elemen-elemen sistem instrumentasi2

51
Elemen-elemen Sistem Instrumentasi

Upload: amalinn

Post on 20-Jan-2016

104 views

Category:

Documents


7 download

TRANSCRIPT

Page 1: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

Elemen-elemen Sistem

Instrumentasi

Page 2: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

• Terdapat sejumlah bentuk peranti tekanan diferensial yang bekerja berdasarkan persamaan A2V2 = A1V1 dan melibatkan batasan-batasan ukuran tetap.

• Contoh: tabung venturi, nosel, tabung Dall, pelat orifice, dan rotameter.

2.5.1 Metode Tekanan Diferensial

Page 3: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

Tabung venturi• Instrumen ini dapat digunakan untuk cairan-

cairan yang mengandung partikel, mudah digunakan, mampu mencapai tingkat akurasi ±0.5%, mempunyai reliabilitas jangka panjang, tetapi agak mahal dan memiliki relasi antara tekanan dan laju volume aliran yang non-linear.

Page 4: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

Nosel• Nosel venturi dan nosel aliran• Nosel venturi: sebuah tabung venturi dengan

masukan yang diperpendek.• Nosel aliran memiliki masukan yang lebih

pendek dari nosel venturi.• Nosel mempunyai akurasi sekitar ±0.5 %, relasi

non-linear antara tekanan dan laju volume alirannya.

Page 5: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

Tabung Dall• Dapat menghasilkan tekanan diferensial yang

lebih tinggi serta jatuhnya tekanan yang lebih kecil.

• Tabung dall hanya memiliki panjang sekitar dua kali diameter pipa dan sering kali digunakan ketika ruang yang tersedia tidak memungkinkan penggunaan tabung venturi.

Page 6: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

Pelat Orifice• Efek dari pemberian pelat ini adalah

mempersempit aliran ke bukaan pelat orifice dan saluran aliran ke bagian hilir pelat orifice yang lebih sempit lagi.

• Instrumen ini sederhana, andal, menghasilkan selisih tekanan yang lebih besar dari pada tabung venture dan lebih murah.

Page 7: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

Rotameter• Memiliki pelampung di dalam tabung vertikal

meruncing di mana aliran fluida nantinya mendorong pelampung ke atas.

• Karena celah antara pelampung dan dinding tabung melebar seiring dengan pergerakan pelampung ke atas, maka jatuhnya tekanan akan berkurang.

• Pelampung akan terus bergerak ke atas sampai tekanan fluida cukup untuk menyeimbangkan bobot pelampung

Page 8: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

Tabung Pitot• Digunakan untuk mengukur secara langsung

kecepatan aliran fluida dan bukan laju volume aliran.

• Fluida yang menabrak ujung tabung yang terbuka akan ditenangkan dan selisih tekanan diukur diantara titik ini dan tekanan fluida pada aliran penuh.

• Selisih antara tekanan di mana fluida berada dalam kondisi aliran penuh dan titik dimana fluida terhenti disebabkan oleh enegi kinetik fluida yang diubah menjadi energi potensial, hal ini tampak sebagai peningkatan tekanan.

Page 9: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

• Turbin meter terdiri dari rotor bayak bilah (multi-blade) yang ditopang pada titik tengahnya oleh pipa di sepanjang terjadinya aliran.

• Rotor berputar akibat aliran fluida, kecepatan sudut kira-kira berbanding lurus dengan laju aliran. Laju revolusi rotor dapat ditentukan dengan menempelkan sebuah magnet permanen kecil pada salah satu bilah turbin serta sebuah kumparan.

• Sebuah pulsa g.g.l induksi akan dibangkitkan pada kumparan setiap kali magnet melewatinya. Pulsa-pulsa ini selanjutnya dihitung sehingga banyaknya revolusi rotor dapat ditentukan.

2.5.2 Turbin Meter

Page 10: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2
Page 11: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

• Gelombang ultrasonik dapat digunakan untuk menentukan laju aliran fluida.

• Pengukuran waktu dapat digunakan untuk menentukan kecepatan aliran.

• Akurasi ±1% dari nilai aliran. Error non-linearitas ±1% dari nilai aliran.

• Selisih kedua waktu:∆t = (2Lv cos θ)/(c²+ v cos²θ) ≈ (2Lv cos θ)/ c²

2.5.3 Ultrasonik Meter

Page 12: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

• Benda streamline: Lapisan-lapisan batas mengikuti kontur benda sehingga secara virtual bertemu kembali pada bagian belakang obyek sehingga menghasilkan pergolakan fluida yang sangat kecil.

• Benda non-streamline: Lapisan-lapisan batas akan lepas lebih awal dari benda sehingga pergolakan fluida yang dihasilkan akan lebih besar.

2.5.4 Metode Laju Aliran Gelembung

Page 13: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

• Gaya coriolis yang dihasilkan pada fluida di kedua lengannya akan saling berlawanan dan mengakibatkan lengan-lengan tabung C bergeser.

• Pergeseran ini berbanding lurus dengan laju aliran massa fluida yang melewati tabung.

2.5.5 Coriolis Meter

Page 14: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

Metode-metode pengukuran level zat cair:1. Pelampung2. Alat ukur pemindah3. Tekanan yang berbeda4. Load cell5. Indikator ketinggian konduktivitas listrik6. Indikator ketinggian kapasitif7. Alat ukur ketinggian ultrasonik8. Indikator ketinggian nukleonik

2.6 Ketinggian Cairan

Page 15: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

• Perubahan level cairan akan mengakibatkan pelampung bergerak yang kemudian akan menggerakkan penggeser di sepanjang jalur resistansi potensiometer, sehingga diperoleh keluaran beda potensial yang berkaitan dengan tinggi cairan.

2.6.1 Pelampung

Page 16: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

• Perubahan obyek yang berada di bawah permukaan cairan akan menghasilkan perubahan gaya dorong ke atas.

• Gaya resultan yang bekerja pada obyek tersebut dengan demikian akan sama dengan berat obyek dikurangi dengan gaya dorong ke atas, dan oleh karena itu bergantung pada kedalaman perendaman obyek.

2.6.2 Alat Ukur Pemindah

Page 17: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

• Tekanan yang disebabkan oleh ketinggia cairan h di atas suatu level tertentu adalah p.g.h.

• Dengan sebuah tangki di mana cairannya menghadap terbuka ke atmosfer, selisih tekanan diukur di antara sebuah titik di dekat dasar tangki dan atmosfer.

• Sehingga, hasilnya akan berbanding lurus dengan ketinggian cairan di atas titik pengukuran tekanan.

2.6.3 Tekanan yang Berbeda

Page 18: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

• Sebuah load cell terdiri dari sebuah silinder strain gauge yang sekaligus merupakan penopang tangki cairan.

• Ketika ketinggian cairan berubah, berat tangki akan berubah sehingga beban pada load cell juga berubah dan resistansi strain gauge pun berubah.

• Jadi, perubahan resistansi strain gauge merupakan ukuran dari ketinggian cairan.

• Karena load cell terisolasi dari cairan, maka metode ini berguna untuk aplikasi cairan-cairan korosif.

2.6.4 Load Cell

Page 19: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

• Apabila cairan kurang dari tinggi yang dinginkan, maka resistansi antara kedua probe bernilai tinggi karena lintasan listrikal diantara keduanya adalah udara.

• Jika ketinggian cairan mencapai ketinggian kritisnya, maka terdapat lintasan listrik yang seluruhnya berada di dalam cairan sehingga konduktivitasnya turun.

• Efek busa, percikan , dan turbulensi dapat mempengaruhi hasil pengukuran instrumen ini.

2.6.5 Indikator Ketinggian Konduktivitas Listrik

Page 20: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

Aplikasi• Sebuah IC LM1830N dapat digunakan untuk

keperluan pemrosesan sinyal probe konduktivitas sehingga diperoleh keluaran yang dapat digunakan untuk mengaktivasi sebuah pengeras suara atau LED. Rangkaiannya membandingkan resistansi cairan dengan resistansi internal IC yang menjadi acuan.

Page 21: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

• Susunan instrumen ini terdiri dari dua buah kapasitor sejajar, di mana satu diantaranya terbentuk dari pelat-pelat yang berada di dalam cairan, sedangkan satu kapasitor lainnya terbentuk dari bagian pelat-pelat yang berada di udara di atas cairan.

• Error dapat terjadi akibat dari perubahan temperatur dan saat cairan berkurang tetapi elektroda kapasitor masih tetap terselimuti cairan.

2.6.6 Indikator Ketinggian Kapasitif

Page 22: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

• Pulsa-pulsa ultrasonik dihasilkan, bergerak turun ke permukaan cairan, dan kemudian dipantulkan kembali ke penerima.

• Waktu yang diperlukan dari proses emisi sampai penerimaan pulsa-pulsa dapat digunakan sebagai ukuran posisi permukaan cairan.

• Error dapat terjadi karena perubahan temperatur.

2.6.7 Alat Ukur Ketinggian Ultrasonik

Page 23: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

• Salah satu bentuk indikator level ini menggunakan radiasi gamma dari sebuah bahan radioaktif, biasanya Cobalt-60, Caesium-137 atau Radium-226.

• Sebuah detektor ditempatkan pada salah satu sisi wadah, sedangkan sumber radioaktif ditempatkan pada sisi lainnya.

• Metode ini dapat digunakan untuk pengukuran ketinggian cairan, lumpur, dan padatan.

• Karena tidak ada elemen sistem yang berada di dalam cairan, maka metode ini cocok digunakan pada pengukuran cairan korosif dengan temperatur tinggi.

2.6.8 Indikator Ketinggian Nukleonik

Page 24: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2
Page 25: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

• Terdiri dari dua buah lempeng logam yang berbeda dengan panjang yang sama yang saling dilekatkan.

• Logam-logam ini mempunyai koefisien ekspansi yang berbeda, maka ketika temperatur bertambah, lempeng komposit akan membengkok menjadi sebuah lempeng lengkung dengan logam berkoefisien lebih tinggi berada disisi luar lengkungan.

• Jika salah satu ujung lempeng dipasang tetap, maka sejauh mana ujung bebas lempeng bimetal bergerak merupakan ukuran perubahan dari temperatur yang terjadi.

2.7.1 Lempengan Bimetal2.7 Sensor Temperatur

Page 26: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

• Cairan dalam termometer gelas melibatkan cairan yang mengembang di dalam sebuah pipa kapiler.

• Ketinggian hingga cairan ini mengembang merupakan ukuran temperaturnya.

• Termometer semacam ini dapat dibaca langsung, mudah pecah, memiliki tingkat akurasi yang cukup baik di bawah kondisi operasi standar, bereaksi cukup lambat terhadap perubahan temperatur, serta murah.

2.7.2 Cairan dalam Termometer Gelas

Page 27: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

• Resistansi dari hampir seluruh jenis logam akan bertambah secara linear terhadap temperatur. Dapat dipresentasikan oleh persamaan:

R = R₀(1+αt)• RTD pada dasarnya merupakan elemen resistif dalam

bentuk kumparan kawat logam, misalnya platinum, nikel atau tembaga

• Detektor platinum mempunyai linearitas tinggi, repeatability yang baik, stabilitas jangka panjang yang tinggi, dapat menghasilkan akurasi ±0.5 % atau lebih baik.

2.7.3 Detektor Temperatur Resistansi

(RTD), resistance temperature detector

Page 28: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

• Termistor adalah sebuah sensor temperatur semikonduktor yang terbuat dari campuran oksida logam, misalnya kromium, kobalt, besi, mangan, dan nikel.

• Resistansi termistor akan berkurang secara nonlinear seiring dengan bertambahnya temperatur.

• Termistor memiliki ukuran yang kecil karenanya memiliki kapasitas termal yang yang kecil sehingga bereaksi sangat cepat terhadap perubahan temperatur.

• Kekurangan utama adalah sifatnya yang nonlinear.

2.7.4 Termistor

Page 29: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

• Apabila dua buah logam yang berbeda digabungkan, maka akan muncul beda potensial pada sambungan logam-logam tersebut.

• Besarnya beda potensial bergantung pada kedua jenis logam yang digunakan dan temperatur sambungan.

• Jika kedua sambungan logam berada pada temperatur yang sama, maka beda potensial di antara keduanya akan saling meniadakan dan tidak ada resultan g.g.l. begitu juga sebaliknya.

2.7.5 Termokopel

Page 30: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

• Ketika temperatur dari suatu bahan semikonduktor yang ditambahkan dengan zat tak murni (doped semiconductor) berubah, maka mobilitas pembawa muatannya berubah.

• Akibatnya, apabila sebuah sambungan p-n memiliki beda potensial, maka arus yang mengalir melewati sambungan merupakan fungsi dari temperatur.

• Sensor temperatur IC yang menggunakan transistor adalah LM35. sensor ini memberikan keluaran yang merupakan fungsi linear temperatur, 10mV/°C apabila dicatu dengan tegangan 5 V.

2.7.6 Termodioda dan Transistor

Page 31: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

Metode-metode pengukuran temperatur yang melibatkan radiasi yang diemisikan oleh suatu benda meliputi:

1. Pirometer optik (disappering filament pyrometer)berdasarkan pembandingan tingkat kecerahan cahaya yang diemisikan oleh sebuah benda ‘panas’ dengan standar yang telah diketahui.

2. Pirometer Radiasi Totalmengukur jumlah total radiasi yang diemisikan oleh suatu benda panas melalui sebuah elemen resistansi atau termofil (rangkaian beberapa termokopel).

2.7.7 Pirometer

Page 32: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2
Page 33: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

Derau• Adalah sinyal yang tak diinginkan yang dapat diambil

oleh suatu sistem pengukuran dan bersifat menginterferensi sinyal yang diukur ada dua tipe dasar derau:

• Interferensi, diakibatkan oleh interaksi antara medan listrk dan magnetik eksternal dengan rangakaian sistem pengukuran, misalnya rangakaian mendapat interferensi dari rangakaian daya utama di dekatnya

• Derau acak, diakibatkan oleh pergerakan acak elektron dan pembawa muatan yang lain di dalam komponen dan dtentukan oleh sifat sifat fisika dasar dar komponen komponen di dalam sistem.

Page 34: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

Jenis interferensi• Kopling induktif, akibat dari induksi elektromagnetik

pada konduktor konduktor sistem pengukuran• Kopling kapasitif, dipengaruhi muatan muatan

antara kabel daya dan konduktor serta antara konduktor dan pertanahan yang dapat menghasilkan interferensi dalam sistem pengukuran

• Pertanahan berganda, jika sistem pengukuran memiliki lebih dari sebua hubungan ke pertanahan, maka kemungkinan akan muncul masalah karena ada potensial antara titik titik pertanahan

Page 35: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

Metode untuk mengurangi efek interferensi

• Pasangan kawat terpilin, arah dari ggl pada satu loop akan berlawanan dengan arah ggl pada loop berikutnya, sehingga akan saling meniadakan

• Tabir elektrostatik, kabel koaksial dapat memberi efek pentabiran hubungan antar elemen sistem, tetapi kabel harus ditanahkan pada satu titik

• Pertanahan tunggal• Penguat diferensial, memperkuat selisih antara dua

sinyal• Filter, berfungsi mentansmisi sinyal penukuran tetapi

menolak sinyal sinyal interferensi.

Page 36: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2
Page 37: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

Sensor Cerdas• Sebuah sensor yang dilengkapi dengan

mikroprosessor yang memilik berbagai fungsi seperti kompensasi error acak, kalkulasi otomatis akurasi pengukuran, kalibrasi mandiri otomatis, penyesuaian non linearitas untuk menghasilka keluaran linear dan diagnosis error mandiriSensor cerdas memiliki kemampuan untuk ‘berbicara’, ‘mendengarkan’, dan berinteraksi dengan data.

Page 38: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

Elemen-elemen Penampil Data

• Indikator adalah sebuah penampil data analog, terdiri dari sebuah jarum penunjuk yang bergerak sepanjang skala tertentu. Bentuk dasarnya adalah mikroampermeter dc dengan resistansi paralel, pengali dan penyearah digunakan untuk mengonversikan rentang pengukuran arus searah dan bolak balik serta tegangan searah dan bolak balik

Page 39: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

• Penampil iluminatif, umumnya menggunakan LED dan LCD. Penampil alfanumerik digunakan untuk unit penampil yang dapat menampilkan huruf alfabet dan angka, dua tipe yng umum adalah penampil segmen dan dot matriks.LCD tidak menghasilkan cahaya sendiri melainkan menggunakan cahaya yang dipantulkan dan disusun dalam segmen segmenTabung sinar katoda, terdiri dari sebuah senapan elektron yang menghasilkan berkas elektron terpusat serta sistem defleksi. Berkas elektron dalam tabung sianr katoda di belokkan atau didefleksikan pada sumbu Y oleh beda potensial antara pelat pelat defleksi Y seta pada sumbu X oleh beda potensial yang di kenakan di antara pelat pelat defleksi X. osiloskop sinar katoda merupakan instrumen pengukur tegangan yang menggunakan sebuah tabung sinar katoda

Page 40: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2
Page 41: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

Perekam• Perekam tipe galvanometrik bekerja atas dasar prinsip

yang samadengan pergerakan alat ukur kumparan putar, yang mengakibatkan rotasi kumparan serta pergerakan sebuah pena pada sebuah kertas grafik

• Perekam galvanometrik ultraviolet, pada dasrnya bekerja dengan prinsip yang sama tetapi menggunakan cermin yang di tempelkan pada suspensi , ketika kumparan berputar, suspensi akan terpilin dan cermin ikut berputar sehingga menggerakan berkas cahaya

Page 42: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2
Page 43: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

• Printer dot matriks, memiliki print head 9 atau 24 pin dalam baris vertikal. Setiap pin dikendalikan oleh sebuah elektromagnet yang dinyalakan, pin akan tertekan ke pita karbon sehingga menghasilkan sebuah titik tinta kecil pada kertas di belakang karbon.

• Printer ink jet, menggunakan tinta konduktif yang disemprotkan melalui nosel kecil untuk menghasilkan semburan tetesan tinta dengan diameter yang sangat kecil dan konstan sehingga dapat menghasilkanfrekuensi yang konstan

Page 44: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2
Page 45: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

• Printer laser, menggunakan tabung fotosensitif yang dilapisi bahan selenium yang bersifat sensitif terhadap cahaya , selenium mempunyai resistansi yang tinggi dan akan dimuati oleh muatan listrik jika berdekatan dengan kawat muatan, dengan mengendalikan tingkat kecerahan cahaya titik-titik pada drum dapat dipertahankan agar tetap bermuatan atau justru melepaskan muatannya, maka bagian yang bermuatan akan menarik partikel partikel toner dan menghasilkan pola pada drum, kertas bermuatan dilewatkan dan sebuah roller panas berfungsi melelehkan partikel toner yang menempel pada kertas.

Page 46: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2
Page 47: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

• Perekam magnetik , prinsip kerjanya yaitu data disimpan dalam sebuah lapisan bahan magnetik tipis sebagai urutan area area yag memiliki kemagnetan berbeda. Bahan magnetik itu dapat berwujud pita atau piringan magnetik, misalnya hard disk atau floppy disk.

Page 48: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

Keluaran sensor:a. Perpindahan/pergeseranb. Resistansic. Tegangand. Kapasitansi

1. Sebuah termokopel yang masukannya adalah perubahan temperatur.

3. Sebuah sel tekanan diafragma yang memiliki masukan berupa perubahan beda tekanan di antara kedua sisi diafragma.

5. Strain gauge yang masukannya adalah perubahan panjang.

Soal Latihan

Page 49: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

• Sebuah sensor menghasilkan keluaran analog maksimum sebesar 5 V. Panjang bilangan yang di perlukan konverter analog ke digital jika resolusinya sebesar 10 mV.

• A. 500 bit• B. 250 bit• C. 9 bit• D. 6 bit

Page 50: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

• Tipe elemen prosesor sinyal apakah yang dapat digunakan untuk keperluan:

• A. Mengubah masukan berupa perubahan resistansi menjadi sinyal tegangan

• B. Mengubah masukan berupa sebuah sinyal tegangan analog menjadi sinyal digital

Page 51: Elemen-Elemen Sistem Instrumentasi2

T E R I M A K A S I H