BAB 1
A.
Instrumentasi pada
Industri
I. Topik: Konsep dasar pengukuran
II. Tujuan : Setelah
melakukan kegiatan pembelajaran diharapkan
mahasiswa
dapat :
2.1. Menjelaskan konsep dasar pengukuran
2.2. Membuat blok diagram
sistem pengukuran secara umum
2.3.
Menjelaskan fungsi masing-masing blok diagram sistem
pengukuran
2.4.
Mengklasifikan fungsi instrumentasi dalam industri
III.Pendahuluan
Kegiatan pembelajaran untuk topikkonsep dasar pengukuran
membahas tentang: blok diagram sistem pengukuran secara
umum, fungsi blok diagram sistem
pengukuran instrumentasi yang meliputi: input pengukuran, tranduser, pengkondisi
sinyal,display atau alat penampil , catu daya dan klasifikan fungsi
instrumentasi dalam industri
IV.
Materi
4.1.
Konsep dasar
pengukuran
Dalam suatu pengukuran dibutuhkan suatu
alat yaitu instrumen, yang digunakan untuk menentukan besaran atau variabel.Instrumen
dapat didefinisinikan sebagai suatu alat atau peralatan yang mempunyai
kemampuan dapat :
(a) Menentukan hubungan antara
keluaran dengan masukkan darisuatu
sistim fisik,dimana masukkan sebagai besaran yang diukur dan keluaran
sebagai hasil pengukuran.
(b) Menghasilkan bentuk keluaran sebagai hasilpengukuran berupa tanda atau sinyal yang kualitatifuntuk
ditampilkan pada: panel analog, digital display, osiloscop, grafik recorder,
printer digital.
(c) Sesuai dengan tuntutan kebutuhan untuk pengukuran
teknik, instrumen harus memiliki
kemampuan karakteristik antara lain : ketelitian (accuracy)‘ ketepatan(precission),
kesalahan, kepekaan (sensitiviy), konstanta waktu (time
constant), kalibrasi (calibration) sertaangka kesalahan.
4.2. Blok diagram sistem pengukuran secara umum
Blok
diagram sistem pengukuran secara umumditunjukkan pada gambar 1.1Bagian-bagian
dari sistem pengukuran terdiri dari: input pengukuran, tranduser, pengkondisi
sinyal, rangkaian pengendali dan penampil seperti: panel analog, digital
display, osiloscop, grafik recorder dan printer digital.
(Pengukuran)Input
|
Tranduser
|
Pengkodisi
Sinyal
|
Catu
Daya
|
Display
(Penampil)
|
Rangkaian
Pengendali
|
Digital
Display
|
Panel
Analog
|
Digital
Printer
|
Osiloscope
|
Grafik
recorder
|
Gambar
1.1Blok diagram sistem pengukuran secara umum
4.3. Fungsi
masing-masing blok diagram sistem
pengukuran
a.Input pengukuran berfungsi untuk mendeteksi parameter yang terdapat dalam proses industri atau dalam
penelitian bidang ilmu teknik seperti: tekanan, temperatur, aliran, gerakan,
tegangan listrik, arus listrik, dan daya listrik. Input pada pengukuran dapat berupa besaran-besaran: (1) mekanik seperti: tegangan, gaya, tekanan, momen, torsi, displasemen,
kecepatan, percepatan, kecepatan aliran, laju aliran massa, laju aliran volume,
frekuensi dan waktu.(2) termal seperti: suhu dan fluks
panas. (3)listrik seperti: tegangan listrik, arus listrik dan
hambatan listrik. Alat
ukur harus mampu mendeteksi tiap perubahan dengan teliti dan dapat
membangkitkan sinyal peringatan untuk
menunjukan perlunya dilakukan pengaturan secara manual atau untuk
mengaktifkan peralatan secara otomatis.
b.
Tranduseradalah suatu peralatan atau alat yangyang
berfungsi untuk mengubah suatu besaran ke besaran lain.Tranduser
menurut William D.C, (1985), adalah
sebuah alat apabila digerakan oleh suatu energi di dalam sebuah sistem
transmisi, akan menyalurkan energi tersebut dalam bentuk yang sama atau dalam bentuk
yang berlainan ke sistem transmisi berikutnya. Transmisi energi ini bisa
berupa listrik, mekanik, kimia, optic (radiasi) atau thermal (panas).
c. Pengkondisi sinyal atau
pemodifikasi sinyal, sering juga disebut dengan
pemroses sinyal berfungsi untuk mengubah output besaran listrik dari
transduser agar sesuai dengan masukkan yang dibutuhkan untuk
alat peraga, alat perekam atau pemrograman. Pengkondisi sinyal bisa
berupa rangkaian resistor sederhana sebagai pembagi tegangan, rangkaian
penyesuai impedanasi, rangkaian penguat, detektor, demodulator, filter, ADC dan
DAC. Sinyal output dapat
berbentuk analog atau besaran digital.
d. Display atau alat penampil berfungsi untuk
penampilkan atau memperagakan informasi
tentang besaran yang diukur agar dapat dibaca, dengan menggunakan satuan yang
ada dalam bidang teknik.
e.
Catu daya listrik berfungsi untuk memberi daya atau tenaga kepada transduser,
pengkondisi sinyal dan untuk alat
penampil.
4.4. Klasifikan fungsi
instrumentasi dalam industri
Fungsi
Instrumentasi pada proses industri dapat diklasifikasikan ke dalam empat golongan yaitu
sebagaialat: ukur (measurement), kontrol (control), pengaman (Safety)dan Analisa (Analyze).
a.
Instrumentasi
sebagai alat ukur (Measurement)
Instrumentasi sebagai alat ukur mendeteksi dan
memberikan informasi tentang besarnya nilai proses variabel
yang diukur dari suatu proses industri ke pengamat tentang nilai besaran yang
diukur misalnya berupa: tekanan, suhu, jumlah aliran, tinggi permukaan cairan dan lain sebagainya.
b.
Instrumentasi sebagai alat
pengendalian (Control)
Instrumentasi sebagai alat kontrol, yaitu alat yang berfungsi untuk mengendalikan jalannya proses, agar variabel
proses yang sedang diukur dapat diatur dan dikendaliakan tetap pada
nilai yang ditentukan.
c.
Instrumentasi sebagai alat
pengaman (Safety)
Instrumentasi sebagai alat untuk memberikan tanda bahaya atau tanda gangguan apabila terjadi trouble atau
kondisi yang tidak normal yang diakibatkan oleh tidak berfungsinya suatu paralatan pada suatu proses, serta
berfungsi untuk menunda suatu proses
apabila gangguan tersebut tidak teratasi dalam waktu tertentu.
d.
Instrumentasi sebagai alat
analisa (Analyzer)
Instrumentasi yang berfungsi sebagai alat untuk
menganalisa produk yang dikelola,
apakah sudah memenuhi spesifikasi seperti yang diinginkan sesuai dengan standard, mengetahui polusi dari hasil produksi
yang diproses agar tidak membahayakan dan merusak
lingkungan.
V.
Pendalaman materi
1. Gambarkan blok diagram
sistem pengukuran secara umum
2. Jelaskan fungsi masing-masing blok diagram
berikut:
a. Input
pengukuran
b. Tranduser
c. Pengkondisi
sinyal
d. Rangkaian pengendali
e. Penampil
3.
Jelaskan bagaimana fungsi
instrumentasi dalam industrijika, digunakan sebagai:
a.
Alat ukur
b.
Alat kontrol
c.
Alat pengaman
d. Alat Analisa
B. Karakteristik dasar alat ukur
I. Topik: Karakteristik dasar alat
ukur dan kalibrasi
II. Tujuan : Setelah
melakukan kegiatan pembelajaran
diharapkan mahasiswa dapat:
2.1 Menyebutkan
karakteristik dasar alat ukur
2.2 Menjelaskan
karakteristik dasar
alat ukur
2.3 Menjelaskan prosedur
kalibrasi
III.
Pendahuluan
Kegiatan pembelajaran
untuk topik konsep dasar pengukuran membahas tentang: karakteristik
dasar alat ukur meliputi ketelitian, ketepatan, kesalahan,linieritas, histerisis, resolusi dan
kemudahan pembacaan skala, ambang, kemampuan ulang, bentangan, ketelitian
dinamis, prosedur kalibrasi dan standar kalibrasi.
IV.
Materi
4.1. Karakteristik dasar alat ukur
Alat ukur harus mampu mendeteksi tiap perubahan dengan teliti dan dapat membangkitkan
sinyal peringatan untuk menunjukan perlunya
dilakukan pengaturan secara manual atau untuk mengaktifkan peralatan secara
otomatis. Untuk mendapatkan sifat unjuk
kerja yang optimum maka perlu diperhatikan sejumlah karakteristik dasar alat
ukur yaitu:ketelitian,
ketepatan, kesalahan, linieritas,
histerisis, resolusi dan kemudahan pembacaan skala, ambang,
kemampuan ulang, bentangan, ketelitian dinamis.
4.1.1. Ketelitian (accuracy)
Ketelitian
pengukuran atau pembacaan merupakan hal yang sifatnya relatip pada pengukuran,
ketelitian dipengaruhi kesalahan statis, kesalahan dinamis, drift/sifat
berubah, reproduksibilitas pembacaan terhadap harga standar yang diterima atau
harga yang sebenarnya. Dari hasil percobaan,
ketelitian dipengaruhi oleh batas-batas kesalahan intrinsik, batas variasi pada
indikasi ketidak stabilan listrik nol (electrical
zero) dan lingkungan. Harga kesalahan ini sama dengan derajat kesalahan
pada hasil akhir. Ketelitian dapat ditentukan dengan mengkalibrasi pada kondisi
kerja tertentu dan dinyatakan diantara plus dan minus suatu prosentasi harga
pada harga skala yang ditentukan. Semua instrumen ditentukan dalam klasifikasi
yang disebut kelas atau tingkat (grade)
yang nilainya tergantung dari ketelitian produk.Ketelitian dari sistem yang
lengkap tergantung pada ketelitian individual dari elemen pedekteksi (sensing element) primer dan elemen sekunder.
Jika A merupakan ketelitian seluruh sistem, maka A = (+a1+
a2 + a3 + ...+an) dimana, + a1, + a2,+
a3, …, + an adalah ketelitian dari tiap elemen pada sistem instrumen itu. A dalam
hal ini merupakan ketelitian terendah. Dalam praktek nilai A diperoleh
dari harga rms (root mean square) dari ketelitian masing-masing atau dapat dinyatakan
dengan rumus:
rumus ini dipakai karena, tidak mungkin semua bagian dari sistem berada
dalam kesalahan statis terbesar pada tempat dan waktu yang bersamaan.
4.1.2. Ketepatan
Karakteristik lain pada instrumen adalah
ketepatan divais/alat. Ketepatan merupakan kedekatan pengukuran masing-masing
yang didistribusikan terhadap hargarata-ratanya.Ketepatan merupakan ukuran kesamaan
terhadap angka yang diukur sendiri dengan alat yang sama, jadi tidak dibandingkan
dengan harga standar/baku. Ketepatan berbeda dengan ketelitian, untuk ketepatan yang tinggi tidak menjamin ketelitian
juga tinggi, karena ketelitian dibandingkan dengan harga baku.
4.1.3. Kesalahan
Terdapat hubungan antara yang diukur (measurand) dengan output teoritis atau
ideal dari sebuah transduser. Pada transduser ideal outputnya memberikan harga
yang benar, namun pada kenyataannya tidak demikian, dalam batas jangkauan tertentu
dari sebuahtransduser terdapat hubungan antara output transduser dengan kurva
teoritis. Hubugan ini dapat dinyatakan dengan persamaan matematika, grafik atau
harga tabel. Harga output ideal tidak memperhatikan keadaan lingkungan (ambient environ-mental) sepertikondisi
instrumen sebenarnya.Pada kenyataannya output transduser memiliki sifat non
ideal, maka terdapat deviasi yang diukur dengan harga yang benar, perbedaan
dari harga yang dibaca dengan harga yang benar disebut kesalahan (error). Biasanya kesalahan dinyatakan
dalam persen terhadap output skala penuh (full
scale output/FS). Perbandingan kesalahan dalam % terhadap skala penuh
output adalah merupakan ketelitian alat. Kesalahan tersebut di atas terdiri
dari kumpulan kesalahan individual.
a. Kesalahan-kesalahan intrinsik, absolut dan
relatif.
Kesalahan yang terdapat ketika instrurnen
dalam kondisi referensi disebut kesalahan intrinsik, Kesalahan absolut adalah
perbedaan yang didapat dari pengurangan harga yang diukur dengan harga yang
benar. Sedangkan kesalahan relatif yaitu perbandingan kesalahan absolut dengan
harga yang benar. Dalam hal tertentu
diperlukan kesalahan kelinieran relatif K yang dinyatakan dengan hubungan :
dimana Ka = kemiringan rata-rata yang diukur pada pertengahan 80% dari
skala penuh.
Kb = kemiringan rata-rata yang diukur pada ekstrim bawah 10%dari skala
penuh.
b. Kesalahan acak dan tidak menentu
Kesalahan tidak menentu dan acak terlihat bila pengukuran-pengukuran
berulang padabesaran sarna menghasilkan harga-harga yang berbeda. Besar dan
arah dari kesalahantidak diketahui dan tidak dapat ditentukan. Hal ini dapat
disebabkan karena adanyagesekan atau histerisis pegas, noise/derau, atau gejala
lain. Faktor yang menyebabkanialah perubahan sinyal input yang acak (random), bersama noise dan drift yang
ada dalam pengkondisi sinyal. Kesalahan tersebut timbul banyak dalam analisa
datadinamis. Ketidakmenentuan dinyatakan sebagai deviasi rata-rata,
kemungkinankesalahan, atau deviasi statistik. Harga kesalahan diperkirakan
sebagai harga daripenyimpangan nilai yang diamati atau dihitung terhadap nilai
yang sebenarnya.
(c)
Kesalahan sistimatik atau instrumental
Kesalahan yang disebabkan karena karakteristik bahan yang digunakan
untukpembuatan alat pengukur atau sistem disebut kesalahan instrumental atau
sistimatik.Kesalahan sistimatik relatif konstan, kesalahan disebabkan karena
sensitivitas, drift, zeroeffect. Gejalanya biasanya
tersembunyi tidak mudah terlihat. Harga kesalahan inididapatkan secara
statistik berdasarkan observasi berulang dalam kondisi yang berbeda-bedaatau
dengan alat yang berbeda (tipe sama).Biasanya kesalahan ini dapat dihilangkan
menggunakan faktor koreksi, Kesalahan instrumental adalah pengukuran ketetapan pada pembacaan instrumen.
Kesalahan inidapat direduksi oleh pengamat pada waktu membaca. (dengan membacanya
lebih cermat).
(d) Kesalahan interferensi
Gangguan yang tidak diinginkan termodulasi pada sinyal input yang
rendah misalnya karena
noise (derau), hum (dengung), induksi, riak (ripple), atau dari transien akibat saklar dihidupkan, ini semua mengakibatkan
kesalahan interferensi. Noise timbul darimesin listrik lain, medan maknit,
sumber panas, gangguan cuaca, pembusuran kontak pada saklar dan relay,
elektrostatis dan lainnya. Kesalahan ini dapat dikurangi memakaiisolasi pada
alat, diskriminasi frekwensi. Isolasi (shielding)
terhadap listrik, elektromaknitdan listrik statis.
(e) Kesalahan instalasi (kesalahan pakai)
Kesalahan timbul karena pemakaian tidak sesuai dan salah instalasi.
Kesalahan ini timbul, bila alat bekerja di luar jangkauannya seperti : panas
yang berlebihan, geteran dan tidak match. Semua alat harus bekerja sesuai
dengan batas-batas yang dinyatakan dalam spesifikasi alat oleh pembuatnya.
(f) Kesalahan operasi (kesalahan manusia)
Kesalahan ini terjadi bila teknik penggunaan alat sangat buruk,
walaupun alat sebetulnya akurat dan terpilih baik. Misalnya kesalahan timbul
karena penyetelan yang tidak sesuai, standar rusak, skala yang kanan tidak
sesuai, pembacaan paralaks, danoperator kurang terlatih. Pada pemakaian
jembatan pengukur strain gauge mungkinterlupakan untuk mengatur ke nol terlebih
dahulu sebelum pengukuran dilakukan dandibuat seimbang pada posisi skala penuh.
Harus diyakini bahwa alat-alat sebagai standaruntuk mengukur resistansi,
tegangan, tekanan dan temperatur harus dikalibrasi dengantepat
sebelumnya.Pembacaan berulang oleh pengamat yang terlatih dan pengecekan yang
bebas(independent)perlu dilakukan.
Kesalahan lain sebagai kesalahan orang yang disebabkan karena ceroboh, karena
kurang pengalaman dan keterbatasanoperator yang mungkin timbul. Kesalahan ini dapat diatasi
dengan pembacaaninstrumen yang dilakukan oleh lebih dari satu orang.
(g) Driftnol
(zero drift)
Drift nol adalah deviasi yang terlihat pada output instrumen terhadap
waktu dari hargapermulaan, bila kondisi instrumen semua konstan. Hal ini dapat
disebabkan oleh variasi kondisi lingkungan atau karena umur.
(h)
Kesalahan karena perubahan-perubahan sensitif
Kadang-kadang, kesalahan karena drift
pada skala nol atau skala penuh adalah besar dansifatnya sangat acak dan sulit
dihilangkan. Kesalahan maksimum timbulsesaat setelah alat dihidupkan dan
mengecil setelah waktu pemanasan. Kesalahan initimbul karena perubahan
sensitivitas alat akibat perubahan temperatur atau fluktuasitegangan jala-jala.
Kesalahan ini dapat dikurangi memakai kompensasi temperatur danregulator
tegangan atau dengan pemakaian penguat diferensial yang seimbang ataupenguat
dengan stabilisasi chopper (Chopper
stabilized). Kesalahan ini juga dapat dikurangidengan pengamatan yang
berulang dan melakukan kalibrasi statis seseringmungkin pada input yangkonstan.
Sifat dari kesalahan acak mengikuti distribusi Gauss.
(i) Kesalahan statistik
Kesalahan statistik dalam pengukuran dapat dinyatakan dalam harga
rata-rata statistik(statistical mean)
dan deviasi standar. Bila x1, x2, … xn menyatakan sekumpulan hargabesaran yang diukur,
harga rata-rata statistik x dari pembacaan-pembacaan diberikan
sebagai :
Deviasi
standar merupakan derajat dispersi dari pernbacaan sekitar harga rata-rata,
dituliskan sebagai :
n i=1
r
adalah deviasi standar, di adalah
deviasi rnasing-rnasing titik dari harga rata-rata,
[xi-x] dan n adalah jumlah pengamatan
(j) Pembobotan kesalahan
Dalam sebuah percobaan, kesalahan tidak dapat langsung dihitung
misalnya: kesalahanpengamatan pengukuran angka Mach sangat bergantung pada
kesalahan ukur pada duaharga tekanan. Kesalahan tergantung pada harga-harga
yang berhubungan denganmasing-masing pengukuran dan interaksi kesalahan pada
perhitungan akhir.Setiap kesalahan tidak mempengaruhi hasil akhir.
4.1.4. Linieritas
Kebanyakan
transduser dirancang untuk mendapatkan output terhadap input yang diukurhubunganannya
linier. Linieritas didefinisikan sebagai kemampuan untuk mereproduksi
karakteristik inputsecara simetris, dan ini dapat dirumuskan sebagai y = mx +
c, dengan y output, x inputm kemiringan dan c titik potong. Kedekatan kurva
kalibrasi dengan sebuah garis lurusadalah kelinieran transduser.Ketidaklinieran
mungkin disebabkan oleh sifat : bahan yang tidak linier padakomponen, penguat
elektronika, histerisis mekanik, aliran kental atau merayap. Linieritas
dinyatakan sebagai prosentasepenyimpangan dari harga linier, yaitu deviasi
rnaksimum kurva output dari best-fit garislurus selama kalibrasi.Linieritas
absolut berhubungan dengan kesalahan maksimum pada tiap titik pada
skalaterhadap pengukuran absolut atau garis lurus teoritis. Nilainya diberikan
sebagai x %dari skala penuh. Linieritas diklasifikasikan sebagai berikut :
"Linieritas kemiringanteoritis" adalah garis lurus yang menghubungkan
titik-titik ujung teoritis. Garis inidigambar tanpa harga-harga yang
diukur."Linieritas terminal" (terminal
linearity) adalah linieritas kemiringan teoritis dalam halspesial, yaitu
dengan titik-titik ujung teoritis tepat pada output a % dan 100 % dari
skalapenuh. "Linieritas titik ujung" (end point linearity) adalah sebagai garis lurus yangmenghubungkan
titik-titik ujung eksperimental.Titik-titik ujung itu dapat ditentukan seperti
yang didapat selama kalibrasi atau sepertipembacaan rata-rata selama dua atau
lebih kalibrasi yang berturut-turut, "Linieritas tidakbergantung" (independent linearity) adalah garis lurus
yang terbaik, sebuah garis yangberada ditengah antara dua garis lurus paralel
dengan kemungkinan jarak terdekat yangmenghubungkan semua arah output yang
didapatkan selama kalibrasi.Ini dapat digambar hanya bila kurva tergambar
dengan semua output pembacaantermasuk titik-titik ujungnya. "Linieritas
kuadrat terkecil" (Least square
linearity) ialah garis lurus yang mempunyai jumlah kuadrat-kuadrat dari
residu minimum. Residuadalah deviasi pembacaan-pernbacaan output terhadap
titik-titik yang bersangkutanpada garis lurus best-fit (kecocokan
terbaik)."Scatter" adalah sejenisnya, didefinisikan sebagai deviasi
dari nilai rata-rata daripengukuran berulang terhadap garis best-fit. Gambar
1.2.a. menunjukkan grafik linieritas terminal, gambar 1.2.b. menunjukkan grafik
linieritas independed dan gambar 1.2.c
menunjukkan grafik linieritas kesesuaian kwadrat terkecil
4.1..5. Histerisis
Bila alat
digunakan untuk mengukur parameter, pengukuran dengan arah naik dankemudian
dengan arah turun, output dari kedua pembacaan umumnya berbeda, hal inidisebabkan
karena adanya gesekan di dalam atau di luar pada saat elemen sensormenerima
input parameter yang diukur.Perbedaan maksimum pada output pembacaan selama
kalibrasi adalah histerisis darialat itu. Gambar 1.3. menunjukkan lengkung
histerisis tersebut. Histerisis terjadi padamaknit dan pula pada alat mekanik
umumnya, hal ini tergantung pada histeri (kejadian)yang lalu pada pembalikan
input, waktu yang dihabiskan pada langkah sebelumnyablaeklash (longgar) pada roda-roda gigi, gesekan coloumb, kemacetan,
tumpuan yangseret, dan bahan yang elastis.Kesalahan terjadi pada detektor
pertama, indikator analog dan alat perekam.
Gambar 1.2.(a) Linieritas terminal (b) Linieritas independed (c)
Linieritas kesesuaian kwadrat terkecil
Gambar 1.3. Lengkung histerisis
Kesalahandireduksi dengan perencanaan alat yang
lebih sesuai, pemilihan komponen mekanik,sifat fleksibel besar, dan memakai
bahan yang menggunakan pengerjaan panas (heattreatment)
yang tepat. Harga histerisis biasanya dinyatakan sebagai prosentase outputskala
penuh yang diukur pada daerah 50%dari skala penuh, gambar1.3. menunjukkan Histerisis yang didapat bila jangkauan (range)
lebih kecil dari skala penuh biasanyalebih kecil daripada skala histerisis
total (dalam skala penuh).
4.1.6. Resolusi dan kemudahan pembacaan
skala
Resolusi
adalah kemampuan sistem pengukur termasuk pengamatannya, untukmembedakan
harga-harga yang hampir sama. Dapat didefinisikan sebagai perbedaanantara dua
besaran input yang menghasilkan perubahan terkecil informasi output,perubahan
input dilakukan secara searah. BiIa input diubah perlahan-lahan darisembarang
harga yang bukan nol, maka pada output terlihat tidak berubah sampai
hargaperubahan input tertentu dilampaui. Perubahan ini disebut resolusi.Resolusi
dapat didefinisikan sebagai perubahan input yang dapat memberikanperubahan
output terkecil yang dapat diukur.Selanjutnyapembacaan skala adalah sifat yang
tergantung pada instrumen dan pengamatannya. Inimenyatakan angka yang
signifikan (mudah diamati) dan dapat direkam/dicatat sebagaidata. Pada meter
analog, ini tergantung pada ketebalan tanda skala dan jarumpenunjuknya. Pada
meter digital, digit terakhir (least
significantbit) dapat dipakai sebagaiukuran kemudahan pembacaan skala.
4.1.7. Ambang (threshold)
Bila input
instrumen dinaikkan secara bertahap dari nol, terdapat harga minimum dibawah
harga tersebut dan pada output tidak ada
perubahan yang dapat terbaca. Harga minimumini didefinisikan sebagai ambang
instrumen. Gejala pada saat besaran ambang dapat diamati yaitu bila output
mulai menunjukkan perubahan. Sering diperlukan harga yangkuantitatif yaitu
untuk menentukan ambang data yang reproduktif. Jadi definisi yang lebih sesuai,
ambang adalah besaran numerik pada output yangberhubungan dengan perubahan input.
"Dead band", "dead space" dan "dead zone"merupakan pernyataan lain
dari ambang/treshold instrumen.
Ambang dapatmemberikan pengaruh pada kisterisis total.
4.1.8. Kemampuan ulang (repeatability)
Kemampuan ulang didefinsikan sebagai ukuran
deviasi dari hasil-hasil test terhadapharga rata-ratanya (mean value).
4.1.9. Bentangan (Span)
Jangkauan (range) variabeI pengukuran pada
instrumen yang direncanakan dapat mengukur secara linier, disebut bentangan (span). Kadang-kadang ini menyatakan
yangkanan operasi linier pada skala total. Istilah yang berhubungan dengan mutu
(fidelity)dinamis dari peralatan
disebut “jangkauan dinamis” Ini merupakan perbandingan inputdinamis terbesar
terhadap yang terkecil di mana instrumen mengukur dengan benar.Biasanya harganya
dinyatakan dalam desibeI.
4.1.10 Ketelitian dinamis
Bila sistem
pengukuran mendapat input yang berubah dengan cepat, hubungan antarainput
dengan output menjadi berbeda dengan keadaan statik atau muasistatik(Quasistatic). Tanggapan (response) dinarnis sistem dapat
dinyatakan dengan persamaandiferensial.Bila ini berbentuk persamaan diferensial
linier, maka sistem disebut linier dinamis.Karakteristik dinamik dasar
tergantung pada orde dari persamaan diferensial sistem itu.Instrumen orde
pertama (misalnya sensor temperatur) dapat dikarakteristikan dengansatu
parameter yang dikenal sebagai konstanta waktu t (thau) (dalam detik) sistem
itu.
Persamaan diferensialnya sebagai berikut :
ty+ y = x (t)
dimana x (t) merupakan fungsi waktu dan y adalah
output sistem.
Dua parameter yang mengkarakterisasi orde kedua
sebuah transduser adalah frekuensinatural
n dan ratio
peredaman dari sistem. Dengan parameter itu persamaan diferensialdapat ditulis
sebagai berikut :
Dimana
n
dinyatakan dalam rad/detik, dan merupakan besaran tanpa dimensi. Sistemdengan
orde yang lebih tinggi dapat diperoleh. Bila lebih dari satu sistem orde
rendahdiberikan, seperti misalnya bila output transduser orde kedua diberikan
ke filter orde kedua lagi, maka sistem seluruhnya menjadi sistem orde
keempat.Parameter yang disebutkan di atas untuk orde kesatu dan sistem orde
kedua, sangatberguna untuk menganalisa tanggapan output fungsi input-waktu
sederhana dan jugauntuk evaluasi kesalahan dinamis yang timbul.Dalam hal sistem
orde pertama/kesatu, harga konstanta waktu yang rendah berartiketanggapannya
cepat (fast response) maka
menghasilkan kesalahan dinamis yangrendah. Dalam hal system orde kedua,
frekuensi natural adalah index dari tangapan cepat. Rasio redaman (damping ratio) menunjukkan stabilitas
relatif dari sistem ordekedua. Sistem dengan redaman rendah menghasilkan
osiIasi pada outputnya bila diberiinput transien, sedangkan sistem dengan
redaman tinggi menunjukkan tanggapanlamban (sluggish),
maka memerlukan waktu panjang untuk menuju ke harga seimbang(steady state).
4.2. Kalibrasi
Kalibrasi
merupakan hal yang penting pada pengukuran industri dan pengaturan/kontrol.
Dapat didefinisikan sebagai pembandingan harga
spesifik input dan output instrumenterhadap standar referensi yang
bersangkutan. Kalibrasi ini memberikan garansi pada alat atau instrumen bahwa
ia akan bekerja dengan ketelitian yang dibutuhkan danjangkauan yang
dispesifikasikan dalam lingkungan yang tertentu pula. Dengan alat yangtelah
dikalibrasi pembuat atau pemroses dapat memproduksi barang dengan
kualitassesuai dengan spesifikasi.Kalibrasi harus dilakukan secara periodik
untuk mengujikebenaran unjuk kerja alat atau sistem, untuk itu diperlukan
standar sebagaipembanding kerja. Pembanding ini memerlukan opeator yang telah
ahli/ terlatih, danperlu adanya referensi standar yang baik, dan juga
lingkungan yang standar(standard)/baku
pula.Kalibrasi tidak menjamin unjuk kerja istrumen tetapi sebagai indikator
baik apakahunjuk kerja instrumen memenuhi keteIitian dan spesifikasi jangkauan
(range) padapemakaian alat itu.
Kalibrasi kembali selalu diperlukan karena instrumen telah diubahpenyetelannya,
karena berubah dengan waktu/tua, baru direparasi, pemakaianberlebihan.
Sertifikat kalibrasi yang telah didapatkan dapat digunakan sebagai
tandaverifikasi oleh pembuatnya dan memberikan kepercayaan kepada pemakai alat
sebagaijaminan. Standar yang diterima dapat dikatagorikan sebagai standar
primer, sekunderdan standar kerja.Standar primer sangat teliti dan harga satuan
absolutnya telah diberi sertifikat olehNational Standard Institution yang harus
berada dalam toleransi yang diizinkan. Standarini sangat mahal untuk membeli
dan memeliharanya. Absolut memberi arti tidakbergantung/bebas, tidak relatif
tetapi pasti.Standar referensi terkalibrasi yang diturunkan dari standar
absolut disebut standarsekunder. Standar ini dapat dimiliki oleh banyak
instansi yang dapat ditera denganstandar primer kembali. Jarak waktu kalibrasi
standar sekunder bergantungan padaketelitian dan tipe standar yang dipelihara.
Standar normal yang diperlukan di industridan laboratorium, mempunyai
ketelitian setingkat lebih rendah dari standar sekunder,disebut standar kerja (working standard). Pada fasilitas
kalibrasi industri yang dilengkapibaik harus memiliki standar primer/sekunder,
beserta alat kalibrasi untuk simpangan(displacement)
kecepatan, percepatan, gaya, tekanan, aliran, temperature, teganganlistrik,
arus listrik, waktu dan frekuensi yang banyak dibutuhkan industri.
Tabel 1.1. menunjukkan beberapa standar yang
dipelihara dengan ketelitian yang dapatdihasilkan. Standar sedikitnya mempunyai
ketelitian setingkat lebih tinggi daripadainstrumen yang akan dikalibrasi.Dalam
semua prosedur kalibrasi dianjurkan untuk melakukan pembacaan naik danmenurun.
Pada transduser mekanik atau elektro-mekanik, prosedur ini memperlihatkanadanya
kerugian karena gesekan, histerisis atau semacamnya, sedangkan dalam
alatlistrik murni menunjukkan nonlinier dan relaktansi maknit.
Tabel 1.1. Standar kalibrasi
Parameter
|
Standar
primer
|
Standar
sekunder dan kerja
|
Simpangan/kecepatan/percepatan
|
Panjang distandarkan memakai lampu
Krypton 88 (1x10-4) pengukuran gerakanmemakai alat standar;
gerakan dansimulasi meja putar
|
Mikrometer presisi dan alat ukur (1x10-5);
giroskop; meter percepatan standar (2x10-4)
|
Tekanan
|
Tester bobot mati udara (air dead weight tester)nanometer presisi (3x10-5sampai 1x10-8)
|
Tester bobot mati minyak, pipa bourdon kuarsa;
tranduser kesetimbangan gaya (force balance);
nanometer air dan air raksa (1x10-5sampai 3x10-4)
|
Gaya/kopel
|
Bobot mati standar (1x10-7sampai 1x10-8)
|
Sel-sel beban standar; mesin testing universal;
meter kopel presisi (1x10-4sampai 1x10-5)
|
Aliran
|
Pengukuran volume massa dan waktu (1x10-5)
|
Pipa pitot, rota meter turbin, meter aliran
(1x10-4sampai 1x10-3)
|
Temperatur
|
Potensiometer presisi; titik didih dan
titik leleh metal (2x10-3 K)
|
Termokopel standar, termometer resistansi;
potensiometer standar; pirometer radiasi (20x10-3);
standar berkas rubidium
|
Waktu/Frekuensi
|
Standar berkas Cesium (waktu 0,2) frekuensi
1x10-12mikro detik perhari
|
Osilator kristal kuarsa (waktu 20 mikro detik perhari)
|
Tegangan/ arus
|
Potensial efek l Joseph son berhubungan dengan
frekuensi (1x10-4)
|
Voltmeter estándar; potensiometer estándar
(1x10-5)
|
V. Pendalaman materi
1.
Sebutkan apa saja karakteristik dasar
alat ukur.
2.
Jelaskan apa yang anda ketahui tentang
karakteristik dasar alat ukur berikut:
a. Ketelitian alat ukur.
b. Ketepatan alat ukur.
c. Kesalahan alat ukur.
d. Linieritas alat ukur.
e. Histerisis alat ukur.
f. Resolusi dan kemudahan pembacaan skalaalat ukur.
g. Ambangalat ukur.
h. Kemampuan ulangalat ukur.
i. Bentanganalat ukur.
j. Ketelitian dinamisalat ukur.
4.
Jelaskan apa kalibrasi itu
5. Sebutkan standar sekunderkalibrasi dari parameter-parameter berikut:
a.
Percepatan
b. Tekanan
c. Gaya
d. Aliran
e. Temperatur
f. Waktu
g.
Tegangan
Tidak ada komentar:
Posting Komentar