SlideShare ist ein Scribd-Unternehmen logo
1 von 38
Downloaden Sie, um offline zu lesen
Instrumentasi dan Kalibrasi



                                               BAB 1

                                    INSTRUMENTASI

PENDAHULUAN
       Instrumentasi berasal dari istilah asing yaitu “instrumentation”. Instrumentasi yang
dibahas di sini terkait dengan pengukuran (measurement) khususnya pengukuran secara
elektronik. Ada beberapa definisi tentang instrumentasi di Internet antara lain :
       The installation and use of electronic, gyroscopic, and other instruments for the purpose of
       detecting, measuring, recording, telemetering, processing, or analyzing different values or
       quantities as encountered in the flight of a rocket or spacecraft.
                                                             roland.lerc.nasa.gov/~dglover/dictionary/i.html
       Any device used to monitor the performance of the structure during its construction and
       throughout its useful life. An arrangement of devices installed into or near dams (i.e.,
       piezometers, inclinometer, strain gages, measurement points, etc.) and used to evaluate the
       structural behavior and performance parameters of the structure. Reclamation has utilized a
       variety of instrumentation, most often piezometers, to evaluate the situations and conditions of
       all four Horsetooth Dams.
                                                               www.abouthorsetooth.com/html/glossary.asp


       Berdasarkan definisi di atas, instrumentasi terkait dengan beberapa proses diantaranya
pendeteksian, pengukuran, perekaman, telemetri, pengolahan atau analisa data yang
dihasilkan. Dalam instrumentasi terdapat proses pengukuran. Sedangkan pengertian secara
umum dari kata mengukur adalah membandingkan besaran yang diukur dengan besaran
sejenis yang ditetapkan sebagai satuan. Sedangkan yang dimaksud dengan besaran adalah
sesuatu yang dapat diukur dan dinyatakan dengan angka-angka. Definisi lain tentang
pengukuran dapat dicermati dari definisi yang ada di web sebagai berikut:
       The process of using dimensions, quantity, or capacity by comparison with a standard in order
       to mark off, apportion, lay out, or establish dimensions.
                                                                     www.iteawww.org/TAA/Glossary.htm
       Pengukuran dilakukan dengan alasan pengamatan gejala alam yang sifatnya fisik akan
menjadi lebih lengkap dan komunikatif bila dinyatakan dengan angka-angka, misalnya panas
sebuah benda sebesar 30 0 C, atau panjang benda sebesar 200 cm dan lain sebagainya.




                                                                                                          1
Instrumentasi dan Kalibrasi


Pengukuran dilakukan dengan menggunakan sebuah sistem yang disebut dengan sistem
instrumentasi atau sistem pengukuran.
       Pengukuran yang dimaksud disini adalah pengukuran elektrik ataupun elektronik baik
secara analog maupun dijital. Bahkan untuk saat ini, sistem pengukuran elektronik sudah
melibatkan mikroprosesor atau mikrokontroler sehingga memberikan fleksibilitas dan tingkat
akurasi yang lebih tinggi.
       Isu utama dari sebuah alat ukur yang digunakan dalam sistem instrumentasi adalah
validitas dan reliabilitas. Validitas berarti ketepatan yang dimiliki alat ukur dalam
menghasilkan nilai pengukuran atau alat ukur dapat mengukur sesuai dengan yang diukur,
sedangkan realibilitas adalah keajegan alat ukur dalam menghasilkan nilai pengukuran.


MODEL SISTEM INSTRUMENTASI
       Secara umum blok diagram sistem pengukuran dapat dilihat pada gambar adalah
sebagai berikut :



      Sensor/                Pengondisi                Pengolah
                                                                               Display
    Transduser                 Sinyal                   Sinyal



                              Gambar-1. Model Sistem Instrumentasi


       Nampak bahwa sistem instrumentasi terdiri dari 4 (empat) bagian utama, dimulai dari
sensor yang langsung menyentuh titik pengukuran, artinya bersentuhan langsung dengan
besaran yang diukur, dan berakhir dengan display (tampilan) yang berfungsi sebagai interface
bagi pengguna dalam melakukan instrumentasi.
       Sensor (pengindera) atau transduser merupakan ujung depan dari sistem pengukuran.
Fungsi dari sensor dalam hal ini adalah mengubah besaran non listrik menjadi listrik, sehingga
memungkinkan pengukuran besaran non listrik melalui sistem pengukuran secara listrik atau
elektronik. Permasalahan utama dari sistem pengukuran secara elektrik maupun elektronik
terletak pada sensor. Sebelum ada sensor atau transducer, maka pengukuran secara elektrik
atau elektronik tidak dapat dilakukan. Misalnya, tidak akan termometer elektronik jika tidak
ada sensor atau transduser yang dapat mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik.
       Pengkondisi sinyal berfungsi untuk menyiapkan sinyal yang dikeluarkan oleh sensor,
sehingga dapat diproses pada rangkaian pengolah sinyal. Proses yang terjadi pada pengondisi


                                                                                            2
Instrumentasi dan Kalibrasi


sinyal salah satunya menentukan besarnya arus, tegangan atau menghilangkan gangguan
sehingga sinyal yang diproses pada pengolah sinyal benar-benar sesuai dengan karakteristik
besaran yang akan diukur.
       Proses pengukuran terjadi pada pengolah sinyal. Pada bagian ini besarnya sinyal hasil
dari pengondisi sinyal dibandingkan dengan besaran yang sejenis yang sudah ditetapkan.
Agar proses pembandingan dapat sesuai dengan nilai besaran yang diukur, maka pada bagian
ini dilakukan kalibrasi dari besaran yang telah ditetapkan. Akurasi pengukuran ini sering
disebut juga dengan validitas sebuah alat ukur. Proses pengukuran dapat dilakukan secara
analog maupun dijital.
       Ujung akhir sebuah sistem pengukuran adalah display atau tampilan. Fungsi bagian ini
adalah menyajikan informasi hasil pengukuran kepada kita yang menggunakan alat ukur.
Tampilan ini juga dapat disajikan dalam bentuk analog maupun dijital.




                                                                                          3
Instrumentasi dan Kalibrasi



                                            BAB 2

               SENSOR/TRANSDUSER DAN AKTUATOR

A. KARAKTERISTIK SENSOR/TRANSDUSER
       Secara umum, karakteristik sensor atau transduser dibagi menjadi dua yaitu: (1)
Karakteristik Statis (Static Charasteristics); dan (2) Karakteristik Dinamis (Dynamic
Characteristics).


    1. Karakteristik Statis
       Karakteristik statis sebuah sensor/transduser sangat banyak yaitu:
        a. Akurasi (Accuracy)
             Sejauh mana sensor dapat menunjukkan hasil yang mendekati nilai sesungguhnya.
        b. Presisi (Precision)
             Presisi dapat diartikan dengan ketepatan dan sangat erat hubungannya dengan
             akurasi. Contoh pada saat kita mengukur panjang sebuah balok menggunakan
             mistar. Akurasi berkaitan dengan kesesuaian mistar menunjukkan ukuran sesuai
             dengan panjang sesungguhnya, sedangkan presisi menjamin ketelitian dalam
             membaca angka ukuran pada mistar tersebut.
        c. Resolusi (Resolution)
             Resolusi dapat diartikan dengan ketelitian, yaitu skala terkecil yang digunakan
             dalam pengukuran.
        d. Sensitifitas (Sensitivity)
             Sensitifitas dapat diartikan sebagai kepekaan, yaitu perbandingan kenaikan
             keluaran terhadap kenaikan masukan.
        e. Selektifitas/Spesifisitas (Selectivity/Specificity)
             Kemampuan sensor dalam memilih variabel yang akan ditampilkan nilaiarkan
             hasil pengukurannya.
        f.   Sinyal minimum yang terdeteksi (Minimum Detectable signal/MDS)
             Jika input transduser tidak tercampur dengan noise, kemampuan transduser
             menampilkan nilai terkecil yang reliabel tanpa tambahan noise darinya dinamakan
             sinyal minimum yang dapat dideteksi dari sebuah transduser.


                                                                                          1
Instrumentasi dan Kalibrasi




               Selain beberapa karakteristik statis di atas, ada beberapa karekteristik statis
        yang lain di antaranya :Threshold, Non linieritas (Nonlinearity), Distorsi (Distortion),
        Comformance (Conformity), Histerisis (Hysteresis), Repeatability, Span, Noise,
        Output Impedance, Grounding, Isolation, Instability and Drift, Overall Performance.




    2. Karakteristik Dinamis
        Karakteristik dinamis sebuah sensor/transduser antara lain :
        Fungsi transfer, tanggapan frekuensi, Impulse Response, dan Step response.


SENSOR
       Seperti dijelaskan sebelumnya, bahwa ujung depan sistem instrumentasi adalah sensor.
Pengertian sensor dapat dicermati dari beberapa definisi berikut ini.
        A device that responds to a physical stimulus, such as thermal energy, electromagnetic
       energy, acoustic energy, pressure, magnetism, or motion, by producing a signal, usually
       electrical.
                                           www.bandwidthmarket.com/resources/glossary/S2.html

       A device that responds to a physical stimulus (heat, light, sound, pressure, motion, flow, and so
       on), and produces a measurable corresponding electrical signal
                                                                 www.allaboutmems.com/glossary.html




                                                                                                      2
Instrumentasi dan Kalibrasi


       Berdasarkan definisi-definisi tersebut jelas bahwa fungsi utama dari sensor adalah
mengubah rangsangan fisik (energi non listrik) seperti energi termal, energi akustik, tekanan,
gerakan dan lain-lain menjadi sinyal listrik (energi listrik).
       Ada beberapa jenis sensor dalam sistem elektronika, baik yang berupa komponen
tunggal atau rangkaian terintegrasi. Besaran yang dihasilkan biasanya resistansi, induktansi,
kapasitansi, arus atau tegangan. Suatu contoh, sensor cahaya LDR (Light Depending Resistor)
akan mengubah perubahan energi cahaya menjadi perubahan resistansi, sensor suhu LM35
akan mengubah energi panas (suhu) menjadi besaran arus atau tegangan.


TRANSDUSER
        Selain istilah sensor, dalam teknik instrumentasi elektronika juga dikenal istilah
transduser yang memiliki fungsi hampir sama atau bahkan sama dengan sensor. Perbedaan
pengertian antara sensor dan transduser sangatlah tipis sehingga definisi juga tidak jauh
berbeda. Hal ini dapat dilihat pada definisi-definisi berikut ini.


        A device for converting mechanical energy into electrical energy.
                                                     www.techfest.com/networking/cabling/cableglos.htm

        A device for transforming mechanical energy to electrical energy, or for transforming
        electrical energy to mechanical energy, such as in microphones and loudspeakers, but not
        motors or generators.
                                                          www.yung-li.com.tw/EN/info/Glossary_list.htm

        device designed to convert energy from one form to another
                                                                       www.sleepnet.com/definition.html

        A device which converts one form of energy into another. The diaphragm in the telephone and
        the carbon microphone in the transmitter are transducers. They change variations in sound
        pressure (your voice) to variations in electricity, and vice versa.
                                                           www.marconi.com/html/glossary/glossaryt.htm

        A device that converts energy from one form to another, such as optical energy to electrical
        energy.
                                                                     www.fiber-optics.info/glossary-t.htm

        A mechanism which converts energy from one form to another. For example, a diaphragm
        converts soundwaves to mechanical vibrations, while a microphone converts them to electrical
        current, and a loudspeaker or earphone converts electrical energy into soundwaves. The
        diaphragm, microphone and loudspeaker are all transducers.
                                                             www2.nlc-bnc.ca/gramophone/src/gloss.htm

        a device that converts energy from one form to another, retaining the amplitude variations of
        the energy being converted. Examples include a microphone, which converts acoustical energy


                                                                                                      3
Instrumentasi dan Kalibrasi


       into electrical energy; a loudspeaker, that does the reverse; a photocell that converts light
       energy to electrical energy.
                                                        www.owlnet.rice.edu/~elec201/Book/glossary.html

             Berdasarkan definisi di atas, transduser dapat diartikan sama dengan sensor yaitu
   mengubah besaran non listrik menjadi besaran listrik. Contoh transduser misalnya
   mikropon, loudspeaker dan lain sebagainya. Motor dan generator tidak termasuk sebagai
   transduser.


AKTUATOR
      Aktuator merupakan perangkat yang menghasilkan aksi mekanik berdasarkan sinyal
inputnya, baik bersifat listrik maupun fluida (pneumatik dan hidrolik). Aktuator biasanya
digunakan pada sistim kendali. Sehingga input aktuator berasal dari sistem kendali dan aksi
mekanik yang dihasilkan aktuator digunakann untuk menggerakkan sistem yang dikendalikan.
Ada beberapa pengertian yang dapat digunakan untuk memperjelas definisi dari aktuator.
Misalnya :
       mechanical action in response to an input signal, which may be either electric or fluidic.
                                                www.siemensauto.com/glossaries/electronics_glossary.html

      A mechanical, pneumatic, hydraulic or electric device in a control system that furnishes the
      power to change and/or maintain the position of an element (such as an end-effector) the
      performs a task. The actuator responds to a signal received from the control system.
                                                                   www.unt.edu/robotics/glossaryA-D.htm

      A device which transforms an electric signal into a measured motion using hydraulic,
      pneumatic or pyrotechnic (explosive) action.
                                                    www.spenvis.oma.be/spenvis/help/system/glossary.html




                                                                                                      4
Instrumentasi dan Kalibrasi


MACAM-MACAM SENSOR/TRANSDUSER

  3. Temperatur
         Beberapa proses industri memerlukan pengukuran temperatur yang akurat, karena
  temperatur tidak dapat dikendalikan secara pasti tanpa pengukuran yang tepat. Temperatur
  merupakan kemampuan tubuh atau bodi dalam berkomunikasi atau melakukan transfer
  energi. Di sisi lain, kita dapat mendefinisikan temperatur sebagai potensial dari energi
  panas untuk merambat. Ingat bahwa panas mengalir dari temperatur tinggi ke temperatur
  rendah.
         Sensor atau transduser temperatur yang digunakan dalam instrumentasi elektronik
  antara lain :
      a. Termokopel (Thermocouple)
            Termokopel terdiri persambungan dua buah logam yang berbeda. Jika ujung
            sambungan dipanaskan, maka pada ujung lain dari masing-masing logam akan
            menghasilkan perbedaan tegangan. Semakin tinggi suhu titik        persambungan,
            maka akan semakin tinggi perbedaan tegangan dari masing-masing ujung logam
            tersebut. Termokopel ini sangat luas digunakan dalam dunia industri dalam
            pengukuran panas.


                                                                  Copper
                                                     Iron

                                                             X1
                                Thermocouple
                                   junction                          Vout
                                                             X2

                                                Constantan        Copper

                                           Gambar-2. Termokopel

            Termokopel biasanya digunakan untuk pengukuran suhu tinggi, karena
            termokopel   mampu      mengukur     panas      sampai   2500   derajat   Celcius.




                                                                                            5
Instrumentasi dan Kalibrasi


    Thermistor
    Thermistor merupakan salah sensor suhu, dimana perubahan panas diubah
    menjadi perubahan resistansi. Dengan kata lain thermistor merupakan sebuah
    resistor yang sangat peka terhadap suhu. Semakin tinggi suhu akan
    mengakibatkan nilai resistansi semakin rendah. Bahan yang digunakan biasanya :
    nikel oksida, mangan, kobalt, tembaga atau logam lain yang peka terhadap suhu.




                     Gambar-3. Karakteristik resistansi thermistor terhadap suhu


    Jangkauan panas yang dapat diukur oleh thermistor lebih rendah dibanding
    termokopel. Ada dua macam thermistor berdasarkan karakteristik perubahan nilai
    resistansinya, yaitu PTC dimana semakin besar suhu mengakibatkan resistansi
    juga semakin besar, sedangkan NTC semakin besar suhu nilai resistansi akan
    semakin turun.
b. RTD (Resistance Temperature Detector)
    Logam murni seperti platina, nikel, tungsten dan tembaga memiliki koefisien
    positif, artinya semakin tinggi suhu akan mengakibatkan meningkatnya
    resistansi. Jangkauan pengukuran suhu menggunakan RTD antara 0 s.d 266 0 C.




                                                                                   6
Instrumentasi dan Kalibrasi




           Gambar-3 RTD dan housing




       Gambar-4. RTD beserta karakteristiknya




Gambar-5. Rangkaian pengukur suhu menggunakan RTD


                                                     7
Instrumentasi dan Kalibrasi




c. IC LM35
   Sensor temperatur seri LM35 merupakan sebuah sensor temperatur         berupa
   rangkaian terintegrasi, dimana outputnya berupa tegangan yang secara linier
   sebanding dengan temperatur Celcius (Centigrade). Sehingga LM35 memiliki
   keistimewaan dibandingkan sensor temperatur linear yang bisanya dinyatakan
   dalam Kelvin, yaitu pengguna tidak perlu mengurangi hasil output sensor dengan
   bilangan konstan 273 0 . Selain itu LM35 tidak memerlukan kalibrasi eksternal,
   dengan tingkat akurasi   ±¼°C pada suhu kamar, atau ±¾°C untuk jangkah
   pengukuran -55 to +150°C. Karakteristik lain dari IC LM35 adalah, memiliki
   impedansi output yang rendah, output linier, mudah dioperasikan dan
   digabungkan dengan rangkaian berikutnya misalnya rangkaian kendali. LM35
   dapat dioperasikan dengan power supply tunggal maupun power supply ganda
   (plus dan minus), dan hanya membutuhkan arus 60 µA, panas yang dihasilkan
   juga tidak terlalu tinggi (kurang dari 0.1°C) meskipun tanpa pendingin. LM35
   mampu mengukur temperatur dengan jangkah -55° to +150°C, sedangkan untuk
   seri LM35C memiliki jangkah pengukuran -40° to +110°C. Kemasan seri LM35
   dalam bentuk sama dengan kemasan transistor TO-46, sedangkan seri LM35C,
   LM35CA dan LM35D juga tersedia dalam bentuk kemasan TO-92, dan seri
   LM35D juga juga tersedia dalam kemasan TO-220.




                               Gambar-6. Penggunaan LM35




                                                                               8
Instrumentasi dan Kalibrasi




                  (a)                                                                      (b)




                          (c)                                                     (d)


                   Gambar-7. Kemasan LM35 model (a) TO-46; (b) SO-8; (c) TO-92 dan (d) TO-220


          Contoh-contoh aplikasi LM35 dalam pengukuran temperatur dapat dilihat pada
          gambar-gambar berikut ini.


                                     Gambar-8. Contoh aplikasi LM35



                                Gambar-9. Contoh aplikasi LM35 (Lanjutan)

       Tabel-1 berikut ini menunjukkan perbandingan jenis-jenis sensor temperatur
terhadap jangkauan suhu yang dapat diukur, linearitas, keuntungan dan kerugian masing-
masing.


4. Cahaya
          Sensor cahaya merupakan pengembangan hasil penemuan Heinrich Hertz pada
tahun 1887 tentang efek fotolistrik. Sensor cahaya ini banyak digunakan karena sensor


                                                                                                 9
Instrumentasi dan Kalibrasi


bersifat tidak memerlukan kontak/hubungan. Secara umum, sensor cahaya dikategorikan
menjadi (3) tiga jenis perangkat yaitu photoconductive, photovoltaic dan photoemissive.

    a. Photoconductive
        Transduser photoconductive, adalah transduser yang mengubah perubahan
        intensitas cahaya menjadi perubahan konduktifitas. Ada jenis, yaitu : (1) bulk
        photoconductors, misalnya photoresistor, dan (2) PN junction photoconductor
        seperti photodioda, phototransistor dan photo Darlington.

        Photoresistor
        Beberapa tahun sebelum Hertz menemukan efek fotolistrik, Willoughby Smith
        mengemukakan bahwa resistansi sepotong selenium akan menurun jika diberi
        cahaya. Konsep ini sama dengan prinsip yang terjadi pada photoresistor. Bahan
        yang digunakan untuk photoresistor antara lain Cadmium Sulfit (CdS) atau
        Cadmium Selenide (CdSe). Photoresistor ini juga sering disebut dengan LDR
        (Light Depending Resistor).




                              Gambar-10. Potongan penampang Photoresistor




                                                                                      10
Instrumentasi dan Kalibrasi




         Gambar-11. Contoh penggunaan photoresistor untuk rangkaian pembagi tegangan


Photodiode
Intensitas cahaya juga dapat dideteksi oleh junction PN dalam semikonduktor
seperti photodiode dan phototransistor. Arus yang dihasilkan oleh photodiode
biasanya relatif kecil, sehingga perlu rangkaian penguat agar hasil keluarannya
dapat terbaca. Kadang-kadang rangkaian penguat ini sudah dijadikan satu dengan
sensor photodiode dalam satu kemasan, sehingga keluaran yang dihasilkan sudah
layak untuk proses berikutnya. Gambaran lengkap dari photodiode beserta contoh
aplikasinya dapat dilihat pada gambar di bawah ini.




                                   Gambar-11. Photodiode




                                                                                       11
Instrumentasi dan Kalibrasi




                                 Gambar-12. Aplikasi Photodiode


     Phototransistor
     Phototransistor hampir sama dengan photodiode yaitu termasuk bersifat
     photosesnsitive. Perbedaannya, phototransistor memiliki arus yang besar dan
     memiliki penguatan, sehingga penginderaan menjadi lebih peka dan mudah
     terbaca. Keterangan lengkap beserta contoh aplikasi phototransistor dapat dilihat
     pada gambar berikut ini.




                                   Gambar-13. Phototransistor




b.   Photovoltaic
     Photovoltaic adalah sensor cahaya yang menghasilkan tegangan. Besarnya
     tegangan yang dihasilkan tergantung intensitas cahaya yang mengenainya.




                                                                                   12
Instrumentasi dan Kalibrasi


    Contoh aplikasi photovoltaic dengan menggunakan penguat operasional dapat
    dilihat pada gambar berikut ini.




                                Gambar-14. Aplikasi photovoltaic



c. Photoemissive
   Photoemissive transducer pada prinsipnya mengeluarkan elektron pada saat
   terkena cahaya, misalnya tabung hampa. Meskipun tabung hampa sudah
   digantikan dengan semikonduktor, tetapi masih ada dua jenis sensor tabung
   hampa yang digunakan di industri sebagai sensor cahaya yaitu phototube dan
   photomultiplier. Gambaran lengkap dari sensor cahaya photoemission dapat
   dilihat pada gambar berikut ini.




                                       Gambar-15. Phototube




                                                                           13
Instrumentasi dan Kalibrasi




Gambar-16. Photomultiplier




                                       14
Instrumentasi dan Kalibrasi



                                         BAB 3

           INSTRUMENTASI dan VARIABEL CONTROL


3.1 PRESSURE / TEKANAN
   Tekanan dalah gaya tiap satuan luas. Dalam industri, tekanan biasa dinyatakan dengan
   head, yaitu tekanan yang diberikan oleh tinggi cairan tertentu. Dalam pengukuran, tekanan
   dibedakan menjadi tekanan mutlak (absolut) dan tekanan relatif (gauge).




Berikut contoh dan prinsip kerja instrumentasinya dengan variabel pressure/tekanan:
       a. Bellows (tipe elastisitas)
            Bellows adalah berbentuk pipa yang sisinya berlekuk-lekuk sehingga dapat
            memanjang atau memendek. Jika tekanan dikenakan pada bagian luar bellows,
            ujung bebas akan tertekan dan secara keseluruhan pipa akan memendek. Besar
            gerak pemendekan pipa sebanding dengan besar tekanan yang dikenakan.
            Bellows ini dipakai pada PIC untuk control valve




                                                                                         15
Instrumentasi dan Kalibrasi




    b. Tipe Sensor Regangan (Strain-gauge)
         Defleksi diafragma akibat tekanan akan meregangkan kawat yang direkatkan
         padanya, sehingga resistansi kawat berubah sebanding dengan tekanan




    c. Tipe Piezo-electric
         Sensor tekanan tipe ini bekerja berdasar efek piezo-elektrik, yaitu listrik yang
         dihasilkan sebanding dengan besar gaya yang menekan




Strain Gauges
         Strain gauges digunakan untuk mengukur tekanan atau tarikan. Jika sebuah
konduktor ditarik atau ditekan maka diameter akan berubah. Perubahan diameter ini akan
mempengaruhi nilai resistansi. Dengan demikian sensor strain gauge ini akan mengubah
besaran tekanan menjadi resistansi.
         Bahan yang digunakan untuk strain gauge adalah nikel, mangan, nikrom,
constantan dan besi. Adapun jenis strain gauge adalah : (1) Wire wound strain gauges; (2)




                                                                                      16
Instrumentasi dan Kalibrasi


   Foil type strain gauges dan (3) Semiconductor strain gauges. Berikut ini macam-macam
   strain gauge resistansi.




                                Gambar-17. Macam-macam strain gauge resistif



3.1.1 Instalasi Piranti Ukur Tekanan
   A. Pengukuran Tekanan Fluida Viskositas Tinggi
          Remote-seal type pressure transmitter. Fluida terukur dari seal
          liquid dipisahkan oleh diafragma. Pipa kapiler yang dipakai untuk
          hubungan ke transmitter maksimum 5 m.
          Reguler type pressure transmitter. Disini dipakai seal pot (tangki
          pemi- sah cairan) yang dipasang antara transmitter dan fluida
          terukur.




                                                                                    17
Instrumentasi dan Kalibrasi




B. Pengukuran Tekanan Fluida Korosif
     Remote-seal type pressure transmitter. Diafragma dibuat dari bahan
     ta-han korosi, misal monel, tantalum, dll. Demikian pula flange
     dibuat dari bahan baja tahan karat (stainless steel) yang dilapisi
     monel, tantalum, atau bahan lain yang tahan korosi.
     Purging. Saluran penghubung antara pipa fluida dan transmitter
     dialiri udara atau gas nitrogen pada laju alir rendah agar pengaruh
     pada hasil pengukuran tidak besar.




                                                                     18
Instrumentasi dan Kalibrasi



3.1.3 KALIBRASI TEKANAN
   Kalibrasi tekanan dilakukan dengan piranti ukur standar seperti mano-meter pipa-U atau
dead weight gauge calibrator. Gambar berikut variasi pipa-U untuk keperluan dan
pengukuran.




    Dalam pemakaian di industri proses, manometer pipa-U kurang praktis. Gambar berikut
menyajikan jenis dead weight calibrator.




                                                                                      19
Instrumentasi dan Kalibrasi




3.2 TEMPERATURE
       Suhu adalah ukuran derajat aktivitas termal partikel dalam material. Jika dua benda
berbeda suhunya, panas akan ditransmisikan dari benda yang lebih panas ke benda yang lebih
dingin sampai kedua benda memiliki suhu yang sama (disebut keseimbangan termal).


3.2.1 Sistem Termal Isian
Sistem termal isian bekerja berdasarkan prinsip pemuaian fluida. Piranti ini dibedakan menjadi
dua jenis, yaitu berdasar perubahan volume dan tekanan.
       A. Pada jenis pertama, sistem berisi cairan.




                                                                                           20
Instrumentasi dan Kalibrasi




B. Sistem berisi Uap




C. Sistem Isian Gas




   Tabel Klasifikasi SAMA untuk sistem isian adalah sebagai berikut :

    Klasifikasi           Uraian


                          Liquid –filled volume –change (selain merkuri)
    I                     IA – Full compensation
                          IB – Case compensation




                                                                           21
Instrumentasi dan Kalibrasi



                                 Vapor-filled pressure-change
                                 IIA – Dirancang untuk suhu di atas suhu lingkungan
            II                   IIB – dirancang untuk suhu dibawah suhu lingkungan
                                 IIC – Dirancang u/ suhu diatas dan bawah suhu lingkungan
                                 IID – Dirancang untuk seluruh suhu


                                 Gas-Filled pressure-change
            III                  IIIA – full compensation
                                 IIIB – case compensation

                                 Mercury-filled volume change
            V                    VA – full compensation
                                 VB – case compensation



3.2.2 Thermometer Bimetal
       Bekerja dengan prinsip bahwa logam akan memuai jika dikenai panas dan koefisien
pemuaiannya untuk setiap jenis logam akan berbeda.
Elemen yang sensitif terhadap suhu adalah campuran antara dua jenis logam yang dikeraskan
menjadi lempengan berbentuk pita.




                                                                                       22
Instrumentasi dan Kalibrasi




3.2.3 Termometer Resistansi (RTD)
       Metode pengukuran suhu yang teliti yaitu dengan menggunakan termometer resistansi
listrik. Piranti ini terdiri atas resistor yang harga resistansinya bergantung pada suhu.




3.2.4 Termokopel
Berisi pasangan konduktor yang terdiri atas dua logam atau paduan berbeda yang ujungnya
saling dihubungkan. Cara kerjanya didasarkan atas kombinasi efek termoelektrik. Ketika dua
titik hubung dua jenis logam yang berbeda (T1 dan T2), akan timbul tegangan listrik antara
titik M dan N.
Hubungan antara suhu dan tegangan adalah sebagai berikut.
                 v0 = C1 (T1 − T2 ) + C2 (T1 − T2 ) 2
Dengan,
       C1 dan C2       = konstanta termoelektrik material
       T1 dan T2        = Suhu titik hubung

                                                                                            23
Instrumentasi dan Kalibrasi



d. Rangkaian Termokopel hubungan Tunggal




e. Rangkaian Termokopel hubungan ganda




f.   Pengukuran GGL langsung




g. Pengukuran GGL dengan titik reverensi nol




3.2.4.1 TIPE TERMOKOPEL
Tabel Tipe termokopel Menurut Standard Instrument Society Of America (ISA)


                                                                             24
Instrumentasi dan Kalibrasi



  Tipe   Bahan                            Rentang Suhu (C)    GGL (V)

  B      Platina, 6% Rodium (+)           0… 1820             0… 13,814
         dan Platina, 30% Rodium (-)

  R      Platina (+)                      -50… 1768           -0,226… 21,108
         dan platina, 13% Rodium (-)

  S      Platina (+)                      -50… 1768           -0,236… 18,698
         dan platina, 10% Rodium (-)

  J      Besi (+) dan Konstantan (-)      -210… 760           -8,096… 42,922

  K      Khromel (+) dan Alumel (-)       -270… 1372          -6,458… 54,875

  T      Tembaga (+) dan Konstantan (-)   -270… 400           -6,258… 20,869

  E      Khromel (+) dan Konstantan (-)   -270… 1000          -9,835… 76,358



3.2.5 PYROMETER
Pirometer digunakan untuk mengukur suhu berdasar prinsip radiasi termal yang dipancarkan
benda. Kelebihan pirometer adalah, tidak menyentuh objek terukur. Dengan demikian
pengukuran hampir tidak mempengaruhi suhu benda. Pirometer banyak digunakan untuk
mengukur lelehan besi dan suhu tanur pembakaran




                                                                                     25
Instrumentasi dan Kalibrasi



3.3 FLOW / ALIRAN
  Alat ukur flow disebut dengan Flowmeter. Flowmeter dibedakan menjadi
  beberapa jenis :
  •    Beda Tekanan (differential pressure atau head meter) orifice plate,
       venturi tube, flow nozzle, pitot tube, elbow dan rotameter.
  •    Perpindahan positif (positive displacement) : piston, oval-gear, nutating-
       disk dan rotary vane types.
  •    Velocity Meter : Turbine Flowmeter
  •    Mass Flowmeter : Coriolis
  •    Magnetic Flowmeter


3.3.1 BEDA TEKANAN
      Hubungan antara kecepatan dan tekanan dalam pipa antara titik 1 dan 2 dengan
      meniadakan pengaruh gesekan, diberikan oleh persamaan Bernoulli (1700 – 1782).
                      p1V + ½ mv12 + mgz1 = p2V + ½ mv22 + mgz2
      karena, v = m/ρ dan Q = v A, maka laju alir volume, Q, untuk kondisi ideal ialah,

                                   A2              ⎛ p − p2       ⎞
                      Q=                         2g⎜ 1
                                                   ⎜ ρ + z1 − z 2 ⎟
                                                                  ⎟
                           1 − ( A2 / A1 )
                                             2
                                                   ⎝              ⎠


      *** Prinsip Pengukuran
          •   Kompensasi kehilangan energi dilakukan dengan memasukkan faktor koefisien
              kecepatan (Cv) ke dalam persamaan tersebut
          •   Faktor-faktor yang mempengaruhi laju alir fluida adalah viskositas, densitas,
              dan gesekan fluida        dalam pipa




                                                                                          26
Instrumentasi dan Kalibrasi


3.3.2 ORIFICE METER
Jarak minimum dari pelat orifice




                                                           27
Instrumentasi dan Kalibrasi




3.3.3 TABUNG VENTURI
Ukuran tabung venturi menurut ASME




Laju alir fluida yang melalui pipa dirumuskan sebagai

                            Cv A2            ⎛ p − p2       ⎞
                    Q=                     2g⎜ 1
                                             ⎜ ρ + z1 − z 2 ⎟
                                                            ⎟
                         1 − ( A2 / A1 )     ⎝              ⎠
                                       2




                                                                                28
Instrumentasi dan Kalibrasi


3.3.4 FLOW NOZZLE
Flow nozzle serta ukuran yang dianjurkan oleh ASME




Dall flow tubes




3.3.5 ELBOW METER
Penempatan sensor tekanan pada elbow meter




Laju alir volume, Q, diperoleh dengan persamaan 3.9. Nilai koefisien elbow meter (C)
berkisar antara 0,56 dan 0,88

                                                                                 29
Instrumentasi dan Kalibrasi




3.3.6 CORIOLIS
   Coriolis mass flowmeter terdiri dari unit sensor dan unit transmiter elektronik. Unit sensor
   dapat berupa satu atau dua flow tube. Unit sensor menggunakan mekanisme magnetic coil
   untuk menggetarkan flow tube, yang bergetar dengan frekuensi atau harmoni alami seperti
   garputala. Aplitudo puncak getaran umumnya kurang dari 1/10 inch.




   Fluida yang melewati tube akan menghasilkan gaya coriolis, yang selalu melawan arah
   aliran dan menyimpangkannya. Fulida yang makin cepat sisi inlet dan lambat di sisi outlet
   akanmenyebabkan tube memuntir. Jumlah puntiran berbanding lurus dengan laju alir
   massa yang melewati tube. Dua detektor ditempatkan di masing-masing sisi dari flow
   tube, mengirimkan informasi ini (sebagai suatu shift perbedaan fasa) kepada unit
   transmiter elektronik, untuk kemudian diproses dan di-display.
   a. Efek Coriolis Vibration




        (a) Kondisi Tanpa aliran                            (b) Kondisi ada alian




                                                                                           30
Instrumentasi dan Kalibrasi


  b. Efek Coriolis Rotation




           (a) Kondisi Tanpa aliran                      (b) Kondisi ada alian




3.3.7 TURBINE FLOW METER
  Digunakan untuk cairan/gas dengan flow rendah Terdiri dari 3 komponen dasar: rumah
  rotor dan magnetic pick-up coil Rotor mempunyai sudu banyak (multi-bladed) yang
  dipasang pada aliran fluida dengan bantalan yang bergerak bebas. Sumbu rotasi rotor tegak
  lurus terhadap arah aliran    Rotor berputar akibat aliran fluida yang mengenainya
  Kecepatan rotasi menunjukkan kecepatan flow
  Kecepatan rotasi dideteksi oleh electromagnetic pick-up coil, yang bekerja berdasarkan
  prinsip medan magnetik yang bergerak melalui sebuah coil.




                                                                                        31
Instrumentasi dan Kalibrasi


3.4 LEVEL CAIRAN
3.4.1 Prinsip Pengukuran
     Pengukuran tinggi permukaan atau berat material yang disimpan dalam bejana dapat
     dilakukan secara langsung atau tak langsung. Termasuk metode langsung adalah gelas
     duga (sight glass). Sedangkan dalam metode tak langsung memakai prinsip pengukuran
     tekanan hidrostatik pada titik tertentu, menurut persamaan dibawah ini.
                                    p = ρgh
    dengan, p = tekanan hidrostatik (Pa)
     ρ = densitas cairan (kg m-3)
     h = tinggi cairan diatas titik pengukuran (m)
     g = percepatan gravitasi (9,81 m s-2)


     Pelaksanaan pengukuran tinggi cairan dapat menggunakan beberapa metode berikut :
       ► Metode apungan (float method)
       ► Metode anjakan (displacement method)
       ► Metode tekanan
       ► Metode kapasitansi
       ► Metode radiasi (sinar gamma dan ultrasonik)
       ► Metode termal


3.4.2 Metode Apungan
- Prinsip
 Metode apungan mengukur tinggi permukaan berdasar prinsip gaya apung yang diberikan
 oleh cairan adalah sebanding dengan tinggi permukaan cairan disekitarnya




                                                                                        32
Instrumentasi dan Kalibrasi



- Penerapan
 Metode apungan diterapkan untuk tangki terbuka dengan rentang pengukuran antara 75 mm
 dan 15 m. Suhu operasi maksimum adalah 260 oC dengan ketidaktelitian 1% skala penuh.


3.4.3 Metode Anjakan
- Prinsip
 Metode anjakan mengukur tinggi permukaan cairan didasarkan atas kenyataan bahwa gaya
 apung pada batang apung sebanding dengan tinggi permukaan cairan di sekitarnya




Gaya yang bekerja pada batang apung adalah sama dengan berat batang dikurangi gaya apung
oleh cairan di sekitarnya. Gaya neto sebesar

                           f = mg − ρgAh
Dengan:
   -   f       = gaya neto (N)
   -   m       = massa batang (kg)
   -   g       = gravitasi (9,81 m s-2)
   -   ρ       = densitas cairan (kg m-3)

                                                                                        33
Instrumentasi dan Kalibrasi



    -   A       = luas penampang batang (m2)
    -   h       = panjang batang yang berada di dalam cairan




-   Penerapan
    Metode anjakan dapat digunakan untuk tangki terbuka atau tertutup dengan rentang
    pengukuran berkisar antara 0,15 dan 3,6 meter. Suhu operasi hingga 450 oC dengan
    ketidaktelitian 0,5% skala penuh. Dengan pemilihan yang tepat, tipe ini dapat dipakai
    untuk semua jenis cairan. Fluktuasi densitas atau tekanan dapat ditangani dengan baik.
    Dapat digunakan untuk pengukuran suhu tinggi dan tinggi bidang batas dua cairan.


3.4.4 METODE RADIASI
3.4.4.1 Metode Radiasi Sinar Gamma
                Metode ini di dasarkan atas kenyataan intensitas sinar gamma yang menembus
        cairan tergantung pada ketebalan atau tinggi permukaan cairan. Hampir semua kondisi
        cairan (jernih, kental, mengandung padatan, bidang batas) bahkan padatan, dapat
        diukur dengan baik kecuali cairan berbusa. Kelemahannya perlu biaya tinggi dan
        harus ada lisensi khusus pemakaian sinar radioaktif. Penerapannya baik pada tangki
        terbuka atau tertutup dalam rentang pengukuran yang luas


3.4.4.2 Metode Radiasi Sinar Ultrasonic




                                                                                        34
Instrumentasi dan Kalibrasi


      Metode radiasi ultrasonik didasrkan atas efek gema yang dipantulkan oleh
permukaan cairan. Metode ini sangat handal, akurasinya baik, dan efek korosi dan
efek korosidan kontaminasinya dapat minimum. Kelemahannya adalah terganggu
oleh adanya debu, busa, pengembunan uap, dan relatif mahal. Metode ini dapat
diterapkan dengan baik pada tangki terbuka atau tertutup dalam rentang pengukuran
yang luas. Suhu operasi hingga 150 0C dengan ketidaktelitian 1% skala penuh.




                                                                               35

Más contenido relacionado

Was ist angesagt?

35946210 instrumentasi-sensor
35946210 instrumentasi-sensor35946210 instrumentasi-sensor
35946210 instrumentasi-sensormasoso
 
Dasar2 Pengukuran For Student
Dasar2 Pengukuran For StudentDasar2 Pengukuran For Student
Dasar2 Pengukuran For StudentMuhammad AR
 
14708251076_Arna Putri_Sensor Listrik
14708251076_Arna Putri_Sensor Listrik14708251076_Arna Putri_Sensor Listrik
14708251076_Arna Putri_Sensor ListrikIPA 2014
 
E1 e117024 nurfadhilah badwi tugas1 sistemti
E1 e117024 nurfadhilah badwi tugas1 sistemtiE1 e117024 nurfadhilah badwi tugas1 sistemti
E1 e117024 nurfadhilah badwi tugas1 sistemtinurfadhilah badwi
 
Konsep dasar sistem instrumentasi
Konsep dasar sistem instrumentasiKonsep dasar sistem instrumentasi
Konsep dasar sistem instrumentasiAstelRajagukguk
 
14708251091_RIZAL NASRUL EFENDI_Sensor mekanik
14708251091_RIZAL NASRUL EFENDI_Sensor mekanik14708251091_RIZAL NASRUL EFENDI_Sensor mekanik
14708251091_RIZAL NASRUL EFENDI_Sensor mekanikIPA 2014
 
Sensor Mekanik, Laely Mahmudah
Sensor Mekanik, Laely MahmudahSensor Mekanik, Laely Mahmudah
Sensor Mekanik, Laely Mahmudahkemenag
 

Was ist angesagt? (7)

35946210 instrumentasi-sensor
35946210 instrumentasi-sensor35946210 instrumentasi-sensor
35946210 instrumentasi-sensor
 
Dasar2 Pengukuran For Student
Dasar2 Pengukuran For StudentDasar2 Pengukuran For Student
Dasar2 Pengukuran For Student
 
14708251076_Arna Putri_Sensor Listrik
14708251076_Arna Putri_Sensor Listrik14708251076_Arna Putri_Sensor Listrik
14708251076_Arna Putri_Sensor Listrik
 
E1 e117024 nurfadhilah badwi tugas1 sistemti
E1 e117024 nurfadhilah badwi tugas1 sistemtiE1 e117024 nurfadhilah badwi tugas1 sistemti
E1 e117024 nurfadhilah badwi tugas1 sistemti
 
Konsep dasar sistem instrumentasi
Konsep dasar sistem instrumentasiKonsep dasar sistem instrumentasi
Konsep dasar sistem instrumentasi
 
14708251091_RIZAL NASRUL EFENDI_Sensor mekanik
14708251091_RIZAL NASRUL EFENDI_Sensor mekanik14708251091_RIZAL NASRUL EFENDI_Sensor mekanik
14708251091_RIZAL NASRUL EFENDI_Sensor mekanik
 
Sensor Mekanik, Laely Mahmudah
Sensor Mekanik, Laely MahmudahSensor Mekanik, Laely Mahmudah
Sensor Mekanik, Laely Mahmudah
 

Andere mochten auch

25303347 instrumentation-and-calibration
25303347 instrumentation-and-calibration25303347 instrumentation-and-calibration
25303347 instrumentation-and-calibrationherdwihascaryo
 
Temperature and heat kelompok 8
Temperature and heat kelompok 8Temperature and heat kelompok 8
Temperature and heat kelompok 8Ratih Sigit
 
Fisiologi sistem respirasi
Fisiologi sistem respirasiFisiologi sistem respirasi
Fisiologi sistem respirasiShiAddung
 
Statistik pert 7
Statistik pert 7Statistik pert 7
Statistik pert 7t34ra
 
Biofarmasetika ( i ) new2
Biofarmasetika ( i ) new2Biofarmasetika ( i ) new2
Biofarmasetika ( i ) new2husnul khotimah
 
Group 8 ~ Chapter 8 : Temperature & Heat
Group 8 ~ Chapter 8 : Temperature & HeatGroup 8 ~ Chapter 8 : Temperature & Heat
Group 8 ~ Chapter 8 : Temperature & HeatRizqi Hristo
 
Sensor dan tranduser
Sensor dan tranduserSensor dan tranduser
Sensor dan tranduserEko Supriyadi
 
Speed sensor
Speed sensorSpeed sensor
Speed sensorjjytuj
 
Acar 4 sensor cahaya
Acar 4 sensor cahayaAcar 4 sensor cahaya
Acar 4 sensor cahayaYuwan Kilmi
 

Andere mochten auch (13)

25303347 instrumentation-and-calibration
25303347 instrumentation-and-calibration25303347 instrumentation-and-calibration
25303347 instrumentation-and-calibration
 
Temperature and heat kelompok 8
Temperature and heat kelompok 8Temperature and heat kelompok 8
Temperature and heat kelompok 8
 
Diagram ttt
Diagram tttDiagram ttt
Diagram ttt
 
H027236781
H027236781H027236781
H027236781
 
Biofarmasetika i
Biofarmasetika iBiofarmasetika i
Biofarmasetika i
 
Fisiologi sistem respirasi
Fisiologi sistem respirasiFisiologi sistem respirasi
Fisiologi sistem respirasi
 
Statistik pert 7
Statistik pert 7Statistik pert 7
Statistik pert 7
 
Biofarmasetika ( i ) new2
Biofarmasetika ( i ) new2Biofarmasetika ( i ) new2
Biofarmasetika ( i ) new2
 
Group 8 ~ Chapter 8 : Temperature & Heat
Group 8 ~ Chapter 8 : Temperature & HeatGroup 8 ~ Chapter 8 : Temperature & Heat
Group 8 ~ Chapter 8 : Temperature & Heat
 
Sensor dan tranduser
Sensor dan tranduserSensor dan tranduser
Sensor dan tranduser
 
Mesin mesin-fluida-turbin-air
Mesin mesin-fluida-turbin-airMesin mesin-fluida-turbin-air
Mesin mesin-fluida-turbin-air
 
Speed sensor
Speed sensorSpeed sensor
Speed sensor
 
Acar 4 sensor cahaya
Acar 4 sensor cahayaAcar 4 sensor cahaya
Acar 4 sensor cahaya
 

Ähnlich wie 25303347 instrumentation-and-calibration

Penggunaan alat ukur_dan_instrumen_ukur
Penggunaan alat ukur_dan_instrumen_ukurPenggunaan alat ukur_dan_instrumen_ukur
Penggunaan alat ukur_dan_instrumen_ukurginasaja
 
KONSEP DASAR PENGUKURAN TEKNIK Oleh Ir. Najamudin, MT Dosen Universitas Banda...
KONSEP DASAR PENGUKURAN TEKNIK Oleh Ir. Najamudin, MT Dosen Universitas Banda...KONSEP DASAR PENGUKURAN TEKNIK Oleh Ir. Najamudin, MT Dosen Universitas Banda...
KONSEP DASAR PENGUKURAN TEKNIK Oleh Ir. Najamudin, MT Dosen Universitas Banda...Ir. Najamudin, MT
 
Instrumentasi
InstrumentasiInstrumentasi
Instrumentasipolmed
 
Praktikum2 - Kalibrasi dan Pelaporan_Landasan Instrumentasi.pptx
Praktikum2 - Kalibrasi dan Pelaporan_Landasan Instrumentasi.pptxPraktikum2 - Kalibrasi dan Pelaporan_Landasan Instrumentasi.pptx
Praktikum2 - Kalibrasi dan Pelaporan_Landasan Instrumentasi.pptxhasbisidqi
 
METODA PENGUKURAN.pptx
METODA PENGUKURAN.pptxMETODA PENGUKURAN.pptx
METODA PENGUKURAN.pptxAzharBaiquni2
 
Dasar instrument [revisi]
Dasar instrument [revisi]Dasar instrument [revisi]
Dasar instrument [revisi]Anggi Mukti
 
7.1 modul i fii grade 1 (basic applications, function, various and model of f...
7.1 modul i fii grade 1 (basic applications, function, various and model of f...7.1 modul i fii grade 1 (basic applications, function, various and model of f...
7.1 modul i fii grade 1 (basic applications, function, various and model of f...Deni muharom
 
TEORI DASAR PENGUKURAN
TEORI DASAR PENGUKURANTEORI DASAR PENGUKURAN
TEORI DASAR PENGUKURANRafben Andika
 
M0 teori dasar pengukuran
M0 teori dasar pengukuranM0 teori dasar pengukuran
M0 teori dasar pengukuranRafben Andika
 
Pengertian sensor dan tranduser
Pengertian sensor dan tranduserPengertian sensor dan tranduser
Pengertian sensor dan tranduserIlham Dn
 
Pengertian sensor dan tranduser
Pengertian sensor dan tranduserPengertian sensor dan tranduser
Pengertian sensor dan tranduserIlham Dn
 
TEKNOLOGI SENSOR TRANSDUCER
TEKNOLOGI SENSOR TRANSDUCERTEKNOLOGI SENSOR TRANSDUCER
TEKNOLOGI SENSOR TRANSDUCERmalika femiyanti
 
Sensor dan transduser
Sensor dan transduserSensor dan transduser
Sensor dan transduserliesyn
 

Ähnlich wie 25303347 instrumentation-and-calibration (20)

a
aa
a
 
Penggunaan alat ukur_dan_instrumen_ukur
Penggunaan alat ukur_dan_instrumen_ukurPenggunaan alat ukur_dan_instrumen_ukur
Penggunaan alat ukur_dan_instrumen_ukur
 
Alat ukur 2
Alat ukur 2Alat ukur 2
Alat ukur 2
 
1455612461 (1)
1455612461 (1)1455612461 (1)
1455612461 (1)
 
KONSEP DASAR PENGUKURAN TEKNIK Oleh Ir. Najamudin, MT Dosen Universitas Banda...
KONSEP DASAR PENGUKURAN TEKNIK Oleh Ir. Najamudin, MT Dosen Universitas Banda...KONSEP DASAR PENGUKURAN TEKNIK Oleh Ir. Najamudin, MT Dosen Universitas Banda...
KONSEP DASAR PENGUKURAN TEKNIK Oleh Ir. Najamudin, MT Dosen Universitas Banda...
 
Instrumentasi
InstrumentasiInstrumentasi
Instrumentasi
 
Praktikum2 - Kalibrasi dan Pelaporan_Landasan Instrumentasi.pptx
Praktikum2 - Kalibrasi dan Pelaporan_Landasan Instrumentasi.pptxPraktikum2 - Kalibrasi dan Pelaporan_Landasan Instrumentasi.pptx
Praktikum2 - Kalibrasi dan Pelaporan_Landasan Instrumentasi.pptx
 
METODA PENGUKURAN.pptx
METODA PENGUKURAN.pptxMETODA PENGUKURAN.pptx
METODA PENGUKURAN.pptx
 
Dasar instrument [revisi]
Dasar instrument [revisi]Dasar instrument [revisi]
Dasar instrument [revisi]
 
Bahan kuliah metrologi 1
Bahan kuliah metrologi 1Bahan kuliah metrologi 1
Bahan kuliah metrologi 1
 
7.1 modul i fii grade 1 (basic applications, function, various and model of f...
7.1 modul i fii grade 1 (basic applications, function, various and model of f...7.1 modul i fii grade 1 (basic applications, function, various and model of f...
7.1 modul i fii grade 1 (basic applications, function, various and model of f...
 
TEORI DASAR PENGUKURAN
TEORI DASAR PENGUKURANTEORI DASAR PENGUKURAN
TEORI DASAR PENGUKURAN
 
M0 teori dasar pengukuran
M0 teori dasar pengukuranM0 teori dasar pengukuran
M0 teori dasar pengukuran
 
96 107 wiwik
96 107 wiwik96 107 wiwik
96 107 wiwik
 
Pengertian sensor dan tranduser
Pengertian sensor dan tranduserPengertian sensor dan tranduser
Pengertian sensor dan tranduser
 
Pengertian sensor dan tranduser
Pengertian sensor dan tranduserPengertian sensor dan tranduser
Pengertian sensor dan tranduser
 
Transmitter
TransmitterTransmitter
Transmitter
 
Transmitter
TransmitterTransmitter
Transmitter
 
TEKNOLOGI SENSOR TRANSDUCER
TEKNOLOGI SENSOR TRANSDUCERTEKNOLOGI SENSOR TRANSDUCER
TEKNOLOGI SENSOR TRANSDUCER
 
Sensor dan transduser
Sensor dan transduserSensor dan transduser
Sensor dan transduser
 

Último

PROMO, HUB 0822-4470-5247 | Paper Bag Belanjaan Malang
PROMO, HUB 0822-4470-5247 | Paper Bag Belanjaan MalangPROMO, HUB 0822-4470-5247 | Paper Bag Belanjaan Malang
PROMO, HUB 0822-4470-5247 | Paper Bag Belanjaan Malangsaka
 
Judul: Mengenal KediriToto: Platform Terpercaya untuk Penggemar Togel
Judul: Mengenal KediriToto: Platform Terpercaya untuk Penggemar TogelJudul: Mengenal KediriToto: Platform Terpercaya untuk Penggemar Togel
Judul: Mengenal KediriToto: Platform Terpercaya untuk Penggemar TogelHaseebBashir5
 
Kediritoto: Panduan Lengkap untuk Penggemar Togel di Kediri
Kediritoto: Panduan Lengkap untuk Penggemar Togel di KediriKediritoto: Panduan Lengkap untuk Penggemar Togel di Kediri
Kediritoto: Panduan Lengkap untuk Penggemar Togel di KediriHaseebBashir5
 
Modul Sertifikasi Penilaian RMI Batch II updated 070324 1800.pdf
Modul Sertifikasi Penilaian RMI Batch II updated 070324 1800.pdfModul Sertifikasi Penilaian RMI Batch II updated 070324 1800.pdf
Modul Sertifikasi Penilaian RMI Batch II updated 070324 1800.pdfDODDY LOMBARDO, ST, MM, CRP
 
"Menyambut Musim Dingin: Persiapan Menghadapi Winter4D"
"Menyambut Musim Dingin: Persiapan Menghadapi Winter4D""Menyambut Musim Dingin: Persiapan Menghadapi Winter4D"
"Menyambut Musim Dingin: Persiapan Menghadapi Winter4D"HaseebBashir5
 

Último (6)

PROMO, HUB 0822-4470-5247 | Paper Bag Belanjaan Malang
PROMO, HUB 0822-4470-5247 | Paper Bag Belanjaan MalangPROMO, HUB 0822-4470-5247 | Paper Bag Belanjaan Malang
PROMO, HUB 0822-4470-5247 | Paper Bag Belanjaan Malang
 
Judul: Mengenal KediriToto: Platform Terpercaya untuk Penggemar Togel
Judul: Mengenal KediriToto: Platform Terpercaya untuk Penggemar TogelJudul: Mengenal KediriToto: Platform Terpercaya untuk Penggemar Togel
Judul: Mengenal KediriToto: Platform Terpercaya untuk Penggemar Togel
 
Kediritoto: Panduan Lengkap untuk Penggemar Togel di Kediri
Kediritoto: Panduan Lengkap untuk Penggemar Togel di KediriKediritoto: Panduan Lengkap untuk Penggemar Togel di Kediri
Kediritoto: Panduan Lengkap untuk Penggemar Togel di Kediri
 
20122023-Sosialisasi Juknis RMI-Final.pdf
20122023-Sosialisasi Juknis RMI-Final.pdf20122023-Sosialisasi Juknis RMI-Final.pdf
20122023-Sosialisasi Juknis RMI-Final.pdf
 
Modul Sertifikasi Penilaian RMI Batch II updated 070324 1800.pdf
Modul Sertifikasi Penilaian RMI Batch II updated 070324 1800.pdfModul Sertifikasi Penilaian RMI Batch II updated 070324 1800.pdf
Modul Sertifikasi Penilaian RMI Batch II updated 070324 1800.pdf
 
"Menyambut Musim Dingin: Persiapan Menghadapi Winter4D"
"Menyambut Musim Dingin: Persiapan Menghadapi Winter4D""Menyambut Musim Dingin: Persiapan Menghadapi Winter4D"
"Menyambut Musim Dingin: Persiapan Menghadapi Winter4D"
 

25303347 instrumentation-and-calibration

  • 1. Instrumentasi dan Kalibrasi BAB 1 INSTRUMENTASI PENDAHULUAN Instrumentasi berasal dari istilah asing yaitu “instrumentation”. Instrumentasi yang dibahas di sini terkait dengan pengukuran (measurement) khususnya pengukuran secara elektronik. Ada beberapa definisi tentang instrumentasi di Internet antara lain : The installation and use of electronic, gyroscopic, and other instruments for the purpose of detecting, measuring, recording, telemetering, processing, or analyzing different values or quantities as encountered in the flight of a rocket or spacecraft. roland.lerc.nasa.gov/~dglover/dictionary/i.html Any device used to monitor the performance of the structure during its construction and throughout its useful life. An arrangement of devices installed into or near dams (i.e., piezometers, inclinometer, strain gages, measurement points, etc.) and used to evaluate the structural behavior and performance parameters of the structure. Reclamation has utilized a variety of instrumentation, most often piezometers, to evaluate the situations and conditions of all four Horsetooth Dams. www.abouthorsetooth.com/html/glossary.asp Berdasarkan definisi di atas, instrumentasi terkait dengan beberapa proses diantaranya pendeteksian, pengukuran, perekaman, telemetri, pengolahan atau analisa data yang dihasilkan. Dalam instrumentasi terdapat proses pengukuran. Sedangkan pengertian secara umum dari kata mengukur adalah membandingkan besaran yang diukur dengan besaran sejenis yang ditetapkan sebagai satuan. Sedangkan yang dimaksud dengan besaran adalah sesuatu yang dapat diukur dan dinyatakan dengan angka-angka. Definisi lain tentang pengukuran dapat dicermati dari definisi yang ada di web sebagai berikut: The process of using dimensions, quantity, or capacity by comparison with a standard in order to mark off, apportion, lay out, or establish dimensions. www.iteawww.org/TAA/Glossary.htm Pengukuran dilakukan dengan alasan pengamatan gejala alam yang sifatnya fisik akan menjadi lebih lengkap dan komunikatif bila dinyatakan dengan angka-angka, misalnya panas sebuah benda sebesar 30 0 C, atau panjang benda sebesar 200 cm dan lain sebagainya. 1
  • 2. Instrumentasi dan Kalibrasi Pengukuran dilakukan dengan menggunakan sebuah sistem yang disebut dengan sistem instrumentasi atau sistem pengukuran. Pengukuran yang dimaksud disini adalah pengukuran elektrik ataupun elektronik baik secara analog maupun dijital. Bahkan untuk saat ini, sistem pengukuran elektronik sudah melibatkan mikroprosesor atau mikrokontroler sehingga memberikan fleksibilitas dan tingkat akurasi yang lebih tinggi. Isu utama dari sebuah alat ukur yang digunakan dalam sistem instrumentasi adalah validitas dan reliabilitas. Validitas berarti ketepatan yang dimiliki alat ukur dalam menghasilkan nilai pengukuran atau alat ukur dapat mengukur sesuai dengan yang diukur, sedangkan realibilitas adalah keajegan alat ukur dalam menghasilkan nilai pengukuran. MODEL SISTEM INSTRUMENTASI Secara umum blok diagram sistem pengukuran dapat dilihat pada gambar adalah sebagai berikut : Sensor/ Pengondisi Pengolah Display Transduser Sinyal Sinyal Gambar-1. Model Sistem Instrumentasi Nampak bahwa sistem instrumentasi terdiri dari 4 (empat) bagian utama, dimulai dari sensor yang langsung menyentuh titik pengukuran, artinya bersentuhan langsung dengan besaran yang diukur, dan berakhir dengan display (tampilan) yang berfungsi sebagai interface bagi pengguna dalam melakukan instrumentasi. Sensor (pengindera) atau transduser merupakan ujung depan dari sistem pengukuran. Fungsi dari sensor dalam hal ini adalah mengubah besaran non listrik menjadi listrik, sehingga memungkinkan pengukuran besaran non listrik melalui sistem pengukuran secara listrik atau elektronik. Permasalahan utama dari sistem pengukuran secara elektrik maupun elektronik terletak pada sensor. Sebelum ada sensor atau transducer, maka pengukuran secara elektrik atau elektronik tidak dapat dilakukan. Misalnya, tidak akan termometer elektronik jika tidak ada sensor atau transduser yang dapat mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik. Pengkondisi sinyal berfungsi untuk menyiapkan sinyal yang dikeluarkan oleh sensor, sehingga dapat diproses pada rangkaian pengolah sinyal. Proses yang terjadi pada pengondisi 2
  • 3. Instrumentasi dan Kalibrasi sinyal salah satunya menentukan besarnya arus, tegangan atau menghilangkan gangguan sehingga sinyal yang diproses pada pengolah sinyal benar-benar sesuai dengan karakteristik besaran yang akan diukur. Proses pengukuran terjadi pada pengolah sinyal. Pada bagian ini besarnya sinyal hasil dari pengondisi sinyal dibandingkan dengan besaran yang sejenis yang sudah ditetapkan. Agar proses pembandingan dapat sesuai dengan nilai besaran yang diukur, maka pada bagian ini dilakukan kalibrasi dari besaran yang telah ditetapkan. Akurasi pengukuran ini sering disebut juga dengan validitas sebuah alat ukur. Proses pengukuran dapat dilakukan secara analog maupun dijital. Ujung akhir sebuah sistem pengukuran adalah display atau tampilan. Fungsi bagian ini adalah menyajikan informasi hasil pengukuran kepada kita yang menggunakan alat ukur. Tampilan ini juga dapat disajikan dalam bentuk analog maupun dijital. 3
  • 4. Instrumentasi dan Kalibrasi BAB 2 SENSOR/TRANSDUSER DAN AKTUATOR A. KARAKTERISTIK SENSOR/TRANSDUSER Secara umum, karakteristik sensor atau transduser dibagi menjadi dua yaitu: (1) Karakteristik Statis (Static Charasteristics); dan (2) Karakteristik Dinamis (Dynamic Characteristics). 1. Karakteristik Statis Karakteristik statis sebuah sensor/transduser sangat banyak yaitu: a. Akurasi (Accuracy) Sejauh mana sensor dapat menunjukkan hasil yang mendekati nilai sesungguhnya. b. Presisi (Precision) Presisi dapat diartikan dengan ketepatan dan sangat erat hubungannya dengan akurasi. Contoh pada saat kita mengukur panjang sebuah balok menggunakan mistar. Akurasi berkaitan dengan kesesuaian mistar menunjukkan ukuran sesuai dengan panjang sesungguhnya, sedangkan presisi menjamin ketelitian dalam membaca angka ukuran pada mistar tersebut. c. Resolusi (Resolution) Resolusi dapat diartikan dengan ketelitian, yaitu skala terkecil yang digunakan dalam pengukuran. d. Sensitifitas (Sensitivity) Sensitifitas dapat diartikan sebagai kepekaan, yaitu perbandingan kenaikan keluaran terhadap kenaikan masukan. e. Selektifitas/Spesifisitas (Selectivity/Specificity) Kemampuan sensor dalam memilih variabel yang akan ditampilkan nilaiarkan hasil pengukurannya. f. Sinyal minimum yang terdeteksi (Minimum Detectable signal/MDS) Jika input transduser tidak tercampur dengan noise, kemampuan transduser menampilkan nilai terkecil yang reliabel tanpa tambahan noise darinya dinamakan sinyal minimum yang dapat dideteksi dari sebuah transduser. 1
  • 5. Instrumentasi dan Kalibrasi Selain beberapa karakteristik statis di atas, ada beberapa karekteristik statis yang lain di antaranya :Threshold, Non linieritas (Nonlinearity), Distorsi (Distortion), Comformance (Conformity), Histerisis (Hysteresis), Repeatability, Span, Noise, Output Impedance, Grounding, Isolation, Instability and Drift, Overall Performance. 2. Karakteristik Dinamis Karakteristik dinamis sebuah sensor/transduser antara lain : Fungsi transfer, tanggapan frekuensi, Impulse Response, dan Step response. SENSOR Seperti dijelaskan sebelumnya, bahwa ujung depan sistem instrumentasi adalah sensor. Pengertian sensor dapat dicermati dari beberapa definisi berikut ini. A device that responds to a physical stimulus, such as thermal energy, electromagnetic energy, acoustic energy, pressure, magnetism, or motion, by producing a signal, usually electrical. www.bandwidthmarket.com/resources/glossary/S2.html A device that responds to a physical stimulus (heat, light, sound, pressure, motion, flow, and so on), and produces a measurable corresponding electrical signal www.allaboutmems.com/glossary.html 2
  • 6. Instrumentasi dan Kalibrasi Berdasarkan definisi-definisi tersebut jelas bahwa fungsi utama dari sensor adalah mengubah rangsangan fisik (energi non listrik) seperti energi termal, energi akustik, tekanan, gerakan dan lain-lain menjadi sinyal listrik (energi listrik). Ada beberapa jenis sensor dalam sistem elektronika, baik yang berupa komponen tunggal atau rangkaian terintegrasi. Besaran yang dihasilkan biasanya resistansi, induktansi, kapasitansi, arus atau tegangan. Suatu contoh, sensor cahaya LDR (Light Depending Resistor) akan mengubah perubahan energi cahaya menjadi perubahan resistansi, sensor suhu LM35 akan mengubah energi panas (suhu) menjadi besaran arus atau tegangan. TRANSDUSER Selain istilah sensor, dalam teknik instrumentasi elektronika juga dikenal istilah transduser yang memiliki fungsi hampir sama atau bahkan sama dengan sensor. Perbedaan pengertian antara sensor dan transduser sangatlah tipis sehingga definisi juga tidak jauh berbeda. Hal ini dapat dilihat pada definisi-definisi berikut ini. A device for converting mechanical energy into electrical energy. www.techfest.com/networking/cabling/cableglos.htm A device for transforming mechanical energy to electrical energy, or for transforming electrical energy to mechanical energy, such as in microphones and loudspeakers, but not motors or generators. www.yung-li.com.tw/EN/info/Glossary_list.htm device designed to convert energy from one form to another www.sleepnet.com/definition.html A device which converts one form of energy into another. The diaphragm in the telephone and the carbon microphone in the transmitter are transducers. They change variations in sound pressure (your voice) to variations in electricity, and vice versa. www.marconi.com/html/glossary/glossaryt.htm A device that converts energy from one form to another, such as optical energy to electrical energy. www.fiber-optics.info/glossary-t.htm A mechanism which converts energy from one form to another. For example, a diaphragm converts soundwaves to mechanical vibrations, while a microphone converts them to electrical current, and a loudspeaker or earphone converts electrical energy into soundwaves. The diaphragm, microphone and loudspeaker are all transducers. www2.nlc-bnc.ca/gramophone/src/gloss.htm a device that converts energy from one form to another, retaining the amplitude variations of the energy being converted. Examples include a microphone, which converts acoustical energy 3
  • 7. Instrumentasi dan Kalibrasi into electrical energy; a loudspeaker, that does the reverse; a photocell that converts light energy to electrical energy. www.owlnet.rice.edu/~elec201/Book/glossary.html Berdasarkan definisi di atas, transduser dapat diartikan sama dengan sensor yaitu mengubah besaran non listrik menjadi besaran listrik. Contoh transduser misalnya mikropon, loudspeaker dan lain sebagainya. Motor dan generator tidak termasuk sebagai transduser. AKTUATOR Aktuator merupakan perangkat yang menghasilkan aksi mekanik berdasarkan sinyal inputnya, baik bersifat listrik maupun fluida (pneumatik dan hidrolik). Aktuator biasanya digunakan pada sistim kendali. Sehingga input aktuator berasal dari sistem kendali dan aksi mekanik yang dihasilkan aktuator digunakann untuk menggerakkan sistem yang dikendalikan. Ada beberapa pengertian yang dapat digunakan untuk memperjelas definisi dari aktuator. Misalnya : mechanical action in response to an input signal, which may be either electric or fluidic. www.siemensauto.com/glossaries/electronics_glossary.html A mechanical, pneumatic, hydraulic or electric device in a control system that furnishes the power to change and/or maintain the position of an element (such as an end-effector) the performs a task. The actuator responds to a signal received from the control system. www.unt.edu/robotics/glossaryA-D.htm A device which transforms an electric signal into a measured motion using hydraulic, pneumatic or pyrotechnic (explosive) action. www.spenvis.oma.be/spenvis/help/system/glossary.html 4
  • 8. Instrumentasi dan Kalibrasi MACAM-MACAM SENSOR/TRANSDUSER 3. Temperatur Beberapa proses industri memerlukan pengukuran temperatur yang akurat, karena temperatur tidak dapat dikendalikan secara pasti tanpa pengukuran yang tepat. Temperatur merupakan kemampuan tubuh atau bodi dalam berkomunikasi atau melakukan transfer energi. Di sisi lain, kita dapat mendefinisikan temperatur sebagai potensial dari energi panas untuk merambat. Ingat bahwa panas mengalir dari temperatur tinggi ke temperatur rendah. Sensor atau transduser temperatur yang digunakan dalam instrumentasi elektronik antara lain : a. Termokopel (Thermocouple) Termokopel terdiri persambungan dua buah logam yang berbeda. Jika ujung sambungan dipanaskan, maka pada ujung lain dari masing-masing logam akan menghasilkan perbedaan tegangan. Semakin tinggi suhu titik persambungan, maka akan semakin tinggi perbedaan tegangan dari masing-masing ujung logam tersebut. Termokopel ini sangat luas digunakan dalam dunia industri dalam pengukuran panas. Copper Iron X1 Thermocouple junction Vout X2 Constantan Copper Gambar-2. Termokopel Termokopel biasanya digunakan untuk pengukuran suhu tinggi, karena termokopel mampu mengukur panas sampai 2500 derajat Celcius. 5
  • 9. Instrumentasi dan Kalibrasi Thermistor Thermistor merupakan salah sensor suhu, dimana perubahan panas diubah menjadi perubahan resistansi. Dengan kata lain thermistor merupakan sebuah resistor yang sangat peka terhadap suhu. Semakin tinggi suhu akan mengakibatkan nilai resistansi semakin rendah. Bahan yang digunakan biasanya : nikel oksida, mangan, kobalt, tembaga atau logam lain yang peka terhadap suhu. Gambar-3. Karakteristik resistansi thermistor terhadap suhu Jangkauan panas yang dapat diukur oleh thermistor lebih rendah dibanding termokopel. Ada dua macam thermistor berdasarkan karakteristik perubahan nilai resistansinya, yaitu PTC dimana semakin besar suhu mengakibatkan resistansi juga semakin besar, sedangkan NTC semakin besar suhu nilai resistansi akan semakin turun. b. RTD (Resistance Temperature Detector) Logam murni seperti platina, nikel, tungsten dan tembaga memiliki koefisien positif, artinya semakin tinggi suhu akan mengakibatkan meningkatnya resistansi. Jangkauan pengukuran suhu menggunakan RTD antara 0 s.d 266 0 C. 6
  • 10. Instrumentasi dan Kalibrasi Gambar-3 RTD dan housing Gambar-4. RTD beserta karakteristiknya Gambar-5. Rangkaian pengukur suhu menggunakan RTD 7
  • 11. Instrumentasi dan Kalibrasi c. IC LM35 Sensor temperatur seri LM35 merupakan sebuah sensor temperatur berupa rangkaian terintegrasi, dimana outputnya berupa tegangan yang secara linier sebanding dengan temperatur Celcius (Centigrade). Sehingga LM35 memiliki keistimewaan dibandingkan sensor temperatur linear yang bisanya dinyatakan dalam Kelvin, yaitu pengguna tidak perlu mengurangi hasil output sensor dengan bilangan konstan 273 0 . Selain itu LM35 tidak memerlukan kalibrasi eksternal, dengan tingkat akurasi ±¼°C pada suhu kamar, atau ±¾°C untuk jangkah pengukuran -55 to +150°C. Karakteristik lain dari IC LM35 adalah, memiliki impedansi output yang rendah, output linier, mudah dioperasikan dan digabungkan dengan rangkaian berikutnya misalnya rangkaian kendali. LM35 dapat dioperasikan dengan power supply tunggal maupun power supply ganda (plus dan minus), dan hanya membutuhkan arus 60 µA, panas yang dihasilkan juga tidak terlalu tinggi (kurang dari 0.1°C) meskipun tanpa pendingin. LM35 mampu mengukur temperatur dengan jangkah -55° to +150°C, sedangkan untuk seri LM35C memiliki jangkah pengukuran -40° to +110°C. Kemasan seri LM35 dalam bentuk sama dengan kemasan transistor TO-46, sedangkan seri LM35C, LM35CA dan LM35D juga tersedia dalam bentuk kemasan TO-92, dan seri LM35D juga juga tersedia dalam kemasan TO-220. Gambar-6. Penggunaan LM35 8
  • 12. Instrumentasi dan Kalibrasi (a) (b) (c) (d) Gambar-7. Kemasan LM35 model (a) TO-46; (b) SO-8; (c) TO-92 dan (d) TO-220 Contoh-contoh aplikasi LM35 dalam pengukuran temperatur dapat dilihat pada gambar-gambar berikut ini. Gambar-8. Contoh aplikasi LM35 Gambar-9. Contoh aplikasi LM35 (Lanjutan) Tabel-1 berikut ini menunjukkan perbandingan jenis-jenis sensor temperatur terhadap jangkauan suhu yang dapat diukur, linearitas, keuntungan dan kerugian masing- masing. 4. Cahaya Sensor cahaya merupakan pengembangan hasil penemuan Heinrich Hertz pada tahun 1887 tentang efek fotolistrik. Sensor cahaya ini banyak digunakan karena sensor 9
  • 13. Instrumentasi dan Kalibrasi bersifat tidak memerlukan kontak/hubungan. Secara umum, sensor cahaya dikategorikan menjadi (3) tiga jenis perangkat yaitu photoconductive, photovoltaic dan photoemissive. a. Photoconductive Transduser photoconductive, adalah transduser yang mengubah perubahan intensitas cahaya menjadi perubahan konduktifitas. Ada jenis, yaitu : (1) bulk photoconductors, misalnya photoresistor, dan (2) PN junction photoconductor seperti photodioda, phototransistor dan photo Darlington. Photoresistor Beberapa tahun sebelum Hertz menemukan efek fotolistrik, Willoughby Smith mengemukakan bahwa resistansi sepotong selenium akan menurun jika diberi cahaya. Konsep ini sama dengan prinsip yang terjadi pada photoresistor. Bahan yang digunakan untuk photoresistor antara lain Cadmium Sulfit (CdS) atau Cadmium Selenide (CdSe). Photoresistor ini juga sering disebut dengan LDR (Light Depending Resistor). Gambar-10. Potongan penampang Photoresistor 10
  • 14. Instrumentasi dan Kalibrasi Gambar-11. Contoh penggunaan photoresistor untuk rangkaian pembagi tegangan Photodiode Intensitas cahaya juga dapat dideteksi oleh junction PN dalam semikonduktor seperti photodiode dan phototransistor. Arus yang dihasilkan oleh photodiode biasanya relatif kecil, sehingga perlu rangkaian penguat agar hasil keluarannya dapat terbaca. Kadang-kadang rangkaian penguat ini sudah dijadikan satu dengan sensor photodiode dalam satu kemasan, sehingga keluaran yang dihasilkan sudah layak untuk proses berikutnya. Gambaran lengkap dari photodiode beserta contoh aplikasinya dapat dilihat pada gambar di bawah ini. Gambar-11. Photodiode 11
  • 15. Instrumentasi dan Kalibrasi Gambar-12. Aplikasi Photodiode Phototransistor Phototransistor hampir sama dengan photodiode yaitu termasuk bersifat photosesnsitive. Perbedaannya, phototransistor memiliki arus yang besar dan memiliki penguatan, sehingga penginderaan menjadi lebih peka dan mudah terbaca. Keterangan lengkap beserta contoh aplikasi phototransistor dapat dilihat pada gambar berikut ini. Gambar-13. Phototransistor b. Photovoltaic Photovoltaic adalah sensor cahaya yang menghasilkan tegangan. Besarnya tegangan yang dihasilkan tergantung intensitas cahaya yang mengenainya. 12
  • 16. Instrumentasi dan Kalibrasi Contoh aplikasi photovoltaic dengan menggunakan penguat operasional dapat dilihat pada gambar berikut ini. Gambar-14. Aplikasi photovoltaic c. Photoemissive Photoemissive transducer pada prinsipnya mengeluarkan elektron pada saat terkena cahaya, misalnya tabung hampa. Meskipun tabung hampa sudah digantikan dengan semikonduktor, tetapi masih ada dua jenis sensor tabung hampa yang digunakan di industri sebagai sensor cahaya yaitu phototube dan photomultiplier. Gambaran lengkap dari sensor cahaya photoemission dapat dilihat pada gambar berikut ini. Gambar-15. Phototube 13
  • 18. Instrumentasi dan Kalibrasi BAB 3 INSTRUMENTASI dan VARIABEL CONTROL 3.1 PRESSURE / TEKANAN Tekanan dalah gaya tiap satuan luas. Dalam industri, tekanan biasa dinyatakan dengan head, yaitu tekanan yang diberikan oleh tinggi cairan tertentu. Dalam pengukuran, tekanan dibedakan menjadi tekanan mutlak (absolut) dan tekanan relatif (gauge). Berikut contoh dan prinsip kerja instrumentasinya dengan variabel pressure/tekanan: a. Bellows (tipe elastisitas) Bellows adalah berbentuk pipa yang sisinya berlekuk-lekuk sehingga dapat memanjang atau memendek. Jika tekanan dikenakan pada bagian luar bellows, ujung bebas akan tertekan dan secara keseluruhan pipa akan memendek. Besar gerak pemendekan pipa sebanding dengan besar tekanan yang dikenakan. Bellows ini dipakai pada PIC untuk control valve 15
  • 19. Instrumentasi dan Kalibrasi b. Tipe Sensor Regangan (Strain-gauge) Defleksi diafragma akibat tekanan akan meregangkan kawat yang direkatkan padanya, sehingga resistansi kawat berubah sebanding dengan tekanan c. Tipe Piezo-electric Sensor tekanan tipe ini bekerja berdasar efek piezo-elektrik, yaitu listrik yang dihasilkan sebanding dengan besar gaya yang menekan Strain Gauges Strain gauges digunakan untuk mengukur tekanan atau tarikan. Jika sebuah konduktor ditarik atau ditekan maka diameter akan berubah. Perubahan diameter ini akan mempengaruhi nilai resistansi. Dengan demikian sensor strain gauge ini akan mengubah besaran tekanan menjadi resistansi. Bahan yang digunakan untuk strain gauge adalah nikel, mangan, nikrom, constantan dan besi. Adapun jenis strain gauge adalah : (1) Wire wound strain gauges; (2) 16
  • 20. Instrumentasi dan Kalibrasi Foil type strain gauges dan (3) Semiconductor strain gauges. Berikut ini macam-macam strain gauge resistansi. Gambar-17. Macam-macam strain gauge resistif 3.1.1 Instalasi Piranti Ukur Tekanan A. Pengukuran Tekanan Fluida Viskositas Tinggi Remote-seal type pressure transmitter. Fluida terukur dari seal liquid dipisahkan oleh diafragma. Pipa kapiler yang dipakai untuk hubungan ke transmitter maksimum 5 m. Reguler type pressure transmitter. Disini dipakai seal pot (tangki pemi- sah cairan) yang dipasang antara transmitter dan fluida terukur. 17
  • 21. Instrumentasi dan Kalibrasi B. Pengukuran Tekanan Fluida Korosif Remote-seal type pressure transmitter. Diafragma dibuat dari bahan ta-han korosi, misal monel, tantalum, dll. Demikian pula flange dibuat dari bahan baja tahan karat (stainless steel) yang dilapisi monel, tantalum, atau bahan lain yang tahan korosi. Purging. Saluran penghubung antara pipa fluida dan transmitter dialiri udara atau gas nitrogen pada laju alir rendah agar pengaruh pada hasil pengukuran tidak besar. 18
  • 22. Instrumentasi dan Kalibrasi 3.1.3 KALIBRASI TEKANAN Kalibrasi tekanan dilakukan dengan piranti ukur standar seperti mano-meter pipa-U atau dead weight gauge calibrator. Gambar berikut variasi pipa-U untuk keperluan dan pengukuran. Dalam pemakaian di industri proses, manometer pipa-U kurang praktis. Gambar berikut menyajikan jenis dead weight calibrator. 19
  • 23. Instrumentasi dan Kalibrasi 3.2 TEMPERATURE Suhu adalah ukuran derajat aktivitas termal partikel dalam material. Jika dua benda berbeda suhunya, panas akan ditransmisikan dari benda yang lebih panas ke benda yang lebih dingin sampai kedua benda memiliki suhu yang sama (disebut keseimbangan termal). 3.2.1 Sistem Termal Isian Sistem termal isian bekerja berdasarkan prinsip pemuaian fluida. Piranti ini dibedakan menjadi dua jenis, yaitu berdasar perubahan volume dan tekanan. A. Pada jenis pertama, sistem berisi cairan. 20
  • 24. Instrumentasi dan Kalibrasi B. Sistem berisi Uap C. Sistem Isian Gas Tabel Klasifikasi SAMA untuk sistem isian adalah sebagai berikut : Klasifikasi Uraian Liquid –filled volume –change (selain merkuri) I IA – Full compensation IB – Case compensation 21
  • 25. Instrumentasi dan Kalibrasi Vapor-filled pressure-change IIA – Dirancang untuk suhu di atas suhu lingkungan II IIB – dirancang untuk suhu dibawah suhu lingkungan IIC – Dirancang u/ suhu diatas dan bawah suhu lingkungan IID – Dirancang untuk seluruh suhu Gas-Filled pressure-change III IIIA – full compensation IIIB – case compensation Mercury-filled volume change V VA – full compensation VB – case compensation 3.2.2 Thermometer Bimetal Bekerja dengan prinsip bahwa logam akan memuai jika dikenai panas dan koefisien pemuaiannya untuk setiap jenis logam akan berbeda. Elemen yang sensitif terhadap suhu adalah campuran antara dua jenis logam yang dikeraskan menjadi lempengan berbentuk pita. 22
  • 26. Instrumentasi dan Kalibrasi 3.2.3 Termometer Resistansi (RTD) Metode pengukuran suhu yang teliti yaitu dengan menggunakan termometer resistansi listrik. Piranti ini terdiri atas resistor yang harga resistansinya bergantung pada suhu. 3.2.4 Termokopel Berisi pasangan konduktor yang terdiri atas dua logam atau paduan berbeda yang ujungnya saling dihubungkan. Cara kerjanya didasarkan atas kombinasi efek termoelektrik. Ketika dua titik hubung dua jenis logam yang berbeda (T1 dan T2), akan timbul tegangan listrik antara titik M dan N. Hubungan antara suhu dan tegangan adalah sebagai berikut. v0 = C1 (T1 − T2 ) + C2 (T1 − T2 ) 2 Dengan, C1 dan C2 = konstanta termoelektrik material T1 dan T2 = Suhu titik hubung 23
  • 27. Instrumentasi dan Kalibrasi d. Rangkaian Termokopel hubungan Tunggal e. Rangkaian Termokopel hubungan ganda f. Pengukuran GGL langsung g. Pengukuran GGL dengan titik reverensi nol 3.2.4.1 TIPE TERMOKOPEL Tabel Tipe termokopel Menurut Standard Instrument Society Of America (ISA) 24
  • 28. Instrumentasi dan Kalibrasi Tipe Bahan Rentang Suhu (C) GGL (V) B Platina, 6% Rodium (+) 0… 1820 0… 13,814 dan Platina, 30% Rodium (-) R Platina (+) -50… 1768 -0,226… 21,108 dan platina, 13% Rodium (-) S Platina (+) -50… 1768 -0,236… 18,698 dan platina, 10% Rodium (-) J Besi (+) dan Konstantan (-) -210… 760 -8,096… 42,922 K Khromel (+) dan Alumel (-) -270… 1372 -6,458… 54,875 T Tembaga (+) dan Konstantan (-) -270… 400 -6,258… 20,869 E Khromel (+) dan Konstantan (-) -270… 1000 -9,835… 76,358 3.2.5 PYROMETER Pirometer digunakan untuk mengukur suhu berdasar prinsip radiasi termal yang dipancarkan benda. Kelebihan pirometer adalah, tidak menyentuh objek terukur. Dengan demikian pengukuran hampir tidak mempengaruhi suhu benda. Pirometer banyak digunakan untuk mengukur lelehan besi dan suhu tanur pembakaran 25
  • 29. Instrumentasi dan Kalibrasi 3.3 FLOW / ALIRAN Alat ukur flow disebut dengan Flowmeter. Flowmeter dibedakan menjadi beberapa jenis : • Beda Tekanan (differential pressure atau head meter) orifice plate, venturi tube, flow nozzle, pitot tube, elbow dan rotameter. • Perpindahan positif (positive displacement) : piston, oval-gear, nutating- disk dan rotary vane types. • Velocity Meter : Turbine Flowmeter • Mass Flowmeter : Coriolis • Magnetic Flowmeter 3.3.1 BEDA TEKANAN Hubungan antara kecepatan dan tekanan dalam pipa antara titik 1 dan 2 dengan meniadakan pengaruh gesekan, diberikan oleh persamaan Bernoulli (1700 – 1782). p1V + ½ mv12 + mgz1 = p2V + ½ mv22 + mgz2 karena, v = m/ρ dan Q = v A, maka laju alir volume, Q, untuk kondisi ideal ialah, A2 ⎛ p − p2 ⎞ Q= 2g⎜ 1 ⎜ ρ + z1 − z 2 ⎟ ⎟ 1 − ( A2 / A1 ) 2 ⎝ ⎠ *** Prinsip Pengukuran • Kompensasi kehilangan energi dilakukan dengan memasukkan faktor koefisien kecepatan (Cv) ke dalam persamaan tersebut • Faktor-faktor yang mempengaruhi laju alir fluida adalah viskositas, densitas, dan gesekan fluida dalam pipa 26
  • 30. Instrumentasi dan Kalibrasi 3.3.2 ORIFICE METER Jarak minimum dari pelat orifice 27
  • 31. Instrumentasi dan Kalibrasi 3.3.3 TABUNG VENTURI Ukuran tabung venturi menurut ASME Laju alir fluida yang melalui pipa dirumuskan sebagai Cv A2 ⎛ p − p2 ⎞ Q= 2g⎜ 1 ⎜ ρ + z1 − z 2 ⎟ ⎟ 1 − ( A2 / A1 ) ⎝ ⎠ 2 28
  • 32. Instrumentasi dan Kalibrasi 3.3.4 FLOW NOZZLE Flow nozzle serta ukuran yang dianjurkan oleh ASME Dall flow tubes 3.3.5 ELBOW METER Penempatan sensor tekanan pada elbow meter Laju alir volume, Q, diperoleh dengan persamaan 3.9. Nilai koefisien elbow meter (C) berkisar antara 0,56 dan 0,88 29
  • 33. Instrumentasi dan Kalibrasi 3.3.6 CORIOLIS Coriolis mass flowmeter terdiri dari unit sensor dan unit transmiter elektronik. Unit sensor dapat berupa satu atau dua flow tube. Unit sensor menggunakan mekanisme magnetic coil untuk menggetarkan flow tube, yang bergetar dengan frekuensi atau harmoni alami seperti garputala. Aplitudo puncak getaran umumnya kurang dari 1/10 inch. Fluida yang melewati tube akan menghasilkan gaya coriolis, yang selalu melawan arah aliran dan menyimpangkannya. Fulida yang makin cepat sisi inlet dan lambat di sisi outlet akanmenyebabkan tube memuntir. Jumlah puntiran berbanding lurus dengan laju alir massa yang melewati tube. Dua detektor ditempatkan di masing-masing sisi dari flow tube, mengirimkan informasi ini (sebagai suatu shift perbedaan fasa) kepada unit transmiter elektronik, untuk kemudian diproses dan di-display. a. Efek Coriolis Vibration (a) Kondisi Tanpa aliran (b) Kondisi ada alian 30
  • 34. Instrumentasi dan Kalibrasi b. Efek Coriolis Rotation (a) Kondisi Tanpa aliran (b) Kondisi ada alian 3.3.7 TURBINE FLOW METER Digunakan untuk cairan/gas dengan flow rendah Terdiri dari 3 komponen dasar: rumah rotor dan magnetic pick-up coil Rotor mempunyai sudu banyak (multi-bladed) yang dipasang pada aliran fluida dengan bantalan yang bergerak bebas. Sumbu rotasi rotor tegak lurus terhadap arah aliran Rotor berputar akibat aliran fluida yang mengenainya Kecepatan rotasi menunjukkan kecepatan flow Kecepatan rotasi dideteksi oleh electromagnetic pick-up coil, yang bekerja berdasarkan prinsip medan magnetik yang bergerak melalui sebuah coil. 31
  • 35. Instrumentasi dan Kalibrasi 3.4 LEVEL CAIRAN 3.4.1 Prinsip Pengukuran Pengukuran tinggi permukaan atau berat material yang disimpan dalam bejana dapat dilakukan secara langsung atau tak langsung. Termasuk metode langsung adalah gelas duga (sight glass). Sedangkan dalam metode tak langsung memakai prinsip pengukuran tekanan hidrostatik pada titik tertentu, menurut persamaan dibawah ini. p = ρgh dengan, p = tekanan hidrostatik (Pa) ρ = densitas cairan (kg m-3) h = tinggi cairan diatas titik pengukuran (m) g = percepatan gravitasi (9,81 m s-2) Pelaksanaan pengukuran tinggi cairan dapat menggunakan beberapa metode berikut : ► Metode apungan (float method) ► Metode anjakan (displacement method) ► Metode tekanan ► Metode kapasitansi ► Metode radiasi (sinar gamma dan ultrasonik) ► Metode termal 3.4.2 Metode Apungan - Prinsip Metode apungan mengukur tinggi permukaan berdasar prinsip gaya apung yang diberikan oleh cairan adalah sebanding dengan tinggi permukaan cairan disekitarnya 32
  • 36. Instrumentasi dan Kalibrasi - Penerapan Metode apungan diterapkan untuk tangki terbuka dengan rentang pengukuran antara 75 mm dan 15 m. Suhu operasi maksimum adalah 260 oC dengan ketidaktelitian 1% skala penuh. 3.4.3 Metode Anjakan - Prinsip Metode anjakan mengukur tinggi permukaan cairan didasarkan atas kenyataan bahwa gaya apung pada batang apung sebanding dengan tinggi permukaan cairan di sekitarnya Gaya yang bekerja pada batang apung adalah sama dengan berat batang dikurangi gaya apung oleh cairan di sekitarnya. Gaya neto sebesar f = mg − ρgAh Dengan: - f = gaya neto (N) - m = massa batang (kg) - g = gravitasi (9,81 m s-2) - ρ = densitas cairan (kg m-3) 33
  • 37. Instrumentasi dan Kalibrasi - A = luas penampang batang (m2) - h = panjang batang yang berada di dalam cairan - Penerapan Metode anjakan dapat digunakan untuk tangki terbuka atau tertutup dengan rentang pengukuran berkisar antara 0,15 dan 3,6 meter. Suhu operasi hingga 450 oC dengan ketidaktelitian 0,5% skala penuh. Dengan pemilihan yang tepat, tipe ini dapat dipakai untuk semua jenis cairan. Fluktuasi densitas atau tekanan dapat ditangani dengan baik. Dapat digunakan untuk pengukuran suhu tinggi dan tinggi bidang batas dua cairan. 3.4.4 METODE RADIASI 3.4.4.1 Metode Radiasi Sinar Gamma Metode ini di dasarkan atas kenyataan intensitas sinar gamma yang menembus cairan tergantung pada ketebalan atau tinggi permukaan cairan. Hampir semua kondisi cairan (jernih, kental, mengandung padatan, bidang batas) bahkan padatan, dapat diukur dengan baik kecuali cairan berbusa. Kelemahannya perlu biaya tinggi dan harus ada lisensi khusus pemakaian sinar radioaktif. Penerapannya baik pada tangki terbuka atau tertutup dalam rentang pengukuran yang luas 3.4.4.2 Metode Radiasi Sinar Ultrasonic 34
  • 38. Instrumentasi dan Kalibrasi Metode radiasi ultrasonik didasrkan atas efek gema yang dipantulkan oleh permukaan cairan. Metode ini sangat handal, akurasinya baik, dan efek korosi dan efek korosidan kontaminasinya dapat minimum. Kelemahannya adalah terganggu oleh adanya debu, busa, pengembunan uap, dan relatif mahal. Metode ini dapat diterapkan dengan baik pada tangki terbuka atau tertutup dalam rentang pengukuran yang luas. Suhu operasi hingga 150 0C dengan ketidaktelitian 1% skala penuh. 35