolube atau

chlortrifluorethylene (CTFE), tersedia atas permintaan

untuk kebutuhan aplikasi khusus. Karena silikon dapat

bereaksi hebat dengan oksigen atau klorin basah jika terjadi

kebocoran diafragma pemancar, cairan pengisi seperti

Fluorolube merupakan pilihan yang lebih aman. Fluorolube

stabil jika kebocoran terjadi pada oksigen atau layanan

klorin basah.

Housing

Housing elektronik pemancar dievaluasi ketahanannya

terhadap guncangan, getaran, korosi, dan kelembaban.

Housing biasanya memiliki kompartemen terpisah

(kompartemen ganda) untuk modul elektronik dan junction

box untuk sambungan kabel di lapangan.

173

Feedthrough Assembly

Pressure Transmitter tidak memiliki catu daya sendiri,

sehingga menjadi perlu untuk memiliki alat yang

menyediakan daya serta menerima sinyal proses pemancar

tanpa mengorbankan elektronik pemancar. Pemancar yang

digunakan di lingkungan industri memiliki port atau bukaan

di rumahan untuk sambungan listrik dan sinyal. Port dapat

disebut sebagai "rakitan umpan-balik" karena melalui port

sambungan listrik inilah catu daya dan kabel sinyal

"dimasukkan" ke pemancar. Port sambungan listrik sering

kali hanya ditentukan sebagai jumlah inci benang pipa.

Singkatan NPT (benang pipa nasional), FNPT atau

NPTF (benang pipa nasional, sambungan perempuan)

menentukan benang pipa per inci. Saluran untuk kabel

listrik pabrik cocok dengan port berulir ini. Jika standar

kabel instalasi menggunakan saluran nonmating, adaptor

dan bushing dapat dipesan untuk menyesuaikan pemancar.

Setelah pemasangan kabel selesai, bukaan sambungan port

harus ditutup dengan benar untuk mencegah masuknya

kontaminan dan uap korosif ke dalam rumahan.

174

Proses Koneksi

Proses koneksi dari transmitter ke proses dibuat dengan

menggunakan impulse tubing atau piping yang terhubung

ke pressure port transmitter. Port tekanan ditentukan

dalam jumlah inci ulir pipa (NPT, FNPT, atau NPTF).

Spesifikasi NPT dapat ditinjau untuk menentukan apakah

ada adaptor yang diperlukan untuk membuat perpipaan

sesuai dengan praktik perpipaan pabrik. Threading port

tekanan dibuat menjadi flange logam pemancar yang sering

disebut sebagai "process head". Konfigurasi process head

bervariasi bergantung pada jenis Pressure Transmitter.

Variasinya meliputi:

• Kepala proses berujung tunggal muncul pada

Pressure Transmitter absolut dan pengukur.

• Kepala proses berujung ganda muncul pada

Pressure Transmitter diferensial.

• Untuk pengukuran ketinggian cairan, diafragma

yang dipasang pada flange muncul di ujung badan

pengukur dan kepala proses diferensial standar

muncul di ujung lainnya.

175

Aksesoris

Apa yang dianggap sebagai aksesori pengukur tekanan

berbeda-beda di antara pengguna. Aksesori meliputi:

• Siphons - Syphons harus dipasang dalam layanan

uap dan cairan di atas 250 ° F.

• Snubber - Snubber digunakan untuk peredam

denyut

Selain itu, beberapa vendor menganggap item berikut

sebagai aksesori:

• Perlengkapan adaptor - Perlengkapan adaptor

khusus dapat dibeli untuk kelistrikan pemancar dan

/ atau sambungan proses agar pemancar mematuhi

praktik pabrik, atau untuk mengakomodasi

konfigurasi perpipaan yang ada.

• Pengukur jarak jauh - Pemancar dapat dipesan

dengan pengukur keluaran integral yang

menampilkan representasi analog atau digital dari

nilai tekanan.

• Perangkat lunak kalibrasi - Vendor menyediakan

perangkat lunak yang mencatat dan membantu

dalam aktivitas kalibrasi.

176

• Komunikator genggam mikroprosesor -

Komunikator lapangan berguna untuk melakukan

pemeliharaan dan konfigurasi jarak jauh pada

pemancar berbasis mikroprosesor; namun,

komunikator lapangan tidak universal karena sifat

sinyal keluaran digital pemancar yang tidak standar

dan tidak standar.

6.7. Performa

Kinerja Pressure Transmitter dapat dievaluasi dengan

beberapa cara berbeda. Beberapa pendekatan adalah

sebagai berikut:

• Perbandingan akurasi putaran lapangan

• Perbandingan kinerja pemancar berbasis

pneumatik, konvensional, dan mikroprosesor

• Evaluasi contoh aplikasi

• Perbandingan tingkatan kinerja pemancar berbasis

mikroprosesor

177

Peningkatan Akurasi Field Loop

Kinerja pemancar konvensional versus pemancar berbasis

mikroprosesor dapat dievaluasi dari perspektif peningkatan

akurasi loop kontrol secara keseluruhan, seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 53. Perhatikan perbedaan dalam

akurasi loop kontrol ketika output sinyal digital digunakan.

Gambar 53. Perbandingan Akurasi dari Field Control Loop

Perbandingan Pemancar Berbasis Pneumatik,

Konvensional, dan Mikroprosesor

Sebagai contoh bagaimana pemancar berbasis

mikroprosesor dibandingkan dengan pemancar elektronik

pneumatik dan konvensional, lihat Gambar 54 yang

menggunakan data tipikal untuk membandingkan kinerja

pemancar.

178

Gambar 54. Perbandingan Performa Pressure Transmitter

Evaluasi Contoh Aplikasi

Aplikasi pengukuran aliran yang memiliki aliran yang sangat

bervariasi menggambarkan keunggulan kinerja Pressure

Transmitter berbasis mikroprosesor dibandingkan

pemancar konvensional. Aliran kesimpulan pemancar

konvensional dari tekanan diferensial melintasi batasan

dibatasi dalam jangkauannya. Pressure Transmitter

diferensial (DP) konvensional memiliki batasan kinerja saat

digunakan dalam aplikasi aliran. Elemen aliran yang

menciptakan penurunan tekanan didasarkan pada

hubungan hukum akar kuadrat antara tekanan diferensial

dan laju aliran. Jika terjadi penurunan 10: 1 pada debit,

179

penurunan 100: 1 terjadi pada sinyal yang dikembangkan

karena hubungan akar kuadrat. Pemancar DP 4 mA hingga

20 mA konvensional dibatasi di sini karena penurunannya

sering kali 6: 1. Saat menggunakan pemancar konvensional,

cara umum untuk meningkatkan jangkauan pemancar

adalah dengan mengalirkan dua Pressure Transmitter

diferensial dengan rentang operasi berbeda dalam alur

yang sama. Karena pemancar berbasis mikroprosesor

memiliki jangkauan yang lebih tinggi, hanya satu pemancar

yang dipasang pada garis aliran untuk mengukur aliran.

Perbandingan Tingkat Kinerja Pemancar Berbasis

Mikroprosesor

Sementara pemancar berbasis mikroprosesor lebih unggul

dalam kinerja daripada pemancar konvensional dan

pneumatik, perlu dicatat bahwa beberapa pengguna

percaya bahwa Pressure Transmitter berbasis

mikroprosesor terbagi dalam tiga tingkatan kinerja yang

berbeda. Berikut diskusi singkat yang menjelaskan

tingkatan kinerja pemancar berbasis mikroprosesor ini:

• Pemancar berkinerja tinggi.

180

• Pemancar kinerja kelas menengah

• Pemancar berkinerja rendah

Pemancar Kinerja Tinggi menghabiskan lebih

banyak waktu di ruang karakterisasi pabrikan dibandingkan

dengan Pressure Transmitter jarak menengah. Hasilnya,

pemancar memiliki lebih banyak data untuk suhu dan

kompensasi tekanan statis pada rentang operasi yang lebih

luas. Pemancar berkinerja tinggi digunakan dalam aplikasi

kritis, seperti transfer tahanan, yang membutuhkan tingkat

akurasi pengukuran yang sangat tinggi. Akurasi berkisar dari

± 0,075% hingga ± 0,1% rentang. Pemancar berkinerja tinggi

cenderung lebih mahal daripada pemancar kelas

menengah.

Pemancar Kinerja Kelas Menengah lebih umum

digunakan untuk aplikasi yang membutuhkan tingkat

akurasi tinggi. Aplikasi termasuk aliran yang tidak mewakili

transfer tahanan, atau pengukur bejana dan pengukuran

tekanan absolut. Akurasi berada dalam kisaran rentang ±

0,1%. Pemancar kinerja kelas menengah lebih murah

181

daripada pemancar kinerja tinggi, dan lebih mahal daripada

pemancar kinerja kelas bawah.

Pemancar Kinerja Rendah lebih umum digunakan untuk

aplikasi di mana pemancar dipasang di lokasi terpencil atau

berbahaya dan diperlukan keakuratan yang baik. Keputusan

dalam aplikasi ini adalah menggunakan pemancar berbasis

mikroprosesor low-end atau pemancar konvensional 4 mA

hingga 20 mA. Kemampuan komunikasi jarak jauh

pemancar berbasis mikroprosesor sering menjadi faktor

penentu. Perbedaan biaya antara pemancar berkinerja

rendah dan pemancar konvensional 4 mA hingga 20 mA

sedikit.

Instalasi

Transmitter memiliki badan pengukur yang sesuai untuk

pengukuran tekanan pengukur, absolut, dan diferensial.

Kriteria instalasi meliputi:

• Jenis layanan

• Prosedur dan opsi pemasangan

182

Jenis Layanan

Koneksi proses pemancar (Gambar 55) bergantung pada

media proses dan / atau layanan yang ditujukan untuk

pemancar. Pengukuran tekanan gas, cairan, atau uap

mengharuskan pemancar ditempatkan dengan benar.

Gambar 55. Lokasi Proses Koneksi Transmitter

Instalasi

Pressure Transmitter diferensial memiliki dua koneksi port

masuk proses. Satu koneksi port masuk untuk input

183

tekanan tinggi dan koneksi lainnya untuk input tekanan

rendah. Meskipun Pressure Transmitter diferensial

digunakan dalam berbagai aplikasi pengukuran tekanan,

penggunaan Pressure Transmitter diferensial yang paling

sering digunakan adalah sebagai pengukur aliran. Tekanan

diferensial dibuat dalam aliran melalui pembuatan

penurunan tekanan melintasi elemen aliran seperti pelat

orifice. Pengukuran tekanan diferensial untuk aplikasi aliran

sering kali menggunakan serangkaian katup dan manifol

penghalang (Gambar 56).

Gambar 56. Blockoff Valve dan Manifold

184

Filosofi posisi pemasangan adalah untuk

mempertahankan garis penginderaan yang penuh dengan

cairan yang diinginkan dan memungkinkan kondensat

dalam kasus gas atau uap untuk tidak mencetak

pengukuran. Untuk layanan cairan, metode yang disukai

adalah menempatkan pemancar di bawah lubang. Garis

harus diisolasi jika fluida akan mengubah suhu dari keadaan

mengalir menjadi statis di area pengukuran.

Gambar 57. Contoh Koneksi Pressure Transmitter Absolut

Pressure Transmitter absolut hanya memiliki satu

koneksi proses untuk mengukur tekanan. Pressure

185

Transmitter absolut dapat digunakan untuk mengukur

tekanan dalam bejana atau pipa. Pemancar biasanya

terletak di atas keran proses untuk memungkinkan

pengeringan kondensat (Gambar 57).

Pertimbangan dalam menggunakan Pressure

Transmitter absolut mengikuti:

• Prosedur kalibrasi untuk Pressure Transmitter

absolut bisa jadi rumit.

• Pressure Transmitter absolut yang dicampur

dengan Pressure Transmitter gauge dalam

konfigurasi kontrol dapat membingungkan personel

pendukung, dan mungkin mengakibatkan

kesalahan kalibrasi atau konfigurasi.

Pressure Transmitter gauge hanya memiliki satu

koneksi proses untuk mengukur tekanan. Sebuah Pressure

Transmitter gauge dapat digunakan untuk pengukuran level

tangki terbuka. Gambar 58 menunjukkan pengaturan

perpipaan industri tipikal untuk pengukuran Pressure

Transmitter gauge. Dalam jenis pengukuran level ini, sisi

pemancar bertekanan tinggi dihubungkan ke tangki,

186

sedangkan sisi rendah Pressure Transmitter terbuka untuk

tekanan atmosfer.

Gambar 58. Koneksi Gauge Pressure

187

6.8. Prosedur dan Opsi Pemasangan

Prosedur pemasangan vendor harus diikuti saat

memasang Pressure Transmitter; jika tidak, kualitas

pengukuran kemungkinan besar akan terganggu.

Pemasangan pemancar yang benar mencakup meninjau

kebutuhan berikut:

• Perpipaan impulsif

• Dukungan pemasangan

• Manifold dan katup blok

• Kabel sinyal

• Proses kedekatan dengan badan meter

Impulse Piping (garis pengukur) mentransfer

tekanan proses ke pemancar. Membuat panjang pipa

sependek mungkin, sambil meminimalkan tikungan dan

belokan, adalah hal mendasar untuk pengukuran yang

tepat. Mencegah gas dalam perpipaan cair, cairan dalam

perpipaan gas, variasi kerapatan yang disebabkan suhu,

kebocoran, titik tinggi dalam perpipaan cair, dan titik

rendah dalam perpipaan gas merupakan tindakan

pencegahan. Garis kemiringan yang tepat (biasanya 80

188

milimeter per meter, untuk rasio 1:10) ke sambungan keran

sering diperlukan di banyak instalasi.

Penopang Pemasangan - Pemasangan pipa atau

braket pemasangan di dinding adalah pilihan. Manifold dan

Block Valves yang dipasang di impulse piping mengizinkan

servis selama kalibrasi, commissioning, dan pemecahan

masalah.

Proses Kedekatan dengan Badan Pengukur - Badan

pengukur pemancar tidak boleh bersentuhan dengan

bahan korosif dan panas. American Petroleum Institute

(API) Recommended Practice (RP) 551, Bagian 4.4,

menjelaskan detail tambahan tentang praktik pemasangan

pressure transmitter.

6.9. Aplikasi

Gambaran umum aplikasi Pressure Transmitter

mencakup pembahasan tentang hal berikut:

• Aplikasi pengukuran tekanan

• Aplikasi switch tekanan

• Indikasi lokal

• Indikasi jarak jauh

189

• Kontrol

Aplikasi Pengukuran Tekanan

Pressure Transmitter yang paling umum digunakan adalah

Pressure Transmitter diferensial. Pressure Transmitter

diferensial digunakan untuk mengukur level, antarmuka

kepadatan, dan aliran. Meskipun pengukuran tekanan

diferensial mendominasi, contoh pengukuran tekanan

tipikal menggunakan Pressure Transmitter pengukur,

absolut, diferensial, atau vakum meliputi yang berikut ini:

• Tekanan pengukur diukur dalam pemisahan minyak

dan gas, sistem pompa, bejana tekan, dan sistem

kontrol kompresor.

• Tekanan absolut diukur di menara distilasi vakum

kilang. Menara vakum menyaring sebagian besar

minyak gas dari minyak mentah, meninggalkan

bahan residu aspal. Tekanan operasi menara vakum

tipikal adalah 1 hingga 5 psia.

• Pengukuran tekanan diferensial dilakukan

- melintasi baki di kolom distilasi

- di saluran pemanas untuk menunjukkan

posisi peredam

190

- di scrubber untuk memantau penurunan

tekanan

- di saluran pemanas untuk menunjukkan

posisi peredam

- di dalam saluran untuk mengukur

kecepatan udara

- di seluruh filter untuk memantau kondisi

filter

• Tekanan vakum diukur dalam pemanas yang

dibakar untuk indikasi draft pemanas. (Untuk

contoh industri tipikal tambahan, lihat bagian

tentang tekanan pengukur regangan

Suatu aplikasi mungkin memerlukan beberapa

bentuk pengukuran tekanan. Gambar 59 menunjukkan

kolom penstabil minyak mentah tempat pengukuran

tekanan diferensial (PdT 4 dan PdT 5) dilakukan melintasi

baki kolom. Pengukuran tekanan diferensial juga digunakan

untuk menyimpulkan level pada LIT 6.

191

Gambar 59. Pengukuran Tekanan DIferensial

Kolom penstabil minyak mentah yang sama

(Gambar 60) membutuhkan pengukuran tekanan pengukur

untuk umpan mentah ke kolom (PIT 2 dan PIT 3) dan gas

yang keluar dari kolom (PIT 1).

192

Gambar 60. Pengukuran Gauge Pressure

Pressure Transmitter absolut dapat digunakan

untuk mengukur tekanan dalam bejana atau pipa. Misalnya,

menara vakum beroperasi pada tekanan 1 psia hingga 5

psia. Tekanan di bawah atmosfer diperlukan dalam menara

vakum untuk menyaring sebagian besar minyak gas keluar

dari minyak mentah tanpa memerlukan suhu berlebih yang

dapat menyebabkan pembusukan.

193

Gambar 61. Contoh Pengukuran Tekanan Absolut

Aplikasi Switch Tekanan

Aplikasi switch tekanan memiliki tujuan berikut:

• Switch tekanan menghasilkan alarm untuk

mengingatkan personel operasi bahwa ada yang

tidak beres.

• Switch tekanan menghasilkan perjalanan peralatan

untuk melindungi peralatan dan personel proses.

194

• Switch tekanan menghasilkan trip peralatan untuk

mencegah kondisi abnormal memburuk.

Memastikan bahwa perjalanan dan alarm harus

berfungsi sebagaimana yang dirancang sering kali berarti

melakukan pemeliharaan preventif berkala, menggunakan

praktik desain yang baik, dan menguji perjalanan atau

alarm. Kekhawatiran yang khas adalah bahwa personel

operasi menghindari melewati perjalanan yang salah, yang

menggagalkan tujuan melindungi personel dan peralatan

pabrik.

Suatu sistem yang memuat alarm trip biasanya

dirancang dengan asumsi jika suatu kondisi yang tidak aman

dapat terjadi karena kegagalan peralatan dan kesalahan

operator maka kesalahan tersebut akan terjadi. Asumsi

tersebut dibandingkan dengan kemungkinan bahwa

perjalanan yang tidak disengaja bisa sama berbahayanya

atau lebih berbahaya daripada gangguan yang sebenarnya.

Saat menerapkan switch tekanan, insinyur

mempertimbangkan konsekuensi dari gangguan proses

aktual dan perjalanan yang tidak disengaja.

195

Switch tekanan dan Pressure Transmitter terkadang

tidak berbagi keran proses yang sama. Alasan di balik ini

adalah bahwa jika keran tekanan dicolok, bukan hanya

personel operasi tidak akan menyadari gangguan, tetapi

alarm tidak akan muncul. Untuk aplikasi kritis, switch dan

pemancar memiliki kerannya sendiri.

Sebagai contoh aplikasi Pressure Transmitter dan

switch tekanan, pertimbangkan kolom distilasi (Gambar

62), di mana Pressure Transmitter dan switch digunakan

untuk memantau tekanan menara.

196

Gambar 62. Contoh Pressure Transmitter dan Switch

Indikasi Lokal

Pengukur indikasi lokal tersedia sebagai opsi untuk Pressure

Transmitter, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 63.

Instrumen berbasis mikroprosesor memiliki pilihan untuk

menggunakan pengukur tampilan analog atau pengukur

tampilan digital. Pengukur tampilan digital pada Gambar 63

menyediakan data seperti variabel proses dalam unit

teknik, pembacaan digital variabel proses, dan status

diagnostik pemancar.

Gambar 63. Indikasi Lokal

197

Indikasi Jarak Jauh

Indikasi jarak jauh dimungkinkan untuk Pressure

Transmitter, contoh yang ditunjukkan pada Gambar 64

menunjukkan tampilan pemancar yang muncul di ruang

operator sistem kontrol terdistribusi.

Gambar 64. Indikasi Jarak Jauh dari Transmitter

198

Gambar 65. Komunikasi Digital untuk Kontrol

Kontrol

Vendor utama sistem kontrol terdistribusi (DCS) memiliki

kartu opsi digital yang dapat dipasang di pengontrol

mereka. Kartu opsi digital memungkinkan komunikasi

antara masing-masing instrumen berbasis mikroprosesor

dan DCS (Gambar 65).

199

BAB 7 - Mengevaluasi Teknik Sealing dan

Aplikasinya

Pressure Transmitter terhubung ke proses secara

langsung melalui jalur perpipaan impuls. Cairan proses (gas

atau cairan) meninggalkan pipa proses dan memasuki jalur

perpipaan impuls. Cairan proses yang sama memasuki

tubuh Pressure Transmitter. Namun, dalam aplikasi

tertentu, beberapa cairan proses dapat berbahaya bagi

tubuh Pressure Transmitter. Untuk alasan itu, teknik

penyegelan digunakan dalam aplikasi tertentu, terutama

aplikasi asam. Jika teknologi kimia dan segel jarak jauh tidak

tersedia, banyak pengukuran proses tidak mungkin

dilakukan.

7.1. Teknik dan Aplikasi Segel

Teknik dan aplikasi penyegelan memiliki tujuan

untuk melindungi perangkat pengukur tekanan dan

peralatan terkait serta melindungi personel yang mungkin

200

harus memelihara dan mengoperasikan peralatan tersebut.

Segel diterapkan di mana

• Cairan proses (gas atau cairan) panas, korosif dan /

atau beracun, dan berpotensi merusak sensor

tekanan.

• Cairan proses kental dan dapat menyumbat sensor

tekanan. Teknik penyegelan umumnya terbagi

dalam dua kategori:

• Segel bahan kimia - Segel bahan kimia pada

dasarnya adalah pelindung diafragma lokal,

terhubung langsung (berpasangan rapat) untuk

memproses perpipaan.

• Segel jarak jauh - Segel jarak jauh pada dasarnya

adalah pelindung diafragma "jarak jauh" yang

dipasang pada proses perpipaan dan terhubung ke

pipa kapiler pemancar.

Perhatikan bahwa vendor menempatkan tanggung

jawab pada pengguna untuk pemilihan segel. Pemilihan

yang tidak tepat tidak akan berfungsi dengan baik dan

dapat melukai personel.

201

Segel Kimia

Jenis segel kimia yang sangat umum adalah segel

diafragma. Segel diafragma dapat digunakan dengan

sebagian besar teknologi sensor tekanan. Segel kimia terdiri

dari diafragma (terbuat dari elastomer, logam, atau teflon)

yang diapit di antara selubung atas dan selubung bawah.

Rumah atas dipasang ke instrumen pengukuran tekanan.

Rumah atas berisi fluida pengisi (seperti silikon atau oli

instrumen) yang bertindak sebagai media hidrolik untuk

mentransfer sinyal tekanan. Rumah bawah dirancang untuk

beradaptasi dengan koneksi proses dan berisi cairan proses.

Ketika tekanan proses diterapkan ke sisi koneksi proses

diafragma, tekanan yang sama diberikan pada sisi

instrumen rumahan ke sensor tekanan instrumen.

Kebanyakan segel kimiawi mengizinkan pelepasan

dan penggantian instrumen pengukur tekanan. Beberapa

seal memungkinkan pelepasan housing atas dan diafragma

seal, sedangkan housing bawah tetap terpasang ke koneksi

proses. Aplikasi berbahaya biasanya menggunakan jenis

seal ini, yang disebut seal tugas kontinu.

202

Gambar 66. Diaphragm Seal

Jenis Segel Lainnya

Jenis segel kimia lainnya adalah segel volumetrik. Jenis

segel ini terdiri dari anggota fleksibel, rumahan, dan fluida

pengisi. Anggota fleksibel dapat berupa bellow, tabung

Bourdon, atau diafragma. Contoh segel volumetrik adalah

segel diafragma yang diperpanjang. Segel diafragma yang

diperpanjang menonjol ke dalam bejana proses. Diafragma

yang diperpanjang meminimalkan area di mana cairan

proses dapat menumpuk terhadap diafragma dan

menyebabkan kesalahan pengukuran.

203

Pressure Transmitter Segel Jarak Jauh

Kunci untuk memahami Pressure Transmitter segel jarak

jauh adalah bahwa itu harus dianggap sebagai sistem

pengukuran. Artinya, sistem pengukuran dipengaruhi oleh

interaksi beberapa faktor, seperti ukuran diafragma, jenis

fluida pengisi, panjang dan diameter kapiler, serta variasi

suhu. Faktor-faktor tersebut, seperti faktor-faktor yang

mempengaruhi dalam sistem apa pun, bersifat kompleks

dan saling bergantung.

Gambar 67. Contoh Remote Seal Transmitter

Pressure Transmitter segel jarak jauh memiliki

badan yang sama dengan Pressure Transmitter standar,

204

tetapi sering dianggap sebagai jenis Pressure Transmitter

yang terpisah. Pressure Transmitter diferensial segel jarak

jauh (Gambar 67) terdiri dari badan pemancar yang

memiliki sensor tekanan diferensial dan dua elemen segel

diafragma. Kapiler menghubungkan setiap elemen segel ke

badan pemancar. Kapiler dapat dilapisi pelindung untuk

perlindungan fisik dan untuk mencegah korosi. Elemen

segel, kapiler, dan badan pemancar diisi dengan cairan

seperti silikon, air dan glikol, fluorolube, atau cairan lain

yang dibutuhkan secara khusus.

Meskipun badan pemancar serupa dengan badan

Pressure Transmitter, pabrik mungkin telah memodifikasi

badan pemancar untuk meminimalkan volume fluida

pengisi. Volume diminimalkan untuk mengimbangi

kesalahan ekspansi dan kontraksi fluida yang disebabkan

oleh perubahan suhu. Segel jarak jauh menjadi lebih

populer di industri sebagai solusi sederhana, daripada kaki

dengan cairan pengisi yang dapat bervariasi.

Elemen penyegelan terdiri dari diafragma logam

tipis dengan lilitan. Kapiler menghubungkan rongga di

bawah diafragma ke salah satu sambungan tekanan port

205

masuk dari Pressure Transmitter segel jarak jauh.

Perhatikan bahwa ada tiga area fluida pengisi dalam

Pressure Transmitter diferensial segel jarak jauh - kapiler,

ruang pemancar itu sendiri, dan rongga yang terbentuk

antara diafragma dan flange. Produsen mencoba untuk

menjaga volume total fluida pengisi sekecil mungkin untuk

meminimalkan efek pada kecepatan respons pemancar.

Gambar 68. Tipe Remote Seal

Jenis Segel Jarak Jauh - Segel jarak jauh tersedia

dalam berbagai gaya (Gambar 68). Kisaran tekanan yang

206

akan diukur dan koneksi proses yang diperlukan untuk

pemasangan membantu menentukan jenis segel yang akan

digunakan. Gaya meliputi jenis berikut - pancake, extended

diaphragm, saddle, flush flanged, chemical tee.

Pertimbangan Ukuran Diafragma - Umumnya

ukuran diafragma yang dipilih harus menghasilkan

diafragma yang cukup fleksibel untuk mengukur rentang

yang diinginkan sekaligus memiliki respons minimal

terhadap perubahan volume fluida pengisi yang disebabkan

oleh suhu. Misalnya, diafragma berdiameter kecil tidak

digunakan dengan rentang tekanan yang sangat kecil.

Fleksibilitas diafragma ditentukan oleh kecepatan

pegasnya; diafragma fleksibel memiliki nilai kecepatan

pegas yang lebih rendah.

Respon dari sistem fluida terisi berubah karena

perubahan volume yang disebabkan oleh suhu. Jika suhu

menurun, tekanan internal berkurang dengan jumlah yang

sesuai. Jumlah perubahan tekanan dalam sistem terisi

diberikan oleh

ΔP = V e ΔT / C

Dimana,

207

ΔP = perubahan tekanan, inci kolom air (masuk w.c.)

gauge

V = volume cairan yang terkena perubahan suhu, in.3

e = koefisien muai panas volumetrik cairan, in.3/in.3 oF

ΔT = perubahan suhu diterapkan pada cairan, °F

C = kepatuhan diafragma segel, in.3/in. w.c.

Responnya tergantung pada apa yang disebut

kepatuhan diafragma seal. Perubahan suhu - ambien dan

proses terkait - menyebabkan volume fluida dalam sistem

yang terisi berubah. Perhatikan bahwa satu-satunya

elemen yang dapat bergerak di dalam sistem adalah

diafragma seal. Hubungan antara perubahan volume yang

diterapkan pada diafragma dan perubahan tekanan yang

sesuai disebut kepatuhan. Kesesuaiannya sering

ditampilkan sebagai kurva grafik (Gambar 69), yang

menggambarkan perbedaan tekanan di seluruh diafragma

terhadap volume yang dibatasi oleh diafragma.

Isi Cairan - Produsen rakitan segel jarak jauh

menawarkan Silicone DC 200, CTFE, dan Silicone DC 704.

DC704 dapat digunakan dalam suhu proses dari 30 hingga

450 ° F, DC 200 dari -40 hingga 350 ° F, dan CTFE dari -5

208

hingga 300 ° F. DC 200 memiliki konstanta waktu tercepat

0,2 detik. untuk kapiler 10 kaki pada suhu 85 ° C.

Gambar 69. Contoh Diaphragm Compliance Curve

Isi Cairan - Berbagai jenis cairan pengisi dapat

digunakan dalam sistem segel jarak jauh. Pilihan cairan

pengisi termasuk minyak instrumen, berbagai tingkat

silikon, Fluorolube, dan halokarbon. Pertimbangan utama

saat mengevaluasi fluida pengisi adalah fluida tidak

bereaksi secara kimiawi dengan proses dan bahan lain.

Selain itu, fluida pengisi dievaluasi sebagai berikut:

• Kompresibilitas - Cairan pengisi harus tidak dapat

dimampatkan sehingga defleksi diafragma segel

209

jarak jauh harus menggerakkan cairan segel.

Misalnya, jika cairan segel adalah udara, maka

udara akan memampatkan dan memberikan lebih

sedikit tekanan terhadap diafragma pemancar,

sehingga menghasilkan kinerja yang kurang dari

yang diinginkan.

• Viskositas - Cairan segel harus memiliki viskositas

rendah karena kecepatan respons dipengaruhi oleh

viskositas fluida pengisi. Semakin tinggi

viskositasnya, semakin lambat responsnya.

• Kisaran suhu - Cairan pengisi harus tetap cair di atas

kisaran suhu.

• Kelambanan kimiawi - Cairan pengisi harus non-

reaktif dengan komponen pemancar dan pipa

kapiler.

• Koefisien muai panas - Idealnya, volume fluida

pengisi harus tetap konstan seiring perubahan

suhu; yaitu, ekspansi termal rendah.

• Densitas - Waktu respons lebih lama untuk cairan

yang lebih padat.

210

• Tekanan uap - Pengukuran tekanan vakum harus

menggunakan cairan pengisi dengan tekanan uap

rendah untuk mencegah diafragma menggembung.

Pertimbangan kapiler termasuk meninjau panjang

kapiler dan ukuran lubang kapiler (diameter).

• Panjang - Panjang kapiler biasanya ditentukan

sebelumnya oleh persyaratan pemasangan.

• Ukuran lubang - Ukuran lubang kapiler terkadang

memerlukan pengorbanan teknis. Ukuran lubang

kecil meminimalkan efek suhu. Ukuran lubang yang

besar meminimalkan efek pada waktu respons.

(Catatan: Vendor hanya dapat menawarkan satu

ukuran kapiler.)

7.2. Karakteristik Segel Jarak Jauh

Karakteristik segel jarak jauh yang dievaluasi meliputi:

• Efek suhu

• Waktu merespon

• Nol dan penyesuaian rentang

• Akurasi

211

Pengaruh Suhu

Ketika temperatur berubah, fluida pengisi akan

mengembang atau berkontraksi berdasarkan sifat fisiknya.

Saat suhu meningkat, volume fluida pengisi meningkat.

Perubahan sifat fluida pengisi berarti bahwa tekanan

internal berubah, dan berpotensi menghasilkan pergeseran

nol atau kesalahan pengukuran.

Waktu merespon

Waktu respons sistem pengukuran tekanan seal jarak jauh

bergantung pada empat faktor:

• Volume fluida pengisi berubah yang direspons oleh

Pressure Transmitter.

• Panjang kapiler total. Waktu respons berbanding

lurus dengan panjang kapiler.

• Diameter kapiler. Waktu respon berbanding

terbalik dengan kekuatan keempat diameter

kapiler.

• Viskositas fluida pengisi. Suhu rata-rata yang ada di

sepanjang kapiler mempengaruhi kecepatan

respon.

212

Zero dan Span Adjustment

Setelah pemancar dipasang, penyesuaian nol pemancar

dilakukan untuk menghilangkan pergeseran nol.

Akurasi

Kesalahan sistem segel dapat diperkirakan menggunakan

hubungan berikut:

• VT = (VCAV) + (VCAP) + (VSEAL)

• Error = [(VT) (SR) (100)] / PS

Dimana,

VT = perubahan volume fill fluida total

VCAV = perubahan volume fill fluida di rongga

VCAP = perubahan volume fill fluida di kapiler

VSEAL = perubahan volume fill fluida di diafragma segel

SR = laju pegas diafragma

PS = rentang tekanan terkalibrasi dalam psi atau inci

H2O

Catatan: Perhitungan hanya menunjukkan kesalahan untuk

sistem segel. Ini dapat ditambahkan ke kesalahan pemancar

untuk mendapatkan total kemungkinan kesalahan (TPE).

213

Referensi Tambahan

Referensi tambahan untuk evaluasi seal bisa dilihat di

Gambar 70.

Gambar 70. Referansi Evaluasi Seal

214

DAFTAR PUSTAKA

Arnau, A. (Ed.). (2004). Piezoelectric transducers and

applications (Vol. 2004). Heidelberg: Springer.

Bera, S. C., Mandal, N., & Sarkar, R. (2010). Study of a

pressure transmitter using an improved inductance

bridge network and bourdon tube as

transducer. IEEE Transactions on Instrumentation

and Measurement, 60(4), 1453-1460.

Cheatle, K. (2006). Fundamentals of test measurement

instrumentation. ISA--Instrumentation, Systems,

and Automation Society.

Gautschi, G. (2002). Piezoelectric sensors. In Piezoelectric

Sensorics (pp. 73-91). Springer, Berlin, Heidelberg.

Hashemian, H. M., & Jiang, J. (2009). Pressure transmitter

accuracy. ISA transactions, 48(4), 383-388.

Hay, A. D., Maron, R. J., Dunphy, J. R., & Pruett, P. E.

(1999). U.S. Patent No. 5,877,426. Washington, DC:

U.S. Patent and Trademark Office.

Hollender, M. (2010). Collaborative process automation

systems. ISA.

215

Kuphaldt, T. R. (2008). Lessons in industrial instrumentation.

Creative Commons Attribution/PAControl. com.

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

Volume Two: Process Control and Optimization (Vol.

2). CRC press.

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

Volume One: Process Measurement and

Analysis (Vol. 1). CRC press.

Li, P. Y., Sheybani, R., Gutierrez, C. A., Kuo, J. T., & Meng, E.

(2009). A parylene bellows electrochemical

actuator. Journal of Microelectromechanical

Systems, 19(1), 215-228.

Whitt, M. D. (2006). Successful Instrumentation and Control

Systems Design, (with CD). ISA.

Shapiro, Y., Wolf, A., & Gabor, K. (2011). Bi-bellows:

Pneumatic bending actuator. Sensors and Actuators

A: Physical, 167(2), 484-494.

216

TENTANG PENULIS

Fitri Rahmah menyelesaikan program

Sarjana dan Magister di Jurusan Teknik Fisika

Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)

Surabaya pada tahun 2013 dan 2015.

Program Magister ditempuh dengan

bantuan Beasiswa Pendidikan Pascasarjana Dalam Negeri

(BPP-DN) Calon Dosen. Sejak Desember 2015 hingga

sekarang aktif menjadi dosen di Program Studi Teknik Fisika

Universitas Nasional Jakarta.

Tentang Penulis

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

desain instrumentasi industri: pengukuran tekanan

Documents