Bab 18 Fenty Pak Dessss.docx

Bab 18 Pengukuran tekanan terus menerus Dalam banyak hal, tekanan adalah variabel utama untuk berbagai pengukuran proses. Banyak jenis pengukuran industri sebenarnya disimpulkan dari tekanan, seperti: • Aliran (mengukur tekanan yang dijatuhkan melintasi batasan) • Tingkat cair (mengukur tekanan yang dibuat oleh kolom cairan vertikal) • Kepadatan cairan (mengukur perbedaan tekanan pada kolom cairan tinggi tetap) • Bobot (sel beban hidraulik) Bahkan suhu dapat disimpulkan dari pengukuran tekanan, seperti dalam kasus ruang berisi cairan di mana tekanan fluida dan suhu cairan secara langsung terkait. Dengan demikian, tekanan adalah jumlah yang sangat penting untuk diukur, dan diukur secara akurat. Bagian ini menjelaskan teknologi yang berbeda untuk pengukuran tekanan.

18.1 Manometer Alat yang sangat sederhana yang digunakan untuk mengukur tekanan adalah manometer: tabung berisi cairan di mana tekanan gas yang diterapkan menyebabkan ketinggian cairan bergeser secara proporsional. Inilah sebabnya mengapa tekanan sering diukur dalam satuan tinggi cairan (misalnya inci air, inci merkuri). Seperti yang Anda lihat, manometer pada dasarnya merupakan alat pengukuran tekanan diferensial, menunjukkan perbedaan antara dua tekanan dengan pergeseran ketinggian kolom cair:

Tentu saja, itu sepenuhnya dapat diterima hanya melampiaskan satu tabung manometer dan menggunakannya sebagai alat pengukur tekanan, membandingkan tekanan yang diterapkan pada satu tabung terhadap tekanan atmosfer di lain. Tinggi kolom cair dalam manometer harus selalu ditafsirkan pada garis tengah kolom cairan, terlepas dari bentuk meniscus cair (antarmuka udara / cair melengkung):

Manometer datang dalam berbagai bentuk, yang paling umum adalah U-tube, sumur (kadangkadang disebut tangki air), sumur yang ditinggikan, dan condong:

Manometer U-tube sangat murah, dan umumnya terbuat dari plastik bening (lihat foto sebelah kiri). Manometer gaya cistern adalah norma untuk pekerjaan bangku kalibrasi, dan biasanya dibangun dari tangki air logam dan tabung gelas (lihat foto sebelah kanan):

Inclined manometers digunakan untuk mengukur tekanan yang sangat rendah, karena kepekaannya yang luar biasa (perhatikan skala pecahan untuk inci kolom air di foto berikut, membentang dari 0 hingga 1,5 inci pada skala, membaca kiri ke kanan):

Perhatikan bahwa mengosongkan satu sisi manometer adalah praktik standar ketika menggunakan adalah sebagai indikator tekanan pengukur (menanggapi tekanan lebih dari atmosfer). Kedua port tekanan akan digunakan jika manometer diterapkan pada pengukuran tekanan diferensial, seperti halnya pada kasus manometer tabung-U yang pertama kali ditampilkan di bagian ini. Tekanan absolut juga dapat diukur dengan manometer, jika salah satu port tekanan terhubung ke ruang vakum yang disegel. Ini adalah bagaimana barometer merkuri dibangun untuk pengukuran tekanan udara ambien absolut: dengan menyegel satu sisi manometer dan menghapus semua udara di sisi itu, sehingga tekanan yang diterapkan (atmosfer) selalu dibandingkan dengan vakum. Manometer yang menggabungkan "sumur" memiliki keuntungan dari pembacaan satu titik: satu hanya perlu membandingkan ketinggian satu kolom cair, bukan perbedaan ketinggian antara dua kolom cair. Area cross-sectional dari kolom cairan dalam sumur jauh lebih besar dari pada tabung manometer transparan yang perubahan tingginya dalam sumur biasanya dapat diabaikan. Dalam kasus di mana perbedaannya signifikan, jarak antar divisi pada skala manometer dapat miring untuk mengkompensasi. Manometer yang condong menikmati keuntungan dari peningkatan sensitivitas. Karena manometer secara fundamental beroperasi pada prinsip tekanan yang diimbangi oleh ketinggian cairan, dan ketinggian cairan ini selalu diukur sejajar dengan garis tarikan gravitasi (tegak sempurna), mencondongkan tabung manometer berarti bahwa cairan harus berjalan lebih jauh di sepanjang tabung untuk menghasilkan yang sama. perubahan dalam (murni) tinggi vertikal daripada di tabung manometer vertikal. Dengan demikian, tabung manometer miring menyebabkan amplifikasi dalam gerakan cair untuk sejumlah tertentu perubahan tekanan, memungkinkan pengukuran resolusi yang lebih besar.

xJika Anda mengalami kesulitan memahami konsep ini, bayangkan manometer U-tube sederhana di mana salah satu tabung buram, dan karena itu salah satu dari dua kolom cair tidak dapat dilihat. Untuk dapat mengukur tekanan hanya dengan melihat ketinggian satu kolom cair, kita harus membuat skala khusus di mana setiap inci tinggi terdaftar sebagai dua inci tekanan kolom air, karena untuk setiap inci perubahan tinggi dalam kolom cair kita bisa lihat, kolom cair yang tidak bisa kita lihat juga berubah sebesar satu inci. Skala yang dibuat khusus untuk manometer tipe-baik adalah konsep yang sama, hanya tanpa skala skewing yang dramatis.

18.2 Elemen tekanan mekanis Elemen-elemen penginderaan tekanan mekanis termasuk bellow, diafragma, dan tabung borjuis. Masing-masing perangkat ini mengubah tekanan fluida menjadi kekuatan. Jika tidak terkendali, sifat elastis alami dari elemen akan menghasilkan gerakan yang sebanding dengan tekanan yang diberikan.

Bellow yang menyerupai sebuah akordeon buat dari logam bukan kain. Meningkatkan tekanan di dalam hembusan unit membuatnya memanjang. sebuah foto dari hembusan yang ditunjukkan di sini.

Diafragma tidak lebih dari sebuah piringan tipis dari material yang menyembul keluar di bawah pengaruh tekanan fluida. Banyak diafragma dibangun dari logam, yang memberi mereka kualitas seperti musim semi. Beberapa diafragma sengaja dibuat dari bahan dengan sedikit kekuatan, sehingga ada efek musim semi yang dapat diabaikan. Ini disebut diafragma kendur, dan mereka digunakan dalam hubungannya dengan mekanisme eksternal yang menghasilkan gaya menahan yang diperlukan untuk mencegah kerusakan dari tekanan yang diterapkan.

Foto berikut menunjukkan mekanisme pengukur tekanan kecil menggunakan diafragma kuningan sebagai elemen penginderaan:

Saat tekanan diterapkan ke bagian belakang diafragma, ia naik ke atas (menjauh dari meja di mana ia bertumpu seperti yang ditunjukkan dalam foto), menyebabkan poros kecil untuk berputar sebagai respons. Gerakan memutar ini ditransfer ke tuas yang menarik rantai penghubung kecil yang melilit poros penunjuk, menyebabkannya berputar dan memindahkan jarum penunjuk di sekitar skala pengukur. Jarum dan skala pada mekanisme pengukur ini telah dihapus untuk melihat lebih mudah diafragma dan mekanismenya. Tabung Bourdon terbuat dari paduan logam mirip musim semi yang ditekuk menjadi bentuk lingkaran. Di bawah pengaruh tekanan internal, tabung borjuis "mencoba" untuk meluruskan ke bentuk aslinya sebelum ditekuk pada saat pembuatan. Kebanyakan alat pengukur tekanan menggunakan tabung borjuis sebagai elemen penginderaan tekanan mereka. Kebanyakan pemancar tekanan menggunakan diafragma sebagai elemen penginderaan tekanan mereka. Tabung Bourdon dapat dibuat dalam bentuk spiral atau heliks untuk gerakan yang lebih besar (dan karena itu resolusi pengukur lebih besar).

Tipikal mekanisme pengukur tekanan tabung bourdon berbentuk ditunjukkan dalam ilustrasi berikut:

Sebuah foto mekanisme pengukur tekanan tabung-C (diambil dari bagian belakang pengukur, di belakang penunjuk dan skala) mengungkapkan cara kerja mekanisnya:

Tabung gelap berbentuk C adalah elemen penginderaan tabung Bourdon, sedangkan bagian logam mengkilap adalah linkage, tuas, dan rakitan gear.

Foto berikutnya menunjukkan tabung borjuis spiral, yang dirancang untuk menghasilkan rentang gerak yang lebih lebar daripada b-bara tabung-C:

Perlu dicatat bahwa bellow, diafragma, dan bourdon tube dapat digunakan untuk mengukur diferensial dan / atau tekanan absolut selain untuk mengukur tekanan. Semua yang diperlukan untuk fungsi-fungsi lain ini adalah untuk menundukkan sisi lain dari masing-masing elemen penginderaan tekanan ke tekanan lain yang diterapkan (dalam kasus pengukuran diferensial) atau ke ruang hampa udara (dalam hal pengukuran tekanan absolut).

Kumpulan ilustrasi berikut ini menunjukkan bagaimana bellow, diafragma, dan tabung bourdon dapat digunakan sebagai elemen penginderaan tekanan diferensial:

Tantangan dalam melakukan ini, tentu saja, adalah bagaimana mengekstrak gerakan mekanis elemen tekanan ke mekanisme eksternal (seperti pointer) sambil mempertahankan segel tekanan yang baik. Dalam mekanisme tekanan pengukur, ini tidak masalah karena satu sisi dari elemen penginderaan tekanan harus terkena tekanan atmosfer, dan sehingga sisi itu selalu tersedia untuk koneksi mekanis. Pengukur tekanan diferensial ditunjukkan pada foto berikutnya. Dua port tekanan jelas terlihat di kedua sisi pengukur:

18.3 Elemen tekanan listrik Beberapa teknologi yang berbeda ada untuk konversi tekanan fluida menjadi respon sinyal listrik. Teknologi ini membentuk dasar pemancar tekanan elektronik: perangkat yang dirancang untuk mengukur tekanan fluida dan mengirimkan informasi itu melalui sinyal listrik seperti standar analog 4-20 mA, atau dalam bentuk digital seperti HART atau FOUNDATION Fieldbus. Sebuah survei singkat pemancar tekanan elektronik dalam penggunaan kontemporer mengungkapkan representasi beragam elemen penginderaan tekanan listrik: Manufacturer

ABB/Bailey ABB/Bailey Foxboro Honeywell Rosemount Rosemount Rosemount Yokogawa

Model

PTSD PTSP IDP10 ST3000 1151 3051 3095 EJX series

Pressure sensor technology

Differential reluctance Piezoresistive (strain gauge) Piezoresistive (strain gauge) Piezoresistive (strain gauge) Differential capacitance Differential capacitance Differential capacitance Mechanical resonance

*Pada tulisan ini, 2008.

18.3.1 Sensor piezoresistif (pengukur regangan) Piezoresistive berarti "resistensi tekanan-sensitif," atau resistensi yang mengubah nilai dengan tekanan yang diterapkan. Pengukur regangan adalah contoh klasik dari elemen piezoresistif:

Karena spesimen uji direntangkan atau dikompres dengan penerapan gaya, konduktor pengukur regangan juga mengalami deformasi serupa. Hambatan listrik dari setiap konduktor sebanding dengan rasio panjang di atas area cross-sectional (R oc -1), yang berarti bahwa deformasi tarik (peregangan) akan meningkatkan hambatan listrik dengan secara bersamaan meningkatkan panjang dan mengurangi luas penampang sementara deformasi kompresi ( pemampatan) akan menurunkan hambatan listrik dengan secara bersamaan mengurangi panjang dan meningkatkan luas penampang. Melampirkan pengukur regangan ke diafragma menghasilkan perangkat yang mengubah tahanan dengan tekanan yang diterapkan. Tekanan memaksa diafragma untuk berubah bentuk, yang pada gilirannya menyebabkan pengukur regangan untuk mengubah resistensi. Dengan mengukur perubahan resistensi ini, kita dapat menyimpulkan jumlah tekanan yang diterapkan pada diafragma. Sistem pengukur regangan klasik yang diwakili dalam ilustrasi sebelumnya terbuat dari logam (baik benda uji dan pengukur regangan itu sendiri). Dalam batas elastis, banyak logam menunjukkan karakteristik musim semi yang baik. Logam, bagaimanapun, tunduk pada kelelahan selama siklus berulang ketegangan (ketegangan dan kompresi), dan mereka akan mulai "mengalir" jika tegang di luar batas elastis mereka. Ini adalah sumber umum kesalahan dalam instrumen tekanan piezoresistif metalik: jika terlalu ditekan, mereka cenderung kehilangan akurasi karena kerusakan elemen pegas dan strain gauge. Teknik manufaktur modern telah memungkinkan konstruksi pengukur regangan yang terbuat dari silikon bukan logam. Silikon menunjukkan karakteristik pegas yang sangat linier atas rentang geraknya yang sempit, dan ketahanan yang tinggi terhadap kelelahan. Ketika pengukur regangan silikon mengalami tekanan berlebih, ia gagal sepenuhnya daripada “mengalir” seperti halnya dengan pengukur regangan logam. Ini secara umum dianggap sebagai hasil yang lebih baik, karena ini secara jelas menunjukkan kebutuhan untuk penggantian sensor (sedangkan sensor regangan logam dapat memberikan kesan palsu dari fungsi yang berlanjut setelah peristiwa over-stress). Dengan demikian, sebagian besar instrumen tekanan berbasis piezoresistif modern menggunakan elemen pengukur regangan silikon untuk merasakan deformasi diafragma karena tekanan fluida yang diterapkan. Ilustrasi sederhana dari sensor tekanan gauge diafragma / regangan ditampilkan di sini:

Dalam beberapa desain, wafer silikon tunggal berfungsi baik sebagai diafragma dan pengukur regangan sehingga sepenuhnya mengeksploitasi sifat mekanik silikon yang sangat baik (linearitas tinggi dan kelelahan rendah). Namun, silikon tidak kompatibel secara kimia dengan banyak cairan proses, sehingga tekanan harus ditransfer ke silikon diafragma/sensor melalui cairan pengisi non-reaktif (umumnya berbasis silikon atau fluida berbasis fluorocarbon). Sebuah diafragma pengisolasi logam mentransfer proses tekanan fluida ke cairan pengisi. Ilustrasi lain yang disederhanakan menunjukkan bagaimana ini bekerja:

Diafragma yang diisolasi dirancang agar jauh lebih fleksibel (kurang kaku) daripada diafragma silikon, karena tujuannya adalah untuk mentransfer tekanan cairan secara lancar dari cairan proses ke cairan pengisi, bukan untuk bertindak sebagai elemen pegas. Dengan cara ini, sensor silikon mengalami tekanan yang sama jika itu secara langsung terkena cairan proses, tanpa harus menghubungi cairan proses.

Contoh instrumen tekanan yang menggunakan elemen pengukur regangan silikon adalah pemancar tekanan diferensial model Foxboro IDP10, ditunjukkan dalam foto berikut:

18.3.2 Sensor kapasitansi diferensial Lain desain sensor tekanan listrik umum bekerja pada prinsip kapasitansi diferensial. Dalam desain ini, elemen penginderaan adalah diafragma logam kencang yang terletak berjarak sama antara dua permukaan logam stasioner, membentuk sepasang kapasitansi pelengkap. Cairan pengisi yang mengisolasi secara elektrik (biasanya senyawa silikon cair) mentransfer gerakan dari diafragma pengisolasi ke diafragma penginderaan, dan juga berfungsi ganda sebagai dielektrik yang efektif untuk dua kapasitor:

Setiap perbedaan tekanan di sel akan menyebabkan diafragma melentur ke arah tekanan paling rendah. Diafragma penginderaan adalah elemen pegas presisi-diproduksi, yang berarti bahwa perpindahannya adalah fungsi yang dapat diprediksi dari gaya yang diterapkan. Gaya yang diterapkan dalam hal ini hanya dapat menjadi fungsi dari tekanan diferensial yang bekerja melawan luas permukaan diafragma sesuai dengan persamaan tekanan-tekanan-bidang standar F = PA. Dalam hal ini, kita memiliki dua kekuatan yang disebabkan oleh dua tekanan fluida yang bekerja melawan satu sama lain, sehingga persamaan tekanan-force-area kami dapat ditulis ulang untuk menggambarkan gaya resultan sebagai fungsi dari tekanan diferensial (Pi-P2) dan area diafragma: F = (Pi - P2) A. Karena daerah diafragma adalah konstan, dan gaya diduga terkait dengan perpindahan diafragma, semua yang kita butuhkan sekarang untuk menyimpulkan tekanan diferensial adalah secara akurat mengukur perpindahan diafragma.

Fungsi sekunder diafragma sebagai satu piring dari dua kapasitor menyediakan metode yang nyaman untuk mengukur perpindahan. Karena kapasitansi antar konduktor berbanding terbalik dengan jarak yang memisahkannya, kapasitansi pada sisi tekanan rendah akan meningkat sementara kapasitansi pada sisi tekanan tinggi akan berkurang:

Sebuah rangkaian detektor kapasitansi yang terhubung ke sel ini menggunakan sinyal eksitasi AC frekuensi tinggi untuk mengukur perbedaan dalam kapasitansi antara dua bagian, menerjemahkannya ke dalam sinyal DC yang akhirnya menjadi output sinyal oleh instrumen yang mewakili tekanan. Sensor tekanan ini sangat akurat, stabil, dan kasar. Bingkai padat membatasi gerak dari dua diafragma yang terisolasi sehingga diafragma penginderaan tidak dapat bergerak melewati batas elastisnya. Ini memberikan resistansi kapasitansi diferensial yang sangat baik untuk kerusakan overpressure. Contoh klasik dari instrumen tekanan berdasarkan pada sensor kapasitansi diferensial adalah pemancar tekanan diferensial Rosemount model 1151, ditunjukkan dalam bentuk rakitan dalam foto berikut:

Dengan melepas empat baut dari pemancar, kita dapat menghapus dua flensa dari kapsul tekanan, mengekspos diafragma isolasi ke tampilan polos:

Foto close-up menunjukkan konstruksi dari salah satu diafragma yang terisolasi, yang tidak seperti diafragma penginderaan yang dirancang untuk menjadi sangat fleksibel. Kerutan konsentris dalam logam diafragma memungkinkan untuk dengan mudah melenturkan dengan tekanan yang diberikan, memancarkan proses tekanan cairan melalui cairan pengisian silikon ke diafragma penginderaan yang kencang di dalam sel kapasitansi diferensial:

Sensor kapasitansi diferensial secara inheren mengukur perbedaan tekanan yang diterapkan antara kedua sisinya. Sesuai dengan fungsi ini, instrumen tekanan ini memiliki dua port berulir di mana tekanan

fluida dapat diterapkan. Bagian selanjutnya dalam bab ini akan menguraikan kegunaan pemancar tekanan diferensial (bagian 18.5 dimulai pada halaman 797). Semua sirkuit elektronik yang diperlukan untuk mengubah kapasitansi diferensial sensor menjadi sinyal elektronik yang mewakili tekanan ditempatkan dalam struktur berwarna biru di atas kapsul dan flensa. Realisasi yang lebih modern dari prinsip tekanan-sensing diferensial kapasitansi adalah pemancar tekanan diferensial Rosemount model 3051:

Seperti halnya untuk semua perangkat tekanan diferensial, instrumen ini memiliki dua port melalui mana tekanan fluida dapat diterapkan ke sensor. Sensor, pada gilirannya, hanya menanggapi perbedaan tekanan antara port. Konstruksi sensor kapasitansi diferensial lebih kompleks dalam instrumen tekanan khusus ini, dengan bidang diafragma penginderaan berbaring tegak lurus terhadap bidang dari dua diafragma isolasi. Desain "coplanar" ini jauh lebih kompak daripada gaya sensor yang lebih tua, dan mengisolasi diafragma penginderaan dari tegangan baut flange - salah satu sumber utama kesalahan dalam desain sebelumnya.

*Tidak hanya diterapkan torsi dari empat baut kapsul mempengaruhi akurasi pengukuran dalam desain model 1151 yang lebih tua, tetapi perubahan suhu yang mengakibatkan perubahan ketegangan baut juga memiliki dampak yang merugikan pada akurasi. Kebanyakan desain pemancar tekanan diferensial modern berusaha untuk mengisolasi perakitan diafragma penginderaan dari tegangan baut flensa untuk alasan ini.

18.3.3 Elemen sensor resonan Seperti gitaris, pemain biola, atau musisi senar lainnya dapat memberi tahu Anda, frekuensi alami dari string tegang meningkat dengan ketegangan. Ini, pada kenyataannya, adalah bagaimana instrumen senar disetel: tegangan pada setiap senar disesuaikan secara tepat untuk mencapai frekuensi resonansi yang diinginkan. Secara matematis, frekuensi resonansi string dapat dijelaskan dengan rumus berikut:

Dimana, f = Frekuensi resonansi mendasar dari string (Hertz) L = Panjang String (meter) FT = String tension (newton) μ = Massa satuan string (kilogram per meter) Hal ini cukup beralasan, kemudian, bahwa string dapat berfungsi sebagai sensor gaya. Semua yang diperlukan untuk melengkapi sensor adalah rangkaian osilator untuk menjaga agar senar tetap bergetar pada frekuensi resonan, dan frekuensi itu menjadi indikasi ketegangan (gaya). Jika gaya berasal dari tekanan yang diterapkan ke beberapa elemen penginderaan seperti bellow atau diafragma, frekuensi resonansi string akan menunjukkan tekanan fluida. Perangkat proof-of-concept berdasarkan prinsip ini mungkin terlihat seperti ini:

Perusahaan Foxboro memelopori konsep ini dalam desain kabel resonan tekanan awal. Kemudian, perusahaan Yokogawa dari Jepang menerapkan konsep ini pada sepasang struktur resonator silikon mikro, yang menjadi dasar bagi pemancar tekanan "DPharp" yang sukses.

*Ini adalah contoh sistem mikro-elektromekanik, atau MEMS.

Sebuah foto pemancar tekanan EJA110 model Yokogawa dengan teknologi ini terlihat di sini:

Tekanan proses masuk melalui port dalam dua flensa, menekan sepasang diafragma isolasi, mentransfer gerakan ke sensing diafragma di mana elemen-elemen resonansi mengubah frekuensi dengan regangan diafragma. Sirkuit elektronik dalam housing atas mengukur dua frekuensi elemen resonansi dan menghasilkan sinyal output sebanding dengan perbedaan frekuensinya. Ini, tentu saja, adalah representasi dari tekanan diferensial yang diterapkan. Bahkan ketika dibongkar, pemancar tidak terlihat jauh berbeda dari desain sensor kapasitansi diferensial yang lebih umum.

Perbedaan desain yang penting disembunyikan dari pandangan, di dalam kapsul penginderaan. Secara fungsional, meskipun, pemancar ini hampir sama dengan sepupu diferensial-kapasitansinya. Keuntungan yang menarik dari sensor tekanan elemen resonansi adalah bahwa sinyal sensor sangat mudah untuk mendigitalkan. Getaran setiap elemen resonansi dirasakan oleh paket elektronik sebagai frekuensi AC. Setiap sinyal frekuensi dapat dengan mudah "dihitung" selama rentang waktu tertentu dan dikonversi ke representasi digital biner. Osilator kristal kuarsa elektronik sangat tepat, menyediakan referensi frekuensi stabil yang diperlukan untuk perbandingan dalam instrumen berbasis frekuensi. Dalam desain Yokogawa “DPharp”, dua elemen resonansi berosilasi pada frekuensi nominal 90 kHz. Ketika diafragma sensing mengalami deformitas dengan tekanan diferensial terapan, satu resonator mengalami ketegangan sementara yang lain mengalami kompresi, menyebabkan frekuensi dari yang pertama bergeser ke atas dan yang terakhir bergeser ke bawah (sebanyak +/- 20 kHz). Sinyal elektron elektronik di dalam pemancar mengukur perbedaan dalam frekuensi resonator untuk menyimpulkan tekanan yang diterapkan.

18.3.4 Adaptasi mekanik Kebanyakan sensor tekanan elektronik modern mengubah gerakan diafragma yang sangat kecil menjadi sinyal listrik melalui penggunaan teknik sensing gerak sensitif (sensor pengukur regangan, sel kapasitansi diferensial, dll.). Diafragma yang terbuat dari bahan elastis berperilaku seperti pegas, tetapi diafragma melingkar menunjukkan perilaku yang sangat nonlinier ketika secara signifikan membentang tidak seperti desain pegas klasik seperti pegas dan pegas daun yang menunjukkan perilaku linier melalui berbagai gerakan. Oleh karena itu, untuk menghasilkan respon linear terhadap tekanan, sensor tekanan berbasis diafragma harus dirancang sedemikian rupa sehingga diafragma membentang sangat sedikit di atas kisaran normal operasi. Membatasi perpindahan diafragma memerlukan teknik deteksi gerakan yang sangat sensitif seperti sensor pengukur regangan, sel kapasitansi diferensial, dan sensor resonansi mekanis untuk mengubah gerakan diafragma yang sangat kecil menjadi sinyal elektronik. Pendekatan alternatif untuk pengukuran tekanan elektronik adalah dengan menggunakan elemenelemen tekanan mekanis dengan karakteristik-karakteristik perpindahan tekanan yang lebih linier - seperti tabung borjuis dan bellow pegas - dan kemudian mendeteksi gerakan skala besar dari elemen tekanan menggunakan yang kurang canggih. perangkat sensor gerak listrik seperti sensor potensiometer, LVDT, atau Hall Effect. Dengan kata lain, kami mengambil semacam mekanisme yang biasa ditemukan dalam alat pengukur tekanan langsung dan melampirkannya ke potensiometer (atau perangkat sejenis) untuk memperoleh sinyal listrik dari pengukuran tekanan. Foto-foto berikut ini menunjukkan pandangan depan dan belakang pemancar tekanan elektronik menggunakan tabung bourdon berbentuk C besar sebagai elemen penginderaan (terlihat di foto sebelah kiri):

Pendekatan alternatif ini tidak diragukan lagi lebih sederhana dan lebih murah untuk diproduksi daripada pendekatan yang lebih canggih yang digunakan dengan instrumen tekanan berbasis diafragma, tetapi rentan terhadap ketidakakuratan yang lebih besar. Bahkan tabung bourdon dan bellow tidak sempurna elemen pegas linear, dan gerakan substansial yang terlibat dengan menggunakan elemen tekanan tersebut memperkenalkan kemungkinan kesalahan histeresis (di mana instrumen tidak merespon secara akurat selama pembalikan tekanan, di mana mekanisme mengubah arah gerak) karena untuk mekanisme friksi, dan kesalahan deadband karena backlash (kelonggaran) dalam hubungan mekanis. Anda mungkin akan menghadapi desain instrumen tekanan semacam ini dalam alat pengukur langsung yang dilengkapi dengan kemampuan transmisi elektronik. Pabrikan instrumen akan mengambil rangkaian alat pengukur tekanan yang telah terbukti dan menambahkan perangkat penginderaan gerakan ke alat itu yang menghasilkan sinyal listrik sebanding dengan gerakan mekanis di dalam alat pengukur, menghasilkan pemancar tekanan murah yang terjadi menjadi dua kali lipat sebagai tekanan pembacaan langsung mengukur.

18.4 Pemancar tekanan tekanan-keseimbangan Teknologi warisan yang penting untuk semua jenis pengukuran berkelanjutan adalah sistem keseimbangan diri. Sistem “keseimbangan diri” secara terus-menerus menyeimbangkan kuantitas yang dapat disesuaikan terhadap kuantitas yang dirasakan, kuantitas yang dapat disesuaikan menjadi indikasi dari kuantitas yang dirasakan ketika keseimbangan tercapai. Sistem keseimbangan manual yang umum adalah jenis skala yang digunakan di laboratorium untuk mengukur massa:

Di sini, massa yang tidak diketahui adalah kuantitas yang dirasakan, dan massa yang dikenal adalah kuantitas yang dapat disesuaikan. Teknisi laboratorium manusia menerapkan banyak massa ke sisi kiri skala yang diperlukan untuk mencapai keseimbangan, kemudian menghitung jumlah total massa tersebut untuk menentukan kuantitas massa yang tidak diketahui. Sistem semacam ini sangat linier, itulah sebabnya skala keseimbangan ini populer digunakan untuk karya ilmiah. Mekanisme skala itu sendiri adalah model kesederhanaan, dan satu-satunya hal yang perlu dipahami oleh penunjuk secara akurat adalah kondisi keseimbangan (kesetaraan antar massa). Jika tugas menyeimbangkan diberikan kepada mekanisme otomatis, kuantitas yang dapat disesuaikan akan terus berubah dan beradaptasi sesuai kebutuhan untuk menyeimbangkan kuantitas yang dirasakan, sehingga menjadi representasi dari kuantitas yang dirasakan itu. Dalam kasus instrumen tekanan, tekanan dengan mudah diubah menjadi kekuatan dengan bertindak pada area permukaan elemen penginderaan seperti diafragma atau bellow. Kekuatan penyeimbang dapat dihasilkan untuk benar-benar membatalkan gaya tekanan proses, membuat instrumen tekanan tekanan-keseimbangan. Seperti skala neraca laboratorium, instrumen industri yang dibangun di atas prinsip menyeimbangkan kuantitas yang dirasakan dengan kuantitas yang dapat disesuaikan akan secara inheren linier, yang merupakan keuntungan luar biasa untuk tujuan pengukuran.

Di sini, kita melihat diagram pemancar tekanan pneumatik tekanan-keseimbangan, menyeimbangkan tekanan diferensial yang dirasakan dengan tekanan udara yang dapat diatur yang menjadi sinyal output pneumatik:

Tekanan diferensial dirasakan oleh "kapsul" diafragma berisi cairan, yang mentransmisikan gaya ke "force bar." Jika force bar bergerak keluar dari posisi karena gaya yang diterapkan ini, indra mekanisme "baffle" dan "nozzle" sangat sensitif dan menyebabkan penguat pneumatik (disebut "relay") untuk mengirim sejumlah tekanan udara yang berbeda ke unit bellow. Bellow menekan terhadap "bar jangkauan" yang berputar untuk melawan gerakan awal dari force bar. Ketika sistem kembali ke ekuilibrium, tekanan udara di dalam bellow akan menjadi representasi linear langsung dari tekanan cairan proses yang diterapkan ke kapsul diafragma.

*Berdasarkan desain pemodelan pemancar tekanan diferensial pneumatik “DP cell” Foxboro yang populer.

Dengan sedikit modifikasi pada desain pemancar tekanan ini, kita dapat mengubahnya dari pneumatik ke keseimbangan gaya elektronik:

Tekanan diferensial dirasakan oleh jenis kapsul diafragma berisi cairan yang sama, yang mentransmisikan gaya ke batang gaya. Jika batang gaya bergerak keluar dari posisi karena gaya yang diterapkan ini, sensor elektromagnetik yang sangat sensitif akan mendeteksi dan menyebabkan penguat elektronik untuk mengirimkan arus listrik yang berbeda ke sebuah koil gaya. Gaya kumparan menekan bar jangkauan yang berporos untuk melawan gerakan awal dari batang gaya. Ketika sistem kembali ke ekuilibrium, arus milliampere melalui kumparan gaya akan menjadi representasi linear langsung dari tekanan cairan yang diterapkan pada kapsul diafragma. Keuntungan nyata dari instrumen tekanan kekuatan-keseimbangan (selain linearitas yang melekat) adalah penghambat gerakan elemen penginderaan. Tidak seperti pemancar tekanan diafragma berbasis modern yang bergantung pada karakteristik musim semi diafragma untuk mengubah tekanan menjadi kekuatan dan kemudian menjadi gerakan (perpindahan) yang dirasakan dan diubah menjadi sinyal elektronik, pemancar kekuatan-keseimbangan bekerja paling baik ketika diafragma kendur dan tidak memiliki karakteristik musim semi sama sekali. Keseimbangan dengan kekuatan tekanan fluida proses dicapai dengan aplikasi baik tekanan udara yang dapat disesuaikan atau arus listrik yang dapat disesuaikan, bukan oleh tegang alami dari elemen pegas. Hal ini membuat instrumen kekuatan-keseimbangan jauh lebih rentan terhadap kesalahan karena kelelahan logam atau degradasi karakteristik musim semi lainnya. Sayangnya, instrumen keseimbangan kekuatan juga memiliki kerugian yang signifikan. Mekanisme kekuatan-keseimbangan cenderung besar, dan mereka menerjemahkan getaran eksternal menjadi gaya inersia yang menambahkan "noise" ke sinyal output. Juga, jumlah daya listrik yang diperlukan untuk memberikan kekuatan penyeimbangan yang memadai dalam pemancar kekuatan-

keseimbangan elektronik adalah sedemikian rupa sehingga hampir tidak mungkin untuk membatasi di bawah tingkat yang diperlukan untuk memastikan keselamatan intrinsik (perlindungan terhadap pengapian yang tidak disengaja atmosfer eksplosif dengan membatasi jumlah energi instrumen mungkin bisa mengalir ke percikan).

18.5 Pemancar tekanan diferensial Salah satu alat pengukur tekanan yang paling umum dan paling berguna di industri adalah pemancar tekanan diferensial. Perangkat ini merasakan perbedaan tekanan antara dua port dan menghasilkan sinyal yang mewakili tekanan itu dalam kaitannya dengan rentang yang dikalibrasi. Pemancar tekanan diferensial mungkin didasarkan pada salah satu teknologi sensor tekanan yang didiskusikan sebelumnya, jadi bagian ini berfokus pada aplikasi daripada teori. Pemancar tekanan diferensial terlihat seperti ini:

Dua model pemancar tekanan diferensial elektronik ditampilkan di sini, model Rosemount 1151 (kiri) dan model 3051 (kanan):

Dua model pemancar tekanan diferensial elektronik ditunjukkan pada foto berikutnya, Yokogawa EJA110 (kiri) dan Foxboro IDP10 (kanan):

Pada masing-masing contoh pemancar tekanan diferensial ini, elemen penginderaan tekanan ditempatkan di bagian bawah perangkat (struktur baja tempa) sementara elektronik ditempatkan di bagian atas (struktur alumunium yang berwarna, bulat, dan cor) . Terlepas dari make atau model, setiap tekanan diferensial ("DP", "d / p", atau AP) pemancar memiliki dua port tekanan untuk merasakan tekanan cairan proses yang berbeda. Port ini biasanya memiliki benang NPT wanita berukuran \ inci yang siap menerima koneksi ke proses. Salah satu port ini diberi label "tinggi" dan yang lain diberi label "rendah". Pelabelan ini tidak selalu berarti bahwa port "tinggi" harus selalu berada pada tekanan yang lebih besar daripada port "rendah". Apa yang diwakilkan oleh label ini adalah efek tekanan pada titik tersebut pada sinyal output.

*Sejauh yang bisa saya tentukan, label "D / P" dan "DP cell" pada awalnya adalah merek dagang dari Perusahaan Foxboro. Model pemancar khusus tersebut menjadi sangat populer sehingga istilah "sel DP" mulai diterapkan pada hampir semua merek dan model pemancar tekanan diferensial, seperti merek dagang "Vise-Grip" yang sering digunakan untuk menggambarkan tang pengunci otomatis, atau "Band-Aid" sering digunakan untuk menggambarkan segala bentuk perban perekat diri.

Unsur penginderaan yang paling umum digunakan oleh pemancar DP modern adalah diafragma. Satu sisi diafragma ini menerima tekanan cairan proses dari port "tinggi", sementara yang lain menerima tekanan cairan proses dari port "rendah". Perbedaan tekanan antara dua port menyebabkan diafragma melentur dari posisi istirahat (tengah) normal. Pelenturan ini kemudian diterjemahkan ke dalam sinyal output oleh sejumlah teknologi yang berbeda, tergantung pada produsen dan model pemancar:

Konsep pelabelan port instrumen tekanan diferensial sangat mirip dengan label "inverting" dan "noninverting" yang diterapkan ke terminal input penguat operasional:

"+" Dan simbol tidak menyiratkan polaritas tegangan input (s). Bukannya input “+” harus lebih positif daripada input. Simbol-simbol ini hanya mewakili efek yang berbeda pada sinyal output yang dimiliki setiap input. Tegangan yang meningkat diterapkan pada input "+" mendorong output op-amp positif, sementara peningkatan tegangan yang diterapkan pada input mendorong output op-amp negatif. Dengan cara yang sama, tekanan yang meningkat diterapkan pada port "tinggi" dari pemancar DP akan menggerakkan sinyal output ke level yang lebih besar (naik), sementara tekanan yang meningkat diterapkan pada port "rendah" dari pemancar DP akan menggerakkan sinyal output ke tingkat yang lebih rendah (bawah):

Dalam dunia elektronik, kami mengacu pada kemampuan sensor tegangan diferensial (seperti penguat operasional) untuk merasakan perbedaan kecil dalam tegangan sementara mengabaikan potensi besar yang diukur dengan referensi ke tanah dengan frasa penolakan common-mode. Penguat operasional yang ideal benar-benar mengabaikan jumlah tegangan yang umum untuk kedua terminal input, hanya menanggapi perbedaan tegangan antara kedua terminal tersebut. Inilah tepatnya instrumen DP yang dirancang dengan baik, kecuali dengan tekanan fluida alih-alih tegangan listrik. Instrumen DP mengabaikan pengukur tekanan umum untuk kedua port, sementara hanya menanggapi perbedaan tekanan antara kedua port.

*Salah satu produsen pemancar yang saya ketahui (ABB / Bailey) sebenarnya menggunakan "+" dan label untuk menunjukkan port tekanan tinggi dan rendah daripada label "H" dan "L" yang lebih umum yang ditemukan pada produk DP produsen lain.

Untuk mengilustrasikan, kita dapat menghubungkan port "tinggi" dan "rendah" dari pemancar tekanan diferensial bersama-sama menggunakan pipa atau tabung, kemudian mengekspos kedua port secara bersamaan ke sumber tekanan fluida seperti udara bertekanan dari kompresor udara. Jika pemancar dalam keadaan baik, itu harus terus mendaftar nol tekanan diferensial bahkan saat kami memvariasikan jumlah tekanan statis diterapkan ke kedua port. Selama tekanan yang diterapkan ke masing-masing port sama, diafragma penginderaan transmitter harus mengalami nol gaya net mendorong ke kiri atau ke kanan. Semua gaya yang diterapkan pada diafragma dari tekanan cairan port “tinggi” harus secara tepat dimentering (dibatalkan) dengan gaya yang diterapkan ke diafragma dari tekanan cairan port “rendah”. Sebuah analogi listrik untuk ini akan menghubungkan kedua ujung uji merah dan blok dari voltmeter ke titik umum dalam rangkaian listrik, kemudian memvariasikan jumlah tegangan antara titik itu dan tanah bumi. Karena voltmeter hanya mencatat perbedaan potensial antara lead uji, dan lead uji tersebut sekarang secara elektrik umum satu sama lain, besarnya tegangan mode-umum antara satu titik dari sirkuit dan ground ground tidak relevan dari sudut pandang voltmeter. :

Dalam setiap kasus perangkat pengukuran diferensial menolak nilai common-mode, mendaftarkan hanya jumlah perbedaan (nol) antara titik-titik penginderaannya. Prinsip penolakan mode-umum yang sama mengungkapkan dirinya dalam sirkuit cairan dan listrik yang lebih kompleks. Pertimbangkan kasus pemancar DP dan voltmeter, keduanya digunakan untuk mengukur kuantitas diferensial dalam rangkaian "pembagi":

Dalam setiap kasus perangkat pengukuran diferensial hanya menanggapi perbedaan antara dua titik pengukuran, menolak nilai mode-umum (97,5 PSI untuk pemancar tekanan, 97,5 volt untuk voltmeter). Hanya untuk membuat hal-hal menarik dalam contoh ini, sisi "tinggi" dari masing-masing alat ukur menghubungkan ke titik nilai yang lebih rendah, sehingga perbedaan yang diukur adalah kuantitas negatif. Seperti voltmeter digital, transmiter DP modern sama-sama mampu mengukur secara akurat perbedaan tekanan negatif serta perbedaan tekanan positif. Kontras yang jelas antara tekanan diferensial dan tekanan mode-umum untuk instrumen DP terlihat dalam peringkat tekanan yang ditunjukkan pada pelat nama pemancar tekanan diferensial model Foxboro 13A:

Papan nama ini memberitahu kita bahwa pemancar memiliki rentang tekanan diferensial yang dikalibrasi dari 50 "H2O (50 inci kolom air, yang hanya sekitar 1,8 PSI). Namun, papan nama juga memberitahu kita bahwa pemancar memiliki tekanan kerja maksimum (MWP) sebesar 1500 PSI. "Tekanan kerja" mengacu pada jumlah tekanan pengukur yang umum untuk setiap port, bukan tekanan diferensial antar port. Mengambil angka-angka ini pada nilai nominal berarti pemancar ini akan mendaftar nol (tidak ada tekanan diferensial) bahkan jika tekanan pengukur diterapkan sama untuk kedua port adalah 1500 PSI penuh! Dengan kata lain, pemancar tekanan diferensial ini akan menolak hingga 1500 PSI dari tekanan pengukur mode umum, dan hanya menanggapi perbedaan kecil pada tekanan antara port (diferensial 1,8 PSI cukup untuk menstimulasi pemancar ke output skala penuh).

18.5.1 Aplikasi pengukuran tekanan Kombinasi dua port tekanan diferensial membuat pemancar DP sangat serbaguna sebagai alat pengukur tekanan. Instrumen yang satu ini dapat digunakan untuk mengukur perbedaan tekanan, tekanan positif (pengukur), tekanan negatif (vakum), dan bahkan tekanan absolut, hanya dengan menghubungkan port penginderaan "tinggi" dan "rendah" secara berbeda. Dalam setiap aplikasi pemancar DP, harus ada beberapa sarana untuk menghubungkan port-port sensor penginderaan pada titik-titik dalam suatu proses. Tabung logam atau plastik (atau pipa) bekerja dengan baik untuk tujuan ini, dan biasanya disebut garis impuls, atau garis pengukur, atau garis penginderaan. Ini setara dengan kabel uji yang digunakan untuk menghubungkan voltmeter ke titik dalam rangkaian untuk mengukur tegangan. Biasanya, tabung ini terhubung ke pemancar dan ke proses dengan alat pelengkap kompresi yang memungkinkan untuk pemutusan dan penyambungan kembali tabung yang relatif mudah. Untuk informasi lebih lanjut tentang fitting tabung instrumen, lihat bagian 8.2.1 dimulai pada halaman 329. Mengukur proses penyumbatan bejana Kami dapat menggunakan pemancar DP untuk mengukur perbedaan tekanan yang nyata di bejana proses seperti filter, penukar panas, atau reaktor kimia. Ilustrasi berikut menunjukkan bagaimana pemancar tekanan diferensial dapat digunakan untuk mengukur penyumbatan filter air:

Perhatikan bagaimana sisi tinggi pemancar DP terhubung ke sisi hulu dari filter, dan sisi rendah pemancar ke sisi hilir dari filter. Dengan cara ini, peningkatan penyumbatan filter akan menghasilkan output pemancar yang meningkat. Karena tekanan internal transmiter yang menggunakan diafragma hanya menanggapi perbedaan tekanan antara port "tinggi" dan "rendah", tekanan pada filter dan pipa

relatif terhadap atmosfer sama sekali tidak relevan dengan sinyal keluaran transmiter. Filter bisa beroperasi pada tekanan saluran 10 PSI atau 10.000 PSI - satu-satunya variabel pemancar DP adalah penurunan tekanan di filter. Jika sisi hulu berada pada 10 PSI dan sisi hilir berada pada 9 PSI, tekanan diferensial akan menjadi 1 PSI (kadang-kadang diberi label sebagai PSID, "D" untuk diferensial). Jika tekanan hulu adalah 10.000 PSI dan tekanan hilir adalah 9,999 PSI, pemancar DP masih akan melihat tekanan diferensial hanya 1 PSID. Demikian pula, teknisi yang mengkalibrasi transmiter DP di meja kerja dapat menggunakan tekanan udara tepat hanya 1 PSI (diterapkan pada port "tinggi", dengan port "rendah" yang dilepaskan ke atmosfer) untuk mensimulasikan salah satu dari kondisi dunia nyata ini. Pemancar DP tidak dapat membedakan antara ketiga skenario ini, juga tidak dapat membedakannya jika tujuannya adalah untuk mengukur secara eksklusif tekanan diferensial. Mengukur tekanan pengukur positif Instrumen DP juga dapat berfungsi sebagai alat pengukur tekanan sederhana jika diperlukan, menanggapi tekanan yang melebihi atmosfer. Jika kita hanya menghubungkan sisi "tinggi" dari instrumen DP ke bejana proses menggunakan tabung impuls, sementara meninggalkan sisi "rendah" yang dilepaskan ke atmosfer, instrumen akan menafsirkan tekanan positif apa pun dalam bejana sebagai perbedaan positif antara bejana. dan atmosfer:

Meskipun ini mungkin tampak seperti pemborosan kemampuan transmiter (mengapa tidak hanya menggunakan pemancar tekanan gauge yang lebih sederhana dengan hanya satu port?), Ini sebenarnya adalah aplikasi yang sangat umum untuk transmiter DP. Penggunaan perangkat diferensial ini mungkin tidak benar-benar menjadi "limbah" jika aplikasi diferensial benar ada di fasilitas yang sama untuk

pemancar tekanan, yang berarti hanya satu pemancar cadangan yang harus disimpan di gudang fasilitas daripada dua pemancar cadangan (salah satu dari setiap jenis). Sebagian besar produsen instrumen DP menawarkan versi "pengukur tekanan" dari instrumen diferensial mereka, dengan port sisi "tinggi" terbuka untuk koneksi ke jalur impuls dan sisi "rendah" dari elemen penginderaan ditutup dengan flens vented khusus, secara efektif melakukan fungsi yang sama kita lihat pada contoh di atas dengan biaya yang sedikit lebih rendah. Foto close-up model Rosemount pemancar tekanan gauge 1151GP menunjukkan flensa port-less pada sisi "rendah" dari modul tekanan. Hanya sisi "tinggi" dari sensor yang memiliki tempat untuk jalur impuls untuk menghubungkan:

Melihat lebih dekat pada flensa ini mengungkapkan lubang di dekat bagian bawah, memastikan sisi "rendah" dari kapsul penginderaan tekanan selalu merasakan tekanan ambien (atmosfer):

Mengukur tekanan absolut Tekanan absolut didefinisikan sebagai perbedaan antara tekanan fluida yang diberikan dan vakum sempurna. Kita dapat membangun alat pengukur tekanan absolut dengan mengambil instrumen DP dan menyegel sisi "rendah" dari elemen penginderaan tekanannya dalam hubungan ke ruang hampa udara. Dengan cara ini, tekanan apa pun yang lebih besar dari kekosongan sempurna akan dicatat sebagai perbedaan positif:

Kebanyakan pemancar tekanan absolut menyerupai "pengukur tekanan" adaptasi pemancar DP, dengan hanya satu port yang tersedia untuk menghubungkan jalur impuls. Tidak seperti pemancar tekanan gauge, pemancar tekanan absolut tidak memiliki lubang ventilasi di sisi "rendah" mereka. Sisi "rendah" dari pemancar tekanan absolut harus berupa vakum tertutup untuk mengukur secara akurat tekanan cairan sisi "tinggi" secara absolut. Mengukur ruang hampa Prinsip yang sama untuk menghubungkan satu port dari perangkat DP ke suatu proses dan melepaskan yang lain berfungsi dengan baik sebagai alat untuk mengukur vakum (tekanan di bawah atmosfer). Yang perlu kita lakukan adalah menghubungkan sisi "rendah" ke proses vakum dan curahkan sisi "tinggi" ke atmosfer:

Setiap tekanan dalam bejana proses kurang dari atmosfer akan mendaftar ke transmiter DP sebagai perbedaan positif (dengan Phigh lebih besar dari Plough) - Dengan demikian, semakin kuat vakum dalam bejana proses, semakin besar output sinyal oleh pemancar. Pernyataan terakhir ini layak mendapat beberapa kualifikasi. Dulu, cara pneumatik analog dan pemancar elektronik dirancang beberapa tahun yang lalu, bahwa satu-satunya cara untuk mendapatkan sinyal yang meningkat dari instrumen DP adalah untuk memastikan tekanan port "tinggi" naik dalam kaitannya dengan tekanan port "rendah" (Atau sebaliknya, untuk memastikan tekanan port "rendah" turun sehubungan dengan tekanan sisi "tinggi"). Namun, dengan munculnya teknologi elektronik digital, menjadi agak mudah untuk memprogram instrumen DP dengan kisaran negatif, misalnya 0 hingga -10 PSI. Dengan cara ini, tekanan menurun yang ditafsirkan oleh pemancar akan menghasilkan sinyal output yang meningkat. Sangat jarang menemukan pemancar tekanan yang dikalibrasi sedemikian rupa, tetapi ingatlah bahwa itu mungkin. Ini membuka kemungkinan menggunakan pemancar tekanan "gauge" biasa (di mana port "tinggi" terhubung ke bejana proses dan port "rendah" selalu dilepaskan ke atmosfer berdasarkan flensa khusus pada instrumen) sebagai instrumen vakum . Jika pemancar tekanan gauge diberi rentang kalibrasi negatif, setiap penurunan tekanan yang terlihat pada port "tinggi" akan menghasilkan sinyal output yang meningkat.

18.5.2 Aplikasi pengukuran inferensial Selain kegunaannya sebagai alat pengukur tekanan langsung, pemancar DP dapat menyimpulkan banyak variabel proses lain yang dikenal untuk menghasilkan tekanan yang masuk akal. Dalam kapasitas inilah pemancar tekanan diferensial menunjukkan fleksibilitas terbesarnya. Menyimpulkan level cair Cairan menghasilkan tekanan sebanding dengan tinggi (kedalaman) karena beratnya. Tekanan yang dihasilkan oleh kolom vertikal cairan sebanding dengan tinggi kolom (h), dan densitas massa cair (p), dan percepatan gravitasi {g) . P = pgh Mengetahui hal ini, kita dapat menggunakan pemancar DP sebagai perangkat penginderaan tingkat cair jika kita mengetahui kerapatan cairan tetap cukup konstan:

Saat level cairan dalam bejana meningkat, jumlah tekanan hidrostatik yang diterapkan ke port "tinggi" transmiter meningkat dalam proporsi langsung. Dengan demikian, sinyal pemancar meningkat merupakan ketinggian cairan di dalam kapal:

Teknik sederhana ini bekerja bahkan jika bejana berada di bawah tekanan dari gas atau uap (bukannya dibuang seperti pada contoh sebelumnya). Yang perlu kita lakukan untuk mengimbangi tekanan lain ini adalah menghubungkan port "low" transmitor DP ke bagian atas kapal sehingga tidak merasakan apa pun kecuali tekanan gas:

Karena pemancar hanya merespon perbedaan tekanan antara dua port penginderaannya, dan satusatunya penyebab perbedaan tekanan dalam aplikasi ini adalah tekanan yang dihasilkan oleh ketinggian kolom cairan, sinyal pemancar menjadi representasi eksklusif dari level cairan di kapal, menolak kesalahan pengukuran potensial yang disebabkan oleh perubahan tekanan gas di dalam kapal. Setiap tekanan gas di dalam kapal akan dirasakan sama oleh kedua port pada pemancar, sehingga "membatalkan" dan tidak berpengaruh pada pengukuran. Hanya perubahan tingkat cairan di dalam bejana yang akan menyebabkan tekanan port "tinggi" berubah secara independen dari tekanan port "rendah", menyebabkan sinyal output transmitter berubah. Menyimpulkan aliran gas dan cairan Pengukuran inferensial umum lainnya menggunakan pemancar DP adalah pengukuran aliran fluida melalui pipa. Tekanan yang jatuh melintasi konstriksi pada pipa bervariasi dalam kaitannya dengan laju aliran (Q) dan densitas cairan (p). Selama densitas fluida tetap cukup konstan, kita dapat mengukur penurunan tekanan melalui konstriksi perpipaan dan menggunakan pengukuran tersebut untuk menyimpulkan laju alir. Bentuk penyempitan yang paling umum digunakan untuk tujuan ini disebut lempeng orifice, tidak lebih dari sebuah pelat logam dengan lubang mesin yang tepat di tengahnya. Saat cairan melewati lubang ini, kecepatannya berubah, menyebabkan penurunan tekanan untuk terbentuk:

Sekali lagi, kita melihat kemampuan penolakan mode umum dari pemancar tekanan yang digunakan untuk keuntungan praktis. Karena kedua port pemancar terhubung ke jalur proses yang sama, tekanan fluida statis dalam garis tersebut tidak berpengaruh pada pengukuran. Hanya perbedaan tekanan antara sisi hulu dan hilir dari konstriksi (pelat orifice) yang menyebabkan pemancar untuk mendaftarkan aliran.

18.6 Aksesori sensor tekanan Beberapa aksesori ada untuk perangkat sensor-sensing berfungsi secara optimal dalam lingkungan proses yang menantang. Kadang-kadang, kita harus menggunakan aksesori khusus untuk melindungi instrumen tekanan terhadap bahaya cairan proses tertentu. Salah satu bahaya tersebut adalah tekanan pulsasi, misalnya pada debit pompa tekanan tinggi tipe piston (positive-displacement). Tekanan pulsasi dapat dengan cepat merusak sensor mekanis seperti tabung borjuis, baik dengan memakai mekanisme mentransfer gerakan elemen tekanan ke jarum menunjukkan, dan / atau kelelahan dari elemen logam itu sendiri.

18.6.1 Manifold katup Aksesori penting untuk pemancar DP adalah manifold tiga katup. Perangkat ini menggabungkan tiga katup manual untuk mengisolasi dan menyamakan tekanan dari proses ke pemancar, untuk keperluan pemeliharaan dan kalibrasi. Ilustrasi berikut menunjukkan tiga katup yang terdiri dari manifold tiga katup (dalam kotak garis putus-putus), serta katup keempat yang disebut katup “berdarah” yang digunakan untuk melampiaskan tekanan cairan yang terperangkap ke atmosfer:

Sementara ilustrasi ini menunjukkan tiga katup sebagai perangkat terpisah, terhubung bersama dan ke pemancar dengan tubing, manifold tiga katup lebih umum diproduksi sebagai perangkat monolitik: tiga katup dilemparkan bersama menjadi satu blok logam, melekat pada pemancar tekanan dengan cara wajah flens dengan segel O-ring. Katup yang berdarah paling sering ditemukan sebagai perangkat terpisah yang berulir ke satu atau lebih port pada ruang diafragma transmitter. Foto berikut menunjukkan manifold tiga katup yang dibaut ke pemancar tekanan diferensial ST3000 Honeywell. Fitting katup yang berdarah dapat dilihat dimasukkan ke port atas pada flange kapsul diafragma terdekat:

Dalam operasi normal, dua katup blok dibiarkan terbuka untuk memungkinkan proses tekanan fluida untuk mencapai pemancar. Katup penyeimbang dibiarkan menutup rapat sehingga tidak ada cairan

yang dapat melewati antara sisi tekanan "tinggi" dan "rendah". Untuk mengisolasi pemancar dari proses untuk pemeliharaan, pertama-tama harus ditutup katup blok, kemudian buka katup penyeimbang untuk memastikan pemancar "melihat" tidak ada tekanan diferensial. Katup “bleed” dibuka pada langkah terakhir untuk mengurangi tekanan cairan yang tertahan di dalam manifold dan ruang transmitter:

Variasi pada tema ini adalah manifold lima katup, ditunjukkan dalam ilustrasi ini:

Posisi katup manifold untuk operasi normal dan pemeliharaan adalah sebagai berikut:

Dihapus dari layanan Sangat penting bahwa katup penyeimbang (s) tidak pernah terbuka ketika kedua katup blok terbuka! Melakukannya akan memungkinkan cairan proses mengalir melalui katup penyeimbang (s) dari sisi bertekanan tinggi dari proses ke sisi tekanan rendah dari proses. Jika pipa impuls yang menghubungkan manifold ke proses sengaja diisi dengan cairan pengisi (seperti gliserin, untuk memindahkan air proses dari memasuki tabung impuls; atau air dalam sistem uap), cairan pengisi ini akan hilang. Juga, jika cairan prosesnya sangat panas atau radioaktif, kombinasi katup penyeimbang dan blok terbuka akan membiarkan cairan berbahaya itu mencapai pemancar dan manifold, mungkin menyebabkan kerusakan atau menciptakan bahaya pribadi. Berbicara dari pengalaman pribadi, saya pernah membuat kesalahan ini pada pemancar DP yang terhubung ke sistem uap, menyebabkan uap panas mengalir melalui manifold dan terlalu panas katup penyeimbang sehingga disita terbuka dan tidak bisa ditutup lagi! Satu-satunya jalan Saya bisa menghentikan aliran uap panas melalui manifold adalah untuk menemukan dan menutup katup tangan geser-gerbang antara tabung impuls dan pipa proses. Untungnya, katup besi ini tidak rusak karena panas dan masih bisa mematikan alirannya. Pressure transmitter valve manifolds juga hadir dalam konfigurasi block-and-bleed tunggal, untuk aplikasi tekanan pengukur. Di sini, port tekanan "rendah" pemancar dilepaskan ke atmosfer, dengan hanya port tekanan "tinggi" yang terhubung ke jalur impuls:

Foto berikut menunjukkan sebuah bank yang terdiri dari delapan pemancar tekanan, tujuh dari delapan yang dilengkapi dengan satu lipatan tunggal. Pemancar kedelapan (baris bawah, kedua-dari kiri) olahraga manifold 5-katup:

18.6.2 Fitting berdarah (ventilasi) Sebelum melepaskan pemancar tekanan dari layanan langsung, teknisi harus "mengeluarkan" atau "melampiaskan" tekanan cairan yang tersimpan ke atmosfer untuk mencapai keadaan nol energi sebelum memutuskan hubungan pemancar dari garis impuls. Beberapa manifold katup menyediakan katup untuk melakukan hal ini, tetapi banyak yang tidak13. Aksesori yang murah dan umum untuk instrumen penginderaan tekanan (terutama pemancar) adalah fitting katup berdarah atau katup vent, dipasang pada instrumen sebagai perangkat diskrit. Fitting berdarah paling umum dilengkapi dengan 1/4 inch pipa NPT laki-laki, untuk pemasangan ke salah satu lubang pipa berulir NPT 1/4 inci yang biasanya disediakan pada flensa pemancar tekanan. Pendarahan dioperasikan dengan kunci pas kecil, melonggarkan sumbat berujung bola dari kursinya untuk memungkinkan cairan proses untuk lolos melalui lubang ventilasi kecil di sisi fitting. Foto-foto berikut menunjukkan tampilan dekat dari fitting berdarah baik dirakit (kiri) dan

dengan plug sepenuhnya diekstraksi dari pas (kanan). Lubang berdarah mungkin terlihat jelas di kedua foto:

Ketika dipasang langsung pada flensa instrumen tekanan, katup-katup yang berdarah ini dapat digunakan untuk mengalirkan cairan yang tidak diinginkan dari ruang-ruang tekanan, misalnya gelembung udara yang mengalir dari suatu instrumen yang dimaksudkan untuk merasakan tekanan air, atau mengeluarkan air yang mengembun dari suatu instrumen yang dimaksudkan untuk merasakan tekanan udara terkompresi. Foto-foto berikut menunjukkan fitting berdarah dipasang dua cara yang berbeda di sisi flens pemancar tekanan, salah satu cara untuk mengeluarkan gas dari proses cair (terletak di atas) dan cara lain untuk mengeluarkan cairan dari proses gas (terletak di bagian bawah ):

13-Manifold standar 3-katup, misalnya, tidak memberikan katup berdarah - hanya blok dan katup penyeimbang.

18.6.3 Peredam tekanan pulsasi Cara sederhana untuk mengurangi efek pulsasi pada alat pengukur tekanan adalah mengisi bagian dalam alat ukur dengan cairan kental seperti gliserin atau minyak. Gesekan yang melekat pada cairan pengisi ini memiliki kualitas "kejut kejut" yang meredam gerakan osilator mekanisme pengukur dan membantu melindungi terhadap kerusakan dari pulsasi atau dari getaran eksternal. Metode ini tidak efektif untuk pulsasi amplitudo tinggi. Alat pengukur tekanan berisi minyak dapat dilihat pada foto berikut. Perhatikan gelembung udara di dekat bagian atas permukaan pengukur, yang merupakan satu-satunya indikasi visual dari pengisian minyak:

Metode yang lebih canggih untuk redaman pulsasi yang terlihat oleh instrumen tekanan disebut snubber, dan itu terdiri dari pembatasan cairan ditempatkan antara dengan sensor tekanan dan proses. Contoh paling sederhana dari snubber adalah katup jarum sederhana (katup adjustable yang dirancang untuk laju aliran rendah) ditempatkan di posisi tengah terbuka, membatasi aliran cairan masuk dan keluar dari pengukur tekanan:

Pada awalnya, penempatan katup throttling antara proses dan alat pengukur tekanan tampaknya agak aneh, karena tidak boleh ada aliran kontinu di dalam atau keluar dari alat pengukur untuk katup seperti itu ke throttle! Namun, tekanan pulsasi menyebabkan sejumlah kecil aliran bolak-balik keluar masuk instrumen tekanan, karena ekspansi dan kontraksi dari elemen penginderaan tekanan mekanik (bellow, diaphragm, atau bourdon tube). Katup jarum menyediakan pembatasan untuk aliran ini yang, ketika dikombinasikan dengan kapasitansi cairan dari tekanan instrumen, gabungkan untuk membentuk filter low-pass. Dengan menghambat aliran cairan masuk dan keluar dari instrumen tekanan, instrumen yang dicegah dari "melihat" puncak tinggi dan rendah dari tekanan berdenyut. Sebaliknya, instrumen mencatat tekanan yang lebih mantap sepanjang waktu. Sebuah analogi listrik untuk snubber tekanan adalah low-pass filter sirkuit RC "damping" tegangan pulsasi dari mencapai voltmeter:

Salah satu masalah potensial dengan solusi katup jarum adalah lubang kecil di dalam katup dapat tersumbat dari waktu ke waktu dengan serpihan atau endapan dari cairan proses kotor. Ini, tentu saja, akan menjadi buruk karena jika katup itu benar-benar dipasang, instrumen tekanan akan berhenti merespons setiap perubahan tekanan proses sama sekali, atau mungkin terlalu lamban dalam menanggapi perubahan besar. Solusi untuk masalah ini adalah untuk mengisi mekanisme sensor tekanan dengan cairan bersih (disebut cairan pengisi), kemudian transfer tekanan dari cairan proses ke cairan pengisi (dan kemudian ke elemen penginderaan tekanan) menggunakan diafragma kendor atau beberapa membran lainnya:

Agar cairan pengisi dan mengisolasi diafragma bekerja secara efektif, tidak mungkin ada gelembung gas dalam cairan pengisi - ini harus menjadi sistem hidraulik “padat” dari diafragma ke elemen penginderaan. Adanya gelembung gas berarti bahwa cairan isian dapat dikompresi, yang berarti diafragma isolasi mungkin harus bergerak lebih dari yang diperlukan untuk mentransfer tekanan ke elemen penginderaan instrumen. Ini akan memperkenalkan kesalahan pengukuran tekanan jika diafragma

isolasi mulai tegang akibat gerakan berlebihan (dan dengan demikian menentang beberapa proses tekanan fluida dari transfer sepenuhnya ke cairan pengisi), atau menekan titik "berhenti" di mana ia tidak dapat bergerak lebih jauh (dengan demikian mencegah transfer lebih lanjut tekanan dari cairan proses untuk mengisi cairan). Untuk alasan ini, mengisolasi sistem diafragma untuk instrumen tekanan biasanya "dikemas" dengan mengisi cairan pada titik dan waktu pembuatan, kemudian disegel sedemikian rupa sehingga mereka tidak dapat dibuka untuk segala bentuk pemeliharaan. Akibatnya, setiap kebocoran cairan isi dalam sistem seperti itu segera merusaknya.

*Konsep ini akan segera akrab bagi siapa saja yang pernah harus "mengeluarkan" gelembung udara dari sistem rem mobil. Dengan gelembung udara dalam sistem, pedal rem memiliki rasa "sepon" saat ditekan, dan banyak gerakan pedal diperlukan untuk mencapai gaya pengereman yang memadai. Setelah mengeluarkan semua udara keluar dari tabung cairan rem, gerakan pedal terasa lebih "padat" dari sebelumnya, dengan gerakan minimal yang diperlukan untuk mencapai gaya pengereman yang memadai. Bayangkan pedal rem menjadi diafragma yang mengisolasi, dan bantalan rem menjadi elemen penginderaan tekanan di dalam instrumen. Jika gelembunggelembung gas cukup ada di dalam tabung, pedal rem mungkin berhenti di lantai ketika ditekan sepenuhnya, mencegah kekuatan penuh dari yang pernah mencapai bantalan rem! Demikian pula, jika diafragma isolasi mencapai batas gerakan keras karena gelembung gas dalam cairan pengisi, elemen penginderaan tidak akan mengalami tekanan proses penuh!

18.6.4 Segel jarak jauh dan kimia Mengisolasi diafragma memiliki manfaat bahkan dalam skenario di mana tekanan pulsasi tidak menjadi masalah. Pertimbangkan kasus sistem pengolahan makanan di mana kita harus mengukur tekanan dari dalam wadah pencampuran jarak jauh:

Kehadiran tabung yang menghubungkan bejana dengan pengukur tekanan menimbulkan masalah kebersihan. Cairan proses yang stagnan (dalam hal ini, beberapa produk makanan cair) di dalam tabung dapat mendukung pertumbuhan mikroba, yang pada akhirnya akan mencemari kapal tidak peduli seberapa baik atau seberapa sering kapal dibersihkan. Bahkan otomatis Clean-In-Place dan Steam-InPlace (CIP dan SIP, masing-masing) protokol di mana kapal secara kimia dibersihkan antara batch tidak dapat mencegah masalah ini karena agen pembersih tidak pernah membersihkan seluruh panjang tubing (pada akhirnya, ke tabung borjuis atau elemen penginderaan lainnya di dalam gauge). Di sini, kita melihat aplikasi yang valid untuk mengisolasi diafragma dan mengisi cairan. Jika kita me-mount diafragma mengisolasi ke bejana sedemikian rupa sehingga cairan proses langsung kontak diafragma, cairan pengisi tersegel akan menjadi satu-satunya bahan di dalam tubing yang membawa tekanan itu ke instrumen. Selanjutnya, diafragma isolasi akan langsung terkena interior kapal, dan karena itu dibersihkan dengan setiap siklus CIP. Dengan demikian, masalah kontaminasi mikroba benar-benar dihindari:

Sistem semacam ini sering disebut sebagai segel jarak jauh, dan mereka tersedia pada sejumlah instrumen tekanan yang berbeda termasuk alat pengukur, pemancar, dan sakelar. Jika tujuan dari diafragma mengisolasi dan mengisi cairan adalah untuk melindungi instrumen sensitif dari bahan kimia korosif atau sebaliknya, sering disebut sebagai segel kimia. Foto berikut menunjukkan pengukur tekanan dilengkapi dengan diafragma seal kimia. Perhatikan bahwa segel kimia pada alat pengukur ini dekat dengan pengukur, karena satu-satunya tujuan di sini adalah perlindungan pengukur dari cairan proses yang keras, bukan kemampuan untuk memasang pengukur jarak jauh:

Pandangan yang menghadap bagian bawah flensa mengungkapkan cairan tipis diafragma yang menyimpan cairan proses memasuki mekanisme pengukur. Hanya cairan pengisian inert yang menempati ruang antara diafragma ini dan tabung bourdon pengukur:

Satu-satunya perbedaan antara alat pengukur segel kimia ini dan alat pengukur segel jarak jauh adalah bahwa pengukur segel jarak jauh menggunakan panjang pipa berdiameter sangat kecil yang

disebut pipa kapiler untuk mentransfer tekanan cairan pengisi dari diafragma penyegelan ke mekanisme pengukur. Pengukur pembacaan langsung bukan satu-satunya jenis instrumen tekanan yang mungkin mendapat manfaat dari memiliki segel jarak jauh. Pemancar tekanan elektronik juga diproduksi dengan segel jarak jauh karena alasan yang sama: perlindungan sensor pemancar dari cairan proses yang keras, atau pencegahan panjang tabung "buntu" di mana cairan proses organik akan stagnan dan menahan pertumbuhan mikroba. Foto berikut menunjukkan pemancar tekanan dilengkapi dengan diafragma penyegelan jauh. Tabung kapiler dilindungi oleh logam melingkar (“armor”) selubung:

diafragma sealing menunjukkan desain bergelombangnya, memungkinkan logam untuk menekan cairan pengisi dalam tuba kapiler:

Sama seperti diafragma pengisolasi dari kapsul penginderaan tekanan, diafragma jarak jauh ini hanya perlu mentransfer proses tekanan cairan ke cairan pengisi dan (akhirnya) ke diafragma penginderaan yang kencang di dalam instrumen. Oleh karena itu, diafragma ini melakukan fungsi terbaiknya jika dirancang untuk mudah dilenturkan. Hal ini memungkinkan diafragma penginderaan yang kencang untuk memberikan sebagian besar kekuatan lawan terhadap tekanan fluida, seolah-olah itu adalah satu-satunya elemen pegas dalam sistem cairan.

*Seperti semua instrumen diafragma, yang satu ini sensitif terhadap kerusakan dari kontak dengan benda tajam. Jika diafragma pernah menjadi nicked, penyok, atau berkerut, itu akan cenderung menunjukkan histeresis dalam gerakannya, menyebabkan kesalahan kalibrasi untuk instrumen. Untuk alasan ini, mengisolasi diafragma sering dilindungi dari kontak dengan sumbat plastik ketika instrumen dikirim dari produsen. Steker ini harus dikeluarkan dari instrumen sebelum dimasukkan ke dalam layanan.

Titik koneksi antara tabung kapiler dan kapsul sensor transmiter diberi label peringatan yang tidak pernah dibongkar, karena hal itu akan memungkinkan udara masuk ke sistem terisi (atau mengisi cairan untuk keluar dari sistem) dan dengan demikian merusak akurasinya:

Agar sistem seal jarak jauh bekerja, "koneksi" hidraulik antara diafragma penyegelan dan elemen penginderaan tekanan harus benar-benar bebas gas sehingga akan ada perpindahan gerakan "padat" dari satu ujung ke ujung lainnya. Masalah potensial dengan penggunaan diafragma jarak jauh adalah tekanan hidrostatik yang dihasilkan oleh cairan pengisi jika instrumen tekanan terletak jauh (vertikal) dari titik koneksi proses. Misalnya, alat pengukur tekanan yang terletak jauh di bawah bejana yang dihubungkannya akan mendaftarkan tekanan yang lebih besar daripada yang sebenarnya ada di dalam bejana, karena tekanan kapal menambah tekanan hidrostatik yang disebabkan oleh cairan dalam pipa:

Tekanan ini dapat dihitung dengan rumus pgh atau 7 jam di mana p adalah densitas massa dari cairan pengisi atau 7 adalah densitas berat dari cairan pengisi. Sebagai contoh, tinggi tabung kapiler 12 kaki diisi dengan cairan pengisi yang memiliki kepadatan berat 58,3 lb / ft3 akan menghasilkan tekanan elevasi hampir 700 lb / ft2, atau 4,86 PSI. Jika instrumen tekanan terletak di bawah titik koneksi proses, offset 4,86 PSI ini harus dimasukkan ke dalam rentang kalibrasi instrumen. Jika kita menginginkan instrumen tekanan ini untuk secara akurat mengukur rentang tekanan proses 0 hingga 50 PSI, kita harus mengkalibrasi untuk kisaran aktual 4,86 hingga 54,86 PSI. Masalah sebaliknya ada di mana instrumen tekanan terletak lebih tinggi dari koneksi proses: di sini instrumen akan mendaftarkan tekanan yang lebih rendah dari apa yang sebenarnya di dalam kapal, diimbangi dengan jumlah yang diprediksi oleh formula tekanan hidrostatik pgh atau γh. Sejujurnya, masalah ini tidak terbatas pada sistem segel jarak jauh - bahkan sistem yang tidak terisolasi di mana tabung diisi dengan cairan proses akan menunjukkan kesalahan offset ini. Namun, dalam sistem kapiler terisi, offset vertikal dijamin menghasilkan tekanan offset karena cairan pengisi selalu cair, dan cairan menghasilkan tekanan dalam proporsi langsung ke ketinggian vertikal kolom cairan (dan kepadatan cairan itu). Masalah serupa yang unik untuk instrumen tekanan pengisian-terisolasi adalah kesalahan pengukuran yang disebabkan oleh suhu ekstrem. Misalkan tabung kapiler berisi cairan dari instrumen tekanan segel jarak jauh datang terlalu dekat dengan pipa uap panas, tungku, atau beberapa sumber lain dari suhu tinggi. Perluasan cairan pengisi dapat menyebabkan diafragma isolasi untuk meluas ke titik di mana ia mulai tegang dan menambahkan tekanan ke cairan pengisi di atas dan di luar itu dari cairan

proses. Suhu dingin dapat menimbulkan kerusakan dengan tabung kapiler yang diisi juga, jika cairan pengisi mengental atau bahkan membeku sehingga tidak lagi mengalir seperti seharusnya. Pemasangan instrumen yang tepat dan pemilihan cairan pengisi yang tepat akan membantu untuk menghindari masalah tersebut. Secara keseluruhan, potensi masalah dengan instrumen tekanan segel jarak jauh dan kimia sangat diimbangi oleh manfaatnya dalam aplikasi yang tepat. Beberapa pemancar tekanan dilengkapi dengan seal yang tertutup rapat daripada segel jarak jauh, untuk aplikasi yang paling baik untuk menghindari koneksi tabung impuls ke proses (misalnya cairan yang cenderung mengental atau dalam proses higienis). Sebuah pemancar tekanan Rosamount diperpanjang-diafragma muncul di foto tangan kiri, sementara pemancar Yokogawa dari desain dasar yang sama ditunjukkan dipasang dalam proses kerja di foto sebelah kanan:

*Sebagian besar produsen alat tekanan menawarkan berbagai cairan pengisi untuk berbagai aplikasi. Tidak hanya suhu menjadi pertimbangan dalam pemilihan cairan pengisian yang tepat, tetapi juga kontaminasi potensial atau reaksi dengan proses jika diafragma isolasi pernah mengalami kebocoran!

18.6.5 Jalur impuls isi Metode alternatif untuk mengisolasi instrumen penginderaan tekanan dari kontak langsung dengan cairan proses adalah untuk mengisi atau membersihkan jalur impuls dengan cairan yang tidak berbahaya. Mengisi tabung impuls dengan fluida statis bekerja ketika gravitasi mampu menjaga pengisian cairan pada tempatnya, seperti pada contoh pemancar tekanan yang terhubung ke pipa air oleh jalur impuls gliserin yang diisi:

Suatu alasan seseorang mungkin melakukan ini adalah untuk perlindungan pembekuan, karena gliserin membeku pada suhu yang lebih rendah daripada air. Jika garis impuls diisi dengan air proses, itu mungkin membekukan padat dalam kondisi cuaca dingin (air di pipa tidak dapat membeku selama itu dipaksa mengalir). Kepadatan gliserin yang lebih besar membuatnya ditempatkan di garis impuls, di bawah garis air proses. Katup pengisian disediakan di dekat pemancar sehingga teknisi dapat mengisi kembali jalur impuls dengan gliserin (menggunakan pompa tangan) jika diperlukan. Seperti halnya diafragma jarak jauh, jalur impuls yang terisi akan menghasilkan tekanannya sendiri sebanding dengan perbedaan ketinggian antara titik koneksi proses dan elemen sensor tekanan. Jika perbedaan ketinggian cukup besar, tekanan offset yang dihasilkan dari perbedaan elevasi ini akan memerlukan kompensasi dengan menggunakan "nol pergeseran" yang disengaja dari instrumen tekanan ketika dikalibrasi.

18.6.6 Garis impuls yang dibersihkan Pembersihan terus menerus dari jalur impuls adalah pilihan ketika saluran rentan terhadap penyumbatan. Pertimbangkan contoh ini, di mana tekanan diukur di bagian bawah bejana sedimentasi:

Aliran air bersih yang terus-menerus masuk melalui "katup pembersihan" dan mengalir melalui jalur impuls, menjaga jarak dari sedimen sambil tetap memungkinkan instrumen tekanan untuk merasakan tekanan di bagian bawah kapal. Sebuah katup pengawas terhadap arus balik melalui jalur pembersihan, dalam proses kasus, tekanan fluida pernah melebihi tekanan suplai pembersihan. Sistem yang dibersihkan sangat berguna, tetapi beberapa detail perlu dipertimbangkan sebelum memutuskan untuk menerapkan strategi seperti itu: • Seberapa andalnya pasokan cairan pembersih? Jika ini berhenti karena alasan apa pun, jalur impuls mungkin menyolok! • Apakah tekanan pasokan cairan pembersih dijamin untuk melebihi tekanan proses setiap saat, untuk arah aliran pembersihan yang tepat? • Opsi apa yang tersedia untuk cairan pembersih yang tidak akan bereaksi negatif dengan proses tersebut? • Apa pilihan yang ada untuk cairan pembersih yang tidak akan mencemari proses?

• Seberapa mahal untuk mempertahankan aliran cairan pemurnian konstan ini ke dalam proses? Juga, penting untuk membatasi aliran cairan pembersih ke tingkat yang tidak akan membuat pengukuran tekanan yang sangat tinggi karena penurunan tekanan yang terbatas di sepanjang garis impuls, namun mengalir cukup leluasa untuk mencapai tujuan pencegahan sumbatan. Di banyak instalasi, indikator aliran visual dipasang di jalur pembersihan untuk memfasilitasi penyesuaian aliran pembersihan yang optimal. Indikator aliran seperti itu juga berguna untuk mengatasi masalah, karena indikator tersebut akan menunjukkan jika sesuatu terjadi untuk menghentikan aliran pembersihan. Dalam contoh sebelumnya, cairan pembersih adalah air bersih. Banyak pilihan untuk cairan pembersih selain air. Gas seperti udara, nitrogen, atau karbon dioksida sering digunakan dalam sistem yang dibersihkan, untuk aplikasi proses gas dan cairan. Jalur impuls yang dibersihkan, seperti garis yang terisi dan garis diafragma-terisolasi, akan menghasilkan tekanan hidrostatik dengan ketinggian vertikal. Jika cairan pembersih adalah cairan, tekanan yang bergantung pada elevasi ini dapat berupa offset untuk dimasukkan dalam kalibrasi instrumen. Jika cairan pembersih adalah gas (seperti udara), bagaimanapun, setiap perbedaan ketinggian dapat diabaikan karena densitas gas dapat diabaikan.

18.6.7 Garis impuls yang dilacak-panas Jika jalur impuls diisi dengan cairan, mungkin ada kemungkinan cairan itu membeku dalam kondisi cuaca dingin. Kemungkinan ini tergantung, tentu saja, pada jenis cairan yang mengisi garis impuls dan seberapa dingin cuaca di lokasi geografis itu. Satu perlindungan terhadap pembekuan garis impuls adalah dengan menelusuri garis impuls dengan beberapa bentuk pemanasan aktif sedang, uap dan listrik yang paling umum. “Steam tracing” terdiri dari tabung tembaga yang membawa uap bertekanan rendah, dibundel bersama dengan satu atau lebih tabung impuls, diapit oleh jaket yang diisolasi secara termal.

Uap mengalir melalui katup shut-off, melalui tabung di bundel terisolasi, mentransfer panas ke tabung impuls saat mengalir melewati. Uap yang didinginkan mengembun menjadi air dan mengumpulkannya dalam perangkat steam trap yang terletak di elevasi terendah pada jalur jejak uap. Ketika permukaan air naik ke tingkat tertentu di dalam perangkap, katup yang dioperasikan mengambang terbuka untuk melampiaskan air. Hal ini memungkinkan lebih banyak uap mengalir ke tabung tracing, menjaga garis impuls terus dipanaskan. Perangkap uap secara alami bertindak sebagai semacam termostat juga, meskipun hanya merasakan tingkat air terkondensasi dan bukan suhu. Tingkat di mana uap mengembun menjadi air tergantung pada seberapa dingin tabung impuls. Semakin dingin tabung impuls (yang disebabkan oleh kondisi ambien yang lebih dingin), semakin banyak energi panas yang diambil dari uap, dan akibatnya laju kondensasi uap menjadi air menjadi lebih cepat. Ini berarti air akan terakumulasi lebih cepat di steam trap, yang berarti akan “meledakkan” lebih sering. Lebih sering acara blow-down berarti laju aliran uap yang lebih besar ke dalam tabung tracing, yang menambahkan lebih banyak panas ke bundel tubing dan menaikkan suhunya. Dengan demikian, sistem secara alami mengatur, dengan loop umpan balik negatif untuk menjaga suhu bundel pada titik yang relatif stabil.

“Bahkan, setelah Anda terbiasa dengan suara "popping" dan "mendesis" biasa dari perangkap uap yang ditiup, Anda dapat menafsirkan frekuensi blow-down sebagai thermometer suhu lingkungan mentah! Perangkap steam jarang blow down selama cuaca hangat, tetapi "popping" mereka jauh lebih teratur (satu setiap menit atau kurang) ketika suhu ambient turun jauh di bawah titik beku air.

Foto berikut menunjukkan gambar jebakan uap:

Perangkap uap tidak sempurna, rentan terhadap pembekuan (dalam cuaca yang sangat dingin) dan mencuat terbuka (membuang uap dengan ventilasi langsung ke atmosfer). Namun, mereka umumnya perangkat yang dapat diandalkan, mampu menambahkan sejumlah besar panas ke tabung impuls untuk perlindungan terhadap pembekuan. Jalur impuls elektrik yang ditelusuri adalah solusi alternatif untuk masalah cuaca dingin. The "tracing" yang digunakan adalah kabel twin-kawat (kadang-kadang disebut pita panas) yang bertindak sebagai pemanas resistif. Ketika daya diterapkan, kabel memanas, sehingga memberikan energi panas ke tubing impuls yang dibundel. Foto berikut ini menunjukkan bagian akhir dari pita panas listrik, diberi peringkat 33 watt per meter (10 watt per kaki) pada 10 derajat Celcius (50 derajat Fahrenheit):

Pita panas khusus ini juga memiliki nilai arus maksimum 20 amp (pada 120 volt). Karena pita panas benar-benar hanya rangkaian paralel yang terus menerus, panjangnya lebih panjang akan menarik arus yang lebih besar. Oleh karena itu, rating total total maksimum ini menempatkan batas pada panjang pita yang dapat digunakan.

Rekaman panas dapat mengatur sendiri, atau dikendalikan dengan termostat eksternal. Pita panas yang mengatur diri sendiri menunjukkan resistansi listrik yang bervariasi dengan suhu, secara otomatis mengatur sendiri suhu tanpa membutuhkan kontrol eksternal. Baik uap dan penelusuran panas listrik digunakan untuk melindungi instrumen dari pembekuan cuaca dingin, bukan hanya garis impuls. Dalam aplikasi ini penting untuk diingat bahwa hanya bagian yang berisi cairan dari instrumen yang membutuhkan perlindungan pembekuan, bukan bagian elektronik!

18.6.8 Perangkap air dan siput kerang Banyak proses industri menggunakan uap bertekanan tinggi untuk pemanasan langsung, melakukan pekerjaan mekanis, kontrol pembakaran, dan sebagai reaktan kimia. Mengukur tekanan uap penting baik untuk penggunaan titik akhir dan pembangkitannya (dalam boiler). Salah satu masalah dengan melakukan ini adalah suhu uap yang relatif tinggi pada tekanan yang umum di industri, yang dapat menyebabkan kerusakan pada elemen penginderaan instrumen tekanan jika terhubung secara langsung. Solusi sederhana namun efektif untuk masalah ini adalah dengan sengaja membuat titik “rendah” di garis impuls dimana uap terkondensasi (air) akan terakumulasi dan bertindak sebagai penghalang cair untuk mencegah uap panas mencapai instrumen tekanan. Prinsipnya hampir sama dengan perangkap tukang ledeng yang digunakan di bawah bak cuci, menciptakan segel cair untuk mencegah gas berbahaya memasuki rumah dari sistem saluran pembuangan. Sebuah loop tabung atau pipa yang disebut siphon pigtail mencapai tujuan yang sama: Pressure gauge

Foto berikut menunjukkan siphon pigtail yang terhubung ke tekanan pengukur tekanan pada saluran uap:

18.6.9 Memasang kurung Aksesori yang dirancang khusus untuk berbagai instrumen yang dipasang di lapangan termasuk pemancar DP adalah braket pemasangan pipa 2 inci. Braket semacam ini dibuat dari lembaran logam berat dan dilengkapi dengan baut U yang dirancang untuk menjepit pipa besi hitam 2 inci. Lubang-lubang dicap di bracket pemasangan bracket pemasangan pada flensa kapsul pemancar DP paling umum, menyediakan sarana stabil secara mekanis untuk memasang transmiter DP ke kerangka kerja di area proses. Foto-foto berikut menunjukkan beberapa instrumen yang berbeda dipasang ke bagian pipa menggunakan tanda kurung ini:

18.6.10 Selungkup yang dipadatkan Dalam instalasi di mana suhu lingkungan bisa menjadi sangat dingin, tindakan proteksi terhadap pembekuan cairan di dalam pemancar tekanan adalah untuk menempatkan pemancar dalam selungkup yang diisolasi dan dipanaskan. Foto berikutnya menunjukkan penutup seperti itu dengan penutup dihapus:

Tidak mengherankan, instalasi ini berfungsi dengan baik untuk melindungi semua jenis instrumen sensitif suhu dari dingin yang ekstrim. Di sini, kita melihat sebuah sensor gas ledak yang dipasang di dalam suatu selungkup berinsulasi yang sedikit berbeda, dengan tutupnya dibuka untuk diperiksa:

18.7 Kesesuaian proses / instrumen Pada tingkat fundamental, tekanan bersifat universal. Terlepas dari cairan yang dimaksud; cairan atau gas, panas atau dingin, korosif atau inert, tekanan tidak lebih dari jumlah gaya yang diberikan oleh cairan itu di atas area unit:

Seharusnya tidak mengherankan, kemudian, bahwa elemen penginderaan mekanik umum untuk mengukur tekanan (bellow, diafragma, tabung Bourdon, dll) sama-sama berlaku untuk semua aplikasi pengukuran tekanan cairan, setidaknya pada prinsipnya. Hal ini biasanya masalah pemilihan material yang tepat dan kekuatan elemen (ketebalan material) untuk membuat instrumen tekanan yang cocok untuk berbagai cairan proses. Isi cairan yang digunakan dalam instrumen tekanan - apakah itu cairan dielektrik di dalam sensor kapasitansi diferensial, cairan pengisi dari sistem segel jarak jauh atau kimia, atau cairan yang digunakan untuk mengisi bagian vertikal tubing impuls - harus dipilih agar tidak merugikan bereaksi dengan atau mencemari proses. Proses oksigen murni mensyaratkan bahwa tidak ada komponen sistem yang memiliki jejak cairan hidrokarbon. Sementara oksigen itu sendiri tidak eksplosif, ia sangat mempercepat potensi pembakaran dan ledakan dari setiap zat yang mudah terbakar. Oleh karena itu, pengukur tekanan yang dikalibrasi menggunakan minyak sebagai fluida kerja dalam penguji bobot mati pasti tidak akan cocok untuk layanan oksigen murni! Hal yang sama dapat dikatakan untuk pemancar DP dengan pengisian berbasis hidrokarbon di dalam kapsul penginderaan tekanannya. Proses pembuatan farmasi, medis, dan makanan membutuhkan kemurnian yang ketat dan kemampuan untuk mendesinfeksi semua elemen dalam sistem proses sesuka hati. Garis-garis yang stagnan tidak diperbolehkan dalam proses-proses seperti itu, karena kultur mikroba dapat berkembang dengan cara seperti "buntu". Segel jarak jauh sangat membantu dalam mengatasi masalah ini, tetapi cairan pengisi yang digunakan dalam sistem remote harus dipilih sedemikian rupa sehingga kebocoran di dalam diafragma isolasi tidak akan mencemari proses.

Manometer, tentu saja, agak terbatas dalam aplikasinya, karena operasi mereka bergantung pada kontak langsung antara cairan proses dan manometer cair. Pada hari-hari awal instrumentasi industri, merkuri cair adalah media yang sangat umum untuk manometer proses, dan itu tidak biasa untuk melihat manometer merkuri yang digunakan dalam kontak langsung dengan cairan proses seperti minyak atau air untuk memberikan indikasi tekanan:

Untungnya, hari-hari itu hilang. Mercury (simbol kimia "Hg") adalah logam beracun dan oleh karena itu berbahaya untuk digunakan. Kalibrasi manometer ini juga menantang karena tinggi kolom cairan proses dalam garis impuls dan tabung jangkauan. Ketika cairan proses adalah gas, perbedaan tinggi kolom merkuri secara langsung diterjemahkan menjadi tekanan yang dirasakan oleh rumus tekanan hidrostatik P = pgh atau P = 7h. Ketika cairan proses adalah cairan, meskipun, pergeseran kolom merkuri juga menciptakan perubahan tinggi dari kolom cairan proses, yang berarti tekanan yang ditunjukkan adalah fungsi dari perbedaan ketinggian (h) dan perbedaan kepadatan antara proses cair dan merkuri. Akibatnya, indikasi yang diberikan oleh manometer merkuri dalam aplikasi tekanan cair mengalami koreksi sesuai dengan densitas cairan proses.

Referensi Beckerath, Alexander von; Eberlein, Anselm; Julien, Hermann; Kersten, Peter; dan Kreutzer, Jochem, WIKA-Handbook, Tekanan dan Pengukuran Suhu, WIKA Alexander Wiegand GmbH & Co, Klingenberg, Jerman, 1995. "Teknologi Sensor Digital" (Presentasi slide PowerPoint), Yokogawa Corporation of America. Fribance, Austin E., Fundamental Instrumentasi Industri, McGraw-Hill Book Company, New York, NY, 1962. Kallen, Howard P., Handbook of Instrumentasi dan Kontrol, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York, NY, 1961. Liptak, Bela G., Instrument Engineers 'Handbook - Proses Pengukuran dan Analisis Volume I, Edisi Keempat, CRC Press, New York, NY, 2003. Patrick, Dale R. dan Patrick, Steven R., Instrumentasi Pneumatik, Delmar Publishers, Inc., Albany, NY, 1993. Catatan Teknis: “Rosemount 1199 Fill Fluid Specifications”, Rosemount, Emerson Process Manajemen, 2005.