Makalah Sistem Instrumentasi PENGUKURAN berat

Makalah Sistem Instrumentasi

PENGUKURAN TEKANAN

OLEH :
Kelompok I
Dwi Nurfatimah

H21111006

Surahman Afiah

H21111007

Riski

H21111008

JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS HASANUDDIN

MAKASSAR
2013

KATA PENGANTAR

Puji syukur atas limpahan berkah dan rahmat Allah SWT. karena berkat
rahmatnya maka makalah sistem instrumentasi “Pengukuran Tekanan” ini dapat
terselesaikan. Makalah ini dibuat dengan tujuan menambah pengetahuan terkait
pengukuran

tegangan

dalam

rangka

pembelajaran

mata

kuliah

sistem

instrumentasi.
Dalam makalah ini tidak hanya dibahas mengenai teori-teori terkait
pengukuran tegangan tapi dibahas juga sebuah penelitian yang menggunakan
prinsip dari pengukuran tegangan. Hal ini agar kita lebih mudah mengerti
mengenai materi tersebut. Tidak hanya teori-teori yang terkait yang akan dibahas
mengenai penerapannya akan dibahas pula.
Kami sebagai penulis makalah ini tentu menyadari bahwa masih banyak
sekali kekuarangan yang terdapat dalam makah ini. Makalah ini dibuat sebagai
salah satu literatur dan bahan pembelajaran pada mata kuliah sistem instrumentasi
khususnya pada materi pengukuran tegangan. Penulis berharap agar materi ini
dapat bermanfaat adapun kekurangan didalamnya semoga dapat dimaklumi.

Makassar, 11 April 2013

Tim penulis

DAFTAR ISI

Halaman Sampul.......................................................................................................i
Kata Pengantar.........................................................................................................ii
Daftar Isi.................................................................................................................iii
Bab I Pendahuluan
I.1 Latar Belakang......................................................................................................
Bab II Tinjauan Pustaka
II.1 Tekanan...............................................................................................................
II.2 Respon Dinamik..................................................................................................
II.3 Peranti-peranti Pengukuran-Tekanan Mekanik...................................................
II.4 Penguji Bobot Mati..............................................................................................
II.5 Pengukur Tekanan...............................................................................................
II.6 Penelitian: Study Eksperimental Jarak Terhadap Koefisien Tekanan Silinder
Ganda Diposisikan Alined.......................................................................................
Bab III Penutup
III.1 Kesimpulan........................................................................................................
III.2 Saran...................................................................................................................
III.3 Lampiran............................................................................................................
Dartar Pustaka............................................................................................................

BAB I
PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang
Tekanan merupakan suatu bahasan yang sudah sangat umum, apalagi jika
kita berbicara dalam konteks fisika maupun sistem instrumentasi. Demikian pula
dalam kehidupan sehari-hari tentu kita sangat sering melihat ataupun mengalami
atau bahkan memberikan suatu tekanan. Tekanan itupun sangat banyak jenisnya
dan pembahasan tentang tekanan itu sendiri sangat luas.
Tekanan juga merupakan salah satu bahan pembelajaran yang sangat
penting sebab sangat berhubungan dengan kehidupan sehari-hari bahkan dalam
berbagai aspek kehidupan kita membutuhkan aplikasi dari konsep tekanan itu
sendiri.
Melihat pengetahuan tentang tekanan ini sangat penting dan juga sangat
luas bahkan merambah berbagai aspek kehidupan tentu saja kita tidak hanya perlu
untuk hanya sekedar mengetahui konsep tegangan itu sendiri tapi bagaimana
pengukurannya itu juga sangat penting.
Berdasarkan uraian diatas, itu menjadi latar belakang dibuatnya makalah ini.

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA

II.1 Tekanan
Tekanan dinyatakan sebagai gaya persatuan luas. Dengan demikian, dapat
dikatakan tekanan sama dengan tegangan , dan pada umumnya tekanan dapat
dianggap sebagai sejenis tegangan juga. Tekanan dapat dihasilkan oleh gas,
cairan, atau benda-benda padat. Tekanan dapat diukur sebagai tekanan absolut,
tekanan terukur atau tekanan differensial. Tekanan absolut adalah tekanan total
yang dihasilkan oleh medium, sedangkan tekanan diferensial adalah beda antara
dua tekanan. Tekanan terukur adalah suatu tipe khusus dari tekanan diferensial
yang dinyatakan sebagai berikut :
Pg = Pa - Ps
Dimana ,

Pg = tekanan terukur
Pa = tekanan absolut, dan
Ps = tekanan atmosfer

Suatu ruang hampa di lain pihak didefinisikan sebagai ruangan gas yang

tekanannya kurang dari tekanan atmosfer. Tekanan dalam ruangan hampa ini
merupakan sejenis tekanan diferensial:
V = Ps - Pa
Satuan dasar dari tekanan dalam cgs adalah dyne/cm 2. Satuan standar SI untuk
tekanan adalah Newton per meter persegi (N/m2) atau pascal (Pa).
II.2 Respon Dinamik
Respon transien atau tanggapan fana instrumen pengukuran tekanan
bergantung pada dua faktor: (1) respon unsur transduser yang mengindra tekanan,
(2) respon fluida transmisi tekanan dan saluran-saluran penghubung, dan
sebagainya.
Yang terakhir ini sering merupakan faktor yang menentukan respon
frekwensi menyeluruh sistem pengukuran tekanan. Respon ini akhirnya akan
harus ditentukan dengan kalibrasi langsung. Perkiraan mengenai perangai tersebut
bisa didapatkan dengan analisa berikut.

Transduser tegangan
V
Po

2r

L

P

Berdasarkan gambar diatas, tekanan yang berfluktuasi itu mempunyai
frekwensi ω dan amplitudo po dan bekerja pada tabung yang panjangnya L
dan jari-jari r. Pada ujung tabung ini ada sebuah ruang dengan volume V yang
berhubungan dengan transduser peka-tekanan. Massa fluida itu bergetar karena
pengaruh gesekan fluida dalam tabung , yang cenderung meredam gerakan. Jika
rumus konvensional untuk tahanan gesek laminar dalam aliaran tabung digunakan
untuk menyatakan tahanan, maka persamaan untuk rasio tekanan-amplitudo ialah
ω 2
ωn
1−¿
¿
2
= ¿ 2+4 h2 ω }
ωn
{¿
¿

1
¿

( )

p
po

( )

Dalam persamaan ini, p ialah amplitudo sinyal tekanan yang diberikan pada
transduser .
II.3 Peranti-peranti Pengukuran –Tekanan mekanik
Peranti mekanik merupakan alat yang paling sederhana untuk pengukuran
tekanan. Dalam bagian ini akan kita periksa prinsip-prinsip beberapa peranti yang
penting . manometer fluida sangat banyak digunakan untuk pengukuran tekanan
fluida pada keadaan sleady atau tunak. Manometer berupa bejana berbenntuk U
dan menggunakan air raksa didalamnya. Analisis statis sederhana dari alat ini
adalah untuk mengimbangi tekanan pada titik A ke tekanan pada titik B. Misalkan
hl dan hm adalah ketinggian kolom cairan dan air raksa dan dl dan dm adalah

rapat cairan dan air raksa.

Tekanan pada A = tekanan pada B
Xmdlg +hl dlg + atm = hmdmg +Atm
Xmdl +hl dl=hmdm
hl= hm dm/dl –Xm dl/dl
hl= hm dm/dl –Xm
hl= Khm
dimana, K= (

dm 1
− )
dl 2

Untuk mengukur tekanan atmosfer, digunakan suatu konfigurasi manometer.
Bejana gelas bagian dari alat ini yang dinamakan barometer dengan tandon tetap
diisi dengan air raksa distilasi bebas dari udara, kelembapan atau ketidakmurnian
sebelum merembes ke dalam dinding. Alat ini cukup teliti untuk menguji altimeter
dan sebagai barometer arenoid.
Walaupun manometer terutama digunakan untuk pengukuran statis,

tanggapan dinamis juga penting untuk diperhatikan terutama memecahkan
masalah yang berhubungan dengan osilasi kolom cairan.
Manometer jenis bejana komersial mempunyai skala kolom manometer yang
mempunyai graduasi, sehingga pemakai tidak perlu lagi memasukkan faktor
koreksi pada anjakan h’ yang di baca. Jadi, untuk rasio luas A2/A1 = 0,03, bacaan
sejati untuk ketinggian h’ = 10,0 in ialah 10,3 karena sudah menggunakan
graduasi skala khusus.
II.4 Penguji Bobot Mati
Penguji bobot mati ialah suatu peranti yang digunakan untuk
menyeimbangkan tekanan fluida dengan suatu bobot yang diketahui. Biasanya
peranti ini digunakan untuk kalibrasi-statistik pengukur tekanan dan jarang
digunakan untuk pengukuran tekanan pada keadaan sebenarnya.
ketelitian penguji bobot-mati dibatasi oleh dua faktor yaitu:
1. Gesekan antara silinder dan piston
2. Ketidakpastian mengenai luas piston.
Gesekan dapat dikurangi dengan memutar piston dan menggunakan permukaan
yang cukup panjang untuk menjaga agar minyak mengalir pada ruang anulus

antara piston dan silinder. Luas bidang tempat bekerjanya gaya bobot bukanlah
luas piston dan silinder.

II.5 Pengukuran Tekanan
a. Pengukuran Tekanan Tabung Bourdon
Pengukuran tekanan tabung bourdon banyak digunakan dalam pengukuran
tekanan statistik bilamana diperlukan pengukuran yang murah namun dapat
diandalkan. Pengukuran Heise ialah pengukuran tabung Bourdon yang sangat
teliti , dengan ketelitian 0,1 persen bacaan skala penuh. Tabung bourdon itu
sendiri biasanya mempunyai penampang elips dan konfigurasi “C”. Bila terdapat
tekanan didalam tabung itu, akan terjadi deformasi elastik yang dalam keadaan
ideal sebanding dengan tekanan. Tingkat linearitasnya bergantung pada kualitas
pengukur itu.ujung pengukur ini dihubungkan dengan suatu penghubung berpegas
yang memperbesar anjakan dan mengubahnya jadi gerakan putar pada penunjuk.
Penghubung itu dibuat sedemikian rupa sehingga mekanisme itu dapat diatur
untuk memberikan kelinieran yang optimum dan histeris minimum, serta
mengkompensasi aus yang mungkin terjadi setelah pemakaian beberapa waktu
untuk mengindra deformasi elastik itu, dapat pula dipasang pengukur-regangan
tahanan listrik. Pengukur diafragma dan pengukur ubub merupakan perantiperanti deformasi elastik sejenis yang berguna untuk berbagai penerapan
pengukuran tekanan.
b. Pengukur Bridgman
Jika dikalibrasi dengan baik, pengukur ini dapat digunakan untuk pengukuran
tekanan tinggi dengan ketelitian 0,1 persen. Respons transien pengukur ini sangat
baik. Kawat tahanan itu sendiri dapat menanggapi perubahan-perubahan dalam
jangkauan megahertz. Tentu saja respon-frekwensi menyeluruh sistem pengukuran
tekanan lebih rendah nilai batasnya karena respons akustik dari fluida transmisi.
c. Pengukuran Tekanan Rendah
Ilmu pengetahuan mengenai pengukuran tekanan-rendah merupakan suatu
bidang spesialisasi sendiri yang memerlukan kesaksamaan dari para pelaksana
eksperimen. Untuk pengukuran vakum sedang, kita dapat menggunakan
pengukuran bourdon, manometer, dan berbagai pengukur diafragma. Pembahasan
kita dalam bagian ini hanya akan dibatasi pada pengukuran tekanan rendah yang
biasanya tidak dapat dilakukan dengan alat pengukur yang konvensional. Dalam
hubungan ini, kita hanya akan mempermasalahkan pengukuran tekanan absolut.
d. Pengukur McLeod

Pengukur McLeod ini ialah suatu modifikasi manometer raksa. Reservoar
yang dapat dipindah diturunkan hingga kolom raksa turun sampai di bawah
bukaan O. Cembul B dan kapiler C sekarang mempunyai tekanan yang sama
dengan sumber tekanan p. Reservor itu kemudian dinaikkan sampai raksa mengisi
cembul dan masuk kedalam kapiler sampai titik dimana permukaan di dalam
kapiler acuan sampai pada titik nol.
e. Pengukur Konduktifitas-Termal Pirani
Pada tekanan rendah, konduktifitas termal gas berkurang sesuai dengan
tekanan. Pengukuran Pirani ialah suatu piranti yang mengukur tekanan melalui
perubahan konduktans termal gas. Sebuah filamen (kawat pijar) yang
dipanaskan dengan listrik di tempatkan di dalam suatu ruang hampa. Rugi
kalor (heat loss) dari filamen itu bergantung pada konduktivitas termal gas dan
suhu filamen. Makin rendah tekanan, makin rendah pula konduktivitas termal
dan karena itu makin tinggi pula suhu filamen untuk suatu masukan energi
listrik. Suhu filamen dapat diukur dengan termokopel, tetapi dalam pengukur
jenis pirani pengukuran dilakukan dengan mengamati perubahan tahanan bahan
filamen (wolfram, platina, dan sebagainya). Pengukuran tahanan dapat
dilakukan dengan menggunakan rangkaian jembatan yang sesuai. Rugi kalor
dari filamen itu merupakan fungsi pula dari suhu sekitar, dan dalam prakteknya
dipakai dua pengukur yang dihubungkan dalam seri unruk mengkompensasi
kemungkinan variasi keadaan sekitar. Pengukur ini divakumkan, dan keduanya,
baik yang ditutup mati maupun yang tidak, ditempatkan dalam kondisi
lingkungan yang sama. Rangkaian jembatan lalu di atur, sehingga memberikan
kondisi nol. Bila pengukur uji ini dihubungkan dengan kondisi tekanan
tertentu, defleksi jembatan dari posisi nol akan dikompensasi oleh perubahan
suhu lingkungan.
Pengukur pirani memerlukan kalibrasi empirik dan biasanya tidak cocok
untuk tekanan dibawah 1μm. Limit atasnya ialah kira-kira 1 torr (133 Pa),
sehingga jangkau keseluruhannya ialah, antara 0.1 sampai 100 Pa. Untuk
tekanan yang lebih tinggi, konduktans termal berubah sedikit saja dengan
tekanan. Rugi kalor dari filamen merupakan fungsi pula dari rugi konduksi ke
pemegang filamen dan rugi radiasi ke lingkungan. Limit bawah penerapan
pengukur ini ialah pada titik dimana efek-efek ini lebih besar dari konduksi ke
gas. Respons transion pengukur pirani tidak baik. Untuk mendapatkan
keseimbangan termal pada tekanan rendah diperlukan beberapa menit.
f. Pengukur Knudsen
Dua buah sudu (vane) V beserta cermin M dipasang pada suspensi filamen
halus. Di dekat sudut ini terdapat dua buah palt yang dipanskan, P, masing-

masing dijaga pada suhu T. Jarak pisah anatara sudu dan plat kurang dari lintas
bebas prata gas disekitarnya. Kedua sudu berada pada suhu Tg. Molekulmolekul yang menimpa sudu dari plat panas mempunyai kecepatan yang lebih
tinggi daripada yang meninggalkan sudu karena adanya perubahan suhu. Jadi,
terdapat momentum neto yang mengenai sudu-sudu itu, yang dapat diukur
dengan mengamati anjakan angular (sudut) cermin, sama seperti teknik yang
digunakan pada galynometer berkas cahaya.
Pengukuran knudsen memungkinkan kita melakukan pengukuran absolut
tekanan yang tidak bergantung pada bobot molekul gas. Alat ini sangat cocok
untuk pengukuran antara 10-5 dan 10 μm dan dapat digunakan sebagai
peranti untuk mengkalibrasi pengukur-pengukur lain yang bekerja dalam
jangkau tersebut.
g. Pengukur Ionisasi
Serupa dengan triode tabung vakum biasa. Katode yang dipanaskan
memancarkan elektron, yang dipercepat oleh kisi, elektron itu mengionisasi
molekul gas melalui tubrukan. Plat dijaga pada potensial negatif, sehingga ionion positif terkumpul disana dan menghasilkan arus ip. Elektron dan ion
negatif terkumpul pada kisi dan mengumpulkan arus ig. Ternyata tekanan gas
sebanding dengan rasio arus plat dan arus kisi.
h. Alfatron
Alfatron ialah suatu pengukuran ionisasi radioaktif. Sebuah sumber radium
kecil berfungsi pemancar partikel. Partikel ini mengionisasi gas yang terdapat
dalam pengurung, dan tingkat ionisasi ditentukan dengan mengukur keluaran
tegangan. Tingkat ionisasi ini merupakan fungsi linear langsung dari tekanan
untuk suatu jangkau tekanan yang cukup luas. Akan tetapi, karakteristiknya
berbeda untuk setiap macam gas.
II.6 Penelitian : Study Eksperimental Jarak Terhadap Koefisien Tekanan Silinder
Ganda Diposisikan Alined
Dalam penelitian ini dibahas tentang: Faktor-faktor yang mempengaruhi dari
koefisien tekanan fluida adalah kecepatan fluida, kerapatan fluida, viskositas
fluida dan geometri dari permukaan yang dilewati oleh fluida. Penelitian ini
dilakukan dengan memvariasikan beberapa faktor yang mempengaruhi nilai
koefisien tekanan yaitu permukaan geometri termasuk bentuk silinder dan variasi
aliran . Tekanan yang diukur didasarkan pada perubahan panjang kolom minyak
(r, mm) pada manometer miring yang tersambung ke tekanan yang terletak pada
permukaan silinder. Data yang dikumpulkan didasarkan pada variasi tiga jenis
ruang tabung 1.2D, 1.7D, dan 2.2D, dan tiga jenis variasi diameter silinder ada 2
", 2.5" dan 3 ", dan aliran bebas dijaga tetap konstan 6 m / s. Hasil penelitian
menunjukkan bahwa, semakin tinggi ruang tabung mempengaruhi posisi dan nilai

dari tekanan maksimum di bagian belakang silinder. Nilai dan posisi dari titik
pemisahan lebih pada arah belakang sejalan dengan peningkatan aliran bebas.
Penurunan tekanan terjadi pada bagian belakang pada aliran bebas yang tinggi.

BAB III
PENUTUP

III.1 Kesimpulan
Adapun kesimpulan dari makalah “Pengukuran Tegangan” adalah sebagai berikut:
1. Tekanan dinyatakan sebagai gaya persatuan luas.
2. Salah satu alat yang digunakan untuk mengukur tegangan adalah
manometer.
3. Untuk mendapatkan respon dinamik yang memuaskan ,bergantung pada
dua faktor . diantaranya respon unsur transien dan respon fluida transmisi
tegangan
4. Peranti-peranti pengukur tegangan mekanik, salah satunya adalah
manometer
5. Penguji bobot mati, meskipun merupakan alat pengukur tegangan tapi
sangat jarang digunakan pada pengukuran tekanan yang sebenarnya tapi
lebih sering digunakan untuk kalibrasi statistik pengukuran.
6. Masih banyak jenis-jenis pengukur tegangan diantaranya : pengukur
tegangan tabung bourdon, pengukur bridgman, pengukur tekanan-rendah,
pengukur Mcleod, pengukur konduktivitas-termal pirani, pengukur
knudsen, pengukur ionisasi, dan alfatron.

III.2 Saran
Makalah ini masih banyak memiliki kekurangan jadi diharapkan ada yang
mengembagkan dan menyempurnakan makalah ini. Namun terlepas dari itu
setidaknya materi yang ada dalam makalah ini dapat dipelajari dengan baik
sehingga memberikan pemahaman mengenai pengukuran tegangan.

III.3 Lampiran

DAFTAR PUSTAKA