PENGUKURAN TEKANAN BENDALIR - Politeknik Kota Bharu

PENGUKURAN PARAS CECAIR
Oleh :
Azmi Bin Ayup
(Jabatan Kejuruteraan Mekanikal )
Politeknik Kota Bharu, Kelantan

Pengenalan
Terdapat banyak instrumen digunakan untuk proses
industri di kilang-kilang.
Berfungsi untuk memaklumkan kedudukan paras
cecair dalam tanki atau bekas bercecair.
Air, pelarut dan kimia menghakis merupakan cecair
yang kerap digunakan dalam pelbagai industri.
Cara atau kaedah pengukuran bergantung kepada
rekabentuk alatan dan cecair yang sesuai digunakan.

Kaedah Pengukuran Paras Cecair
Kaedah Mekanik
• Secara Terus
• Secara Tak Terus
Kaedah Pneumatik
Kaedah elektrik dan elektronik
Kaedah Tolok Nukleonik
Kaedah Sistem Ultrabunyi

KAEDAH MEKANIK – SECARA TERUS
Tolok Cangkuk
Terdiri daripada dawai pancalogam tidak
berkarat yang berbentuk U.
Satu lengan panjang dari satu lengan yang lain
gelungsur mempunyai skala untuk
menunjukkan paras cangkuk ditolak ke bawah
permukaan air dan dinaikkan secara perlahan
sehingga titik hampir mencecah permukaan
cecair.
Paras dibaca terus daripada skala.
Tujuan tolok ini digunakan ialah untuk
mengukur perbezaan yang kecil paras cecair
dalam tanki yang sangat besar.
Cara Mengukur:
Tolok ditetapkan pada satu kedudukan
sebagai paras rujukan.
Perbezaan kecil paras cecair diukur dengan
cara mengubah kedudukan hujung cangkuk
kepada kedudukan hujung betul pada paras
cecair baru.

KAEDAH MEKANIK – SECARA TERUS
Kaedah Kaca Penglihatan
Merupakan satu tiub kaca lutsinar yang diletakkan
pada sebelah luar tanki.
Hujung satu lagi disambung ke tekanan rujukan
iaitu ke udarakasa jika tanki terbuka dan ke ruang
kosong dalam tanki.
Sebarang kenaikan dan penurunan paras cecair
dalam tanki akan menyebabkan paras cecair dalam
kaca penglihatan berubah-ubah.
Seterusnya bacaan paras cecair boleh dibaca terus
pada skala yang disediakan.
Bila tiub gelas dipasang di tanki yang mengandungi
cecair pada suhu yang sangat tinggi, pembetulan
perlu dibuat untuk mengambil kira perubahan
ketumpatan.
Kaca penglihatan ini menyatakan hukum tekanan
adalah bergantung kepada paras cecair.

KAEDAH MEKANIK – SECARA TERUS
Kaedah Kaca Penglihatan
Sifat-sifat yang diperlukan pada kaca penglihatan
Tahan lasak
Tahan kepada tekanan tinggi
Tahan suhu
Tidak mudah pecah atau retak
Tepat
Jenis kaca
pengihatan
Keburukan Kaca Penglihatan
Hanya boleh menanda paras sahaja.
Tidak boleh mengendalikan perakam
Tidak boleh digunakan pada suhu yang terlalu
tinggi.
Kebaikan Kaca Penglihatan
Paras cecair boleh dibaca terus pada
senggatan
Boleh mengukur paras cecair yang mempunyai
tekanan yang tinggi.

KAEDAH MEKANIK – SECARA TERUS
Kaedah Batang Celup/Dipstick
Kaedah yang paling mudah pengukuran paras cecair
dipanggil pencelupan atau rendaman.
Batang celup digunakan untuk mengukur paras
minyak dalam enjin kenderaan atau paras minyak
bahanapi dalam tanki simpanan berbentuk
seragam.

KAEDAH MEKANIK – SECARA TERUS
Kaedah Batang Celup/Dipstick
Teknik penggunaan dipstick

KAEDAH MEKANIK – SECARA TERUS
Kaedah Batang Celup/Dipstick Jenis Optical
Rajah: Optical Dipstick
Instrumen ini amat sesuai digunakan untuk tanki yang
dalam dan besar.
Operasi instrumen ini amat ringkas seperti rajah
disebelah.
Apabila cahaya dipancarkan dari satu sumber dan
mengenai cermin a, cahaya itu akan dipantulkan
semula ke dalam sehingga mencapai lantai tanki cecair
dan mengenai cermin b.
Semasa cahaya dibalikkan dari cermin dan kemudian
melalui cecair pancaran akan terbias.
Biasanya ini bergantung kepada aras cecair.
Setelah itu, cahaya tersebut dipantulkan semula oleh
cermin c ke cermin d.
Pantulan dari cermin d akan dipancarkan ke pengesan
cahaya.
Pengesan cahaya ini akan digerakkan ke atas atau ke
bawah secara mekanikal supaya dapat mengesan
cahaya dari cermin d.
Pergerakan ini melalui satu skala yang akan
direkodkan.
Ketinggian aras cecair berkadar langsung dengan
bacaan pergerakan pengesan cahaya tersebut.

KAEDAH MEKANIK – SECARA TERUS
Kaedah Sistem Pelampung
Terdapat dua jenis :
• Apungan dan lawan beban
• Apungan dan pengikut
terganding magnet.

KAEDAH MEKANIK – SECARA TERUS
Kaedah Sistem Pelampung Jenis Apungan dan Lawan
Beban
Terdiri daripada apungan besar atau pelampung yang
disambungkan kepada kabel atau rantai ke lawan
beban yang bersambung kepada suatu skala melalui
dua takal.
Apungan mestilah mempunyai keluasan yang besar
untuk mengurangkan ralat terhadap geseran dan
daya-daya tak seimbang pada kabel atau rantai.
Daya untuk mengatasi geseran permulaan sistem ini
ditentukan dengan menggunakan hasil darap keluasan
keratan rentas apungan, ketumpatan cecair dan
perbezaan diantara keadaan apungan sebenar dan
keadaan apungan direkabentuk berbanding dengan
permukaan cecair.
Maka ralat peralatan disebabkan oleh geseran adalah
berkadar songsang dengan keluasan keratan rentas
apungan.

KAEDAH MEKANIK – SECARA TERUS
Kaedah Sistem Pelampung Jenis Apungan dan Pengikut
Terganding Magnet
Terdiri daripada apungan besar atau pelampung yang
disambungkan kepada kabel atau rantai ke lawan
beban yang bersambung kepada suatu skala melalui
dua takal.
Apungan mestilah mempunyai keluasan yang besar
untuk mengurangkan ralat terhadap geseran dan
daya-daya tak seimbang pada kabel atau rantai.
Daya untuk mengatasi geseran permulaan sistem ini
ditentukan dengan menggunakan hasil darap keluasan
keratan rentas apungan, ketumpatan cecair dan
perbezaan diantara keadaan apungan sebenar dan
keadaan apungan direkabentuk berbanding dengan
permukaan cecair.
Maka ralat peralatan disebabkan oleh geseran adalah
berkadar songsang dengan keluasan keratan rentas
apungan.

KAEDAH MEKANIK – SECARA TERUS
Kaedah Sistem Pelampung Jenis Apungan dan Pengikut
Terganding Magnet
Rajah: jenis-jenis
Apungan
Dan pengikut
terganding magnet

KAEDAH MEKANIK – SECARA TAK TERUS
Penggunaan Tolok Tekanan
Penggunaan tolok tekanan dibawah atau
ditepi sebuah tanki seragam.
Kenaikan atau kejatuhan paras
menyebabkan perubahan bacaan tolok.
Dial atau skala alatan ditentukur dalam
unit paras.
Cecair penghantar (contoh:minyak) boleh
digunakan diantara cecair dan mekanisme
tolok.
Udara juga boleh digunakan sebagai
bahantara penghantar.
Perubahan tekanan udara disebabkan
perubahan paras cecair dihantar ke
penerima tekanan.
Rajah: Penggunaan Tolok Bourdon Untuk
Pengukuran Paras Cecair.

KAEDAH MEKANIK – SECARA TAK TERUS
Penggunaan Tolok Tekanan
Rajah: pengukuran paras
menggunakan tekanan

KAEDAH MEKANIK – SECARA TAK TERUS
Penggunaan Unsur-Unsur Penderiaan Tekanan.
Gegendang atau apar-apar boleh
digunakan sebagai unsur penderia
(rajah).
Gegendang adalah kendur dan
diperbuat daripada bahan boleh lentur
seperti getah atau neoprene yang
diketatkan ke bibir bekas.
Gegendang bertindak sebagai sekatan.
Tekanan disebabkan ketinggian cecair
dikenakan ke permukaan bawah
gegendang.
Udara dalam bahagian atas gegendang
dan seterusnya di dalam tiub rerambut
yang disambungkan ke alatan tekanan
dimampatkan apabila paras meningkat.

KAEDAH MEKANIK – SECARA TAK TERUS
Penggunaan Unsur-Unsur Penderiaan Tekanan.
Tekanan P menyebabkan pesongan
gegendang dan oleh itu mengawal
tekanan di dalam bekas tertutup
daripada bahagian atas gegendang ke
alatan tekanan.
Nilai tekanan ini boleh ditentukur
dalam unit paras atas gegendang.
Berat cecair diatas gegendang
mengenakan tekanan berkadar dengan
ketinggian iaitu persamaan:

KAEDAH MEKANIK – SECARA TAK TERUS
Manometer Tekanan Kebedaan
Rajah: Manometer digunakan untuk
mendapatkan perbedaan tekanan.
Kaedah ini menggunakan manometer
tekanan bedaan untuk penderiaan tekanan
dan seterusnya paras cecair dapat diukur
dari hubungan P=g(h 2
-h 1
).
Biasanya paip penyambung ke lengan kecil
diisi dengan cecair dan bekas turus atau
penyeluwapan dipasang diatas lengan untuk
memberikan turus malar.
Maka turus lengan besar menjadi
pembolehubah bacaan turus kebedaan.
Bacaan sifar sepadan dengan bekas penuh
dan bacaan maksimum menunjukkan bekas
kosong.

KAEDAH ELEKTRIK
Tolok Paras Kemuatan.
Suatu pemuat mudah terdiri dari dua plat
elektrod yang diasingkan oleh penebat
yang dipanggil dielektrik.
Bila suatu upaya elektrik dikenakan
diantara plat pemuat, elektron akan
dipindahkan dari satu plat ke plat yang
satu lagi.
Pergerakan elektron bergantung kepada
ruang di antara plat, keluasan plat dan
kaedah dielektrik diantara plat. Kemuatan
dinyatakan seperti berikut:

KAEDAH ELEKTRIK
Tolok Paras Kemuatan.
Apabila ruang diantara plat menjadi semakin
kecil, keupayaannya meningkat.
Jumlah elektron diantara plat berkadar
songsang dengan ruang diantara plat.
Oleh itu, kemuatan yang berkadar terus
dengan paras cecair dalam tiub, boleh
digunakan untuk tujuan pengukuran dan
kawalan.
Rajah disebelah menunjukkan perubahan
kemuatan satu tiub yang ditenggelami cecair
yang hendak diukur parasnya.
Kemuatan pada tahap minimum bila tiub
hanya mengandungi udara dan pada tahap
maksimum bila cecair memenuhi keseluruhan
ruang diantara elektrod.

KAEDAH ELEKTRIK
Tolok Paras Kemuatan.
Ia menghasilkan dua kemuatan iaitu cecair
menjadi dielektrik pertama dan satu lagi
dielektriknya adalah udara diatas paras
cecair.
Cecair merupakan rintangan antara elektrod
dalam dengan elektrod luar.
Dengan menggunakan unit pengukuran
seperti litar titi wheatstone, paras cecair
dapat diukur dengan melaras atau lengan titi
untuk mendapatkan imbangan.
Keluaran titi boleh disuap ke penguat dan
motor servo yang boleh mengimbangi semula
titi secara otomatik serta menunjukkan
bacaan paras.

KAEDAH ELEKTRIK
Tolok Paras Keberaliran
Perlu ada sifat bahawa bahan cecair
adalah pengalir.
Susunan asal terdiri daripada dua
atau lebih elektrod atau geganti
khas yang dikendali dari bekalan
arus ulangalik.
Voltan rendah terjadi diantara
elektrod.
Dua elektrod dari lekapan tertebat,
dimasukkan ke dalam cecair yang
dikawal parasnya.
Elektrod berbeza panjang ini dilaras
supaya sepadan dengan kedua-dua
nilai paras.
Apabila cecair meningkat parasnya
dan melengkapkan litar elektrik,
isyarat elektrik akan ditukarkan
supaya bacaan boleh dipaparkan.

KAEDAH ELEKTRIK
Kaedah Konduktiviti
Probe A
Prinsip Operasi:
Apabila cecair menyentuh probe
A, maka litar/konduktiviti
tersebut menjadi sebuah litar
lengkap (litar terkamil).
cecair
Biasanya pengukuran jenis ini
digunakan untuk menentukan
paras kritikal cecair.
Probe A boleh dilaraskan
kepada paras yang diperlukan.
Probe B
DC
Contoh pengunaan bagi
menyukat paras cecair seperti
susu, sabun dan lain-lain

KAEDAH ELEKTRIK
Kaedah Ultrasonic
Perubahan dalam masa yang diambil
untuk denyutan (pulses) yang
merentasi permukaan cecair dan
kembali ke receiver/penerima.
Bacaan akan diperolehi sebaik
sahaja penerima menukarkan
kepada bentuk yang boleh dibaca.
Isyarat/signal yang dihantar oleh
transmitter ultrasonik kepada
permukaan cecair. Ini ditentukan
berdasarkan masa yang diambil oleh
signal tersebut untuk sampai ke
penerima.
Ini bermakna ;
Masa bagi signal merentasi
permukaan cecair (t) berkadar terus
dengan paras ceacir (h)

KAEDAH ELEKTRIK
Kaedah Ultrasonic
Pengukuran yang melibatkan dua jenis
cecair dengan menggunakan kaedah
ultrasonic.

KAEDAH ELEKTRIK
Pengesan Paras menggunakan radar
Sumber gelombang mikro
disesarkan dari transmitter
kepermukaan paras cecair.
Isyarat berfasa dari transmitter
akan dipantulkan ke pengesan.
Penerima akan menukarkan kepada
bacaan secara berterusan.

KAEDAH RADIASI
Tolok Nukleonik
Peralatannya terdiri daripada dua
komponen utama iaitu pemancar
sinar radioaktif dan pengesan isyarat
radioaktif.
Apabila radiasi dipancarkan daripada
sumber radioaktif dan merentasi
ruang takungan.
Jika berlaku sebarang gangguan/
celahan paras cecair akan
memberikan isyarat kepada
pengesan
Kebaikan:
Sesuai bagi pengukuran paras bahan
@ cecair yang menghakis. Peralatan
yang digunakan tidak bersentuhan
secara terus dengan bahan yang
diukur.

KAEDAH RADIASI
Tolok Nukleonik
Unit pengukuran paras jenis nukleonik terdiri dari satu punca
radioaktif, pengesan sinaran dan litar pengukuran elektronik yang
mengabungkan penguat, alat penerima dan penunjuk serta
pengawal dan perakam.
Tolok neukleonik merangkumi bidang kegunaan yang luas. Kaedah
ini boleh digunakan untuk mengukur atau memberi amaran paras
tinggi atau rendah dalam tanki sehingga 15 m diameter serta
pengukuran berterusan ketinggian paras sehingga 6m atau lebih.
Punca radioaktif sebelah luar tanki dan pengesan pula di luar yang
bersetentangan.
Cecair yang parasnya meningkat atau berkurangan, menyerap
sinaran.
Perubahan keamatan yang diterima oleh pengesan merupakan
fungsi paras cecair.
Susunatur boleh digunakan sebagai pemasangan tolok jenis ini.
Punca radioaktif yang biasa digunakan ialah strontium 90 bagi
sinaran beta dan 60 serta caesium 137 untuk sinaran gama.
Untuk kegunaan kawalan dan pengukuran paras, pengesan biasa
sel pengukuran yang menukar tenaga radioaktif terus ke elektrik.
Keluaran disuap kepada penguat arus terus atau ulangalik.

KAEDAH RADIASI
Tolok Nukleonik
Kelebihan :
Boleh digunakan untuk mengukur paras bahan
separuh pepejal atau pepejal.
Perisian yang cukup menghadkan keamatan medan
sinaran di bawah had antarabangsa.
Tolok dibina tahan lasak untuk bekerja dalam
keadaan teruk di industri.
Tolok paras jenis ini membolehkan pengukuran dan
kawalan yang peka tanpa komponen kompleks dan
rumit.
Pengukuran dan kawalan dilakukan di luar tanki iaitu
tiada bahagian tolok yang bersentuhan dengan bahan
yang diukur parasnya.
Kesan suhu,tekanan, kelikatan, kakisan dan lelasan
dapat dielakkan.
Pancaran Radioaktif bagi tolok nukleonik

Gabungan kaedah Pengukuran Paras Cecair

Rujukan
Donald P.Eckanan(1985), Industrial Instrumentation,
Edisi Pertama, India: Wilet Eastern Limited
Collet, C.V Hope A.D (1983) Engineering
Measurement.Pitman Press.
Ruzairi Abdul Rahim (1999) Pengukuran dan
Transduser. Penerbitan UTM