Pengenalan Alat Ukur Tekanan & Kalibrasi

Teknik Pengukuran & Kalibrasi Tekanan

Definisi Tekanan : 

Siapa yang pernah menggantungkan jam dinding atau menggantungkan bingkai foto. Nah, kalau pernah, kamu tahu nggak, kenapa sih paku yang menahan bingkai fotomu bisa menancap dan menembus pada tembok yang tebal?

Betul banget! Hal itu dikarenakan adanya tekanan pada paku.

Tekanan adalah perbandingan antara jumlah gaya yang diberikan pada benda dengan luas permukaan benda. Jadi, ketika ujung paku yang memiliki permukaan runcing ditempelkan ke dinding, kemudian gaya yang kamu berikan pada paku cukup besar, maka tekanan yang dihasilkan akan besar. Tekanan yang besar ini akan membuat dinding jadi berlubang.

Ada pertanyaan menarik, nih! Coba deh lihat gambar paling atas pada artikel ini. Menurutmu, apa yang akan terjadi jika yang dipukul adalah bagian yang runcing, apakah bagian datar pada paku dapat menembus tembok?

Ya susah dong, nggak akan bisa nembus.

Well, that’s right! Kamu bakal kesulitan untuk mendorong bagian datar paku agar paku tersebut bisa menembus tembok. Percaya deh, mau sekuat apapun kamu memukulnya, temboknya akan sulit untuk berlubang. Hal itu karena tekanan yang diberikan pada bagian runcing paku lebih besar dibandingkan tekanan pada bagian datar yang menempel pada tembok. Hmm, kenapa ya? Kok bisa? Hal ini karena terdapat tekanan zat padat pada paku tersebut.

contoh lain yaitu tempat pencucian mobil hidrolic kenapa mobil bisa terangkat keatas?  jawabannya ini :

Sistem hidrolik adalah suatu system pemindah tenaga dengan menggunakan zat cair atau fluida sebagai perantara. Dimana fluida penghantar ini dinaikan tekanannya oleh pompa pembangkit tekanan yang kemudian diteruskan ke silinder kerja melalui pipa-pipa saluran dan katup-katup. Gerakan translasi batang piston dari silinder kerja yang diakibatkan oleh tekanan fluida pada ruang silinder dimanfaatkan untuk gerak maju dan mundur. 

Prinsip Kerja

Prinsip dasar di balik semua sistem hidrolik ini sebenarnya sangat lah sederhana yaitu gaya yang diberikan pada satu titik akan dipindahkan ke titik yang lain menggunakan cairan yang “dimampatkan”. Cairan yang biasa digunakan adalah minyak atau oli.

Gaya yang diberikan pada suatu luasan tertentu.
Model matematis hubungan Tekanan (p), Gaya (F) dan Luasan (A) :

 

Tekanan Absolut
Tekanan yang diukur dengan sebuah Instrumen yang mempunyai titik referensi NOL di daerah vacuum sempurna.

Tekanan Gauge (Tekanan relatif / Tekanan terukur)
Tekanan yang diukur menggunakan sebuah instrumen yang mempunyai titik referensi NOL pada daerah Tekanan Atmosfer.               “Tekanan nol gauge sama dengan tekanan atmosfer”

Hubungan tekanan absolut dan tekanan gauge adalah
               “Tekanan Absolute = Tekanan Gauge + Tekanan Atmosfer”

Tekanan Negatif 

Tekanan dibawah tekanan atmosfer yang diukur menggunakan sebuah instrumen yang mempunyai titik referensi NOL pada daerah Tekanan Atmosfer.

Tekanan Differential 

Tekanan yang mempunyai titik referensi NOL tidak berada pada daerah absolut ataupun gauge.Perbedaan Tekanan yang terbaca dari suatu instrumen ukur dari dua sumber tekanan. Jadi titik referensi NOL menunjukkan bahwa dua sumber tekanan tersebut besarnya sama.

Tekanan Barometer
Tekanan yang terukur oleh sebuah Barometer, dimana nilai tekanannya adalah nilai Tekanan Atmosfer.

Tekanan Vacuum
Tekanan dibawah tekanan atmosfer yang diukur menggunakan sebuah instrumen yang mempunyai titik referensi NOL pada daerah vacuum. 

Prinsip Pengukuran Tekanan

 

Beberapa prinsip dasar untuk realisasi pengukuran tekanan, antara lain:

• Fundamental - Liquid Column - DWT

• Mechanical Deformation - Bourdon - Diafragma

• Jumlah Molekul pada Volume tertentu (Densitas) - Vacuum gauge (Tidak langsung)

Prinsip Fundamental

 ↓

Liquid Column 
Metode elemen basah yang merupakan metode pertama pengukuran tekanan dan termasuk salah satu paling akurat sampai saat ini. Prinsip kerja liquid column berdasarkan kemampuan medium bertekanan untuk memberikan gaya naik pada liquid di dalam tube. 

Persamaan dasarnya adalah: p1 = p2 + ρgh 

Metode elemen basah :

• Well type manometer
• Inclined Tube manometer
• Mc Leod manometer

 

Pressure Balance / Dead Weight Tester Alat ukur tekanan yang paling sering digunakan, mempunyai rentang yang sangat luas antara 3 kPa (gas media, absolute atau gauge pressure) sampai 1 GPa (hydraulic media, gauge pressure). Prinsip kerja berdasarkan kesetimbangan ke atas dan ke bawah (pressure balance) Merealisasikan definisi dari tekanan, dengan persamaan matematik :

Metode Elemen Kering

Mechanical Deformation Element:
Tekanan diberikan pada sebuah elemen yang bisa terdeformasi.

Mechanical Deformation Sensing Perubahan tersebut harus sekecil mungkin agar masih berada pada limit elastisitas elemen, akan tetapi masih cukup besar untuk dapat terdeteksi dengan resolusi yang cukup. 

Beberapa sensor deformasi:

• Mechanical display
• Capacitive Technique
• Strain Gauge
• dll

Mechanical Display 

Precision anaeroid barometer

Diapraghma Dial Gauge

                                                

                                                  Bourdon Tube Dial Gauge

Capacitive Technique

Capacitance diapraghma

 Strain Gauge

Strain Gauge

Pengukuran Tidak Langsung

Pada tekanan yang rendah (vacuum), gaya yang terlibat biasanya sangat kecil untuk menghasilkan deformasi mekanik. Maka metode tidak langsung digunakan untuk mengukur tekanan. Metode ini bergantung pada jumlah molekul yang ada (Densitas Molekul). Metode ini antara lain:

• Konduktivitas Termal
• Ionisasi
• Viskositas

Konduktivitas Termal
 
Transfer Energi melalui gas dari sebuah Kawat yang dipanaskan, dapat digunakan untuk mengukur tekanan. 

Ionisasi
Mengukur jumlah Densitas molekul yang berbanding lurus dengan tekanan. Hal ini dilakukan dengan cara “mengionisasikan molekul dan menangkap ionnya”.

Mengaplikasikan mechanical deformation dari sifat elestis material sensor seperti Tabung Bourdon, Diafragma, Pressure Transducer. Mechanical Deformation dari sensor tekanan dibaca dengan 2 sistem.

1.Sistem Mekanik (Analog Pressure Gauge)
2.Sistem Elektrik (Digital Pressure Gauge) Ketelitian dan keakurasian ditentukan oleh kualitas material sensor, kemampuan indikator untuk mendeteksi setiap perubahan pada sensor saat terjadi perubahan tekanan. 

Pada sistem mekanik keakurasian yang baik tergantung dari kualitas : Roda gigi, per rambut, pointer

Metode Kalibrasi Pressure Gauge

OIML R023 : Tyre pressure gauge for motor vehicle
OIML R053 : Metrological characteristics of elastic sensing elements used for measurement of pressure
OIML R109 : Pressure gauges and vacuum gauges with elastics sensing elements (standard instruments)
OIML R097 : Barometers
OIML R101 : Indicating and recording pressure gauges, vacuum gauges, pressure-vacuum gauges with elastic sensing elements (ordinary instruments)
BS EN 837-1 : Pressure gauges. Bourdon tube pressure gauges. Dimensions, metrology, requirements and testing
BS EN 837-2 : Pressure gauges. Selection and installation recommendations for pressure gauges
BS EN 837-3 : Pressure gauges. Diaphragm and capsule pressure gauges. Dimensions, metrology, requirements and testing.
Guideline DKD-R 6-1 : Calibration of Pressure Gauges.
EA-10/17 : EA Guidelines on the Calibration of Electromechanical Manometers.

Kelas Akurasi Pressure Gauge berdasarkan BS EN 837

 

Maximum Permissible Error pada kelas akurasi Pressure Gauge berdasarkan BS EN 837 27

Alat standar harus memiliki mpe 4 kali lebih baik daripada UUT Kalibrasi dilakukan

pada :

• Temperature 20 + 2 °C untuk class 0.1, 0.25, 0.6

• Temperature 20 + 5 °C untuk class  0.6

Jumlah titik ukur yang dikalibrasi :

• Class 0.6 minimum 10 titik
• Class 1, 1.6, 2.5 minimum 5 titik
• Class 4 minimum 4 titik

Pengukuran dilakukan pada tekanan naik dan tekanan turun.

Instruksi Kerja Kalibrasi Pressure Gauge
Baca penunjukkan alat pada tekanan naik dan turun
Lakukan 3 kali pengulangan

contoh pengambilan data

Scale spacing and scale numbering

Identifikasi Sumber Ketidakpastian
Cause and Effect Diagram (Man, Method, Machine, Material, Money,Environment)

Sumber ketidakpastian
 
1.Repeatability, r, distribusi normal, divisor = √n, n = ulangan pengukuran, derajat bebas ʋ1 = 2;

2.Resolusi alat, ra, distribusi segi empat, divisor = √3, derajat bebas berdasarkan reliabilitas 95% ʋ2 = 50;

3.Drift standar, ds, diestimasi dari ½ x [perbedaan terbesar hasil kalibrasi (koreksi atau kesalahan) pada titik ukur yang sama dari sertifikat kalibrasi pada waktu kalibrasi yang berbeda], distribusi segi empat, divisor = √3, derajat bebas berdasarkan reliabilitas 95% ʋ3 = 50;

4.Ketidakpastian alat standar, us, distribusi t-Student berdasarkan reliabilitas 95 %, divisor = 2, derajat bebas ʋ4 = 60.

5.Zero Error, ze, distribusi segi empat, divisor = √3, derajat bebas diberikan berdasarkan reliabilitas 95% ʋ5 = 50; ze = max {|x2,1-x1,1|,|x4,1-x3,1|,|x6,1-x5,1|} 

6. Hysteresis, hy, distribusi segi empat, divisor = √3, derajat bebas diberikan berdasarkan reliabilitas 95% ʋ6 = 50; Diestimasi berdasarkan nilai maksimal selisih dari penunjukkan tekanan naik dan turun dibagi 2, divisor = √3, derajat bebas diberikan berdasarkan reliabilitas 95% ʋ6 = 50 hy = maks
{|x2,j-x1,i|,|x4,j-x3,i|,|x6,j-x5,i|}

Ketidakpastian baku, ui

Ketidakpastian gabungan, Uc

Derajat bebas efektif, Veff

Faktor cakupan, k
k dicari dari tabel t-Student terlampir pada tingkat kepercayaan 95% dengan derajat bebas = Veff Ketidakpastian bentangan