Pengukur Tekanan

Latar Belakang

Banyak proses di dunia modern melibatkan pengukuran dan kontrol sistem cairan dan gas bertekanan. Pemantauan ini mencerminkan kriteria kinerja tertentu yang harus dikendalikan untuk menghasilkan hasil yang diinginkan dari proses dan memastikan operasi yang aman. Boiler, kilang, sistem air, dan sistem gas terkompresi hanyalah beberapa dari banyak aplikasi untuk pengukur tekanan.

Instrumen penunjuk tekanan mekanis, atau pengukur, terdiri dari elemen tekanan elastis; koneksi berulir berarti disebut "soket"; mekanisme roda gigi sektor dan pinion yang disebut "gerakan"; dan kotak pelindung, dial, dan unit lensa penglihatan. Elemen tekanan elastis adalah elemen yang benar-benar berpindah atau bergerak karena pengaruh tekanan. Ketika dirancang dengan benar, elemen tekanan ini sangat akurat dan dapat diulang. Elemen tekanan terhubung ke mekanisme "gerakan" roda gigi, yang pada gilirannya memutar penunjuk sepanjang dial bertingkat. Ini adalah posisi penunjuk relatif terhadap graduasi yang digunakan pemirsa untuk menentukan indikasi tekanan.

Desain pengukur tekanan yang paling umum ditemukan oleh industrialis Prancis Eugene Bourdon pada tahun 1849. Ini menggunakan desain tabung melengkung sebagai elemen penginderaan tekanan. Desain elemen tekanan yang kurang umum adalah tipe diafragma atau disk, yang sangat sensitif pada tekanan yang lebih rendah. Artikel ini akan fokus pada pengukur tekanan tabung Bourdon.

Desain

Dalam pengukur tabung Bourdon, tabung pegas berongga berbentuk "C" ditutup dan disegel di salah satu ujungnya. Ujung yang berlawanan disegel dengan aman dan diikat ke soket, koneksi berulir berarti. Ketika media tekanan (seperti udara, minyak, atau air) memasuki tabung melalui soket, perbedaan tekanan dari dalam ke luar menyebabkan tabung bergerak. Seseorang dapat menghubungkan gerakan ini dengan pelepasan selang ketika diberi tekanan dengan air, atau peluit pesta yang terlepas ketika udara ditiupkan ke dalamnya. Arah gerakan ini ditentukan oleh kelengkungan tabung, dengan jari-jari dalam sedikit lebih pendek dari jari-jari luar. Sejumlah tekanan tertentu menyebabkan bentuk "C" terbuka, atau meregang, jarak tertentu. Ketika tekanan dihilangkan, sifat pegas dari bahan tabung mengembalikan tabung ke bentuk aslinya dan ujungnya ke posisi semula relatif terhadap soket.

Bahan Baku

Tabung pengukur tekanan terbuat dari banyak bahan, tetapi faktor desain umum untuk bahan ini adalah kesesuaian untuk tempering pegas . Tempering ini adalah bentuk perlakuan panas. Ini menyebabkan logam mempertahankan bentuk aslinya dengan erat sambil membiarkan pelenturan atau "elastisitas" di bawah beban. Hampir semua logam memiliki tingkat elastisitas tertentu, tetapi tempering pegas memperkuat karakteristik yang diinginkan tersebut. Tembaga berilium, perunggu fosfor, dan berbagai paduan baja dan baja tahan karat semua membuat tabung Bourdon yang sangat baik. Jenis material yang dipilih tergantung pada sifat korosi yang berkaitan dengan media proses (air, udara, minyak, dll). Baja memiliki masa pakai terbatas karena korosi tetapi cukup untuk oli; paduan baja tahan karat menambah biaya jika ketahanan korosi tertentu tidak diperlukan; dan tembaga berilium biasanya disediakan untuk aplikasi tekanan tinggi. Sebagian besar pengukur dimaksudkan Langkah penting dalam pembuatan pengukur tekanan adalah membuat tabung bourdon berbentuk C. Pada langkah ini, tabung logam ditarik melalui rol beralur pada mesin rolling otomatis. Satu rol menangkap ujung pipa dan membentuk jari-jari bagian dalam, sementara yang lain memberikan tekanan luar untuk mempertahankan kontak yang seragam dengan pipa. Rol yang sama yang mengambil dan menekuk pipa juga berisi mata gergaji. Saat rol terus berputar setelah membuat tikungan, mata gergaji di atasnya memotong pipa dengan panjang yang tepat. untuk penggunaan umum udara, minyak ringan, atau air menggunakan perunggu fosfor. Kisaran tekanan tabung ditentukan oleh ketebalan dinding tabung dan jari-jari kelengkungan. Perancang instrumen harus menggunakan desain dan pemilihan material yang tepat, karena melebihi batas elastis akan merusak tabung dan akurasi akan hilang.

Soket biasanya terbuat dari kuningan, baja, atau baja tahan karat. Pengukur ringan terkadang menggunakan aluminium, tetapi bahan ini memiliki tekanan terbatas dan sulit untuk disambungkan ke tabung Bourdon dengan menyolder atau mematri. Ekstrusi dan bentuk stok batang gulung paling sering digunakan.

Mekanisme gerakan terbuat dari polikarbonat yang diisi kaca, kuningan, perak nikel, atau baja tahan karat. Apapun bahan yang digunakan, harus stabil dan memungkinkan perakitan bebas gesekan. Kuningan dan kombinasi kuningan dan polikarbonat paling populer.

Untuk melindungi tabung dan gerakan Bourdon, rakitan tertutup di dalam wadah dan lensa penglihatan. Dial dan pointer, yang digunakan untuk memberikan indikasi tekanan kepada penonton, terbuat dari hampir semua logam dasar, kaca, dan plastik. Aluminium, kuningan, dan baja serta polikarbonat dan polipropilena membuat kotak pengukur dan dial yang sangat baik. Sebagian besar lensa terbuat dari polikarbonat atau akrilik, yang lebih disukai daripada kaca karena alasan keamanan yang jelas. Untuk aplikasi servis yang parah, casing disegel dan diisi dengan gliserin atau cairan silikon. Cairan ini melindungi tabung dan gerakan terhadap kerusakan akibat benturan dan getaran.

Setelah tabung Bourdon dibuat, ujung tertutupnya dipasang ke soket dengan menyolder, mematri, atau mengelas. Ujung bebas tabung Bourdon ditempatkan secara tepat selama operasi perakitan ini, dan kemudian disegel, biasanya dengan beberapa cara yang digunakan untuk menyambungkan tabung ke soket.
Setelah tabung Bourdon dan rakitan soket terpasang dengan baik, ujung ujung 'C' yang tidak disangga akan dipasang ke bagian ujung. Bagian ujung ini berisi lubang kecil yang menghubungkan ujung ke mekanisme gerakan roda gigi. Komponen lainnya—gerakan, penunjuk, dan dial—kemudian dirakit ke soket sebagai satu kelompok.

Manufaktur
Proses

Membuat tabung Bourdon

• 1 Tabung Bourdon adalah bagian terpenting dari instrumen. Tabung dapat dibuat dari batangan padat dengan mengebor panjangnya hingga diameter dalam yang diinginkan dan memutar diameter luar pada mesin bubut untuk mencapai ketebalan dinding yang sesuai. Namun, sebagian besar pengukur tujuan umum menggunakan tabung yang telah dibentuk sebelumnya yang dibeli dari pemasok logam. Pembuat pengukur menentukan ketebalan dinding, material, konfigurasi, dan diameter yang diinginkan. Pemasok menyediakan material dengan panjang 10 hingga 12 kaki (3 hingga 3,65 meter), siap untuk diproduksi.
• 2 Sebagian besar produsen telah menjaga ketat metode penggulungan berpemilik untuk menggulung tabung ke dalam bentuk "C". Bentuk tabung "C" umumnya dibentuk dalam mesin rolling otomatis. Mesin ini berisi dua rol bertenaga presisi, yang dilalui pipa. Satu rol menangkap ujung pipa dan membentuk jari-jari bagian dalam, sementara yang lain memberikan tekanan luar untuk mempertahankan kontak yang seragam dengan pipa. Setiap rol berisi alur yang pas di sekitar bagian luar tabung; alur ini memungkinkan tabung untuk mempertahankan bentuk melingkar daripada diratakan. Dalam proses penggulungan, mandrel baja—batang yang memandu pipa ke dalam rol dan membantu mempertahankan bentuknya—pertama kali dimasukkan melalui ujung pipa yang bebas dan ditempatkan tepat sebelum rol. Mandrel berpelumas ini memiliki bentuk interior oval yang diinginkan. Pipa kemudian melewati mandrel dan di antara roller. Satu rol berisi klip yang memegang pipa; saat rol berputar, ia menarik tabung dan membengkokkannya ke dalam bentuk "C".
• 3 Rol yang sama yang mengambil dan menekuk pipa juga berisi mata gergaji. Saat rol terus berputar setelah membuat tikungan, mata gergaji di atasnya memotong pipa dengan panjang yang tepat. Tabung kemudian dipanaskan dalam oven.

Komponen lainnya

• 4 Soket pada dasarnya adalah balok logam yang berfungsi sebagai penghubung ke sumber media tekanan; mount untuk casing, dial, dan movement; dan sebagai slot lampiran untuk tabung Bourdon. Salah satu ujung soket berulir, yang memungkinkannya disekrupkan ke peralatan yang memberikan tekanan. Soket dapat dicor, ditempa, diekstrusi, atau dikerjakan dari stok batangan. Sebagian besar soket dibuat di pusat pemesinan otomatis yang memutar, mengebor, menggiling, dan memasang benang semua dalam satu siklus. Praktik pemesinan umum berlaku untuk sebagian besar pembuatan soket.
• 5 Gerakan adalah mekanisme roda gigi yang berisi pinion (poros yang berputar), sektor, pelat pendukung, pegas rambut, dan kolom spacer. Mekanisme mengubah perpindahan agak linier dari ujung Bourdon menjadi gerakan putar, serta menyediakan sarana untuk penyesuaian kalibrasi. Pointer diikatkan ke poros berputar, atau pinion, dan menyapu dial lulus yang menunjukkan jumlah tekanan. Sebagian besar gerakan dipasok ke pembuat pengukur yang siap digunakan. Banyak jenis proses manufaktur yang digunakan untuk memproduksi komponen gerakan, dan pengerjaan mekanisme sangat mirip dengan jarum jam saat selesai.
• 6 Casing, dial, dan penunjuk dapat berupa stempel lembaran logam, cetakan plastik, atau coran. Pencetakan dan pencetakan memerlukan sedikit pemrosesan lebih lanjut, tetapi pengecoran akan memerlukan beberapa pemesinan—pemangkasan bahan berlebih, misalnya—untuk memenuhi persyaratan akhir. Komponen-komponen ini dicat sesuai kebutuhan, dan pelat jam dicetak dengan karya seni yang sesuai. Praktik pencetakan umum, menggunakan metode offset dan langsung, digunakan. Lensa yang paling umum adalah bagian plastik yang dibuat dengan cetakan injeksi, dimana plastik dipanaskan menjadi bentuk cair dan kemudian dituangkan ke dalam cetakan dengan bentuk yang diinginkan. Fitur lampiran yang mengamankan dan menyegel lensa ke kasing dirancang ke dalam cetakan. Lensa kaca masih digunakan, tetapi harus dipertahankan dengan cincin dari beberapa jenis. Kaca tidak disukai karena masalah keamanan dari kerusakan.

Perakitan akhir

• 7 Setelah tabung Bourdon dibuat, ujung tertutupnya dipasang ke soket dengan cara menyolder, mematri, atau mengelas. Ujung bebas tabung Bourdon ditempatkan dengan tepat selama operasi perakitan ini, dan kemudian disegel, biasanya dengan cara yang sama digunakan untuk menyambungkan tabung ke soket. Setelah tabung Bourdon dan rakitan soket terpasang dengan baik, ujung ujung "C" yang tidak ditopang akan dipasang ke ujung. Bagian ujung ini berisi lubang kecil yang menghubungkan ujung ke mekanisme gerakan roda gigi. Ujung Bourdon tidak bergerak terlalu jauh dalam kisaran tekanannya, biasanya 0,125 hingga 0,25 inci (0,31 hingga 0,63 sentimeter). Maklum, semakin besar tekanan, semakin jauh ujungnya bergerak. Komponen lainnya—gerakan, penunjuk, dan dial—kemudian dirakit ke soket sebagai satu kelompok.

Kalibrasi

Kalibrasi terjadi tepat sebelum perakitan akhir pengukur ke kotak pelindung dan lensa. Rakitan yang terdiri dari soket, tabung, dan gerakan terhubung ke sumber tekanan dengan pengukur "master" yang dikenal. Pengukur "master" hanyalah pengukur akurasi tinggi dari kalibrasi yang diketahui. Penyesuaian dilakukan di rakitan sampai pengukur baru mencerminkan pembacaan tekanan yang sama dengan master. Persyaratan akurasi perbedaan 2 persen adalah umum, tetapi beberapa mungkin 1 persen, .5 persen, atau bahkan .25 persen. Pemilihan rentang akurasi semata-mata tergantung pada seberapa penting informasi yang diinginkan dalam hubungannya dengan kontrol dan keamanan proses. Sebagian besar pabrikan menggunakan dial bertingkat yang menampilkan sapuan 270 derajat dari nol hingga jangkauan penuh. Dial ini dapat berdiameter kurang dari 1 inci (2,5 cm) hingga 3 kaki (0,9 meter), dengan yang terbesar biasanya digunakan untuk akurasi ekstrim. Dengan meningkatkan diameter dial, lingkar di sekitar garis kelulusan dibuat lebih panjang, memungkinkan banyak tanda yang terbagi halus. Alat pengukur besar ini biasanya sangat rapuh dan digunakan hanya untuk tujuan utama. Master sendiri diperiksa keakuratannya secara berkala menggunakan penguji bobot mati, peralatan hidrolik yang sangat akurat yang dapat dilacak ke Biro Standar Nasional di Amerika Serikat.

Sangat menarik untuk dicatat bahwa ketika bisnis manufaktur pengukur masih dalam masa pertumbuhan, desain teoritis elemen tekanan masih berkembang. Tabung Bourdon dibuat dengan parameter desain yang sangat umum, karena setiap tabung diuji tekanan untuk menentukan rentang layanan yang cocok untuknya. Seseorang tidak tahu persis berapa kisaran tekanan yang akan dihasilkan dari proses penggulungan dan perlakuan panas, jadi instrumen ini diurutkan pada kalibrasi untuk aplikasi tertentu. Saat ini, dengan perkembangan pemodelan komputer dan pengalaman puluhan tahun, tabung Bourdon modern secara presisi digulung ke dimensi tertentu yang memerlukan sedikit, jika ada, kalibrasi. Kalibrasi modern dapat dilakukan oleh komputer menggunakan pengatur mekanis yang dikontrol secara elektronik untuk menyesuaikan komponen. Sayangnya, ini menghilangkan citra pengrajin ahli yang duduk di bangku kalibrasi, menyetel dengan halus gerakan halus seperti jam tangan hingga presisi ekstrem. Beberapa bengkel instrumen masih melakukan pekerjaan unik ini, dan pengukur tekanan yang indah ini berdiri sejajar dengan jam dan arloji yang dibuat oleh pengrajin ahli bertahun-tahun yang lalu.

Aplikasi dan Masa Depan

Setelah pengukur yang dikalibrasi dirakit dan dikemas, itu didistribusikan ke produsen peralatan, perusahaan jasa, dan laboratorium pengujian untuk digunakan dalam banyak aplikasi yang berbeda. Aplikasi yang bervariasi ini menjelaskan berbagai desain casing dan penutup lensa. Soket dapat masuk ke casing dari belakang, atas, bawah, atau samping. Beberapa dial diterangi oleh tinta luminescent yang digunakan untuk mencetak kelulusan atau oleh lampu kecil yang terhubung ke sumber listrik luar. Pengukur yang ditujukan untuk layanan tekanan tinggi biasanya memiliki desain keselamatan "depan mati", fitur desain casing yang menempatkan bahan casing dengan ketebalan yang cukup besar antara tabung Bourdon dan dial. Penghalang ini melindungi penampil instrumen dari fragmen pengukur jika tabung Bourdon pecah karena tekanan berlebih. Desain kasing internal mengarahkan potongan kecepatan tinggi ini keluar dari bagian belakang pengukur, menjauh dari penampil. Banyak aplikasi melibatkan pemasangan pengukur langsung ke mesin yang sedang berjalan, sehingga membutuhkan pengisian cairan. Pengukur yang tidak terisi dengan cepat menyerah pada efek destruktif dari getaran. Flensa pemasangan khusus diamankan ke kasing untuk memungkinkan pemasangan panel dan permukaan terlepas dari pipa bertekanan. Bahan casing dan lensa dipilih untuk mengatasi berbagai lingkungan yang kasar atau terkontaminasi, dan disegel dengan berbagai cara untuk menjaga kelembaban dan kontaminan dari mekanisme pergerakan.

Penggunaan pengukur tekanan di masa depan tampaknya bergantung pada industri sensor elektronik yang berkembang pesat. Sensor ini adalah komponen elektronik yang memberikan sinyal listrik dan pada dasarnya tidak memiliki bagian yang bergerak. Banyak alat pengukur hari ini sudah memiliki sensor ini dipasang di dalam kasus untuk mengirim informasi untuk memproses komputer kontrol dan pengontrol. Sensor ini secara intrinsik aman, memungkinkan penggunaannya di lingkungan yang mudah terbakar atau meledak. Seluruh masalah kontrol proses telah berkembang dalam beberapa tahun terakhir sebagai akibat dari kebutuhan untuk mencegah pelepasan media proses yang tidak disengaja, banyak di antaranya berbahaya bagi lingkungan. Seiring berkembangnya masalah lingkungan, antarmuka ini akan diminati dan pengukur mekanis mungkin tidak disukai. Namun, pengukur mekanis tidak memerlukan sumber daya listrik atau peralatan komputer yang dibutuhkan oleh sensor elektronik. Itu membuat biaya pengukur efektif untuk sebagian besar penggunaan umum, dan di area inilah industri berharap untuk terus berkembang.