Perangkat instrumentasi untuk mengukur ketinggian isi tangki atau level dalam tangki proses terdiri dari banyak model dan prinsip pengukuran, diantaranya adalah level transmitter type Differential pressure, type kapasitansi, type ultrasonic, type radio active, type magnetrol, type LVDT dan type radar. Mengacu pada prinsip kerja transmitter pengukuran level dengan teknologi radar merupakan model pengukuran yang diakui paling handal dibanding dengan metode model lainnya. Artikel ini akan menerangkan prinsip kerja transmitter pengukur level type radar yang dikenal sebagai GWR ( Guide Wave Radar). Sesuai dengan namanya transmitter type Guide Wave Radar konstruksinya terdiri dari kepala (head transmitter) dan probe (guide), fungsi daripada guide atau probe yaitu sebagai perangkat yang merambatkan sinyal. Probe transmitter GWR bisa berbentuk batang (rod), berbentuk tali (rope), atau berbentuk antenna. Lihat perbedaan daripada ketiganya pada gambar dibawah ini.
Agar transmitter GWR bisa bekerja dengan benar, setelah dipasang pada tangki, transmitter harus dikonfigurasi, ada beberapa parameter utama yang harus ada pada setiap transmitter GWR diantaranya adalah;
- Bentuk daripada tangki ( kotak, silinder, bulat, dome dll)
- Ketinggian tangki dari dasar tangki hingga atap tangki.
- Jarak nol persen level dari dasar tangki
- Jarak seratus persen level dari dasar tangki.
- Konstanta dielektrika media proses yang diukur ketinggiannya.
Parameter tersebut diatas adalah parameter inti yang harus ada pada setiap level transmitter GWR, adapun pada prakteknya di lapangan masih banyak parameter lain yang harus diatur berkaitan dengan kontruksi tangki dan kondisi media prosesnya, seperti misalnya apakah pada tangki ada agitator pengaduknya, apakah media prosesnya mengandung uap panas, apakah permukaan cairan yang diukur mengandung riak gelombang dan lain-lain.
Sebagai tuntunan dalam memasukan nilai parameter-parameter kedalam sebuah transmitter GWR, simak gambar geometri tangki dibawah ini, dari gambar tersebut dapat diketahui arti daripada setiap istilah parameter serta batas-batas pengukurannya. Misalnya untuk mengisi parameter Tank Full Height (1) maka pengukuran harus dilakukan dari Tank bottom line sampai ke transmitter flange. Untuk parameter Probe length (2), harus diukur panjangnya probe dari flange transmitter hingga ke ujung probe. Demikian seterusnya, setiap parameter memiliki batas ukur tersendiri.
Keterangan Gambar:
A= Upper Reference Point
B= Zero Reference Point
C= 0% (4mA) Point
D= 100% (20mA) Point
1= Tank Full Height
2= Probe Length
3= Upper Null Zone
4= Bottom Null Zone
5= LRV Distance
6= Product Level
7= URV Distance
8= Reduced Accuracy Zone
Konfigurasi parameter transmitter GWR bisa dilakukan menggunakan perangkat instrument yang memiliki software khusus untuk komunikasi dua arah antara transmitter dengan perangkat, diantaranya adalah Hand Held Terminal seperti HART Communicator 475, PC dengan Radar Master Software, AMS device manager, PRM software dan Delta V software.
Masing-masing perangkat alat konfigurasi tersebut memiliki tampilan layar yang berbeda-beda, tetapi pada prinsipnya sama yaitu sebagai media untuk mengedit parameter GWR.
Dibawah ini contoh tampilan konfigurasi GWR pada layar Radar Master
Pada layar diatas ada dua kotak isian yang harus dilengkapi yaitu kotak dengan tulisan Probe Type dan kotak dengan tulisan Probe Length. Untuk Probe type diisi dengan memilih nama probe dari daftar yang tertera pada dropdown, isikan type probe sesuai dengan probe yang terpasang pada GWR yang tengah dikonfigurasi, kemudian isi kotak probe length dengan panjang probe yang batas ukur nya seperti ditunjukkan pada figure-1 point nomor 2.
Contoh lagi ditunjukkan pada gambar dibawah ini,
Pada layar diatas ada beberapa kotak yang harus diisi dengan parameter GWR, kotak pertama bertuliskan Tank Height isi kotak ini dengan ketinggian tangki yaitu dari titik A sampai dengan titik B sebagaimana ditunjukkan dalam figure-1 point 1. Lalu isi mounting type, chamber diameter kalau ada, demikian juga nozzle height bilamana ada. Demikian untuk seterusnya semua parameter harus dimasukan pada kolom yang tersedia sebelum GWR transmitter dipergunakan.
Kesalahan dalam memasukan nilai parameter dapat menyebabkan bacaan transmitter menyimpang dari kondisi level yang diukur, oleh karena itu untuk level transmitter type GWR ini melakukan konfigurasi parameter juga didefinisikan sebagai langkah kalibrasi transmitter.
Tidak ada metode pengaturan zero dan span sebagaimana lazimnya kalibrasi transmitter type lain.
Metode pengukuran level dengan GWR.
Gelombang radar yang berupa nano-second pulsa berenergi rendah dipancarkan oleh perangkat elektronik dibagian transmitter lalu merambat menyusuri batang transmitter(probe), ketika terhadap rambatan gelombang tersebut terjadi gangguan atau hambatan maka akan terbentuk kurva, ketika terjadi kurva maka sebagian energy dari gelombang akan merambat balik ke bagian pemancar, adanya perbedaan sepersekian detik antara waktu gelombang terpancar dengan waktu gelombang kembali kemudian dimanfaatkan sebagai sinyal pengukur jarak, metode pengukuran ini yang dinamakan Time Domain Reflectory (TDR) Principle, dari hasil pengukuran jarak dengan metode TDR tersebut lalu dikonversikan menjadi pengukuran level dalam unit jarak atau persen.
Kekuatan dari hentakan balik atau reflektivitas daripada media yang diukur merupakan parameter yang menentukan kehandalan sebuah transmitter GWR. Adapun yang menentukan kekuatan daya hentak atau reflektivitas adalah konstanta dielektrik media tersebut. Media dengan nilai konstanta dielektrik tinggi akan menghasilkan daya reflektivitas yang tinggi atau dengan kata lain akan menghasilkan sinyal amplitude yang lebih besar.
Simak ilustrasi dibawah ini yang memperlihatkan sifat gelombang radar ketika memancar dan merambat menyusuri probe transmitter.
Keterangan gambar:
A= Amplitudo negative (- mV)
B= Amplitudo positif (+ mV)
C= Distance (mtr)
D= upper reference point
E= Upper Null Zone point
F= Zero Reference point
G= Reference curve (-mV)
H= Disturbance curve (+ mV)
J= Surface curve (+ mV)
K= Threshold Line
Gambar diatas adalah ilustrasi bagaimana terbentuknya kurva (pulsa) sebagai akibat adanya gangguan terhadap perambatan gelombang pada transmitter GWR.
Kurva pertama (G) terjadi ketika gelombang yang dipancarkan transmitter menjumpai daerah kosong tepatnya di bawah flange persambungan transmitter dengan probe. Kurva kedua (D) terjadi karena adanya perubahan gap yang mengapit probe, tepatnya terjadi pada leher tangki. Kurva berikutnya (E) terjadi ketika gelombang menyentuh permukaan isi tangki, terbentuk tepat diatas permukaan media. Kurva (E) inilah yang kemudian harus di setel sebagai kurva target atau sinyal pengukuran.
Penjelasan selanjutnya akan menerangkan bagaimana cara untuk mengeliminasi kurva-kurva lain selain daripada kurva target.
Dengan menggunakan alat konfigurasi transmitter GWR seperti HART communicator, Radar master software atau Beta software ilustrasi gelombang radar pada gambar Figure-3 tersebut ditampilkan sebagai garis bergelombang dalam posisi horizontal seperti tampak pada gambar di bawah ini;
Keterangan gambar:
A= Amplitude negative (- mV)
B= Amplitude positive (+ mV)
C= Distance (meter)
D= Disturbance curve (+ mV)
E= Threshold Line
G= Reference curve (-mV)
J= Surface curve (+ mV)
UNZ= Upper Null Zone
Pada gambar diatas tampak ada dua kurva dengan amplitude positif yaitu kurva D dan kurva J. Kurva D terbentuk karena adanya disturbance pada leher tangki sehingga kurva tersebut tidak bisa dijadikan sebagai sinyal pengukuran. Adapun metode untuk mengeliminasi kurva tersebut yaitu dengan menempatkan garis hold off atau garis UNZ, maka secara otomatis kurva D akan tereliminasi dari daftar sinyal pengukur level.
Dari penjelasan sebelumnya diketahui bahwa setiap kurva yang terbentuk oleh gelombang radar sepanjang probe merupakan komponen yang berpengaruh terhadap sinyal pengukuran. Sehingga diperlukan penyetingan yang benar agar kurva akibat gangguan (disturbance) bisa dieliminasi dan hanya kurva target yang menjadi bagian daripada sinyal pengukuran.
Mengacu pada perilaku gelombang GWR yang seperti demikian itu, maka transmitter GWR dapat difungsikan untuk mengukur level interface, dalam hal ini transmitter akan membentuk dua kurva target, satu kurva terbentuk ketika gelombang radar menyentuh permukaan cairan bagian atas (yang memiliki nilai konstanta dielektrika lebih rendah) dan satu lagi akan terbentuk ketika gelombang radar menyentuh cairan bawah (yang memiliki nilai konstanta dielektrika lebih besar) dari cairan bagian atas. Perhatikan ilustrasi pada gambar dibawah ini yang memperlihatkan perilaku gelombang radar pada pengukuran level interface, tampak kurva yang terbentuk oleh media dengan nilai konstanta dielektrika lebih besar (media bagian bawah) memiliki kurva yang lebih panjang dan nilai amplitudonya lebih besar.
Keterangan Gambar:
A= Amplitudo
B= Reference curve (-mV)
C= Disturbance curve (+ mV)
D= Surface curve (+ mV)
E= Interface Curve
Kembali pada ulasan prinsip kerja transmitter GWR sebagaimana diterangkan diatas, maka ada kecenderungan kurva-kurva dapat terbentuk di setiap bagian probe transmitter padahal kurva tersebut tidak termasuk dalam kategori kurva target, hal ini terjadi di kandungan proses yang kotor, atau ada buih berbusa dari cairan proses dan lain-lain. Kurva yang terbentuk di luar target ini seringkali menjadi penyebab indikasi transmitter menyimpang , inilah yang disebut false echo atau noise yang merupakan salah satu kekurangan daripada transmitter GWR.
Agar GWR transmitter memiliki performance yang baik maka semua kurva yang bukan kurva target harus dikeluarkan dari daftar kurva. Langkah untuk menganalisa kategori kurva-kurva dikenal dengan istilah curve mapping atau echo curve analyzing. Dengan Curve mapping maka echo palsu atau noise akibat adanya disturbance dapat ditiadakan. Prosedure eksekusi echo curve analyzing dilakukan dengan bantuan HART communicator atau software Radar Master, berikut adalah langkah-langkahnya;
- Buka Rosemount Radar Master.
- Klik pada Device Config/Tools (or Device Config/Setup).
- Klik pada Echo Curve icon.
Ketika echo curve mapping dijalankan dilayar akan tampil perilaku gelombang radar dari atas hingga ke bawah tangki beserta nilai amplitudonya, demikian pula fungsi konfigurasi amplitude dapat di akses di layar mapping. Lihat contoh tampilan layar echo curve mapping pada gambar di bawah ini
Pada tampilan layar diatas tampak dua kurva yang keduanya adalah kurva target, yaitu P1 yang ditarget sebagai kurva level dan P2 yang ditarget sebagai kurva Interface, untuk membuktikan bahwa kedua kurva tersebut adalah kurva target yang sesuai dengan kondisi media di dalam tangki, diperlukan perangkat pembanding, biasanya digunakan level gauge, dengan melakukan pembacaan melalui level gauge, dapat dianalisa apakah distance yang ditampilkan pada layar analisis sesuai dengan kondisi level yang sebenarnya, jika sesuai maka dipastikan kurva yang terlihat pada tampilan layar analisis adalah kurva yang benar. Jika ada kurva lain yang terbentuk diluar distance tersebut maka kurva demikian harus dihilangkan dari daftar sinyal pengukuran. Salah satu cara menghilangkan kurva gangguan dari sinyal pengukuran adalah dengan menggeser garis threshold disekitar kurva sebagaimana ditunjukkan pada gambar dibawah ini.
A= Amplitude (mV)
B= Distance (meter)
C= Disturbing Object
D= Measurement signal
E= Amplitude Threshold Curve
Perhatikan gambar diatas, pada titik P2 amplitude threshold digeser sedemikian rupa sehingga kurva ada di bawahnya, sebagai hasilnya maka hanya kurva P1 yang terdaftar sebagai sinyal pengukuran.
Dalam prakteknya kurva gangguan bisa terbentuk lebih dari satu serta pada distance yang tidak beraturan seperti pada gambar dibawah ini:
A= Amplitude
B= Distance
C= Disturbing curve
D= Actual product curve
E= Threshold Line
Terlihat pada gambar diatas kurva C dan kurva D akan terdaftar sebagai sinyal pengukuran karena nilai amplitude daripada kedua kurva tersebut melewati Threshold Line, dalam hal ini kita harus menentukan kurva manakah yang mewakili level yang sesungguhnya. Cara yang harus dilakukan yaitu dengan melakukan pengukuran langsung terhadap isi tangki, biasanya dengan menggunakan metal tape measuring tape, atau dengan mengamati bacaan level produk pada level gauge.
Pada kasus kurva gangguan terbentuk lebih dari satu, metode menggeser batas threshold bukan cara yang tepat untuk mengatasi masalah, melainkan harus dilakukan langkah penyelesaian lain yaitu dengan menggeser garis threshold secara keseluruhan.
Perhatikan gambar dibawah ini, yang menunjukkan langkah mengeliminasi kurva gangguan dengan menggeser garis threshold
Keterangan Gambar:
A= Amplitude
B= Distance
C= Disturbing curve
D= Actual product curve
E= Threshold Line Default
F= Threshold Line after Adjustment
Mengatur threshold curve dan threshold line hanya salah satu cara untuk mengatasi masalah yang timbul pada pengukuran level dengan transmitter GWR, pada kenyataan dilapangan masalah yang ditemui amat beragam dan memiliki tingkat kesulitan berbeda beda. Oleh karena itu personnel yang melakukan troubleshooting transmitter GWR harus memiliki pengetahuan dan kemampuan teknis yang memadai.
