Materi 1 Konsep Dasar Pengukuran

8/18/2019 Materi 1 Konsep Dasar Pengukuran

1/31

MATERI 1KONSEP DASAR PENGUKURAN

1ZULKARNAIN, ST


2/31


3/31

&engukuran memberikan arti pada kita untukmen'elaskan ge'ala alam dalam besaran kuantitati)!*engukur berarti mendapatkan sesuatu yangdinyatakan dengan bilangan! In)rmasi yang bersi)atkuantitati) dari sebuah peker'aan penelitian merupakanalat pengukur dan pengatur suatu si)at dengan tepat!Keandalan sebuah pengaturan sangat bergantung padakeandalan pengukuran!

"erbagai ma#am instrumen telah mulai dikembangkanse'ak tahun 1-. karena masuknya elektrnika dan%sika terdapat instrumen listrik yang dapat diandalkanuntuk pengukuran yang kntinu dan dapat merekambanyak parameter!

"erbagai /ariabel yang perlu dalam pengukuran telahdiperluas, teknik dan metda lama didasarkan padage'ala %sika dan kimia yang baru diketemukan 'uga

dikembangkan! 0alam empat dekade ini teknikZULKARNAIN, ST -


4/31

1.2. Penggambaran ss!em

Sistem pengukuran umum terdiri dari bagian$bagiansebagai berikut ditun'ukkan pada gambar 1!

a2 Transduser yang mengubah besaran yang diukur3kuantitas yang diukur, si)at atau keadaan2 men'adiutput listrik yang berguna!

b2 &engkndisi sinyal yang mengubah utputtransduser men'adi besaran listrik yang ##k untukmengatur perekaman atau pemrgraman!

#2 &emraga atau alat yang dapat dibaea, memeragaanin)rmasi tentang besaran yang diukur

menggunakan satuan yang dikenal dalam bidangteknik!

d2 Catu daya listrik mernberikan tenaga kepadatransduser dan bagian pengkndisi sinyal dan pulauntuk alat pemraga!

4ZULKARNAIN, ST


5/31

5ambar 1! Sistem &engukuran Umum

6ZULKARNAIN, ST


6/31

Transduser dide%nis'kan sebagai sebuah alat yang bilaterkena suatu bentuk energi dapat mengubahnya

men'adi bentuk energi yang lain! Si)at transduksi dapatdari mekanik listrik, atau ptika men'adi bentuk yanglain! &engkndisi sinyal mempunyai /ariasi kekmpleksan mulai dari rangkaian resistr sederhanaatau rangkaian ma#hing impedansi hingga yang terdiridari mulai tingkat penguat, detektr, demdulatr dan%lter! IstiIah lain dari pengkndisi sinyal adalahpemdi%kasi sinyal atau pemrses sinyal! Sinyal utputdapat berbentuk analg atau besaran digital!

&emraga 3read ut7display2 dapat memberikan pula

)rmat analg atau digital yang dapat diba#a ataudiintrepretasikan! Sebuah alat pemraga yang sederhanadalam instrumen Iistrik ialah meterpanil 3panelmeter2yang mempunyai skala dan 'arum penun'uk! &emragayang baru seiring dengan perkembangan kmputer

tidakmenggunakan sinyal analg tetapi diubah men'adisinyal digital memakai sebuah kn/erter analg ke8ZULKARNAIN, ST


7/31

0apat dihasilkan pen#etakan 3print ut2 numerik3dengan angka2 menggunakan alat pengetik biladiperlukan pen#atatan permanen! Sinyal analg 'uga

dapat direkam dengan menggunakan rekrder dengankertas bergulung dan sinyal diprses memakai sistemptensimeter dengan penyeimbangan sendiri 3sel)$balan#ing ptentimeter2 atau pada silgrap tipegal/anmeter memakai sinar ultra/ilet pada kertas%lm!

Cara ini dapat digunakan pula bila sinyal sangat lambatperubahannya, 'arum gal/anmeter kuat dengan penapenulis memakai tinta atau %lamen panas pada kertas

termal! Sinyal digital dapat direkam dengan berbagai#ara misalnya pada teleprinter memakai pita kertasberlubang, printer$garis, printer$msaik 3dt$matri92,kertas prses, pita maknit dan :ppy$disk!Keuntungannya dengan #ara$#ara ini ialah Iebih akuratdan mengurangi kesalahan leh manusia!

ZULKARNAIN, ST ;


8/31

1.". Karak!ers!k DasarAla! Ukur


9/31

1.".1. Ke!el!an #a$$ura$%&

Ketelitian pengukuran atau pemba#aan merupakan halyang si)atnya relatip pada pengukuran, ketelitiandipengaruhi kesalahan statis, kesaIahan dinamis,dri)t7si)at berubah, reprduksibilitas dan nn Ketelitiandide%nsikan sebagai kedekatan 3#lseness2 pemba#aan

terhadap harga standar yang diterima atau harga benar!Ketelitian yang abslut tidak punya arti dalampengukuran besaran %sika! 0ari hasil per#baan,ketelitian dipengaruhi leh batas$batas kesalahanintrinsik, batas /ariasi pada indikasi, ketidak stabilan

listrik nl 3ele#tri#al ?er2 dan lingkungan! @argakesalahan ini sama dengan dera'at kesalahan pada hasilakhir! Ketelitian ditentukan dengan mengkalibrasi padakndisi ker'a tertentu dan dinyatakan diantara plus danminus suatu prsentasi harga pada harga skala yang

ditentukan! Semua instrumen ditentukan dalamklasi%kasi yang disebut kelas atau tingkat 3grade2 yangZULKARNAIN, ST


10/31

Ketelitian dari sistem yang lengkap tergantung padaketelitian indi/idual dari elemen peraba 3sensingelement2 primer dan elemen sekunder, dan menentukanketelitian! "ila A adalah ketelitian seluruh sistem, makaA B 3a1B a( B a- B !!!!!2 dimana B a1, B a(, B a-, ,

B an adalah ketelitian dari tiap elemen pada sisteminstrumen itu! A tersebut merupakan ketelitianterendah! 0alam praktek dipakai harga rms 3rt meansDuare2 dari ketelitian masing$masing dapat dituliskan=

A E a1( B a(( B a-( B B an(

@al ini dapat dipakai rnengingat tidak mungkin semuabagian dari sistem berada dalam kesalahan statisterbesar pada tempat sarna dan aktu yang sarna!

ZULKARNAIN, ST 1.


11/31

1.".2. Ke!epa!an

Karakteristik lain pada instrumen adalah ketepatandi/ais7alat!

Ketepatan adalah merupakan kedekatan pengukuranmasing$masing yang didistribusikan terhadap hargarata$ratanya!

*aksudnya merupakan ukuran kesamaan terhadapangka yang diukur

sendiri dengan alat yang sama, 'adi tidak dibandingkandengan harga standar7baku!

Ketepatan ini, berlainan dengan ketelitian, danketepatan yang tinggi tidak men'amin ketelitian yangtinggi 3ketelitian dibandingkan dengan harga baku2!

ZULKARNAIN, ST 11


12/31

1.".". Kesalahan

Terdapat hubungan antara yang diukur 3measurand2dengan utput teritis atau ideal dari sebuahtransduser! &ada transduser ideal utputnyamemberikan harga yang benar, pada kenyataannyatidak demikian, dalam batas 'angkauan tertentu dari

sebuah transduser terdapat hubungan antara utputtransduser dengan kur/a teritis! @ubungan ini dapatdinyatakan dengan persamaan matematika, gra%k atauharga tabel! @arga utput ideal tidak memperhatikankeadaan lingkungan 3ambient en/irn$mental2 seperti

kndisi instrumen sebenarnya!&ada kenyataannya utput transduser memiliki si)at nnideal, maka terdapat de/iasi yang diukur dengan hargayang benar, perbedaan dari harga yang diba#a denganharga yang benar disebut kesalahan 3errr2! "iasanya

kesalahan dinyatakan dalam persen terhadap utputskala penuh 3)ull s#ale utput7


13/31

Kesalahan tersebut di atas terdiri dari kumpulankesalahan indi/idual! &ada pengukuran sesungguhnyakesalahan transduser telah diketahui se#ara pasti!0engan mengetahui kesalahan indi/idual yang akan

di'elaskan lebih lan'ut dapat digunakan untuk kreksi daridata akhir maka akan menaikkan ketelitian pengukuran!

3a2 Kesalahan-kesalahan intrinsik, absolut dan relatif.

Kesalahan yang terdapat ketika instrumen dalam

kndisi re)erensi disebut kesalahan intrinsik, Kesalahanabslut adalah perbedaan yang didapat daripengurangan harga yang diukur dengan harga yangbenar! Sedangkan kesalahan relati) yaitu perbandingankesalahan abslut dengan harga yang benar! 0alam haltertentu diperlukan kesalahan kelinieran relati) K yang

dinyatakan dengan hubungan =Ka $ Kb

K $$$$$$$$$$$$$$$ Ka

dimana Ka kemiringan rata$rata yang diukur pada

pertengahan >.F dari skala penuh,ZULKARNAIN, ST 1-


14/31

3b2 Kesalahan acak dan tidak menentuKesalahan tidak menentu dan a#ak terlihat bilapengukuran$pengukuran berulang pada besarankarena menghasilkan harga$harga yang berbeda!"esar dan arah dari kesalahan tidak diketahui dan

tidak dapat ditentukan! @al ini dapat disebabkankarena adanya gesekan atau histerisis pegas,nise7derau, atau ge'ala lain!


15/31

3#2 Kesalahan Sistimatik atau InstrumentalKesalahan yang disebabkan karena karakteristikbahan yang digunakan untuk pembuatan alatpengukur atau sistem disebut kesalahan instrumentalatau sistimatik!

Kesalahan sistimatik relati) knstan, kesalahandisebabkan karena sensiti/itas, dri)t, ?ereGe#t!5e'alanya biasanya tersembunyi tidak mudah terlihat!@arga kesalahan ini didapatkan se#ara statistikberdasarkan bser/asi berulang dalam kndisi yang

berbeda$beda atau dengan alat yang berbeda 3tipesama2!

"iasanya kesalahan ini dapat dihilangkanmenggunakan )aktr kreksi, Kesalahan instrumentaladalah pengukuran ketetapan pada pemba#aan

instrumen! Kesalahan ini dapat direduksi lehen amat ada aktu memba#a! memba#an a lebih

ZULKARNAIN, ST 16


16/31

3d2 Kesalahan interferensi5angguan yang tidak diinginkan termdulasi padasinyal input yang rendah misalnya karena nise3derau2, hum 3dengung2, induksi, riak 3ripple2, ataudari transien karena saklar dihidupkan, ini semua

mengakibatkan kesalahan inter)erensi! Nise timbuldari mesin listrik lain, medan maknit, sumber panas,gangguan #ua#a, membusuran kntak pada saklardan relay, elektrstatis dan lainnya! Kesalahan inidapat dikurangi memakai islasi pada alat,

diskriminasi )rekensi! Islasi 3shielding2 terhadaplistrik, elektrmaknit dan Iistrik statis!

3e2 Kesalahan instalasi (kesalahan pakai)

Kesalahan timbuI karena pemakaian tidak sesuai dansalah instalasi! Kesalahan ini nyata besarnya bila alat

beker'a di luar 'angkauannya seperti = panas yangberlebihan eteran dan tidak mat#h! Semua alat

ZULKARNAIN, ST 18


17/31

3)2 Kesalahan operasi (kesalahan manusia)Kesalahan ini ter'adi bila teknik penggunaan alat sangatburuk, alaupun alat sebetulnya akurat dan terpilihbaik! *isalnya kesalahan timbul karena penyetelan yangtidak sesuai, standar rusak, skala yang kanan tidak

sesuai, pemba#aan paralaks, dan peratr kurangterlatih! &ada pemakaian 'embatan pengukur straingauge mungkin terlupakan untuk mengatur ke nlterlebih dahulu sebelum pengukuran dilakukan dandibuat seimbang pada psisi skala penuh! @arus diyakini

baha alat$alat sebagai standar untuk mengukurresistansi, tegangan, tekanan dan temperatur harusdikalibrasi dengan tepat sebelumnya!

&emba#aan berulang leh pengamat yang terlatih danpenge#ekan yang bebas 3independent2 perlu dilakukan

bilamana mungkin! Kesalahan lain sebagai kesalahanrang yang disebabkan karena #erbh, karena kurangZULKARNAIN, ST 1;


18/31

3g2 Driftnol (zero drift)

0ri)t nl adalah de/iasi yang terlihat pada utputinstrumen terhadap aktu dari harga permulaan, bilakndisi instrumen semua knstan! lni dapat disebabkanleh /ariasi kndisi lingkungan atau karena umur!

3h2 Kesalahan karena perubahan-perubahan sensitif

Kadang$kadang, kesalahan karena dri)t pada skala nlatau skala penuh adalah besar dan si)atnya sangata#ak! Kreksi sangat sukar dihilangkan! Kesalahanmaksimum timbul sesaat setelah alat dihidupkan danmenge#il setelah aktu pemanasan! Kesalahan initimbul karena perubahan sensiti/itas alat akibatperubahan temperatur atau :uktuasi tegangan 'ala$'ala!Kesalahan ini dapat dikurangi memakai kmpensasitemperatur dan regulatr tegangan atau denganpemakaian penguat di)erensial yang seimbang atau

penguat dengan stabilisasi #hpper 3ChpperZULKARNAIN, ST 1>


19/31


20/31

3'2 Pembobotan kesalahan0alam sebuah per#baan, kesalahan tidak dapatlangsung dihitung misalnya = kesalahan pengamatanpengukuran angka *a#h sangat bergantung padakesalahan ukur pada dua harga tekanan! Kesalahan

tergantung pada harga$harga yang berhubungandengan masing$masing pengukuran dan pula denganinteraksi kesalahan pada perhitungan akhir! Tiapkesalahan tidak mempengaruhi hasil akhir!

ZULKARNAIN, ST (.


21/31

1.".' (ner!as

Kebanyakan transduser diran#ang untuk mendapatkanutput terhadap input yang diukur dengan hubunganIinier, pertama karena ini #enderung dapat lebih teliti!Linieritas dide%nisikan sebagai kemampuan untukmereprduksi karakteristik input se#ara simetris, dan ini

dapat dirumuskan sebagai y m9 B #, dengan y utput,9 input, m kemiringan dan # titik ptng! Kedekatankur/a kalibrasi dengan sebuah garis lurus

adalah kelinieran transduser!

Ketidaklinieran mungkin disebabkan leh si)at = bahan

yang tidak linier pada kmpnen, penguat elektrnika,histerisis mekanik, aliran kental atau merayap, bagianyang leat elastis pada bahan mekanik! Linieritasdinyatakan sebagai prsentase penyimpangan dariharga linier, yaitu de/iasi maksimum kur/a utput dari

best$%t garis lurus selama kalibrasi!ZULKARNAIN, ST (1


22/31

Linieritas abslut berhubungan dengan kesalahanmaksimum pada tiap titik pada skala terhadap pengukuranabslut atau garis lurus teritis! Nilainya diberikan sebagai9 F dari skala penuh! Linieritas diklasi%kasikan sebagai

berikut = Linieritas kemiringan teritis adalah garis lurusyang menghubungkan titik$titik u'ung teritis! 5aris inidigambar tanpa harga$harga yang diukur!

Linieritas terminal 3terminal linearity2 adalah linieritaskemiringan teritis dalam hal spesial, yaitu dengan titik$

titik u'ung teritis tepat pada utput a F dan 1.. F dariskala penuh! Linieritas titik u'ung 3end pint linearity2adalah sebagai garis Iurus yang menghubungkan titik$titiku'ung eksperimental!

Titik$titik u'ung itu dapat ditentukan seperti yang didapat

selama kalibrasi atau seperti pemba#aan rata$rata selamadua atau Iebih kaIibrasi yang berturut$turut, Linieritastidak bergantung 3independent linearity2 adalah garisIurus yang terbaik, sebuah garis yang berada ditengahantara dua garis lurus paralel dengan kemungkinan 'arak

terdekat yang menghubungkan semua arah utput yangdidapatkan selama kalibrasi! ZULKARNAIN, ST ((


23/31

Ini dapat digambar hanya bila kur/a tergambar dengansemua utput pemba#aan termasuk titik$titik u'ungnya!Linieritas kuadrat terke#il 3Least sDuare linearity2 ialahgaris Iurus yang mempunyai 'umlah kuadrat$kuadrat dari

residu minimum! Residu adalah de/iasi pemba#aan$pernba#aan utput terhadap titik$titik yang bersangkutanpada garis Iurus best$%t 3ke##kan terbaik2!

S#atter adalah se'enisnya, dide%nisikan sebagai de/iasidari nilai rata$rata dari pengukuran berulang terhadap

garis best$%t! 5ra%k berikut ini menggambarkan linieritas,gambar ( a, b dan #!

ZULKARNAIN, ST (-


24/31

1.".). *s!erss

"ila alat digunakan untuk mengukur parameter,pengukuran dengan arah naik dankemudian denganarah turun, utput dari kedua pemba#aan umumnyaberbeda, hal ini disebabkan karena adanya gesekan didalam atau di Iuar pada saat elemen sensr menerima

input parameter yang diukur!&erbedaan maksimum pada utput pemba#aan selamakalibrasi adalah histerisis dari alat itu! 5ambar 1!-!menun'ukkan lengkung histerisis tersebut! @isterisister'adi pada maknit dan pula pada alat mekanik

umumnya, hal ini tergantung pada histeri 3ke'adian2yang lalu pada pembalikan input, aktu yang dihabiskanpada langkah sebelumnya blaeklash 3lnggar2 padarda$rda gigi, gesekan #lumb, kema#etan, tumpuanyang seret, dan bahan yang elastis!

ZULKARNAIN, ST (4


25/31

Kesalahan ter'adi pada detektr pertama, indikatranalg dan alat perekam! Kesalahan direduksi denganperen#anaan alat yang lebih sesuai, pemilihankmpnen mekanik, si)at :eksibel besar, dan memakai

bahan yang menggunakan penger'aan panas 3heattreatment2 yang tepat! @arga histerisis biasanyadinyatakan sebagai prsentase utput skala penuh yangdiukur pada daerah 6. Fdan skala penuh itu, Lihatlahpada gambar 1!-! @isterisis yang didapat bila 'angkauan

3range2 lebih ke#il dari skala penuh biasanya lebih ke#ildaripada skala histerisis ttal 3dalam skala penuh2!

5ambar 1!-! @isterisis

ZULKARNAIN, ST (6

1 " + R l -


26/31

1.".+. Res,lus -ankemu-ahan pemba$aan

skalaReslusi adalah kemampuan sistem pengukur termasukpengamatannya, untuk membedakan harga$harga yang hampirsama! 0apat dide%nisikan sebagai perbedaan antara dua besaraninput yang menghasilkan perubahan terke#il in)rmasi utput,perubahan input dilakukan se#ara searah! "iIa input diubahperlahan$lahan dari sembarang harga yang bukan nl, maka pada

utput terlihat tidak berubah sampai hargaperubahan inputtertentu dilampaui! &erubahan ini disebut reslusi!

*aka reslusi dapat dide%nisikan sebagai perubahan input yangdapat memberikan perubahan utput terke#il yang dapat diukur!Kedua hal tersebut dapat dinyatakan dalam satuan abslut atau

'uga dengan prsentase terhadap skala penuh 3

skala dan 'arum penun'uknya! &ada meter digital, digit terakhir3least signi%#ant2 dapat dipakai sebagai ukuran kemudahanZULKARNAIN, ST (8


27/31

1.".. Ambang #!hresh,l-&

"ila input instrumen dinaikkan se#ara bertahap dari nl,terdapat harga minimum dibaah harga ini! &ada utputtidak ada perubahan yang dapat terba#a! @argaminimum ini dide%nisikan sebagai ambang instrumen!5e'ala pada saat besaran ambang dapat diamati yaitu

bila utput mulai menun'ukkan perubahan! Seringdiperlukan harga yang kuantitati) yaitu untukmenentukan ambang data yang reprdukti)!

*aka de%nisi yang lebih sesuai, ambang adalah besarannumerik pada utput yang berhubungan dengan

perubahan input! 0ead band, dead spa#e dan dead?neM merupakan pernyataan lain dari ambang7treshldinstrumen! Ambang dapat memberikan pengaruh padakisterisis ttal!

ZULKARNAIN, ST (;


28/31

1."./. Kemampuan ulang#repea!abl!%&Kemampuan ulang dide%nsikan sebagai ukuran de/iasidari hasil$hasil test terhadap harga rata$ratanya 3mean/alue2!

ZULKARNAIN, ST (>


29/31

1.".0. en!angan #Span&

angkauan 3range2 /ariabeI pengukuran pada instrumenyang diren#anakan dapat mengukur se#ara linier,disebut bentangan 3span2! Kadang$kadang inimenyatakan yang kanan perasi linier pada skala ttal!Istilah yang berhubungan dengan mutu 3%delity2 dinamis

dari peralatan disebut M'angkauan dinamisO Inimerupakan perbandingan input dinamis terbesarterhadap yang terke#il di mana instrumen mengukurdengan yakin! @arga biasanya dinyatakan dalamdesibeI!

ZULKARNAIN, ST (


30/31

1.".1. Ke!el!an -nams

"ila sistem pengukuran mendapat input yang berubahdengan #epat, hubungan antara input dengan utputmen'adi berbeda dengan keadaan statik ataumuasistatik 3Puasistati#2! Tanggapan 3respnse2 dinamissistem dapat dinyatakan dengan persamaan di)erensial!

"ila ini berbentuk persamaan di)erensial linier, makasistem disebut linier dinamis! Karakteristik dinamik dasartergantung pada rde dari persamaan di)erensial sistemitu! Instrumen rde pertama 3misalnya sensrtemperatur2 dapat dikarakteristikan dengan satu

parameter yang dikenaI sebagai knstanta aktu τ 3thau2 3dalam detik2 sistem itu!

&ersamaan di)erensialnya sebagai berikut =

τyB y 9 3t2

dimana 9 3t2 merupakan )ungsi aktu dan y adalahutput sistem! ZULKARNAIN, ST -.


31/31

Cnth &engukuran

1! Satu rentetan pengukurantegangan yang tidak salingbergantungan

ZULKARNAIN ST -1

Materi 1 Konsep Dasar Pengukuran

Documents

Transcript of Materi 1 Konsep Dasar Pengukuran