Kamis, 27 Februari 2014
Konverter Signal (Instrumentasi)
Konverter
Pendahuluan
Pada suatu lup pengontrolan
proses, sinyal adalah yang menggambarkan atau mewakili dari suatu nilai proses,
nilai set point, nilai output kontroler dan lain-lain, yang secara terus
menerus melewati suatu komponen yang satu ke komponen yang lain pada lup pengontrolan
tersebut. Namun, komponen-komponen yang ada pada lup pengontrolan tidak
semuanya menggunakan sinyal yang sama. Konverter sinyal adalah sebuah instrumen
yang menerima satu tipe sinyal input dan kemudian merubah sinyal tersebut
menjadi bentuk sinyal yang lain di bagian outputnya.
Konverter sinyal sering disebut
”transduser”, yang berarti bahwa satu jenis sinyal ditransfomasikan menjadi
bentuk sinyal yang lain. Transduser mempunyai arti yang luas. Pressure gage
yang telah umum dikenal juga diklasifikasikan sebagai tranduser, atau termasuk
juga differential pressure transmitter. Dalam modul ini kita akan menggunakan
konverter sinyal dengan istilah
”transduser”.
Konverter Sinyal
Definisi
Pada suatu lup pengontrolan
proses, sinyal adalah yang menggambarkan atau mewakili dari suatu nilai proses,
nilai set point, nilai output kontroler dan lain-lain, yang secara terus
menerus melewati suatu komponen yang satu ke komponen yang lain pada lup
pengontrolan tersebut. Namun, komponen-komponen yang ada pada lup pengontrolan
tidak semuanya menggunakan sinyal yang sama. Konverter sinyal adalah sebuah
instrumen yang menerima satu tipe sinyal input dan kemudian merubah sinyal
tersebut menjadi bentuk sinyal yang lain di bagian outputnya.
Konverter sinyal sering disebut
”transduser”, yang berarti bahwa satu jenis sinyal ditransfomasikan menjadi
bentuk sinyal yang lain. Transduser mempunyai arti yang luas. Pressure gage
yang telah umum dikenal juga diklasifikasikan sebagai tranduser, atau termasuk
juga differential pressure transmitter. Dalam modul ini kita akan menggunakan
konverter sinyal dengan istilah
”transduser”.
Tujuan
Tujuan utama tranduser
adalah mengambil satu tipe sinyal
seperti sinyal listrik 4 – 20 mA dan merubahnya menjadi sinyal pneumatik 3 – 15
psi. Ada banyak
tipe transduser yang digunakan di bidang instrumentasi. Banyak jenis konverter
sinyal contoh, konverter sinyal dari arus menjadi pneumatik, dari tegangan
menjadi arus, dari arus menjadi tegangan, dari pneumatik menjadi arus dan
konverter sinyal analog menjadi sinyal digital.
Transmiter umumnya mempunyai output sinyal mA
dan kemudian sinyal ini dikirim ke kontroler. Sedang kan kontroler, biasanya
menggunakan sinyal input 1-5 volt, sehingga sinyal transmiter 4 – 20 mA
tersebut harus dirubah menjadi sinyal 1-5 Volt agar bisa digunakan kontroler.
Hal ini dapat dilakukan oleh
transduser yang paling sederhana dibidang instrumentasi yaitu dengan resistor
beban yang presisi 250 Ω.
Simbol dan Identifikasi
ISA telah merancang berbagai
simbol yang menggambarkan transduser pada gambar P&ID. Sebagai contoh simbol tersebut dapat dilihat pada
Gambar 1. dibawah.
Gambar 1: Simbol
Tipe ISA untuk Transduser
- Simbol pertama dari sebelah kiri menunjukkan transduser arus menjadi pneumatik yang beroperasi pada lup pengontrolan temperatur. Simbol T untuk temperatur dan simbol Y singkatan dari transduser. Peralatan ini sedang beroperasi pada loop “100”, angka loop tidak memiliki arti khusus kecuali untuk menunjukkan lup kontrol khusus. Temperatur transduser diidentifikasi sebagai transduser dari arus ke pneumatik dengan simbol “I/P dalam kotak. “I” adalah huruf yang melambangkan arus dan “P” adalah huruf yang melambangkan tekanan. Simbol pada kotak segi empat memiliki “I” sebagai huruf pertama karena arus adalah input ke transduser, oleh karena itu, huruf tersebut merupakan huruf awal. Simbol pada kotak segi empat memiliki hurf “P” sebagai huruf kedua karena tekanan adalah output yang berasal dari transduser, dan oleh karena itu, merupakan huruf berikutnya.
- Simbol kedua dari sebelah kiri menunjukkan transduser dari tegangan ke arus yang beroperasi pada lup kontrol level. “L” adalah singkatan dari level dan “Y” adalah sinkatan dari transduser. Instrumen ini beroperasi pada lup “200”, angka lup ini tidak memiliki makna khusus kecuali dengan menunjukkan lup kontrol khusus. Transduser Level diidentifikasi sebagai transduser dari tegangan ke arus dengan simbol “E/I” dalam kotak segi empat. “E” adalah huruf yang menunjukkan tegangan dan “I” adalah huruf yang menunjukkan arus. Simbol E yang ada dalam kotak segi empat fungsinya sebagai huruf pertama karena tegangan adalah input ke transduser, oleh karena itu, merupakan huruf pertama. Simbol “I” yang ada dalam kotak segi empat adalah huruf kedua karena arus adalah output dari transducer., dan oleh karena itu, menjadi huruf berikutnya.
- Simbol ketiga dari sebelah kiri menunjukkan
transduser extraktor yang berakar kwadrat (atau transduser penghilang akar
kwadrat) yang beroperasi pada lup kontrol flow. Huruf “F” adalah singkatan dari aliran atau
Flow dan “Y” adalah singkatan dari transduser. Instrumen ini beroperasi
pada lup “300”, angka lup ini tidak memiliki makna khusus kecuali untuk
menunjukkan lup kontrol khsusus. Transducer flow diidentifikasi sebagai
extrakor berakar kwadrat yang diberi simbol “Ö” dalam kotak segi empat. “Ö” adalah simbol yang menunjukkan
ekstraksi akar kwadrat. Extraktor akar kwadrat adalah transduser khusus
yang harus digunakan untuk flow meter beda tekanan. Beda tekanan merupakan
indikasi dari ”kwadrat” aliran. Untuk mendapat sinyal aliran linier, akar
kwadrat sinyal output yang berasal dari differential pressure transmitter
yang biasanya mengukur aliran misalnya melalui pelat orifice, maka hal itu
harus dilakukan. Sinyal output yang berasal dari ekstraktor akar kwadrat
secara langsung berhubungan dengan aliran linier atau aliran sesungguhnya.
- Simbol
keempat dari sebelah kiri menunjukkan transduser dari arus menjadi frekwensi atau pulsa yang beroperasi pada
lup kontrol tekanan. “P” merupakan singkatan dari tekanan atau pressure
dan “Y” merupakan singkatan dari transduser. Instrumen ini beroperasi pada lup “400”,
angka lup ini tidak memiliki makna khusus kecuali untuk menunjukkan lup kontrol
khsusus. Transduser tekanan diidentifikasi sebagai transduser arus menjadi
pulsa dengan simbol ”I/F” dalam kotak segi empat. ”I” berarti arus dan ”F”
adalah huruf untuk frekuensi atau pulsa. Simbol dalam kotak segi empat
mempunyai huruf ”I” sebagai huruf pertama karena arus adalah sebagai input
transduser dan oleh karena itu, menjadi simbol awal. Simbol “F” pada kotak
segi empat adalah sebagai huruf kedua karena pulsanya adalah output dari
transduser, dan oleh karena itu, menjadi huruf berikutnya.
Prinsip
Kerja
Prinsip kerja dari transduser adalah untuk merubah satu bentuk sinyal
standar menjadi bentuk sinyal standar yang lain. Lebih jauh lagi tranduser yang
paling umum merubah baik:
·
sinyal
arus (4-20 mA) menjadi sinyal pneumatik (3-15 psi) atau (20-100 kPa)
·
sinyal
pneumatik standar menjadi sinyal arus.
Alasan untuk kelaziman dari kedua jenis transduser ini adalah sederhana.
Sebagian besar kontroler di pabrik indusri yang modern output signalnya 4-20
mA, tetapi elemen kontrol akhir adalah
valve yang digerakkan secara pneumatik. Sinyal output kontroler harus diubah
menjadi sinyal pneumatik untuk menggerakkan valve. Cara kerja dari kedua jenis
transduser ini akan didiskusikan pada bagian berikutnya.
Transduser dari Arus menjadi Tekanan
Gambar 2. dibawah ini merupakan diagram sederhana dari transduser I/P.
Transduser ini menggunakan kumparan yang digerakkan secara listrik, dengan
diberi power berupa sinyal input 4-20 mA
ke posisi asembli pneumatik flapper nozzle. Posisi flapper yang berhubungan dengan
nozzle akan menambah atau menurunkan tekanan output transduser. Jika flapper
lebih dekat ke nozzle, maka tekanan output bertambah., jika transduser
diposisikan menjauhi dari nozzle, maka tekanan output diturunkan.
Gambar 2: Diagram Skema –
Transduser I/P
Cara kerja transduser ini dengan prinsip kesetimbangan gaya. Hal ini
memberikan arti bahwa gaya yang dibangkitkan oleh sinyal arus pada kumparan
(arus membangkitkan gaya magnet) berlawanan dengan gaya pneumatik yang
dibangkitkan oleh asembli flapper nozzle yang mana digunakan pada bellow umpan
balik. Kedua gaya ini berlawanan antara satu dengan yang lain dan akhirnya akan
seimbang satu dengan yang lainnya. Walaupun tidak digambarkan diatas, namun sinyal
output dapat disetel untuk zero dan spannya, oleh karena itu, sinyal input 4-20
mA dapat dirubah secara seimbang menjadi
sinyal input 3-15 psi (20 -100 kPa).
Penyetelan zero dan penyetelan span biasanya menggunakan dua sekrup
bertempat dibawah penutup instrumen dan
diidentifikasi sebagai (Z = zero, dan S = Span).
Transduser I/P tidak memerlukan suplai listrik selain sinyal input 4-20 mA.
Hal ini memerlukan supplai udara secukupnya untuk membangkitkan tekanan output
miksimum 15 psi. Udara yang disuplai ke transduser biasanya dengan ukuran 20 psi.
Setiap manufaktur menggunakan metode yang berbeda untuk merubah sinyal arus
menjadi sinyal penumatik, sehingga diagram diatas tidak dapat dipakai untuk
semua transduser I/P. Diagram diatas dapat dipakai untuk cara kerja transduser
I/P buatan Foxboro.
Pbarik pembuat akan memberikan manual untuk menjelaskan prinsip kerja yang
digunakan.
Transduser dari Tekanan menjadi Arus (P/I)
Gambar 3 dibawah merupakan diagram skema yang sederhana tentang transduser
dari pneumatik menjadi arus (P/I).
Gambar 3: Diagram Skema -
Transduser P/I
Penyetelan seting span dan zero diperlihatkan pada gambar diatas. Diagram
tersebut merupakan representasi yang sederhana dan harus dicatat bahwa
transducer P/I adalah sedikit lebih susah.
Prinsip kerja transduser dijelaskan dengan deskripisi dibawah ini. Sinyal
input tekanan yang berubah-ubah digunakan pada bellow seperti yang ditunjukkan
pada diagram. Bellow memanjang dan mengerut adalah bellow yang menggerakkan detektor pelat lebih
dekat atau lebih jauh dari detektor. Pada dasarnya detektor merupakan
transformer tegangan AC dan pada saat detektor pelat bergerak lebih dekat ke sisi sekunder transformer,
maka tegangan yang terinduksi pada sisi sekunder akan bertambah. Tegangan AC
yang terinduksi ini, pada gilirannya dirubah menjadi arus DC yang menjadi sinyal
output transduser.
Arus output DC juga dikirimkan ke transduser penyambung yang memberikan umpan
balik ke transduser dalam bentuk penambahan kuat medan magnet yang dibangkitkan
dengan transduser penyambung. Pada transduser I/P, didesain dengan cara kerja
menggunakan prinsip keseimbangan gaya.
Gaya yang digunakan pada bellow input membangkitkan output yang lebih besar
yang mana digunakan pada arah yang berlawanan dengan gaya input. Pada akhirnya,
input yang berlawanan dan gaya output akan menyeimbangkan antara yang satu
dengan yang lain dan menstabilkan nilai yang baru.
Transduser Lain
Ada banyak jenis transduser dan hal ini bukan merupakan cakupan dari modul
ini untuk mengulangi cara kerja untuk setiap jenis.
Ada banyak jenis transduser ini,
maka ada beberapa transduser penting yang umumnya digunakan yang perlu disinggung cara kerjanya:
- Transducer
E/I merubah input teganganatau dalam beberapa milli Volt menjadi output
arus.
- Extraktor
akar kwadrat merubah sinyal input yang terkwadrat, misalnya sinyal yang
berasal dari flow meter tipe head dan merubahnya menjadi sinyal flow linier.
- Transduser
I/F merubah sinyal input arus menjadi sinyal output frekwensi atau pulsa.
Kalibrasi dan Pemeliharaan Transduser
Sinyal output yang berasal dari
sebuah transduser, seperti halnya instrument yang lain perlu kalibrasi setiap
saat. Output yang berasal dari transduser harus memiliki hubungan sebanding secara
linier dengan input. Hal ini berarti bahwa apabila input nilainya berubah-ubah,
maka output harus berubah secara linier dan secara proporsional diseluruh
rangenya.
Tujuan dari unit ini kita akan melangkah lebih jauh melalui kalibrasi
tranduser I/P, karena hal ini adalah transduser yang paling umum digunakan di
area industri. Set-up kalibrasi yang diperlukan untuk persiapan digambarkan
pada Gambar 4 dibawah.
Gambar 4: Set-up Kalibrasi Transduser
Sumber input akan diubah
bervariasi antara 4 dan 20 mA dimana hal ini merupakan range input untuk
transduser I/P.
Dengan range input 4-20 mA, maka
kita mengharapkan untuk dapat melihat output 3-15 psi (20 -100 kPa) sebagaimana
nilai output yang diharapkan oleh transducer.
Prosedur Kalibrasinya adalah
sebagai berikut :
- Penyetelan Zero
Gunakan
sinyal input 4 mA, dengan unit transmisi atau lup kalibrator yang
sama hubungkan ke transduser dan periksa sinyal output pada tekanan
standar.
Sinyal ini harus terbaca 3 psig (20 kPa). Tergantung pada model dan
buatan mana transducer tersebut, maka akan ada sekrup penyetelan zero yang terletak
pada transduser I/P yang dapat dilihat.
Setel zero jika perlu.
Jika indikator zero ”hidup” hal ini berarti bahwa nilai terendah output
tidak nol
tetapi diatas nol. Dalam sinyal
pneumatik nol ”hidup” berarti 3 psi atau
20 kPa
(efektif). Dalam sinyal arus nol ”hidup” berarti bukan nol mA tetapi 4
mA.
- Penyetelan Span
Prosedur berikut adalah memeriksa nilai range
teratas dari output dan menyetel jika perlu.
Gunakan sinyal 20 mA dari Kalibrator lup
dihubungkan ke input transduser dan periksa output tekanan standarnya.
Harus terbaca 15 psig (100kPa).
Setel seting span jika perlu.
Tergantung transduser tersebut buatan dan model
apa, maka akan ada letak sekrup yang digunakan untuk menyetel mekanisme
transduser I/P.
Setel sekrup span tersebut sampai nilai output
mencapai 15 psig (100 kPa).
Perlu diingat bahwa zero dan span adalah saling mempengaruhi sehingga kedia
penyetelan harus diperiksa beberapa kali sampai tercapai kesetimbangan yang
sebenarnya.
Sinyal output harus diperiksa secara linier setiap 25% dari nilai inputnya.
Hal ini berarti bahwa output tidak tejadi penyimpangan dari hubungan linier
tersebut dengan adanya input pada nilai
akurasi yang telah ditetapkan untuk instrumen tersebut. Beberapa instrumen
memiliki penyetelan linearitas yang dapat diset jika ada masalah linearitas.
Sebagian besar transduser kemungkinannya tidak melakukan hal ini. Penjelasan
yang lebih mendetail secara umum tentang prinsip-prinsip dan metode kalibrasi
bisa didapat pada modul yang lain.
Lembaran kalibrasi harus diisi dengan benar agar menjadi dokumen kalibrasi
instrumen tersebut dan setiap instrumen yang diservis di pabrik.
Pemeliharaan
Sebagian besar transducer bergabung dengan sebagian besar komponen
elektronik pada konstruksinya.
Pemeriksaan komponen secara visual, maka papan rangkaian dan wiring harus
dibuat. Jika ada cacat pada rangkaian tersebut, maka harus diperbaiki atau
diganti jika perlu. Lagi pula,
kemungkinan disarankan untuk mengirim unit ke depot perbaikan dari manufaktur
untuk troobleshooting dan perbaikan komponen elektronik jika perlu.
Sebagian besar transduser bergabung dengan asembli flapper nozzle pneumatik
dan komponen pneumatik yang lain dalam konstruksinya. Komponen ini dapat
diperiksa jika bocor, diaphragma yang rusak atau gasket, nozzle dan orifice
yang tersumbat. Komponen pneumatik ini biasanya dapat diperbaiki di tempat
kerja jika suku cadangnya masih tersedia. Namun pemahaman seluruh prinsip kerja
sangat diperlukan untuk mencapai tujuan ini.
Biasanya harus dikonsultasikan dengan literatur manufaktur baik sebelum dan ketika mencoba memperbaiki komponen instrumen
tersebut. Biasanya cukup mendetail sehingga memungkinkan pengetahuan personil
dapat mengatasi masalah perbaikan tersebut.
Salah satu pertimbangan yang sangat penting pada komponen pneumatik adalah
untuk memastikan bahwa sumber udara kering dan bersih untuk mengoperasikan
intrumen-instrumen ini. Banyak masalah yang berhubungan dengan catu daya pneumatik
dan dapat dikurangi jika pertimbangan
ini dipenuhi.
Transmitter
Pneumatik
TRANSMISSION
OF SIGNALS
Karena ukuran dan kompleksitas dari pabrik industri modern, maka
diinginkan adanya suatu ruang control pusat untuk mengontrol suatu proses.
Titik-titik pengukuran variabel seperti flow dan tekanan diletakkan diseluruh
fasilitas, sehingga beberapa sarana harus digunakan untuk mengirim data-data
tentang ukuran dan identitas variable-variabel proses.
Transducer pengirim merupakan suatu alat yang mengubah suatu variabel
yang dihitung menjadi sinyal yang dapat dikirim, sehingga dapat diterima oleh
peralatan penunjuk, perekam atau pengendali yang berada di tempat yang jauh.
Primary sensing elements membentuk bagian dari peralatan pengirim ini.
Output dari sensor-sensor ini memposisikan peralatan mekanik dan elektrik
yang menghasilkan suatu pneumatic output yang sesuai dari suatu instrument.
Pemilihan suatu transmitter pneumatic tergantung pada sifat variable dan
pada jarak sinyal yang harus dikirimkan. Pengiriman sinyal-sinyal pneumatic
biasanya dibatasi pada jarak yang tidak lebih dari 200 m tanpa adanya boosting
atau tekanan pada konversi arus.
Suatu suplai udara dari instrument quality air (yang paling umum
tekanannya 140 kPa) merupakan persyaratan pertama untuk transmisi pneumatic.
Sinyal-sinyal output yang umum untuk transmitter pneumatic adalah 20
sampai 100 kPa (SI units) atau 3 sampai
15 psi (Imperial units).
PNEUMATIC TRANSMITTER PRINCIPLES
Ada
banyak design transmitter pneumatic yang bervariasi detailnya, tetapi elemen
dasar yang biasanya digunakan adalah mekanisme
flapper-nozzle, seperti yang digambarkan pada Gambar.1, atau dalam
kombinasinya dengan suatu peralatan air-amplifying atau relay seperti yang
ditunjukkan pada Gambar.3. Peralatan-peralatan ini telah dibicarakan sebagai
komponen-komponen yang terpisah dalam unit-unit sebelumnya, dan oleh karena itu
hanya akan direview secara singkat disini.
Untuk
review yang lebih detail, lihatlah unit-unit sebelumnya.
Fig1.TIF
Gambar 1: Flapper-Nozzle Principle
Suplai udara yang biasanya 140 kPa merupakan udara bersih dan kering yang
dipertahankan pada tekanan konstan. Udara ini dibiarkan memuai melalui suatu
hambatan, yang mempunyai lubang yang lebih kecil daripada lubang nozzle. Jika
flapper yang diposisikan oleh beberapa sensing device seperti Bourdon tube sedikit dijauhkan dari nozzle,
udara akan keluar melalui nozzle dengan lebih cepat daripada pada saat melewati
hambatan, sehingga tekanan output akan turun ke nol. Ketika flapper lebih
didekatkan pada nozzle, arus udara melalui nozzle berkurang dan output akan
mulai naik. Jika flapper sama sekali menutup nozzle, output akan naik sampai
pada tekanan suplai, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2. Gerakan flapper yang hanya 0,015 mm, yang dihasilkan oleh
sedikit perubahan dalam variabel proses, akan menyebabkan perubahan maksimum
dalam output. Tipe transmiter ini akan mempunyai kegunaan yang terbatas.
Transmiter ini hanya dapat digunakan untuk mengoperasikan sakelar elektrik atau
untuk beberapa peralatan lainnya yang memerlukan output maksimum atau minimum
(on/off).
Fig2.tif
Gambar 2: On-Off Transmitter
Sebagian besar proses memerlukan lebih banyak daripada sekedar sinyal
on-off disekitar control loop. Operasi secara ekonomis dan secara keselamatan
menuntut adanya output dari transmitter yang berhubungan erat dengan nilai
sesungguhnya dari variabel proses, atau output harus proporsional dengan input
atau variabel proses.
Gambar.3 menunjukkan penambahan suatu bellows yang
merupakan elemen feedback yang proporsional. Jika sensing element utama menggerakkan flapper ke arah nozzle, tekanan
nozzle dan output akan naik. Karena bellows dihadapkan pada tekanan output,
maka bellows tersebut akan memuai kearah kiri dan menggerakkan bagian atas
flapper sedikit menjauh dari nozzle, sehingga untuk setiap input akan ada suatu
celah flapper-nozzle yang unik dan hanya ada satu output. Ini dikenal sebagai “
feedback negatif “ yang memberikan suatu hubungan proporsional antara nilai
input dan nilai output dari transmiter. Gambar. 4 menunjukkan hubungan
proporsional antara output dan nilai variabel proses, atau nilai output.
Fig3.tif
Gambar 3: Transmitter with Feedback Bellows
Transmiter yang ditunjukkan pada Gambar.3
memberi respons cukup lambat pada suatu perubahan dalam variabel proses,
sehingga diperlukan waktu yang cukup lama untuk mengisi bellows dan sebuah
tabung tembaga seperempat inci yang cukup panjang. Untuk mempercepat respons
dan untuk mengurangi udara yang hilang melalui nozzle, ditambahkan suatu
pneumatic amplifier, yang seringkali disebut pneumatic relay, seperti yang
ditunjukkan pada Gambar.5.
Fig4.tif
Gambar 4: Plot of Proportional Output
Fig5.tif
Gambar 5: Basic Pneumatic Transmitter
Dengan mempertimbangkan transmitter yang
diperlihatkan pada Gambar.5, suatu
peningkatan dalam nilai variabel proses akan menggerakkan sambungan dan ujung
dasar flapper kearah kanan. Lebih
sedikit udara akan mengalir melalui nozzle, yang menyebabkan backpressure dalam
nozzle dan capsule meningkat. Gerakan keatas dari capsule dan pilot valve akan
mengurangi lubang exhaust dan menambah lubang port suplai udara untuk
meningkatkan output. Hal ini menyebabkan feedback bellows memuai dan menarik
bagian ujung atas flapper sedikit menjauh dari nozzle untuk menghasilkan output
proporsional lebih cepat daripada transmitter dalam Gambar.4.
Penggunaan relay udara menghasilkan volume output yang lebih besar, dan
juga tekanan nozzle di perbesar dan udara yang hilang melalui nozzle dikurangi.
Contohnya, suatu variasi dalam tekanan
nozzle dari 5 sampai 20 kPa akan menyebabkan suatu perubahan dari 20
sampai 100 kPa dalam output.
Gambar.6 menunjukkan suatu transmiter tekanan diferensial
dalam industri yang mungkin digunakan untuk pengukuran level atau flow.
Fig6.tif
Gambar 6: Differential Pressure Transmitter
Instrumen khusus ini mempunyai dua lengan yang dapat digerakkan, sebuah
force bar yang dihubungkan ke sebuah capsule dan sebuah range rod yang
dihubungkan pada feedback bellows. Kedua ujung range rod bebas berputar
disekitar range nut yang terletak menyandar pada chassis. Titik fulcrum ini
dapat digerakkan keatas dan kebawah untuk mengubah range sinyal output. Salah
satu ujung range rod ini dihubungkan ke force bar oleh flexure connector,
sementara ujung lainnya diputar oleh gaya
dalam feedback bellows. Fulcrum dari force bar dipasang pada titik D. Suatu
kenaikan dalam tekanan diferensial yang disebabkan oleh suatu kenaikan dalam
flow atau level akan memaksa capsule bergerak ke kiri, yang menyebabkan force
bar sedikit berputar searah dengan jarum jam, kira-kira pada titik D.
Flapper, yang dinaikkan pada flexure connector, mendekati nozzle yang
menyebabkan tekanan nozzle dan relay output
naik. Kenaikan dalam tekanan feedback akan menyebabkan bellows memuai ke
kanan dan memaksa ujung atas range rod untuk bergerak kearah kiri, untuk
menggerakkan flapper sedikit menjauh dari nozzle. Output diatur sedemikian rupa
sehingga measuring moment dan feedback moment sama. Output dari transmitter ini
bervariasi antara 20 dan 100 kPa
dan proporsional terhadap tekanan diferensial. Relay di design agak sedikit
berbeda, tetapi prinsip operasinya serupa dengan tipe yang telah dijelaskan
sebelumnya.
Transmitter Output
Calculations
Input pengukuran variable proses (tekanan, flow
level, dll) secara langsung proporsional terhadap output transmitter, atau
mempunyai hubungan matematis dengan output transmiter. Untuk setiap input yang
naik, kita dapat menghitung output yang berhubungan dengannya secara cepat.
Sebelum kita bicarakan rumus, kita harus mereview beberapa istilah transmiter
dasar (seperti span, lower range value dan upper range value). Ingatlah bahwa
istilah-istilah ini digunakan baik untuk input maupun output dari transmitter.
Input range menunjuk pada
nilai-nilai input yang terendah dan tertinggi dimana transmitter dikalibrasi
untuk mengukur.
Input span adalah
perbedaan secara aljabar antara the lower range value dan upper range
value.
Input span tergantung pada range dari variable proses yang akan diukur
oleh operator.
Output span
(perbedaan antara lower DAN upper output range) ditetapkan pada 80 kPa (20 to
100 kPa) atau 12 psi (3 to 15 psi) untuk transmiter pneumatic.
Contoh:
Input dari sebuah
transmitter tekanan pneumatic adalah 0 kPa sampai 500 kPa.
Input:
Lower
range value (L.R.V.) = 0 kPa
Upper
range value (U.R.V.) = 500 kPa
Span = U.R.V.
- L.R.V.
= 500 kPa - 0 kPa
= 500 kPa
Output:
Lower
range value (L.R.V.) = 20 kPa
Upper
range valve (U.R.V.) = 100 kPa
Span = U.R.V.
- L.R.V.
= 100 – 20 (kPa)
= 80 kPa
Ingatlah bahwa output lower range value dari transmiter pneumatic ini
adalah 20kPa.
Output minimum ini dikenal sebagai “live zero”.
Live zero berguna untuk kalibrasi dan troubleshooting terhadap
transmitter. Teknisi dapat siap memastikan zero drift atau power failure.
Rumus yang menghubungkan input ke output dari transmitter adalah sebagai
berikut:
Transmitter
output
Contoh:
Sebuah transmiter tekanan uap dikalibrasi untuk range dari 0 sampai 2000
kPa. Hitunglah output dari transmiter
jika inputnya 1200 kPa untuk sebuah transmiter tekanan pneumatic.
Penyelesaian:
Pneumatic Transmitter
Transmitter
output
= 
=
( 0.6 x 80 kPa) + 20 kPa
=
68 kPa (Ans)
Transmitter Electronik
Transduser dan Transmiter
Seringkali
intilah transduser dikacaukan dengan trnsmiter.
Sebuah transduser diklasifikasikan
sebagai alat yang meng-konversikan satu bentuk energi ke energi yang lain. Beberapa
contoh transduser adalah :
1.
Arus
ke voltage. Mengubah sebuah sinyal dengan 4-20 miliampere menjadi sinyal dengan
20 sampai 100 kPa.
2.
Aktuator
diafragma. Mengubah tekanan udara menjadi gerakan mekanis.
3.
Meter
turbin mengubah aliran fluida menjadi gerakan berputar.
Sebuah transmitter merespon
terhadap kondisi proses (tekanan, suhu, aliran, dsb) dengan alat sensor atau
elemen pengendus (sensing element) dan mengubahnya menjadi nilai transmisi atau sinyal yang
distandardkan, misalnya 4 sampai 20 miliampere atau 20 sampai 100 kPa.
Sebuah
transmitter bisa dianggap transduser jenis special, tetapi bukan sebaliknya.
Simbol ISA
Gambar 1
Pressure Transmitter (PT) and a Pressure Indicating
Transmitter (PIT)
Transmiter Tekanan (TT) dan
Transmiter yang Mengindikasikan Tekanan (TMT)
Perbandingan Instrumen Elektronik versus
Pneumatik
Selama bertahun-tahun, transmisi sinyal pneumatic merupakan standard.
Beberapa level seperti 6 psi – 30 psi, 3 psi – 27 psi dan akhirnya 3 psi – 15
psi dianggap standard yang bisa diterima. Di negara yang menggunakan System
International atau SI standard unit, kisaran 20 kPa sampai 100 kPa dipergunakan.
(Standard tekanan yang direkomendasikan akhir-akhir ini bisa dirujuk ke
ISA-S7.4)
Pneumatics transmitters offered (and still do) some
recognizable advantages;
Transmiter
pneumatic menawarkan (sampai sekarang) keuntungan yang bisa dilihat :
·
Benar-benar
aman atau tahan ledakan.
·
Bisa
dioperasikan dari gas yang bisa ditekan jenis apapun (udara, gas alam, dsb).
·
Merupakan
sumber yang baik bagi tenaga tinggi bila dipergunakan dengan konjungsi dengan
diafragma atau aktuator dengan style piston.
·
Mudah dipahami, dicari kesalahannya (trouble
shooting) dan dirawat.
Akan tetapi,
sistem pneumatic juga mempunyai kekurangan yang unik.
- Karena metode transmisi mempergunakan gas yang bisa ditekan sebagai medium transmisi, dan biasanya tubing instrument yang biasanya telah dipergunakan cukup lama, metode transmisi ini mempunyai ‘lag time’ (waktu penundaan ) pada penerimaan sinyal akhir. (Dalam beberapa aplikasi control, ini bertindak sebagai sedikit ‘model yang menyaring suara’ dan dianggap sebagai keuntungan).
- Sistem pneumatic mula-mula sangat mahal untuk memasangnya karena biaya yang tinggi dari kompresor udara dan komponennya.
Akan tetapi pada aplikasi industri saat ini, trendnya adalah menuju
komunikasi dan kontrol komputer. Untuk saling meng-interface atau
menghubungkan sistem pneumatic ke elektronik, peralatan yang mahal diperlukan,
seperti misalnya pengubah tekanan ke arus (pressure to current converters (P/I)
dan pengubah arus ke tekanan (I/P)
Keuntungan utama
yang dimiliki transmitter elektronik dibanding pneumatic adalah :
·
Waktu
transmisi sinyal yang sesaat.
·
Kabel
dianggap lebih murah daripada tubing tembaga atau plastic.
·
They can easily be electrically interfaced into
computer control systems. Transmiter
elektronik bisa dengan mudah di-interface (dihubungkan) secara elektrik ke
sistem kontrol komputer.
·
Transmiter
elektronik ‘pintar’ bisa semua menggunakan sepasang kabel listrik yang biasa
dipakai.
Seperti Anda lihat, ada keuntungan untuk kedua sistem. Akan tetapi, pada instalasi plant (pabrik)
baru dan retrofit, transmiter elektronik adalah yang paling umum.
Modul berikut
akan menjelaskan konsep dasar transmitter elektronik, standardnya, dan
prinsip-prinsip pengoperasiannya.
Basic Transmitter Principles
Karena ukuran dan kompleksitas plant industri modern, sangat diharapkan
plant memiliki control semua proses dari satu ruang control sentral.
Point-point pengukuran variabel, seperti aliran dan tekanan diletakkan tersebar
pada semua fasilitas, jadi beberapa alat harus dipergunakan untuk mengirim
suatu daya untuk mengetahui tentang ukuran dan identitas dari variable proses.
Transduser yang memancarkan (transmitting) adalah alat yang mengubah
variabel yang diukur menjadi sinyal yang bisa di-transmit (pancarkan), sehingga
bisa diterima oleh alat yang mengindikasikan, merekam dan mengontrol dari jarak jauh. Elemen pengendus yang utama
membentuk bagian dari alat transmisi. Output dari sensor-sensor ini
memposisikan (menempatkan) alat mekanik atau listrik yang mengakibatkan output
elektrik atau pneumatic yang berhubungan dari instrumen
Pemilihan apakah akan menggunakan transmitter
pneumatic atau elektrik tergantung pada sifat variabel dan jarak sinyal harus
dipancarkan (transmit). Transmisi dari sinyal pneumatik terbatas jaraknya tidak
melebihi 200 m sementara sinyal elektrik bisa ditransmit pada jarak yang lebih
jauh dan lebih mudah diaplikasikan ke kontrol yang menggunakan komputer.
Transmisi yang secara universal bisa diterima adalah transmisi yang menggunakan
loop arus dengan sinyal arus dalam kisaran milliamp. Sementara bermacam-macam
kisaran telah digunakan pada beberapa waktu, standard saat ini adalah kisaran
4-20mA yang merefleksikan kisaran proses 0-100% dari variabel yang diukur.
For example,
if a pressure transmitter were
calibrated for a 0 to 1000 psi input, which would result in a 4 to 20milliamp
output on the transmitter, the following conditions would apply;
Contoh :
Bila transmitter tekanan dikalibrasi untuk input 0 sampai 1000 psi, yang akan
menghasilkan output 4-20 miliamp pada transmiter, kondisi berikut akan
diterapkan,
Process Output (milliamps)
0 psig 4 ma
250 psig 8 ma
500 psig 12 ma
750 psig 16 ma
1000 psig 20 ma
Karena itu, bisa dianggap bahwa
dengan jalan mengukur sinyal milliamp dari transmitter, interpretasi yang tepat
dari nilai proses bisa diperoleh.
Contoh I :
Sebuah transmitter tekanan dikalibrasi untuk output 4-20 milliamp untuk
input 0-300psig. Bila proses 140 psig, berapa besar output transmiter dalam
miliamp?
Pemecahan :
Untuk 0-100% perubahan pada input, transmitter akan berubah dari 4 ke 20
miliamp atau rentang (20-4=16) 16 mA.
In order to achieve this the process would have to change
from 0-300psig (300psig span).
Bila proses
aktualnya pada 140 psig, inputnya akan 140 psig/300 psig= 0.467 atau 46.67%
dari input maksimum.
Karena itu,
output arus juga akan 46.6% dari maximum.
Prosentase baru
dari output akan 46.6% dari 16 miliamp (20-4 miliamp) =7.47 miliamp.
Akan tetapi,
karena % output arus dinaikkan (elevated) (4 miliamp sebagai ganti 0 miliamp)
kita harus mempertimbangkan ini. Output transmitter akan menjadi :
7.47 milliamps + 4 milliamps = 11.47
milliamps
Standard 4-20 mA normalnya diubah ke sinyal 1 sampai 5 dengan menyisipkan
resistor 250 ohm memotong sirkuit dengan beban seperti ditunjukkan pada Gambar.
2. ini bisa dibuktikan dengan menggunakan hukum Ohm. Ketika arus 4mA (0.004 A),
voltage bisa ditentukan sebagai berikut.
E = IR
= 0.004 A x 250 W
= 1 V
Gambar 2: Mengubah Sinyal Arus ke Voltage
Whilst most panel instruments and distributed control system inputs are
designed for a 1 – 5 v DC input this is not a standard. For example the Foxboro
I/A DCS system uses an 0.2 – 1.0 v DC input standard and consequently their
load resistors are rated at 50 ohms.
Sementara sebagian besar instrument panel dan
input sistem control yang didistribusikan didisain untuk input 1-5 v DC, ini
tidak standard. Contoh, sistem
Foxboro I/A DCS menggunakan standar input 0.2-1.0 v DC dan konsekuensinya,
resistor beban dinilai (rated) pada 50 ohms.
Basic Electrical Transmitter Principles
Sebuah transmitter elektrik atau elektronik terdiri dari tiga komponen
utama seperti ditunjukkan pada Gambar. 3.
Gambar 3: Transmiter Elektrik Dasar
1. Alat Pengendus Mekanik
Ini bisa Bourdon tube,
bellows, atau diaphragma dengan sambungan atau alat lain yang memberi gaya atau menciptakan
potensial ketika variabel proses mengubah nilainya.
2. Transduser Elektrik
Komponen ini bisa terdiri dari resistansi variabel, kapasitansi, atau
induktansi yang berubah dalam proporsinya menjadi input mekanik. Perubahan
elektrik berhubungan dengan perubahan pada tekanan nozzle pada transmiter
pneumatik.
3. Amplifier dengan Umpan
Balik
Untuk memberikan output
yang berguna, perubahan elektrik yang kecil yang dihasilkan oleh transducer
harus di-amplified oleh amplifier elektronik. Output dari bagian amplifier
diumpan balik untuk menciptakan gaya melawan ke
input, sama dengan gaya
di tipe pneumatic.
Sensor Pengukuran Tekanan
Dengan sistem
pneumatic, sangat mudah untuk mengubah perubahan di tekanan proses menjadi gaya mekanik (bellows,
kapsul, diafragma, dsb) untuk menggerakkan baffle yang berkaitan dengan nozel.
Karenanya, dengan instrument pneumatic, sangat mudah mengubah perubahan tekanan
input menjadi perubahan tekanan output karena tekanan mempunyai apakah energi
hidrolik atau pneumatic. Ini bisa
dideteksi dengan gaya dasar atau alat penyeimbang (balance) moment seperti
nozel flapper.
Untuk mendeteksi
dan mengubah perubahan tekanan menjadi perubahan yang bisa dideteksi secara
elektrik, pendekatan baru terhadap sensor fisik harus dipahami.
Metode yang
berbeda untuk mengubah tekanan menjadi energi elektrik sudah dan sedang
dipelajari dan sebagai hasilnya berikut ini adalah metode yang paling umum
untuk mengubah tekanan melalui gerakan mekanik menjadi perubahan di sifat-sifat
elektrik.
·
Induktansi Variabel
Gerakan mekanik
menyebabkan perubahan pada induktansi pada suatu sirkuit.
·
Frekuensi
Variabel
·
Gerakan mekanik menyebabkan perubahan pada
frekuensi.
·
Resistansi
Variabel
Gerakan mekanik bisa menyebabkan perubahan pada resistansi material.
·
Strain
Gauge
·
Tekanan
(stress) mekanik menyebabkan perubahan di resistansi
·
Kapasitansi
Variabel
Tekanan (Stress) mekanikal menyebabkan perubahan di kapasitansi.
·
Piezoelectric
·
Tekanan
(stress) mekanik menyebabkan muatan listrik.
Detail dari per-sirkuitan elektronik adalah di luar scope modul ini, sehingga
modul ini hanya menerangkan prinsip operasi secara umum saja.
Transmiter Induktansi Variabel
Elemen sensor tekanan yang dipergunakan sama dengan elemen pengendus yang
dipergunakan dengan sistem pneumatic, kecuali alatnya dimodifikasi sehingga gaya atau gerakan yang
ditimbulkan oleh variabel proses diubah menjadi output arus searah untuk dibaca
dan control di daerah yang terpisah jauh.
Transmiter tekanan diferensial elektronik
diilustrasikan pada Gambar. 4. Suatu
peningkatan pada aliran atau level proses akan menciptakan tekanan diferensial
yang lebih besar sepanjang kapsul diafragma, sebagaimana pada tipe pneumatik,
dan gaya yang lebih besar diberikan pada bagian ujung yang lebih rendah dari batang (bar) gaya, yang berputar pada
flexure. Gaya ini di-transmit ke sistem balans gaya elektronik melalui tuas
(lever) yang ditunjukkan.
Sistem penyeimbang elektronik mempunyai tiga komponen
utama : sebuah detector, motor untuk umpan balik, dan sebuah amplifier
oscillator. Detektor adalah transformer diferensial yang winding utamanya
digerakkan (excited) oleh sebuah oscilator. Sebuah perubahan di tekanan
diferensial menyebabkan gerakan sedikit di core yang dilaminasi (laminated),
menguatkan kopling induktif yang menyebabkan peningkatan pada voltage kedua (secondary)
ke amplifier dc. Output arus dari amplifier lewat ke motor umpan balik, yang
dihubungkan seri dengan suplai tenaga dc dan readout (ukuran yang dibaca) di
tempat jauh. Ketika arus ke motor umpan balik meningkat, gaya tolak yang lebih
besar (repelling force) dibentuk dengan me-reposisi core yang dilaminasi pada
detektor. Koil umpan balik menggunakan gaya yang sama dan berlawanan ke gaya
yang ditimbulkan oleh perubahan pada tekanan diferensial, dan karenanya menjaga
sistem dalam keadaan keseimbangan gaya yang terus menerus.
Gambar 4: Differential Transformer Type Force Balance Electronic Pressure
Transmitter
Sensor
Frekuensi Variabel (Kawat Resonant)
Prinsip dasar dari sensor frekuensi variabel adalah
mendapatkan kawat yang bergetar pada frekuensi resonansi, dan mengubah tekanan
variabel menjadi perubahan frekuensi resonansi. Menunjuk ke sensor, Gambar. 5, sebuah kawat ditempatkan
dengan tegangan antara dua magnet permanent dan diset untuk bergetar pada
frekuensi resonansi. Sensor diisi minyak silikon, yang dibiarkan berpindah
tempat dari sisi tekanan tinggi ke sisi tekanan rendah dari sensor. Ketika
sensor meningkat pada diafragma yang meng-isolate tekanan tinggi, minyak
silikon disalurkan melalui port (lubang) penyalur fluida ke sisi tekanan
rendah. Karena kawat menempel ke diafragma tekanan rendah, kawat ditarik ketika
sisi tekanan rendah melenceng keluar. Ini meningkatkan tegangan kawat, yang
menyebabkan frekuensi resonansi
meningkat.
Frekuensi resonansi pada kawat diberikan dengan formula :
Karena panjang dan masa kawat tetap, satu-satunya
variabel adalah tegangan, jadi bila istilah untuk masa dan panjang diganti
dengan (d) yang konstan
Dan karena tegangan proportional dengan tekanan, ini
menunjukkan bahwa frekuensi resonansi proporsional dengan tekanan.
Gambar 5: Resonant Wire Sensor
Sensor
Resistansi Variabel
Metode yang paling
sederhana menggunakan perubahan pada metode resistansi. Perubahan resistansi
adalah yang paling mudah dideteksi dan karenanya membutuhkan jumlah sirkuit
yang paling kecil. Akan tetapi, akurasinya adalah salah satu yang paling lemah
dari empat tipe. Sebagaimana telah disebut semuanya telah digantikan oleh
penggunaan tipe resistansi gauge tegangan (strain), meskipun masih diketemukan
juga pada transmiter pengukuran aliran (lihat modul pengukuran aliran).
Pada prinsipnya, gerakan mekanik digunakan
untuk memvariasikan sebuah potentiometer, yang pada gilirannya akan menyebabkan
perubahan voltage yang bisa diukur pada sirkuit. Lihat Gambar. 6.
Gambar 6: Detektor Tekanan Resistansi yang
Disederhanakan
Sensor
Resistansi Variabel (Alat Pengukur Tegangan)
Sebuah pengukur tegangan (strain) adalah sebuah
transduser yang menggunakan variasi resistansi elektrik untuk mengendus
tegangan (strain), dihubungkan dengan stres yang diberikan pada material,
ketika sebuah gaya diaplikasikan pada suatu struktur. Pengukur tegangan
(strain) secara fisik menempel ke permukaan material yang mendapat stress dan
transduser memberikan sinyal output elektrik yang proporsional dengan tegangan
(strain).
Stres adalah resistansi internal yang dipasang pada
material ketika beban eksternal diaplikasikan. Stres selalu diekspresikan
sebagai intensitas stres dan karenanya beban yang dibawa per luas unit dari
material, bisanya dinyatakan dalam kN/m2, atau kPa, jadi :
Stress = beban
area
Strain adalah perubahan bentuk yang terjadi pada
material karena adanya stress. Strain linier diukur sebagai perubahan pada
panjang per panjang unit, yang terjadi ketika tensile atau beban kompresif di
aplikasikan, jadi :
Strain = perubahan
panjang
Panjang
original
Ketika struktur berubah panjangnya, yaitu, diregang,
gerakan ini di-transmit ke kawat gage regangan. Kawat akan memanjang bila
mendapatkan ’tensile stress’, dan karenanya meningkatkan panjangnya dan
menurunkan luas penampang melintangnya. Sebagai akibatnya, ini akan
mengakibatkan peningkatan pada resistansi elektriknya, karena resistansi dari
material metalik pada suhu konstan, berbanding lurus dengan panjang, L, dan
berbanding terbalik dengan penampang melintang A.
Jadi:
Di mana:
R = resistansi konduktor (W)
L = panjang konduktor (m)
= resistivitas konduktor (
- m)
(Ini
juga disebut sebagai Resistansi Spesific)
A = luas
konduktor (m2)
Bila menggunakan transducer dengan tipe pengukur (gage) strain. Variasi
suhu harus dikompensasikan karena perubahan temperatur akan menyebabkan
keduanya material dasar dan elemennya sendiri mengembang atau menyusut. Sebagai
tambahan, resistiviti dari material pengukur (gage) strain bervariasi dengan
suhu, karenanya, suhu yang canggih untuk memberi kompensasi sirkuit harus
disertakan..
Tipe transmiter
ini bisa sangat akurat (+/- 0.1% dan lebih baik)
Gambar 7: Sensor Pengukur (Gauge) Strain yang Disederhanakan
Sensor
Kapasitansi Variabel
Prinsip operasi dasar yang dipergunakan pada sensor
tekanan kapasitive adalah pengukuran perubahan pada kapasitansi akibat dari
gerakan elemen deformasi elastis.
Ada tiga faktor yang mempengaruhi nilai capasitansi.:
(1) Kapacitansi
berbanding lurus dengan luas plat kapacitor
(2) Kapasitansi
berbanding terbalik dengan ruang antara plat-plat kapacitor.
(3) Kapasitansi
berbanding lurus dengan dielectric antara plat-plat kapasitor.
Bila hubungan ini dinyatakan dalam persamaan, hasilnya adalah :
C = KA
s
Di mana:
C = kapacitansi (F)
A = luas plat (m2)
s = jarak antara plat satu dengan yang lain (m)
K = dielectric konstant, tidak ada unit
Gambar. 8 melukiskan detector tekanan diferensial dengan tipe
kapasitansi berisi dua plat kapasitor. Tekanan fluida proses diaplikasikan ke
diafragma yang meng-isolasi yang selanjunya transmit tekanan, dengan minyak
silikon, ke diafragma pengendus yang melenceng keluar dalam responnya ke
tekanan diferensial sepanjang diafragma . Perpindahan dari diafragma (maximum
0,1 mm) proportional dengan tekanan diferensial. Plat kapasitor pada kedua sisi
diafragma pengendus mendeteksi posisi diafragma pengendus.
Ketika tekanan proses berubah, perubahan pada kapasitansi elektrik
dideteksi dan di-amplified menjadi sinyal 4 sampai 20 miliamp.
Seperti tipe pengukur (gage) strain, perubahan pada kapasitansi juga
menggunakan elektronik yang sensitif dan canggih, sekali lagi karena sinyal
kecil dan suhu bisa mempengaruhi ukuran (reading).
Gambar 8: Kapsul Kapasitansi Transmiter yang Tipikal
Gambar 9: Diagram Blok dari Elektronik Transmiter
Tekanan Kapasitansi
Piezoelectric
Style ini berdasarkan pada efek piezoelectric dari tipe kristal tertentu. Ketika
berubah bentuk (deformed) karena tekanan, kristal akan menghasilkan muatan
listrik kecil yang diamplified. Sekali lagi, elektronik yang rumit dipergunakan
dan transmiter bisa sangat mahal. Seringkali, elektronik tersebut didapatkan
pada transmiter yang bertekanan sangat tinggi (sampai 400 mPa atau lebih
tinggi). Sisi bawah alat ini mungkin paling fragile (mudah pecah) dan
menjatuhkannya bisa merusak elemen kristal. Tipe transmiter ini mempunyai
respon dengan frekuensi sangat tinggi dan bisa digunakan untuk mengukur
fluktuasi tekanan di mana tipe transmiter lain tidak bisa mendeteksi. Tipe ini
sering dipergunakan pada balistik, tekanan engine roket dan pengujian tekanan
gelombang kejutan (shock waves) pada letusan.
Tipe-Tipe Lain
Transmiter tekanan optikal ada meskipun tidak banyak dibutuhkan. Alat ini
cenderung menggunakan gerakan dari sensor diafragma untuk menyebabkan sudu
(vane) yang opaque bergerak antara sumber sinar infra merah dan detektor. Ini
menyebabkan variasi dalam intensitas sinar pada detektor, yang pada gilirannya
digunakan untuk mengembangkan output yang berhubungan dalam hubungannya dengan
tekanan input.
Akhir-akhir ini (1996), sebuah transmitter tekanan style baru sedang
dikembangkan di Canada timur. Transmiter ini tidak mempunyai bagian yang
bergerak (diafragma, dsb) dan terbuat dari bahan optik fiber. Perubahan pada
tekanan proses akan menyebabkan perubahan kecil pada refraction pada ujung
kabel. Keuntungan jenis ini adalah sangat aman (explosion proof) dan fiber
gelas tahan korosi atau stres karena tekanan proses tinggi. Karena ini masih pada
experiment akhir dan fase pengujian, belum banyak informasi yang bisa
diberikan.
Transmitter Output Calculations
Input pengukuran variabel proses (tekanan, level
aliran, dsb) berbanding lurus dengan output transmitter, atau mempunyai
hubungan matematis denga output transmitter. Untuk setiap output yang
meningkat, kita bisa menghitung output yang berkaitan dengan tepat. Sebelum
kita bicarakan formulanya, beberapa istilah transmiter dasar (rentang, nilai
kisaran rendah atau tinggi) harus diketahui. Perlu dicatat istilah-istilah ini
bisa digunakan untuk inpuut dan output.
Kisaran
input adalah nilai input terendah dan tertinggi dimana transmitter dikalibrasi
untuk mengukurnya.
Rentang
input adalah perbedaan aljabar antara nilai
kisaran rendah (lower range value) dan nilai
kisaran tinggi (upper range value).
Rentang
input tergantung pada kisaran variabel proses yang akan diukur operator.
Rentang
output (perbedaan antara kisaran output yang rendah dan yang tinggi) yang
ditetapkan pada 16 mA (4 sampai 20 mA) untuk transmiter elektronik.
Contoh:
Input pada tranmiter tekanan elektronik adalah 0 kPa to 500 kPa.
Input:
Lower
range value (L.R.V.) = 0 kPa
Upper
range value (U.R.V.) = 500 kPa
Span = U.R.V.
- L.R.V.
= 500 kPa - 0 kPa
= 500 kPa
Output:
Lower
range value (L.R.V.) = 4 mA
Upper range valve (U.R.V.) = 20
mA
Span = U.R.V.
- L.R.V.
= 20 mA -
4 mA
= 16 mA
Perhatikan bahwa nilai kisaran rendah output untuk transmiter elektronik
adalah 4 mA dan pneumatic adalah 20 kPa. Output minimum dikenal sebagai ‘live
zero’ Live zero berguna untuk kalibrasi dan mencari penyebab kerusakan (trouble
shooting) pada transmitter. Teknisi bisa dengan siap memastikan suatu ‘zero drift’
Formula (rumus) yang berkaitan dengan input transmitter ke output
transmitter sebagai berikut:
Transmitter output 
Example:
Transmiter tekanan uap dikalibrasi untuk kisaran 0 hingga 2000 kPa. Hitunglah output transmiter ketika input
adalah1200 kPa untuk transmitter elektronik..
Pemecahan:
Transmiter elektronik
Output transmiter
Transmitter Construction
Ada beberapa style desain untuk
transmitter tekanan, akan tetapi, style yang paling umum dari transmiter
tekanan menggunakan difrakma atau kapsul yang dibungkus (enclosed) oleh logam
tuang (carbon steel atau rumah stainless steel). Transducer elektronik/ sensor (pengukur regangan)
(starin gage), kristal pieroelektronik, dsb) di ‘bonded’ ke diafrakma/ kapsul.
Ukuran transmitter tekanan bisa juga bervariasi secara besar, dari beberapa
pound beratnya sampai dengan transmitter yang berukuran cukup kecil yang bisa
dipasang di atas punggung lebah.
Gambar 10: Bentuk dan
Dimensi Tipikal dari Transmiter Tekanan
Klasifikasi Elektrik
Transmiter
Secara elektrik,
transmitter merupakan salah satu dari tiga klasifikasi ini.
Transmiter dengan dua kawat menggunakan suplai power eksternal + 24 VCD. Kawat dengan +24 menjadi
suplai dan – atau timah hitam biasa adalah output arus. Voltage suplai +24
tidaklah kritis (critical) dan bisa berkisar biasanya antara 10 dan 30 VCD
tanpa berpengaruh pada output arus. Akan tetapi, resistansi keseluruhan dari
loop seri bisa menjadi factor. Cukup aman bila diasumsikan bahwa sekitar 600
Ohms adalah resistansi maksimum.
Transmiter dengan tiga kawat juga menggunakan sumber power DC
eksternal. Terminal pada tipe ini diberi label sebagai suplai +24 VDC, output
dan sinyal 4-20 miliamp dan suplai biasa.
Transmiter dengan Empat kawat mempunyai 24 VDC suplai power yang
berada di dalamnya (built in). Akan tetapi, transmiter ini di desain untuk
diberi tenaga (power) sebesar 110 atau 220 VAC. Empat terminalnya adalah
120 VAC panas, 120 VAC netral, output 4-20 miliamp dan sinyal biasa.
Transmiter 4-20milliamp elektronik menggunakan
sirkuit khusus disebut ‘generator arus konstan’. Detail sirkuit ini akan
dibicarakan pada modul berikutnya. Menggunakan arus konstan kesalahan (error)
dari fluktuasi voltage dan resistansi bisa dihilangkan. Dengan keterbatasan
resistansi loop maksimum sebesar 600 Ohm, berarti lebih dari 2000 umpan (feed)
jalur transmisi bisa digunakan (biasanya 0.01 Ohm/ foot). Sebagian tabel
resistansi maximum versus voltage suplai power.
Gambar 11:
Resistansi Manufacturer (Pembuat) / Bagan Muatan (load)
Dari chart (bagan) resistansi transmitter diatas, tentukan resistansi loop
maksimum bila suplai power 20 VDC.
Gambar garis horisontal secara vertikal dari 20 volt dari dasar sampai
memotong garis diagonal. Gambar garis horisontal dari titik perpotongan ini ke
load scale (skala muatan).
Kemudian ditentukan bahwa resistansi maksimum yang diijinkan 400 Ohm.
Penyesuaian Kalibrasi
Sebagian besar transmitter yang bertekanan 4-20
miliamp hanya mempunyai 2 penyesuaian (penyetelan) utama, zero dan Span
(rentang). Beberapa juga mempunyai penyesuaian linearity atau penyesuaian
peredam (dampening). Peredam digunakan bila proses berisik, (sinyal tekanan
berfluktuasi cepat) yang bisa menyebabkan kesulitan pada sistem kontrol loop
tertutup.
Transmiter Pintar (Smart
Transmitters)
Pada akhir-akhir ini, suatu modifikasi dari
transmiter 4-20 miliamp yang standar telah dikembangkan. Secara internal, dalam
hubungan (konjungsi) dengan sirkuit deteksi elektronik, sebuah blok fungsi
mikroprosesor telah ditambahkan. Mikroprosesor menambah ciri-ciri keunikannya
(tergantung manufacturer). Beberapa diantaranya adalah:
Diagnostik sendiri secara internal bisa melaporkan masalh internal apapun dengan
transmitter seperti suplai power yang buruk, resistansi loop terlalu tinggi dan
banyak lagi yang lain.
Penyimpanan informasi mekanik transmitter seperti
jumlah loop (PU-101), nomer serial dari transmitter, informasi perawatan,
material dari bodi, material O-ring (cincin O), dsb.
Informasi Perawatan seperti perbaikan terakhir atau daftar
kalibrasi.
Kemampuan untuk melaporkan data pada sinyal yang lain dari 4-20 miliamp. Metode ini memungkinkan
komunikasi data serial dari transmiter ke komputer utama atau kontroler. Dengan
menggunakan transmisi sinyal tipe ini, transmiter bisa mengirim informasi pada
unit engineering seperti nilai kPa, mmhg, PSIA, kPa(abs) , bar, inci
dari air, dsb. Ketika pada instalasi digital, sampai dengan 15 dan pada
beberapa kasus, 125 transmiter semua bisa menggunakan 2 kawat komunikasi. Ini
bisa menghemat biaya yang cukup besar pada kabel dan conduit selama instalasi.
Tidak adaZero Eksternal dan skrup
Penyetelan Rentang
Semua kalibrasi dan penyetelan transmiter
dilakukan dengan mempergunakan unit yang di pegang tangan. , yang disebut
dengan SFC or Smart Field
Communicator.
SFC tampak seperti kalkulator dan digunakan untuk
pemrograman dan kalibrasi transmitter. Transmiter pintar (smart) bisa diprogram
untuk melakukan ekstraksi akar pangkat dua secara otomatis (automatic square
foot extraction), bila transmiter sedang digunakan pada instalasi plat orifice
untuk aliran. Ini bisa membuat ekstraktor eksternal tidak diperlukan.
Sulit untuk membeakan antara transmitter smart dan
transmitter analog konvensional. Kadan-kadang perlu untuk menguji silang (cross
check) nomer model.
Meskipun transmitter pintar mempunyai banyak
keuntungan disbanding transmitter konvensional, transmitter ini mempunyai
beberapa keterbatasan dan kerugian.
·
Manufacturers
(Rosemount, Bailey, Foxboro, Taylor, SMAR, Honeywell ) tidak menggunakan style
yang sama pada komunikator lapangan. Misalnya, transmiter Honeywell tidak bisa
dikonfigurasikan denga komunikator Rosemount. Ada pekerjaan yang akhir-akhir
ini sedang dilakukan untuk menstandarkan informasi ’configuring’, tetapi
selesainya paling tidak masih setahun lagi.
·
Transmiter pintar cenderung membutuhkan biaya
awal 30% to 50% lebih tinggi disbanding transmitter konvensional.
·
Transmiter
pintar membutuhkan staf teknisi yang terlatih dengan baik untuk memasang loop
komunikasi.
·
Sinyal
digital cenderung lebih rawan kesalahan dari gangguan elektrik eksternal yang
menyebabkan error/ kesalahan pada transmisi.
Terlampir adalah lembar spesifikasi untuk
transmitter tekanan (dengan ijin Rosemount Instruments). Tentukan dari lembar
apakah yang terdapat pada lembar tersebut sesuai atau melebihi kondisi
lingkungan (ambient) yang terburuk yang pernah anda jumpai. Juga, ambil
aplikasi tekanan tipikal dari plant/ kilang anda dan tentuka nomer model
informasi pemesanan untuk transmiter.(Catatan: Rosemount is salah satu dari
manufaktur transmitter).
Gambar 13: Rosemount – Model Identification Sheet
Langganan:
Postingan (Atom)