PENGUKURAN TEKANAN

1.1 Prinsip Pengukuran Tekanan 

1.1.1 Bar dan Pascal 

         Tekanan didefinisikan sebagai gaya per satuan luas, dan dapat diukur dalam unit seperti psi (Pon per inci persegi), inci air, milimeter merkuri, pascal (Pa, atau N / m²) atau bar. Sampai pengenalan satuan Si, ‘bar’ yang lebih sering digunakan. Bar setara dengan 100.000 N / m², yang merupakan satuan SI untuk pengukuran. Untuk menyederhanakan satuan, N / m² diadopsi dengan nama Pascal, disingkat Pa Tekanan cukup sering diukur dalam kilopascal (kPa), dimana 1000 pascal setara dengan 0.145 psi. 

1.1.2 Absolute, Gauge dan Tekanan Diferensial 

         Pascal adalah indikator untuk mengukur harga tekanan. Ketika tekanan diukur dalam keadaan vakum mutlak (tidak ada kondisi atmosfer), maka hasilnya dalam pascal (Mutlak). Namun ketika tekanan diukur pada keadaan dengan memperhatikan tekanan atmosfer, maka hasilnya akan disebut Pascal (Gauge). Jika gauge digunakan untuk mengukur perbedaan antara dua tekanan,hasilnya berupa Pascal (Diferensial). Catatan 1 : praktek ini untuk menunjukkan tekanan gauge tanpa menentukan jenis, dan untuk menentukan absolut atau diferensial dengan menyatakan 'diferensial'atau 'mutlak'. Catatan 2 : peralatan pengukuran yang lebih tua menggunakan psi (pound per square inci) untuk mengukur tekanan gauge da absolute sebagai psig dan psia. Perhatikan bahwa 'g' dan 'a' tidak diakui dalam simbol-simbol satuan SI, dan tidak lagi dianjurkan. Untuk menentukan diferensial dalam inci vakum merkuri psi adalah 2,036 (atau sekitar 2). Konversi lainnya yang umum adalah 1 bar = 14,7 psi. 

1.2 Sumber Tekanan

1.2.1 Tekanan Statis 

         Dalam keadaan atmosfer titik tertentu, tekanan statis diberikan sama ke segala arah. Tekanan statis adalah hasil dari berat semua molekul udara di atas titik jenuh. Tekanan statis tidak melibatkan gerakan relatif udara. 

1.2.2 Tekanan Dinamis 

         Cukup sederhana, jika Anda memegang tangan Anda di angin yang kuat atau ke luar dari jendela pada mobil yang berjalan, maka tekanan angin kuat dirasakan karena udara mempengaruhi tangan Anda. tekanan kuat tersebut melebihi dan diatas (selalu dihasilkan) tekanan statis, dan disebut tekanan dinamis. Tekanan dinamis dikarenakan gerakan relatif. Tekanan Dinamis terjadi jika sebuah benda bergerak melalui udara, atau udara mengalir ke dalam tubuh Tekanan Dynamic tergantung pada dua faktor: - kecepatan tubuh relatif terhadap arus tersebut. Semakin cepat mobil bergerak atau semakin kuat angin bertiup, maka tekanan dinamis makin kuat yang dirasakan pada tangan Anda. Hal ini karena jumlah molekul udara yang lebih besar tiap detiknya - Kerapatan udara. Tekanan dinamis bergantung juga padakerapatan udara. Jika mengikuti arus udara, maka kerapatannya kecil, sehingga gayanya kecil dan maka tekanan dinamisnya akan kecil. 

1.2.3. Tekanan Total 

          Di Atmosfir, beberapa tekanan statis selalu diberikan, tapi untuk tekanan dinamis akan diberikan jika ada gerakan tubuh relatif terhadap udara. Tekanan Total adalah jumlah dari tekanan statis dan tekanan dinamis. tekanan Total juga dikenal dan disebut sebagai dampak tekanan, tekanan pitot atau bahkan tekanan ram. 1.3 Tekanan transduser dan elemen - Mekanikal - Tabung Bourdon - Helix dan tabung spiral - Spring dan bellow - Diafragma - Manometer - Single dan Double bel pembalik 

1.3.1 Tabung C-Bourdon 

         Tabung Bourdon bekerja pada prinsip sederhana bahwa tabung bengkok akan berubah bentuknya saat terkena variasi tekanan internal dan eksternal. Sepertisaat diberikan tekanan internal, tabung menjadi lurus dan kembali ke bentuk aslinya ketika tekanan dilepaskan. Ujung tabung bergerak dengan perubahan tekanan internal dan mudah dikonversi dengan pointer ke skala. Link konektor digunakan untuk mentransfer gerakan ujung ke pergerakan sektor yang diarahkan. pointer ini diputar melalui pinion bergigi oleh sektor diarahkan. Jenis gauge ini mungkin memerlukan pemasangan vertikal (orientasi tergantung) untuk memberikan hasil yang benar. Unsur ini rentan goncangan dan getaran, yang juga dikarenakan massa tabung. Karena hal tersebut dan jumlah gerakan dengan jenis penginderaan,jenis ini rentan terhadap kerusakan, terutama di dasar tabung. Keuntungan utama dengan tabung Bourdon adalah ia memiliki operasional yang luas (tergantung pada bahan tabung). Jenis pengukuran tekanan dapat digunakan untuk rentang tekanan positif atau negatif, walaupun akurasi terganggu ketika dalam ruang hampa. Seleksi dan Ukuran Salah satu kriteria utama pada penyeleksian adalah ketika memilih tabung Bourdon untuk mengukur tekanan. Untuk aplikasi yang bergerak cepat dari proses tekanan, seperti system kendali ON / OFF, maka pengukuran transduser membutuhkan snubber internal. Mereka juga rentan terhadap kegagalan dalam aplikasi ini. Cairan yang diisikan pada perangkat adalah salah satu cara untuk mengurangi kebocoran pada elemen tabung. Keuntungan : 

- Murah - Rentang operasi lebar 

- Cepat tanggap 

- Sensitifitasnya baik 

- Pengukuran tekanan langsung Kekurangan 

- hanya dimaksudkan untuk indikasi utama 

- Non transduser linier, dilinierkan oleh mekanisme gear 

- Histeresis pada peredaran 

- Sensitif terhadap variasi suhu 

- Terbatas ketika subjek terkena goncangan dan getaran Aplikasi Keterbatasan Perangkat ini harus digunakan di udara jika dikalibrasi untuk udara, dan digunakan dalam likuida jika dikalibrasi untuk likuida. 

Perawatan khusus yang diperlukan untuk aplikasi likuida di udara adalah meniupkan udara dari baris likuida. Jenis pengukuran tekanan terbatas pada aplikasi di mana ada masukan shock (gelombang tiba-tiba tekanan), dan dalam proses bergerak cepat. Jika aplikasi untuk penggunaan oksigen, maka perangkat tidak dapat dikalibrasi dengan menggunakan minyak. rentang yang lebih rendah biasanya dikalibrasi di udara. rentang yang lebih tinggi, biasanya 1000 kPa, yang dikalibrasi dengan tester bobot mati (minyak hidrolik). 

1.3.2 Sepiral dan Tabung Spiral 

         Sepiral dan tabung spiral yang dibuat dari pipa menjadi bentuk sesuai penamaan mereka. Dengan satu ujung disegel, tekanan diberikan pada tabung menyebabkan tabung untuk meluruskan. Jumlah pelurus atau uncoiling ditentukan oleh tekanan yang diterapkan. Kedua pendekatan menggunakan prinsip Bourdon. Bagian uncoiling tabung secara mekanik terkait dengan pointer yang menunjukkan tekanan diterapkan pada skala. Hal ini memiliki keuntungan ditambahkan dalam tabung C-Bourdon karena ada kerugian tidak ada gerakan karena link dan tuas. Tabung Spiral cocok untuk tekanan berkisar hingga 28.000 kPa dan tabung Pilin untuk rentang sampai 500.000 kPa. Tekanan penginderaan elemen bervariasi tergantung pada berbagai tekanan operasi dan jenis proses yang terlibat. Pemilihan spiral atau elemen spiral didasarkan pada rentang tekanan. Tingkat tekanan antara spiral dan tabung spiral bervariasi tergantung pada produsen. unsur tekanan rendah hanya memiliki dua atau tiga kumparan merasakan rentang tekanan yang diperlukan, namun pengindera tekanan tinggi mungkin memerlukan hingga 20 gulungan. Satu perbedaan dan keuntungan dari ini adalah peredam mereka miliki dengan cairan di bawah tekanan. Keuntungan dan kerugian dari jenis pengukuran yang mirip dengan tabung C-Bourdon dengan perbedaan-perbedaan berikut:

 Keuntungan : 

- Meningkatkan akurasi dan sensitivitas 

- Tinggi overrange perlindungan Kekurangan 

- Sangat mahal Aplikasi Keterbatasan Proses perubahan tekanan menyebabkan masalah dengan peningkatan dalam ukuran kumparan. 

Ringkasan Sangat jarang digunakan lagi. 

1.3.3 Pegas dan Bellows 

         Sebuah bellow merupakan unsur diperluas dan terdiri dari serangkaian lipatan yang memungkinkan ekspansi. Salah satu ujung Bellows adalah tetap dan bergerak lainnya dalam menanggapi tekanan diterapkan. Sebuah pegas digunakan untuk melawan gaya diterapkan dan hubungan yang menghubungkan ujung bellow ke sebuah penunjuk untuk indikasi. Bellow tipe sensor juga tersedia yang memiliki tekanan penginderaan di bagian luar dan kondisi atmosfer dalam. Pegas ini ditambahkan ke bellow untuk pengukuran yang lebih akurat. Tindakan elastis dari bellow sendiri tidak cukup untuk secara tepat mengukur kekuatan tekanan diterapkan. Jenis pengukuran tekanan terutama digunakan untuk kontrol ON / OFF menyediakan kontak bersih untuk membuka dan menutup sirkuit listrik. Bentuk penginderaan menanggapi perubahan tekanan pneumatik atau hidrolik. Aplikasi khas Tekanan proses terhubung ke sensor dan diterapkan secara langsung ke bellow. Dengan meningkatnya tekanan, bellow mengerahkan gaya pada pegas utama. Ketika gaya ambang pegas utama diatasi, gerakan tersebut dipindahkan ke blok kontak menyebabkan kontak untuk menjalankan. Ini adalah pengaturan Trip. Ketika tekanan menurun, mata air utama akan menarik yang menyebabkan pisau pegas diferensial sekunder untuk mengaktifkan dan me-reset kontak. Ini adalah pengaturan Reset. Gaya pada pegas utama adalah bervariasi dengan memutar sekrup rentang pengaturan operasi. Hal ini menentukan di mana perjalanan akan kontak. Gaya pada pegas pisau diferensial sekunder bervariasi dengan memutar sekrup penyesuaian diferensial. Ini menentukan di mana kontak akan mengatur ulang. Bellow paduan tembaga dapat digunakan pada air atau udara. cairan dan gas lainnya dapat digunakan jika non-korosif terhadap paduan ini. Gunakan stainless steel tipe 316 untuk cairan korosif lebih atau gas. Diafragma, bellow atau piston? Tekanan proses diterapkan pada aktuator yang dapat berupa diafragma, puputan atau jenis piston. Piston kontrol digunakan untuk cairan hidrolik yang beroperasi pada tekanan tinggi. Mereka tidak dimaksudkan untuk digunakan dengan udara atau air sebagai ketepatan mereka terbatas. *cairan dan gas yang bersifat korosi harus sesuai dengan stainless steel bawah tipe 316. Catatan: control perbedaan tekanan diberikan oleh copper alloy atau stainless steel bawah. Tabel 2.3 Kondisi Sensor Aplikasi refrigerasi Control refrigerasi disusun dengan tambahan kelembapan pada pompa untuk menyaring getaran kuat yang disebabkan oleh reaksi timbale balik dari kompresor refrigerasi. Kontrol tekanan yang sesuai dengan fungsi snubber tambahan bisa mengurangi masa keaktifan ini. Mengurangi masa keaktifan bisa menimbulkan getaran yang kuat menyebabkan bagian bawah berdecit pada waktu dipompa atau ketidak harmonisan gelombang karena beban pompa yang khusus. Kontrol refrigerasi biasanya digunakan sebagai standar dengan snubber getaran yang dibangun pada bagian inti bawah. Keuntungan :

- konstruksi sederhana 

- pemeliharaan mudah 

- tidak mahal Kerugian 

- mudah terpengaruh perubahan suhu 

- bagian bawah bekerja lebih keras 

- histerisis 

- perlindungan secara umumnya buruk Keterbatasan aplikasi Aplikasi yang settingnya mendekati 0 psi, menggunakan sensor yang rata-ratanya sama dengan vacum. 

Munculnya tekanan (getaran sementara) dapat muncul sistem utama sehingga bisa mencapai kondisi yang stabil. Munculnya tekanan biasanya muncul bersamaan dengan pada saat mesin atau sistem dinyalakan atau dimatikan (tidak melibihi 8x24 jam) dapat diabaikan. Bagian bawah dan fitting secara khusus disiapkan untuk menyediakan oksigen dan nitrogen oksida. Alat-alat ini diuji menggunakan oksigen murni, bagian bawah disumbat untuk melindungi dari kontraminasi, dan biasanya ada peringatan yang ditempelkan menghindari kontraminasi. Ringkasan Terutama digunakan untuk pengukran barometer, dan tidak sering digunakan, aplikasi control dibidang industry karena sifatnya yang rapuh dan rata-rata perlindungannya kurang. 

1.3.4 Diafragma 

         Banyak sensor tekanan yang bergantung pada defleksi sebuah pengukuran diafragma. Diafragma adalah sebuah cakram yang fleksibel sehingga bentuknya bisa saja datar atau bengkok konsentris. Diafragma terbuat dari lembaran logam dengan dimensi toleransi tinggi. Diafragma bisa digunakan sebagai alat isolasi terhadap cairan pemproses atau aplikasi dengan tekanan tinggi. Bisa juga digunakan sebagai alat pengukur tekanan dengan transduser elektrik. Diafragma sudah berkembang dan terbukti. Desain modern memungkinkan masalahhisterisis,gesekan, dan kalibrasi dapat diabaikan ketika alat-alat yang sesuai digunakan. Sebagian besar digunakan pada pengatur udara untuk tanaman dan untuk aplikasi tombol ON/OFF. Seleksi Seleksi materi diafragma sangat penting dan sangat tergantung pada aplikasi. Tembaga beryllium memilki elastisitas yang bagus sedangkan NI-SPAN C memiliki koefisien elastisitas suhu yang sangat rendah. Stainless steel dan insonel digunakan dalam aplikasi suhu yang ekstrim, dan sesuai dengan lingkungan yang bersifat korosi. Quartz merupakan pilihan terbaik untuk histerisis dan drift yang rendah. Ada dua tipe konstruksi operasi sensor diafragma, yaitu : 

- keseimbangan gerakan 

- keseimbangan energy 

Desain keseimbangan gerakan digunakan untuk kontrol lokal, indicator secara langsung walaupun biasanya lebih mudah menimbulkan kesalahan gesekan dan histerisis. Desain keseimbangan energy digunakan sebagai transmitter untuk meneruskan informasi dengan akurasi tinggi, walaupun tidak memilki kemampuan indikasi langsung. Keuntungan :

- memberikan isolasi dari cairan pemproses 

- bagus untuk tekanan rendah 

- tidak mahal 

- jangkauan luas 

- terbukti dan terpercaya 

- digunakan untuk mengukur deferensial , atmosferik, dan meteran 

1.3.5 Manometer 

         Bentuk paling sederhana manometer adalah tabung berbentuk U yang berisi cairan. Tekanan yang diukur akan bisa dibaca pada ujung tabung yang terbuka. Kalau ada perbedaan tekanan, tinggi cairan pada sisi tabung akan berbeda. Perbedaan tinggi ini merupakan proses tekanan dalam manometer air (mm mercury) thermometer. Konfersi kedalam kPa cukup sederhana : Untuk air, Pa = mmH2o x 9.807 Untuk merkuri , Pa = mmHg x 133,3 Aplikasi Khusus Pengukuran Tekanan jenis ini sebagian besar digunakan untuk pemeriksaan tiba-tiba atau untuk kalibrasi. Aplikasi ini digunakan untuk jangkauan pengukuran rendah, sebab pengukuran lebih tinggi memerlukan air raksa. Mercury beracun dan perlu dipertimbangkan resikonya. Keuntungan :

• Konstruksi dan Operasi sederhana 

• Murah Kerugian 

• Jangkauan tekanan rendah ( Air) 

• Jangkauan tekanan lebih tinggi memerlukan air raksa 

• Pembacaan dibatasi Pembatasan Aplikasi Manometer terbatas pada cakupan operasi yang rendah dalam kaitannya dengan pembatasan ukuran. 

Manometer juga sulit untuk mengintegrasikan ke dalam suatu sistem kendali berulang. Pembalikan bunyi tunggal dan ganda. Alat ukur bunyi mengukur beda tekanan dalam ruang terpisah pada tiap bentuk ruang bunyi. Jika tekanan yang diukur disesuaikandengan keadaan sekitar, maka ruang terpisah yang lebih rendah lepas ke udara dan ukuran tekanannya diukur. Jika ruang terpisah yang lebih rendah dipisahkan untuk membentuk ruang hampa, maka tekanan yang teruukur akan berada pada satuan mutlak. Bagaimanapun, untuk mengukur perbedaan tekanan, tekanan yang lebih tinggi dihubungkan kepada puncak ruang dan tekanan yang lebih rendah pada bagian dasarnya. Alat ukur bunyi digunakan pada aplikasi jika tekanan yang sangat rendah diperlukan untuk pengukuran, khususnya pada nilai 0- 250 Pa. Tekanan Transduser dan elemen-elemen listrik Cakupan khusus pada transduser ini, yaitu: 

• Ukuran tegangan 

• Getaran kawat 

• Piezoelectric 

• Kapasitansi 

• Diferensial Variabel Linier Trafo 

• Optikal Ukuran tegangan Ukuran tegangan sensor menggunakan kawat logam atau chip semikonduktor untuk mengukur perubahan pada tekanannya. 

Perubahan tekanan menyebabkan suatu perubahan pada resistansi ketika logamnya berubah bentuk. Kelainan bentuk ini tidak tetap seperti tekanan (tenaga yang digunakan) bekerja tanpa melebihi batas-lengkung logam. Jika batas-lengkung terlewati dibanding kelainan bentuk permanen akan terjadi. Hal ini biasanya digunakan pada suatu Pengaturan Jembatan Wheatstone di mana perubahan pada tekanan dideteksi sebagai perubahan voltase yang terukur. Meter tegangan pada masa awal masuk kawat logam didukung oleh suatu kerangka. Kemajuan teknologi tentang pengikatan materi menunjukkan bahwa kawat dapat dilekatkan secara langsung pada permukaan yang tegang. Karena pengukuran tegangan melibatkan kelainan bentuk pada logam, kebutuhan akan material tegangan tidak dibatasi menjadi kawat. Dengan demikian, pengembangannya juga melibatkan meteran kertas perak logaml. Meter tegangan yang terikat adalah semakin bermacam-macam yang digunakan. Ketika meter tegangan bertemperatur sensitif, kompensasi temperatur diperlukan. Salah satu bentuk kompensasi temperatur yang umum yaitu menggunakan jembatan wheatstone. Terlepas dari meter sensor, suatu meteran imitasi tidak digunakan yang berdasarkan kekuatannya tetapi dipengaruhi oleh variasi temperatur.Pada jembatan tersebut pengaturan meteran imitasi batal dengan meter sensor dan menghapuskan variasi temperatur dalam pengukuran itu. Meter tegangan sebagian besar digunakan dengan ukuran yang kecil mereka dan cepat merespon beban perubahan. Aplikasi Khusus Tekanan diberlakukan bagi suatu rongga yang terisolasi, dimana kekuatan dipancarkan pada sensor polisilikon atas bantuan silikon yang mengisi cairan. Sisi Acuan sensor diunjukkan ke tekanan udara untuk mengukur pemancar tekanan. Suatu ruang hampa dijaga acuannyauntuk digunakan sebagai pemancar tekanan sebenarnya. Ketika tekanan proses diberlakukan bagi sensor itu, hal ini menimbulkan suatu pembelokan kecil pada rongga sensor, yang tegangannya berlaku pada rangkaian jembatan wheatstone dalam sensor tersebut. Perubahan dalam resistansi tersebut dirasakan dan dikonversi suatu sinyal digital untuk diproses mikroprosesor tersebut. Pemilihan dan pengukuran Ada suatu pemilihan yang luas untuk mengukur tegangan transduser, dalam cakupan, ketelitian dan biaya yang berhubungan. Keuntungan : 

• Cakupan luas, 7.5Kpa untuk 1400 Mpa 

• Ketidaktepatan 0.1% 

• Ukuran kecil 

• Alat stabil dengan respon yang cepat 

• Kebanyakan bagiannya tidak berubah 

• Kemampuan cakupan yang baik Kerugian 

• Tidak stabil dalam pengikatan material 

• Temperatur sensitive 

• Ketegangan Thermoelastic menyebabkan hysteresis Pembatasan Aplikasi Semua aplikasi meter tegangan memerlukan persediaan tenaga yang diatur untuk eksitasi voltase, walaupun hal ini biasanya ada dalam rangkaian sensor tersebut. 

Kawat yang bergetar Sensor jenis ini terdiri dari dari suatu rangkaian getaran elektronik yang menyebabkan suatu kawat untuk bergetar pada frekuensi diri nya ketika di bawah tegangan. Prinsipnya serupa seperti dawai gitar. Getar kawat ditempatkan; terletak pada sekat rongga. Ketika tekananberubah pada sekat rongga demikian juga tegangan pada kawat yang mempengaruhi frekuensi kawat yang bergetar atau resonansinya. Perubahan frekuensi ini mengarahkan konsekuensi perubahan tekanan dan dideteksi serta dinyatakan sebagai tekanan. Frekuensi dapat dirasakan seperti sinyal pulsa digital dari suatu elektromagnetik pembawa atau koil sensorl. Suatu pemancar elektronik akan mengkonversi listrik ke dalam sinyal yang cocok untuk transmisi. Pengukuran Tekanan jenis ini dapat digunakan untuk diferensial, kemutlakan atau instalasi pengukuran. Pengukuran Tekanan mutlak dicapai dengan perpindahan rongga bertekanan rendah. Besar tekanan hampa khusus untuk kasus seperti itu sekitar 0.5 Pa. Keuntungan :

• Ketelitian baik dan mudah diterima 

• Stabil 

• Histeresis rendah 

• Resolusi tinggi 

• Kemutlakan, Meter atau perbedaan pengukuran Kerugian 

• Temperatur sensitive 

• Mudah terpengaruh goncangan dan getaran 

• Tidak linier 

• Bentuknya besar Keterbatasan aplikasi Suhu yang bervariasi memerlukan kompensasi suhu dalam sensor, hal ini dapat membatasi masalah sensitivitas suatu perangkat. 

Output yang dihasilkan adalah non-linear yang menimbulkan masalah kendali kontinyu. Penggunaan teknologi ini sudah jarang sekali. Dan sebagai teknologi yang lebih tua, biasanya ditemukan dengan sirkuit kontrol analog. 

1.4.3 Piezoelektrik 

         Ketika tekanan diberikan pada kristal, maka akan terjadi deformasi elastis. Sensor Piezoelektrik tekanan melibatkan pengukuran deformasi tersebut. Bila sebuah kristal cacat, muatan listrik yang dihasilkan hanya beberapa detik. Elektrik sinyal sebanding dengan gaya yang diterapkan. Karena sensor ini hanya bisa mengukur untuk waktu yang singkat, mereka tidak cocok untuk pengukuran tekanan statis. Pengukuran lebih cocok dengan yang terbuat dari tekanan dinamis yang disebabkan dari : 

- Goncangan 

- Getaran 

- Ledakan 

- Pulsations 

- Mesin 

- Kompresor Jenis sensor tekanan ini tidak mengukur tekanan statis, dan dengan demikian membutuhkan beberapa cara untuk mengidentifikasi tekanan yang diukur. 

Seperti mengukur tekanan dinamis, pengukuran harus dirujuk ke kondisi awal sebelum menyebabkan gangguan tekanan. Tekanan dapat dinyatakan dalam unit tekanan relatif, Pascal RELATIF. Kuarsa umumnya digunakan sebagai sensor kristal yang murah, stabil dan sensitif terhadap variasi suhu. Tourmaline merupakan alternatif yang dapat memberikan kecepatan respon lebih cepat, dalam orde mikrodetik. Keuntungan : 

- Akurasi 0,075% 

- Pengukuran tekanan sangat tinggi, sampai 70Mpa

- Ukuran kecil 

- Kuat 

- Respon cepat.

Salam Hormat,

Semoga bermanfaat untuk semuanya.