Pengukuran Level

Level merupakan salah satu variabel yang banyak dijumpai di industri seperti halnya temperatur (temperature), tekanan (pressure) dan aliran (flow). Oleh karena itu pengukuran level merupakan salah satu hal yang penting dalam kaitannya dengan kelangsungan proses secara keseluruhan. Kegagalan pengukuran level dapat berakibat pada kegagalan suatu proses atau bahkan dapat menimbulkan faktor yang berbahaya bagi keselamatan. Beberapa contoh instrument yang berkaitan dengan pengukuran level diperlihatkan pada gambar 1.


Prinsip dasar.
Secara umum pengukuran level selalu didasarkan pada penentuan batas (interface) dari dua fluida yang berbeda. Misalnya antara fluida cair satu dengan fluida cair yang lain, antara fluida cair dengan gas/uap atau antara fluida gas dengan gas. Dengan mengetahui letak batas tersebut, maka level dari fluida yang bersangkutan akan dapat diketahui.

Metode pengukuran level.
Terdapat beberapa cara yang dapat digunakan pada pengukuran level diantaranya adalah:



1. Pelampung (Floating device).
Pelampung merupakan alat yang sedehana yang dapat digunakan dalam pengukuran level. Pengukuran ini didasarkan pada suatu benda (pelampung) yang mampu mengapung pada fluida tertentu. Dengan demikian letak batas/interface dari dua jenis fluida, yang merupakan level fluida, dapat diketahui berdasarkan letak dari pelampung tersebut. Umumnya pengukuran level dengan menggunakan pelampung hanya terbatas pada interface antara cairan – gas.
Gambar 2 memperlihatkan pemakaian pelampung dalam pengukuran level pada suatu tangki. Salah satu kekurangan dari instrument pelampung ini adalah tidak dapat digunakan untuk fluida yang berubah (seperti berubah terhadap density atau temperatur).



2. Displacer.
Displacer merupakan alat ukur level yang diletakkan di sekitar tempat fluida yang akan diukur dan juga dihubungkan dengan fluida yang bersangkutan. Dengan menggunakan kaidah bejana berhubungan, maka level fluida dapat diketahui berdasarkan batas/interface fluida yang terdapat pada displacer yang telah diberikan suatu skala satuan tertentu.

3. Hydrostatic head
Pengukuran level menggunakan metode ini didasarkan pada perbedaan tekanan antara di dasar dan di permukaan fluida dalam suatu vessel/tangki. Hubungan antara level dan tekanan yang digunakan pada metode ini adalah sebagai berikut :
P = mHd (1)
atau
H = mP/d (2)
dimana
H : level
P : tekanan
d : density
m : konstanta

Density suatu fluida sangatlah tergantung pada besarnya temperatur fluida yang bersangkutan, sehingga untuk pengukuran level yang presisi density haruslah dikompensasi atau dihubungkan dengan temperatur fluida yang diukur.

4. Gelombang Ultrasonic
Metode pengukuran level dengan menggunakan gelombang ultrasonic atau gelombang suara lainnya memiliki prinsip kerja yang sama. Suatu sumber gelombang ultrasonic diletakkan pada bagian atas suatu vessel/tangki. Gelombang ultasonic ini akan merambat dan terpantul kembali ketika mengenai batas/interface dua fluida yang berbeda. Waktu tempuh yang digunakan oleh gelombang ultrasonic tersebut dapat dikonvesikan untuk mengetahui atau mengukur level fluida.


5. Radio Frequency (RF) Capacitance
Metode RF menggunakan karakteristik elektrik suatu kapasitor untuk pengukuran level. Kapasitansi elektrik di antara dua konduktor yang terpisah jarak tertentu (d) merupakan sifat penting dalam instrumen ini. Besarnya kapasitansi yang dimiliki oleh dua konduktor dapat dinyatakan dala hubungan sebagai berikut :
(3)
dimana :
C : kapasitansi
 : permeabilitas listrik
K : konstanta dielektrik
A : luasan
d : jarak kedua konduktor

Gambar 6 memperlihatkan kapasitansi dari suatu kapasitor. Suatu probe elektrik dimasukkan dalam tangki dan berfungsi sebagai slah satu konduktor, sedangkan dinding tangki berfungsi sebagai konduktor yang lain. Saat tangki dalam keadaan kosong, material yang berfungsi sebagai dielektrik di antara kedua konduktor adalah udara. Saat fluida sudah mulai mengisi tangki maka terdapat perubahan material dielektrik dari udara ke fluida proses. Perubahan material dielektrik ini menyebabkan perubahan kapasitansi dari kedua konduktor tersebut. Selanjutnya perubahan kapasitansi digunakan sebagai informasi untuk mengetahui level fluida proses.


6. Radio Frequency (RF) Impedance
Metode lain yang dapat digunakan pada pengukuran level adalah menggunakan karakteristik elektrik yaitu impedansi. Impedansi dalam suatu rangkaian AC dinyatakan dengan persamaan:
(4)
dimana:
Z : impedansi
R : hambatan
j : bilangan kompleks
C : kapasitansi



LEVEL SWITCH
Level switch merupakan instrument yang berfungsi untuk kondisi dari keadaan ‘hidup/on’ ke ‘tidak normal’ berdasarkan kriteria tertentu. Level switch ini sangat berguna untuk aplikasi pada PLC, alarm, interlock, relay serta kontrol on-off.

Prinsip dasar.
Prinsip dasar dari level switch didasarkan pada perubahan level yang akan mengakibatkan perubahan gaya yang ditimbulkan oleh fluida. Perubahan gaya ini akan mengakibatkan gaya tarik pada suatu pelat untuk mengaktifkan switch dalam kondisi on. Keadaan ini juga berlaku untuk keadaan yang sebaliknya.

Terdapat beberapa tipe level switch berbasarkan sensing elemen yang digunakan diantaranya:
-. Level switch menggunakan pelampung.
-. Level switch menggunakan displacer

Sensor Suhu dan Jenis-jenisnya

Pengertian Sensor Suhu dan Jenis-jenisnya – Sensor Suhu atau Temperature Sensors adalah suatu komponen yang dapat mengubah besaran panas menjadi besaran listrik sehingga dapat mendeteksi gejala perubahan suhu pada obyek tertentu. Sensor suhu melakukan pengukuran terhadap jumlah energi panas/dingin yang dihasilkan oleh suatu obyek sehingga memungkinkan kita untuk mengetahui atau mendeteksi gejala perubahan-perubahan suhu tersebut dalam bentuk output Analog maupun Digital. Sensor Suhu juga merupakan dari keluarga Transduser.

Contoh peralatan-peralatan listrik maupun elektronik yang menggunakan Sensor Suhu diantaranya seperti Thermometer Suhu Ruangan, Thermometer Suhu Badan, Rice Cooker, Kulkas, Air Conditioner (Pendingin Ruangan) dan masih banyak lagi.

Jenis-jenis Sensor Suhu (Temperature Sensors)

Saat ini, terdapat banyak jenis Sensor Suhu dengan karakteristik yang berbeda-beda sesuai dengan aplikasinya. Berikut ini beberapa jenis Sensor Suhu yang sering ditemukan dalam rangkaian elektronika ataupun peralatan listrik beserta penjelasan singkatnya :

1. Thermostat

Thermostat adalah jenis Sensor suhu Kontak (Contact Temperature Sensor) yang menggunakan prinsip Electro-Mechanical. Thermostat pada dasarnya terdiri dari dua jenis logam yang berbeda seperti Nikel, Tembaga, Tungsten atau aluminium. Dua Jenis Logam tersebut kemudian ditempel sehingga membentuk Bi-Metallic strip. Bi-Metallic Strip tersebut akan bengkok jika mendapatkan suhu tertentu sehingga bergerak memutuskan atau menyambungkan sirkuit  (ON/OFF).

Thermostat sering digunakan pada peralatan listrik seperti Oven, Seterika dan Water Heater.

2. Thermistor

Thermistor adalah komponen elektronika yang nilai resistansinya dipengaruhi oleh Suhu. Thermistor yang merupakan singkatan dari Thermal Resistor ini pada dasarnya terdiri dari 2 jenis yaitu PTC (Positive Temperature Coefficient) yang nilai resistansinya akan meningkat tinggi ketika suhunya tinggi dan NTC (Negative Temperature Coefficient) yang nilai resistansinya menurun ketika suhunya meningkat tinggi.

Thermistor yang dapat mengubah energi listrik menjadi hambatan ini terbuat dari bahan keramik semikonduktor seperti Kobalt, Mangan atau Nikel Oksida yang dilapisi dengan kaca.

Keuntungan dari Thermistor adalah sebagai berikut :

• Memiliki Respon yang cepat atas perubahan suhu.
• Lebih murah dibanding dengan Sensor Suhu jenis RTD (Resistive Temperature Detector).
• Rentang atau Range nilai resistansi yang luas berkisar dari 2.000 Ohm hingga 10.000 Ohm.
• Memiliki sensitivitas suhu yang tinggi.

Thermistor (PTC/NTC) banyak diaplikasikan kedalam peralatan Elektronika seperti Voltage Regulator, sensor suhu kulkas, pendeteksi kebakaran, Sensor suhu pada Otomotif, Sensor suhu pada Komputer, sensor untuk memantau pengisian ulang Baterai pada ponsel, kamera dan Laptop.

3. Resistive Temperature Detector (RTD)

Resistive Temperature Detector atau disingkat dengan RTD memiliki fungsi yang sama dengan Thermistor jenis PTC yaitu dapat mengubah energi listrik menjadi hambatan listrik yang sebanding dengan perubahan suhu. Namun Resistive Temperature Detector (RTD) lebih presisi dan memiliki keakurasian yang lebih tinggi jika dibanding dengan Thermistor PTC. Resistive Temperature Detector  pada umumnya terbuat dari bahan Platinum sehingga disebut juga dengan Platinum Resistance Thermometer (PRT).

Keuntungan dari Resistive Temperature Detector (RTD)

• Rentang suhu yang luas yaitu dapat beroperasi di suhu -200⁰C hingga +650⁰C.
• Lebih linier jika dibanding dengan Thermistor dan Thermocouple
• Lebih presisi, akurasi dan stabil.

4. Thermocouple (Termokopel)

Thermocouple adalah salah satu jenis sensor suhu yang paling sering digunakan, hal ini dikarenakan rentang suhu operasional Thermocouple yang luas yaitu berkisar -200°C hingga lebih dari 2000°C dengan harga yang relatif rendah. Thermocouple pada dasarnya adalah sensor suhu Thermo-Electric yang terdiri dari dua persimpangan (junction) logam yang berbeda. Salah satu Logam di Thermocouple dijaga di suhu yang tetap (konstan) yang berfungsi sebagai junction referensi sedangkan satunya lagi dikenakan suhu panas yang akan dideteksi. Dengan adanya perbedaan suhu di dua persimpangan tersebut,  rangkaian akan menghasilkan tegangan listrik tertentu yang nilainya sebanding dengan suhu sumber panas.

Keuntungan Thermocouple adalah sebagai berikut :

• Memiliki rentang suhu yang luas
• Tahan terhadap goncangan dan getaran
• Memberikan respon langsung terhadap perubahan suhu.

Selain jenis-jenis Sensor suhu diatas, Sensor Suhu atau Temperature Sensor juga dapat dibedakan menjadi dua jenis utama berdasarkan Hubungan fisik Sensor suhu dengan Obyek yang akan dirasakan suhunya. Berikut ini adalah 2 jenis utama tersebut.

Contact Temperature Sensor

Sensor Suhu jenis contact adalah Sensor suhu yang memerlukan kontak (hubungan) Fisik dengan objek yang akan dirasakan perubahan suhunya. Sensor suhu jenis ini dapat digunakan untuk memantau suhu benda padat, cair maupun gas.

Non-Contact Temperature Sensor

Sensor Suhu jenis Non-Contact adalah Sensor suhu yang dapat mendeteksi perubahan suhu dengan menggunakan konveksi dan radiasi sehingga tidak memerlukan kontak fisik langsung dengan obyek yang akan diukur atau dideteksi suhunya.