Bagaimana mengkalibrasi sebuah pressure gauge?? Mengukur adalah membandingkan parameter pada obyek yang diukur terhadap besaran yang telah distandarkan. Sementara pengukuran adalah merupakan suatu usaha untuk mendapatkan informasi deskriptif-kuantitatif dari variabel-variabel fisika dan kimia suatu zat atau benda yang diukur. Untuk memahami sistem pengukuran, haruslah kita memahami tiga tahap pengukuran, yaitu: a. tahap detector (sensor/ transduser), mendeteksi atau merasakan adanya perubahan besaran fisik pada obyek yang diukur, perubahan tersebut dapat berupa getaran, suara, cahaya, temperatur, dan lain-lain. b. tahap intermediate, yaitu tahap penkondisian sinyal yang dihasilkan pada tahap pertama agar dapat dinyatakan ke tahap terakhir. Perlakuan yang dilakukan pada tahap ini biasanya penyaringan, penguatan dan transformasi sinyal. c.
tahap pembacaan, yaitu mengandung informasi dalam level yang dapat disensor oleh manusia dan/atau perangkat kendali, dapat berupa analog dan ataupun digital Segala sesuatu yang hendak diukur terlebih dahulu memperhatikan alat ukur yang baik dan
akurat untuk digunakan. Alat ukur yang mahal belum tentu baik dan akurat, sementara alat ukur yang murah pun belum dapat dipastikan baik dan akuratnya. Selain keakuratan, sebelum mengukur pastikan bahwa sebelum digunakan, alat ukur sudah dikalibrasi. Kalibrasi adalah perbandingan antara pengukuran yang menggunakan perangkat satu dengan pengukuran yang menggunakan perangkat lain dengan besaran yang standar. Sementara itu, alat ukur harus disesuaikan dengan objek yang ingin diukur. Pengukuran temperatur ruangan misalnya, harus menggunakan thermokopel. Atau pengukuran laju aliran fluida dalam pipa, menggunakan flowmeter seperti venturi atau orifice. Terakhir, jika ingin melakukan pengukuran tekanan, menggunakan manometer, bellows, dan bourdon tube. Khusus untuk yang terakhir, yaitu pengukuran tekanan, kita akan membahas cara mengkalibrasikan alat ukur tekanan berikut ini. Kalibrasi Pressure / Tekanan adalah aktivitas yang dilakukan untuk memastikan bahwa zero, span, accuracy dan linearity dari suatu pressure instrument sesuai dengan nilai pressure yang sebenarnya (standard). Accuracy ditentukan dengan cara membandingkan bacaan pressure instrument dengan test gauge standard untuk beberapa titik bacaan yang dapat dilakukan secara random. Linearity ditentukan dengan memberikan increasing dan decreasing pressure dan melihat respon dari pressure instrument tersebut apakah membentuk persamaan linear atau persamaan lengkung / polynomial. Jika tidak linear maka harus dilakukan adjustment. Zero adalah nilai pressure pada kondisi tanpa tekanan (1 atmosfer). Span adalah selisih nilai maximum sampai dengan nilai minimum. Sedangkan range adalah nilai minimum sampai maksimum. Ada 2 macam kalibrasi yang umum dilakukan dilakukan dalam project:
1. Bench Calibration yaitu membawa pressure instrument ke shop dan lakukan kalibrasi. Alat standar yang digunakan adalah DWT (Dead Weight Tester) yaitu suatu alat yang menkonvert berat mati suatu logam menjadi pressure. Karena berat adalah gaya dan gaya per satuan luas adalah tekanan. Selain dibandingkan dengan DWT yang sudah berpressure mati (tidak mungkin berubah-ubah) pressure instrument juga masih dibandingkan dengan Certified Test Gauge Standard .
2. Field Calibration yaitu kalibrasi di lapangan dilakukan dengan menginjeksi pressure pada pressure instrument dengan Hand Pump yang line-nya dipasang paralel dengan Certified Test Gauge Standard . Pembacaan pressure instrument harus sama dengan pembacaan Test Gauge Standard . Field calibration umumnya dilakukan hanya untuk memastikan selama proses pre-commissioning pressure instrument masih dapat bekerja dengan baik. Selain pembacaan lokal pre-commissioning juga perlu memastikan Zero, Span, Accuracy dan Linearity dari pressure yang dikirim sistem monitor (PLC/DCS).
Berikut ini penjelasan salah satu pressure gage dan contoh kasus kalibrasinya : Bourdon Tube Prinsip kerja Bourdon Tube adalah sejenis pipa pendek lengkung , dan salah satu ujungnya tertutup. Jika bourdon tubes diberikan tekanan maka ia akan cenderung untuk “menegang”. Perubahan yang
dihasilkan sebanding dengan besarnya tekanan yang diberikan.
Gambar 1. Bourdon Tube CARA KALIBRASI Contoh kasus :
Sebuah pressure gauge kelas 0.6% menurut spesifikasi BS EN 837-1: 1998 yang mempunyai kapasitas 10000 kPa dan divisi 10 kPa dikalibrasi menggunakan DWT berkapasitas 12000 kPa yang mempunyai ketidakpastian 0.02 % untuk tingkat kepercayaan 95% dengan faktor cakupan k=2 Penyelesain :
Besaran ukur dari proses kalibrasi ini adalah koreksi yang harus diberikan terhadap pembacaan Bourdon Pressure Gauge, yang dapat dinyatakan dengan persamaan berikut: K = PDWT - PPG dimana: K adalah koreksi yang harus diberikan PDWT adalah tekanan standar yang diberikan oleh DWT PPG adalah pembacaan pressure gauge yang dikalibrasi Data masukan Data dari standar pengukuran tekanan pada titik pengukuran 7000 kPa(dari sertifikat kalibrasi DWT): Tekanan nominal (PN) 7000 kPa Tekanan sebenarnya (P DWT) 6983 kPa pada temperatur 20 ˚C dan percepatan 2 gravitasi lokal 9.8m/s Ketidakpastian bentangan (U 95) 0.02% P Faktor cakupan (k) 2 Data bourdon pressure gauge: Kapasitas Divisi Daya baca
10000 kPa 10 kPa 0.2 divisi
Data pengamatan Pengamatan dilakukan dengan melakukan 3 kali pengamatan untuk tekanan naik dan 3 kali pengamatan untuk tekanan turun pada setiap titik pengukuran. Hasil pengamatan pada titik 7000 kPa adalah:
Penunjukan Bourdon Pressure Gauge (kPa) 1 Naik 6902
2 Turun 6902
Naik 6900
3 Turun 6900
Naik 6888
Turun 6888
Perhitungan tekanan yang bekerja pada pressure gauge Kalibrasi bourdon pressure gauge dilakukan pada ruangan dengan temperatur (21 + 2)0C dan mempunyai percepatan gravitasi lokal 9.78 m/s2 dengan ketidakpastian baku + 25 ppm
Dalam instalasi sistem kalibrasi level acuan bourdon pressure gauge berada pada posisi 10 cm lebih tinggi dari level acuan DWT, yang diukur dengan alat pengukur ketinggian dengan ketidakpastian + 2 mm untuk tingkat kepercayaan 95% dengan k=2 Tabel perhitungan tekanan yang bekerja pada level acuan bourdon pressure gauge
Evaluasi Komponen Ketidakpastian Dalam kalibrasi bourdon pressure gauge terdapat lima komponen ketidakpastian yang berarti, yai tu: 1. Ketidakpastian baku kalibrasi DWT 2. Ketidakpastian baku karena variasi temperatur 3. Ketidakpastian baku dari variasi perbedaan level acuan 4. Ketidakpastian baku karena variasi percepatan gravitasi lokal 5. Ketidakpastian baku karena daya baca terhadap divisi bourdon pressure gauge 6. Ketidakpastian baku karena daya ulang pembacaan bourdon pressure gauge Ketidakpastian baku kalibrasi anak timbangan standar (u1) Ketidakpastian baku kalibrasi DWT diperoleh dari pernyataan ketidakpastian dalam sertifikat kalibrasi, yaitu: u1=U95 / k Dari sertifikat diperoleh nilai U 95 = 0.0.02%P dan faktor cakupan k =2 sehingga : u1= (0.02% / 2) x 7000 kPa = 0.7 kPa Ketidakpastian baku dari variasi temperatur (u2) 0 Temperatur ruangan pengukuran bervariasi dalam limit + 2 C, dengan asumsi mempunyai distribusi rectangular maka: 0 1/2 0 u(t) = {(1/2) x 2 C}/(3 ) = 1.15 C Koefisien sensitifitas untuk komponen ketidakpastian baku ini adalah -aP, sehingga -6 0 -1
u2 = (23e
0
C x 7000 kPa) x 1.15 C = 0.19 kPa
Ketidakpastian baku dari variasi perbedaan level acuan (u 3) Dari sertifikat alat pengukur perbedaan tinggi level acuan diperoleh nilai ketidakpastian 2 mm dengan k =2 sehingga u(h) = 1 mm
Koefisien sensitifitas untuk komponen ini adalah ρg, apabila oli yang digunakan dalam kalibrasi 3 mempunyai densitas 800 kg/m , maka: 3 2 u3 = (800 kg/m x 9.78 m/s ) x 0.001 m / (1000 Pa/kPa) = 0.0045 kPa
Ketidakpastian baku dari variasi percepatan gravitasi lokal (u4) Bila variasi gravitasi lokal diasumsikan sebesar 25 ppm dengan distribusi rectangular, maka: 1/2 2 u(g) = [{(1/2) x 25 ppm}/(3 )] x 9.78 m/s = 0.00014 kPa
Koefisien sensitifitas untuk komponen ini adalah P/g, sehingga pada titik pengukuran 7000 kPa diperoleh: 2 2 u4 = (7000 kPa / 9.78 m/s ) x 0.00014 m/s = 0.1 kPa Ketidakpastian baku dari daya baca terhadap divisi pressure gauge (u 5) Daya baca terhadap bourdon pressure gauge yang dikalibrasi adalah (1/5) divisi, yaitu 2 kPa. Dengan asumsi mempunyai distribusi rectangular maka: 1/2 u5 = 2 kPa / (3 ) = 1.15 kPa Ketidakpastian baku dari daya ulang pembacaan (u 6) Dalam contoh ini ketidakpastian baku daya ulang pembaccan dievaluasi sebagai komponen tipe B, dengan semi-range a = (½) x selisih pembacaan terbesar, dengan asumsi mempunyai distribusi rectangular maka: 1/2 u6 = {(½) x 4 kPa}/(3 ) = 1.15 kPa Ketidakpastian baku gabungan Ketidakpastian baku gabungan koreksi terhadap penunjukan bourdon pressure gague pada titik 7000 kPa adalah: √ Ketidakpastian bentangan Dengan asumsi mempunyai distribusi normal, maka ketidakpastian bentangan dari anak timbangan yang dikalibrasi dapat diperoleh dengan faktor cakupan k =2, sehingga U = 2 x 1.79 kPa = 3.6 kPa Tabel kontribusi ketidakpastian pengukuran
Grafik kontribusi ketidakpastian pengukuran
Pelaporan hasil kalibrasi Dari keseluruhan proses di atas maka hasil kalibrasi dapat dilaporkan sebagai berikut: Tekanan Nominal (kPa) Koreksi (kPa) Ketidakpastian (kPa) 7000 71 3.58 Ketidakpastian yang dilaporkan adalah ketidakpastian bentangan pada ti ngkat kepercayaan 95 %, dengan faktor cakupan k = 2
