Alat Pengukur Tekanan Mekanik dan Elektronik
Alat pengukur tekanan mekanik dan elektronik. Meskipun manometer banyak digunakan, mereka tidak cocok untuk mengukur tekanan yang sangat tinggi atau tekanan yang berubah dengan cepat seiring waktu. Selain itu, mereka memerlukan pengukuran satu atau lebih tinggi kolom, yang, meskipun tidak terlalu sulit, dapat memakan waktu. Untuk mengatasi beberapa masalah ini, banyak jenis instrumen pengukur tekanan lain telah dikembangkan. Sebagian besar dari ini menggunakan ide bahwa ketika tekanan bekerja pada struktur elastis, struktur tersebut akan mengalami deformasi, dan deformasi ini dapat dikaitkan dengan besarnya tekanan. Kemungkinan perangkat yang paling dikenal dari jenis ini adalah pengukur tekanan Bourdon, yang ditunjukkan dalam Gambar 2.13a. Elemen mekanik utama dalam alat ini adalah tabung melengkung elastis (tabung Bourdon) yang terhubung ke sumber tekanan seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2.13b. Saat tekanan dalam tabung meningkat, tabung cenderung lurus, dan meskipun deformasi itu kecil, dapat diterjemahkan menjadi gerakan penunjuk pada skala seperti yang diilustrasikan. Karena perbedaan tekanan antara luar tabung (tekanan atmosfer) dan dalam tabung yang menyebabkan gerakan tabung, tekanan yang terindikasi adalah tekanan gage. Pengukur Bourdon harus dikalibrasi sehingga pembacaan pada skala dapat secara langsung menunjukkan tekanan dalam unit yang sesuai seperti psi, psf, atau pascal. Pembacaan nol pada pengukur menunjukkan bahwa tekanan yang diukur sama dengan tekanan atmosfer lokal. Jenis pengukur ini dapat digunakan untuk mengukur tekanan gage negatif (vakum) serta tekanan positif.
Barometer aneroid adalah jenis pengukur mekanis lain yang digunakan untuk mengukur tekanan atmosfer. Karena tekanan atmosfer ditentukan sebagai tekanan absolut, pengukur Bourdon konvensional tidak cocok untuk pengukuran ini. Barometer aneroid umum mengandung elemen elastis tertutup yang dievakuasi sehingga tekanan di dalam elemen mendekati nol mutlak. Saat tekanan atmosfer eksternal berubah, elemen tersebut membengkok, dan gerakan ini dapat diterjemahkan menjadi gerakan suatu penunjuk yang terpasang. Seperti halnya dengan pengukur Bourdon, skala dapat dikalibrasi untuk memberikan tekanan atmosfer secara langsung, dengan unit yang biasa adalah milimeter atau inci raksa.
Untuk banyak aplikasi di mana pengukuran tekanan diperlukan, tekanan harus diukur dengan perangkat yang mengubah tekanan menjadi keluaran listrik. Misalnya, mungkin diinginkan untuk terus-menerus memonitor tekanan yang berubah seiring waktu. Jenis perangkat pengukur tekanan ini disebut transduser tekanan, dan banyak desain yang berbeda digunakan. Salah satu jenis transduser yang mungkin adalah yang menghubungkan tabung Bourdon ke transformer diferensial variabel linier (LVDT), seperti yang diilustrasikan dalam Gambar 2.14. Inti dari LVDT terhubung ke ujung bebas tabung Bourdon sehingga saat tekanan diterapkan gerakan ujung tabung menggerakkan inti melalui kumparan dan tegangan keluaran berkembang. Tegangan ini adalah fungsi linear dari tekanan dan dapat direkam pada osiloskop atau didigitalkan untuk penyimpanan atau pengolahan pada komputer.
Salah satu kelemahan dari transduser tekanan yang menggunakan tabung Bourdon sebagai elemen sensor elastis adalah bahwa ia terbatas pada pengukuran tekanan yang statis atau hanya berubah lambat (kuasi-statis). Karena massa relatif besar dari tabung Bourdon, ia tidak dapat merespons perubahan tekanan yang cepat. Untuk mengatasi kesulitan ini, jenis transduser yang berbeda digunakan di mana elemen sensor adalah diafragma tipis yang elastis yang berada dalam kontak dengan fluida. Saat tekanan berubah, diafragma membengkok, dan pembengkokan ini dapat dideteksi dan dikonversi menjadi tegangan listrik. Salah satu cara untuk mencapai ini adalah dengan meletakkan strain gages baik pada permukaan diafragma yang tidak berhubungan dengan fluida, atau pada elemen yang melekat pada diafragma. Gage-gage ini dapat dengan akurat mendeteksi regangan kecil yang diinduksi pada diafragma dan memberikan tegangan keluaran yang berbanding lurus dengan tekanan. Jenis transduser ini mampu mengukur dengan akurat baik tekanan kecil maupun besar, serta tekanan statis dan dinamis. Sebagai contoh, transduser tekanan strain-gage seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2.15 digunakan untuk mengukur tekanan darah arteri, yang merupakan tekanan yang relatif kecil yang bervariasi secara periodik dengan frekuensi dasar sekitar 1 Hz. Transduser biasanya dihubungkan ke pembuluh darah melalui tabung kecil berisi cairan yang disebut kateter tekanan. Meskipun jenis transduser strain-gage dapat dirancang untuk memiliki respon frekuensi yang sangat baik (hingga sekitar 10 kHz), sensitivitasnya menurun pada frekuensi yang lebih tinggi karena diafragma harus dibuat lebih kaku untuk mencapai respon frekuensi yang lebih tinggi. Sebagai alternatif, diafragma dapat dibuat dari kristal piezoelektrik yang digunakan sebagai elemen elastis dan sensor. Saat tekanan diterapkan pada kristal, tegangan berkembang karena deformasi kristal. Tegangan ini berhubungan langsung dengan tekanan yang diterapkan. Bergantung pada desainnya, jenis transduser ini dapat digunakan untuk mengukur tekanan yang sangat rendah dan tinggi (hingga sekitar 100.000 psi) pada frekuensi tinggi. Informasi tambahan tentang transduser tekanan dapat ditemukan di Referensi 3, 4, dan 5.
