TUGAS INSTRUMENSTASI DAN KONTROL

Termokopel adalah sensor suhu yang banyak digunakan untuk mengubah perbedaan suhu dalam benda menjadi perubahan tegangan listrik (voltase). Termokopel yang sederhana dapat dipasang, dan memiliki jenis konektor standar yang sama, serta dapat mengukur temperatur dalam jangkauan suhu yang cukup antara -200oC sampai 1800oC dengan batas kesalahan pengukuran kurang dari 1 °C.

Prinsip kerja termokopel secara sederhana berupa dua buah kabel dari jenis logam yang berbeda ujungnya, hanya ujungnya saja, disatukan (dilas). Titik penyatuan ini disebut hot junction. Prinsip kerjanya memanfaatkan karakteristik hubungan antara tegangan (volt) dengan temperatur. Setiap jenis logam, pada temperatur tertentu memiliki tegangan tertentu pula. Pada temperatur yang sama, logam A memiliki tegangan yang berbeda dengan logam B, terjadilah perbedaan tegangan (kecil sekali, miliVolt) yang dapat dideteksi.

Jika sebuah batang logam dipanaskan pada salah satu ujungnya maka pada ujung tersebut elektron-elektron dalam logam akan bergerak semakin aktif dan akan menempati ruang yang semakin luas, elektron-elektron saling desak dan bergerak ke arah ujung batang yang tidak dipanaskan. Dengan demikian pada ujung batang yang dipanaskan akan terjadi muatan positif.

Kerapatan electron untuk setiap bahan logam berbeda tergantung dari jenis logam. Jika dua batang logam disatukan salah satu ujungnya, dan kemudian dipanaskan, maka elektron dari batang logam yang memiliki kepadatan tinggi akan bergerak ke batang yang kepadatan elektronnya rendah, dengan demikian terjadilah perbedaan tegangan diantara ujung kedua batang logam yang tidak disatukan atau dipanaskan. Besarnya termolistrik atau gem ( gaya electromagnet ) mengalir dari titik hot-juction ke cold-junction atau sebaliknya. Setelah terdeteksi perbedaan tegangan (volt). Beda tegangan ini linear dengan perubahan arus, sehingga nilai arus ini bisa dikonversi kedalam bentuk tampilan display. Sebelum dikonversi, nilai arus di komparasi dengan nilai acuan dan nilai offset di bagian komparator, fungsinya untuk menerjemahkan setiap satuan amper ke dalam satuan volt kemudian dijadikan besaran temperatur yang ditampilkan melalui layar/monitor berupa seven segmen yang menunjukkan temperatur yang dideteksi oleh termokopel.Tugas diserahkan pada tanggal 17 januari 2012 pada waktu ujian semester

1. Searching diinternet atau sumber pustaka tentang pengukuran suhu sistem pada suhu sangat tinggi (1000 - 3000° C ).

a. Alat yang digunakan

2. Cara mengukurnya3. Hambatan dalam mengukur4. Ketelitian pengukuran dsb

Jawab

1. Termokopel

Termokopel paling cocok digunakan untuk mengukur rentangan suhu yang luas, hingga 2300°C. Sebaliknya, kurang cocok untuk pengukuran dimana perbedaan suhu yang kecil harus diukur dengan akurasi tingkat tinggi, contohnya rentang suhu 0 - 100 °C dengan keakuratan 0.1 °C. Untuk aplikasi ini, Termistor dan RTD lebih cocok.

2. Cara mengukurnya

Pada dunia elektronika, termokopel adalah sensor suhu yang banyak digunakan untuk mengubah perbedaan suhu dalam benda menjadi perubahan tegangan listrik (voltase). Termokopel yang sederhana dapat dipasang, dan memiliki jenis konektor standar yang sama, serta dapat mengukur temperatur dalam jangkauan suhu yang cukup besar dengan batas kesalahan pengukuran kurang dari 1 °C.

Pada tahun 1821, seorang fisikawan Estonia bernama Thomas Johann Seebeck menemukan bahwa sebuah konduktor (semacam logam) yang diberi perbedaan panas secara gradien akan menghasilkan tegangan listrik. Hal ini disebut sebagai efek termoelektrik. Untuk mengukur perubahan panas ini gabungan dua macam konduktor sekaligus sering dipakai pada ujung benda panas yang diukur. Konduktor tambahan ini kemudian akan mengalami gradiasi suhu, dan mengalami perubahan tegangan secara berkebalikan dengan perbedaan temperatur benda. Menggunakan logam yang berbeda untuk melengkapi sirkuit akan menghasilkan tegangan yang berbeda, meninggalkan perbedaan kecil tegangan memungkinkan kita melakukan pengukuran, yang bertambah sesuai temperatur. Perbedaan ini umumnya berkisar antara 1 hingga 70 microvolt tiap derajad celcius untuk kisaran yang dihasilkan kombinasi logam modern. Beberapa kombinasi menjadi populer sebagai standar industri, dilihat dari biaya, ketersediaanya, kemudahan, titik lebur, kemampuan kimia, stabilitas, dan hasil. Sangat penting diingat bahwa termokopel mengukur perbedaan temperatur di antara 2 titik, bukan temperatur absolut.

Pada banyak aplikasi, salah satu sambungan (sambungan yang dingin) dijaga sebagai temperatur referensi, sedang yang lain dihubungkan pada objek pengukuran. contoh, pada gambar di atas, hubungan dingin akan ditempatkan pada tembaga pada papan sirkuit. Sensor suhu yang lain akan mengukur suhu pada titik ini, sehingga suhu pada ujung benda yang diperiksa dapat dihitung. Termokopel dapat dihubungkan secara seri satu sama lain untuk membuat termopile, dimana tiap sambungan yang panas diarahkan ke suhu yang lebih tinggi dan semua sambungan dingin ke suhu yang lebih rendah. Dengan begitu, tegangan pada setiap termokopel menjadi naik, yang memungkinkan untuk digunakan pada tegangan yang lebih tinggi. Dengan adanya suhu tetapan pada sambungan dingin, yang berguna untuk pengukuran di laboratorium, secara sederhana termokopel tidak mudah dipakai untuk kebanyakan indikasi sambungan lansung dan instrumen kontrol. Mereka menambahkan sambungan dingin tiruan ke sirkuit mereka yaitu peralatan lain yang sensitif terhadap suhu (seperti termistor atau dioda) untuk mengukur suhu sambungan input pada peralatan, dengan tujuan khusus untuk mengurangi gradiasi suhu di antara ujung-ujungnya. Di sini, tegangan yang berasal dari hubungan dingin yang diketahui dapat disimulasikan, dan koreksi yang baik dapat

diaplikasikan. Hal ini dikenal dengan kompensasi hubungan dingin. Biasanya termokopel dihubungkan dengan alat indikasi oleh kawat yang disebut kabel ekstensi atau kompensasi. Tujuannya sudah jelas. Kabel ekstensi menggunakan kawat-kawat dengan jumlah yang sama dengan kondoktur yang dipakai pada Termokopel itu sendiri. Kabel-kabel ini lebih murah daripada kabel termokopel, walaupun tidak terlalu murah, dan biasanya diproduksi pada bentuk yang tepat untuk pengangkutan jarak jauh - umumnya sebagai kawat tertutup fleksibel atau kabel multi inti. Kabel-kabel ini biasanya memiliki spesifikasi untuk rentang suhu yang lebih besar dari kabel termokopel. Kabel ini direkomendasikan untuk keakuratan tinggi. Kabel kompensasi pada sisi lain, kurang presisi, tetapi murah. Mereka memakai perbedaan kecil, biasanya campuran material konduktor yang murah yang memiliki koefisien termoelektrik yang sama dengan termokopel (bekerja pada rentang suhu terbatas), dengan hasil yang tidak seakurat kabel ekstensi. Kombinasi ini menghasilkan output yang mirip dengan termokopel, tetapi operasi rentang suhu pada kabel kompensasi dibatasi untuk menjaga agar kesalahan yang diperoleh kecil. Kabel ekstensi atau kompensasi harus dipilih sesuai kebutuhan termokopel. Pemilihan ini menghasilkan tegangan yang proporsional terhadap beda suhu antara sambungan panas dan dingin, dan kutub harus dihubungkan dengan benar sehingga tegangan tambahan ditambahkan pada tegangan termokopel, menggantikan perbedaan suhu antara sambungan panas dan dingin.

3. Hambatan Dalam Mengukur

Hubungan Tegangan dan Suhu

Hubungan antara perbedaan suhu dengan tegangan yang dihasilkan termokopel bukan merupakan fungsi linier melainkan fungsi interpolasi polinomial Koefisien dan memiliki n antara 5 dan 9. Agar diperoleh hasil pengukuran yang akurat, persamaan biasanya diimplementasikan pada kontroler digital atau disimpan dalam sebuah tabel pengamatan. Beberapa peralatan yang lebih tua menggunakan filter analog.

4. Ketelitian Pengukuran

Tipe-Tipe Termokopel Tersedia beberapa jenis termokopel, tergantung aplikasi penggunaannya :

1. Tipe K (Chromel (Ni-Cr alloy) / Alumel (Ni-Al alloy))

Termokopel untuk tujuan umum. Lebih murah. Tersedia untuk rentang suhu −200 °C hingga +1200 °C.

2. Tipe E (Chromel / Constantan (Cu-Ni alloy))

Tipe E memiliki output yang besar (68 µV/°C) membuatnya cocok digunakan pada temperatur rendah. Properti lainnya tipe E adalah tipe non magnetik.

3. Tipe J (Iron / Constantan)

Rentangnya terbatas (−40 hingga +750 °C) membuatnya kurang populer dibanding tipe K

4. Tipe J memiliki sensitivitas sekitar ~52 µV/°C Tipe N (Nicrosil (Ni-Cr-Si alloy) / Nisil (Ni-Si alloy))

Stabil dan tahanan yang tinggi terhadap oksidasi membuat tipe N cocok untuk pengukuran suhu yang tinggi tanpa platinum. Dapat mengukur suhu di atas 1200 °C. Sensitifitasnya sekitar 39 µV/°C pada 900 °C, sedikit di bawah tipe K. Tipe N merupakan perbaikan tipe K Termokopel tipe B, R, dan S adalah termokopel logam mulia yang memiliki karakteristik yang hampir sama. Mereka adalah termokopel yang paling stabil, tetapi karena sensitifitasnya rendah (sekitar 10 µV/°C) mereka biasanya hanya digunakan untuk mengukur temperatur tinggi (>300 °C).

5. Type B (Platinum-Rhodium/Pt-Rh)

Cocok mengukur suhu di atas 1800 °C. Tipe B memberi output yang sama pada suhu 0 °C hingga 42 °C sehingga tidak dapat dipakai di bawah suhu 50 °C.

6. Type R (Platinum /Platinum with 7% Rhodium)

Cocok mengukur suhu di atas 1600 °C. sensitivitas rendah (10 µV/°C) dan biaya tinggi membuat mereka tidak cocok dipakai untuk tujuan umum.

7. Type S (Platinum /Platinum with 10% Rhodium)

Cocok mengukur suhu di atas 1600 °C. sensitivitas rendah (10 µV/°C) dan biaya tinggi membuat mereka tidak cocok dipakai untuk tujuan umum. Karena stabilitasnya yang tinggi Tipe S digunakan untuk standar pengukuran titik leleh emas (1064.43 °C).

8. Type T (Copper / Constantan)

Cocok untuk pengukuran antara −200 to 350 °C. Konduktor positif terbuat dari tembaga, dan yang negatif terbuat dari constantan. Sering dipakai sebagai alat pengukur alternatif sejak penelitian kawat tembaga. Type T memiliki sensitifitas ~43 µV/°C

Prinsip kerja termokopel

Prinsip kerja dari termokopel adalah, adanya perbedaan panas secara gradien akan menghasilkan tegangan listrik, hal ini disebut sebagai efek termoelektrik. Untuk mengukur perubahan panas ini gabungan dua macam konduktor sekaligus sering dipakai pada ujung benda panas yang diukur. Konduktor tambahan ini kemudian akan mengalami gradiasi suhu, dan mengalami perubahan tegangan secara berkebalikan dengan perbedaan temperatur benda. Menggunakan logam yang berbeda untuk melengkapi sirkuit akan menghasilkan tegangan yang berbeda, meninggalkan perbedaan kecil tegangan memungkinkan kita melakukan pengukuran, yang bertambah sesuai temperatur. Perbedaan ini umumnya berkisar antara 1 hingga 70 microvolt tiap derajad celcius untuk kisaran yang dihasilkan kombinasi logam modern. Beberapa kombinasi menjadi populer sebagai standar industri, dilihat dari biaya, ketersediaanya, kemudahan, titik lebur, kemampuan kimia, stabilitas, dan hasil. Sangat penting diingat bahwa termokopel mengukur perbedaan temperatur di antara 2 titik, bukan temperatur absolut.

Termokopel bekerja berdasarkan pembangkitan tenaga listrik pada titik sambung dua buah logam yang tidak sama (titik panas/titk ukur). Ujung lain dari logam tersebut sering disebut titik referensi (titik dingin) dimana temperaturnya konstan, seperti pada Gambar 2.1 : Gambar

Gambar 2.1 Rangkaian Dasar Termokopel

Umumnya, termokopel digunakan untuk mengukur temperatur berdasarkan perubahan temperatur menjadi sinyal listrik. Bila antara titik referensi dan titik ukur terdapat perbedaan temperatur, maka akan timbul GGL yang menyebabkan adanya arus pada rangkaian. Bila titik referensi ditutup dengan cara menghubungkannya dengan sebuah alat pencatat maka penunjukan alat ukur akan sebanding dengan selisih temperatur antara ujung panas (titik ukur) dan ujung dingin (titik referensi). Gambar

Pada Gambar 2.2 dapat dilihat bentuk fisik dari sebuah termokopel. Bagian luar termokopel berupa tabung logam pelindung yang berguna untuk menjaga kondisi termokopel agar tidak terpengaruh banyak oleh lingkungan dimana alat tersebut ditempatkan,

Fungsi Termokopel Termokopel pada proses ini berfungsi sebagai pendeteksi temperatur pada Holding furnace. Termokopel berupa tranducer yang mendeteksi temperatur pada dapur dan mengubahnya ke besaran listrik yaitu tegangan. Kemudian mengirim sinyal tersebut ke Thermocontroller menerima sinyal tersebut dalam besaran temperatur. Termokopel ini bekerja setiap waktu selama proses berjalan, untuk memberi tahu setiap perubahan ataupun kondisi temperatur pada Holding furnace.

Termokopel pada dasarnya adalah dua logam penghantar arus listrik dari bahan yang berbeda. Salah satu ujung-ujungnya dilas mati dan ujung yang satunya dibiarkan terbuka untuk sambungan ke lingkaran pengukuran. Sambungan yang di las mati disebut measuring junction sedangkan ujung yang satunya disebut reference junction. Seperti dapat kita lihat pada Gambar 2.3 sebagai berikut :

Gambar 2.3. Termokopel

Penggunaan Termokopel

Termokopel paling cocok digunakan untuk mengukur rentangan suhu yang luas, hingga 2300°C. Sebaliknya, kurang cocok untuk pengukuran dimana perbedaan suhu yang kecil harus diukur dengan akurasi tingkat tinggi, contohnya rentang suhu 0--100 °C dengan keakuratan 0.1 °C. Untuk aplikasi ini, Termistor dan RTD lebih cocok. Contoh Penggunaan Termokopel yang umum antara lain :

Industri besi dan baja Pengaman pada alat-alat pemanas Untuk termopile sensor radiasi Pembangkit listrik tenaga panas radioisotop, salah satu aplikasi

termopile.

Contoh error histerisis

Unjuk Kerja (Performansi) Sistem Pengukuran dan Elemen-Elemen Fungsionalnya (Part 2)

Error atau kesalahan adalah perbedaan antara nilai sebenarnya dengan nilai yang terukur dari besaran-besaran seperti: perpindahan, tekanan, suhu, dan lain-lain. Peralatan instrumentasi elektronik yan baik dirancang agar dapat membatasi kesalahan yang mungkin terjadi, yang tidak dapat dihindari dalam setiap proses pengukuran. Pembatasan kesalahan ini diarahkan kepada suatu nilai atau range yang ketelitiannya diperlukan di dalam analisa teknik atau pada suatu proses kontrol. Kesalahan-kesalahan pengukur dapat tejadi disebabkan oleh hal-hal sebagai berikut:

1. Akumulasi dari kesalahan-kesalahan yang ada dan diketahui pada setiap elemen dari sistem instrumentasi.

2. Terdapatnya elemen di dalam sistem yang tidak berfungsi dengan benar.

3. Efek dari transduser di dalam proses.4. Sensivitas atau kepekaan ganda dari transduser.5. Sumber-sumber kesalahan lainnya.

06 Dec

Tulisan ini merupakan tulisan lanjutan dari tulisan sebelumnya mengenai Sistem Pengukuran. Untuk mengetahui kualitas atau unjuk kerja dari sistem pengukuran maupun elemen-elemen fungsional yang menyusun sistem tersebut, maka terdapat beberapa istilah-istilah unjuk kerja seperti akurasi dan eror, jangkauan, presisi, repeatability, reproduksitabilitas, sensitivitas, dan stabilitas.

I.1Akurasi dan error

Akurasi merupakan indikator dari seberapa dekat nilai yang dihasilkan oleh suatu sistem pengukuran dapat diharapkan merupakan nilai bersaran yang sebenarnya. Akurasi sering dinyatakan dalam bentuk persentase terhadap jangkauan penuh kluaran atau penyimpangan skala penuh atau full scale deflection (fsd). Misalkan sebuah sistem pengukuran arus mempunyai akurasi sebesar +/- 0,1 fsd. Artinya, jika penyimpangan skala penuhnya 10 A, maka akurasi sistem tersebut adalah +/- 0,1 A. Akurasi merupakan penjumlahan dari semua eror yang mungkin terjadi sebagaimana akurasi bagi sistem atau elemen yang dikalibrasikan. Error pengukuran adalah selisih antara hasil pengukuran dan nilai sebenarnya dari kuantitas yang diukur. Secara matematis dapat dituliskan sebagai:

Error = Nilai terukur – Nilai sebenarnya

Kalo belajar Teknologi Sensor atau Kontrol otomatis, bakal nemuin yang namanya error histeresis, error non-liniearitas, dan error penyisipan. Ketiga error tersebut termasuk ke dalam jenis Error-Internal yang kerap dijumpai dalam spesifikasi sistem-sistem instrumentasi.

1. Eror Histeresis

Error histeresis digunakan untuk menyatakan selisih keluaran yang diperoleh dari nilai besaran yang sama, yang sedang diukur berkenaan dengan apakah nilainya didapat melalui perubahan kontinu naik atau turun.Nih Ane ambil gambar dari Mbah google.

Misalkan akan diukur suatu temperatur yang sama pada suatu fluida, misalkan pada temperatur T satuan. Pertama-tama pengukuran dilakukan pada saat fluida tersebut dipanaskan. Dan pengukuran kedua dilakukan pada saat fluida didinginkan. Nah, untuk pengukuran yang sama yaitu pada temperatur T satuan, akan didapatkan perbedaan nilai besaran temperatur yang terukur dikarenakan dua perlakuan yang berbeda pada fluida ini, seperti pada gambar di atas. Error seperti ini disebut sebagai Error Histeresis.

2.Error non-linieritas

Eror ini biasanya digunakan ketika mengasumsikan sebuah hubungan yang tidak linier menjadi hubungan yang linier (untuk melakukan pendekatan).

Jika belajar Kontrol Otomatis biasanya suka dijumpai linearisasi pada sebuah grafik yang sebenarnya tidak liniear. Untuk mempermudah perhitungan biasanya dilakukan liniearisasi, tentunya dengan menggunakan teknik-teknik linearisasi. Demikian juga dengan alat ukur atau sistem pengukuran, hubungan antara nilai sebenarnya dari besaran yang diukur, dan nilai yang terukur sebenarnya tidak semuanya bersifat linier, sering dijupai kasus non-linearitas. Akan tetapi untuk mempermudah, untuk kasus tertentu dilakukan liniearisasi, sehingga muncul yang disebut dengan Error Non-liniear ini.

3. Error penyisipan

Untuk mengerti fenomena error penyisipan, langsung aja ambil contoh. Misalkan dilakukan pengukuran temperatur dengan menggunakan termometer pada air yang panas. setelah itu, termometer yang digunakan tadi digunakan untuk mengukur air yang dingin. Pada saat pengukuran pada air yang dingin, maka air di sekitar termometer suhunya akan berubah dikarenakan termometer yang baru saja digunakan pada air panas langsung di celupkan ke air yang dingin, sehingga muncul error yang disebut error penyisipan. Contoh lainnya adalah penyisipan Amphermeter dan Voltmeter pada pengukuran arus dan tegangan pada rangkaian, dimana Amphermeter dan Voltmeter sendiri mempunyai nilai resistansi yang berpengaruh pada nilai hasil pengukuran.

I.2 Jangkauan

Jangkauan dari sebuah instrumen biasanya disebut kisaran (span) yang merupakan batasan-batasan dimana nilai masukan dapat berubah-ubah. Misalkan termometer mampu mengukur 0-100 derajat satuan, Amphermeter mampu membaca 0-10 A, dan lain sebagainya. Istilah dead space biasanya akan dijumpai, merupakan jangkauan yang nilainya tidak dapat terbaca oleh alat ukur. Misalkan suatu alat ukur arus mampu membaca 5-10 A, maka ketika arus merangkang dari 0-4 A, alat ukur belum menunjukan nilai terukur. rentang 0-4 A ini biasa disebut dead space.

I.3 Presisi, repeatability, dan reproduksibilitas

Istilah presisi biasanya rancu dengan istilah akurasi yang sebelumnya telah dijelaskan di atas. Sebuah instrumen ataupun sistem pengukuran yang presisi belum tentu akurat, demikian sebaliknya. berikut gambar ane comot dari Mbak Google.

Presisi digambarkan untuk menggambarkan derajat kebebasan suatu sistem pengukuran dari error-error acak. Repeatability dan reproduksibilitas merupakan istilah lain untuk menyatakan presisi untuk hal yang khusus. Reapitability sistem merupakan kemampuan sistem untuk menghasilkan keluaran yang sama saat penerapan terhadap nilai masukan yang sama dilakukan secara berulang-ulang tanpa memutuskan sistem atau elemen sistem dari masukannya atau tanpa merubah lingkungan dimana pengujian atau pengukuran dilakukan. Reproduksibilitas sistem merupakan kemampuan sistem untuk menghasilkan keluaran yang sama saat sistem dan atau elemen-elemennya diputuskan dari masukan dan kemudian dipasangkan kembali.

I.4 Sensitivitas

Sensitivitas menggambarkan seberapa bersar perubahan yang ditimbulkan pada keluaran sistem instrumen atau elemen sistem ketika besaran yang sedang diukur berubah pada suatu nilai yang ditetapkan, secara sederhana merupakan rasio atau perbandingan antara keluaran dan masukan. Sebagai contoh, sebuah termokopel yang memiliki sensitivitas 20 V/derajat satuan temperatur akan menghasilakan keluaran sebesar 20 V untuk setiap perubahan temperatur sebesar 1 derajat satuan temperatur.

I.5 Stabilitas

Stabilitas sebuah sistem merupakan kemampuan sistem untuk menghasilkan keluaran yang sama ketika digunakan untuk mengukur suatu masukan yang konstan dalam suatu periode waktu tertentu.

AKURASI DAN PRESISI

Akurasi menyatakan seberapa dekat nilai hasil pengukuran dengan nilai sebenarnya (true value) atau nilai yang dianggap benar (accepted value). Jika tidak ada data bila sebenarnya atau nilai yang dianggap benar tersebut maka tidak mungkin untuk menentukan berapa akurasi pengukuran tersebut.

Presisi menyatakan seberapa dekat nilai hasil dua kali atau lebih pengulangan pengukuran. Semakin dekat nilai nilai‐ hasil pengulangan pengukuran maka semakin presisi pengukuran tersebut.

ERROR SISTEMATIK DAN ERROR ACAKError sistematik akan berdampak pada akurasi pengukuran.

Jika error sistematik terjadi maka akurasi pengukuran tidak dapat ditingkatkan dengan melakukan pengulangan pengukuran.

Error acak akan berdampak pada presisi pengukuran. Error acak hadir memberikan hasil pengukuran yang fluktuatif, di atas dan di bawah nilai sebenarnya atau nilai yang diangap benar.

NILAI PENTINGNilai penting (signifikan) dari suatu pengukuran bergantung

pada unit terkecil yang dapat diukur menggunakan instrumen pengukuran tersebut. Dari nilai penting ini, presisi pengukuran dapat diperkirakan.

Alat Ukur Aliran Fluida

Di dalam pemilihan alat ukur flow (flow measuring device), berikut kondisi-kondisiyang sangat berpengaruh dan harus diketahui untuk perhitungan, antara lain :1. Ukuran pipa dimana laju aliran diukur (Line Size)2. Daerah laju aliran (Range of flow rates) ; maximum, normal dan minimum3. Karakteristik fluida (fluid properties) :· Liquid, gas, slurry, dll.· Pressure· Temperature· Viscosity· Specific gravity at standard and flowing conditions· Compressibility· Molecular weight (for gases and vapors)· Steam quality (for steam)

a. Orifice PlatesSuatu plate berlubang dimasukkan ke dalam pipa dan ditempatkan secara tegak lurus terhadap flow stream. Ketika fluida mengalir melewati orifice plate tersebut maka menyebabkan peningkatan kecepatan dan penurunan tekanan. Perbedaan tekanan sebelum dan setelah orifice plate digunakan untuk mengkalkulasi kecepatan aliran (flow velocity).b. Venturi Tube

Perubahan di (dalam) area / luas penampang menyebabkan perubahan kecepatan dan tekanan dari aliran (flow).c. Flow Nozzle

Alat ini terdiri dari bagian yang berbentuk lonceng dengan profile ellips diikuti dengan leher silindris dan diletakkan di dalam pipa untuk merubah bidang aliran sehingga menghasilkan penurunan tekanan (pressure drop) untuk digunakan menghitung flow velocity.e. Annubar TubesKarakteristik annubar element hampir sama dengan pitot tube, namun akurasi yang dihasilkan lebih baik dari pitot tube.f. Elbow TapsKetika suatu aliran cairan melalui sebuah elbow, maka gaya sentrifugal menyebabkan perbedaan tekanan antara sisi sebelah luar dan sisi sebelah dalam dari elbow itu. Perbedaan tekanan ini digunakan untuk menghitung kecepatan aliran (flow velocity).g. Segmental WedgePerubahan segmen (wedge-shaped) pada area / luas penampang dari aliran fluida menciptakan pressure drops yang digunakan untuk mengkalkulasi kecepatan aliran fluida.h. V-ConeSuatu kerucut sebagai elemen penghalang yang bertindak memodifikasi penampang dari aliran fluida dan ditempatkan di pusat dari pipa untuk menghasilkan perbedaan tekanan yang digunakan untuk menghitungkecepatan fluida.

i. Dall TubeSuatu kombinasi dari Venturi tube dan orifice plate. Alat ini umumnya digunakan untuk aplikasi dengan laju aliran yang besar.Ultrasonic Flowmeters

Prinsip OperasiPengukuran laju aliran (flow rate) dengan metoda ini melibatkan elemen pengirim (transmitter) dan penerima (receiver) untuk frekuensi akustik. Pada elemen pengirim, transducer berfungsi mengubah tegangan listrik frekuensi tinggi menjadi getaran kristal (akustik). Sedangakan pada elemen penerima, transducer mengubah getaran kristal (akustik) menjadi sinyal listrik. Oleh karena daerah kerja frekuensi dari pengirim dan penerima di atas 20 KHz (misalnya 10 MHz), maka disebut ultrasonic. Secara umum metoda ultrasonic dibedakan atas :· Model Transit time : berdasarkan waktu lintas gelombang ultrasonic dari pengirim (transmitter) ke penerima (receiver).· Model Doppler : berdarkan frekuensi pelayangan Doppler.

Ultrasonic flowmeter dapat digolongkan ke dalam dua jenis didasarkan pada metoda instalasi, yaitu :· Clamped-on ; instalasinya ditempatkan di luar pipa· Inline ; Instalasinya ditempatkan bersatu dengan pipa menggunakan flanges

Pengukuran Pressure (Pressure Measurements)

Tekanan terjadi karena adanya gaya yang bekerja terhadap suatu bidang luasan. Karena itu tekanan dinyatakan sebagai Gaya yang bekerja pada suatu Satuan Luas. Pada bagian ini akan ditinjau beberapa prinsip pengukuran tekanan yang biasa digunakan di industri proses. Alat ukur tekanan disebut sebagai Manometer. Berbagai macam nama dan tipe manometer yang terdapat di industri proses, bergantung pada prinsip kerja, jenis fluida yang diukur serta kebutuhan penggunaannya. Pada umumnya tekanan fluida yang diukur di industri proses adalah cairan dan gas. Sesuai dengan definisi dari tekanan di atas, terdapat 4 terminologi penting yang biasa digunakan tentang ukuran atau pengukuran tekanan, yaitu :a. Absolute Pressure (tekanan absolut)Gaya yang bekerja pada satuan luas, tekanan ini dinyatakan dan diukur terhadap tekanan NOL.b. Gauge Pressure (tekanan relatif)Tekanan yang dinyatakan dan diukur relatif terhadap tekanan atmosfer. Jadi tekanan relatif adalah selisih antara tekanan absolut dengan tekanan atmosfer (1 atmosfer = 760 mmHg = 14.7 psig)c. Vacum Pressure (tekanan hampa)Tekanan yang lebih rendah dari tekanan atmosferd. Differential Pressure (tekanan differential)Tekanan yang diukur terhadap tekanan yang lain.

Pengelompokan dan Pemilihan Alat UkurBeberapa jenis pengukuran tekanan yang sering digunakan di dalam industri proses dapat dikelompokkan sebagai berikut :a. Manometer kolom cairan (U tube)b. Bourdon Tubec. Diaphragm Pressure Gaged. Belowse. McLeod Gages

Pemilihan alat ukur pressure (pressure device) tidaklah sesulit memilih alat ukur flow dan level. Didalam pengukuran flow dan level, karakteristik dari fluida proses sangat menentukan dalam pemilihan metoda operasi alat ukur tertentu. Dalam pengukuran pressure, penekanan lebih sedikit pada karakteristik fluida, dan lebih banyak pada pertimbangan akurasi, range pengukuran dan pemilihan material.Alat Ukur Tekanan

A. U tube1. Prinsip OperasiTabung U (U Tube) adalah contoh sederhana instrument pengukuran tekanan yang menggunakan kolom zat cair. Alat ukur tekana ini terdiri dari air atau air raksa didalam U-Shaped, dan umumnya digunakan untuk mengukur tekanangas. Salah satu ujung dari tabung U dihubungkan ke bidang tekanan yang tidak diketahui dan ujung yang lain dihubungkan dengan sumber tekanan acuan (umumnya tekanan atmosfer), seperti pada gambar di bawah ini.

Dengan membandingkan level dari cairan pada kedua sisi dari tabung U, tekanan yang tidak diketahui dapat diperoleh dari ilmu keseimbangan cairan (fluid static).Kelebihan dan KekuranganKelebihan· Biaya pengadaan awal : rendah· Sederhana dan handal· Accuracy dan sensitivity : tinggi.· Sesuai untuk aplikasi low pressure dan low differential pressure.Kekurangan· Dynamic response rate : rendah· Tidak bisa digunakan di dalam lingkungan tanpa bobot.· Tidak ada proteksi over range.· Cairan dalam tabung U harus tidak saling bercampur dengan cairan yang diukur (gas atau cairan).· Dapat terjadi kontaminasi antara air raksa dengan uap air, terutama pada pengukuran tekanan rendah.B. Bourdon Tube1. Prinsip OperasiBourdon Tube adalah alat ukur tekanan nonliquid. Alat ukur ini secara luas digunakan didalam industri proses untuk mengukur tekanan statis pada beberapa aplikasi. Bentuk dari bourdon tube terdiri dari element (C-type, helical dan spiral) dan dihubungkan secara mekanikal dengan jarum indicator.Prinsip operasinya yaitu tekanan dipandu ke dalam tabung, perbedaan tekanan di dalam dan di luar tabung bourdon akan menyebabkan perubahan bentuk penampangnya. Perubahan bentuk penampang akan diikuti perubahan bentuk arah panjang tabung, dimana perubahan panjang tabung akan dikonversikan menjadi gerakan jarum penunjuk pada skala. Kelebihan

· Biaya pengadaan awal : rendah· Konstruksi sederhana· Dapat dikalibarsi dengan mudah (menggunakan mercury barometer).· Tersedia range yang bervarisai, termasuk range yang sangat tinggi.Kekurangan· Peka terhadap goncangan dan getaran· Mempunyai sifat histerisis· Akurasi : sedang (tidak cukup baik untuk beberapa aplikasi).C. Diaphragm Pressure Gage1. Prinsip OperasiDiaphragm Pressure Gage menggunakan prinsip perubahan bentuk yang elastis (elastic deformation) dari suatu diaphragm (membrane) untuk mengukur perbedaan suatu tekanan yang tidak diketahui dengan suatu tekanan acuan. Bentuk dari diaphragm pressure gage terdiri dari kapsul (capsule) yang dibagi oleh suatu sekat rongga (diapraghm), seperti ditunjukkan pada gambar di bawah. Satu sisi diaphragm terbuka bagi tekanan target (eksternal) PExt, dansisi yang lain dihubungkan dengan tekanan diketahui (reference pressure), PRef. Beda tekanan, PExt - PRef, secara mekanik membelokkan diaphragm.

Kelebihan· Biaya pengadaan awal : sedang· Karakteristik “overrange” : tinggi· Linearitas : baik· Akurasi : baik· Dapat digunakan untuk pengukuran tekanan asolut, tekanan relatif (gage) maupun tekanan differential.· Tersedia dalam berbagai macam bahan (tahan terhadap korosi)Kekurangan· Sangat peka terhadap getaran dan kejutan· Jika rusak sulit diperbaiki.D. Bellows Elements1. Prinsip OperasiPengukuran tekanan dengan bellows sangat popular digunakan di dalam industri proses, oleh karena mudah ditangani. Element bellows merupakan elemen elastis yang fleksibel pada arah aksial. Biasanya dibuat dari bahan kuningan, fosfor-perunggu, berrilium-tembaga, monel, stainless steel, inconel dan bahan metal lainnya. Dengan element ini dapat diperoleh hubungan yang linear antara tekanan dan simpangan (perubahan volume).Gambar di bawah ini menunjukkan prinsip pemakaian bellows untuk pengukuran tekanan absolute, tekanan relative (gage) dan tekanan diferensial.

Kelebihan· Biaya pengadaan awal : rendah· Konstruksi kuat dan sederhana· Dapat digunakan untuk tekanan rendah dan menengah.· Dapat digunakan untuk mengukur tekanan absolut, tekanan relatif (gauge) dan tekanan diferensial.Kekurangan· Memerlukan kompensasi temperature· Tidak dapat digunakan untuk mengukur tekanan tinggi.· Mempunyai histeresis dan drift yang besar.· Tidak cocok untuk mengukur tekanan yang dinamis.E. McLeod Gages1. Prinsip OperasiMcLeod gage adalah alat ukur tekanan rendah (vakum) dimana tekanan di bawah 10-4 torr (10-4 mmHg, 1.33×10-2 Pa, 1.93×10-6 psi) yang bekerja berdasarkan tinggi kolom cairan. Alat ukur ini sering digunakan sebagaikalibrator alat ukur tekanan vakum lainnya.Pengukuran Temperature (Temperature Measurements)Teperatur adalah ukuran panas atau dingin suatu benda. Kulit manusia mampu merasakan apakah suatu benda panas atau dingin, namun rasa panas atau dingin tersebut relatif terhadap temperature kulit itu sendiri (tidak dapat teramati secara kuantitatif). Temperature adalah besaran relative, tergantung pada acuan yang digunakan. Berbagai besaran temperatur menggunakan suatu acuan sebagai harga dasarnya. Beberapa sifat fisika benda yang digunakan sebagai acuan pengukuran temperatur dicantumkan pada tabel di bawah.

Alat Ukur TemperaturA. Bimetal ThermometerTermometer ini terdiri dari dua logam dengan koefisien muai atau ekspansi berbeda yang dilekatkan menjadi satu. Logam yang mempunyai koefisien ekspansi lebih besar akan mempunyai pertambahan dimensi yang lebih besar dari logam lainnya akibat kenaikan temperature. Sehingga menyebabkan batang bimetal berdefleksi pada arah tertentu,

penurunan temperatu menyebabkab defleksi pada arah yang berlawanan. Simpangan batang digunakan untuk menyatakan ukuran temperatu di sekitar batang bimetal.Spesifikasi UmumBimetal thermometer digunakan secara luas di dalam industri proses sebagai indicator lokal dari temperatur proses. Skala pengukuran dapat dibuat dari (- 100 ~ 1000 ) ºF. Skala pengukurannya adalah linier terhadap range dan range akurasinya sekitar ± ½ ~ ± 2 % atau lebih tinggi.Kelebihan· Biaya pengadaan awal : rendah· Tidak mudah rusak.· Mudah dipasang dan diperbaiki.· Akurasi : cukup baik· Range temperature : cukup lebarKelebihan· Terbatas pada pemasangan local· Hanya sebagai indicator.· Kalibrasi dapat berubah jika ditangani dengan kasarB. ThermocouplePada tahun 1821 ahli fisika Germany, Estonian Thomas Johann Seebeck menemukan bahwa suatu konduktor apapun (misalnya metal) akan menghasilkan suatu tegangan (voltage) ketika diberikan gradien thermal. Peristiwa ini dikenal sebagai efek Seebeck atau efek termoelektrik. Thermocouple adalah suatu sensor temperatur termoelektris yang terdiri dari dua kawat logam yang berlainan (misalnya chromel dan constantan) dengan penggabungannnya pada probe tip (measurement junction) dan reference junction (temperature yang diketahui). Perbedaan temperatur antara probe tip dan reference junction dideteksi dengan mengukur perubahan tegangan voltage (electromotive force, EMF) pada reference junction. Pembacaan absolute temperature kemudian bisa diperoleh dengan kombinasi informasi dari temperatur acuan yang diketahui dengan perbedaan temperature antara probe tip dengan reference. Beberapa jenis-jenis sambungan thermocouple yang umum digunakan adalah sebagai berikut :

Spesifikasi UmumSecara komersial jenis thermocouple ditetapkan oleh ISA (Instrument Societyof America). Jenis E, J, K dan T adalah base-metal thermocouple dan dapat digunakan untuk mengukur temperature hingga 1000°C (1832°F). Jenis S, R dan B adalah noble-metal thermocouples dan dapat digunakan untuk

mengukur temperature hingga 2000°C (3632°F). Berikut table spesifikasi dasar dari thermocouple.C. Resistance Temperature Detector (RTD)Tahanan (resistance) dari suatu material metal akan berubah terhadap perubahan temperaturnya. Hal ini merupakan suatu dasar metoda deteksi temperature. Bahan yang digunakan untuk sensor ini dibagi menjadi dua macam yaitu bahan konduktor (logam) dan bahan semikonduktor. Bahan konduktor ditemukan terlebih dahulu dan disebut “Resistance-Termometer” sekarang disebut “Resistance Temperature Detector (RTD)”. Jenis semikonduktor muncul lebih akhir dan diberi nama “thermistor”.Spesifikasi UmumSecara komersial resistance RTD yang tersedia terbentang dari 10 ~ 25,000 Ω. Lebih umum adalah 100, 200, dan 1000 Ω untuk strain-free platinum probe (> 99.999%) dan 10 Ω copper probe.D. ThermistorSerupa dengan Resistance Temperature Detector (RTD), thermistor (Bulk Semiconductor Sensor) menggunakan resistance untuk mendeteksi temperatur. Bagaimanapun, tidak sama dengan RTD metal probe dimana resistance meningkat dengan temperatur, thermistor menggunakan material ceramic semiconductor dimana responya terbalik dengan temperaturSpesifikasi UmumSensor thermistor dapat mengukur temperatur dari –40 ~ 150 ± 0.35 °C (-40 ~ 302 ± 0.63 °F). Bentuk dari thermistor probe dapat berbentuk bead, washer, disk dan road seperti diperlihatkan pada gambar 3.33. Resistance operasi dari thermistor adalah dalam range k Ohm, walaupun aktual resistance terbentang dalam M Ohm hingga OhmE. PyrometerPyrometer (radiation thermometer) adalah non-contact instrument untuk mendeteksi temperatur permukaan dari suatu obyek dengan mengukur radiasi gelombang elektromagnetic (infrared/visible) yang dipancarkan oleh suatu obyek. Panjang gelombang dari radiasi thermal terbentang dari 0.1 sampai 100 μm (4~ 4,000 μin), yaitu dari ultraviolet (UV), spectrum sinar tampak (visible spectrum) hingga pertengahan dari infrared (IR).Spesifikasi UmumPyrometer adalah photodetector yang mampu menyerap energi atau mengukur intensitas gelombang electromagnetic pada panjang gelombang tertentu atau dalam suatu range panjang gelombang tertentu. Atas dasar tersebut dikenal dua jenis pyrometer, yaitu :a. Optical Pyrometer (Brightness Pyrometer atau Disappearing Filament Pyrometer)b. Infrared Pyrometer