Materi Sesi II TF

8/16/2019 Materi Sesi II TF

1/42

Asep Hapiddin

Sub Bidang Metrologi waktu dan Frekuensi

Workshop

Metrologi Waktu dan Frekuensi

Presentasi dan Pertemuan Ilmiah Kalibrasi Instrumentasi Metrologi ke-41

Pusat Penelitian Metrologi - LIPI

2015

Rabu, 20 Mei 2015


2/42


Outline

Selayang Pandang Metrologi Waktu dan Frekuensi

• Tupoksi

• Layanan Kalibrasi Waktu dan Frekuensi

• Ketertelusuran Waktu dan Frekuensi

Sinkronisasi Waktu

Alat ukur Waktu

Sistem Kalibrasi Stopwatch dan Timer

• Metoda Perbandingan Langsung

• Metoda Totalized

Ketidakpastian Pengukuran


3/42


Struktur Organisasi Puslit Metrologi

Kepala Puslit Metrlogi

Bidang Tata Usaha

Bidang Metrologi

Elektro Optik

Sub Bidang Metrologi

Suhu


Kelistrikan


Waktu & Frekuensi

Laboratorium

Panjang Gelombang

Laboratorium

Waktu dan Frekuensi

Laboratorium Radio

Frekuensi

Bidang Metrologi

Mekanik


Massa


Panjang


Akustik

Kelompok Peneliti

Kelompok Peneliti

Kelompok Peneliti

Kelompok Peneliti


Radiometri Fotometri

Re-Organisasi LIPI

Puslit KIM-LIPI Puslit Metrologi-LIPI


4/42


Sub Bidang Metrologi Waktu dan Frekuensi

Tugas Pokok

Memelihara dan mendiseminasikan standar pengukuran waktu dan frekuensi

untuk membangun ketertelusuran pengukuran waktu dan frekuensi di Indonesia.

Kegiatan

• Pemeliharaan standar nasional waktu dan frekuensi Puslit Metrologi LIPI.

• Diseminasi nilai standar nasional waktu dan frekuensi melalui sinkronisasi dan

layanan kalibrasi.

• Penelitian di bidang waktu dan frekuensi, optical frequency – optical wavelength

dan radio frequency.

• Uji Banding Laboratorium Internasional (Inter-Laboratory Comparison) yang

diselenggarakan BIPM secara berkelanjutan.

• Kerja sama dengan institusi dalam dan luar negeri melalui pelatihan, workshop

dan kegiatan penelitian dalam upaya peningkatan kompetensi SDM dan

kemampuan Sub Bidang Waktu dan Frekuensi.


5/42


Diseminasi Nilai Standar Waktu dan Frekuensi

Sinkronisasi Waktu

ntp.kim.lipi.go.id

time.kim.lipi.go.id

Layanan Kalibrasi Waktu dan Frekuensi

• Local Frequency Standard Calibration

• General Frequency Source Calibration

• Frequency Counter Calibration

• Period and Time Marker Source Calibration

• Rise Time and Fall Time Source Calibration

• Pulse Width Source Calibration

• Tachometer and Stroboscope Calibration

• Stopwatch and Timer Calibration

• Optical Wavelength of Laser 633 nm Calibration

• Radio Frequency Power Calibration


6/42


Ketertelusuran Waktu dan Frekuensi

Waktu Atom Internasional (TAI) BIPM

Standar Nasional Jam Atom Cs - HP 5071A

Waktu Universal Terkoordinasi (UTC)

Waktu Universal Terkoordinasi KIM-LIPI

(UTC-KIM)

Standar Kerja- Rubidium, Quartz Oscillator

Instrumen Pengukuran Waktu & Frekuensi

e.g : Frequency – Time Interval Counter

WIB = UTC(KIM) + 7 jam

WITA = UTC(KIM) + 8 jam

WIT = UTC(KIM) + 9 jam

Sinkronisasi


7/42Metrologi Waktu dan Frekuensi

Sinkronisasi Waktu

Website: www.time.lipi.go.id

NTP: ntp.kim.lipi.go.id

http://www.time.lipi.go.id/http://www.time.lipi.go.id/



Alat Ukur Waktu

Jam Matahari Jam Pasir

Counter

Oscillator

Display

+ +



Interval Waktu

Interval Waktu (t )

Selang waktu antara dua peristiwa (waktu yang telah berlalu saat suatu

peristiwa terjadi).Satuan dasar interval waktu dalam SI: detik (s)

Definisi 1 detik

Interval waktu yang diperlukan untuk 9 192 631 770 kali transisi antara 2

tingkat energi hiper halus pada keadaan dasar atom cessium-133.

Alat Ukur Interval Waktu

Stopwatch dan Timer

Beberapa Parameter yang Berpengaruh terhadap

Pengukuran Interval Waktu

Akurasi

Resolusi

Stability dari oscillator UUT



Tipe Alat Ukur

Stabil, tapi tidak akurat

Stabil dan akurat, tapi ada driftStabil dan akurat

Akurat, tapi tidak Stabil


11/42


Metoda Kalibrasi Stopwatch dan Timer

1. Metoda Perbandingan Langsung (Direct Comparison)

2. Metoda Totalized

3. Metoda Time Base

Sumber:Jeff. C. Gust, Robert M. Graham, Practice Guide Stopwatch and Timer Calibration,

2009 Edition, National Institute of Standards and Technology (NIST). Special

Publication 960-12.


12/42



1. Metoda Perbandingan Langsung (Direct Comparison) Merupakan metoda kalibrasi stopwatch-timer yang paling umum digunakan

Alat yang digunakan relatif sedikit jumlahnya dibandingkan metoda lainnya

(e.g: metoda Totalized )

Ketidakpastian relatif besar

Alat yang Diperlukan

Time Interval Reference yang tertelusur, di antaranya: Audio Time Signal

• Gelombang Pendek Radio (Shortwave Radio)

NIST, USNO, KRISS

• Sinyal telepon

Time Display • Sinkron dengan UTC

• Website, Computer Clock

Sinkronisasi secara periodik tidak

kontinyu. Local oscillator yang tidakdiketahui ketidakpastiannya dapat

memutus ketertelusuran.

Ketidakpastian dari local oscillator dapat

lebih kecil dari UUT.


13/42




Setup Kalibrasi Stopwatch-Timer di Puslit Metrologi

LIPI menggunakan Metoda Direct Comparison

Kalibrasi Stopwatch UUT dengan

membandingkan langsung hasil

pengukuran dengan penunjukan waktu di

display Standar Waktu Cs HP 5701A.

Nilai yang ditampilkan di display Cs HP

5701A merupakan nilai nominal denganresolusi 1 detik.


14/42




Kondisi Ruang: (23±1)

C, (50±5)% RhStudi Kasus Hasil Kalibrasi

Nilai Standar (s)

Penunjukan Alat -UUT (s)

1

2

3

4

5

10

10.090

9.954

9.995

9.937

9.951

20

20.001

20.060

20.009

20.102

20.002

30

29.931

30.091

30.008

30.045

30.070

40

40.047

39.969

40.031

40.074

39.991

50

49.968

50.084

50.010

49.968

49.988

60

59.987

60.020

59.984

60.029

60.047

Nilai Standar (s)

Penunjukan Alat (s)

Koreksi (s)

10

9.985

0.015

20

20.035

-0.035

30

30.029

-0.029

40

40.022

-0.022

50

50.004

-0.004

60

60.013

-0.013

Perhitungan Nilai Rata-Rata =

UUT: Digital Stopwatch

Casio 401Q21R


15/42




Analisa Ketidakpastian Pengukuran - KalibrasiSumber-sumber Ketidakpastian

Tipe A

Standar Deviasi, Repeatability (u rep)

Tipe B

1. Resolusi UUT (u res UUT )

2. Akurasi dari Standar ( Accuracy Frequency Reference Standard )

3. Ketidakpastian dari waktu reaksi operator pengalibrasi (Human

Reaction Time Bias)

4. Deviasi standar dari Human Reaction Time


16/42




Analisa Ketidakpastian Pengukuran - Kalibrasi Tipe A

Simpangan Baku (s): − Banyaknya pengukuran (n)

u Repeatability :

Nilai Standar (s) Penunjukan Alat -UUT (s)

Stdev u/Rep

std/Vn

1

2

3

4

5

10

10.090

9.954

9.995

9.937

9.951

0.062

0.028

20

20.001

20.060

20.009

20.102

20.002

0.045

0.020

30

29.931

30.091

30.008

30.045

30.070

0.063

0.028

40

40.047

39.969

40.031

40.074

39.991

0.042

0.019

50

49.968

50.084

50.010

49.968

49.988

0.048

0.022

60

59.987

60.020

59.984

60.029

60.047

0.027

0.012


17/42




Analisa Ketidakpastian Pengukuran - Kalibrasi

Tipe B

1. u resolusi UUT

Resolusi UUT = − Resolusi UUT

Distribusi

U /Res (Read /2/V3)

0.001

Rectangular

0.0003

2. u Accuracy Frequency Reference Standard (Cs-HP 5071A)

u NaFs = . × −


18/42




Analisa Ketidakpastian Pengukuran - Kalibrasi Tipe B

3. Human Reaction Time Bias dan Human Reaction Time Standard

Deviation *)

Sumber Ketidakpastian

Magnitude (s)

Distribusi

Nilai Ketidakpastian (s)

Human Reaction Time Bias

0.12 Rectangular 0.069

Human Reaction Time Standard Deviation

0.23 Normal (k=1) 0.23

Sumber *):

Jeff. C. Gust, Robert M. Graham, Practice Guide Stopwatch and Timer Calibration, 2009 Edition, National Institute

of Standards and Technology (NIST). Special Publication 960-12.


19/42




Analisa Ketidakpastian Pengukuran - Kalibrasi Ketidakpastian Gabungan (u Combine = u Comb)

+ + + + Penunjukan Alat U rep U resolusi UUT U NaFS HRTB HRTSD u/Comb

9.985

0.062

0.0003

1.92E-13

0.069

0.23

0.248

20.035

0.045

0.0003

1.92E-13

0.069

0.23

0.244

30.029

0.063

0.0003

1.92E-13

0.069

0.23

0.248

40.022

0.042

0.0003

1.92E-13

0.069

0.23

0.244

50.004

0.048

0.0003

1.92E-13

0.069

0.23

0.245

60.013

0.027

0.0003

1.92E-13

0.069

0.23

0.242

HRTB : Human Reaction Time Bias

HRTSD : Human Reaction Time Standard Deviation

koefisien sensitivitas


20/42




Analisa Ketidakpastian Pengukuran - Kalibrasi Derajat Kebebasan Efektif (Effective Degree of Freedom, )

Ketidakpastian Terentang (U Expanded = U Exp)

∗

4

44

1 untuk Tipe A

Faktor Cakupan (Coverage factor ) 2

00

untuk Tipe B, dengan R tingkat Keraguan (%)


21/42




Hasil Kalibrasi

Nilai Standar

Penunjukan Alat

Ketidakpastian

Standard Value Instrument Indication Uncertainty

10 s 9.985 s 0.482 s

20

s

20.035

s

0.482 s

30 s 30.029 s 0.484 s

40 s 40.022 s 0.482 s

50 s 50.004 s 0.482 s

60 s 60.013 s 0.481 s

Ketidakpastian Terentang (U Exp)


22/42



2. Metoda Totalized

Totalized

T (Period ) sinyal frekuensi dari Generator

Sinyal harus lebih kecil setidaknya satu order

of magnitude dari resolusi Stopwatch-Timer(UUT).

Frekuensi dari Standar Frekuensi digunakan

sebagai frequency reference untuk Generator

Sinyal dan Frequency Counter.

Freq Ref Input

Freq Ref Input

Mengurangi Ketidakpastian Pengukuran akibat

Human Reaction Time


23/42


Setup Kalibrasi Stopwatch-Timer di Puslit Metrologi LIPImenggunakan Metoda Totalized


2. Metoda Totalized

Freq Ref Input 10 MHz

Freq Ref Input 10 MHz

Totalized

SRS Synthesized Function Generator

Model D345

Frequency Counter Fluke PM 6681


24/42



2. Metoda Totalized

Totalized

T (Period ) sinyal frekuensi dari Generator

Sinyal harus lebih kecil setidaknya satu order

of magnitude dari resolusi Stopwatch-Timer(UUT).

Frekuensi dari Generator Sinyal digunakansebagai frequency reference untuk Frequency

Counter

Freq Ref Input

Freq Ref Output

Jika tidak ada Frequency Reference Standard (Cs, Rubidium, Quartz) , maka

Sinyal Generator harus terkalibrasi dan tertelusur ke Standar Frekuensi.

Freq Ref Output dari Sinyal Generator dijadikan Reference Frequency untuk

Frequency Counter


25/42



2. Metoda Totalized

Start

Stop


26/42



2. Metoda Totalized

UUT: Digital Stopwatch Casio 401Q21R

Kondisi Ruang: (23±1)

C, (50±5)% Rh

No

Penunjukan Standar

1

2

3

4

5

dtk

dtk

dtk

dtk

dtk

1

10.6825

10.4205

10.3549

10.3549

10.3550

2

20.3164

20.3166

20.3163

20.0544

20.3167

3

30.3438

30.5402

30.2128

30.3435

30.3435

4

40.1089

40.3053

40.2399

40.3052

40.3051

5

50.3328

50.4631

50.3319

50.3323

50.2663

6

60.0972

60.3596

59.4422

60.3592

60.5568

No

Penunjukan Alat

1

2

3

4

5

Jam

mnt

dtk

Jam

mnt

dtk

Jam

mnt

dtk

Jam

mnt

dtk

Jam

mnt

dtk

1

0

0

10.679

0

0

10.412

0

0

10.362

0

0

10.364

0

0

10.374

2

0

0

20.344

0

0

20.303

0

0

20.319

0

0

20.094

0

0

20.319

3

0

0

30.336

0

0

30.532

0

0

30.237

0

0

30.360

0

0

30.343

4

0

0

40.123

0

0

40.327

0

0

40.254

0

0

40.316

0

0

40.313

5

0

0

50.326

0

0

50.480

0

0

50.324

0

0

50.317

0

0

50.291

6

0

1

0.058

0

1

0.393

0

0

59.447

0

1

0.399

0

1

0.535

Studi Kasus Hasil Kalibrasi


27/42



2. Metoda Totalized

Perhitungan Nilai Rata-Rata

Analisa Hasil Pengukuran - Kalibrasi

=

No

Penunjukan Standar

1

2

3

4

5

Nilai Rata-Rata

dtk

dtk

dtk

dtk

dtk

1

10.6825

10.4205

10.3549

10.3549

10.3550

10.4336

2

20.3164

20.3166

20.3163

20.0544

20.3167 20.2641

3

30.3438

30.5402

30.2128

30.3435

30.3435

30.3568

4

40.1089

40.3053

40.2399

40.3052

40.3051

40.2529

5

50.3328

50.4631

50.3319

50.3323

50.2663

50.3453

6

60.0972

60.3596

59.4422

60.3592

60.5568

60.1630

No

Penunjukan Alat

1

2

3

4

5

Nilai Rata-Rata Jam

mnt

dtk

Jam

mnt

dtk

Jam

mnt

dtk

Jam

mnt

dtk

Jam

mnt

dtk

1

0

0

10.679

0

0

10.412

0

0

10.362

0

0

10.364

0

0

10.374

10.438

2

0

0

20.344

0

0

20.303

0

0

20.319

0

0

20.094

0

0

20.319

20.276

3

0

0

30.336

0

0

30.532

0

0

30.237

0

0

30.360

0

0

30.343 30.361

4

0

0

40.123

0

0

40.327

0

0

40.254

0

0

40.316

0

0

40.313

40.267

5

0

0

50.326

0

0

50.480

0

0

50.324

0

0

50.317

0

0

50.291

50.348

6

0

1

0.058

0

1

0.393

0

0

59.447

0

1

0.399

0

1

0.535

60.058

60.393

59.447

60.399

60.535

60.166

Si lib i S h d i


28/42



2. Metoda Totalized

Nilai Rata-Rata Hasil Kalibrasi

Analisa Hasil Pengukuran - Kalibrasi

No Nilai Standar (s) Penunjukan Alat (s) Koreksi (s)

1 10.4336

10.438

-0.005

2 20.2641

20.276

-0.012

3 30.3568

30.362

-0.005

4

40.2529

40.267

-0.014

5

50.3453

50.348

-0.002 6 60.1630

60.166

-0.003

Koreksi = Nilai Standar – Penunjukan Alat (UUT)

No

Nilai Standar (s)

Penunjukan Alat (s)

1 10.0000

10.005

2 20.0000

20.012

3

30.0000

30.005

4 40.0000

40.014

5 50.0000

50.002

6 60.0000

60.003

Si K lib i S h d Ti


29/42



2. Metoda Totalized


Sumber-sumber Ketidakpastian

Tipe A

Standar Deviasi, u Repeatability (u rep)

Tipe B

1. Resolusi UUT (u res UUT )

2. Akurasi dari Standar ( Accuracy Frequency Reference Standard )

3. Resolusi Frequency Counter (u Totalized Count Resolution)4. Human Reaction Time Bias

5. Human Reaction Time Standard Deviation

Si K lib i S h d Ti


30/42



2. Metoda Totalized


Tipe A

Simpangan Baku (s): − Banyaknya pengukuran (n)

u Repeatability :

No Nilai

Standar (s)

Penunjukan Alat (s) Rata-rata

Standar

Deviasi (s)

U Rep

(s/

n) 1 2 3 4 5

1 10.0000 9.997 9.992 10.007 10.009 10.019 10.005 0.011 0.005

2

20.0000

20.028

19.986

20.003

20.040

20.002

20.012

0.021

0.010

3

30.0000

29.992

29.992

30.024

30.017

30.000

30.005

0.015

0.007

4 40.0000 40.014 40.022 40.014 40.011 40.008 40.014 0.005 0.002

5 50.0000 49.993 50.017 49.992 49.985 50.025 50.002 0.017 0.008

6 60.0000 59.961 60.033 60.005 60.040 59.978 60.003 0.034 0.015

Si K lib i S h d Ti


31/42



2. Metoda Totalized


Tipe B

1. u resolusi UUT

Resolusi UUT = − Resolusi UUT

Distribusi

u/Res (Read/2/V3)

0.001

Rectangular 0.0003

2. u Accuracy Frequency Reference Standard (Cs-HP 5071A)

u NaFs = . × −

Si t K lib i St t h d Ti


32/42



2. Metoda Totalized


Tipe B

4. Human Reaction Time Bias dan Human Reaction Time Standard

Deviation *)

Sumber Ketidakpastian Magnitude (s) Distribusi Nilai Ketidakpastian (s)

Human Reaction Time Bias

0.027

Rectangular

0.016 Human Reaction Time Standard Deviation

0.010 Normal (k=1) 0.010

Sumber *):

Jeff. C. Gust, Robert M. Graham, Practice Guide Stopwatch and Timer Calibration, 2009 Edition, National Institute

of Standards and Technology (NIST). Special Publication 960-12.

3. Resolusi Frequency Counter (u Totalized Count Resolution)

Resolusi Totalized Freq Counter Distribusi u/Res (Read/2/V3)

0.0001

Rectangular

0.00003



33/42




Ketidakpastian Gabungan (u Combine = u Comb)

+ + + + +

Penunjukan Alat U rep U resolusi

UUT U NaFS

U Freq

Count Res HRTB HRTSD u/Comb

10.005 0.005 0.0003 1.92E-13 0.00003 0.016 0.010 0.017

20.012 0.010 0.0003 1.92E-13 0.00003 0.016 0.010 0.019

30.005 0.007 0.0003 1.92E-13 0.00003 0.016 0.010 0.01840.014 0.002 0.0003 1.92E-13 0.00003 0.016 0.010 0.017

50.002 0.008 0.0003 1.92E-13 0.00003 0.016 0.010 0.018

60.003 0.015 0.0003 1.92E-13 0.00003 0.016 0.010 0.022

2. Metoda Totalized

HRTB : Human Reaction Time Bias

HRTSD : Human Reaction Time Standard Deviation



34/42




2. Metoda Totalized

Derajat Kebebasan Efektif (Effective Degree of Freedom, )

Ketidakpastian Terentang (U Expanded = U Exp)

∗

4

44

1 untuk Tipe A

Faktor Cakupan (Coverage factor ) 2

00

untuk Tipe B, dengan R tingkat Keraguan (%)



35/42



Hasil Kalibrasi

2. Metoda Totalized

Nilai Standar Penunjukan Alat Ketidakpastian

Standard Value Instrument Indication Uncertainty

h : m : s h : m : s s

0

:

0

:

10.000 0

0

:

0

:

10.005

0.034

0 : 0 : 20.000 0 0 : 0 : 20.012 0.038

0 : 0 : 30.000 0 0 : 0 : 30.005 0.035

0 : 0 : 40.000 0 0 : 0 : 40.014 0.033

0 : 0 : 50.000 0 0 : 0 : 50.002 0.036

0 : 1 : 00.000 0 0 : 1 : 00.003 0.045

Ketidakpastian Terentang (U Exp)

P b di H il K lib i St t h


36/42


Perbandingan Hasil Kalibrasi Stopwatch

Direct Comparison Totalized9.25

9.50

9.75

10.00

10.25

10.50

T i m e

( s )

Calibration Method

10 s

Pe b ndin n H sil K lib si Stop tch


37/42



Direct Comparison Totalized

19.25

19.50

19.75

20.00

20.25

20.50

20.75

T i m e

( s )

Calibration Method

20 s



38/42



Direct Comparison Totalized

29.25

29.50

29.75

30.00

30.25

30.50

30.75

T i m e ( s )

Calibration Method

30 s



39/42




39.50

39.75

40.00

40.25

40.50

40.75

T i m e ( s )

Calibration Method

40 s



40/42




49.50

49.75

50.00

50.25

50.50

50.75

T i m e

( s )

Calibration Method

50 s



41/42




59.50

59.75

60.00

60.25

60.50

60.75

T i m e

( s )

Calibration Method

60 s


42/42

[email protected]

[email protected]
mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]

Materi Sesi II TF

Documents

Transcript of Materi Sesi II TF