DPL.10 Sistem Instrumentasi Pengukuran Autosaved Copy Copy Copy

OUTLINE

  

  

  

  4. Simpulan

  

Tujuan Pembelajaran

  Mahasiswa mampu:

  ▪ Menjelaskan dengan benar mengenai prinsip sensor tekanan. ▪ Menjelaskan mengenai type sensor tekanan. ▪ Mengerti jenis-jenis dan penerapan dari sensor tekanan dalam sistem pengaturan berumpan balik dengan baik.

  Sensor Tekanan Sensor Tekanan adalah sensor untuk mengukur tekanan suatu zat.

  Tekanan (p) adalah satuan fisika untuk menyatakan gaya (F) per satuan luas (A). Satuan tekanan sering digunakan untuk mengukur kekuatan dari suatu cairan atau gas.

  Satuan tekanan dapat dihubungkan dengan satuan volume (isi) dan suhu.

  Semakin tinggi tekanan di dalam suatu tempat dengan isi yang sama, maka suhu akan semakin tinggi.

  Sensor Tekanan

  Tekanan yang diukur dengan menggunakan ruang hampa sebagai referensi, yang biasa disebut dengan tekanan absolut. Semua tekanan diukur dalam dua sisi yaitu satu sisi untuk pengukuran dan satu sisi yang lain untuk referensi. Tekanan dibawah kolom fluida tergantung pada ketinggian kolom dan kerapatan fluida yaitu:

  Hubungan antara tekanan dengan ketinggian = . . ℎ

  = . ℎ dengan : tekanan (Pa) dengan

  3

  ∶ massa jenis (kg/ ) ℎ : ketingian (ft)

  2

  2

  ) )

  : tekanan (lb/ : gravitasi (9.8 m/

  3

  : kepadatan berat (lb/ )

  ℎ : ketinggian cairan (m)

  

Sensor Tekanan

  Kumparan yang digunakan adalah kumparan CT (center tap). Apabila inti mengalami pergeseran maka induktansi pada salah satu kumparan bertambah sementara induktansi pada kumparan yang lain berkurang.

  Pengubah sinyal berfungsi untuk mengubah induktansi magnetik yang timbul pada kumparan menjadi tegangan yang sebanding.

  Perubahan tekanan pada kantung menyebabkan perubahan posisi inti kumparan sehingga mengakibatkan perubahan induksi magnetik pada kumparan.

  Gambar Pengindraan Sensor Tekanan ❖

  Pada saat udara masuk kedalam intake manifold pressure, maka silicon akan menekan ke atas, berbentuk setengah lingkaran dan menandakan tekanan tinggi.

  ❖

  Setelah tekanan tidak ada, maka silicon akan kembali seperti semula datar dan tekanan yang terjadi lambat.

  ❖ Dari tekanan angin tersebut, akan diteruskan oleh sensor.

  Sensor Tekanan Faktor lingkungan yang mempengaruhi kinerja sensor: 1) Keadaan cuaca yang tidak menentu 2) Keadaan Suhu pada suatu lingkungan 3) Tekanan sekitar sensor 4) Umur dari komponen sensor tersebut

  

Sensor Tekanan

  1) Pengukuran tekanan absolut termasuk tekanan standar dari berat atmosfer (101,325 kPa) dan tekanan tambahan dalam ban. Tekanan ban yang khas adalah 34 PSI atau sekitar 234 kPa. Tekanan mutlak adalah 234 kPa ditambah 101,325 kPa atau 331,325 kPa. 2) Sebuah pengukuran pengukur tekanan relatif terhadap tekanan atmosfer lokal dan sama dengan 234 kPa atau 34 PSI.

  3) Tekanan Vacuum relatif baik vakum mutlak atau tekanan atmosfer lokal.

  Sebuah ban kempes bisa memiliki tekanan yang sama seperti suasana lokal atau 0 kPa (relatif terhadap tekanan atmosfer). Pengukuran tekanan vakum yang sama bisa sama 234 kPa (relatif terhadap kekosongan mutlak). 4) Tekanan diferensial adalah perbedaan antara dua tingkat tekanan. Dalam contoh ban, ini berarti perbedaan tekanan antara dua ban. Hal ini juga bisa berarti perbedaan antara tekanan atmosfer dan tekanan di dalam ban tunggal.

  

Sensor Tekanan

  5) Pengukuran tekanan isolasi (Sealed) pengukuran tekanan diferensial diambil dengan tekanan perbandingan dikenal. Biasanya tekanan ini permukaan laut, tetapi bisa menjadi tekanan tergantung pada aplikasi. Masing-masing jenis pengukuran ini bisa mengubah nilai-nilai tekanan, sehingga perlu tahu jenis pengukuran yang sensor yang diperoleh. Berbasis Bridge (strain gages), atau sensor piezoresistif, adalah sensor tekanan yang paling umum digunakan. Hal ini karena konstruksi yang sederhana dan daya tahan. Sensor tekanan umum ini dapat berupa dikondisikan atau nonconditioned. Sensor pengkondisian udara lebih mahal karena mengandung komponen untuk penyaringan dan amplifikasi sinyal, serta eksitasi memimpin dan sirkuit biasa untuk pengukuran. Jika bekerja dengan sensor berbasis jembatan tekanan nonconditioned, kebutuhan hardware adalah sinyal pendingin.

  Karakteristik Sensor Tekanan

  Grafik hubungan tekanan udara dan sinyal keluaran sensor

  Sensor tekanan pada mesin

  hubungan tekanan dengan ketinggian dengan

  h : ketingian P : Tekanan satis Pref : Tekanan referensi

  Aplikasi Sensor Tekanan

  Pressure sensor (sensor tekanan) merupakan alat yang digunakan untuk mengukur tekanan, yaitu dengan cara mengubah tegangan mekanis menjadi sinyal listrik

  Di bidang industri otomotif Di Bidang Biomedis

  digunakan dalam pengukuran banyak hal vital, seperti tekanan darah. Selain itu, sensor tekanan juga dipakai sebagai sensor untuk kontroller-kontroller penting, seperti pengatur tekanan cairan infus.

  Sensor Tekanan ▪ Dalam mesin otomotif dan berbagai komponen penting lainnya, sensor tekanan

  digunakan dalam sistem pengereman kendaraan (pengereman kendaraan dengan menggunakan angin, seperti di bus, atau juga sistem ABS (Anti-Lock Brake System)). Sensor tekanan juga digunakan di sistem airbag untuk mendeteksi tabrakan, karena saat tabrakan, badan kendaraan mengalami peningkatan tekanan yang besar.

  Di Bidang Manufaktur ▪ Pendeteksian tekanan dengan tepat penting diperlukan di dalam berbagai hal,

  seperti proses pemanasan, proses pengovenan komponen komposit, pneumatic, dan masih sangat banyak lagi.

  

Sensor Tekanan

  Sebuah tank air dengan kedalaman 7 ft. Berapakah tekanan bawah dalam Psi dan

  3

  3

  kPa? ( = 10 / )

  = . . ℎ

  3

  3

  2

  )(9.8 m/ = (10 / )(0.3048 x 7)

  3

  3

  2

  )(9.8 m/ = (10 / )(2.1 m) = 20909 Pa = 21 kPa = 21 kPa x (0.145 psi) = 3 Psi

  ft=0.3048m Type Sensor Tekanan 1) Tekanan Absolut (Absolute Pressure) : harga tekanan yang sebenarnya dihitung relatif terhadap tekanan nol mutlak.

  2) Tekanan Gauge (Gauge Pressure) atau tekanan relative : tekanan yang

  diukur relatif terhadap tekanan atmosfer. jadi tekanan relatif adalah selisih antara tekanan absolut dengan tekanan atmosfer.

  3) Vacum atau tekanan hampa: dalam hal tekanan adalah lebih rendah dari tekanan atmosfer.

  4) Tekanan Deferensial (Differential Pressure): suatu tekanan yang diukur terhadap tekanan yang lain (beda tekanan).

  Sensor Tekanan

  Transduser tekanan dan gaya (load cell)

• – terdiri dari bahan elastis dan sensor perpindahan (displacement)
• – besaran ukur strain atau displacement
• – pengelompokan: tipe absolute gauge dan diferensial

  Sensor tekanan diafragma: (a)diafragma tipe datar, (b) diafragma bergelombang Type Sensor Tekanan

  Tekanan udara dapat diamati dengan beberapa sensor tekanan

  Dengan manometer perbedaan tekanan antara kaki satu dengan kaki yg lain dapat langsung terbaca dari beda tinggi antara kedua kaki.

  Ada 3 macam tekanan yaitu

  1. Pressure gauge

  2. Pressure absolut

  3. Pressure differensial

  Type Sensor Tekanan

  Beberapa sensor tekanan udara dengan berbagai bentuk baik yang tanpa jarum penunjuk skala ataupun dengan jarum skala. Ada juga yang menggunakan bellows dan pegas untuk memperbesar sensitivitas sensor tekanan.

  Type Sensor Tekanan

• Sensor tekanan udara juga dapat digunakan dengan prinsip displacement ataupun force balance pressure
• Tipe kapasitif dapat menggunakan single elektrode ataupun double elektrode
• Kombinasi antara sifat kapasitif dengan tambahan LVDT dapat digunakan untuk kepekaan yang sangat tinggi beda tekanannya.

  Jenis Sensor Tekanan

  1) Bourdon Tubes 2) Bellows 3) Semiconductor Pressure Sensors

  Bellows

  Jenis Sensor Tekanan Semiconductor Pressure Sensors

  Jenis Sensor Tekanan

  1. Bourdon Tubes

  Bourdon tubes adalah sejenis pipa pendek lengkung dan salah satu ujungnya tertutup

  Jenis Sensor Tekanan

  Bourdon Tubes

  Jenis Sensor Tekanan

  Bourdon Tubes Prinsip kerjanya : Jika bourdon tubes diberikan tekanan maka ia akan cenderung untuk

  “menegang”. Perubahan yang dihasilkan sebanding dengan besarnya tekanan yang diberikan Kelebihan:

• Tidak mudah terpengaruh perubahan temperatur
• Baik dipakai untuk mengukur tekanan antara 30-

  100.000 Psi Kekurangan: Pada tekanan rendah 0-30 psi kurang sensitive dibanding bellows

  Jenis Sensor Tekanan Type-Bourdon Elemen ▪ Digunakan untuk indikasi lokal, transmisi

  sinyal tekanan dan aplikasi- applikasi pengendalian.

  ▪

  Tabung berbentuk seperti busur lingkaran dan digunakan dalam sistem transmisi sinyal baik pneumatik maupun elektrik,

  ▪ Akurasi pengukuran bervariasi mulai dari ± 0,5 - ± 2 %.

  Jenis Sensor Tekanan Spiral Type-Bourdon o

  Digunakan untuk tekanan akibat gerakan akhir yang bebas.

  o

  Tidak dapat memberikan tekanan yang cukup besar terhadap gerakan yang dibutuhkan.

  o Akurasi pengukuran normal ± 0,5%. Jenis Sensor Tekanan

Helical Type – Bourdon

• Keuntungan memiliki kapasitasi range yang cukup tinggi, stabil terhadap pengaruh tekanan yang berfluktuasi dan mudah adaptasi untuk penggunaan tekanan tinggi.
• Jumlah koil-koil paling sedikit memiliki 3 coil untuk range etekanan rendah dan > 16 coil untuk range tekanan tinggi.
• Akurasi pengukuran bervariasi mulai dari ± 0,5 - ± 1 %.

  Jenis Sensor Tekanan Diaphragm Prinsip kerja elemen diaphragm adalah mirip seperti bellows.

  Merupakan keping flat datar yang fleksibel. (corrugated surface).

  Terdiri dari disc tunggal atau dua diaphragm yang terhubung satu sama lain dengan konfigurasi berbeda yang digunakan untuk bentuk capsuler elements. Range akurasi pengukuran dari ± 0,5 - ± 1 ¼ % dari span penuh. Aplikasinya biasa digunakan untuk range tekanan rendah kecuali untuk diaphragm bagian bawah digunakan untuk tekanan 15.000 psi.

  Jenis Sensor Tekanan

  2. LVDT LVDT bekerja berdasarkan pada ada tidaknya medan magnet yang terjadi. LVDT pertama kali di kemukakan oleh G.B.hoadley. pertama kali digunakan untuk kepentingan militer. Pada tahun 1950-an pengetahuan akan LVDT ini terus berkembang, hingga dapat digunakan dalam kepentingan industry.

  Jenis Sensor Tekanan

  Transduser Piezoelectric Bahan-bahan kristal yang tidak simetri seperti kuartz, garam rochelle, dan barium titanit, menghasilkan suatu ggl bila di beri gaya tekan. Sifat ini diterapkan dalam transduser piezoelectric, Sebuah gaya diberikan menghasilkan sebuah ggl pada kristal, yang sebanding dengan besarnya tekanan yang

  Transduser Piezoelektrik: diberikan (dimasukkan). (a) konstruksi PE, (b) rangkaian ekivalen PE Jenis Sensor Tekanan Transduser Piezoelectric Muatan induksi pada kristal itu sebanding dengan gaya yang diberikan dan diberikan oleh

  = Keterangan : Q : coulomb F : newton d : konstanta piezoelektrik = . . Keterangan : V : tegangan g : kepekaan tegangan t : tebal kristal p : tekanan

  

Sensor Tekanan

  Sebuah kristal piezoelektrik yang tebalnya 2mm dan mempunyai kepekaan tegangan 0,055 Vm/N diberi tekanan 200 psi. Hitunglah keluaran tegangannya.

  3

  6

  2 ▪ P = (200)(6,895 x ) = 1,38 x N/

  10

  10

  −3 ▪

  t = 2 x m

  10 = . .

  −3

  10

  10

  Jenis Sensor Tekanan

  3. Manometer Alat ini bekerja dengan menggunakan prinsip perbedaan ketinggian antara dua buah permukaan cairan didalam tabung manometer. Secara matematis perbedaan ketinggian ini dapat dikonversikan dalam satuan tekanan dengan terlebih dahulu melalui perhitungan matematis. Fluida yang berada didalam tabung manometer berfungsi sebagai sensor tekanan sederhana yang ekonomis, handal dan akurat.

  Jenis Sensor Tekanan Manometer Bentuk U Secara mendasar prinsip kerja dari peralatan ini hampir sama dengan

barometer. Perbedaan tinggi kedua permukan cairan menunjukkan besarnya tekanan absolut yang

diukur. Cairan yang digunakan pada manometer ini bisa berupa merkuri ataupun air (H2O). Alat ini

Memiliki range pengukuran > 150 inchi H2O. Tekanan maksimum operasi > 400 psi.

  Simple U With leg connection

  

Sensor Tekanan

  Jika sensor tekanan mempunyai spesifikasi berikut:

  ▪ Tekanan input : 0

• – 100 psi

  ▪

  Output skala penuh : 100 mV

  ▪ Akurasi Nol : + 1 mV ▪ Akurasi : 1% FS ▪

  Kesetimbangan Nol : 0,02% FS/ ℉ (pergeseran kesetimbangan 75°)

  ▪ Pengaruh sensitifitas panas: 0,02% FS/

  ℉,Hitunglah kesalahan akurasi, pengaruh panas dan sensitifitas pengaruh pd suhu 95 ℉! F) = 0,4 psi Bila kita lihat secara keseluruhan secara bersama, maka kesalahan yang terjadi adalah +1,4 psi atau +1,4 mV.

  

Sensor Tekanan

▪

  Penyelesaian :

  ▪ Akurasi karena kesalahan adalah : + 0,01 psi ▪ Akurasi Nol adalah + 1 mV atau + 1psi. Sensor telah dikalibrasi pada keluaran Nol

  dengan 0 psi pada 75

  o

  F. Jika digunakan pada 75

  o

  F, maka akan menyebabkan pergesaran kesetimbangan Nol dan keluaran skala penuh yaitu :

  ▪

  Kesalahan = +0,0002/

  o

  F x 100 psi x (95

  o

  F

  o

• –75