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
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
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
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.
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/cm2. 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.
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
p
Tekanan pada A = tekanan pada B
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.
antara piston dan silinder. Luas bidang tempat bekerjanya gaya bobot bukanlah 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 peranti-peranti 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.
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
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. Molekul-molekul 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 ion-ion positif terkumpul disana dan menghasilkan arus ip. Elektron dan ion-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
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
