desain instrumentasi industri: pengukuran ...repository.unas.ac.id/3705/1/buku ajar_desain...1.1....
Post on 02-Aug-2021
11 Views
Preview:
TRANSCRIPT
i
DESAIN INSTRUMENTASI
INDUSTRI: PENGUKURAN
TEMPERATUR
FITRI RAHMAH
LP UNAS
ii
Desain Instrumentasi Industri: Pengukuran Temperatur
Oleh : Fitri Rahmah
Hak Cipta© 2021 pada Penulis Editor Naskah : Gilang Almaghribi Penyunting : Kiki Rezki Lestari dan Fitria Hidayanti Desain Cover : Erna Kusuma Wati ISBN: 978-623-7376-88-0 Hak Cipta dilindungi Undang-undang. Dilarang memperbanyak atau memindahkan sebagian atau seluruh isi buku ini dalam bentuk apapun, baik secara elektronis maupun mekanis, termasuk memfotocopy, merekam atau dengan sistem penyimpanan lainnya, tanpa izin dari Penulis. Penerbit : LP_UNAS Jl.Sawo Manila, Pejaten Pasar Minggu, Jakarta Selatan Telp. 021-78067000 (Hunting) ext.172 Faks. 021-7802718 Email : bee_bers@yahoo.com
iii
KATA PENGANTAR
Dalam pembuatan buku Desain Instrumentasi Industri: Pengukuran Temperatur ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada beberapa pihak yang telah banyak membantu. Penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Dr. El Amry Bermawi Putra, MA selaku Rektor
Universitas Nasional 2. Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada
Masyarakat Universitas Nasional 3. LP Unas 4. Jajaran dosen dan karyawan di lingkungan Universitas
Nasional Demikianlah semoga buku ajar Desain Instrumentasi
Industri: Pengukuran Temperatur ini dapat bermanfaat bagi mahasiswa termasuk mahasiswa Program Studi Teknik Fisika Universitas Nasional. Tentunya dalam pembuatan buku ajar ini, tidak luput dari kesalahan. Untuk itu, kami mohon masukan dari para pembaca untuk perbaikan buku ajar ini.
Jakarta, Maret 2021
Penulis Fitri Rahmah
iv
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ..................................................................... iii
DAFTAR ISI ...................................................................................... iv
BAB 1 - Pengukuran Suhu: Tujuan, Hukum Thermodinamika, Standard Suhu, Skala, Konversi Dan Simbol Dan Kategori Perangkat Suhu .................................................................................... 1
1.1. Tujuan Pengukuran Suhu ................................................... 1 1.1.1 Pentingnya Pengukuran Suhu ........................... 2
1.1.2 Tipikal Loop Kontrol Pengukuran Suhu .......... 3
1.2. Hukum Termodinamika ..................................................... 5
1.2.1 Pemahaman mengenai teori energi kinetic ..... 6
1.2.2 Panas dan Suhu ................................................... 6 1.2.3 Konduksi, Konveksi dan Radiasi ..................... 7
1.3. Standard Suhu ..................................................................... 10
1.3.1 International Temperature Scale 1990 (ITS-90) 12
1.3.2 Ringkasan Standard ITS Lainnya ................... 13
1.3.3 Ringkasan Skala Suhu ....................................... 13 1.4. Terminologi dan Simbol ................................................... 15
1.5. Kategori Umum Perangkat Suhu .................................... 17
1.5.1 Sistem Terisi (Filled System) .............................. 17
1.5.2 Temometer Glass Stem ...................................... 17
1.5.3 Termometer Bimetal ........................................ 24 1.5.4 Perangkat Pyrometric ........................................... 25
1.5.5 Material Sensitif Suhu ....................................... 27
v
1.5.6 Termocouple...................................................... 29
1.5.7 Resistance Temperature Devices (RTD) ................ 34
1.5.8 Prinsip Operasi .................................................. 34 BAB 2- Kriteria Pemilihan Perangkat Suhu ................................. 39
2.1. Dasar Aplikasi ..................................................................... 39
2.1.1 Rentang Suhu ..................................................... 40
2.1.2 Akurasi Sensor ................................................... 42
2.1.3 Kecepatan Respon ............................................ 46 2.1.4 Metode Indikasi Suhu ...................................... 47
2.1.5 Lingkungan Operasi ......................................... 48
2.1.6 Persyaratan Ukuran Mekanik .......................... 49
2.2. Dasar Keamanan ................................................................ 49
2.2.1 Sealing dan Instalasi yang Tepat ...................... 49 2.2.2 Meminimalkan Resiko Kegagalan Sensor ..... 49
2.2.3 Larangan Termometer Glass Stem ................... 50
2.3. Metalurgi .............................................................................. 50
2.4. Dasar Instalansi .................................................................. 52 2.4.1 Kebutuhan Rumah Pelindung ........................ 52
2.4.2 Orientasi dan Lokasi Instalasi (Immersion Length) 53
2.5. Pemeliharaan dan Kalibrasi .............................................. 54
2.5.1 Kebutuhan Pemeliharaan ................................ 54
2.5.1 Pendukung Kalibrasi ........................................ 56
2.6. Kompatibilitas dengan Proses Instrumentasi yang Ada ....................................................................................... 59
2.7. Pertimbangan Ekonomi .................................................... 60
vi
2.7.1 Biaya Sensor ....................................................... 60
2.7.2 Biaya Transmitter ................................................. 60
2.7.3 Dukungan Distributed Control System ................ 61 2.7.4 Kebutuhan Lokal Indikasi ............................... 62
2.8. Arahan Teknis .................................................................... 62
2.8.1 Tren Penggunaan Sensor ................................. 62
2.8.2 Perubahan Teknologi Sensor .......................... 63
2.8.3 Temperature Transmitter berbasis Microprocessor 64 BAB 3 – Seleksi Perangkat Sensor Suhu ....................................... 65
3.1. Sistem Terisi ........................................................................ 65
3.1.1 Termometer Glass Stem .................................. 65
3.1.2 Sistem Filled Thermal ...................................... 71
3.2. Perbandingan Kinerja dari Sistem Terisi ........................ 76 3.3. Termometer Bimetal ......................................................... 76
3.3.1 Prinsip ................................................................. 77
3.3.2 Design ................................................................. 78
3.3.3 Kinerja ................................................................ 79 3.3.4 Instalansi ............................................................. 80
3.3.5 Aplikasi ............................................................... 80
3.4. Pyrometer ............................................................................ 81
3.4.1 Prinsip ................................................................. 81
3.4.2 Design ................................................................. 83 3.4.3 Kinerja ................................................................ 85
3.4.4 Instalansi ............................................................. 86
3.4.5 Aplikasi ............................................................... 87
3.5. Material Sensitif Suhu ........................................................ 88
vii
3.5.1 Prinsip ................................................................. 88
3.5.2 Rancangan .......................................................... 89
3.5.3 Performa ............................................................. 90 3.5.4 Instalasi dan aplikasi ......................................... 90
3.6. Termocouple ....................................................................... 91
3.6.1 Prinsip ................................................................. 91
3.6.2 Design ................................................................. 95
3.6.3 Kinerja .............................................................. 111 3.6.4 Instalasi ............................................................. 112
3.6.5 Aplikasi ............................................................. 119
3.7. Termometri Resistansi .................................................... 127
3.7.1 Resistance Temperature Detector .......................... 128
3.7.2 Termistor .......................................................... 129 3.8. Resistance Temperature Detector (RTD) .............................. 132
3.8.1 Prinsip ............................................................... 132
3.8.2 Design ............................................................... 134
3.8.3 Kinerja .............................................................. 139 3.8.4 Koreksi ............................................................. 141
3.8.5 Instalansi ........................................................... 145
3.8.6 Aplikasi ............................................................. 151
3.8.7 Perbandingan Kinerja Termocouple dan RTD 152
BAB 4 – Pemilihan Thermowell ...................................................... 155
4.1. Prinsip ................................................................................ 156 4.2. Design ................................................................................ 157
4.3. Kinerja ............................................................................... 159
viii
4.4. Instalasi .............................................................................. 160
4.5. Aplikasi .............................................................................. 165
4.6. Tipe Thermowell .............................................................. 167 4.6.1 Flanged Thermowell ....................................... 168
4.6.2 Threaded (Screwed) Thermowell ................. 168
4.6.3 Socket weld Thermowell ............................... 169
4.7. Komposisi Material dan Rentang Pengukuran ............ 170
4.8. Pertimbangan Getaran: Kalkulasi Frekuensi Wake .... 171 4.8.1 Kejadian Frekuensi Wake .............................. 172
4.8.2 Peringkat kecepatan ........................................ 173
4.8.3 Kalkulasi Frekuensi Wake .............................. 173
4.8.4 Peran Vendor di Proses Seleksi .................... 174
4.9. Batasan Konduktivitasi Termal...................................... 175 4.10. Pertimbangan Kecepetan Respon ................................. 176
4.11. Panjang Maksimum dan Minimum Penyisipan ........... 177
4.12. Rekomendasi Panjang Penyisipan ................................. 179
BAB 5 – Pemilihan Temperature Transmitter .................................. 180 5.1. Temperature Transmitter Pneumatik .................................. 182
5.1.1 Prinsip dan desain ........................................... 182
5.1.2 Performa dan instalasi .................................... 182
5.1.3 Aplikasi ............................................................. 183
5.2. Temperature Transmitter Elektronik .................................. 184 5.2.1 Prinsip ............................................................... 184
5.2.2 Design ............................................................... 185
5.2.3 Kinerja .............................................................. 189
5.2.4 Instalasi ............................................................. 190
ix
5.2.5 Aplikasi ............................................................. 193
5.3. Temperature Transmitter berbasis Mikroprosesor ........... 193
5.3.1 Prinsip ............................................................... 194 5.3.2 Design ............................................................... 195
5.3.3 Kinerja .............................................................. 197
5.3.4 Instalasi ............................................................. 197
5.3.5 Aplikasi ............................................................. 202
DAFTAR PUSTAKA .................................................................... 205 TENTANG PENULIS ................................................................. 207
1
BAB 1 - PENGUKURAN SUHU:
TUJUAN, HUKUM
THERMODINAMIKA, STANDARD
SUHU, SKALA, KONVERSI, SIMBOL,
DAN KATEGORI PERANGKAT SUHU
Pengukuran suhu dimulai dengan pemilihan perangkat
suhu melalui cara instalansi, aplikasi dan interpretasi hasil. Pada
bab ini akan membahas mengenai topik pengukuran suhu
diantaranya adalah:
• Tujuan pengukuran suhu
• Hukum Thermodinamika
• Standard suhu
• Skala dan konversi
• Simbol suhu
• Kategori umum untuk perangkat suhu
1.1. Tujuan Pengukuran Suhu
Pengukuran suhu yang akurat sangat penting sebagai
kontrol proses distilasi, fraksinasi, penyimpanan, dan
2
transportasi dari produk intermediate dan produk akhir. Selain
itu, pengukuran suhu berkontribusi pada hasil produk yang
lebih besar dan kualitas pemrosesan yang lebih baik.
Pengukuran suhu yang akurat sangat penting untuk
memaksimalkan efisiensi atau keluaran dari operasi
pemrosesan. Mengukur dan mengontrol suhu juga
meminimalkan pemrosesan ulang produk karena tidak
memenuhi persyaratan spesifikasi.
Tujuan pengukuran suhu diilustrasikan lebih lanjut pada
pembahasan berikut:
• Pentingnya pengukuran suhu
• Tipikal loop kontrol pengukuran suhu
1.1.1 Pentingnya Pengukuran Suhu Pengukuran suhu sangat penting dalam operasi
pemrosesan minyak, seperti distilasi dan fraksinasi. Pentingnya
pengukuran suhu, diantaranya adalah:
• Konversi dan hasil produk
• Keseimbangan material dalam proses pemisahan
• Kualitas dan penerimaan produk
• Pemantauan, kontrol dan pengoperasian peralatan
3
Dengan menggunakan contoh ini, seseorang dapat
menyimpulkan bahwa pengukuran suhu adalah bagian utama
dari desain proses dan operasi pabrik.
1.1.2 Tipikal Loop Kontrol Pengukuran Suhu
Loop control suhu dari pendingin antar tingkat kompresor
(Gambar 1), terdapat elemen pengukur suhu (TE), Temperature
Transmitter (TT atau TIT) dan pengontrol suhu (TC atau TIC).
Biasanya untuk mendinginkan gas panas yang terkompresi
antar tahap untuk meminimalkan lebih tinggi suhu
direalisasikan dengan penambahan pekerjaan tahap kompresor
awal. Jika tidak didinginkan, gas terkompresi dimasukkan ke
tahap kompresor berikutnya, kompresor akan bekerja pada gas
yang lebih panas dan lebih panas dengan hasil yang berat.
Gambar 1. Kontrol Suhu pada Pendingin Kompresor
4
Pada Gambar 2 mengilustrasikan pengukuran suhu
pada aplikasi aliran propane. Elemen suhu (TE)
merepresentasikan sensor yang dipengaruhi oleh suhu cairan
proses, propana. Temperature Transmitter mengirimkan sinyal
elektrik ke komputer yang disimbolkan dengan bentuk
heksagon. Semua bagian dari loop pengukuran suhu ini diberi
nomer 1002.
Gambar 2. Pengukuran Suhu di Aliran Propana
Pada Gambar 3 mengilustrasikan pengukuran suhu
pada aplikasi aliran fluida Pompa sentrigufal juga terletak di
jalur pipa tersebut. TI 200 adalah indikasi suhu dari loop 200,
disimbolkan dengan sebuah lingkaran yang menunjukkan
koneksi ke aliran propana yang dipompa.
5
Gambar 3. Pengukuran Suhu di Aliran dengan Pompa
Sentrifugal
1.2. Hukum Termodinamika
Termodinamika berhubungan dengan hukum yang
mengatur perubahan kondisi termal material. Subjek
termodinamika melibatkan studi ekstensif di luar cakupan bab
ini. Namun terdapat beberapa istilah dan konsep
termodinamika harus ditinjau ulang agar lebih baik
pemahaman tentang pemilihan perangkat pengukur suhu.
Hukum pertama termodinamika menyatakan bahwa
energi total dalam sistem tertutup adalah kekal (konstan).
Energi tidak dapat diciptakan atau dihancurkan, energi diubah
dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Pembakaran bahan bakar
untuk melepaskan panas merupakan contoh konversi energi
dari satu bentuk menjadi lain. Hukum kedua termodinamika
memberikan arahan pada proses. Salah satu konsekuensi dari
6
hukum kedua adalah bahwa panas tidak dapat berpindah dari
benda yang lebih dingin ke benda yang lebih panas. Sebagai
contoh, di dalam shell dan tube penukar panas, minyak mentah
pada 24 ° C tidak dapat menaikkan suhu pada minyak gas 150
° C di dalam pipa.
Beberapa konsep dan istilah tambahan yang harus
ditinjau meliputi:
• Pemahaman mengenai teori energi kinetik
• Panas dan suhu
• Konduksi, konveksi dan radiasi
1.2.1 Pemahaman mengenai teori energi kinetic
Teori energi kinetik didefinisikan sebagai energi yang
terkait dengan gerakan molekul tubuh secara keseluruhan.
Ketika energi kinetik dikaitkan dengan suhu, seseorang dapat
menyatakan bahwa semakin panas tubuh, semakin tinggi
aktivitas molekul tubuh.
1.2.2 Panas dan Suhu
Panas dan suhu sering disalahartikan sebagai istilah yang
identik. Panas adalah salah satu bentuk energi, sedangkan suhu
adalah ukuran intensitas panas.
7
Panas adalah suatu bentuk energi yang disebabkan oleh
aktivitas molekul suatu zat. Molekulnya diasumsikan selalu
dalam gerakan konstan. Gerakan molekul menghasilkan panas.
Jumlah panas yang digunakan suatu proses (endotermik) atau
yang dilepaskannya (eksotermik) memberi tahu kita banyak hal
yang berkaitan dengan apa yang terjadi dalam proses tersebut.
Oleh karena itu, penting untuk dapat mengukur intensitas
panas.
Suhu adalah ukuran intensitas panas. Dalam praktiknya, suhu
adalahsering dianggap sebagai derajat "panas" atau "dingin"
dari cairan, padat, atau gas. Suhu sering kali diukur pada skala
tertentu, seperti derajat Celsius atau derajat Fahrenheit.
1.2.3 Konduksi, Konveksi dan Radiasi
Beberapa istilah yang menggambarkan perpindahan panas
diantaranya adalah:
• Konduksi panas
• Konveksi panas
• Radiasi panas
Konduksi panas - Ketika perbedaan suhu terjadi dalam
sebuah benda, transfer energi panas terjadi dari area tubuh
8
yang lebih hangat ke area yang lebih dingin. Perpindahan panas
cenderung untuk menghasilkan keseragaman suhu.
Perpindahan panas disebut konduksi. Tidak semua bahan
menghantarkan panas dengan kecepatan yang sama. Logam
dianggap konduktor yang baik karena mereka mentransfer
panas lebih cepat dari bahan bukan logam lainnya. Perak, yang
memiliki nilai koefisien konduktivitas termal 100, digunakan
sebagai standar pembanding semua bahan lainnya. Laju panas
yang ditransfer melalui suatu benda bergantung pada hal-hal
berikut:
• Koefisien konduktivitas thermal
• Luas penampang dimana panas mengalir
• Ketebalan material
• Perbedaan suhu antara dua sisi material
Konveksi panas - didefinisikan sebagai transfer energi panas
melalui fluida yang bergerak (gas dan cairan). Misalnya, uap
diangkut dengan pipa ke reboiler dengan distilasi unit menara
untuk merebus produk minyak.
Radiasi panas – didefinisikan sebagai perpindahan panas
antara dua benda yang memiliki suhu yang berbeda. Radiasi
tidak membutuhkan kontak langsung antar benda atau zat.
9
Misalnya, energi matahari menghangatkan bumi melalui
radiasi. Radiasi tidak hanya bergantung pada suhu tubuh, tetapi
tergantung pada sifat permukaan tubuh. Permukaan yang gelap
dan kasar memancarkan panas lebih banyak daripada
permukaan halus berwarna terang.
Aspek praktis dari hukum termodinamika adalah bahwa
harus dipertimbangkan hal -hal yang dibutuhkan saat
pengukuran suhu permukaan, pengukuran suhu cairan, atau
suhu gas. Tidak cukup untuk mengasumsikan bahwa suhu
pada titik pengukuran selalu sama dengan suhu proses. Hukum
termodinamika menyatakan bahwa panas mengalir dari yang
lebih panas daerah ke daerah yang lebih dingin dengan
konduksi, konveksi, dan radiasi.
Tujuan dari instalasi sensor adalah untuk memastikan
bahwa jumlah panas yang mengalir antara titik yang diukur dan
sensor tidak cukup untuk mengubah suhu titik yang diukur.
Selain itu, perbedaan atau gradien suhu dapat terjadi di
sepanjang selungkup pelindung sensor. Gradien tersebut
diatasi melalui praktik pemasangan yang mencakup
membenamkan sensor ke kedalaman yang tepat.
10
1.3. Standard Suhu
Untuk pengukuran yang tepat dari panjang diskrit,
seseorang dapat dengan mudah mengacu pada standar yang
sudah dikenal. Untuk pengukuran suhu, bagaimanapun,
standar harus dapat diamati dan diulang. International
Temperature Scale (ITS) merupakan sebuah standard yang
berdasar pada fenomena suhu yang konsisten dan berulang.
ITS menetapkan suhu referensi yang dapat digunakan untuk
mengkalibrasi alat ukur suhu. Skala suhu relevan dengan
perangkat pemilihan dijelaskan dalam istilah berikut.
Gambar 4. ITS-90 tentang range dan titik tetap secara
numerik
11
Suhu referensi ini adalah titik tetap dari berbagai material
yang diakui secara internasional:
• Titik Beku (FP)
• Titik Lebur (MP)
• Triple Point (TP)
• Titik Tekanan Uap (VP)
Sebuah poin pada ITS-90 ditunjukkan secara skematis
pada Gambar 4 dan didefinisikan secara numerik pada Gambar
5.
Gambar 5. Titik tetap ITS-90 secara numerik
12
Skala suhu yang relevan dengan pemilihan
perangkat dijelaskan dalam istilah berikut:
• International Temperature Scale 1990 (ITS-90)
• Ringkasan Standar ITS Lainnya
• Ringkasan Skala Suhu
1.3.1 International Temperature Scale 1990 (ITS-90)
International Temperature Scale 1990 (ITS-90) menjadi
popular di seluruh dunia pada tanggal 1 Januari 1990. ITS-90
mengatasi kekurangan dalam ketidakakuratan dan
reproduktifitas dari International Practical Temperature Scale 1968
(IPTS-68/75). Terdapat dua perubahan yang signifikan pada
ITS-90.
• Penerapan triple point dari air 0,01 ° C sebagai titik tetap yang
mengganti titik es, 0 ° C. Triple point dari air adalah suhu di mana
air, es, dan uap air berada pada kesetimbangan.
• Penggunaan Standard Platinum Resistance Thermometer (SPRT)
untuk menggantikan tipe “S” platinum thermocouple sebagai
standar suhu di bawah silver point (961,78 ° C).
Hasil dari perubahan pada TS-90 adalah hubungan
antara derajat Celcius dan suhu yang dinyatakan dalam Kelvin
adalah sebagai berikut:
13
T(K) = t(˚C) + 273.15, dimana
T(K) = Kelvin
t(˚C) = suhu pada derajat celsius (C)
(Catatan: 273.15 pada ˚C)
T = absolute
t = relative – titik
1.3.2 Ringkasan Standard ITS Lainnya
Pada awal 1887, standar suhu diusulkan untuk
referensi tetap pada titik es dan uap. Standar internasional
pertama kali ditetapkan pada tahun 1927, ketika Ineternational
Practical Temperature Scale (IPTS) diadopsi. Standard tersebut
menjelaskan poin-poin tetap itu dapat digandakan sesuai
kondisi laboratorium. ITS direview secara berkala. Seorang
insinyur instrument harus menyadari bahwa vendor dapat
merujuk data produk ke IPTS-68 dan / atau ITS-90.
1.3.3 Ringkasan Skala Suhu
Jika suatu zat tidak memiliki energi, dapat dikatakan
bahwa tidak ada aktivitas molekuler yang terjadi dan suhu zat
tidak akan memiliki nilai. Jika suhu tidak memiliki nilai,
keberadaan sebuah suhu nol mutlak dapat diasumsikan.
Faktanya, suhu nol mutlak menjadi dasar untuk skala Kelvin.
14
Skala suhu yang lebih umum digunakan adalah skala
Fahrenheit dan skala Celsius. Skala suhu (Gambar 6) meliputi:
• Skala Kelvin - Skala Kelvin juga dikenal sebagai skala
termodinamika internasional. Skala Kelvin mencatat suhu
termodinamika sebagai T, satuan pengukurannya adalah
kelvin, K. Secara konvensi, tanda derajat (°) tidak
digunakan dengansuhu kelvin. Perubahan 1 kelvin setara
dengan perubahan 1 derajat Celsius.
• Skala Celcius - Skala Celcius, sebelumnya dikenal sebagai
skala centrigrade adalah berdasarkan titik es (0 ° C) dan titik
didih (100 ° C) air. Celsius adalah digunakan di seluruh
dunia baik dalam bidang komersial maupun ilmiah.
• Skala Fahrenheit - Skala Fahrenheit didasarkan pada suhu
campuran garam dan air (0 ° F) dan suhu tubuh manusia
(96 ° F). Skala Fahrenheit digunakan terutama untuk
pengukuran komersial dalam negara yang menggunakan
Bahasa Inggris sebagai Bahasa komunikasi. Disiplin ilmu
ilmiah dan teknik lebih suka menggunakan Celcius.
• Skala Rankine - Skala Rankine setara dengan skala Kelvin,
tapi suhu dinyatakan dalam interval derajat Fahrenheit.
15
Gambar 6: Skala Suhu
1.4. Terminologi dan Simbol
Terminologi dan simbologi yang digunakan dalam
pengukuran suhu dijelaskan dalam istilah berikut:
• Fungsi perangkat
• Simbol penggambaran di P&ID
• Contoh penggambaran
Simbol penggambaran pengukuran suhu ditunjukkan
pada Gambar 7. Simbol tersebutsesuai dengan persyaratan
16
Saudi Aramco yang ditentukan dalam SAES-J-004 (Simbol
Instrumen dan Identifikasi).
Gambar 7: Simbol Penggambaran
(Catatan: simbol perpipaan untuk sinyal listrik dan pneumatik
seperti yang digunakan di Saudi Aramco adalah
kebalikan dari masyarakat instrumen dan penggunaan simbol
industri. Standar terbaru memungkinkan pabrik yang ada
memiliki anti-ISA atau ISA yang optimal. Semuanya akan
mengikuti ISA.)
17
1.5. Kategori Umum Perangkat Suhu
Kategori umum perangkat suhu diantaranya adalah:
• Sistem Terisi
• Termometer Bimetal
• Perangkat pirometrik
• Material sensitive suhu
• Termokopel
• Resistance temperature detector
1.5.1 Sistem Terisi (Filled System)
Disebut sistem terisi karena mereka menggunakan ekspansi
termal dari fluida pengisi sebagai pengukuran suhu. Sistem
termal yang terisi dapat diaplikasikan sebagai indikasi lokal atau
jarak jauh. Gambar 8 menunjukkan contoh sistem terisi. Tiga
kategori dari system terisi adalah sebagai berikut:
• Termometer glass stem
• Sistem terisi termal
• Saklar suhu
1.5.2 Temometer Glass Stem
Termometer glass stem memiliki cairan pengisi cairan
dalam bulb atau reservoir, tabung kaca berongga untuk cairan
18
untuk mengembang, dan skala suhu terukir di sepanjang
tabung berlubang. Cairan pengisi biasanya merkuri atau
alkohol yang diwarnai. Ekspansi termal dari fluida pengisi di
sepanjang bagian tabung berskalamenunjukkan suhu.
Termometer glass stem tersedia dalam versi terlindungi dan tidak
terlindungi (Gambar 9).
Sistem Termal Terisi - Tujuan dari sistem termal terisi
adalah digunakan untuk indikasi suhu jarak jauh dan / atau
perekaman suhu. Sistem termal yang diisi mirip dengan
pengukur tekanan; alih-alih tabung penginderaan yang
merespons perubahan tekanan, justru merespons perubahan
suhu. Sistem termal terisi (Gambar 10) terdiri dari bulb sensor
suhu yang terhubung dengan tabung kapiler ke instrumen
pembacaan.
Gambar 8: Sistem Terisi Termal
19
Gambar 9: Contoh Termometer Glass Stem
Gambar 10: Sistem Termal Terisi
20
Scientific Apparatus Makers Association (SAMA) membagi
terdapat empat kelas sistem termal terisi. Setiap kelas dibagi
menjadi beberapa sub kelas (Gambar 11). Kelas ditentukan
menurutcairan pengisi yang digunakan di perangkat:
• Kelas I – Isi caira
• Kelas II – Isi cairan / uap
• Kelas III – Isi gas, dan
• Kelas V – Isi merkuri
Kelas
SAMA
Subkelas Isi cairan Suhu
Terukur
Catatan
I IA Cairan
IB
II IIA Uap
IIB
IIC
IID
IIIA IIA Gas
IIIB
V VA Merkuri
VB
Gambar 11: Kelas Sistem Termal Terisi
21
(Catatan: bahwa klasifikasi SAMA sebelumnya termasuk Kelas
IV untuk termometer berisi merkuri, tapi sebutan itu sekarang
diadopsi sebagai Kelas V. Perhatikan juga thermometer
bimetalik, listrik, dan glass stem tidak termasuk dalam klasifikasi
ini.) ASME saat ini sedang memperbarui dokumen SAMA dan
akan diterbitkan pada tahun 1997 sebagai dokumen ASME.
Kelas I – Sistem Terisi Cairan pada dasarnya adalah
termometer berisi cairan. Contoh sistem Kelas I pada Gambar
12 diisi penuh dengan cairan dan beroperasi pada prinsip
ekspansi cairan. Sebagai suhu fluida pengisi meningkat, fluida
pengisi mengembang dan internal meningkat tekanan.
Peningkatan tekanan menyebabkan elemen tekanan
memanjang dan menggerakkan penunjuk sepanjang skala.
Sistem Kelas I memiliki opsi untuk kompensasi suhu kapiler
dan elemen tekanan.
Kelas II – Sistem Uap pada dasarnya adalah termometer
tekanan uap. Sistem Kelas II harus diisi media yang terdiri dari
cairan yang mudah menguap pada kesetimbangan. Antarmuka
cairan / gas harus selalu muncul di bulb selama rentang waktu
instrument tersebut dikalibrasi.
22
Gambar 12: Sistem Terisi Kelas I
Gambar 13: Sistem Terisi Kelas II
23
Kelas III – Sistem Terisi Gas pada dasarnya adalah
termometer tekanan gas. Sistem Kelas III menggunakan
gas inert dalam sistem ini. Gas tersebut memiliki volume yang
hampir konstan. Saat suhu meningkat, tekanan internal juga
meningkat. Tekanan meningkat memindahkan elemen tekanan
yang terhubung ke penunjuk indikasi suhu.
Kelas V – Sistem Terisi Merkuri mirip dengan sistem Kelas
I karena keduanya menggunakan isi cairan; namun sistem
Kelas V menggunakan merkuri sebagai fluida pengisi. Cairan
pengisi merkuri memberikan linier dan respons yang lebih
cepat terhadap perubahan suhu daripada sistem Kelas I.
Sakelar suhu menyediakan deteksi suhu tinggi atau rendah,
mencadangkan alarm yang ada, menggerakkan peralatan
tambahan untuk sistem interlock pengaman. Beberapa sakelar
suhu (Gambar 14) terdiri dari elemen bulb, pipa kapiler, dan
sakelar listrik. Desain bulb sakelar suhu dan kapiler
diklasifikasikan ke dalam salah satu kelas sistem terisi yang
dijelaskan sebelumnya. Sakelar suhu dapat menggunakan
elemen bimetalik sebagai elemen suhu.
24
Gambar 14: Sistem Terisi Sakelar Suhu
1.5.3 Termometer Bimetal
Termometer bimetalik (Gambar 15) dinamai demikian
karena elemen penginderaan suhu terdiri dari dua logam
berbeda yang memiliki koefisien muai yang berbeda. Keduanya
berbeda logam diikat atau dibrazing bersama. Ketika elemen
suhu terkena panas, ia akan melengkung menuju logam dengan
tingkat ekspansi yang lebih rendah. Karena tekukan atau
lendutan kecil, maka strip bimetalik biasanya berbentuk heliks
atau spiral. Bentuk heliks adalah jenis yang lebih umum elemen
penginderaan termometer bimetalik. Batang termometer
bimetalik yang mengandung heliks terkadang diisi dengan
cairan silikon yang memberikan perpindahan panas dan
ketahanan getaran yang lebih baik.
25
Gambar 15: Contoh Termometer Bimetal
1.5.4 Perangkat Pyrometric
Perangkat pyrometric adalah teknologi pengukuran
suhu non-kontak yang mengukur jumlah energi radiasi yang
dipancarkan benda panas. Beberapa kategori perangkat
pyrometric adalah:
• pirometer optik, dan
• pirometer radiasi.
Pirometer optik mengukur suhu bahan yang memancarkan
energi dalam spektrum yang terlihat. Suhu sebenarnya
disimpulkan dengan membandingkan energi radiasi yang
diamati dengan internal standar yang tersedia di perangkat
pyrometric. Mata manusia digunakan sebagai pendeteksi untuk
26
menentukan suhu. Cahaya dari objek yang diukur difokuskan
secara manual dengan sistem lensa dan dibandingkan dengan
sumber pijar. Seorang operator secara manual menyesuaikan
sumber pirometer sampai objek dan standar internal tampak
memiliki kecerahan (warna) yang sama. Itu pyrometer optik
manual (Gambar 16) ringan dan dapat dipasang di tempat atau
genggam. Aplikasinya digunakan untuk memeriksa suhu
refraktori dalam pemanas berbahan bakar dan insinerator.
Gambar 16: Pirometer Optik
Pirometer radiasi menggunakan detektor radiasi listrik
yang dapat mendeteksi dari anjang gelombang infra merah
hingga ultraviolet. Pirometer inframerah beroperasi dengan
membandingkan jumlah radiasi yang dipancarkan objek yang
dipanaskan dengan referensi internal. Perbedaan antara
referensi dan sumber kemudian ditunjukkan pada meteran dan
dapat ditransmisikan secara elektronik ke sistem kendali.
27
Model unit yang bisa digenggam (Gambar 17). Model
genggam berguna untuk inspeksi lapangan titik panas yang
tidak terdeteksi. Misalnya, unit genggam dapat digunakan
untuk memeriksa titik panas di reaktor unit reformer atau unit
perengkahan katalitik fluida reaktor-regenerator peralatan.
Gambar 17: Pirometer Radiasi
1.5.5 Material Sensitif Suhu
Bahan yang peka terhadap suhu menunjukkan bahwa
telah terjadi perubahan suhu yang ditentukan sebelumnya.
Bahan sensitif suhu (Gambar 18) meliputi:
• cat dan krayon,
• kristal cair,
28
• bahan material padat, dan
• resistor karbon
Cat dan krayon adalah bahan sensitif suhu yang paling umum
dan paling sederhana. Cat diterapkan langsung ke bejana
pengolah; bejana bisa pada suhu berapa pun, dingin atau panas.
Beberapa cat dapat mengalami lebih dari satu kali perubahan
warna karena suhu terus berubah. Ketika suhu tertentu
tercapai, warnanya berubah secara permanen. Krayon mirip
dengan cat karena memiliki perubahan warna pada suhu
tertentu. Krayon dilap pada benda atau peralatan setelah benda
tersebut dipanaskan. Garis proses, pemanas api dan penukar
panas adalah beberapa contoh aplikasi di mana krayon dapat
digunakan untuk memeriksa suhu.
Kristal Cair adalah jenis indikator suhu yang berubah warna
seiring dengan suhu bervariasi. Saat warna berubah, pengamat
manusia membandingkan warna dengan referensi standar
warna. Kristal cair tersedia untuk rentang pengukuran suhu
tertentu. Utama penggunaan kristal cair dalam pengujian
peralatan yang tidak rusak.
29
Bahan Material Padat seperti germanium dan dioda silikon
menunjukkan perubahan arus dioda sebagai respon terhadap
perubahan suhu. Perubahan arus versus suhu cukup linier.
Resistor Karbon telah digunakan sebagai sensor suhu. Nilai
resistansi hingga 150 ohm, dengan daya 0,1 hingga 1 watt,
dapat digunakan dalam aplikasi seperti pengukuran suhu
kriogenik.
Gambar 18: Material Sensitif Suhu
1.5.6 Termocouple
Termokopel mungkin salah satu perangkat yang paling
umum digunakan dalam proses kontrol pengukuran suhu.
Termokopel terdiri dari dua kabel logam berbeda yang diikat
30
bersama-sama di salah satu ujung untuk membentuk
persimpangan. Persimpangan ini disebut persimpangan
"panas" atau persimpangan pengukuran. Ujung kabel yang
berlawanan dapat digabungkan untuk membentuk referensi
atau persimpangan dingin.
Gambar 19: Persimpangan Pengukur Termokopel
Ketika panas diterapkan ke sambungan panas dimana tempat
dua kabel logam yang berbeda disatukan, gaya gerak listrik (ggl)
dihasilkan. Ggl didasarkan pada suhu di persimpangan
pengukuran dan komposisi kabel logam yang berbeda.
Persimpangan dingin idealnya berada pada 32 ° F atau 0 ° C.
Ini sangat jarang terjadi, jadi jumlah kompensasi tegangan
konsisten dengan komposisi kabel dan suhu lingkungan
ditambahkan sebagai “sambungan dingin kompensasi."
Fenomena ggl disebut Efek Seebeck, dinamai menurut
31
Thomas Seebeck sebagai penemu. Pengoperasian termokopel
didasarkan pada Efek Seebeck.
Untuk menggunakan termokopel untuk pengukuran suhu,
termokopel harus dihubungkan ke alat ukur untuk membentuk
sirkuit (Gambar 20) di mana arus dapat mengalir. Satuan
pengukuran untuk ggl dalam milivolt. Titik koneksi instrumen
untuk kabel termokopel memiliki referensi internal yang
dikenal sebagai sambungan dingin atau referensi.
Gambar 10: Rangkaian Pengukuran Termokopel
Dalam prakteknya, termokopel sering kali dimasukkan ke
dalam selubung pelindung yang disebut thermowell.
Thermowell kemudian dimasukkan ke dalam bejana proses.
32
Gambar 21: Termokopel dimasukkan di Termowell
Kerugian thermowell adalah memperlambat kecepatan respon
secara signifikan. Sebagai perbandingan, konstanta waktu
termokopel telanjang adalah 10 kali lebih cepat dari
termokopel di thermowell. Termokopel diklasifikasikan
menurut jenisnya. Penunjukan tipe ditentukan oleh
perbedaannya logam atau paduan yang digunakan untuk
membuat termokopel. Jenis termokopel ditunjukkan pada
Gambar 22.
Tipe
Termokopel Paduan Kawat
Rentang Suhu
Min Max
B Pt70-Rh30/Pt94Rh6 32 3300
E Chromel/Konstan -450 1800
J Iron/Konstan -346 2190
33
K Chromel/Alumenul -450 2500
R Pt87-Rh13/Platinum -58 3200
S Pt90-Rh10/Platinum -58 3200
T Copper/Konstan -450 750
N Nicrosil/Nisil -450 2370
Gambar 22: Contoh Tipe Termokopel
Kabel positif selalu didaftar pertama. Kabel negatif selalu
ditutup dengan penyekat merah. Warna isolasi positif
bervariasi tergantung pada jenis termokopel.
Jenis yang sering digunakan oleh Saudi Aramco adalah Tipe E
dan Tipe K. Termokopel Tipe E dibuat dengan menggunakan
chromel dan constantan. Termokopel Tipe K dibuat dengan
menggunakan chromel dan alumel. Termokopel Tipe E
memiliki ggl tertinggi per derajat Fahrenheit dan memiliki
linieritas yang cukup baik. Termokopel Tipe K adalah yang
paling linier dari semua jenis termokopel. Termokopel tipe E
digunakan untuk suhu dalam kisaran -450 ° F hingga 1800 ° F.
Termokopel tipe K digunakan untuk suhu dalam kisaran -418
° F hingga 2500 ° F. Tabel millivolt tipe E dan K pada Gambar
23 membandingkan ggl per derajat F.
34
Gambar 23: Kutiban Tabel Termokopel Tipe E dan K
1.5.7 Resistance Temperature Devices (RTD)
Detektor resistansi suhu (RTD) adalah deskripsi umum untuk
perangkat apa pun yang mendeteksi suhu dengan variasi
hambatan bahan penghantar listrik. RTD adalah metode paling
akurat untuk mengukur suhu dalam rentang yang luas dan
sangat tinggi stabil dari waktu ke waktu dan siklus suhu.
1.5.8 Prinsip Operasi
Sepotong kawat dengan panjang "l," luas "a," dan resistivitas
"r," resistansi dari potongan kawat adalah
35
𝑅𝑅 = 𝜌𝜌1𝑎𝑎
Dimana:
ρ: resistivitas dalam Ω-cm
R: Resistansi dalam ohms
L: Panjang dalam cm
A: luas area dalam cm2
ρ adalah fungsi dari bahan kawat dan suhu kawat; mis., diberi
sepotong kawat tembaga, panjang l cm dan luas = a dalam cm2,
tahanan kawat ini sekarang adalah fungsi suhu.
@ T0 R1 = 𝜌𝜌11𝑎𝑎
@ T1 R2 = 𝜌𝜌21𝑎𝑎 T1 > T0
𝑅𝑅2𝑅𝑅1
= 𝜌𝜌2𝜌𝜌1
Dan untuk sebagian besar konduktor (kecuali karbon),
perubahan ρ bergantung pada a, koefisien resistansi suhu.
Sedangkan α berbeda untuk bahan yang berbeda dan
Rt ≠ Ro (1 + αt)
Ro = resistansi pada suhu referensi, t0
Rt = tahanan pada temperatur, t
36
Perubahan ρ ini dapat diprediksi dan direproduksi untuk
banyak material. Bahan yang dipilih untuk RTD berdasarkan
nilai α yang besar, linearitas, dan rentang suhu.
Bahan konduktif paling sering adalah platina. Konfigurasi
RTD yang paling umum adalah bentuk probe.
Gambar 24: Contoh Probe RTD
Probe RTD terdiri dari selubung pelindung, yang sering kali
berupa tabung tertutup berbahan baja tahan karat, elemen
sensor, kabel timah, dan terminasi yang berulir.
Gambar 25: Konstruksi Probe RTD
37
Meskipun probe RTD memiliki selubung pelindung, ia dapat
dimasukkan ke dalam thermowell untuk ditambahkan
perlindungan dari kontaminan proses.
Gambar 26: RTD didalam Termowell
Sensor RTD digunakan untuk mengukur suhu yang berkisar
dari -430 ° F hingga 1800 ° F. Beberapa produsen membatasi
suhu minimum dan maksimum hingga -328 ° F hingga 1562 °
F untuk pengukuran aplikasi industri. Selama rentang suhu
sedang, RTD sering lebih disukai daripada termokopel karena
keakuratannya yang lebih baik, pengulangan yang lebih tinggi,
dan kurangnya syarat pengkondisian sinyal tambahan. Gambar
27 mencantumkan frekuensi penggunaan perangkat pengukur
suhu di Saudi Aramco.
38
Gambar 27 : Frekuensi Penggunaan Pengukuran Suhu
39
BAB 2- KRITERIA PEMILIHAN
PERANGKAT SUHU
2.1. Dasar Aplikasi
Seorang insinyur akan mendapatkan keuntungan dari
pendekatan yang mempersempit pilihan seleksi menjadi
beberapa perangkat pengukur suhu. Pendekatan yang
membantu insinyur untuk mulai memilih perangkat yang
paling cocok untuk proses tersebut diuraikan dalam Buku
Instrument Engineer’s Handbook, Edisi Ketiga, Pengukuran dan
Analisis Proses, Bab 4, Pengukuran Suhu, oleh Bela G. Liptak,
Perusahaan Buku Chilton, 1995. Insinyur instrumen didorong
untuk meninjau kriteria pemilihan yang tercantum dalam
Instrument Engineer’s Hanbook ketika menghadapi pemilihan
perangkat pengukuran suhu. Setelah meninjau pendekatan
pemilihan awal, maka pemilihan kriteria untuk pengukuran
suhu termasuk:
• Dasar-dasar aplikasi
• Pertimbangan keamanan
• Metalurgi
• Pertimbangan instalasi
40
• Perawatan dan kalibrasi
• Kompatibilitas dengan instrumentasi proses yang ada
• Pertimbangan ekonomi
• Arahan teknis
Dasar-dasar Aplikasi
Kriteria aplikasi berikut mempengaruhi pemilihan perangkat
suhu:
• Kisaran suhu
• Minimum, rentang maksimum
• Akurasi pengukuran
• Kecepatan respon
• Metode indikasi suhu
• Lingkungan operasi
• Persyaratan ukuran mekanis
2.1.1 Rentang Suhu
Setelah kisaran suhu aplikasi diketahui, jenis sensor (atau
perangkat pengukuran suhu lainnya) dapat dievaluasi untuk
melihat apakah sensor atau perangkat dapat beroperasi di
dalamnya kisaran suhu itu. Rentang praktis untuk sensor suhu
ditunjukkan pada Gambar 28.
41
Secara umum, rentang operasi untuk termokopel lebih lebar
daripada rentang untuk RTD dan termometer. Praktik industri
yang khas adalah menggunakan termokopel untuk pengukuran
di atas 1200 ° F dan RTD untuk rentang suhu sedang. Jika
akurasi yang lebih tinggi dibutuhkan, RTD dapat digunakan
untuk bentang sempit pada kisaran suhu yang lebih tinggi.
Gambar 28: Rentang Pengukuran Suhu
Setelah ditentukan apakah sensor atau alat pengukur suhu
dapat beroperasi dalam kisaran yang diinginkan, faktor lain
seperti akurasi dapat dipertimbangkan. Kisaran suhu paling
42
sering menjadi pembeda dalam pemilihan perangkat saat suhu
ekstrim ditemui.
2.1.2 Akurasi Sensor
Akurasi sensor dapat dinyatakan dalam berbagai syarat dan
ketentuan. Span, lag, dan pengulangan terhadap suhu yang
terukur terkadang digabungkan menjadi satu spesifikasi
akurasi. Di sebuah lingkungan pemrosesan, pengulangan bisa
menjadi kriteria yang paling penting. Saat peralatan proses
beroperasi pada kondisi stabil, kualitas produk dapat dikontrol
dan diprediksi berdasarkan hasil produksi sebelumnya.
Biasanya, rentang suhu lebih sempit (rentang kalibrasi),
semakin baik kontrol prosesnya.
Saat meninjau persyaratan akurasi untuk pemilihan sensor
sebuah perangkat, beberapa hal yang perlu dipertimbangkan
sebagai berikut:
• Batas toleransi sensor (dapat dipertukarkan)
• Kesalahan total dari sistem pengukuran
• Kalibrasi sensor individu
• Potensi penyimpangan
• Akurasi pada kisaran suhu
43
Batas toleransi sensor (interchangeability) sering
didefinisikan dalam istilah batas kesalahan standar atau
persyaratan kualitas ISA "khusus". Termokopel Tipe E,
misalnya, memiliki kualitas standar persyaratan ± 1/2% dari
600 hingga 1600 ° F. Termokopel Tipe K juga memiliki ISA
khusus persyaratan kualitas ± 3/8% di atas kisaran yang sama
— persyaratan khusus menyiratkan bahwa T / C adalah
kualitas kelas premium. Batas toleransi (interchangeability) juga
menentukan kesalahan pengukuran yang dapat terjadi jika dua
atau lebih sensor serupa digunakan untuk pengukuran yang
sama.
Gambar 29: Batas kesalahan pada Type K T/C Kualitas
Khusus
44
Batas toleransi dinyatakan karena sensor, seperti T / C, dapat
dibuat kawat dari vendor yang berbeda. Beberapa T / C
memiliki toleransi yang lebih besar daripada yang lain. Dalam
kasus RTD, interchangeability RTD sedikit berbeda ketika
RTD platinum dipilih dari vendor yang berbeda. Contoh yang
menggambarkan hubungan batas kesalahan dengan kisaran
suhu untuk kualitas khusus Tipe K T / C ditunjukkan pada
Gambar 29.
Kesalahan total pengukuran harus dibandingkan dengan
spesifikasi akurasi sensor apa pun. Kesalahan total dari sistem
pengukuran mewakili lebih dari kesalahan sensor.
Ketidakakuratan terjadi sebagai akibat dari pemasangan —
kabel timah, sambungan, dan kebisingan menyebabkan
kesalahan. Transmitter atau perangkat penerima sinyal lainnya
juga menyebabkan kesalahan. Jumlah kesalahan umum yang
disumbangkan oleh transmitter yang diikat ke termokopel adalah
sekitar 0,1% dari rentang. Kesimpulannya, transmitter dan
sensor harus dievaluasi bersama untuk menentukan keakuratan
sistem pengukuran.
45
Kalibrasi sensor individu dapat memberikan akurasi yang
lebih baik. Kalibrasi membutuhkan koreksi instrumen
pengukuran, seperti transmitter, melalui penggunaan tabel
offset. Dalam kasus termokopel, bagaimanapun, kesalahan
sambungan dingin masih mungkin terjadi.
Potensi penyimpangan dimungkinkan terjadi setelah
kalibrasi sensor. Penyimpangan pengukuran pada T / C dan
RTD sulit untuk diprediksi dan dideteksi. T / C cenderung
jauh lebih rentan menyimpang dari RTD. Termokopel yang
digunakan dalam lingkungan proses pada kalibrasi perubahan
suhu yang meningkat karena kontaminasi kabel, hilangnya
unsur paduan, atau interaksi antara bahan kawat, isolator, dan
material selubung. Perubahan ini bergantung pada kemurnian
awal sistem, kontaminan yang berasal dari lingkungan, ukuran
termoelemen, bahan yang digunakan untuk selubung, dan
thermowell, waktu, dan suhu. T / C dan RTD berbasis
Platinum memiliki lebih sedikit potensial untuk oksidasi,
sehingga penyimpangan bisa serendah 0,1 ° F per tahun. Jika
potensi penyimpangan ada di aplikasi, seorang insinyur harus
membandingkan data uji vendor dengan kondisi operasi. Jika
sebuah T / C atau RTD digunakan secara konservatif, dalam
75% dari rentang, penyimpangan tidak menjadi faktor penting.
46
Akurasi pada rentang suhu dapat bervariasi saat
membandingkan RTD dan T / C. Akurasi RTD lebih besar
dari akurasi T / C pada suhu sedang. Misalnya, pada 0 ° C,
toleransi termokopel tipikal mungkin ± 1 ° C, sedangkan untuk
RTD toleransi mungkin ± 0,3 ° C; namun, pada suhu yang
lebih tinggi (di atas 350 ° C), perbedaan RTD dan T / C sedikit
atau diabaikan. RTD digunakan pada rentang yang sempit, oleh
karena itu memiliki akurasi yang lebih baik.
2.1.3 Kecepatan Respon
Spesifikasi kecepatan respon menyatakan waktu yang
dibutuhkan sensor untuk mencapai level sinyal yang sesuai
dengan perubahan status masukan. Spesifikasi kecepatan
respon diidentifikasi berdasar media proses (cair atau gas) di
mana waktu respons diukur sesuai kecepatan aliran media
proses. Misalnya, sensor mungkin memiliki waktu respons 2
detik di media cair, 4 detik di udara yang mengalir, tapi 40 detik
di udara diam.
Spesifikasi kecepatan respon sering dinyatakan sebagai
konstanta waktu. Misalnya, vendor mungkin memilih untuk
menentukan waktu respons sebagai "kurang dari x detik untuk
mencapai 63% dari akhir suhu." Spesifikasi respon 50% dan
47
90% juga diungkapkan. Respons 90% adalah sedikit lebih dari
dua konstanta waktu.
Termokopel memiliki kecepatan respons yang lebih cepat
daripada RTD, karena RTD lebih tinggi masif. Setiap
kekhawatiran tentang waktu respons, bagaimanapun, harus
dipertimbangkan dengan instalasi sensor. Saat sensor, seperti
RTD atau termokopel, dipasang di thermowell, maka
konstanta waktu menjadi agak diabaikan untuk tujuan
perbandingan sensor. Konstanta waktu dalam kasus tersebut
mendekati puluhan detik. Jika kecepatan respon penting untuk
aplikasi, pilihan sensor alternatif termasuk pasta pada sensor
foil, sensor bentuk khusus, dan pirometer. Menurut SADP-J-
400 Bagian 4.1, “Membumikan ujung termokopel ke sumur
untuk kontak termal yang baik juga membantu mempercepat
respons. "
2.1.4 Metode Indikasi Suhu
Saat memilih sensor, jenis indikasi suhu harus
dipertimbangkan. Indikasi lokal dari termometer bimetalik atau
batang kaca mungkin sudah cukup. Dalam kasus indikasi lokal,
indikasi suhu mungkin harus terlihat dari jarak dekat. Jika
indikasi jarak jauh diperlukan, transmitter yang menyediakan
sinyal pneumatik, elektronik, atau digital mungkin diperlukan.
48
2.1.5 Lingkungan Operasi
Saat memilih sensor suhu, pertimbangkan apakah elemen
penginderaan perlu dilindungi dari getaran, gas atau cairan
korosif, atmosfer yang mudah meledak dan erosif, pengoksidasi
dan mengurangi atmosfer, dan tekanan tinggi. Rumah pelindung
mungkin diperlukan untuk mengaktifkan sensor untuk bekerja
dengan baik dan andal.
Pertimbangan lingkungan yang akan ditinjau dalam proses
pemilihan sensor diringkas sebagai pengikut:
• Hambatan kimiawi sensor (T / C atau RTD) jika sensor
tidak diselubungi
• Ketahanan kimiawi pada selubung sensor (jika sensor
dipasang tanpa pelindung)
• Jenis grounding. Misalnya, loop ground dapat terjadi jika
instrumen yang digunakan adalah denganprobe yang
memiliki selubung ground.
• Ketahanan abrasi sensor dan / atau bahan selubung
sensor
• Resistensi getaran sensor
• Kedalaman perendaman
49
2.1.6 Persyaratan Ukuran Mekanik
Seorang engineer menentukan apakah ada cukup ruang
untuk memasang sensor dengan benar pada titik pengukuran.
Termokopel dan RTD sangat mudah beradaptasi jika ukuran
kecil itu penting.
2.2. Dasar Keamanan
Pertimbangan keamanan meliputi:
• Sealing dan Intalasi yang teoat
• Meminimalkan Resiko Kegagalan Sensor
• Larangan thermometer glass stem
2.2.1 Sealing dan Instalasi yang Tepat
Sensor harus dipasang dengan aman dan tahan terhadap
kondisi pemrosesan dengan sealing yang tepat. Kebocoran dari
sensor dapat menjadi sumber bahan bakar untuk kebakaran
yang tidak disengaja. Sensor yang terpilih harus ditinjau
mengenai persyaratan ini.
2.2.2 Meminimalkan Resiko Kegagalan Sensor
Pertimbangan keamanan lain adalah memperhitungkan
kemungkinan sensor gagal. Sebagai contoh, jika sistem
pengukuran termal pada self-regulator gagal, engineer
50
mengevaluasi apakah media pemanas dapat disuplai secara
tidak diinginkan dengan kapasitas penuh jika regulator tidak
dimatikan.
Ketika transmitter suhu atau konverter sinyal digunakan,
pertimbangan atas kegagalan sensor perlu ditangani. Engineer
memutuskan apakah akan transmitter memberikan sinyal yang
tinggi atau rendah. Keputusan engineer penting ketika sinyal
dikirim ke pengontrol. Misalnya, mode kegagalan transmitter
dikonfigurasi sehingga ketika loop kontrol kehilangan sinyal
pengukuran, pengontrol tidak akan menghasilkan sinyal
keluaran yang salah yang menyebabkan proses terganggu.
2.2.3 Larangan Termometer Glass Stem
Penggunaan termometer batang kaca harus dihindari di pabrik
industri karena kemungkinan terjadi kerusakan. Cairan
beracun, seperti merkuri, dapat tumpah akibat kerusakan.
2.3. Metalurgi
Logam sensor suhu mungkin tidak kompatibel dengan
bahan proses. Memasang sensor dalam sumur pelindung yang
dibuat dari logam yang kompatibel adalah solusi umum. Sumur
pelindung, atau thermowell, dibuat dari beberapa logam dan
keramik yang berbeda. Sumur juga harus memenuhi
persyaratan tekanan aplikasi tempat mereka dipasang.
51
Lihat Panduan Pemilihan Bahan Thermowell di referensi
Liptak, Bagian 4.17. Catatan bahwa baja tahan karat 304 (SS)
dan 316 SS sering direkomendasikan. Kutipan dari referensi
Liptak terlihat pada Gambar 30.
Aplikasi Bahan Termowel
Minyak Bumi
• Dewaxing, Tower,
Jalur Transfer,
Fraksinasi, Dinding
Jembatan
Stainless Steel (SS) Tipe 304,
310, 316, 321, 347, Carbon
Steel
Bahan Kimia
• Bensin
• Asam Hidroklorida
• Hidrogen Sulfida
• Gas Alam 21ÞC
(70ÞF)
• Oksigen 21ÞC
(70ÞF)
• Propana
SS Tipe 304, Carbon Steel
Hastelloy B,C
SS Tipe 316
SS Tipe 304, 316, 317
Steel
SS Tipe 304, Carbon Steel
Rendah
Gambar 30: Kompatibilitas logam
52
2.4. Dasar Instalansi
Dasar instalasi yang mempengaruhi pemilihan perangkat
sensor adalah:
• Kebutuhan rumah pelindung
• Lokasi dan orientasi instalasi (kedalaman
pencelupan)
2.4.1 Kebutuhan Rumah Pelindung
Sebagai praktik standar, termokopel dan RTD
dipasang di rumah pelindung yang disebut thermowell. Lihat
Gambar Standar SA 990J AB 036019 "Perakitan dan Detail
Thermowell”. Saat dipasang dalam satu baris, termowell
dimasukkan agar tidak menonjol sepenuhnya ke sisi lain dari
garis; thermowell menonjol dalam jarak yang sangat pendek.
(Instalasi Thermowell praktik dibahas nanti dalam modul ini.)
Thermowell dipasang di tangki, pipa, pemanas berbahan
bakar, dan jenis peralatan pemrosesan lainnya yang terlibat
dalam pengukuran suhu cairan, gas, dan padatan. Jenis cairan
diukur dan lokasi di peralatan pemrosesan menentukan
instalasi. Kecepatan fluida dan pertimbangan erosif, dalam
kasus partikulat, perlu dipertimbangkan sebelum pemasangan.
53
2.4.2 Orientasi dan Lokasi Instalasi (Immersion Length)
Seperti halnya dengan alat ukur proses, lokasi
pemasangan dan orientasi sensor suhu memiliki pengaruh
kritis terhadap akurasi dan kinerjanya. Jadi, instalasi sensor
harus dievaluasi selama proses pemilihan. Misalnya, kesalahan
konduksi batang thermowell dapat mengakibatkan kesalahan
pengukuran jika thermowell tidak dimasukkan ke dalam
kedalaman yang tepat. Aturan umumnya adalah menentukan
kedalaman pencelupan setidaknya 10 kali diameter sensor.
Sensor berdiameter 0,25 inci harus memiliki panjang
penyisipan minimal 2,5 inci.
Seiring dengan mengevaluasi kedalaman pencelupan,
insinyur juga meninjau apakah ada batasan getaran thermowell
yang dapat terjadi berdasarkan panjang yang dimasukkan.
Thermowell bisa retak dan pecah dalam kasus getaran ekstrim.
Sebagai bagian dari proses pemilihan, panjang sensor,
frekuensi getaran dari perangkat yang dipasang, dan kecepatan
aliran maksimum dari material proses dievaluasi untuk
menentukan apakah perangkat dapat diterima. Menghindari
kegagalan thermowell memerlukan konsultasi dengan teknisi
dan vendor untuk memilih perangkat yang tepat.
54
2.5. Pemeliharaan dan Kalibrasi
Kebutuhan pemeliharaan dan kalibrasi memengaruhi
pemilihan alat pengukur suhu. Pembahasan berikut
menjelaskan kebutuhan diantaranya:
• Kebutuhan perawatan
• Dukungan kalibrasi
2.5.1 Kebutuhan Pemeliharaan
Kebutuhan perawatan dijelaskan untuk perangkat
berikut:
• Termokopel dan RTD
• Termometer bimetalik dan batang kaca
• Sistem termal
• Pirometer
Termokopel dan RTD membutuhkan sedikit perawatan atau
kalibrasi. Jika termokopel rusak, salah satu kabel penginderaan
akan terbuka dan perangkat penerima tidak lagi memiliki
indikasi suhu. Jika sambungan termokopel tidak diproduksi
dengan benar, data pengukuran tampak tidak menentu. Dalam
hal ini, termokopel diganti dengan mudah. RTD mirip dengan
termokopel terkait gejala kegagalan. Biasanya, bukaan kawat
55
timah RTD, seperti yang terjadi pada termokopel, memiliki
kemungkinan besar penyebab kegagalan. Jika RTD dicurigai
tidak memberikan pembacaan suhu yang benar, lalu itu
terganti.
Akurasi pengukuran RTD dan termokopel dapat
diperiksa di lapangan tanpa melepasnya dari proses. Kotak
centang termokopel dapat digunakan untuk mengukur gerak
gaya listrik (ggl, dalam milivolt) dan menunjukkan suhu dalam
bentuk digital. Kotak centang mampu mengukur dan
menunjukkan secara langsung dalam satuan suhu. Penelusuran
kotak centak untuk RTD dan / atau TC bervariasi; beberapa
produsen menawarkan sertifikat kalibrasi dan penelusuran
untuk standar arus. Selain itu, perangkat ini memberikan
keluaran sinyal sehingga integritas garis sinyal dan indikator
dapat diverifikasi.
Termometer bimetalik dan batang kaca harus diganti di
lapangan dengan termometer serupa untuk memverifikasi
bahwa mereka bekerja dengan baik. Termometer ini
membutuhkan dua "rendaman" suhu selama pengujian.
Sebuah rendaman suhu adalah wadah minyak atau pasir yang
dijaga pada suhu konstan. Saat batang atau bohlam termometer
dicelupkan ke dalam bak mandi, perangkat akan atau tidak akan
56
berada dalam toleransi. Diperlukan dua bak mandi karena
waktu siklus yang lama dari bahan bak mandi. Untuk alasan
keamanan, lebih baik menggunakan bahan pasir. Ketika suhu
berada di bawah titik beku air, larutan antibeku dan larutan air
sangat diperlukan.
Sistem termal memiliki masa pakai yang lama jika dipasang
dengan benar dan tidak melebihi batas. Kaleng yang menjorok
mendistorsi elemen tekanan, hubungan mekanis, dan
penunjuk. Bohlam termal, jika dipasang di dalam thermowell,
hanya membutuhkan pemeriksaan berkala.
Pirometer memberikan masa pakai yang lama saat dipasang
dengan benar. Jalur optik harus tetap bersih dan jelas. Untuk
menghindari perawatan yang tidak perlu, pirometer portabel
harus digunakan dengan hati-hati, seperti penanganan yang
kasar mempersingkat masa manfaatnya.
2.5.1 Pendukung Kalibrasi
Dukungan kalibrasi dijelaskan untuk beberapa diantaranya:
• RTD dan T / C
• Kalibrasi system
• Kalibrasi sistem termal
57
• Kalibrasi termometer bimetalik dan batang kaca
• Kalibrasi pirometer
Kalibrasi sistem - Kalibrasi sensor suhu memerlukan
berbagai peralatan uji. Jika kalibrasi dilakukan di lapangan,
portabel, instrumen ringan sangat penting. Kalibrasi RTD
aktual dan sensor termokopel tidak melibatkan penyesuaian
pada sensor. Yang disebut kalibrasi sensor sebenarnya adalah
perbandingan data suhu sensor dengan suhu sensor standar di
lingkungan suhu yang sama. Dalam kalibrasi sensor,
sebagaimana sensornya dibawa melalui titik suhu tertentu, data
dicatat. Umumnya vendor merekomendasikan kalibrasi sistem
— kalibrasi sensor dan instrumen suhu yang diterima sinyal
probe. Jika RTD atau sensor termokopel dihubungkan ke
transmitter atau konverter, sistem pengukuran dikalibrasi ke
kisaran tertentu dengan menggunakan kotak centang dan
multimeter digital. Instruksi pabrik harus diikuti selama proses
kalibrasi. Instrumen berbasis mikroprosesor sangat
menyederhanakan proses kalibrasi karena memorinya berisi
kurva suhu sensor (milivolt versus derajat).
Kalibrasi sistem termal - Sistem termal dikalibrasi dengan
pemanas kisaran suhu tinggi, titik tengah, dan titik rendah yang
58
dapat diverifikasi. Prosedur kalibrasi adalah yang terbaik
dilakukan di fasilitas perbaikan pabrik, di mana instruksi dari
pabriknya paling baik diikuti.
Kalibrasi pyrometer paling baik dilakukan dengan
mengembalikan perangkat ke pabrikan untuk kalibrasi.
Produsen pirometer memiliki peralatan canggih yang
diperlukan dan standard yang dapat dilacak.
Kalibrasi termometer bimetalik dan batang kaca
memerlukan penangas suhu untuk verifikasi kisaran suhu titik
tinggi dan rendah. Biasanya, lebih murah hanya mengganti
thermometer bimetal daripada mencoba menyesuaikan
perangkat dalam kalibrasi. Termometer batang kaca tidak
membutuhkan kalibrasi. Masalah termometer batang kaca yang
umum adalah cairan merkuri atau cairan alkohol terkadang
terpisah. Merendam bohlam termometer di bak mandi dapat
menggabungkan kembali cairan.
Banyak pabrikan mematuhi persyaratan ISO 9000
(Organisasi Standar Internasional). Kepatuhan terhadap
standar ISO 9000 berarti bahwa vendor memiliki kesamaan
pengukuran, kalibrasi, dan standar pengujian.
59
2.6. Kompatibilitas dengan Proses Instrumentasi yang Ada
Sistem kontrol digital saat ini dapat menggunakan
berbagai jenis transmitter elektronik untuk mengubah sinyal
millivolt sensor suhu ke tingkat sinyal listrik yang dapat
diterima. Sebagai catatan, termokopel dan RTD dapat dengan
langsung dihubungkan ke sistem kontrol terdistribusi (DCS).
Sistem termal yang terisi dapat memberikan sinyal pneumatik
atau listrik. Sinyal pneumatik sistem termal harus diubah
menjadi sinyal 4-20 mA untuk bekerja dengan DCS. Pirometer
optik dioperasikan secara elektrik dan dapat menghasilkan
keluaran 4-20 mA ke sistem kontrol. Pirometer optik portabel,
yang menggunakan penglihatan operator untuk mencocokkan
warna referensi ke objek yang dipanaskan, tidak terhubung ke
sistem kontrol. Jelas sekali, termometer batang dan bimetalik
tidak dapat disambungkan ke sistem kendali seperti yang biasa
digunakan untuk indikasi lokal saja. Yang harus diingat bahwa
perangkat listrik atau elektronik apa pun harus memenuhi
klasifikasi kelistrikan daerah untuk pertimbangan keamanan.
Termostat biasanya memiliki termometer bimetalik itu
digunakan dalam aplikasi kontrol on-off.
60
2.7. Pertimbangan Ekonomi
Pertimbangan ekonomi yang mempengaruhi pemilihan
perangkat dijelaskan secara kualitatif dalam istilah
• Biaya sensor
• Biaya transmitter
• Dukungan sistem kontrol terdistribusi
• Kebutuhan indikasi lokal.
2.7.1 Biaya Sensor
Meskipun biaya awal termokopel umumnya lebih rendah
daripada RTD, biaya pemasangannya termokopel bisa lebih
tinggi. Termokopel mungkin memerlukan kompensasi, kabel
ekstensi, dan pengkondisian sinyal untuk kabel berjalan lama.
RTD membutuhkan lebih sedikit dukungan. Selama masa
sensor, biaya termokopel dan RTD hampir sama di banyak
aplikasi. Biiaya seumur hidup mencakup pemasangan,
pemeliharaan dan kalibrasi, dan penggantian.
2.7.2 Biaya Transmitter
Meskipun harga pembelian awal merupakan faktor penting, ini
hanya salah satu dari beberapa biaya transmitter. Yang sering
disebut sebagai “biaya kepemilikan” juga penting dalam
pemilihan transmitter. Biaya kepemilikan — biaya memiliki dan
61
mengoperasikan transmitter selama masa operasinya—sama
pentingnya. Pemasangan, perbaikan dan kemudahan kalibrasi,
jaminan, kualitas, dan keandalan mempengaruhi biaya
kepemilikan. Oleh karena itu, instrumen suhu berbasis
mikroprosesor cenderung memiliki biaya kepemilikan yang
lebih rendah daripada transmitter konvensional.
2.7.3 Dukungan Distributed Control System
Perangkat pneumatik dan elektronik dapat dihubungkan ke
sistem kontrol pneumatik melalui konverter elektro /
pneumatik. Pertanyaannya bukanlah apakah itu layak, tetapi
berapa biayanya untuk menginstal dan memelihara. Sistem
kontrol saat ini sering disebut sistem kontrol terdistribusi
(DCS). DCS menerima sinyal input arus atau tegangan. Tidak
masuk akal secara ekonomis untuk digunakan sensor yang
tidak mengeluarkan sinyal listrik karena akan membutuhkan
biaya tambahan sinyal konverter. Jika sistem kontrolnya
pneumatik, maka penggunaan perangkat yang diproduksi
dengan hanya sinyal pneumatik yang masuk akal.
Sistem kontrol terdistribusi saat ini dapat memberikan daya
medan ke sensor dan pemancar kombinasi. Jalur sinyal
kemudian menjadi loop 2-kabel dan tidak memerlukan biaya
tambahan kabel daya ke sensor dan pemancar. Beberapa
62
perangkat, seperti pirometer, membutuhkan suplai daya listrik
eksternal untuk mengoperasikan perangkat.
2.7.4 Kebutuhan Lokal Indikasi
Jika sinyal perlu ditunjukkan secara lokal, RTD atau
termokopel mungkin bukan pilihan terbaik. Termometer
bimetalik sederhana akan menjadi perangkat yang lebih baik
dan pilihan yang lebih murah.
2.8. Arahan Teknis
Petunjuk teknis yang mempengaruhi pemilihan
perangkat suhu saat ini dan masa depan akan dijelaskan dengan
kondisi:
• Tren penggunaan sensor
• Perubahan teknologi sensor
• Transmitter suhu berbasis mikroprosesor
2.8.1 Tren Penggunaan Sensor
Sebagai tren industri, termokopel digunakan dalam aplikasi
suhu sedang tetapi tetap populer untuk aplikasi suhu tinggi.
Termokopel juga tetap popular instalasi di mana getaran akan
menghilangkan penggunaan bentuk RTD. RTD menjadi
sensor pilihan untuk aplikasi suhu sedang, karena,
dibandingkan dengan termokopel, RTD memiliki akurasi yang
63
lebih baik serta biaya pemasangan dan seumur hidup yang
serupa.
2.8.2 Perubahan Teknologi Sensor
Perubahan teknologi sensor meliputi tren berikut:
• Meningkatkan penerimaan RTD film tipis
• Pengenalan sensor probe yang pintar
Meningkatkan penerimaan RTD film tipis - RTD film tipis
telah meningkat penggunaannya karena perbaikan
berkelanjutan dalam teknik pembuatan film tipis. Teknologi
film tipis memungkinkan penggunaan elemen penginderaan
yang lebih kecil di dekat ujung probe. Karena ukuran tipisnya
lebih kecil film RTD dibandingkan dengan elemen RTD saat
ini, probe sekarang dapat digunakan untuk menyelesaikan
banyak aplikasi yang sulit dimana ukuran probe mungkin
menjadi faktor pembatas. RTD film tipis lebih stabil elemen
RTD gulungan kawat pada aplikasi yang mengalami getaran.
RTD film tipis memiliki karakteristik akurasi yang lebih baik
daripada elemen RTD tradisional.
Pengenalan probe sensor pintar - Probe sensor pintar
dibayangkan sebagai perangkat yang menyediakan
meningkatkan kemampuan diagnostik dan kalibrasi.
64
Termokopel dan RTD platinum adalah jenis sensor umum
yang dapat digabungkan dengan mikroprosesor untuk
menyediakannya perangkat tambahan. Mendedikasikan
mikroprosesor ke sensor dapat mengurangi kabel berjalan dan
meningkat kemampuan konfigurasi dan konversi berdasarkan
per sensor. (Lihat Alat Bantu Kerja untuk contoh probe sensor
pintar.)
2.8.3 Temperature Transmitter berbasis Microprocessor
Pada transmitter pintar, sensor digabungkan dengan
mikroprosesor untuk menghasilkan digital, linierisasi tegangan,
atau sinyal 4 hingga 20 mA. Transmitter suhu pintar menerima
RTD atau masukan termokopel. Transmitter suhu pintar dapat
diatur untuk jenis input sensor, rentang, dan keluaran sinyal
oleh unit antarmuka genggam. Di sepanjang loop 2 kabel ke
transmitter, di mana terminal tersedia, unit antarmuka lapangan
dapat dihubungkan ke loop melalui penggunaan kabel uji.
Program transmitter pintar juga menyertakan parameter sensor
dan jangkauan operasi. Transmitter suhu pintar menyediakan
reranging dan kemampuan kalibrasi jarak jauh. Karena
pemancar pintar sangat serbaguna, jumlah unit dan ruang
cadangan yang diperlukan untuk menyimpannya dapat
dikurangi, karena lebih sedikit pemancar suhu yang
dibutuhkan.
65
BAB 3 – SELEKSI PERANGKAT
SENSOR SUHU
Pembahasan berikut menjelaskan sensor suhu dari
data vendornya dan Lembar Spesifikasi Instrumen Saudi
Aramco yang mungkin perlu ditafsirkan oleh seorang insinyur.
Jenis-jenis sensor yang dijelaskan di bagian ini meliputi:
• Sistem terisi
• Termometer bimetalik
• Pirometer
• Bahan sensitif suhu
• Termokopel
• Detektor suhu resistansi
3.1. Sistem Terisi
Sistem yang diisi dinamai demikian karena mereka
menggunakan ekspansi termal dari fluida pengisi untuk
pengukuran suhu.
3.1.1 Termometer Glass Stem
Termometer batang kaca dijelaskan dalam
pembahasan berikut dalam hal prinsip, desain, kinerja, instalasi,
dan aplikasi.
66
Prinsip - Ekspansi termal dari fluida pengisi di sepanjang
bagian tabung berskala menunjukkan suhu.
Desain - Termometer batang kaca memiliki cairan pengisi
cairan dalam bohlam atau reservoir, kaca berongga tabung
untuk fluida untuk mengembang, dan skala suhu terukir di
sepanjang tabung berlubang (Gambar 31). Cairan pengisi
biasanya merkuri atau alkohol yang diwarnai. Termometer
batang kaca tersedia dalam versi yang dilindungi dan tidak
dilindungi. Pengoperasian termometer cairan dalam kaca
bergantung pada perbedaan ekspansi termal fluida dan kaca.
Misalnya volume koefisien muai raksa sekitar delapan kali lipat
dari kaca. Untuk cairan dan tipe kaca tertentu, perubahan
panjang kolom fluida di kapiler untuk suhu tertentu berubah
tergantung pada luas penampang kapiler.
Termometer Kedalaman parsial - Sebuah termometer
pencelupan parsial dimasukkan ke titik tetap yang ditandai
pada batang (cincin pencelupan). Termometer pencelupan
parsial adalah yang jenis yang akurat terkecil, karena suhu
batang dan cairan yang berada di atas permukaan mungkin
berbeda secara signifikan dari suhu bagian yang dibenamkan.
Ini akan mempengaruhi diameter dari kapiler dan kolom cairan
67
di atas permukaan. Karena suhu ini mungkin sangat berbeda
dalam aplikasi yang berbeda, tidak ada cara untuk menghindari
masalah dengan kalibrasi.
Termometer Kedalaman Total - Dalam termometer
pencelupan total, termometer dibenamkan ke ketinggian
kolom fluida (bukan seluruh panjang termometer).
Perendaman total termometer biasanya tidak memiliki tanda
khusus. Terkadang, termometer pencelupan total digunakan
secara tidak terelakkan dalam mode pencelupan parsial. Dalam
hal ini, pengukuran yang akurat membutuhkan koreksi batang.
Koreksi dalam bentuknya
∆T = Kn (TB - T)
dimana:
∆T = koreksi suhu
K = faktor koreksi suhu
N = banyaknya derajat pada skala antara
permukaan fluida dan ujung kolom fluida di kapiler
TB = suhu bohlam
T = suhu rata-rata bagian termometer antara
permukaan fluida dan ujung kolom fluida di kapiler
68
Faktor koreksi tergantung pada fluida dan kaca. Tabel
berikut memberikan factor koreksi merkuri dalam dua gelas
termometer umum. Suhu bohlam adalah perkiraan terbaik
suhu fluida (umumnya diambil sebagai pembacaan termometer
yang tidak dikoreksi). Nilai T dapat diperoleh dengan
termometer tambahan kecil yang dipasang pada termometer
utama.
Suhu Rata-rata
(˚C)
K untuk Gelas
Normal
K untuk Gelas
Borosilikat
0 0.000158 0.000164
100 0.000158 0.000164
150 0.000158 0.000165
200 0.00159 0.000167
250 0.000161 0.000170
300 0.000164 0.000174
350 - 0.000178
400 - 0.000183
450 - 0.000183
Nilai K untuk Gelas Normal dan Borosilikat
Termometer Kedalaman lengkap - Termometer
pencelupan lengkap (juga disebut pencelupan penuh) benar-
benar terendam dalam fluida yang suhunya akan diukur.
69
Termometer biasanya bertuliskan "pencelupan lengkap".
Mereka dapat digunakan dalam aplikasi saat skala dapat dibaca
melalui jendela atau port.
Gambar 31: Design Termometer Cariran dalam Gelas
Model yang dilindungi (Gambar 32) dibuat kokoh dengan
bingkai logam dan thermowell untuk melindungi bohlam atau
reservoir. Model yang dilindungi memiliki waktu respons yang
lebih lama terhadap perubahan suhu daripada model yang tidak
70
dilindungi. Waktu respons model yang dilindungi bisa
mencapai beberapa menit.
Gambar 32: Termometer dengan Batang Gelas yang
Terlindung
Kinerja - Termometer batang kaca dapat mengukur suhu
mulai dari -100 ° C sampai 400 ° C. Ketika termometer batang
kaca digunakan untuk pengukuran suhu yang lebih tinggi,
panjang fisiknya bisa mencapai 405 mm. Termometer batang
kaca paling cocok untuk local pengukuran dan tidak dapat
digunakan untuk merekam atau kontrol otomatis. Keunggulan
kinerja termometer batang kaca meliputi
• Biaya rendah
• Desain sederhana
71
• Panjang umur
Kerugian kinerja termometer batang kaca adalah sebagai
berikut:
• Sulit dibaca
• Pengukuran lokal saja
• Dapat rusak
Instalasi - Termometer batang kaca dipasang di thermowells
untuk menghindari kerusakan. Opsi Thermowell tersedia
untuk mendukung pemasangan lurus, sudut 90 °, atau banyak
sudut.
Aplikasi - Termometer batang kaca jarang digunakan dalam
aplikasi pemrosesan karena dari risiko kerusakan. Salah satu
aplikasi yang mungkin untuk termometer batang kaca adalah
suhu pengukuran untuk kontrol boiler manual. Mereka terus
digunakan dalam aplikasi yang tidak diproses,
seperti pemanas, ventilasi, dan AC.
3.1.2 Sistem Filled Thermal
Sistem termal yang diisi dijelaskan dalam pembahasan berikut
dalam hal prinsip, desain, kinerja, instalasi, dan aplikasi.
72
Prinsip - Sistem termal terisi (Gambar 33) pada dasarnya
adalah indikator suhu yang bentuknya mirip pengukur tekanan
dengan tabung Bourdon. Pengukur tekanan dihubungkan
dengan tabung kapiler, yang bertindak sebagai alat transmisi
sinyal, ke sensor suhu berbentuk bohlam. Tergantung pada
jenisnya, saat suhu berubah, tabung Bourdon merespons
perubahan volume (pemuaian cairan) atau perubahan tekanan.
Pengukur itu sendiri menggerakkan penunjuk indikasi suhu.
Gambar 33: Contoh Sistem Terisi Termal
Desain - Sistem termal yang diisi dibagi menjadi empat
kategori.
• Kelas I, termometer berisi cairan, adalah sistem terisi
penuh dimana pengukuran suhu berdasarkan ekspansi
73
volumetrik cairan. Isi cairan, biasanya hidrokarbon
inert, bisa berupa cairan toluena, alkohol, pentana, atau
silicon. . Sistem Kelas I tersedia dalam versi, Kelas IA
dan IB, yang memberi kompensasi untuk perubahan
suhu.
• Kelas II, termometer cair / uap atau "tekanan uap",
adalah sistem yang terisi Sebagian yang menggunakan
prinsip tekanan untuk memberikan pengukuran suhu.
Semua system kelas II menggunakan cairan yang
mudah menguap sebagai fluida pengisi. Pilihan fluida
pengisi tergantung pada kisaran suhu yang akan
diukur.
• Kelas III, termometer berisi gas, beroperasi
berdasarkan prinsip tekanan. Gas inert, seperti
nitrogen atau helium, memungkinkan pengukuran
suhu yang sangat rendah. Tersedia versi kompensasi
suhu Kelas III.
• Kelas V, termometer berisi merkuri, memiliki versi
kompensasi suhu.
Kisaran perangkat menentukan cairan pengisi, yang menjadi
perhatian vendor.
Berdasarkan persyaratan desain yang dinyatakan dalam SAES-
J-400, Bagian 4.6., diantaranya adalah :
74
• Persyaratan kapiler harus berupa baja tahan karat seri
300.
• Hanya bahan tahan korosi yang dapat diterima.
• Persyaratan perlindungan rentang berlebih adalah
minimal 150% dari skala penuh.
Kinerja - Saat memilih sistem termal terisi, kecepatan respons
sistem termal adalah salah satu faktor yang lebih penting.
Kecepatan respons merupakan faktor penting saat
menggunakan sistem terisi ke loop kontrol suhu. Umumnya,
kecepatan respons untuk sistem terisi berada dalam kisaran 4
hingga 7 detik. Jadi, misalnya, jika ada langkah perubahan suhu
proses, sistem termal yang terisi akan menunjukkan perubahan
yang ditunjukkan 4 hingga 7 detik kemudian.
Pertimbangan kinerja kedua adalah apakah sistem dapat
mengukur dalam kisaran suhu aplikasinya. Dari semua sistem
termal terisi, sistem Kelas III mencakup rentang terluas, dari -
450 ° F sampai 1400 ° F. Pertimbangan ketiga adalah toksisitas
cairan pengisi, terutama jika bohlam atau tabung kapiler gagal.
Merkuri, heksana, butana, dan propana bisa berbahaya jika
tidak terkandung. Bohlam penginderaan panas paling baik
dipasang di tabung pelindung atau thermowell. Perhatikan
bahwa penambahan thermowell memperlambat kecepatan
75
respon dari sistem Thermal. Tanggapan yang lambat
pengukuran merupakan masalah utama dalam pengendalian
suhu.
Instalasi - Menurut SADP-J-400, Bagian 4.4, “Lampu peka
telanjang harus digunakan jika memungkinkan, karena
memiliki respons yang lebih cepat. Bohlam harus selalu
ditempatkan di mana suhu mewakili dan di mana kecepatan
media proses cukup untuk perpindahan panas yang tepat. Efek
radiasi harus dipertimbangkan saat memasang lampu sensitif di
sisi oven dan saluran."
Untuk semua instalasi sistem yang terisi, thermowell atau
tabung pelindung diperlukan untuk melindungi bohlam.
Elemen penginderaan tidak dirancang untuk tekanan tinggi
atau dampak fluida atau gas dalam pipa instalasi. Lihat API RP
551, Bagian 5.6.5, untuk pedoman instalasi tambahan.
Aplikasi - Sistem termal yang diisi memiliki penggunaan yang
rendah dalam pengukuran aplikasi suhu Saudi Aramco.
Aplikasi industri tipikal dari sistem termal terisi mencakup
aplikasi pengaturan pengatur suhu, seperti pemanas tangki atau
alat penguap, atau dalam aplikasi di mana kontrol suhu dekat
76
mungkin tidak diperlukan. Lihat API RP 551, Bagian 5.6.2,
untuk pedoman aplikasi tambahan.
3.2. Perbandingan Kinerja dari Sistem Terisi
Perbandingan kinerja dari system terisi dapat
dirangkum di Gambar 34:
Gambar 34 : Perbandingan Kinerja
3.3. Termometer Bimetal
Termometer bimetalik adalah salah satu perangkat
yang paling banyak digunakan untuk memberikan suhu local
indikasi. Termometer bimetalik sering disebut sebagai
77
"termometer dial" karena indikasi dial di head. Termometer
bimetalik dijelaskan dalam pembahasan berikut di dari segi
prinsip, desain, kinerja, instalasi, dan aplikasi.
3.3.1 Prinsip
Prinsip termometer bimetalik dijelaskan dalam SADP-J-400,
Bagian 3.3: “Sifat dasar dari semua bimetal termostatik adalah
kemampuan untuk menekuk atau perubahan kelengkungan
dengan perubahan suhu. Bimetal adalah alat yang bergerak
secara konstan. Karena perbedaan koefisien ekspansi, dan
karena itu kecenderungan untuk menekuk, adalah konstan
sepanjang elemen, momen lentur juga konstan. "
Gambar 35: Prinsip Termostatik Bimetal
78
Termometer bimetalik (Gambar 35) termostatis bimetal adalah
mekanisme kompensasi kasus yang diterapkan berlawanan
dengan perubahan keluaran dari sistem yang terisi untuk
memberikan koreksi untuk variasi suhu lingkungan yang
dialami di instrumentasi. Sebagai reaksi sistem terisi terhadap
perubahan suhu kasus berjalan satu arah, bimetal memiliki cara
lain dan perbedaan yang dihasilkan adalah ketidakakuratan
yang kurang dalam kasus instrumen.
3.3.2 Design
Desain termometer bimetalik (Gambar 36) dijelaskan dalam
SADP-J-400, Bagian 3.3: “Termometer bimetalik dibuat
dengan mengikat salah satu ujung elemen bimetal yang
dikalibrasi ke bagian dalam batang termometer silinder, dan
memasang poros ke ujung elemen lainnya. Poros dan elemen
dipusatkan di batang oleh bushing pemandu. Ruang udara
diminimalkan untuk meningkatkan respons dinamis. Sebuah
penunjuk dipasang di ujung atas poros. Ketika elemen
bimetalik dibentuk menjadi heliks (spiral), perubahan suhu
akan menyebabkan heliks menjadi gerak atau tidak bergerak,
menyebabkan gerakan rotasi penunjuk. "
79
Gambar 36: Desain Termometer Bimetal
3.3.3 Kinerja
Kisaran suhu praktis untuk jenis indikator suhu ini adalah -80
° C hingga + 410 ° C (-80 ° F sampai 800 ° F). Akurasi dapat
dari ± 0,5 ° C hingga 10 ° C.
Keunggulan kinerja adalah sebagai berikut:
• Akurasi yang dapat diterima
• Konstruksi yang kokoh
• Dapat menahan overranging
• Lebih mudah dibaca daripada termometer batang kaca
Kerugian kinerja adalah sebagai berikut:
• Mungkin tidak linier dalam rentang lengkap, terutama
pada suhu yang sangat rendah
80
• Paparan suhu tinggi yang berlebihan dapat
menyebabkan kesalahan pembacaan pada kisaran
ekstrem
3.3.4 Instalansi
Sebagai aturan umum, thermowell diperlukan untuk instalasi
termometer bimetalik. Menurut API RP 551, Bagian 5.5,
“Perhatian ekstra harus dilakukan untuk memastikan
keterbacaan dial dari lokasi yang nyaman sambil melindunginya
dari kerusakan akibat benda jatuh dan sejenisnya.”
3.3.5 Aplikasi
Termometer bimetalik dianggap dalam industri hidrokarbon
sebagai perangkat yang dapat diterima untuk indikasi suhu
lokal untuk aplikasi yang tidak memerlukan kontrol.
Termometer bimetalik mengalami penggunaan frekuensi tinggi
di Saudi Aramco. Menurut SAES-J-400, Bagian 4.5,
“Termometer dan sumur bimetalik harus dipilih dari Katalog
AMS, Kelas 34. Jika terkena getaran, termometer harus diisi
minyak silikon. "
81
3.4. Pyrometer
Pirometer, juga disebut termometer “termometer
radiasi” atau termometer inframerah (IR), digunakan pada
pengukuran suhu membutuhkan teknologi non-kontak.
Melalui penggunaan port khusus atau jendela dan lensa,
pirometer berguna dalam banyak aplikasi, dan merupakan alat
yang berharga untuk pencegahan pemeliharaan. Selain untuk
pengukuran non kontak, keuntungan lain dari pirometer adalah
bahwa mereka dapat mengukur berbagai macam suhu, dari di
bawah nol hingga suhu ekstrem tinggi. Pirometer dijelaskan
dalam pembahasan berikut dalam hal prinsip, desain, kinerja,
instalasi, dan aplikasi.
3.4.1 Prinsip
Pirometer didasarkan pada hukum Planck dan rumus
radiasi Planck. Karena pirometer adalah berdasarkan hukum
Planck, hukum tersebut menjadi landasan teoritis untuk
mengukur suhu tubuh yang dipanaskan tanpa menyentuh
tubuh yang dipanaskan. Hukum Planck pada dasarnya
memprediksi radiasi lengkap yang dipancarkan oleh benda
hitam. Benda hitam mewakili benda ideal sebagai radiator
sempurna — ia menyerap semua radiasi yang diterimanya dan
memancarkan lebih banyak radiasi termal untuk semua interval
82
panjang gelombang daripada benda lain di area yang sama dan
suhu yang sama. Konsep area hitam adalah sentral untuk
teknologi termometri radiasi dan terminologi pyrometrik
terkait, seperti itu sebagai emisivitas.
Emisivitas didefinisikan sebagai rasio energi yang
dipancarkan oleh suatu benda terhadap energi yang
dipancarkan oleh benda hitam pada suhu yang sama.
Emisivitas benda hitam adalah 1.0. Objek nonblackbody (atau
benda abu-abu) dengan emisivitas 0,8 hanya akan
memancarkan 80% dari energi yang tersedia, menyebabkan
pembacaan suhu menjadi lebih rendah dari suhu sebenarnya.
Untuk membandingkan emisivitas yang mendekati sempurna,
pabrikan memasang kompensator yang memperkuat energi
yang hilang saat emisivitas kurang dari 1.0. Untuk sebagian
besar material, emisivitas tidak berbeda dengan panjang
gelombang. Hampir emisivitas benda logam meningkat
berbanding terbalik dengan panjang gelombang.
Karena benda yang dipanaskan memancarkan radiasi
di dalam bagian inframerah pita, pirometer dapat mengukur
suhu berdasarkan energi yang dipancarkan. Termometer
radiasi membuatnya pengukuran menggunakan panjang
gelombang 0,5 hingga 20 mikron dari spektrum
83
elektromagnetik. (Cahaya nampak dari 0,4 hingga 0,7 mikron,
sedangkan inframerah dari 0,7 hingga beberapa ratus mikron).
3.4.2 Design
Desain pirometer bervariasi dan sering ditempatkan dalam
lima kategori:
• Instrumen pita lebar - Perangkat ini memiliki respon
panjang gelombang yang lebar, sederhana dalam
desain, dan mengukur fraksi terbesar dari total radiasi
yang dipancarkan.
• Instrumen pita sempit - Perangkat ini memiliki
respons panjang gelombang yang sempit untuk
aplikasi pengukuran suhu khusus.
• Instrument Rasio atau "2 warna" - Perangkat ini pada
dasarnya adalah dua pirometer dalam satu rumah.
Perubahan rasio dari dua panjang gelombang yang
diukur mewakili perubahan suhu.
• Instrumen serat optik - Perangkat ini menambahkan
teknologi serat optik ke tradisional pyrometer dan
berguna dalam aplikasi di mana elektronik pyrometer
harus dijauhkan dari benda yang dipanaskan.
84
• Pirometer optik - Perangkat ini memungkinkan
operator untuk mencocokkan antara benda yang
dipanaskan dan lampu internal.
Diagram blok pada Gambar 37 menunjukkan desain pirometer
infra merah. Pirometer inframerah terdiri dari lensa optik,
sumber suhu referensi, detektor, dan amplifier.
Indikasi sinyal dapat diberikan baik secara lokal ke operator
dan dikondisikan untuk indikasi jarak jauh.
Gambar 37: Diagram Fungsional Pirometer
Karena hukum Planck menetapkan hubungan radiasi yang
dipancarkan per satuan luas permukaan, bahwa area harus
diukur untuk menentukan pengukuran suhu. Dalam istilah
praktis, field of view atau “target size” dari instrumen menjadi
85
penting dalam pengukuran suhu. Untuk menggunakan
pirometer dengan benar, grafik ukuran target versus jarak harus
diikuti. Objek pengukuran harus memenuhi ukuran target yang
dibutuhkan pada jarak yang diketahui.
3.4.3 Kinerja
Dalam menentukan pirometer, pertimbangan harus diberikan
sebagai berikut:
• Waktu respons - Pirometer memiliki waktu respons
yang sangat baik; rentang waktu dari 100 milidetik
hingga 1 detik.
• Lingkungan pengoperasian - Perangkat harus
dilindungi dari api, debu, atau gangguan kabut.
• Kompatibilitas dengan instrumen lain - Perangkat
pemroses sinyal yang dapat mengirimkan keluaran ke
pengontrol dan perekam.
• Melihat aplikasi port - Jika suhu harus diukur melalui
jendelan atau port, evaluasi apakah jendela akan
melewatkan energi pada panjang gelombang yang
terukut ke pirometer.
Pirometer memiliki kelebihan dalam waktu respons yang cepat.
Ukuran target kecil juga dimungkinkan sebagai kemampuan
untuk mengukur suhu benda bergerak. Pirometer mengukur
86
suhu jauh melampaui batas suhu tinggi untuk termokopel.
Biasanya, pirometer bisa mengukur pada rentang suhu yang
luas. Kerugian utama pyrometer adalah biayanya yang tinggi.
Perawatan harus digunakan saat memilih jenis pirometer untuk
aplikasi. Di lingkungan yang keras, pelindung khusus mungkin
diperlukan dan meningkatkan biaya pemasangan.
3.4.4 Instalansi
Pertimbangan pemasangan dijelaskan dalam istilah
• Persyaratan pemasangan fisik
• Persyaratan port view
• Pertimbangan lingkungan
Persyaratan pemasangan fisik meliputi:
• Kepala penginderaan pirometer harus sesuai dengan
ruang yang tersedia untuk melihat obyek.
• Sumber daya (AC, DC) harus tersedia untuk pyrometer.
• Sinyal keluaran (mA, millivolt, RS-232C, dll.) Untuk
tampilan dan / atau kontrol harus ditentukan.
Persyaratan port view meliputi:
• Port atau jendela tampilan harus dapat mengalirkan
energi pada panjang gelombang yang diukur
87
• Jika diperlukan penampakan lokal yang terlihat, port atau
jendela tampilan harus mampu untuk melewatkan
panjang gelombang yang terlihat dan inframerah.
Pertimbangan lingkungan meliputi:
• Lokasi pyrometer ditinjau terhadap kisaran minimum
dan maksimum yang dapat diterima oleh target dan
termometer IR.
• Semua bahan — udara, jendela kuarsa, kaca, debu —
antara target dan termometer diidentifikasi.
• Suhu lingkungan ditinjau. Sumber panas mungkin
memerlukan pemasangan pirometer elektronik yang
dipasang jarak jauh
3.4.5 Aplikasi
Baik pirometer pemasangan tetap maupun pirometer portabel
memiliki beberapa aplikasi. Pirometer pemasangan tetap berguna
ketika suhu harus terus dipantau dan dikendalikan. Misalnya, suhu
tahan api di boiler, insinerator, atau tungku tujuan khusus dapat
terus dipantau. Di lingkungan penyulingan minyak, pirometer
inframerah dapat digunakan untuk memantau refraktori di
insinerator unit sulfur untuk membantu memastikan bahwa
peralatan tidak overrange dan menyebabkan kerusakan peralatan.
88
Pirometer portabel berguna untuk diagnosa perawatan,
pemeriksaan kendali mutu, dan pemeriksaan preventif
pemeliharaan dalam proses kritis. Model portable, genggam
cocok untuk digunakan pekerjaan lapangan dalam mendeteksi hot
spot peralatan yang mungkin tidak dapat dideteksi. Misalnya,
reaktor unit pembaru atau unit perengkahan katalitik cairan
peralatan reaktor-regenerator dapat diperiksa secara berkala.
Pirometer mengalami penggunaan yang rendah di Saudi Aramco.
3.5. Material Sensitif Suhu
Kelompok bahan peka suhu yang disebut "indikator
fusible" dijelaskan di pembahasan berikut ditinjau dari segi
prinsip, desain, performa, instalasi, dan aplikasi.
3.5.1 Prinsip
Bahan yang peka terhadap suhu pada dasarnya adalah bahan
yang dibuat jadi peka terhadap panas dari padatan kristal. Saat
dipanaskan hingga suhu yang telah ditentukan, padatan
berubah menjadi cair. Perubahan keadaan cair menunjukkan
suhu yang telah ditentukan telah tercapai.
89
3.5.2 Rancangan
Bahan peka suhu memiliki beberapa desain (Gambar
38):
• Krayon - Setiap krayon memiliki titik leleh tertentu.
• Lacquers - Lacquers kusam berubah glossy pada suhu yang
telah ditentukan.
• Pellet - Indikator berbentuk tablet meleleh pada suhu yang
telah ditentukan.
• Label - Label perekat dengan monitor sensitif panas di
bawah jendela tertutup mengubah warna dari putih
menjadi hitam.
Gambar 38: Material Sensitif Suhu
90
3.5.3 Performa
Bahan yang peka suhu memiliki pertimbangan kinerja
sebagai berikut:
• Indikasi suhu adalah indikasi permukaan, dan hanya
menunjukkan suhu dari permukaan tempat mereka
diterapkan.
• Bahan yang peka suhu tidak memiliki penundaan dalam
mendapatkan indikasi (panas tidak mengalami konduksi
jauh dari permukaan).
• Bahan peka suhu sederhana dan mudah digunakan.
• Periode pemanasan yang lama dapat mengoksidasi
beberapa bahan.
• erubahan (ke cairan atau warna lain) tidak dapat diubah
untuk beberapa bahan material sensitive suhu.
3.5.4 Instalasi dan aplikasi
Bahan yang peka terhadap suhu berguna jika
diperlukan untuk memberikan indikasi lokal bahwa suhu yang
telah ditentukan telah tercapai. Misalnya, indikator pelet dapat
digunakan untuk memantau suhu ruang udara (zona panas)
dalam tungku. Bahan sensitif suhu jarang digunakan di Saudi
Aramco.
91
3.6. Termocouple
Termokopel adalah salah satu jenis sensor pengukur
suhu yang paling umum saat ini digunakan dalam industri dan
di Saudi Aramco ketika indikasi atau pengukuran jarak jauh
diperlukan untuk lingkaran kontrol. Termokopel dijelaskan
dalam pembahasan berikut dalam hal prinsip, desain, kinerja,
instalasi, dan aplikasi.
3.6.1 Prinsip
Prinsip operasi dijelaskan dalam SADP-J-400, Bagian 3.1:
“Termokopel (T / C) terdiri dari dua kawat logam atau paduan
yang berbeda yang disatukan di satu ujung, yang disebut
persimpangan (atau "panas"). Ujung bebas dari kedua kabel
dihubungkan ke pengukur instrumen untuk membentuk jalur
tertutup di mana arus dapat mengalir. Titik dimana kabel T /
C sambungkan ke alat ukur yang ditetapkan sebagai
sambungan "referensi" (atau "dingin").
Menerapkan panas ke persimpangan pengukuran
menyebabkan ggl kecil dihasilkan di referensi persimpangan.
Ketika perangkat pembacaan digunakan, itu mengubah ggl
yang dihasilkan oleh perbedaan suhu antara pengukuran dan
referensi persimpangan untuk merekam atau menampilkan
92
suhu persimpangan pengukuran. Ketika suhu referensi
diketahui (biasanya 0 ° C) dan persimpangan pengukur terkena
suhu yang tidak diketahui, ggl yang dikembangkan akan
bervariasi langsung dengan perubahan suhu yang tidak
diketahui. "
Operasi termokopel memerlukan pembahasan tentang
beberapa prinsip (Gambar 37), yaitu berikut:
• Efek Seebeck
• Efek Peltier
• Efek Thomson
Efek Seebeck - Ketika dua kabel yang terdiri dari logam yang
berbeda terikat di kedua ujung dan salah satu ujungnya
dipanaskan, arus kontinu akan mengalir dalam suatu rangkaian,
yang disebut "rangkaian termoelektrik". Arus mengalir setiap
kali ada perbedaan suhu antara kedua persimpangan.
Fenomena ini disebut Efek Seebeck, dinamai menurut Thomas
Seebeck yang menemukan keberadaan sirkuit termoelektrik.
Jika Anda harus membuka sirkuit termoelektrik dan mengukur
tegangan di salah satu ujung, tegangan akan menjadi fungsi
suhu persimpangan dan komposisi kabel logam. Tegangan ini
93
disebut tegangan Seebeck. Semua logam yang berbeda
menunjukkan efek ini.
Efek Peltier - Efek Peltier, menyatakan bahwa saat arus listrik
mengalir melintasi persimpangan dari dua logam berbeda,
panas dibebaskan (jika arus searah dengan arus Seebeck) atau
diserap (jika arus berlawanan arah dengan arus Seebeck).
Dalam instalasi termokopel, efek sekunder dari sambungan
dari termokopel ke kabel ekstensi ke alat ukur adalah bahwa
pada setiap koneksi terminal ada ggl dikembangkan karena
logam yang berbeda. Setiap koneksi memancarkan atau
menyerap panas. Efek ini disebabkan oleh Efek Peltier.
Apakah koneksi memancarkan atau menyerap panas
ditentukan oleh arah aliran arus listrik melalui sambungan.
Efek Peltier adalah dasar untuk pemanasan dan pendinginan
termoelektrik. Contoh umum dari Efek Peltier terlihat pada
pemanas / pendingin rekreasi portabel bertenaga baterai.
Efek Thomson - Efek Thomson menyatakan gradien suhu
dalam konduktor logam memiliki gradien tegangan kecil yang
besarnya dan arahnya bergantung pada logam tertentu.
Misalnya, jika satu kawat dipanaskan di titik tengahnya, suhu di
titik ujungnya, T2, akan jelas lebih rendah dari suhu a T1.
94
Ketika arus mengalir melalui kabel dari P2 ke P1, elektron
menyerap energi di salah satu ujung kabel dan melepaskan
energi di ujung kabel kawat yang berlawanan. Karena
keuntungan dan kerugian energi adalah sama, tidak ada efek
bersih yang terjadi di sepanjang kabel.
Gambar 39: Prinsip Termokopel
95
Hasil praktis dari efek Thomson adalah bahwa penerapan
panas menjadi kawat homogen tunggal tidak menciptakan
tegangan termoelektrik. Dengan demikian, efek Thomson
menjadi dasar menghubungkan termokopel dengan kabel
tembaga, karena kabel itu sendiri tidak menambah tegangan ke
rangkaian.
Dalam rangkaian termokopel yang digunakan dalam
pengukuran suhu, impedansi tinggi dari potensiometer tidak
memungkinkan aliran arus apa pun; oleh karena itu, hanya
Seebeck Voltage, VAB, yang merupakan poin pentingnya.
3.6.2 Design
Desain termokopel dijelaskan dalam istilah
• Jenis sambungan termokopel berselubung
• Gaya gerak listrik (ggl)
• Pentingnya persimpangan referensi
• Kabel ekstensi
• Suhu rata-rata dan diferensial
• Variasi desain
• Tabel referensi termokopel
96
Jenis sambungan termokopel berselubung diproduksi
sebagai berikut:
• Persimpangan terbuka - Persimpangan
terbukamenawarkan kecepatan respons tercepat.
persimpangan terbuka digunakan dalam pengukuran
aliran gas statis atau non korosif yang membutuhkan
waktu respons yang cepat. Persimpangan meluas
melewati pelindung selubung untuk memberikan
respon yang cepat. Selubung ditutup untuk mencegah
penetrasi bahan proses.
• Persimpangan yang tidak dibumikan - Persimpangan
yang tidak dibumikan digunakan dalam suhu
pengukuran dalam lingkungan korosif di mana perlu
untuk mengisolasi dan melindungi elemen termokopel
dalam aplikasi listrik kritis. Kawat termokopel diisolasi
dari selubung termokopel dengan magnesium bubuk
oksida atau yang setara.
• Persimpangan yang diarde- Sambungan yang diarde
digunakan dalam suhu pengukuran gas dan cairan
korosif statis atau mengalir, serta aplikasi tekanan
tinggi. Persimpangan disebut dibumikan karena dilas
ke selubung pelindung termokopel. Persimpangan
97
yang diarde memiliki kecepatan respon yang lebih
cepat dari sebuah persimpangan yang ungrounded.
Gambar 40: Persimpangan Termokopel Terselubung
Gaya gerak listrik - Gaya gerak listrik didefinisikan dalam
SADP-J-400 sebagai “Jumlah energi berasal dari sumber listrik
per satuan jumlah listrik yang melewati sumber (sebagai sel atau
generator). ” Dengan kata lain, ggl mewakili peningkatan energi
listrik. Satuan pengukuran EMF adalah volt. Jika pengukuran
98
langsung dapat dilakukan dari tegangan termokopel, tegangan
ini disebut "tegangan Seebeck".
Pentingnya persimpangan referensi - Pengukuran langsung
dari tegangan Seebeck membutuhkan alat ukur menggunakan
sambungan referensi. Jika, misalnya, kabel pengukur volt
langsung terhubung ke termokopel, sirkuit termoelektrik baru
dibuat karena voltmeter dari terminal tembaga ke sambungan
termokopel kabel non tembaga terbentuk. Untuk menghindari
pembentukan ggl termal tambahan dari tembaga ke
sambungan non tembaga, referensi Persimpangan ("dingin")
digunakan. Persimpangan referensi menyediakan cara untuk
alat ukur mengimbangi EMF apa pun di terminal input
instrumen, sehingga memberikan pengukuran suhu di
persimpangan pengukuran ("panas").
Referensi "dingin" penting karena tegangan Seebeck
didasarkan pada karakteristik logam yang berbeda dan
perbedaan suhu antara persimpangan pengukuran panas dan
persimpangan referensi dingin. Di lingkungan laboratorium,
penangas es digunakan sebagai persimpangan referensi. Di
proses instrumentasi, referensi suhu sambungan dingin
disediakan oleh resistor kompensasi sambungan dingin atau
alat digital lainnya. Kompensasi persimpangan dingin
99
menggunakan konsep hukum suhu menengah (Liptak halaman
490). Tegangan (sesuai dengan jenis termokopel) dari
termokopel imajiner dengan persimpangan pada 32 ° F dan
ambien ditambahkan ke termokopel pengukur untuk
menciptakan tegangan antara 32 ° F dan persimpangan
pengukur. Tujuan dari pendekatan ini adalah untuk
memberikan ggl konstan pada alat ukur sementara
mengkompensasi perubahan suhu di persimpangan referensi.
Dalam praktiknya, tidak selalu praktis untuk menghubungkan
termokopel langsung ke instrumen. Kabel ekstensi sering kali
dijalankan dari kepala terminal sambungan rakitan termokopel
ke alat ukur. Kabel ekstensi dibuat dari bahan yang sama atau
dari bahan dengan karakteristik termal yang mirip dengan
termokopel. Kabel ekstensi yang dipilih harus memiliki akurasi
dan karakteristik suhu yang sama dengan T / C.
Gambar 41: Persimpangan Dingin dan Pengukuran
100
Kabel ekstensi dijelaskan dalam SADP-J-400, Bagian 3.1,
dengan cara berikut: “Alat ukur [temperatur] biasanya terletak
jauh dari titik di mana suhu diukur. Karena resistor
penginderaan suhu untuk menjaga konstan referensi junction
ggl dapat ditempatkan paling nyaman di instrumen sebagai
bagian dari sirkuitnya, penting untuk menemukan sambungan
referensi itu sendiri dalam instrumen. Oleh karena itu,
rangkaian termoelektrik harus diperpanjang dari persimpangan
pengukuran, pada titik di mana pengukuran suhu diinginkan,
ke sambungan referensi di instrumen. Ini tujuan penggunaan
kabel ekstensi (Gambar 42).
Kabel ekstensi secara teoritis memperpanjang [termokopel] T
/ C ke sambungan referensi di instrumen dengan karakteristik
termal yang mirip dengan termokopel. Kawat ini umumnya
dilengkapi dalam bentuk sepasang konduktor yang serasi.
Prosedur paling sederhana adalah menggunakan jenis kawat
yang sama dengan jenis kawat yang dibuat oleh T / C; namun,
dalam instalasi dengan T / C logam mulia di mana beberapa
ratus kaki kabel ekstensi harus digunakan, atau di mana banyak
T / C digunakan, prosedur mungkin menjadi terlalu mahal.
Dalam kasus seperti itu alternatif, bahan dengan biaya lebih
rendah karakteristik serupa pada suhu yang lebih rendah
tersedia."
101
Sinyal termokopel sering dikirim ke instrumen yang jaraknya
jauh. Koneksi dibuat melalui penggunaan kabel ekstensi
termokopel. Kabel ekstensi seringkali dibuat dari bahan yang
sama jenis bahan sebagai termokopel. Misalnya, kabel ekstensi
Tipe J digunakan dengan Tipe J termokopel saja, dan juga
untuk jenis kabel ekstensi dan termokopel lainnya. Menjadi
umum di praktik industri untuk memasang kabel ekstensi dari
termokopel ke alat ukur, idealnya dalam satu panjang kabel
kontinu.
Gambar 42: Kabel Eksetensi dengan polaritas
Praktik standar dalam industri saat ini adalah menggunakan
kabel ekstensi dari termokopel ke local junction box
didedikasikan untuk sinyal termokopel. Penggunaan kabel
102
ekstensi 16 gauge adalah standard praktik industri .Kabel
multipasangan (Gambar 43) digunakan dari junction box lokal
ke instrumen penunjuk. Setiap pasangan kabel dipelintir dan
dilindungi secara individual. Multipasangan kabel tersedia
dengan hingga 50 pasang kabel yang diproduksi dengan
kalibrasi yang sama dengan termokopel. Kabel dibuat hanya
untuk satu jenis kabel ekstensi dalam sebuah kabel. Misalnya,
kabel dibuat untuk semua termokopel Tipe J atau semua
termokopel Tipe K. Kabel tidak dibuat dengan dua jenis kabel
ekstensi yang berbeda sebagai praktik industri standar. Di
junction box local, misalnya, dua jenis kabel yang berbeda, satu
Jenis J dan satu Jenis K mungkin diperlukan. Ketika hal ini
terjadi, umumnya digunakan 16 atau 24 pasang kabel.
Gambar 43: Kabel multipasang
103
Seperti disebutkan sebelumnya, jika logam mulia digunakan,
seperti T / C platina, harga kabel ekstensi ke perangkat
pembacaan bisa menjadi penghalang. Dalam hal ini, kabel
ekstensi dengan karakteristik yang mirip dengan logam mulia
tersedia. (Alternatif untuk menggunakan kabel ekstensi yang
tidak kompatibel adalah dengan menggunakan pemancar /
konverter untuk mengirimkan sinyal ke alat ukur atau
pengontrol.)
Dua kelas kabel ekstensi tersedia untuk termokopel:
• Kawat termokopel, yang pada dasarnya bahan yang
sama dengan kabel termokopel.
• Kabel timah kompensasi, yang digunakan dengan
termokopel logam mulia (platina).
Penting untuk memilih kabel ekstensi yang benar, karena
penggunaan kabel ekstensi yang salah akan menyebabkan
kesalahan dalam pembacaan suhu. Kesalahan disebabkan oleh
pembuatan ekstra sambungan termokopel di blok terminal
atau di alat ukur. Insinyur didorong untuk meninjau referensi
tambahan untuk kabel ekstensi yang tercantum pada Gambar
44.
104
Gambar 44: Referensi Termokopel
Suhu rata-rata dan diferensial - Termokopel dapat
dihubungkan ke rata-rata atau untuk menemukan perbedaan
suhu (Gambar 45). Untuk mengukur suhu rata-rata,
serangkaian termokopel dapat dikonfigurasi secara paralel.
Tegangan pada instrument pengukur suhu adalah hasil rata-
rata dari jumlah termokopel yang digunakan. Termokopel (dan
kabel ekstensi) yang digunakan dalam konfigurasi ini harus
memiliki resistansi yang sama untuk sebuah pengukuran yang
akurat. Metode rata-rata termokopel menemukan lebih sedikit
penggunaan saat ini karena suhu rata-rata sekarang dilakukan
dalam sistem kontrol komputer.
105
Suhu diferensial dapat diukur antara dua titik melalui
penggunaan dua termokopel. Tegangan yang dihasilkan dalam
pendekatan ini mewakili perbedaan suhu.
Gambar 45: Termokope Pendekatan Rata-rata dan
Diferensial
Variasi desain - Berbagai jenis termokopel diklasifikasikan
menurut jenisnya. Dari sepintas meninjau berbagai jenis, orang
dapat dengan aman menyimpulkan bahwa termokopel tipe
106
"universal" itu tidak tersedia. Karena tipe "universal" tidak ada,
evaluasi termokopel untuk aplikasi khusus dan unik
memerlukan beberapa tingkat pengalaman. Setiap termokopel
memiliki memiliki kurva respons unik (Gambar 46). Perhatikan
bahwa Saudi Aramco telah menstandarkan penggunaan Type
Termokopel E dan Tipe K untuk sebagian besar aplikasi yang
membutuhkan termokopel.
Beberapa komentar evaluasi umum tentang beberapa jenis
termokopel,
• Termokopel tipe J digunakan dalam kisaran suhu dari
sekitar 32 ° F hingga 1400 ° F. Termokopel tipe J
adalah yang paling ekonomis dan banyak digunakan
ermokopel di industri. Termokopel tipe J memiliki
sensitivitas yang cukup seragam (milivolt per
perubahan derajat suhu).
• Termokopel tipe K digunakan dalam kisaran suhu dari
-418 ° F hingga 2500 ° F. Termokopel tipe K berguna
untuk pengukuran suhu tinggi dalam oksidasi
atmosfer. Termokopel tipe K sering digunakan dalam
aplikasi pemanas berbahan bakar. Beberapa
termokopel Tipe K tidak boleh digunakan dalam
mengurangi atmosfer karena beberapa versi mungkin
rentan terhadap pembusukan hijau. Busuk hijau,
107
disebabkan oleh migrasi chromium, menyebabkan
kalibrasi bergeser. Ventilasi thermowell mungkin
dibutuhkan. Termokopel Tipe K yang lebih baru
menggunakan paduan yang tahan busuk hijau.
Termokopel tipe Kcukup mahal.
• Termokopel tipe E digunakan dalam kisaran suhu dari
-450 ° F hingga 1600 ° F. Termokopel tipe E sangat
berguna untuk jangkau pendek atau diferensial
pengukuran suhu. Termokopel tipe E memiliki
keluaran milivolt tertinggi per perubahan suhu derajat,
yang memberikan sensitivitas yang sangat baik. Tipe
Termokopel E tidak boleh digunakan dalam
mengurangi atmosfer dan perlindungan diperlukan
bila digunakan dalam aplikasi sulfur.
• Termokopel tipe S digunakan dalam kisaran suhu dari
32 ° F hingga 2700 ° F. Tipe Termokopel S terdiri dari
platina 90% / rhodium 10%. Termokopel tipe S
digunakan untuk menentukan Skala Suhu
Internasional. Jenis termokopel S ini lebih mahal dari
termokopel lainnya. Termokopel tipe S memiliki
kualitas yang sangat baik ketahanan terhadap atmosfer
pengoksidasi.
108
Perhatikan bahwa termokopel tidak hanya ditentukan oleh
jenis kalibrasi tetapi juga oleh jenis sambungan—terbuka,
dibumikan dan tidak dibumikan — dijelaskan sebelumnya di
bagian ini.
Gambar 46: Kurva Respon Termokopel
Tabel referensi termokopel mencantumkan karakteristik
suhu versus ggl untuk suatu komponen termokopel.
Perhatikan bahwa tabel referensi akan menentukan ggl nol
pada 0 ° C (32 ° F). Ggl nol menyiratkan bahwa tabel
didasarkan pada suhu persimpangan dingin atau referensi 0 °
109
C (32 ° F) untuk semua nilainya. Tabel referensi suhu berguna
untuk beberapa perhitungan:
• Menurunkan pengukuran suhu persimpangan (panas)
berdasarkan ggl persimpangan dingin.
• Menggunakan ggl untuk memeriksa kalibrasi
instrumen.
• Memeriksa kalibrasi termokopel.
Teknik kalibrasi instrumen mengandalkan nilai yang dihitung
secara manual dari table (kutipan dalam Gambar 47)
diminimalkan dengan pemancar berbasis mikroprosesor.
Pemancar berbasis mikroprosesor berisi kurva karakterisasi di
dalam database.
Gambar 47: Tabel Referensi Termokopel
110
Kutipan Tabel Termokopel memiliki beberapa fitur yang patut
diperhatikan. Bandingkan kurva dari Gambar 46 dengan
Gambar 47. Tipe "E" menunjukkan kurva yang lebih curam
daripada tipe "K," sebagai serta angka absolut yang lebih tinggi
baik di wilayah positif maupun negatif. Kurva dan nomor yang
ditabulasikan tidak memiliki interval yang seragam; Namun,
interpolasi, grafis atau numerik, dapat digunakan untuk
perbedaan kecil. Milivoltage maksimum ditampilkan dalam
kolom 200 ° F. melintasi baris 100 ° F (300 ° F) adalah 9,71
untuk T/C tipe "E".
Kurva Gambar 46 menunjukkan maksimum 60+ mV untuk
tipe "E" dan 50+ mV untuk tipe "K." Tipe "K" dapat
digunakan pada suhu yang lebih tinggi daripada tipe "E." Tabel
T / C distandarisasi untuk keseragaman tetapi nilai millivolt
yang lebih tinggi dapat diperoleh di lapangan pada suhu yang
lebih tinggi — hanya saja tidak secara konsisten dapat
direproduksi.
Milivoltage perbedaan suhu maksimum 10 ° F yang
ditampilkan untuk tipe "E" adalah 0,39 mV atau 390 mV.
Membagi dengan 10 menghasilkan 39 mV / ° F, yang
merupakan angka yang sangat kecil.
111
3.6.3 Kinerja
Kinerja termokopel dijelaskan dalam istilah umum
• Keunggulan kinerja
• Kerugian kinerja
Keunggulan kinerja meliputi:
• Akurasi sedang.
• Kisaran suhu yang lebar, -190 hingga 1820 ° C (- 310
hingga 3300 ° F)
• Konstruksi yang kokoh menahan getaran.
• Mendukung pengaturan pemasangan jarak jauh dan
serbaguna.
• Biaya sedang.
• Respon lebih cepat dari RTD.
Kekurangan kinerja meliputi:
• Menghasilkan level sinyal rendah (milivolt).
• Kalibrasi berubah dengan kontaminasi.
• Gangguan listrik bisa menjadi perhatian
• Biaya pemasangan lebih tinggi (dibandingkan dengan
RTD) karena kabel ekstensi.
• Kalibrasi dilakukan secara nonlinier selama rentang
operasi normal.
112
3.6.4 Instalasi
Pertimbangan pemasangan yang mempengaruhi evaluasi
termokopel adalah sebagai berikut:
• Pendekatan instalasi untuk cairan dan gas
• Pertimbangan selubung
• Gaya termokopel
• Pendekatan instalasi umum
Pendekatan instalasi untuk fluida dan gas - Seperti yang
dinyatakan dalam kursus ini, instalasi yang benar memiliki
pengaruh besar pada akurasi pengukuran. Pertimbangan
instalasi untuk pengukuran permukaan, pengukuran suhu
cairan, atau gas. Tidak cukup dasumsikan bahwa suhu di
persimpangan pengukuran ("panas") selalu sama dengan suhu
proses. Hukum termodinamika menyatakan bahwa panas
mengalir dari daerah yang lebih panas ke daerah yang lebih
dingin melalui konduksi, konveksi, dan radiasi. Jadi tujuan dari
pemasangan termokopel adalah untuk memastikan bahwa
jumlah panas yang mengalir antara titik yang diukur dan
persimpangan termokopel tidak cukup untuk mengubah suhu
titik yang diukur atau menyebabkan perbedaan suhu antara
persimpangan pengukur ("panas") dan titik terukur. Ini bisa
113
diilustrasikan dalam pengukuran suhu cair, permukaan padat,
atau gas.
• Asumsikan bahwa termokopel, dimasukkan ke dalam
thermowell, digunakan untuk mengukur suhu cairan. Jika
rakitan termokopel dibenamkan hingga kedalaman 12,7
mm (0,5 inci), sambungan pengukur termokopel mungkin
lebih dingin daripada cairan karena gradien suhu terjadi di
sepanjang thermowell. Saat kedalaman perendaman
meningkat, suhu pengukuran persimpangan lebih hampir
sama dengan proses cair karena lebih sedikit panas yang
mengalir di wilayah persimpangan pengukuran. Sebagai
pedoman umum, kedalaman pencelupan selungkup
pelindung termokopel (thermowell atau tabung pelindung)
harus berada di setidaknya 10 kali diameter selungkup
untuk menghindari perbedaan suhu.
• Konduksi panas juga harus dihindari dalam pengukuran
suhu permukaan padat. Dalam pengukuran suhu
permukaan, persimpangan pengukuran termokopel adalah
dilas (atau diikat) ke permukaan logam. Panas bisa
mengalir di sepanjang termokopel kawat saat
persimpangan pengukur dilas ke permukaan. Suhu bisa
sebenarnya naik atau turun pada titik pengukuran,
114
tergantung pada apakah termokopel lebih panas atau lebih
dingin dari permukaan logam.
Pemasangan yang tepat mencegah terjadinya konduksi
panas dengan memastikan panjang yang signifikan dari
kabel termokopel berada pada suhu yang sama dengan
mengukur persimpangan. Untuk pemasangan pipa, kawat
dililitkan pada pipa, mengelas bagian termokopel yang
signifikan ke pipa.
• Untuk pengukuran gas, perendaman rakitan harus
memiliki kedalaman yang tepat, seperti dalam pengukuran
suhu cairan; Namun, kekhawatiran tambahan adalah gas
mengalir di saluran. Dinding saluran mungkin lebih dingin
dari pada gas. Termokopel dapat membaca lebih rendah
karena panas memancar dari perakitan termokopel ke
dinding yang lebih dingin. Pendekatan yang meminimalkan
radiasi ini adalah dengan menempatkan pelindung
melindungi di sekitar termokopel. Karena shield terkena
gas, maka suhu pelindung hampir sama dengan suhu
persimpangan termokopel. Akibatnya, jumlah panas yang
dipancarkan ke shield jauh lebih rendah.
Pertimbangan selubung - Termokopel yang terdiri dari
kemasan, kabel termokopel terisolasi mineral bersama dengan
115
lapisan pelindung, seperti baja tahan karat, disebut
“termokopel terselubung. " Perhatikan bahwa istilah
"selubung" juga dapat digunakan untuk menjelaskan
konfigurasi termokopel yang ditempatkan di dalam selungkup
pelindung, seperti tabung pelindung atau thermowell. Ketika
termokopel dipasang di selubung pelindung, kecepatan
respons termokopel menurun. Praktik industri adalah
menggunakan termokopel probe “tipe pensil” dengan Tipe
304 baja tahan karat (ss). Dalam industri minyak, rakitan
termokopel tipe pensil digunakan di sebagian besar aplikasi
membutuhkan termokopel.
Bahan selubung termokopel dikategorikan sebagai
berikut:
• Metalik - Jenis baja tahan karat dan Inconel adalah pilihan
umum. Bahan khusus seperti tantalum, molibdenum, dan
paduan platinum tersedia untuk suhu tinggi ekstrim hingga
2482 ° C (4500 ° F).
• Keramik - Jenis selubung termokopel lainnya adalah
isolator keramik yang menutupi termokopel di atas
persimpangan pengukuran. Pengaturan ini digunakan
untuk thermowell yang lebih panjang, T / C itu sendiri
dapat dibuat dari kabel pengukur 18 atau 14. Bahan
keramik meliputi silikon karbida, alumina, dan porselen.
116
Gaya termokopel - Termokopel dibuat dalam gaya yang
berbeda untuk aplikasi yang berbeda. Untuk instalasi industri
pada umumnya, probe atau termokopel "tipe pensil" ,Tipe J
atau Tipe K, digunakan bersama dengan thermowell
pelindung. Seperti disebutkan sebelumnya, tipe lainnya tersedia
dan disesuaikan dengan persyaratan aplikasi tertentu.
Instalasi yang membutuhkan pengukuran permukaan
menggunakan gaya termokopel khusus yang disebut probe
permukaan atau "tipe kulit". Probe permukaan, seperti
namanya, untuk permukaan atau "kulit" dari vessel, pipa atau
tabung. Probe permukaan berselubung logam dapat diproduksi
hingga sekecil 0,25mm (0,01 inci), probe kawat sekecil 0,013
mm (0,0005 inci). Instalasi membutuhkan pengelasan dan
mungkin memerlukan penghilang tegangan atau prosedur
pengelasan khusus, terutama saat dipasang saat terbakartabung
pemanas dan perpipaan paduan. Probe permukaan tipe K dan
E adalah probe permukaan yang umum. Tipe E umum
digunakan karena keakuratannya yang tinggi di sebagian besar
aplikasi suhu rendah. Jenis probe permukaan Kdigunakan
dalam aplikasi pengukuran suhu tinggi.
Termokopel permukaan juga tersedia dalam gaya semen. Gaya
semen memberikan respon yang cepat dan instalasi yang
nyaman.
117
Gambar 48: Probe Termokopel Permukaan
Pendekatan instalasi umum ditunjukkan pada Gambar 49.
T / C dapat langsung dihubungkan ke perangkat penerima,
atau terhubung ke transmitter 2-kabel atau 4-kabel.
Pengkabelan langsung - T / C memerlukan kabel ekstensi
khusus. Kabel berpelindung direkomendasikan. Panjang lebih
118
dari 30 meter (100 kaki) bisa mahal. Gangguan listrik menjadi
perhatian ketika seperseribu volt dapat mewakili
50 ° F kesalahan. Kawat termokopel tidak mudah ditarik
melalui conduit.
Gambar 49: Pendekatan Instalasi Umum T/C
Transmitter dua kabel - Jika panjang dari sensor ke
perangkat penerima melebihi 30 meter (100 kaki), transmitter
2 kabel lebih disukai. Biaya pemasangan kabel lebih kecil.
119
Persyaratan daya rendah (4 hingga 20 mA). Transmitter 2 kabel
memiliki imunitas kebisingan yang baik.
Transmitter empat kabel - Dua kabel transmitter untuk daya,
dua kabel sisanya untuk sinyal. Umumnya digunakan ketika
output 0 hingga 5 volt diperlukan, transmitter 4-kabel tidak
banyak digunakan seperti transmitter 2-kabel.
3.6.5 Aplikasi
Pertimbangan aplikasi yang mempengaruhi evaluasi
termokopel adalah sebagai berikut:
• Teknik pengukuran termokopel
• Konfigurasi probe-lead
• Penyebab pengukuran yang salah
• Tindakan pencegahan yang meningkatkan sistem
termokopel
• Mendiagnosis kesalahan termokopel
Teknik pengukuran termokopel - Beberapa teknik
melakukan pengukuran termokopel dengan voltmeter dapat
digunakan untuk mengurangi gangguan dari kebisingan.
Tekniknya meliputi
• Tree switching - Teknik tree switching adalah metode
pengorganisasian saluran dari pemindai menjadi grup,
120
masing-masing dengan switch nya; jika tidak,
kapasitansi menyimpang dari setiap masukan dapat
menambah kebisingan.
• Penjagaan - Teknik penjagaan mengurangi kebisingan
yang umum terjadi pada kedua ;ead pengukuran
dengan mengikat pelindung ke kotak logam voltmeter.
• Integrasi - Teknik integrasi menggunakan konversi A
/ D menjadi kebisingan rata-rata. Teknik rata-rata
sangat mengurangi kebisingan terkait saluran listrik
dan harmonisasinya.
Konfigurasi probe lead ditunjukkan pada Gambar 50.
Kombinasinya adalah
• Kabel termokopel tunggal, diarde
• Kabel termokopel tunggal, tidak dibumikan
• Kabel termokopel ganda, tidak dibumikan dan
diisolasi
• Kabel termokopel ganda, diarde dan tidak diisolasi
• Kabel termokopel ganda, tidak dibumikan dan tidak
terisolasi
Kabel termokopel ganda, juga disebut elemen ganda,
memungkinkan pengguna untuk mendukung aplikasi yang
memerlukan :
121
• Dua pembacaan sensor
• Pengukuran rata-rata
• Cadangan bawaan (redundansi)
• Pemantauan dan kontrol terus menerus
Gambar 50: Konfigurasi Lead Probe
122
Penyebab pengukuran termokopel yang salah adalah
sebagai berikut:
• Penolakan kebisingan - Perisai, pemfilteran, dan
pengardean yang benar akan memperbaiki masalah ini.
• Sambungan persimpangan yang buruk - Vendor
mengelas sambungan pengukur dengan mesin yang
canggih untuk memastikan pengelasan yang tepat dan
produk yang seragam. Saat personel membuat
T / C mereka sendiri, pengelasan sambungan yang
tidak tepat sebenarnya dapat menurunkan dan
mengubah karakteristik persimpangan itu.
• Dekalibrasi - Dekalibrasi merupakan proses
mengubah secara tidak sengaja karakteristik T / C
melalui penanganan yang kasar, getaran, penuaan, atau
paparan suhu ekstrim. T / C, dalam mode dekalibrasi,
tampaknya membaca dengan benar untuk beberapa
nilai suhu, salah untuk yang lain.
• Tindakan galvanik - Pewarna yang digunakan dalam
isolasi dapat membentuk elektrolit dalam air,
menyebabkan pembacaan tinggi. Melindungi T / C
dari lingkungan yang keras untuk mencegah aksi
galvanik.
123
• Perpindahan panas - Perpindahan panas adalah efek
dari mengalihkan panas dari termokopel. Kabel
ekstensi meminimalkan efek ini.
SADP-J-400, Bagian 3, menjelaskan sumber kesalahan dengan
cara berikut: "Sumber Kesalahan – Kebisingan derau listrik
oleh sirkuit instrumen akan menyebabkan kesalahan. Jenis
kebisingan berikut bisa dibedakan:
• Derau statis dapat masuk ke sirkuit T / C dengan kabel
berdekatan yang membawa daya AC atau DC yang
berubah-ubah dengan cepat (pulse). Kabel ekstensi T
/ C digabungkan secara kapasitif ke medan listrik.
Solusi: Minimalkan kebisingan yang dihasilkan dengan
melindungi setiap pasang kabel ekstensi dan
membumikan pelindung kawat. Jangan pernah
menjalankan kabel T / C di saluran yang sama dengan
kabel tenaga listrik.
• Derau magnetis dapat diinduksi ke dalam sirkuit T / C
kapan pun kabel ekstensi dipasang ke medan magnet
dan arus diproduksi untuk melawan area magnetic.
Solusi: Minimalkan kebisingan dengan memutar setiap
pasang kabel ekstensi T / C.
• Derau crosstalk antara pasangan kabel yang
berdekatan dalam saluran yang sama dapat terjadi.
124
Solusi : Lindungi setiap pasang kabel ekstensi.
• Kebisingan mode umum di sirkuit antara
persimpangan pengukuran dan transduser dapat
terjadi jika sirkuit diardekan di lebih dari satu tempat,
atau jika berbeda pentanahan berpotensi ada di
sepanjang jalur kawat.
Solusi: Minimalkan dengan pentanahan yang tepat.
Sirkuit T / C biasanya diardekan di persimpangan
pengukuran. Lindungi setiap pasang kabel ekstensi dan
arde pelindungnya hanya pada T / C. Gunakan
perangkat pengukur masukan diferensial. "
Tindakan pencegahan yang meningkatkan integritas
sistem termokopel dimulai dengan proses pemilihan awal.
Tindakan pencegahan, yang tersirat di seluruh modul kursus
ini, diringkas sebagai berikut:
• Batas suhu tinggi dan rendah aplikasi harus diketahui
untuk dipilih sensor yang tepat. T / C yang salah
diterapkan pada rentang atau atmosfer yang salah
(mengoksidasi atau mereduksi) dapat dengan cepat
menurunkan T / C.
• T / C kelas premium menawarkan akurasi terbaik
(Gambar 51).
125
• Persyaratan pentanahan ditinjau. Sebuah probe
ground, misalnya, akan mengalami masalah loop arde
jika digunakan dengan banyak instrumen penerima.
• Ketahanan kimiawi dari selubung atau T / C ditinjau
terhadap syarat penerapannya.
• Kedalaman pencelupan yang benar ditentukan.
• Resistensi getaran termokopel ditinjau.
• Perlindungan diberikan jika lingkungan abrasif terjadi
• Kabel elemen termokopel harus diisolasi dengan baik
satu sama lain dan lingkungan.
• Ketika kabel ekstensi digunakan, koneksi di mana
kabel ekstensi dipasangkan dengan kabel termokopel
harus jauh dari sumber panas sejauh yang diizinkan.
• Lingkungan di sekitar T / C harus dijaga sebersih
mungkin. Minyak sulfur dan fosfor merusak sebagian
besar termokopel.
• Pekerjaan dingin - misalnya, menarik kawat
termokopel secara kasar melalui konduit harus
dihindari karena mengubah kalibrasi termokopel.
• Pemeriksaan kalibrasi berkala T / C dapat dilakukan di
tempat (mis., Termokopel dipasang) dengan kalibrator
portabel. Pemeriksaan kalibrasi itu penting, karena
126
kalibrasi termokopel akan berubah seiring
bertambahnya usia. Periode untuk pemeriksaan adalah
secara tahunan atau setengah tahunan.
Gambar 51: Toleransi Kabel
Mendiagnosis kesalahan termokopel dilakukan melalui
beberapa teknik. Berikut yang harus dilakukan pengecekan
pada termokopel :
• Pemeriksaan resistansi dapat mengidentifikasi
masalah. Hambatan rendah biasanya berarti T / C
dalam keadaan baik, resistansi tinggi bisa berarti T / C
terbuka atau sambungannya longgar.
127
• Polaritas koneksi sangat penting. Sambungan positif
kabel ekstensi harus dihubungkan ke koneksi positif
dari sensor. Kesalahan suhu yang besar hingga 100 ° C
pada termokopel Tipe K, dapat terjadi jika polaritasnya
terbalik. Karena koneksi positif Tipe K adalah magnet,
dan koneksi negatif adalah nonmagnetik, polaritas
dapat diperiksa dengan magnet kecil.
• Secara visual memeriksa sambungan panas, kabel
ekstensi, dan konektor bisa menjadi titik masalah.
• Kalibrator portabel dapat memverifikasi integritas
sinyal.
3.7. Termometri Resistansi
Konsep bahwa ketahanan logam bervariasi karena
perubahan suhu logam adalah dasar termometri resistansi.
Termometri resistansi telah membuat kemajuan selama 100
tahun terakhir titik di mana bahan yang tersedia secara
komersial ditemukan memberikan konsistensi dan respons
akurat terhadap perubahan suhu. Termometer resistansi adalah
sensor utama suhu dalam aplikasi industri saat reproduktifitas,
akurasi, dan stabilitas sangat penting. Dua
bentuk termometer resistansi adalah sebagai berikut:
• Resistance Temperature Detector (RTD)
128
• Termistor
3.7.1 Resistance Temperature Detector
Detektor suhu resistansi adalah sensor yang perubahan
resistansi listriknya merupakan fungsi Perubahan suhu.
Material tertentu telah diidentifikasi yang memberikan
hubungan yang dapat diprediksi dan stabil antara resistansi dan
suhu. Hanya sedikit logam — seperti platina, tembaga,
atau nikel — memiliki sifat yang diperlukan untuk membuat
RTD. Platinum sangat cocok untuk konstruksi RTD. Faktanya,
detektor suhu resistansi platina (PRTD) digunakan sebagai
standar internasional untuk pengukuran suhu antara tripel
hidrogen pada 13,8 Kelvin dan titik beku antimon pada 730,75
° Celcius. Suhu ketahanan platinum detektor (PRTD) adalah
RTD yang paling stabil dan dapat diulang. Oleh karena itu,
PRTD adalah RTD yang paling umum digunakan. Versi
industri PRTD menambahkan kekasaran pada RTD
membuatnya cocok untuk aplikasi industri. Menurut SAES-J-
400, Bagian 4.4, “Ketika kinerjanya lebih baik dari T / C
[termokopel] dapat dibenarkan, suhu resistansi detektor (RTD)
harus digunakan. " RTD mengalami frekuensi tinggi
penggunaan dalam aplikasi di Saudi Aramco aplikasi.
129
3.7.2 Termistor
Termistor adalah sensor suhu yang terbuat dari bahan
semikonduktor yang memberikan pengaruh luar biasa terhadap
perubahan resistensi yang tinggi untuk sedikit perubahan suhu.
Tidak seperti RTD, resistansi thermistor menurun sebagai
respons terhadap kenaikan suhu. Respon nonlinear yang
sangat tinggi dalam resistensi terhadap perubahan suhu yang
kecil berarti bahwa termistor telah sangat koefisien tahan suhu
tinggi. Karena koefisien tahan suhu sangat tinggi, termistor
berguna untuk bentang sempit. Di Saudi Aramco, termistor
digunakan di sirkuit pelindung motor industri yang
menentukan batas suhu atau kondisi beban berlebih di belitan
motor. Kebanyakan termistor berbentuk cakram, meskipun
beberapa terlihat seperti resistor standar.
Meskipun termistor berukuran kecil, memiliki sensitivitas
tinggi dan respons cepat, namun tidak luas diterapkan dalam
pengukuran proses karena beberapa alasan. Karakteristik
nonlinier termistor membuatnya tidak praktis untuk digunakan
pada kisaran suhu yang luas; thermistor jangkauan operasi
harus sempit. Termistor juga memiliki batasan pada
interchangeability, akurasi, kalibrasi, dan stabilitas yang tidak
praktis digunakan dalam aplikasi kontrol proses karena sensor
RTD dan termokopel yang lebih cocok tersedia. Untuk alasan
130
itu, sisa dari bagian ini akan fokus pada RTD sebagai
termometer resistansi yang disukai untuk digunakan dalam
pengukuran proses. Termistor (resistor sensitif termal) adalah
elemen semikonduktor yang menunjukkan resistansi berubah
dengan suhu. Mereka mirip dengan RTD lilitan kawat, kecuali
RTD memiliki koefisien suhu positif dan kurva respons yang
cukup linier sementara termistor memiliki koefisien suhu
negatif yang besar dan kurva hampir eksponensial. Kenaikan
suhu akan menyebabkan resistansi thermistor menurun.
R = RoeB (T-1 - To-1 )
Ro = nilai R pada suhu referensi, To ° K
R = resistansi pada suhu lain, T1 ° K
B adalah perkiraan konstanta selama rentang suhu sedang dan
bergantung pada komposisi dan proses pembuatan.
∝=∆𝑅𝑅∆𝑇𝑇 = −𝐵𝐵𝑇𝑇0−2
Termistor biasanya terbuat dari oksida nikel dan mangan
dengan tambahan oksida logam lainnya untuk mengubah
sensitivitas dan resistivitas.
131
Dalam kebanyakan kasus, resistansi termistor berubah
beberapa kali lipat lebih dari cukup kisaran suhu yang sempit.
Sensitivitas 4% - 5% / deg. adalah umum.
Biasanya, termistor menawarkan resistansi dari 0,5 W hingga 8
W. Bentuk standar termasuk bead, disc, atau rod, meskipun
dapat dibuat menjadi bentuk lain untuk aplikasi khusus.
Gambar 52 menunjukkan perbandingan karakteristik suhu
resistansi terhadap perangkat termometri resistansi.
Gambar 52: Karakteristik Suhu Resistansi
132
3.8. Resistance Temperature Detector (RTD)
Detektor suhu resistansi, seperti yang disebutkan sebelumnya,
menggunakan logam mulia atau paduan tertentu yang
meningkatkan resistansi sebagai respons terhadap kenaikan
suhu. RTD dijelaskan di pembahasan berikut ditinjau dari segi
prinsip, desain, performa, instalasi, dan aplikasi.
3.8.1 Prinsip
Prinsip RTD dijelaskan dalam hal:
• Hubungan resistansi suhu
• Koefisien suhu resistansi
Hubungan resistansi suhu – RTD berguna dalam
pengukuran proses, hubungannya dengan perubahan suhu
berguna dan dapat diprediksi. Resistansi RTD harus cukup
tinggi agar tahanan bisa diukur. RTD juga harus menunjukkan
perubahan resistensi terhadap perubahan suhu. Bahannya
harus tersedia secara komersial bahwa RTD tersedia secara
seragam. Beberapa logam umum yang tersedia untuk RTD;
logam tersebut adalah nikel, tembaga, dan platina. Hubungan
ketahanan mereka terhadap suhu perubahan ditunjukkan pada
Gambar 52. Logam yang kurang umum digunakan dalam
konstruksi RTD; logam-logam itu adalah paduan besi-nikel,
tungsten, dan iridium.
133
Koefisien suhu resistansi - Koefisien suhu resistansi (α)
mewakili perubahan resistansi terhadap suhu pada kisaran suhu
tertentu. Kisaran suhu dari titik es sampai titik didih air.
Koefisien suhu resistensi dinyatakan sebagai persen per derajat
suhu. Meski berbeda standar organisasi, telah mengadopsi
koefisien suhu yang berbeda sebagai standar mereka, standar
yang diterima industri adalah DIN (Deutsche Industrie
Normung) standar platina 100 ohm di 0 ° C dengan koefisien
suhu 0,00385 ohm per ohm-derajat Celcius, ∝= ∆𝑅𝑅𝑅𝑅∆𝑇𝑇
. Koefisien
untuk platina 100 diturunkan sebagai berikut
• Resistensi pada titik didih, 100 ° C = 138,50 ohm
• Resistensi pada titik es, 0 ° C = 100,0 ohm
• Koefisien = (138,50 -100,00 ohm) / 100 ° C / 100
ohm = 0,00385
Perhatikan bahwa koefisien suhu adalah nilai rata-rata pada
kisaran suhu 0 ° C hingga 100 ° C. Koefisien suhu tidak
dimaksudkan untuk menyiratkan bahwa RTD sepenuhnya
linier pada rentang keseluruhan.
Perlu juga dicatat bahwa beberapa instrumen pengukuran
bergantung pada koefisien spesifik agar dapat menunjukkan
suhu dengan benar. Sejak diperkenalkannya
134
elektronik solid state, persyaratan bahwa instrumen dan RTD
memiliki koefisien suhu yang sama tidak sepenting dulu;
namun, saat memesan atau mengganti RTD, koefisien suhu
yang sama harus digunakan untuk penggantian atau untuk
aplikasi baru sehingga kalibrasi ulang pemancar atau instrumen
penunjuk dalam waktu lama tidak diperlukan.
3.8.2 Design
Desain RTD dijelaskan dalam istilah
• Deskripsi rakitan RTD
• Parameter desain
• Gaya elemen
Deskripsi rakitan RTD - RTD adalah deskripsi umum untuk
perangkat yang mengukur suhu sebagai akibat dari perubahan
resistansi. RTD hadir dalam beberapa bentuk, tetapi paling
sering muncul dalam selungkup berselubung dan disebut
sebagai probe RTD. Probe itu sendiri adalah rakitan itu terdiri
dari elemen, selubung, kabel timah, dan terminasi.
• Elemen - Elemen adalah unit penginderaan suhu yang
aktual. Element tersebut sering disebut probe. Elemen
tersebut dapat dibangun sebagai lilitan kawat atau unit
film tipis.
135
• Selubung - Selubung mewakili selubung pelindung,
paling sering terbuat dari tabung besi tahan karat.
Selubung melindungi elemen dari kelembaban,
pengoperasian lingkungan, dan getaran. Selubung juga
melindungi dan menstabilkan kabel timah untuk
transisi kawat elemen.
• Kabel timah - Kabel timah tersedia dalam empat
konfigurasi. Petunjuk pemilihan konfigurasi kabel
harus kompatibel dengan instrumen penerima.
• Terminasi - Kabel timah probe dapat diterminasi di
salah satu konektor kepala, konektor "pelepasan
cepat", blok terminal, atau dapat dihubungkan ke kabel
ekstensi.
Parameter desain yang memengaruhi pemilihan RTD adalah
sebagai berikut:
• Material elemen - Kemurnian material elemen
mempengaruhi karakteristik kinerjanya. Oleh karena
itu, platina cenderung menjadi yang paling sering
digunakan karena kemurniannya membantu
memberikan linearitas yang sangat baik.
136
• Resistensi nominal - Resistensi nominal menentukan
nilai resistansi pada suhu tertentu. Kebanyakan standar
menggunakan 0 ° C sebagai acuannya.
• Rentang suhu - Rentang suhu menentukan kisaran
operasi untuk RTD. Kisarannya dapat bervariasi jika
RTD memiliki elemen film tipis atau gulungan kawat.
• Akurasi - Dua kelas akurasi, Kelas A dan Kelas B,
ditentukan oleh IEC 751 untuk detektor suhu
resistansi platina. Standar Kelas A lebih ketat daripada
Kelas B. Sensor yang tersedia secara komersial
umumnya memiliki akurasi yang sesuai Standar Kelas
B.
• Waktu respons - Karena RTD lebih masif daripada
termokopel, RTD waktu respons biasanya lebih
lambat daripada T / C. Vendor menentukan 50% atau
90% tanggapan. Kadang-kadang waktu tetap — waktu
untuk mengukur proses 63% perubahan langkah —
ditentukan. Respons 90% lebih dari dua kali konstanta
waktu. Waktu respons juga dipengaruhi media, seperti
air yang mengalir atau udara yang bergerak. Untuk
Misalnya, RTD yang mengalami respons 90% dalam
0,7 detik pada aliran air, mengalami respon 90% yang
sama dalam 50,0 detik di udara yang bergerak. Waktu
137
konstanta mendekati puluhan detik ketika RTD
dipasang di thermowell.
• Pemanasan sendiri - Pengukuran suhu mengharuskan
arus searah dilewatkan melalui elemen resistansi. Arus
menghasilkan panas sehingga meningkatkan resistansi.
Elektronik konvensional menggunakan arus kurang
dari 1 mA, jadi aplikasi tersebut, efek pemanasan
sendiri dengan RTD platinum 100 ohm standar
diabaikan. Pemancar elektronik konvensional,
misalnya, tersedia itu dapat memperbaiki kesalahan ini.
Gaya elemen - Elemen RTD adalah salah satu dari dua gaya
— gulungan kawat (bifilar) atau film tipis (Gambar 53).
• Lilitan kawat - Kawat platinum dililitkan di sekitar inti
keramik atau kaca, dan kemudian disegel di dalam
kapsul gelas atau keramik. Kawat platinum
memberikan hasil pengukuran yang paling presisi.
Akibatnya, elemen kawat platina lebih banyak
digunakan di RTD daripada elemen kawat tembaga
dan nikel. Elemen tersebut dikemas ke dalam sarung
dengan bubuk keramik, yang menghilangkan
konduktansi termal rendah. Kabel timah adalah
paduan nikel atau nikel, cocok untuk kisaran suhu yang
138
diinginkan. Kabel timah diisolasi satu sama lain dan
dilapisi oleh isolator keramik.
• Film tipis - Platinum disimpan sebagai film pada
substrat dan kemudian dienkapsulasi. RTD film tipis
memiliki resistor yang dipangkas ke nilai resistansi
yang diinginkan oleh peralatan produksi otomatis.
Elemen film tipis telah memanfaatkan RTD bahan
dasar tembaga nikel yang hamper using.
Gambar 53: Elemen RTD
139
Elemen platinum cenderung menjadi RTD yang paling sering
digunakan. RTD nikel dan tembaga cenderung demikian
digunakan atas dasar pengecualian, atau bila instalasi yang
sudah ada memerlukannya sebagai penggantinya. RTD tersedia
dalam berbagai bentuk agar sesuai dengan aplikasi yang
berbeda, seperti permukaan pengukuran; Namun, RTD yang
digunakan dalam proses pengukuran paling sering adalah
probe dengan “tipe pensil” yang dipasang di thermowell.
Probe RTD, ketika dipasang di thermowell, serupa T / C
dipasang di thermowell serupa.
3.8.3 Kinerja
Kinerja RTD dijelaskan dalam istilah
• Keunggulan kinerja
• Kerugian kinerja
Keunggulan kinerja meliputi:
• Akurasi yang diharapkan lebih tinggi dari T / C,
terbesar dalam rentang terluas. Akurasi yang sudah
terpasang umumnya ± 0,5 ° C (± 0,9 ° F).
• Pengulangan menggunakan RTD platinum adalah
dalam seperseratus derajat.
• Kompensasi, seperti halnya T / C, tidak diperlukan.
140
• Reproduksibilitas tidak dipengaruhi oleh perubahan
suhu.
• Bentang yang relatif sempit, 5,6 ° C (10 ° F), dapat
diukur.
• Ukuran yang relatif kecil memudahkan pemasangan.
• Mengukur suhu kriogenik yang lebih rendah lebih baik
daripada T / C.
• Nilai jembatan tegangan output yang lebih tinggi dapat
membuat perekaman, pemantauan, dan pengendalian
suhu lebih sederhana.
Kerugian kinerja meliputi:
• Kurang tangguh dibandingkan T / C saat suhu dan
getaran tinggi ditemui. Getaran yang berlebih
merupakan faktor untuk elemen lilitan kawat daripada
elemen film tipis.
• Kesalahan pemanasan sendiri bisa menjadi masalah
kecuali level arus rendah digunakan atau perangkat
penerima elektronik mengkompensasi pemanasan
sendiri.
• Dibatasi pada batas suhu tinggi sekitar 870 ° C (1600 °
F).
141
3.8.4 Koreksi
Ketika RTD dihubungkan ke instrumen pengukuran, itu
menjadi kaki jembatan rangkaian resistensi. Kabel timah dari
RTD menambah resistansi ke rangkaian pengukuran. Untuk
memiliki sebuah pengukuran suhu yang akurat, efek kabel
timah harus dibatalkan.
Perangkat elektronik konvensional, seperti transmitter suhu,
menyediakan sumber arus konstan dan kaki yang setara dari
rangkaian jembatan resistansi. Ulasan singkat tentang
jembatan tradisional sirkuit membantu dalam memahami
berbagai konfigurasi lead probe RTD. Perhatikan bahwa kabel
probe RTD tersedia dalam konfigurasi 2, 3, dan 4 kabel,
dengan 3 kabel adalah konfigurasi yang paling umum.
Pada rangkaian jembatan yang ditunjukkan pada Gambar 54,
resistansi kabel-timah dari dua kabel timah telah ditambahkan
ke sirkuit. Dari pemeriksaan, dapat diamati bahwa resistansi
total sama dengan Resistensi elemen RTD ditambah resistansi
kabel timah. Jika kabel timah, misalnya, adalah kabel # 16gauge
tembaga yang panjangnya 76 meter, mereka akan menambah 2
ohm ke sirkuit. Pada 100 ° C, kabel timah dapat menambahkan
kesalahan pengukuran 5%.
142
Gambar 54: Rangkaian Jembatan Tradisional
Dengan menggunakan rangkaian jembatan 3 atau 4 kawat, kita
dapat mengamati bahwa kabel utama berada di lengan yang
143
berlawanan dari jembatan. Resistensi yang diberikan oleh dua
kabel utama pertama dibatalkan dalam pengaturan ini. Kabel
timah ketiga adalah seri dengan tegangan input dan tidak dapat
membuat jembatan tidak seimbang. Jembatan kabel 4-kabel
(tidak ditampilkan) dapat memberikan akurasi yang lebih besar.
Dalam elektronik konvensional, koreksi untuk tahanan kabel
timah terjadi dalam pendekatan yang ditunjukkan pada
Gambar 55 (a). Sumber arus konstan (CCS) menyediakan arus
melalui Relement + Rlead wire 3 + Rlead wire 1 . Sirkuit pendeteksi
tegangan membaca tegangan pada BC yang sebanding dengan
Relement +Rlead wire 1 dan tegangan pada AC yang sebanding
dengan Relement + Rlead wire 1 + Rlead wire 3. Perbedaan tegangan (VAC
- VBC) sebanding dengan Rlead wire 1. Untuk mendapatkan suatu
pengukuran sebanding dengan Relement saja, efek kabel timah
dibatalkan dengan menggunakan VBC - VAC + VBC.
Cara yang lebih sederhana untuk melihat ini (Gambar 52 (b))
adalah dengan mengasumsikan lagi bahwa Rlead wire 1 = Rlead wire
2 = Rlead wire 3. Jika seseorang mengukur resistansi melalui kabel
lead 1 dan 2, resistansi total akan diukur sebagai Relement + Rlead
wire 1 + Rlead wire 2. Jika resistansi diukur melalui kabel lead 2 dan
3, resistansi diukur sebagai Rlead wire 3 + Rlead wire 2. Karena semua
resistansi kabel lead diasumsikan sama, kurangi resistansi kabel
144
utama (Rlead wire 3 + Rlead wire 2) dari resistansi total (Relement + Rlead
wire 1 + Rlead wire 2) hanya menyisakan resistansi RTD, Relement.
Dalam konfigurasi 4 kabel (Gambar 55 (c)), sumber arus
konstan dilewatkan melalui bagian luar kabel lead 1 dan 4.
Karena penurunan tegangan diukur pada kabel lead 2 dan 3
(yaitu, tidak ada arus mengalir melalui kabel timah 2 dan 3),
semua yang diukur adalah resistansi elemen, Relement.
Gambar 55: Koreksi Konvensional Resistansi Kabel Timah
145
3.8.5 Instalansi
Pertimbangan pemasangan RTD dijelaskan dalam istilah
• Konfigurasi kabel timah
• Tindakan pencegahan pemasangan
• Pendekatan instalasi umum
Konfigurasi kabel timah probe ditunjukkan pada Gambar 56.
RTD umumnya digunakan dalam bentuk berselubung dengan
konfigurasi kabel 2-, 3-, atau 4 kabel. Kabel timah memberikan
resistansi tambahan antara elemen RTD dan instrumen
pengukuran. Resistensi harus dikompensasikan karena, jika
tidak, pengukuran yang akurat tidak akan terjadi. Untungnya,
instrumentasi konvensional menyediakan elektronik yang
diperlukan yang melakukan kompensasi. Konfigurasi probe
lead akan membantu insinyur dalam evaluasi dan pemilihan
RTD.
• Konfigurasi dua kabel timah menyediakan koneksi ke
kedua ujung elemen (sensor) RTD. Penggunaan
konfigurasi 2-kabel timah mengasumsikan bahwa
resistansi kawat timah adalah konstan dan efek suhu
lingkungan dapat diabaikan. Ketika RTD 2 kabel
digunakan, kesalahan signifikan (> ± 0,1 ° C) dapat
146
terjadi jika kabelnya panjangnya lebih dari 0,3 meter (1
kaki).
• Konfigurasi tiga kabel timah adalah yang paling umum
digunakan dan dianggap sebagai konfigurasi standar. Dua
kabel menyediakan koneksi ke kedua ujung elemen RTD.
Kabel ketiga dirancang untuk dihubungkan ke instrumen
pengukuran yang dapat menerima kabel ketiga.
Instrumen penerima kemudian mengkompensasi
resistansi kawat dan perubahan resistansi kawat timah
yang disebabkan oleh perubahan suhu
• Konfigurasi kabel empat kawat memberikan presisi
tertinggi. Misalnya, akurasi dari konfigurasi 4-kabel yang
mencapai 0,03 ° C akan memiliki akurasi sebesar ± 0,1 °
C sebagai konfigurasi 3-kabel. Dalam konfigurasi 4 kabel,
ada dua kabel utama terhubung ke setiap ujung elemen
RTD. Konfigurasi tersebut hanya mengukur resistensi
elemen. Konfigurasi empat kabel memiliki keunggulan
dibandingkan 3-kabel saat kabel timbal yang berbeda
digunakan, yang merupakan kejadian langka. Nullbalance
dikonfigurasi Jembatan Wheatstone dirancang untuk
meminimalkan kesalahan terkait dengan arus yang
mengalir di sirkuit pengukur. Menggunakan 4 kabel
jembatan nullbalance dan switch triple pole double
throw, resistansi pengukuran RTD adalah nilai rata-rata
147
dari resistor balancing yang diperoleh di keduanya posisi
switching. (Lihat Liptak Halaman 473.)
• Konfigurasi loop resistansi timah mirip dengan
konfigurasi 3-kabel kecuali ketika loop terpisah
ditambahkan. Sepasang kabel terpisah mengkompensasi
resitansi timah dan efek suhu lingkungan pada resistensi
timah. Konfigurasi ini jarang digunakan.
Gambar 56: Konfigurasi Probe Kabel Timah
Tindakan pencegahan pemasangan dijelaskan dalam SADP-
J-400, Bagian 3.2 dengan cara berikut: "Ketidakakuratan dapat
terjadi akibat hal berikut:
148
• Respon Dinamis Lambat - Elemen penginderaan RTD terdiri
dari potongan kawat enkapsulasi dengan panjang yang
memberikan resistansi yang telah ditentukan pada 0 ° C.
Bagian probe yang peka terhadap suhu, yang bergantung pada
panjang elemen penginderaan, dari 0,5 hingga 2,5 inci.
Dengan demikian, RTD dianggap sebagai perangkat area
sensitive dan memiliki respons dinamis yang jauh lebih
lambat daripada perangkat titik peka (seperti T/C).
Obat: Masalah ini tidak terlalu penting. RTD selalu dipasang
di thermowells. Karena thermowell ini merupakan kontribusi
besar terhadap perlambatan respon dinamis, perbedaan kecil
antara RTD dan sensor lainnya tidak signifikan. TCRTD +
TCthermowell ~ TCthermowell.
• Efek Pemanasan Sendiri - RTD adalah elemen resistansi
pasif, dan arus harus diterapkan padanya untuk
mengembangkan sinyal keluaran. Arus ini menghasilkan
panas, yang menjadi tidak menyenangkan jika sudah cukup
untuk mengubah suhu yang akan diukur.
Solusi: Gunakan hanya jumlah daya yang terbatas untuk
menghasilkan sinyal keluaran; namun, efek pemanasan
sendiri sulit untuk ditentukan secara kuantitatif, karena
pemanasan tergantung pada konfigurasi elemen RTD, dan
lingkungannya (misalnya, kecepatan fluida melewati elemen).
149
• Kurangnya Standardisasi di antara pabrikan tentang
hubungan antara resistansi dan suhu dapat menyebabkan
masalah akurasi saat RTD dari beberapa pabrikan digunakan
dalam satu sistem, atau bila elemen satu pabrikan diganti
dengan elemen pabrikan lain.
Cara mengatasi: Jangan mencampur RTD dengan kurva
perbedaan suhu vs. resistansi.
• Kawat Timah Tembaga untuk sambungan RTD ke
transduser, meskipun trade-off yang memuaskan antara biaya
dan resistensi, mewakili resistensi secara seri dengan RTD
dan dengan demikian merupakan sumber ketidakakuratan.
Untuk jarak transmisi yang jauh, efek suhu lingkungan dapat
menyebabkan kesalahan yang cukup besar.
Solusi: Kompensasi kabel timah dan efek koneksi dengan
merancang RTD ebagai perangkat 3 atau 4 terminal. ”
Tindakan pencegahan lainnya, diatasi dengan praktik pemasangan
yang masuk akal, termasuk yang berikut ini:
• Konstruksi rapuh - RTD dianggap lebih rapuh daripada
termokopel. Penanganan yang tepat diperlukan untuk
melindungi perangkat.
• Pirau termal - Pirau termal mengacu pada pengukuran suhu
yang berubah dengan penambahan instrumen pengukuran.
Instrumentasi dengan mpedansi tinggi adalah solusinya.
150
• EMF Termal - Sambungan kabel platinum-ke-tembaga
menyebabkan offset tegangan termal terjadi selama
pengukuran.
Pendekatan instalasi umum ditunjukkan pada Gambar 57.
RTD dapat langsung dihubungkan ke perangkat penerima, atau
terhubung ke pemancar 2-kabel atau 4-kabel.
• Pengkabelan langsung - RTD tidak memerlukan kabel
ekstensi khusus seperti T / C, tetapi konfigurasi k 3 atau 4
kabel yang dijelaskan sebelumnya harus digunakan.
Direkomendasikan menggunakan kabel yang terlindung/
Panjang kabel yang tidak seimbang dapat menyebabkan
kesalahan pengukuran. Terlalu panjangnya bisa mahal untuk
dipasang dan dirawat.
• Transmitter dua kabel - Jika panjang dari sensor ke perangkat
penerima melebihi 30 meter (100 kaki), pemancar 2 kabel
lebih disukai. Biaya pemasangan kabel lebih sedikit.
Persyaratan daya rendah (10 hingga 50 Vdc biasanya tersedia
» Catu daya 24 Vdc tergantung pada beban loop). Pemancar
2 kabel memiliki kekebalan kebisingan yang baik.
• Transmitter empat kabel - Dua kabel transmitter untuk daya,
dua sisanya kabel untuk sinyal. Umumnya digunakan ketika
output 0 hingga 5 volt diperlukan, transmitter 4-kabel tidak
banyak digunakan seperti transmitter 2-kabel.
151
Gambar 57: Pendekatan Instalasi RTD Umum
3.8.6 Aplikasi
RTD menjadi sensor pilihan dalam industri di aplikasi suhu yang
sedang. Jika getaran diantisipasi, RTD elemen film tipis atau
termokopel adalah alternatif karena memberikan lebih banyak
ketahanan terhadap getaran daripada elemen RTD dengan lilitan
kawat.
Contoh aplikasi ditunjukkan pada Gambar 58. Dalam contoh
tersebut, RTD sebagai pengukuran suhu media panas ke stabilizer
reboiler.
152
Gambar 58: Aplikasi RTD
3.8.7 Perbandingan Kinerja Termocouple dan RTD
Dari semua sensor yang dijelaskan di bagian ini — termokopel (T
/ C), suhu resistansi detektor (RTD), termometer batang kaca,
sistem terisi, termometer bimetalik— termokopel dan detektor
suhu resistansi sering digunakan dari semua sensor lainnya.
Alasan popularitas mereka termasuk kisaran suhu yang luas dan
variasi aplikasi yang didukung sensor, serta stabilitas dan
keandalan sensor. Meski kedua sensor terus digunakan secara
luas, tren industri lebih memilih RTD daripada T / C. RTD
memiliki akurasi yang lebih baik dan mendukung pemasangan
yang lebih mudah (yaitu, kompensasi dan kabel ekstensi tidak
dibutuhkan). Akurasi RTD melengkapi peningkatan akurasi yang
diperoleh perangkat pengukuran berbasis mikroprosesor. Bukan
berarti T / C tidak akan digunakan lagi. Misalnya, T / C terus
153
menjadi populer untuk aplikasi pengukuran suhu tinggi. Gambar
59 menunjukkan perbandingan kinerja termokopel dan RTD.
Gambar 59: Perbandingan Kinerja T/C dan RTD
Perbandingan kinerja berikut tidak menyiratkan bahwa pemilihan
harus didasarkan pada kinerja sendiri. Pertimbangan biaya untuk
T / C mungkin lebih rendah untuk sensor, tetapi sebanding
154
dengan RTD setelah biaya pemasangan kabel ekstensi
diperhitungkan. Mungkin juga satu situs dapat distandarisasi pada
Persyaratan / Persyaratan sementara situs lain lebih memilih
RTD. Pemilihan tergantung pada aplikasi, akurasi yang
diinginkan, kompatibilitas bahan, karakteristik perpindahan
panas, ketahanan kontaminan, dan getaran.
155
BAB 4 – PEMILIHAN THERMOWELL
Dalam banyak kesempatan dalam industri pengolahan,
tidak mungkin atau tidak diinginkan untuk memasukkan suhu
sensor — yaitu, termokopel, RTD, termometer bimetalik,
termometer batang kaca, atau system bulb terisi— langsung ke
bahan proses. Selungkup pelindung, yang disebut
"thermowell" atau "well," harus digunakan untuk melindungi
sensor dari proses tersebut. Selain melindungi sensor,
thermowell memungkinkan pelepasan sensor suhu selama
operasi pemrosesan. Diskusi berikut menjelaskan
pertimbangan thermowell dalam beberapa hal:
• Prinsip
• Perancangan
• Kinerja
• Instalasi
• Aplikasi
• Jenis thermowell
• Komposisi bahan dan rentang aplikasi
• Pertimbangan getaran: perhitungan frekuensi wake
• Konduktivitas termal batas dan persimpangan
156
• Kecepatan pertimbangan respon
• Panjang penyisipan minimum dan maksimum
• Panjang penyisipan yang disarankan
4.1. Prinsip
Sebuah thermowell membantu melindungi sensor suhu
dari tekanan fluida proses, korosif atau efek erosif, atau
kerusakan mekanis dari dampak fluida yang mengalir. Sebuah
thermowell dibangun sebagai penutup yang kokoh, metalik,
dan berbentuk tabung. Beberapa pengguna industri telah
dikenal untuk membuat thermowell mereka sendiri dengan
stok batang pemesinan untuk permintaan layanan. Untung,
tidak perlu membuat thermowell unik sendiri. Standar industri,
seperti ISA S1.2 dan ISA S19.3, mendefinisikan thermowell
yang memungkinkan pertukaran antara thermometer
bimetallik, termokopel, dan RTD. SAMA: PMC 17-10-1963
mendefinisikan bushing dan sumur. Thermowell yang dibuat
dengan standar ini direkayasa untuk memberikan kombinasi
terbaik kekuatan dan kecepatan respon.
Thermowell sering ditentukan Bersama dengan sensor
suhu dan terkait rakitan sensor agar sesuai dengan thermowell.
Gambar 60 menunjukkan perakitan RTD—terdiri dari kepala
koneksi, ekstensi, dan probe RTD dimasukkan ke dalam
157
thermowell. Probe sensor bergambar adalah salah satu yang
disebut "pegas;" pemuatan pegas menerapkan tekanan yang
tetap untuk menjaga ujung probe terhadap ujung thermowell.
Gambar 60: Sensor suhu di Termowell
4.2. Design
Thermowell relatif sederhana dalam desain. Gambar 61
menunjukkan beberapa spesifikasi yang relevan pada
thermowell:
• Ekstensi lagging - Thermowell dapat dibeli dengan
perpanjangan lagging sebagai optional. Ekstensi
lagging memberikan panjang tambahan ke thermowell
sehingga perpindahan panas ke koneksi atau indikator
suhu diminimalkan. Ekstensi lagging juga diperlukan
untuk instalasi dengan lapisan insulasi yang tebal.
158
• Panjang batang atau elemen “A” – Panjang elemen
sensor atau batang direpresentasikan sebagai dimensi
"A". Panjangnya konsisten dengan panjang standar
industri untuk sensor, seperti termometer, dan
memungkinkan pertukaran antar sensor. Panjangnya,
juga disebut sebagai "kedalaman lubang", biasanya 2.5,
4, 6, 9, 12, 15, 18, dan 24 inci.
• Panjang penyisipan "U" - Panjang penyisipan dari
ujung thermowell ke bagian bawah dari thread.
Idealnya, akurasi terbaik dicapai jika panjangnya
Panjang cukup untuk memungkinkan seluruh bagian
sensor yang sensitif terhadap suhu masuk ke dalam
bahan proses. Panjang penyisipan juga harus
memperhitungkan panjang ekstra ("Dead length")
diperlukan saat thermowell melewati media
nonprocess seperti dinding dan alat kelengkapan pipa.
• Ukuran lubang - Sebuah thermowell dengan ukuran
lubang standar memungkinkan fleksibilitas dalam
pabrik karena thermowell dapat menampung
termokopel, RTD, atau termometer. Ukuran lubang
umum seperti diameter 0,260 inci (6,6 mm) untuk
termometer bimetalik dan termokopel pengukur # 20,
159
sedangkan diameter 0,385 (9,8 mm) untuk termokopel
pengukur # 14.
Gambar 61: Tampilan Termowell Standard
4.3. Kinerja
Meskipun thermowell menambah biaya untuk instalasi
dan memperlambat kecepatan respon sensor, thermowell
sangat penting untuk memastikan bahwa bahan proses tidak
merusak elemen sensor. Faktor thermowell yang
meningkatkan akurasi dan kecepatan respon adalah faktor-
faktor itu mengurangi kekuatan konstruksi thermowell.
Misalnya, tujuan umum, betis lurus, thermowell standar
digunakan dalam aplikasi industri di mana thermowell yang
160
lebih kokoh dan meruncing tidak dibutuhkan. Thermowell
standar memungkinkan sensor memiliki kecepatan respons
yang lebih cepat daripada thermowell yang lebih kokoh dan
meruncing.
Kecepatan respons dapat ditingkatkan melalui metode
pemasangan elemen sensor di thermowell. Misalnya, rakitan
pegas membuat pengukuran persimpangan termokopel
("Panas") bersandar pada ujung thermowell, yang
meningkatkan kecepatan respon. Rakitan pegas tersedia untuk
RTD.
Perhitungan ukuran thermowell tersedia yang dapat
membantu seorang insinyur memilih thermowell untuk
memberikan kekuatan yang dapat diterima dalam kondisi
proses tertentu. Insinyur juga harus memperhitungkan efek
getaran yang mungkin ditemui thermowell, yang lebih
berbahaya dan kurang familiar bagi pengguna daripada
kalkulasi kekuatan thermowell. Efek getaran dijelaskan
selanjutnya disini.
4.4. Instalasi
Pertimbangan pemasangan dijelaskan dalam istilah
• Instalasi SADP-J-400, Bagian 4.1
• Instalasi SAES-J-400, Bagian 5
161
• Opsi instalasi
• Kedalaman pencelupan
• Contoh instalasi
SADP-J-400, Bagian 4.1, instalasi
SADP-J-400, Bagian 4.1, menyatakan hal-hal berikut tentang
praktik instalasi: “Ruang udara antara elemen penginderaan
dan sumur pelindungnya menyebabkan keterlambatan dalam
respons elemen. Jarak antara sumur dan tabung pelindung, dan
tabung pelindung dan elemen harus sekecil mungkin.
(Membumikan ujung T / C ke sumur untuk mendapatkan
panas yang baik kontak juga membantu mempercepat
respons).
Kedalaman pencelupan yang tidak mencukupi dari thermowell
(atau T / C terbuka) menyebabkan ketidakakuratan (bacaan
rendah) dan kelambatan respons. Kedalaman pencelupan
biasanya empat kali lipat dari luar
diameter tabung pelindung atau sumur. Sumur dengan
konduktivitas termal yang tinggi umumnya harus direndam
lebih dalam (biasanya 10 kali diameter tabung luar), dengan
isolasi yang tepat pada kepala perakitan. "
162
SAES-J-400, Bagian 5, instalasi
SAES-J-400, Bagian 5, menyatakan sebagai berikut:
“Thermowell tidak boleh ditempatkan dalam garis bagian hilir
saringan hisap pompa, kompresor, atau turbin. "
Opsi penginstalan
Opsi penginstalan tersedia untuk memastikan kompatibilitas
antara elemen sensor dan thermowell. Misalnya, termokopel
dan rakitan probe RTD ("tipe pensil") memiliki fitting adaptor
yang digunakan untuk mengamankan elemen di thermowell.
Pemasangannya seperti tabung untuk memungkinkan elemen
melewatinya. Ketika elemen ditempatkan di dalam sumur,
maka pemasangan dikencangkan. Jika sumur pecah,
pemasangan menjaga elemen dan mencegah proses cairan
keluar.
Kedalaman perendaman
Kedalaman pencelupan (jangan keliru dengan spesifikasi
"panjang penyisipan" yang dijelaskan sebelumnya) mewakili
panjang thermowell yang sebenarnya terkena material proses.
Kedalaman pencelupan diukur dari ujung thermowell ke titik
dimana thermowell memiliki kontak dengan materi proses.
Kedalaman pencelupan memiliki pengaruh langsung pada
163
akurasi dan kecepatan respon. Kedalaman perendaman yang
terlalu kecil dapat menyebabkan kesalahan karena panas
dilakukan ke atau jauh dari ujung thermowell yang sensitif.
Kedalaman perendaman yang terlalu besar pada aplikasi
kecepatan tinggi benar-benar dapat menyebabkan thermowell
rusak.
Kedalaman perendaman ditentukan setelah meninjau jenis
elemen penginderaan, ruang, koneksi mekanik, dan kekuatan
thermowell yang diinginkan. Kedalaman perendaman juga
tergantung pada sifat transfer panas antara bahan proses dan
thermowell. (Untuk lebih jelasnya, lihat Saudi Aramco
Drawings AB-036559 dan AB-036019.)
Pedoman industri umum untuk kedalaman perendaman adalah
bahwa kedalamannya harus sama dengan 10 kali diameter
selubung pelindung sensor. Misalnya, jika thermowell
berdiameter 0,75 inci, kedalaman perendaman 7,5 inci akan
efektif dan menghindari kesalahan yang disebabkan oleh
gradien suhu. (Perhatikan, bagaimanapun, bahwa pedoman "10
kali" adalah salah satu yang dapat diperdebatkan. Menurut
penelitian Exxon, masalah akan terjadi lebih kompleks.
Menghindari gradien suhu bersama
selubung pelindung harus melakukan lebih banyak hal dengan
geometri instalasi daripada kedalaman perendaman. Lihat
164
artikel oleh W.C. Behrmann, “Kesalahan Termokopel Karena
Konduksi Selubung,” InTech, Aug
1990, hlm 36-39).
Contoh instalasi
Contoh instalasi umum ditunjukkan pada Gambar 62. Contoh-
contoh ditunjukkan:
• Instalasi jalur normal,
• Pemasangan siku,
• Instalasi persimpangan
• Pemasangan miring.
Gamba5 62: Instalasi Termowell
165
Untuk detail instalasi yang lebih spesifik, lihat Saudi
Aramco.Drawings AB-036559 dan AB036019.
4.5. Aplikasi
Menurut SAES-J-400, Bagian 4.2, “Semua elemen
penginderaan suhu harus dilengkapi dengan thermowell.
Pengecualian adalah elemen yang digunakan untuk pengukuran
suhu bantalan, belitan motor, dan tungku. " Aplikasi
thermowell terdaftar di SADP-J-400, Komentar. Komentar
tersebut menyatakan sebagai berikut: “Untuk memungkinkan
pengujian yang memuaskan dari instalasi, pengujian
thermowell harus ditempatkan seperti yang ditunjukkan untuk
peralatan atau layanan berikut.
• INLET HEADERS (GOSP): dalam mengumpulkan
header dari alur untuk menguji perangkap, dan
produksi perangkap di bagian hilir katup ESD
• TRAPS (GOSP): pada perpipaan gas-out, perpipaan
liquid-out, dan perpipaan inlet
• SPHEROIDS: pada perpipaan gas-out, perpipaan
liquid-out, dan perpipaan inlet
• PENUKAR PANAS:
Dalam seri:
166
- PROCESS STREAM: saluran masuk awal, setiap
titik tengah dan saluran keluar akhir
- MEDIUM PEMANASAN: saluran masuk
pertama, setiap titik tengah dan saluran keluar
terakhir
- AIR PENDINGIN: saluran masuk pertama, setiap
titik antara dan saluran keluar yang terakhir Bank
Paralel
- PROCESS STREAM: gabungan inlet ke semua
bank, outlet terakhir masing-masing bank
- HEATING MEDIUM: gabungan inlet ke semua
bank, outlet terakhir masing-masing bank
- AIR PENDINGIN: outlet akhir setiap bank dan
saluran masuk gabungan
Sebagai catatan: Thermowell pada nosel exchanger dapat
diterima saat 1-in. sudah dipasok sebagai standar pada nosel
penukar dan spul perpipaan tambahan sepotong akan
diperlukan untuk menempatkan thermowell di luar exchanger.
• POMPA: dalam pipa pembuangan
• KAPAL: di bagian bawah
• UAP: di header utama setidaknya 50 diameter hulu,
atau 10 diameter hilir orifice
167
• KONDENSAT: di semua pipa saluran keluar
kondensat dari kapal atau penukar
• KOLOM: di bagian bawah, di semua baki bawah, di
ruang uap atas (dalam pipa uap sedekat mungkin
dengan kolom), dalam baki bergantian antara bagian
bawah dan atas dalam pipa saluran masuk refluks,
dalam pipa saluran masuk samping, setiap baki kelima
dalam fraksinasi kolom (tergantung pada lokasi tangga
dan platform).
HP mungkin memiliki lebih sedikit thermowell.
Thermowell diindikasikan pada P&ID epat di atas baki
tertentu harus secara fisik terletak di downcomer dari
baki tepat di atas.
• FURNACES: di setiap outlet dan pipa hisap
• FLOWMETER: hilir
• BAHAN UTAMA DAN PRODUK UNIT
• KOMPRESOR: dalam hisap hulu demister
4.6. Tipe Thermowell
Beberapa tipe termowell yang tersedia, dapat dikategorikan
sebagai berikut:
• Flanged
• Threaded
168
• Tipe Socket Weld
Saat ini sumur berulir (disekrup) adalah jenis yang lebih disukai
untuk digunakan di instalasi Saudi Aramco; spesifikasi thermowell
sedang ditinjau untuk memasukkan penggunaan jenis lain.
Berbagai jenis, thermowell ditunjukkan pada Gambar 60.
(Jenis thermowell lain, disebut thermowell “ground joint”,
memiliki penggunaan dan keuntungan desain yang terbatas. Jenis
ground joint biasanya diganti dengan desain flange standar).
4.6.1 Flanged Thermowell
Thermowell dengan Flanged biasanya digunakan dalam aplikasi
pemrosesan saat spesifikasi perpipaan membutuhkan mereka.
Flanged Thermowell digunakan dalam aplikasi korosif di mana
termowell dengan koneksi sekrup akan terkena serangan korosif.
Flanged Termowell digunakan ketika tekanan melebihi 1000 psi,
dalam layanan hidrogen, dan dalam layanan perpipaan berlapis.
4.6.2 Threaded (Screwed) Thermowell
Thermowell berulir cenderung menjadi thermowell yang paling
sering digunakan dalam aplikasi pemrosesan. Thermowell berulir
mudah dipasang dan dilepas. Thermowell berulir adalah
umumnya digunakan di lingkungan non-korosif.
169
4.6.3 Socket weld Thermowell
Socket weld thermowell digunakan ketika standar boiler dan
bejana tekan memerlukan koneksi pengelasan. Socket weld
thermowell juga digunakan dalam aplikasi tekanan tinggi dan /
atau aliran berkecepatan. Soket weld thermowell juga dapat
muncul dalam aplikasi di mana thermowell dimaksudkan untuk
menjadi permanen.
Gambar 63: Tipe Termowell
170
4.7. Komposisi Material dan Rentang Pengukuran
Thermowell umumnya terdiri dari baja tahan karat Tipe 304
atau Tipe 316. Sumur dengan bahan tersebut dapat digunakan
hingga sekitar 1200 ° F. Sumur Type 304 atau Type 316 SS biasa
ditemukan di aplikasi industri yang paling umum. Beberapa bahan
tipe sumur lainnya adalah baja karbon, kuningan, dan keramik.
Saat memilih thermowell, pastikan untuk mengacu pada bagan
kompatibilitas bahan kimia lihat apakah bahan sumur kompatibel
dengan cairan aplikasi. Sumur kuningan cocok untuk aplikasi
udara dan air.
Sumur keramik dapat digunakan pada suhu di atas 1200 °
F. Sumur keramik rapuh dan membutuhkan instalasi yang hati-
hati. Sumur keramik tidak digunakan dalam aplikasi bertekanan
sangat tinggi. Ketika sebuah proses dimulai, sumur harus
dihangatkan hingga suhu operasi perlahan agar tidak untuk
memecahkan atau mematahkan sumur.
Menurut API RP 551, Bagian 5.2.4, “Untuk layanan umum
yang menggunakan pipa baja karbon yang biasanya digunakan,
bahan kualitas minimum yang biasanya ditentukan adalah tipe 304
atau tipe 316 SS. Thermowell dalam layanan korosif tertentu
(seperti asam encer, klorida, dan asam organik) membutuhkan
bahan yang sesuai untuk media korosif tertentu. Thermowells
yang digunakan dalam alkilasi asam hidroflourat, reformasi
katalitik (layanan hidrogen), hydrocracking, dan unit perengkahan
171
katalitik fluida memerlukan perhatian teknis khusus untuk
pemilihan bahan konstruksi”. Gambar 64 merangkum
karakteristik kompatibilitas logam thermowell.
Gambar 64: Kompatibilitas Logam Thermowell
4.8. Pertimbangan Getaran: Kalkulasi Frekuensi Wake
Ketika sebuah sumur dipasang sejajar, kecepatan fluida dan
teknik pemasangannya harus dipertimbangkan. Pada kecepatan
fluida tertentu, frekuensi bangun dapat terjadi dan dapat
menyebabkan getaran dan resonansi sumur, jika dibiarkan ada
untuk jangka waktu tertentu, akan menyebabkan pelepasan.
Cairan proses dapat bocor dan menyebabkan kebakaran, atau
serpihan thermowell dapat merambat hilir ke pompa atau
kompresor dan menyebabkan kerusakan peralatan.
172
Diskusi berikut menjelaskan pertimbangan ini dalam istilah
• Terjadinya frekuensi wake
• Peringkat kecepatan
• Penghitungan frekuensi wake
• Peran vendor dalam proses seleksi
4.8.1 Kejadian Frekuensi Wake
Fenomena berbahaya yang dapat terjadi dalam aplikasi kecepatan
tinggi adalah potensi bencana hasil efek getaran pada thermowell.
Ketika fluida proses mengalir melewati thermowell, menyebabkan
turbulensi. Turbilensi — disebut "jalur Von Karman" —memiliki
frekuensi spesifik yang merupakan hasil dari diameter thermowell
dan kecepatan fluida. Jika frekuensi alami dari sumur sesuai
dengan frekuensi bangun turbulen, thermowell akan bergetar
sampai hancur. Dalam kasus ini, thermowell cenderung pecah di
bawah pemasangan.
Untuk menghindari risiko kegagalan thermowell, beberapa
pendekatan digunakan. Pendekatan yang umum adalah pilih
thermowell meruncing untuk aplikasi kecepatan tinggi. Sumur
meruncing memberikan hasil maksimal dukung. Desain
meruncing tidak memiliki kontur tajam sumur standar, yang
meminimalkan titik konsentrasi stres. Pendekatan lain adalah
meninjau peringkat kecepatan sumur.
173
4.8.2 Peringkat kecepatan
Peringkat kecepatan dapat ditemukan di lembar spesifikasi vendor
berdasarkan panjang thermowell dan material. Karena penurunan
peringkat kecepatan bisa jadi kompleks, perhatikan bahwa vendor
mungkin menyederhanakan peringkat berdasarkan suhu operasi
yang ditentukan. Peringkat kecepatan yang dinyatakan harus
dianggap sebagai pedoman. Seorang vendor, misalnya, dapat
menyatakan peringkat kecepatan dianggap aman untuk aplikasi
air, uap, udara, atau gas di mana kecepatan tinggi tidak terjadi. Jika
kecepatan tinggi diharapkan, vendor juga dapat memberikan
peringkat perkiraan untuk aplikasi tersebut pada lembar
spesifikasi.
4.8.3 Kalkulasi Frekuensi Wake
Prosedur industri yang khas adalah melakukan analisis terperinci,
yang disebut "analisis Murdock" saat aplikasi kecepatan tinggi.
Dalam banyak aplikasi tipikal, thermowell bisa dipilih dari
konfigurasi standar. Beberapa vendor menyediakan program
penghitungan (contoh program tersedia dalam kursus ini) yang
dapat dijalankan di komputer pribadi Anda. Program didasarkan
pada ASME PTC 19.3. Perhitungan frekuensi wake
membutuhkan parameter thermowell berikut:
• Diameter penyangga
• Diameter ujung
174
• Diameter lubang
• Ketebalan ujung
• Panjang di bawah penyangga
• Bahan thermowell
• Suhu Operasional
• Kecepatan aliran
• Volume media tertentu (cubit ft / lbs)
• Tekanan operasi
Teknisi harus meninjau Peringatan Teknis Saudi Aramco 05/93,
“”Vibration Induced Thermowell Fatigue Failure” saat memilih
thermowell untuk aplikasi kecepatan tinggi. (Peringatan teknis
disediakan sebagai Work Aid.)
4.8.4 Peran Vendor di Proses Seleksi
Beberapa vendor memberikan bantuan dalam memilih
thermowell di mana faktor getaran diperhitungkan. Namun,
semua vendor menempatkan tanggung jawab untuk pemilihan
thermowell pada pelanggan dan tidak bertanggung jawab atas
kegagalan thermowell yang disebabkan oleh pemilihan yang tidak
tepat. Untuk alasan itu, itu penting untuk memahami kondisi
pengoperasian aplikasi yang dimaksudkan. Nilai umum yang
diberikan dalam panduan pemilihan vendor (dan bahkan nilai
yang berasal dari program termowell) dimaksudkan terutama
175
sebagai perkiraan awal. Untuk memastikan, seorang insinyur
harus memeriksa pemilihan thermowell dengan perhitungan atau
tinjau pemilihan dengan insinyur senior.
4.9. Batasan Konduktivitasi Termal
Dalam beberapa kasus, gradien suhu dapat terjadi di sepanjang
thermowell. Gradien tersebut disebabkan oleh gradien suhu dari
fluida proses di sekitarnya atau dari perbedaan dalam pemasangan
sensor dan suhu fluida. Gradien termal yang terjadi thermowell
dapat menyebabkan kesalahan pembacaan suhu. Analisis
sistematis tersedia yang bisa memprediksi jumlah kesalahan.
Kesalahan dapat terjadi ketika thermowell (atau selubung
pelindung) terpasang dipasang sedemikian rupa sehingga terjadi
gradien suhu. Untungnya, jika terjadi kesalahan konduksi
selubung dicurigai, kesalahan pembacaan yang disebabkan oleh
konduksi selubung diminimalkan dengan cara berikut:
• Gunakan termokopel berdiameter kecil Panjang
• Gunakan bahan selubung yang memiliki konduktivitas
termal rendah
• Berikan koefisien perpindahan panas konvektif tinggi
antara fluida dan termokopel.
• Pasang termokopel dengan cara bersudut, bengkok, atau
melengkung. Gambar 65 menunjukkan ini opsi instalasi.
176
Perbaikan kesalahan di selubung konduksi datang akan
menyebabkan meningkatnya kesulitan pemasangan.
Gambar 65: Opsti Instalansi dan Tradeoff
4.10. Pertimbangan Kecepetan Respon
Thermowell yang memiliki kecepatan respons yang
meningkat adalah umumnya memiliki kekuatan yang lebih kecil
pada konstruksi. Misalnya, penggunaan thermowell untuk tujuan
umum, straight-shank, dan termowell yang standard biasa
digunakan di aplikasi industri di mana thermowell yang lebih
kokoh dan meruncing tidak diperlukan. Standar thermowell
memberikan kecepatan respon yang lebih cepat daripada
thermowell yang lebih kokoh dan meruncing. Jika cepat
177
kecepatan respons diinginkan dalam aplikasi industri yang khas,
ada dua cara untuk melakukan ini:
• Gunakan thermowell yang memiliki ketebalan dinding
minimum yang diizinkan saat dioperasikan kondisi.
(Tinjau fsktor getaran, bahan konstruksi, dan tekanan
yang disebutkan sebelumnya.)
• Pasang termokopel dan RTD dengan rakitan pegas
sehingga ujungnya duduk sensor di bagian bawah sumur.
Pendekatan ini meningkatkan konduktivitas termal.
4.11. Panjang Maksimum dan Minimum Penyisipan
Sumur harus cukup panjang untuk bersinggungan denagn
aliran proses dalam satu line atau dibenamkan dalam bejana atau
tangki agar tidak menyebabkan kelambatan respons atau
pengukuran yang tidak akurat. SADP-J-400, Bagian 4.1,
memberikan persyaratan umum untuk sumur. Panjang penyisipan
sumur tergantung pada instalasi. Pabrikan menyarankan sumur
mulai dari 2,5 inci hingga 24 inci sebagai ukuran standar, dengan
apabila memiliki Panjang yang lebih panjaang sebagai opsi yang
dipesan khusus. Panjang penyisipan dispesifikasikan pada
Gambar Saudi Aramco AB-036559 dan AB - 036019. Panjangnya
dirangkum pada Gambar 66.
178
Gambar 66: Panjang Minimum dan Maksimum
SAES-J-400, Bagian 4.2 menyatakan bahwa “Semua panjang
thermowell harus menjadi standar pabrikan. Lihat Gambar
Standar AB-036019 dan AB-036175. Panjang thermowell
maksimum untuk aplikasi kolom atau kapal harus 600 mm (24 in).
Sumur untuk tujuan pengujian sesuai Gambar Standar AB-
036019. "
179
4.12. Rekomendasi Panjang Penyisipan
Vendor sering merekomendasikan panjang penyisipan
untuk mendapatkan kinerja terbaik dari penyisipan sensor.
Tujuannya adalah untuk memberikan panjang yang
memungkinkan bagian sensor yang sensitif terhadap suhu ke
dalam proses. Untuk aplikasi cair, elemen harus diproyeksikan ke
dalam cairan dengan jumlah yang sama dengan panjang
sensitifnya ditambah satu inci. Untuk aplikasi udara atau gas,
sebuahelemen harus diproyeksikan ke dalam cairan dengan
jumlah yang sama dengan panjang sensitifnya ditambah tiga inci
atau lebih.
Rekomendasi berikut berdasarkan per sensor:
• Termokopel memiliki panjang penyisipan sensitif yang
pendek dan dapat digunakan dengan thermowell panjang
penyisipan yang lebih pendek
• Termometer bimetal, termometer tahanan, termometer
batang kaca memiliki panjang penyisipan sensitif antara satu
dan dua inci. Minimal panjang penyisipan 2,5 inci berlaku.
• Panjang sisipan sistem yang terisi bervariasi, bergantung pada
panjang sensitif bohlam.
180
BAB 5 – PEMILIHAN TEMPERATURE
TRANSMITTER
Dalam banyak aplikasi pemrosesan hidrokarbon, suhu
proses terletak di jarak yang jauh harus dipantau dan/ atau
dikendalikan. Sensor suhu seperti RTD dan termokopel
memberikan level sinyal yang sangat lemah. Untuk
memberikan sinyal dari lokasi yang jauh ke sistem kontrol,
sensor dihubungkan ke transmitter sehingga sinyal sensor
diperkuat dan dikondisikan. Setelah pengkondisian sinyal
berlangsung, sinyal tersebut dikirim ke peralatan yang lain
seperti perekam grafik, pencatat data, meteran, dan sistem
kendali terdistribusi. Bagian materi ini menjelaskan perangkat
pengkondisi sinyal yang lebih umum disebut:
• Transmitter suhu pneumatic
• Transmitter suhu elektronik
• Transmitter suhu berbasis mikroprosesor
Transmityter sering digunakan karena dua alasan. Alasan
pertama dan terpenting adalah bahwa transmitter merupakan
bagian integral dari skema kontrol suhu. Alasan kedua
181
penggunaan transmitter adalah bahwa sinyal mungkin
diperlukan oleh sistem kendali terdistribusi; arus
sistem kontrol terdistribusi dapat menerima sinyal digital dari
transmitter yang dapat berupa lebih dari hanya suhu yang diukur.
Meskipun transmitter sering digunakan dalam aplikasi
pengukuran suhu, seharusnya menjadi catatan bahwa di pabrik
seringkali ada lebih banyak titik pengukuran tidak
menggunakan transmitter daripada dengan transmitter. Kadang-
kadang, di pabrik biasa, keputusan tersebut bergantung pada
satu hal yaitu, biaya. Jika sebuah transmitter tipe kecil mV ke I
(millivolt ke arus), yang dapat dipasang di enclosure bercuaca,
biaya lebih rendah dari pemasangan kabel ekstensi sensor dan
kabel, penggunaan transmitter (atau konverter sinyal) menjadi
lebih umum. Tergantung ukuran dan jumlahnya poin yang
akan dipantau, beberapa pabrik industri lebih suka
menggunakan konverter sinyal untuk banyak titik suhu.
Umumnya, ketika pengukuran suhu diperlukan, lebih baik
memiliki sinyal level yang lebih tinggi, seperti 4-20 ma, daripada
sinyal millivolt atau sinyal pneumatik. Persyaratan transmitter
secara singkat dinyatakan dalam SAES-J-400 sebagai berikut:
“Ketika transmitter yang dipasang di lapangan digunakan,
linierisasi dan kompensasi untuk variasi suhu harus tergabung."
182
5.1. Temperature Transmitter Pneumatik
Meskipun transmitter pneumatik digunakan secara terbatas,
transmitter pneumatic menjadi tidak menguntungkan karena
biayanya, persyaratan pasokan udara instrumen, dan prevalensi
sistem kontrol terdistribusi (DCS) yang menggunakan data
pengukuran yang lebih kuat dari instrumen berbasis
mikroprosesor.
5.1.1 Prinsip dan desain
Transmitter pneumatik, seperti kebanyakan perangkat
pneumatik, beroperasi berdasarkan prinsip keseimbangan gaya.
Transmitter juga menggabungkan desain sistem termal terisi
untuk mengukur suhu. Perubahan suhu menyebabkan sistem
termal internal mengubah tekanan. Perubahan tersebut
menggunakan prinsip mekanisme bar gaya. Mekanisme
keseimbangan gaya berusaha untuk menjaga aliran udara
konstan. Dengan demikian, sinyal keluaran dari transmitter
menghasilkan sinyal yaitu 3 sampai 15 psi sebanding dengan
suhu sensor.
5.1.2 Performa dan instalasi
Transmitter pneumatik dapat mengukur suhu hingga sekitar
750 ° C (1380 ° F). Umumnya, panjang transmisi sinyal yang
183
melebihi 100meter (300 kaki) dianggap panjang. Transmitter
pneumatik memiliki kelemahan dalam waktu tunda yang
disebabkan oleh tekanan atau menekan tubing sinyal ke
instrumen penerima. Panjang tubing mempengaruhi masalah
kendali yang disebabkan oleh penundaan. Misalnya, jika suhu
yang diukur saat sedang melakukan putaran pada kecepatan
yang lebih cepat daripada yang dapat dirasakan oleh
pengontrol, pengontrol dapat terus mengubahnya keluaran
dari maksimum ke minimum.
5.1.3 Aplikasi
Aplikasi untuk transmitter pneumatik adalah aplikasi yang
membutuhkan indikasi yang dipasang di lapangan dan lokal
kontrol. (Terkadang transmitter suhu pneumatik digunakan
untuk indikasi / kontrol local yang biasa diganti dengan
pengontrol elektronik yang menerima termokopel atau input
RTD. Instrumen menggunakan turbo-generator kecil untuk
menyediakan tenaga listrik yang dibutuhkan untuk
pengoperasian.) Aplikasi di mana keamanan intrinsik
diperlukan mungkin juga mengalami penggunaan perangkat
pneumatik yang terbatas.
184
5.2. Temperature Transmitter Elektronik
Diskusi berikut membahas transmitter suhu elektronik sebagai
transmitter 2-kabel yang mampu mengubah input RTD atau
termokopel menjadi sinyal output 4 mA hingga 20 mA. Sinyal
4 mA hingga 20 mA kemudian ditransmisikan melalui kabel
tembaga ke penerima perangkat lainnya dan / atau sistem
kontrol. Karena sinyal 4 mA hingga 20 mA mewakili variable
suhu, beberapa pengguna mungkin merujuk ke transmitter ini
sebagai transmitter "analog".
5.2.1 Prinsip
Prinsip-prinsip operasi transmitter suhu elektronik (Gambar
67) mudah dipahami. Transmitter suhu elektronik
digambarkan arus operasinya dari suplai DC jarak jauh. Daya
DC jarak jauh dapat disediakan oleh sistem kontrol
terdistribusi (DCS). Jumlah arus yang ditarik sebanding dengan
input sensor suhu. Sinyal sebenarnya ditransmisikan kembali
ke perangkat penerima, seperti DCS, menunjukkan perubahan
pada arus dari catu daya.
Misalnya, termokopel yang terhubung ke transmitter 2 kabel
menarik arus 4 mA dari catu daya DC saat mengukur suhu
terendah. Saat suhu meningkat, sensor menarik lebih banyak
arus. Pada suhu tertinggi, sensor menarik arus 20 mA.
185
Transmitter memiliki sirkuit internal — terdiri dari amplifier,
regulator, D / A dan A / D konverter — yang menyebabkan
sinyal keluaran mengikuti kisaran suhu.
Gambar 67: Prinsip Transmitter Suhu Elektronik
5.2.2 Design
Transmitter suhu elektronik dibagi menjadi dua kategori:
• Konvensional
• Ekonomi
Transmitter konvensional sangat umum. Transmitter
konvensional memiliki kinerja yang baik, familiar bagi sebagian
besar teknisi dan personel pemeliharaan, dan memiliki banyak
pilihan — seperti sebagai pengukur tampilan lokal, papan
186
sirkuit yang dapat dipertukarkan (untuk keperluan perbaikan /
konfigurasi), dan enclosure yang tahan cuaca.
Desain transmitter konvensional mencakup fungsi, kinerja,
dan spesifikasi fisik yang mempengaruhi pemilihan transmitter:
• Spesifikasi fungsionalnya meliputi:
- Jenis input - Transmitter konvensional menerima
masukan standard RTD dan termokopel. Rentang dan
jenis sensor ditentukan oleh vendor.
- Output - Sinyal biasanya berupa sinyal 4 mA hingga 20
mA, meskipun ada beberapa opsi dapat memberikan sinyal
1 Vdc hingga 5 Vdc.
- Rentang dan penyesuaian dan nol - Penyesuaian sering
kali dapat diakses di transmitter
- Batas suhu - Batas menentukan kondisi di mana
transmitter dapat bekerja sesuai spesifikasi vendor.
- Sensor kehilangan sinyal - Juga disebut deteksi burnout,
biasanya transmitter menghasilkan sinyal kelas atas yang
tinggi. Sinyal rendah, skala kecil adalah opsional.
• Spesifikasi kinerja meliputi berikut ini:
- Akurasi – Transmitter konvensional biasanya ± 0,2% dari
rentang terkalibrasi. Spesifikasi akurasi dapat mencakup
efek pengulangan, histeresis, dan linearitas, tetapi tidak
termasuk kesalahan sensor.
187
- Stabilitas - Spesifikasi ini merujuk pada kinerja transmitter
yang akan dikalibrasi rentang selama periode waktu
tertentu, biasanya 6 bulan.
• Spesifikasi fisik meliputi:
- Pelindung- Pilihannya mencakup pelindung tahan cuaca
dan pelindung dengan kompartemen ganda. Pelindung
kompartemen ganda (Gambar 68) memungkinkan
peralatan elektronik transmitter harus terpisah dari sinyal
keluaran, kabel sensor, dan penyesuaian rentang dan nol.
- Perakitan sensor - Transmitter dapat dipesan bersama
dengan RTD atau sensor termokopel dan / atau
thermowell.
- Aksesoris - LCD (layar kristal cair) atau meter analog
untuk indikasi local tersedia sebagai opsi. Braket
pemasangan juga tersedia untuk pemasangan DIN atau
pemasangan pipa 2 inci.
188
Gambar 68: Pelindung Kompartemen Ganda
Transmitter ekonomi (juga disebut "sekali pakai") berukuran
kecil, tidak mahal. Mereka memberikan kinerja yang dapat
diterima pada kisaran suhu tetap, biasanya ± 0,1% hingga 0,2%
dari skala penuh. Desain transmitter ekonomis memiliki
ukuran diameter kurang dari 50 mm (2 inci) dan tinggi 28 mm
(1,2 inci). Spesifikasi (seperti indikasi burnout, keluaran,
pelindung) tidak serba guna seperti pemancar konvensional.
189
Gambar 69: Transmitter Konvensional dan Ekonomi
5.2.3 Kinerja
Transmitter suhu elektronik konvensional biasanya digunakan
dalam aplikasi di mana keandalan dan pengulangan penting
untuk kontrol suhu. Akurasi yang lebih tinggi dari transmitter
suhu berbasis mikroprosesor mungkin tidak diperlukan dalam
aplikasi yang sama ini.
Transmitter suhu ekonomis digunakan dalam aplikasi dimana
akurasi dan jangkauan bukan faktor penting. Ukurannya yang
kecil memungkinkannya dipasang di ruang kontrol atau lokasi
yang jauh, kadang di rel DIN. (DIN adalah singkatan dari
“Deutsches Institute for Normung, "Institut Jerman untuk
standardisasi.) Biaya rendah mendukung adanya filosofi"
190
perbaikan dengan penggantian — pemancar yang salah
dibuang begitu saja.”
5.2.4 Instalasi
Panduan instalasi yang disediakan dalam dokumentasi vendor
harus diikuti. Transmitter suhu elektronik memiliki
pertimbangan pemasangan secara umum berikut:
• Lingkungan
• Daya
• Pemasangan sensor
• Koneksi sensor
• Grounding
Lingkungan dipertinbakan sebagai persyaratan sertifikasi.
Kondisi suhu ambien dan ekstrim harus diketahui. Perangkat
proteksi petir mungkin dibutuhkan.
Daya dipertimbangkan untuk tmengetahui daya apa yang
tersedia. Seringkali daya disediakan oleh DCS. Persyaratan
pemuatan apa pun, seperti resistansi loop yang disebabkan oleh
kabel yang Panjang harus ditinjau menurut grafik persediaan
vendor versus tahanan beban. Relevan standar, seperti SAES-
J-902 dan 34-SAMMS-913, harus diikuti.
191
Pemasangan sensor dipertimbangkan untuk menentukan
apakah pemasangan sensor dapat diterima langsung ke
pemancar. Jika sensor dipasang langsung ke pemancar, Anda
harus meninjau apakah suhu proses yang tinggi dapat
ditransfer melalui sensor ke pemancar. Jika terjadi, batas
pengoperasian pemancar dapat terlampaui, sehingga merusak
pemancar.
Koneksi sensor tergantung pada apakah sensor itu RTD atau
termokopel.
• Koneksi termokopel, saat ekstensi diperlukan di antara
sensor dan pemancar, memerlukan jenis kabel ekstensi
termokopel yang benar. Sebagai catatan bahwa
termokopel dapat langsung dihubungkan ke
pemancar. Untuk pemasangan kabel yang jauh, praktik
sheilding harus diikuti.
• Sensor RTD memiliki berbagai konfigurasi; setiap
konfigurasi mengkompensasi efek resistansi kabel
timah. Konfigurasi RTD termasuk 3-kabel, 4-kabel,
dan desain loop kompensasi. Desain konfigurasi RTD
3-kabel dan 4-kabel biasanya beroperasi dengan
resistansi kawat timah hingga 2 ohm — setara dengan
61 meter (200 kaki) dari kawat pengukur # 20.
192
Pertimbangan grounding mencakup tempat koneksi sinyal ke
tanah. Sebuah transmitter beroperasi dengan loop arus sinyal
tidak dibumikan ("mengambang"). Namun, karena banyak
perangkat penerima dapat dipengaruhi sinyal berisik, loop
sinyal arus sering dibumikan pada satu titik. Satu titik bumi
dipilih sebagai grounding untuk menghindari terjadinya
"Ground loop", yang menyebabkan arus tambahan yang
keliaru muncul dalam loop karena perbedaan tegangan antara
dua atau lebih ground.
Untuk mencegah loop ground, tersedia pemancar suhu yang
dapat secara optoelektronik mengisolasi sinyal sensor dari loop
arus keluaran. Isolasi memungkinkan untuk membumikan
sensor dan salah satu sisi arus loop.
Pemancar termokopel diisolasi, yang memungkinkan
rangkaian input dibumikan pada titik mana pun dan loop sinyal
akan di-ground pada titik mana pun. Pemancar RTD yang tidak
terisolasi, yang berarti seharusnya tidak ada landasan di sirkuit
RTD. Karena pilihan pemancar berbeda-beda, tinjau
spesifikasi pemancar untuk melihat apakah perangkat tidak
terisolasi atau diisolasi untuk menentukan persyaratan
pentanahan.
193
5.2.5 Aplikasi
Pemancar suhu elektronik konvensional sangat umum dalam
pemrosesan hidrokarbon, khususnya dalam proses pemisahan
minyak / air. Proses awal minyak mentah, serta proses
penyulingan ditemukan produk hidrokarbon yang mengandung
air. Airnya dibuang pada proses pemisahan yang sering terjadi
pada temperatur tinggi. Pemancar suhu elektronik sering
digunakan dalam jenis aplikasi ini.
5.3. Temperature Transmitter berbasis Mikroprosesor
Penambahan mikroprosesor ke pemancar suhu
meningkatkan kinerja pemancar. Fitur yang paling penting
adalah pemancar dapat menerima lebih dari satu jenis dari T /
C atau RTD sebagai masukan, dalam beberapa kasus, bahkan
masukan milivolt atau ohm. Berbagai macam masukan
menyebabkan pemancar berbasis mikroprosesor dianggap
sebagai model masukan "universal".
Biasanya sinyal input dilinierisasi. Kalibrasi jauh, pengujian,
konfigurasi ulang, dan penandaan pemancar dapat dilakukan
dari DCS atau komunikator genggam lapangan. Data
konfigurasi disimpan dalam database pemancar.
194
5.3.1 Prinsip
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 70, pemancar berbasis
mikroprosesor diberi daya dengan cara yang sama seperti
pemancar konvensional, yaitu melalui catu daya 2-kabel, 10
Vdc hingga 50 Vdc. Kedua sisi input dan output pemancar
memiliki mikroprosesor. Setiap mikroprosesor juga memiliki
memori yang terkait dengannya. Memori mikroprosesor input
memiliki karakteristik untuk berbagai jenis sensor. Memori
mikroprosesor keluaran memiliki rentang dan data komunikasi
yang diperlukan untuk konfigurasi aplikasi.
Sinyal input diambil sampelnya beberapa kali per detik.
Konverter A / D mendigitalkan sinyal, melinierkan sinyal,
mengkompensasi sinyal (kompensasi persimpangan dingin
untuk T / C, resistansi kabel timah untuk RTD), dan kemudian
mentransfer sinyal melintasi antarmuka isolasi galvanik. Kedua
daya dan sinyal diisolasi secara galvanis.
Di sisi keluaran diagram blok, data digital berkisar ke nilai
kisaran bawah dan atas (LRV dan URV) yang disimpan dalam
memori nonvolatile. Sinyal keluaran diubah Kembali ke sinyal
analog 4 mA hingga 20 mA. Perhatikan bahwa pemancar dapat
dikonfigurasi untuk berkomunikasi dalam mode komunikasi
digital langsung. Sebagai contoh Honeywell yang ditunjukkan
195
pada Gambar 70, protokol komunikasi digital disebut "DE"
(digital ditingkatkan).
5.3.2 Design
Desain pemancar suhu berbasis mikroprosesor mencakup
fungsi diantaranya, kinerja, dan spesifikasi fisik yang
mempengaruhi pemilihan pemancar:
• Spesifikasi fungsionalnya meliputi:
- Jenis input - Input sensor yang dapat diterima
pemancar harus ditentukan.
- Output - Sinyal berupa sinyal 4 mA hingga 20 mA
atau digital yang berprotokol. Protokol Honeywell DE
dan HART sebagai contoh.
- Penyesuaian rentang dan nol - Penyesuaian sering kali
dapat diakses di pemancar.
- Batas suhu - Batas menentukan kondisi di mana
pemancar dapat bekerja sesuai spesifikasi vendor.
- Kehilangan sinyal sensor - Juga disebut deteksi
burnout, pemancar sinyal upscale atau downscale
dapat dipilih pengguna. Pesan status kritis juga bisa
dikonfigurasi untuk muncul.
• Spesifikasi kinerja meliputi berikut ini:
196
- Akurasi - Spesifikasi akurasi ditentukan berdasarkan
sensor, ± 0,1 ° C untuk RTD, hingga ± 0,5 ° C untuk
termokopel Tipe K.
- Stabilitas - Spesifikasi ini merujuk pada kinerja
pemancar yang akan dikalibrasi berdasarkan rentang
selama periode waktu tertentu, biasanya 6 bulan.
• Spesifikasi fisik meliputi:
- Pelindung - Pilihannya mencakup pelindung tahan
cuaca dan kompartemen ganda. Pelindung
kompartemen ganda memungkinkan elektronik dari
pemancar untuk terpisah dari sinyal keluaran, kabel
sensor, dan penyesuaian nol dan rentang.
- Perakitan sensor - Pemancar dapat dipesan bersama
dengan RTD atau sensor termokopel dan / atau
thermowell.
- Aksesoris - LCD (layar kristal cair) atau meter analog
untuk indikasi local tersedia sebagai opsi. Braket
pemasangan juga tersedia untuk pemasangan DIN
atau pemasangan pipa 2 inci. Komunikator lapangan
genggam dianggap sebagai sebuah aksesori (Perhatikan
bahwa reranging dapat dilakukan dari DCS, seperti
dalam kasus ini dari pemancar STT 3000 Honeywell.)
197
5.3.3 Kinerja
Perbandingan kinerja transmitter berbasis mikroprosesor
dengan pemancar suhu elektronik konvensional dijelaskan
pada Gambar 71.
Gambar 70 : Prinsip Operasi
5.3.4 Instalasi
Panduan instalasi yang disediakan dalam dokumentasi vendor
harus diikuti. Pemancar berbasis mikroprosesor memiliki
198
pertimbangan pemasangan yang sama seperti pemancar suhu
elektronik. Pertimbangan umum ini dijelaskan di bagian
sebelumnya. Komentar tambahan tentang grounding adalah
bahwa pemancar berbasis mikroprosesor menyediakan isolasi.
Contoh instalasi ditunjukkan di bawah ini dalam hal
• Pemasangan
• Kabel RTD
• Kabel termokopel
• Akses database jarak jauh
Gambar 71: Perbandingan Kinerja
199
Pemasangan yang didukung oleh pemancar berbasis
mikroprosesor mencakup pemasangan proses langsung dan
pemasangan pipa 2 inci seperti yang ditunjukkan pada Gambar
72.
Gambar 72: Contoh Pemasangan
Pengkabelan RTD yang didukung oleh pemancar berbasis
mikroprosesor termasuk konfigurasi kabel 2-, 3-, dan 4 kabel
ditunjukkan pada Gambar 73.
200
Gambar 73: Contoh pengkabelan RTD
Kabel termokopel (serta kabel sumber millivolt) yang
didukung oleh pemancar berbasis mikroprosesor menyertakan
konfigurasi yang ditunjukkan pada Gambar 74.
Akses database jarak jauh untuk pemancar berbasis
mikroprosesor ditunjukkan pada Gambar 75. Diagram
dibawah menggambarkan bahwa database pemancar dapat
diubah dari kontrol terdistribusi sistem atau di lapangan.
201
Database pemancar kemudian dapat disimpan ke media
penyimpanan sistem ruang control. Baik pemancar maupun
sistem kontrol menyimpan salinan pemancar database.
Tampilan sistem ruang kendali ditunjukkan pada Gambar 76.
Database instrument erbasis mikroprosesor dapat diakses dari
tampilan titik operasi.
Gambar 74: Contoh pengkabelan Termokopel
202
Gambar 75: Akses dari Sistem Kontrol Terdistribusi
5.3.5 Aplikasi
Pemancar berbasis mikroprosesor, dimana cocok untuk
hampir semua aplikasi pengukuran suhu, paling baik digunakan
dalam aplikasi yang memiliki tingkat akurasi tinggi dan / atau
kemampuan komunikasi jarak jauh diperlukan. Di beberapa
area proses, di mana aksesnya sulit, pemancar berbasis
mikroprosesor sangat berguna. Aplikasi untuk pemancar
berbasis mikroprosesor adalah dalam unit perengkahan
203
katalitik fluida (FCCU). Proses tersebut mengubah produk
minyak gas menjadi produk yang lebih ringan.
Gambar 76: Contoh Tampilan Operasi
Pengukuran suhu sangat penting dalam aplikasi ini. Suhu
reaktor terutama menentukan status produk. Suhu reaktor
204
dikontrol oleh laju di mana katalis panas digabungkan dengan
sumber minyak gas. Akurasi yang disediakan oleh pemancar
suhu berbasis mikroprosesor sangat penting untuk
mengendalikan proses ini.
205
DAFTAR PUSTAKA
Benedict, R. P. (1984). Fundamentals of temperature, pressure, and
flow measurements. John Wiley & Sons.
Bentley, R. E. (Ed.). (1998). HANDBOOK OF
TEMPERATURE MEASUREMENT.: Volume 1,
Temperature and Humidity Measurement (Vol. 1). Springer
Science & Business Media.
Bentley, R. E. (Ed.). (1998). Handbook of Temperature
Measurement Vol. 2: Resistance and Liquid-in-Glass
Thermometry (Vol. 2). Springer Science & Business Media.
Bentley, R. E. (Ed.). (1998). Handbook of temperature measurement
Vol. 3: The theory and practice of thermoelectric
thermometry (Vol. 3). Springer Science & Business Media.
Handbook, W. I. K. A. (2008). Pressure & Temperature
Measurement. HB001–1000, 8(08).
Kutz, M. (2013). Handbook of measurement in science and engineering.
M. Kutz (Ed.). Wiley.
Lipták, B. G. (Ed.). (2003). Instrument Engineers' Handbook,
Volume One: Process Measurement and Analysis (Vol. 1).
CRC press.
206
Lipták, B. G. (Ed.). (2018). Instrument Engineers' Handbook,
Volume Two: Process Control and Optimization (Vol. 2). CRC
press.
Lipták, B. G., & Eren, H. (Eds.). (2016). Instrument Engineers'
Handbook, Volume 3: Process Software and Digital
Networks (Vol. 3). CRC press.
Lipták, B. G. (Ed.). (2013). Process Control: Instrument Engineers'
Handbook. Butterworth-Heinemann.
Lipták, B. G. (1994). Analytical instrumentation. CRC Press.
Schroll, R. C. (2016). Industrial fire protection handbook. CRC
press.
Von Starck, A., Mühlbauer, A., & Kramer, C. (Eds.).
(2005). Handbook of thermoprocessing technologies:
fundamentals, processes, components, safety. Vulkan-Verlag
GmbH.
207
TENTANG PENULIS
Fitri Rahmah menyelesaikan program Sarjana
dan Magister di Jurusan Teknik Fisika Institut
Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Surabaya
pada tahun 2013 dan 2015. Program Magister
ditempuh dengan bantuan Beasiswa
Pendidikan Pascasarjana Dalam Negeri (BPP-DN) Calon
Dosen. Sejak Desember 2015 hingga sekarang aktif menjadi
dosen di Program Studi Teknik Fisika Universitas Nasional
Jakarta.
Fitri Rahmah menyelesaikan program Sarjana dan Magister di Jurusan Teknik Fisika Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Surabaya pada tahun 2013 dan 2015. Program Magister ditempuh dengan bantuan Beasiswa Pendidikan Pascasarjana Dalam Negeri (BPP-DN) Calon Dosen. Sejak Desember 2015 hingga sekarang aktif menjadi dosen di Program Studi Teknik Fisika Universitas Nasional Jakarta.
top related