BAB IV

BAB IV PENGUKURAN TEKANAN DAN GAYA

HANDOUT INSTRUMENTASI

Tujuan Instruksional Khusus :

Setelah selesai kuliah mahasiswa diharapkan dapat :

Menyebutkan pengertian tekanan beserta satuannya.

Menghitung konversi dari beberapa satuan yang lazim digunakan

Membedakan antara tekanan absolute dengan tekanan ukur/relative

Menyebutkan prinsip kerja bebebrapa jenis alat ukur tekanan

Yang dimaksud dengan tekanan pada bab ini adalah tekanan yang terjadi di dalam

fluida baik cair maupun gas.Tekanan didefinisikan sebagai intensitas gaya yang

bekerja pada tiap satuan luas.

Dalam standart SI untuk tekanan newtown per meter persegi (N/m²) disebut juga

dengan pascal atau sering ditulis Pa.

Dalam system satuan British, satuan tekanan adalah psi (pound per square inch).

Satuan tekanan beserta faktor konversi lainnya adalah

1 atmosfer = 14,696 psi

= 1,01325 x . Pa

= 1,01325 bar

= 760 mm Hg

1 psi = 6894,76 N/m²

1 torr = 1 mmHg

Dalam menyatakan besarnya tekanan dapat dinyatakan dalam dua cara : Tekanan

absolute (absolute pressure) menunjukkan nilai absolute (mutlak) dari gaya

persatuan luas yang bekerja pada fluida atau dinding penampung fluida.

Tekanan relative atau tekanan pengukur ( gage pressure ) adalah selisih antara

tekanan absolute dengan tekanan udara (atmosfer) setempat. Untuk lebih jelasnya

dapat dilihat pada grafik gambar 4.1. berikut.

Gambar 4.1. Tekanan absolute dan tekanan relative.

4.1. Manometer Fluida

21


Manometer adalah alat pengukur tekanan. Untuk mengukur tekanan dalam kondisi

tunak (steady state) banyak digunakan dengan manometer fluida. Fluida diletakkan

dalam suatu bejana yang umumnya berbentuk U.

Gambar 4.2. Manometer Pipa U.

Sesuai dengan rumus kesetimbangan tekanan hidrostatika maka berlaku bahwa

dimana : = tekanan fluida yang diukur

= tekanan atmosfer

= massa jenis fluida pengukur

g = percepatan grafitasi

h = pebedaan permukaan fluida

Untuk memperbaiki manometer pipa U, perbandingan luasan penampang kaki kanan

dengan luasan penampang kaki kiri dibuat besar. Volume fluida tetap sehingga

penurunan fluida dikaki kiri volumenya sama dengan kenaikan di kaki kanan :

A1

h1

= A2

h2

A1

(h - h2

) = A2

. h2

A1

h = ( A2

+ A1

) h2

h = (( A2

/A1

) + 1 ) h2

karena A2

/A1

<< 1 maka h = h2

sehingga pada titik bahwa bisa dianggap konstan

dan dapat diberi skala angka nol.

Gambar 4.3. Manometer Cistern.

22


Salah satu cara untuk meningkatkan kepekaan dari manometer pipa U maupun

Cistern adalah memiringkan kaki sebelah kanan dengan sudut tertentu (θ) terhadap

garis horizontal.

Untuk pipa tegak

Untuk pipa miring

Dengan demikian semakin besar harga θ kepekaan akan semakin besar

Gambar 4.4. Manometer Pipa Miring

Fluida untuk dapat dipakai sebagai fluida pengukur pada manometer adalah :

Tidak reaktif terhadap fluida yang diukur.

Viskositas tidak terlalu besar, sehingga mudah bergerak atau bereaksi

terhadap perubahan tekanan.

Massa jenis fluida pengukur lebih besar dari pada dari massa jenis fluida

yang diukur.

Tidak terjadi tarikan permukaan / efek kapiler pada fluida.

Tidak meninggalkan selaput warna pada alat kaca atau pipa.

4.2. Manometer dengan Tranduser Bahan Elastis

Telah kita ketahui bahan mempunyai sifat elastis yaitu :

Bila bahan dikenai gaya / tekanan akan mengalami defleksi atau perubahan

bentuk.

Besarnya defleksi atau perubahan bentuk tersebut sebanding dengan

besarnya gaya atau tekanan yang menyebabkannya.

Bila gaya / tekanan dihilangkan akan kembali ke posisi atau bentuk semula.

23


Tekanan ataupun perubahannya ditangkap oleh bahan elastis sebagai perubahan

defleksi / deformasi berupa gerakan / langkah. Perubahan langkah ini diproses oleh

pengkondisi sinyal, baik secara mekanis maupun elektris. Tranduser elastis dapat

dilihat pada gambar 4.5.

Gambar 4.5. Beberapa jenis tranduser elastis.

4.2.1. Kombinasi Tranduser Elastis dengan LVDT (Linier Variable Defferential

Transformer)

Sinyal tekanan dari obyek ukur diterima oleh tranduser bahan elastis diubah menjadi

gerakan/langkah. Pada tranduser dipasang inti logam yang akan bergerak mengikuti

gerakan tranduser. Selanjutnya gerakan yang relative kecil tersebut oleh LVDT akan

diubah menjadi tegangan output yang besarnya tergantung pada tegangan input.

Gambar 4.6. Pengukuran tekanan dengan LVDT.

Skala tegangan pada voltmeter dapat dikalibrasi langsung ke skala tekanan.

4.2.2. Kombinasi Tranduser Elastis dengan Strain Gage.

Bila pada tranduser elastis dipasang (direkatkan) straingage dengan kuat, maka

apabila tranduser menerima tekanan maka tranduser bersama dengan straingage

mengalami regangan yang sama besarnya. Akibatnya tahanan dari kawat strain

gage akan berubah. Kemudian dengan rangkaian jembatan Wheat stone perubahan

tahanan yang relative kecil tersebut dapat diperbesar perubahannya. Selanjutnya

skala tahan pada meter ini dapat dikalibrasi dalam bentuk skala tekanan.

Gambar 4.7. Pengukuran Tekanan dengan Strain Gage.

24

tekanan

Bahan Elastis LVDT Peraga

Catu Daya

langkah Teg. listrik

tekanan

Tranduser Jembatan Wheatstone

Peraga

Catu Daya

∆ L ….∆ R kecil ∆ R besar


4.2.3. Kombinasi Tranduser Elastis dengan Kapasitor.

Suatu media yang berbeda diantara dua buah elektroda mempunyai kapasitansi

yang besarnya adalah :

C = 0,225 KA/d

Dimana :

K = konstanta dielektik yang besarnya tergantung jenis media

A = luasan overlap dari kedua elektroda

d = jarak antara masing-masing elektroda

Gambar 4.8. Skema Tranduser Kapasitif.

Bila eletroda 1 dipasang pada dudukan yang tetap, dan elektroda 2 dipasang pada

tranduser bahan elastis (misal diafragma), maka apabila tranduser menerima

tekanan dari obyek ukur, elektroda 2 akan melengkung.

Oleh karenanya jarak antara kedua elektroda (d) akan berubah. Selanjutnya harga

kapasitansi (C) akan berubah sebanding dengan perubahan jarak antara kedua

elektroda tersebut (d). Besarnya kapasitansi C dapat diukur dengan bantuan

rangkaian jembatan Wheatstone. Skala kapasitansi dapat dikalibrasi langsung

kedalam bentuk skala tekanan.

Gambar 4.9. Pengukuran tekanan dengan pengukuran kapasitansi.

4.3. Manometer Piezoelektrik

Bahan bersifat piezoelektrik (missal kristal kuarsa) terletak diantara dua plat

elektroda lalu plat diberi gaya atau tekanan, maka kristal akan mengalami deformasi

yang selanjutnya akan menimbulkan beda potensial dua plat tersebut.

Besarnya beda potensial yang terjadi sebesar :

E = g . t . p

Dimana :

E = beda potensial t = tebal

25

tekanan

Tranduser Elektroda Jembatan Wheatstone

Peraga

Catu Daya

∆ L ….∆ C kecil ∆ C besar


G = konstanta piezoelektrik p = tekanan

Gambar 4.9. Efek Piezoelektrik

Dengan demikian jika harga g dan t konstan, maka besarnya harga tegangan (E)

hanya tergantung pada tekanan (p). Oleh karenanya tegangan pada voltmeter dapat

dikalibrasi kedalam bentuk skala tekanan.

4.4. Dead Weight Tester.

Dead Weight Tester adalah sebuah alat yang dapat digunakan untuk mengkalibrasi

alat ukur tekanan. Skala pada ukur tekanan dicocokan dengan tekanan sebenarnya

yaitu :

p = F/A

p = W/A

dimana A adalah luasan dari penampang piston yang harganya konstan.

Gambar 4.10. Dead Weight Tester.

W dapat diubah-ubah sesuai kebutuhan sehingga kita dapat mengkalibrasikan pada

beberapa harga tekanan.

4.5. Pengukuran Gaya

Apabila luasan alat ukur tekanan dibuat konstan maka skala tekanan pada

manometer dapat dikalibrasi langsung kedalam bentuk skala gaya. Contoh

pengukuran gaya pada timbangan dalam range yang besar misalnya : jembatan

timbang, timbangan di pelabuhan dan sebagainya. Prinsip timbangan tersebut

menggunakan load cell baik berupa load cell hidrolik maupun load cell yang lain

misalnya piezo electric, strain gage.

26


Gambar 4.11. Pengukur gaya dengan load cell hidrolik.

Soal Latihan :

1. Jelaskan tekanan absolute

2. Jelaskan tekanan pengukuran

3. Berapa besar tekanan oada alat ukur Janis cistern

4. Apakah fungsi dari dead weight tester.

5. Apakah yang dimaksud dengan load sel.

27

BAB IV

Documents