Soal No. 1

1

• INSTRUMENTASI ULTRASONIK

• PENGUKURAN RAPAT MASSA

• Menggunakan analisis amplituda (faktor refleksi
  dan faktor transmisi)

Soal No. 1 Perangkat ultrasonik yang digunakan
untuk mengukur rapat massa suatu cairan biasanya
menggunakan dua buah transduser yang
masing-masing di depannya dipasang batang
penyangga dengan panjang tertentu dan terbuat
dari bahan yang mempunyai atenuasi yang sangat
kecil sehingga dapat diabaikan. Transduser yang
satu bertindak sebagai pemancar sedangkan yang
lain bertindak sebagai penerima gelombang
akustik. Kedua transduser beserta batang
penyangganya ini dicelupkan ke dalammcairan yang
akan diukur rapat massanya dimana ujung-ujung
kedua batang penyangga berjarak 2 cm. Dari hasil
pengamatan diperoleh tegangan pulsa pertama
besarnya adalah 80 mV, tegangan pulsa kedua
besarnya 52,2 mV sedangkan selang waktu antara
kedua pulsa ini adalah 26 ?S. Bila batang
penyangga terbuat dari bahan kuarsa dengan
impedansi akustik sebesar 15,1 Mrayls, hitung
rapat massa cairan. Abaikan atenuasi di dalam
cairan dan atenuasi akibat penyebaran gelombang.
2
d
Ao
A
Z3
Z1
B
Z2
T
R
3
Soal No. 2 Perangkat ultrasonik yang digunakan
untuk mengukur rapat massa suatu cairan biasanya
menggunakan dua buah transduser yang
masing-masing di depannya dipasang batang
penyangga dengan panjang tertentu dan terbuat
dari bahan yang atenuasinya dapat diabaikan.
Transduser yang satu bertindak sebagai pemancar
sedangkan yang lain bertindak sebagai penerima.
Kedua transduser dan batang penyangga ini
dicelupkan ke dalam cairan yang akan diukur rapat
massanya dimana ujung-ujung kedua batang
penyangga berjarak 1 cm. Dari hasil pengamatan
diperoleh bahwa tegangan pulsa pertama A dan
tegangan pulsa kedua B yang diterima oleh
transduser penerima masing-masing adalah 156,8 mV
dan 37,4 mV sedangkan selang waktu antara kedua
pulsa ini adalah 15,4 ?s. Oleh karena cairannya
cukup kental sehingga atenuasinya tidak dapat
diabaikan, maka diperlukan pengukuran kedua.
Pengukuran kedua ini dilakukan dengan menjauhkan
jarak antara ujung-ujung kedua batang penyangga
menjadi 2 cm dan diperoleh tegangan pulsa pertama
C sebesar 90,3 mV. Bila batang penyangga terbuat
dari bahan kuarsa dengan impedansi akustik
sebesar 15,1 MRayl, tentukan rapat massa cairan
tersebut.
4
(No Transcript)
5

• PENGUKURAN POROSITAS

• Menggunakan analisis waktu

Soal No. 3 Porositas ? dari suatu bahan berpori
seperti keramik, polimer dan batu-batuan
didefinisikan sebagai perbandingan antara volume
udara dalam pori-pori dan volume total. Untuk
menentukan besarnya porositas ini dapat digunakan
gelombang akustik berfrekuensi tinggi
(ultrasonik). Hal ini dapat dilakukan karena
kecepatan gelombang akustik di udara Vu (340 m/s)
lebih kecil dari kecepatan di dalam padatan Vm
(Padatan ini biasa disebut sebagai bahan matriks,
yaitu bahan berporositas nol). Selama dirambatkan
melalui suatu bahan berpori dengan tebal tertentu
L, gelombang ultrasonik akan melintasi bagian
berisi udara Lu dan bagian berisi matriks Lm.
Bila pori-pori yang terdapat di dalam bahan
berpori tersebar merata, maka perbandingan volume
udara terhadap volume total (porositas) dianggap
sama dengan perbandingan lintasan di udara
terhadap lintasan total. Dengan demikian
porositas berbanding terbalik dengan kecepatan
di dalam bahan berpori V.

1. Nyatakan porositas sebagai fungsi dari kecepatan
   di udara, kecepatan di dalam matriks dan
   kecepatan di dalam bahan berpori.

6
L
Matriks, Vm
Lu1
Lu2
Lm1
Lm2
Lm3
udara, Vu
7
(No Transcript)
8

1. Kadang-kadang sukar sekali mendapatkan bahan
   berporositas nol sehingga persamaan tersebut di
   atas tidak dapat dipakai karena Vm tidak
   diketahui. Dalam kasus ini perlu dilakukan
   kalibrasi. Misalkan dari hasil kalibrasi
   diperoleh kecepatan sebesar 2194,6 m/s dan 1714,5
   m/s masing-masing untuk porositas sebesar 2,5
   dan 7,5 . Bila suatu bahan berpori kecepatannya
   1869,5 m/s, tentukan porositasnya.

9

• PENGUKURAN LAJU ALIRAN

• Menggunakan analisis waktu

Soal No. 4 Untuk mengukur kecepatan aliran fluida
V yang mengalir dalam suatu pipa berdiameter D
digunakan pengukur aliran ultrasonik. Pada
dasarnya Ultrasonic Flow Meter (UFM) ini terdiri
dari dua buah transduser yang dapat bertindak
baik sebagai pemancar maupun sebagai penerima
(T/R probe) dan suatu pengukur waktu tempuh.
Salah satu transduser (T/R1) dipasang pada bagian
hulu (upstream) sedangkan transduser yang lain
(T/R2) dipasang pada bagian hilir (downstream).
Kedua transduser ini dapat diletakkan pada sisi
yang sama atau pada sisi yang berlawanan dengan
membentuk sudut ? dengan sumbu pipa. Mula-mula
transduser T/R2 memancarkan gelombang ultrasonik
yang diterima oleh transduser T/R1 dengan waktu
tempuh t21. Kemudian transduser T/R1 memancarkan
gelombang ultrasonik yang diterima oleh
transduser T/R2 dengan waktu tempuh t12. Kedua
waktu tempuh ini akan berbeda karena yang satu
pada saat gelombang ultrasonik bergerak melawan
arus sedangkan yang lain pada saat gelombang
ultrasonik bergerak mengikuti arus. Makin besar
kecepatan aliran fluidanya, maka makin besar pula
perbedaannya. Dengan demikian perbedaan waktu
tempuh ?t ini dapat dimanfaatkan untuk menentukan
kecepatan aliran fluida.
10
T/R1
Downstream
t21
?
V
D
Vcos?
t12
Upstream
T/R2

1. Bila kecepatan gelombang ultrasonik di dalam
   fluida adalah C, nyatakan kecepatan aliran fluida
   sebagai fungsi dari D, C, ? dan ?t.

11
Upstream ? Downstream
Downstream ? Upstream
12
(No Transcript)
13

1. Pada persamaan di atas, kecepatan aliran fluida
   yang akan ditentukan masih tergantung pada
   kecepatan gelombang ultrasonik di dalam fluida.
   Oleh karena besarnya kecepatan gelombang
   ultrasonik dipengaruhi oleh temperatur dan
   tekanan, maka agar hasilnya lebih teliti
   diperlukan pengukuran temperatur dan tekanan
   fluida yang sedang mengalir. Hal ini akan
   menyebabkan pengukuran kecepatan aliran fluida
   ini menjadi tidak praktis. Eliminasi kecepatan
   gelombang ultrasonik ini sehingga kecepatan
   aliran fluida dapat dihitung tanpa harus
   mengetahui besarnya C sehingga pengukuran menjadi
   lebih praktis.

14
(No Transcript)