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 topik konsep 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 :
- Menentukan hubungan antara keluaran dengan masukkan dari suatu sistim fisik, dimana masukkan sebagai besaran yang diukur dan keluaran sebagai hasil pengukuran.
- Menghasilkan bentuk keluaran sebagai hasil pengukuran berupa tanda atau sinyal yang kualitatif untuk ditampilkan pada: panel analog, digital display, osiloscop, grafik recorder, printer digital.
- 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) serta angka kesalahan.
4.2. Blok diagram sistem pengukuran secara umum
Blok diagram sistem pengukuran secara
umum ditunjukkan pada gambar 1.1 Bagian-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.
Gambar
1.1 Blok diagram sistem pengukuran
secara umum
4.3. Fungsi
masing-masing blok diagram sistem
pengukuran
- 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.
- Tranduser adalah suatu peralatan atau alat yang yang 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).
- 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.
- 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.
- 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 sebagai alat : 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 industri jika, 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:
4.1.2. Ketepatan
Karakteristik
lain pada instrumen adalah ketepatan divais/alat. Ketepatan merupakan kedekatan
pengukuran masing-masing yang didistribusikan terhadap harga rata-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 sebuah transduser 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) seperti kondisi
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.
- 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.
- Kesalahan acak dan tidak menentu. Kesalahan tidak menentu dan acak terlihat bila pengukuran-pengukuran berulang pada besaran sarna menghasilkan harga-harga yang berbeda. Besar dan arah dari kesalahan tidak diketahui dan tidak dapat ditentukan. Hal ini dapat disebabkan karena adanya gesekan atau histerisis pegas, noise/derau, atau gejala lain. Faktor yang menyebabkan ialah perubahan sinyal input yang acak (random), bersama noise dan drift yang ada dalam pengkondisi sinyal. Kesalahan tersebut timbul banyak dalam analisa data dinamis. Ketidak menentuan dinyatakan sebagai deviasi rata-rata, kemungkinan kesalahan, atau deviasi statistik. Harga kesalahan diperkirakan sebagai harga dari penyimpangan nilai yang diamati atau dihitung terhadap nilai yang sebenarnya.
- Kesalahan sistimatik atau instrumental. Kesalahan yang disebabkan karena karakteristik bahan yang digunakan untuk pembuatan alat pengukur atau sistem disebut kesalahan instrumental atau sistimatik. Kesalahan sistimatik relatif konstan, kesalahan disebabkan karena sensitivitas, drift, zero effect. Gejalanya biasanya tersembunyi tidak mudah terlihat. Harga kesalahan ini didapatkan secara statistik berdasarkan observasi berulang dalam kondisi yang berbeda-beda atau dengan alat yang berbeda (tipe sama). Biasanya kesalahan ini dapat dihilangkan menggunakan faktor koreksi, Kesalahan instrumental adalah pengukuran ketetapan pada pembacaan instrumen. Kesalahan ini dapat direduksi oleh pengamat pada waktu membaca. (dengan membacanya lebih cermat).
- 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 dari mesin listrik lain, medan maknit, sumber panas, gangguan cuaca, pembusuran kontak pada saklar dan relay, elektrostatis dan lainnya. Kesalahan ini dapat dikurangi memakai isolasi pada alat, diskriminasi frekwensi. Isolasi (shielding) terhadap listrik, elektromaknit dan listrik statis.
- 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.
- 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, dan operator kurang terlatih. Pada pemakaian jembatan pengukur strain gauge mungkin terlupakan untuk mengatur ke nol terlebih dahulu sebelum pengukuran dilakukan dan dibuat seimbang pada posisi skala penuh. Harus diyakini bahwa alat-alat sebagai standar untuk mengukur resistansi, tegangan, tekanan dan temperatur harus dikalibrasi dengan tepat 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 keterbatasan operator yang mungkin timbul. Kesalahan ini dapat diatasi dengan pembacaan instrumen yang dilakukan oleh lebih dari satu orang.
- Driftnol (zero drift). Drift nol adalah deviasi yang terlihat pada output instrumen terhadap waktu dari harga permulaan, bila kondisi instrumen semua konstan. Hal ini dapat disebabkan oleh variasi kondisi lingkungan atau karena umur.
- Kesalahan karena perubahan-perubahan sensitif. Kadang-kadang, kesalahan karena drift pada skala nol atau skala penuh adalah besar dan sifatnya sangat acak dan sulit dihilangkan. Kesalahan maksimum timbul sesaat setelah alat dihidupkan dan mengecil setelah waktu pemanasan. Kesalahan ini timbul karena perubahan sensitivitas alat akibat perubahan temperatur atau fluktuasi tegangan jala-jala. Kesalahan ini dapat dikurangi memakai kompensasi temperatur dan regulator tegangan atau dengan pemakaian penguat diferensial yang seimbang atau penguat dengan stabilisasi chopper (Chopper stabilized). Kesalahan ini juga dapat dikurangi dengan pengamatan yang berulang dan melakukan kalibrasi statis sesering mungkin pada input yang konstan. Sifat dari kesalahan acak mengikuti distribusi Gauss.
- Pembobotan kesalahan. Dalam sebuah percobaan, kesalahan tidak dapat langsung dihitung misalnya: kesalahan pengamatan pengukuran angka Mach sangat bergantung pada kesalahan ukur pada dua harga tekanan. Kesalahan tergantung pada harga-harga yang berhubungan dengan masing-masing pengukuran dan interaksi kesalahan pada perhitungan akhir. Setiap kesalahan tidak mempengaruhi hasil akhir.
- Kesalahan statistik. Kesalahan statistik dalam pengukuran dapat dinyatakan dalam harga rata-rata statistik (statistical mean) dan deviasi standar. Bila x1, x2, … xn menyatakan sekumpulan harga besaran yang diukur, harga rata-rata statistik x dari pembacaan-pembacaan diberikan sebagai :
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
4.1.4. Linieritas
Kebanyakan
transduser dirancang untuk mendapatkan output terhadap input yang diukur hubunganannya
linier. Linieritas didefinisikan sebagai kemampuan untuk mereproduksi
karakteristik input secara simetris, dan ini dapat dirumuskan sebagai y = mx +
c, dengan y output, x input m kemiringan dan c titik potong. Kedekatan kurva
kalibrasi dengan sebuah garis lurus adalah kelinieran transduser. Ketidak linieran
mungkin disebabkan oleh sifat : bahan yang tidak linier pada komponen, penguat
elektronika, histerisis mekanik, aliran kental atau merayap. Linieritas
dinyatakan sebagai prosentase penyimpangan dari harga linier, yaitu deviasi
rnaksimum kurva output dari best-fit garis lurus selama kalibrasi. Linieritas
absolut berhubungan dengan kesalahan maksimum pada tiap titik pada skala terhadap
pengukuran absolut atau garis lurus teoritis. Nilainya diberikan sebagai x % dari
skala penuh. Linieritas diklasifikasikan sebagai berikut : "Linieritas
kemiringan teoritis" adalah garis lurus yang menghubungkan titik-titik
ujung teoritis. Garis ini digambar tanpa harga-harga yang diukur. "Linieritas
terminal" (terminal linearity)
adalah linieritas kemiringan teoritis dalam hal spesial, yaitu dengan
titik-titik ujung teoritis tepat pada output a % dan 100 % dari skala penuh. "Linieritas
titik ujung" (end point linearity)
adalah sebagai garis lurus yang menghubungkan titik-titik ujung eksperimental. Titik-titik
ujung itu dapat ditentukan seperti yang didapat selama kalibrasi atau seperti pembacaan
rata-rata selama dua atau lebih kalibrasi yang berturut-turut, "Linieritas
tidak bergantung" (independent
linearity) adalah garis lurus yang terbaik, sebuah garis yang berada
ditengah antara dua garis lurus paralel dengan kemungkinan jarak terdekat yang menghubungkan
semua arah output yang didapatkan selama kalibrasi. Ini dapat digambar hanya
bila kurva tergambar dengan semua output pembacaan termasuk titik-titik
ujungnya. "Linieritas kuadrat terkecil" (Least square linearity) ialah garis lurus yang mempunyai jumlah
kuadrat-kuadrat dari residu minimum. Residu adalah deviasi pembacaan-pernbacaan
output terhadap titik-titik yang bersangkutan pada garis lurus best-fit
(kecocokan terbaik). "Scatter" adalah sejenisnya, didefinisikan
sebagai deviasi dari nilai rata-rata dari pengukuran 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 dan kemudian
dengan arah turun, output dari kedua pembacaan umumnya berbeda, hal ini disebabkan
karena adanya gesekan di dalam atau di luar pada saat elemen sensor menerima
input parameter yang diukur. Perbedaan maksimum pada output pembacaan selama
kalibrasi adalah histerisis dari alat itu. Gambar 1.3. menunjukkan lengkung
histerisis tersebut. Histerisis terjadi pada maknit dan pula pada alat mekanik
umumnya, hal ini tergantung pada histeri (kejadian) yang lalu pada pembalikan
input, waktu yang dihabiskan pada langkah sebelumnya blaeklash (longgar) pada roda-roda gigi, gesekan coloumb,
kemacetan, tumpuan yang seret, 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
Kesalahan direduksi dengan perencanaan alat yang
lebih sesuai, pemilihan komponen mekanik, sifat fleksibel besar, dan memakai
bahan yang menggunakan pengerjaan panas (heat
treatment) yang tepat. Harga histerisis biasanya dinyatakan sebagai
prosentase output skala penuh yang diukur pada daerah 50% dari skala penuh,
gambar1.3. menunjukkan Histerisis yang
didapat bila jangkauan (range) lebih kecil dari skala penuh biasanya lebih
kecil daripada skala histerisis total (dalam skala penuh).
4.1.6. Resolusi dan kemudahan pembacaan
skala
Resolusi adalah kemampuan sistem pengukur
termasuk pengamatannya, untuk membedakan harga-harga yang hampir sama. Dapat
didefinisikan sebagai perbedaan antara dua besaran input yang menghasilkan
perubahan terkecil informasi output, perubahan input dilakukan secara searah.
BiIa input diubah perlahan-lahan dari sembarang harga yang bukan nol, maka pada
output terlihat tidak berubah sampai harga perubahan input tertentu dilampaui.
Perubahan ini disebut resolusi. Resolusi dapat didefinisikan sebagai perubahan
input yang dapat memberikan perubahan output terkecil yang dapat diukur. Selanjutnya
pembacaan skala adalah sifat yang tergantung pada instrumen dan pengamatannya.
Ini menyatakan angka yang signifikan (mudah diamati) dan dapat direkam/dicatat
sebagai data. Pada meter analog, ini tergantung pada ketebalan tanda skala dan
jarum penunjuknya. Pada meter digital, digit terakhir (least significant bit)
dapat dipakai sebagai ukuran 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 minimum ini didefinisikan sebagai ambang
instrumen. Gejala pada saat besaran ambang dapat diamati yaitu bila output
mulai menunjukkan perubahan. Sering diperlukan harga yang kuantitatif yaitu untuk
menentukan ambang data yang reproduktif. Jadi definisi yang lebih sesuai,
ambang adalah besaran numerik pada output yang berhubungan dengan perubahan
input. "Dead band", "dead space" dan "dead zone" merupakan pernyataan
lain dari ambang/treshold instrumen.
Ambang dapat memberikan pengaruh pada kisterisis total.
4.1.8. Kemampuan ulang (repeatability)
Kemampuan ulang didefinsikan sebagai ukuran
deviasi dari hasil-hasil test terhadap harga 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 yang
kanan operasi linier pada skala total. Istilah yang berhubungan dengan mutu (fidelity) dinamis dari peralatan disebut
“jangkauan dinamis” Ini merupakan perbandingan input dinamis 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 antara input
dengan output menjadi berbeda dengan keadaan statik atau muasistatik (Quasistatic). Tanggapan (response) dinarnis sistem dapat
dinyatakan dengan persamaan diferensial. 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 dengan satu
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 frekuensi natural
n dan ratio
peredaman dari sistem. Dengan parameter itu persamaan diferensial dapat ditulis
sebagai berikut :
Dimana
n
dinyatakan dalam rad/detik, dan merupakan besaran tanpa dimensi. Sistem dengan
orde yang lebih tinggi dapat diperoleh. Bila lebih dari satu sistem orde rendah
diberikan, 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, sangat berguna
untuk menganalisa tanggapan output fungsi input-waktu sederhana dan juga untuk
evaluasi kesalahan dinamis yang timbul. Dalam hal sistem orde pertama/kesatu,
harga konstanta waktu yang rendah berarti ketanggapannya cepat (fast response) maka menghasilkan
kesalahan dinamis yang rendah. Dalam hal system orde kedua, frekuensi natural
adalah index dari tangapan cepat. Rasio redaman (damping ratio) menunjukkan stabilitas relatif dari sistem orde kedua.
Sistem dengan redaman rendah menghasilkan osiIasi pada outputnya bila diberi input
transien, sedangkan sistem dengan redaman tinggi menunjukkan tanggapan lamban (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 instrumen terhadap standar referensi yang
bersangkutan. Kalibrasi ini memberikan garansi pada alat atau instrumen bahwa
ia akan bekerja dengan ketelitian yang dibutuhkan dan jangkauan yang
dispesifikasikan dalam lingkungan yang tertentu pula. Dengan alat yang telah
dikalibrasi pembuat atau pemroses dapat memproduksi barang dengan kualitas sesuai
dengan spesifikasi. Kalibrasi harus dilakukan secara periodik untuk menguji kebenaran
unjuk kerja alat atau sistem, untuk itu diperlukan standar sebagai pembanding
kerja. Pembanding ini memerlukan opeator yang telah ahli/ terlatih, dan perlu
adanya referensi standar yang baik, dan juga lingkungan yang standar (standard)/baku pula. Kalibrasi tidak
menjamin unjuk kerja istrumen tetapi sebagai indikator baik apakah unjuk kerja
instrumen memenuhi keteIitian dan spesifikasi jangkauan (range) pada pemakaian alat itu. Kalibrasi kembali selalu diperlukan
karena instrumen telah diubah penyetelannya, karena berubah dengan waktu/tua,
baru direparasi, pemakaian berlebihan. Sertifikat kalibrasi yang telah
didapatkan dapat digunakan sebagai tanda verifikasi oleh pembuatnya dan
memberikan kepercayaan kepada pemakai alat sebagai jaminan. Standar yang
diterima dapat dikatagorikan sebagai standar primer, sekunder dan standar
kerja. Standar primer sangat teliti dan harga satuan absolutnya telah diberi
sertifikat oleh National Standard Institution yang harus berada dalam toleransi
yang diizinkan. Standar ini sangat mahal untuk membeli dan memeliharanya.
Absolut memberi arti tidak bergantung/bebas, tidak relatif tetapi pasti. Standar
referensi terkalibrasi yang diturunkan dari standar absolut disebut standar sekunder.
Standar ini dapat dimiliki oleh banyak instansi yang dapat ditera dengan standar
primer kembali. Jarak waktu kalibrasi standar sekunder bergantungan pada ketelitian
dan tipe standar yang dipelihara. Standar normal yang diperlukan di industri dan
laboratorium, mempunyai ketelitian setingkat lebih rendah dari standar
sekunder,disebut standar kerja (working
standard). Pada fasilitas kalibrasi industri yang dilengkapi baik harus
memiliki standar primer/sekunder, beserta alat kalibrasi untuk simpangan (displacement) kecepatan, percepatan,
gaya, tekanan, aliran, temperature, tegangan listrik, arus listrik, waktu dan
frekuensi yang banyak dibutuhkan industri.
Tabel 1.1. menunjukkan beberapa standar yang
dipelihara dengan ketelitian yang dapat dihasilkan. Standar sedikitnya
mempunyai ketelitian setingkat lebih tinggi daripada instrumen yang akan
dikalibrasi. Dalam semua prosedur kalibrasi dianjurkan untuk melakukan
pembacaan naik dan menurun. Pada
transduser mekanik atau elektro-mekanik, prosedur ini memperlihatkan adanya
kerugian karena gesekan, histerisis atau semacamnya, sedangkan dalam alat listrik
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 gerakan memakai alat standar;
gerakan dan simulasi meja putar
|
Mikrometer presisi dan alat ukur (1x105);
giroskop; meter percepatan standar (2x10-4)
|
Tekanan
|
Tester bobot mati udara (air dead weight tester) nanometer presisi (3x10-5 sampai 1x10-8)
|
Tester bobot mati minyak, pipa bourdon kuarsa;
tranduser kesetimbangan gaya (force balance);
nanometer air dan air raksa (1x10-5 sampai 3x10-4)
|
Gaya/kopel
|
Bobot mati standar (1x107 sampai 1x10-8)
|
Sel-sel beban standar; mesin testing universal;
meter kopel presisi (1x10-4 sampai 1x105)
|
Aliran
|
Pengukuran volume massa dan waktu (1x10-5)
|
Pipa pitot, rota meter turbin, meter aliran
(1x10-4sampai 1x103)
|
Temperatur
|
Potensiometer presisi; titik didih dan
titik leleh metal (2x10-3K)
|
Termokopel standar, termometer resistansi;
potensiometer standar; pirometer radiasi (20x10-3);
standar berkas rubidium
|
Waktu/Frekuensi
|
Standar berkas Cesium (waktu 0,2) frekuensi
1x10-12
mikro
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 skala alat ukur.
g. Ambang alat ukur.
h. Kemampuan ulang alat ukur.
i. Bentangan alat ukur.
j. Ketelitian dinamis
alat ukur.
3. Jelaskan apa kalibrasi itu
4. Sebutkan standar sekunder
kalibrasi dari parameter-parameter
berikut:
a.
Percepatan
b. Tekanan
c. Gaya
d. Aliran
e. Temperatur
f. Waktu
g. Tegangan
0 comments:
Post a Comment