Dasar-Dasar Instrumentasi
MODUL 1
DASAR - DASAR INSTRUMENTASI
Tujuan Instruksional Khusus
Tujuan Pokok Bahasan ini adalah menekankan pemahaman konsep-konsep
dasar instrumentasi. Setelah membaca Pokok Bahasan ini saudara
diharapkan mampu untuk:
a. Mendefinisikan istilah-istilah dalam instrumentasi minimal 5 buah
b. Menjelaskan perbedaan ketelitian dan ketepatan
c. Menjelaskan pengertian kalibrasi
d. Menjelaskan standar-standar pengukuran
e. Menguraikan bentuk umum sistem pengukuran
1.1 Pendahuluan
Umumnya, di dalam pengukuran dibutuhkan instrumen sebagai
suatu cara fisis untuk menentukan suatu besaran (kuantitas) atau variabel.
Instrumen tersebut membantu untuk menentukan nilai dari suatu besaran
yang tidak diketahui. Instrumen adalah sebuah alat yang digunakan untuk
menentukan nilai atau besaran dari suatu kuantitas atau variabel. Instrumen
elektronik didasarkan pada prinsip-prinsip listrik atau elektronika dalam
pemakaiannya sebagai alat ukur elektronik. Sebuah instrumen elektronik
dapat berupa sebuah alat yang konstruksinya sederhana dan relatif tidak
rumit seperti halnya sebuah alat ukur dasar untuk arus searah. Dengan
berkembangnya teknologi, tuntutan akan kebutuhan instrumen-instrumen
yang lebih terpercaya dan lebih teliti semakin meningkat yang kemudian
menghasilkan perkembangan-perkembangan baru dalam perencanaan dan
pemakaian. Untuk menggunakan instrumen-instrumen ini secara cermat,
perlu dipahami prinsip-prinsip kerjanya dan mampu memperkirakan apakah
instrumen tersebut sesuai untuk pemakaian yang telah direncanakan.
Intrumentasi dan Teknik Pengukuran 1
Dasar-Dasar Instrumentasi
1.2 Definisi Istilah-Istilah
Dalam pengukuran, digunakan sejumlah istilah yang akan
didefinisikan seperti berikut ini.
a. Kemampubacaan (readability)
Istilah ini menunjukkan berapa teliti skala suatu instrumen dapat
dibaca. Instrumen yang mempunyai skala 12 inchi tentu mempunyai
kemampubacaan yang lebih tinggi dari instrumen yang mempunyai skala 6
inchi dan jangkau (range) yang sama.
b. Cacah terkecil (least count)
Yaitu beda terkecil antara dua penunjukkan yang dapat dideteksi
(dibaca) pada skala instrumen.
c. Kepekaan (sensitivity)
Ialah perbandingan antara gerakan linear jarum penunjuk pada
instrumen itu dengan perubahan variable yang diukur yang menyebabkan
gerakan itu.
Misalnya : suatu rekorder (perekam) 1 mv mempunyai skala yang
panjangnya 25 cm, maka kepekaannya adalah 25 cm/mv.
d. Histerisis (Hysterisis)
Yaitu perbedaan bacaan bila nilai besaran yang diukur didekati dari
atas atau dari bawah. Histerisis mungkin disebabkan oleh gesekan mekanik
efek magnetic, deformasi elastik atau efek termal.
e. Ketelitian (accuracy)
Yaitu menunjukkan deviasi atau penyimpangan (deviation) terhadap
masukan yang diketahui. Ketelitian biasanya dinyatakan dalam persentase
bacaan skala penuh. Misalkan jangkauan pengukur tekanan 100 kpa yang
mempunyai ketelitian 1 persen artinya teliti disekitar 1 kpa dalam
keseluruhan jangkauan bacaan pengukur itu.
f. Ketepatan (precision)
Yaitu menunjukkan kemampuan instrumen itu menghasilkan kembali
bacaan tertentu dengan ketelitian yang diketahui.
Intrumentasi dan Teknik Pengukuran 2
Dasar-Dasar Instrumentasi
g. Kalibrasi atau peneraan (calibration)
Yaitu memeriksa instrumen terhadap standar yang diketahui, untuk
selanjutnya mengurangi kesalahan dalam ketelitiannya.
h. Kesalahan (error)
Yaitu penyimpangan variable yang diukur dari harga (nilai)
sebenarnya.
i. Resolusi (Resolution)
Yaitu perubahan terkecil dalam nilai yang diukur kepada mana
instrumen akan memberikan respon
j. Transduser (Transducer)
Yaitu peranti yang dapat mentransformasikan suatu efek fisika
menjadi efek fisika lain dan untuk mengubah variabel fisik menjadi sinyal
listrik yang setara
1.3 Ketelitian dan Ketepatan
Beberapa cara dapat dilakukan untuk memperkecil efek kesalahan-
kesalahan ini. Untuk memperoleh pengukuran yang tepat, disarankan agar
melakukan beberapa kali pengamatan dan bukan hanya mengandalkan satu
pengamatan. Di samping menggunakan instrumen-instrumen yang berbeda
untuk pengukuran yang sama harus menguasai teknik yang baik untuk
mempertinggi ketelitian.
Ketelitian menyatakan tingkat kesesuaian atau dekatnya suatu hasil
pengukuran terhadap harga yang sebenarnya, sedang ketepatan (presisi)
menyatakan tingkat kesamaan di dalam sekelompok pengukuran atau
sejumlah instrumen.
Untuk menunjukkan perbedaan antara ketelitian dan ketepatan,
bandingkan dua buah voltmeter dari pembuatan dan model yang sama.
Kedua voltmeter tersebut mempunyai jarum penunjuk yang ujungnya tajam
dan juga dilengkapi dengan cermin untuk menghindari beda lihat, selain itu
skala masing-masing voltmeter telah dikalibrasi secara seksama. Dengan
Intrumentasi dan Teknik Pengukuran 3
Dasar-Dasar Instrumentasi
demikian, kedua alat ini dapat dibaca pada ketepatan yang sama. Jika nilai
tahanan deret di dalam salah satu voltmeter berubah banyak,
pembacaannya bisa mengakibatkan kesalahan yang cukup besar. Karena itu
ketelitian kedua voltmeter tersebut dapat berbeda sama sekali, maka untuk
menentukan voltmeter mana yang menghasilkan kesalahan diperlukan
perbandingan terhadap voltmeter standar.
1.4 Kalibrasi
Kalibrasi atau peneraan instrumen sangat penting, karena
memungkinkan kita memeriksa instrumen terhadap standar yang diketahui
untuk selanjutnya mengurangi kesalahan dalam ketelitiannya. Prosedur
kalibrasi melibatkan perbandingan instrumen itu dengan : (1) standar primer,
atau (2) standar sekunder yang mempunyai ketelitian lebih tinggi dari
instrumen yang dikalibrasi atau, (3) dengan sumber masukan yang diketahui.
Contohnya, sebuah instrumen pengukur aliran (flowmeter) dikalibrasi dengan
(1) membandingkan dengan fasilitas pengukur aliran standar di National
Bureau of Standards (Amerika Serikat), (2) membandingkan dengan
instrumen pengukur aliran lain yang ketelitiannya diketahui, atau (3)
melakukan kalibrasi langsung dengan pengukuran primer seperti menimbang
jumlah tertentu air dalam tangki dan mencatat waktu yang digunakan untuk
mengalirkan kuantitas tersebut melalui meter itu.
1.5 Standar Pengukuran
Standar pengukuran merupakan pernyataan fisis dari sebuah satuan
pengukuran. Sebuah satuan dinyatakan dengan menggunakan suatu bahan
standar sebagai acuan (referensi). Dalam ilmu pengetahuan dan teknik
digunakan dua jenis satuan yaitu satuan dasar seperti satuan panjang,
massa dan waktu sedangkan satuan turunan adalah semua satuan lain yang
dapat dinyatakan dengan satuan-satuan dasar seperti m2, cm3 dan
sebagainya.
Intrumentasi dan Teknik Pengukuran 4
Dasar-Dasar Instrumentasi
Dengan adanya satuan dasar dan satuan turunan dalam pengukuran,
terdapat beberapa jenis pengukuran yang dikelompokkan menurut fungsi
dan pemakaiannya, yaitu
a. Standar International
b. Standar primer
c. Standar sekunder
d. Standar kerja
Standar-standar internasional didefinisikan oleh perjanjian
internasional. Perjanjian internasional menyatakan satuan-satuan
pengukuran tertentu sampai ketelitian terdekat yang diijinkan oleh produksi
dan teknologi pengukuran. Secara berkala, standar intenasional ini dinilai
dan diperiksa melalui pengukuran-pengukuran absolut yang dinyatakan
dalam satuan-satuan dasar. Standar-standar ini dirawat di IBWM
(International Bureau of Weights and Measure) dan tidak tersedia bagi
pemakai alat-alat ukur biasa untuk maksud pembanding dan kalibrasi.
Standar-standar primer dipelihara oleh laboratorium-laboratorium
standar internasional di berbagai negara di dunia. Salah satu fungsi utama
dari standar primer adalah memeriksa dan mengkalibrasi standar-standar
sekunder.
Standar-standar sekunder merupakan acuan (referensi) dasar bagi
standar yang digunakan dalam laboratorium pengukuran industri. Standar
sekunder ini biasanya diserahkan kepada laboratorium-laboratorium standar
nasional secara berkala untuk melakukan kalibrasi dan membandingkan
terhadap standar-standar primer lalu dikembalikan ke industri pemakai
disertai dengan tanda bukti kalibrasi (sertifikat).
Standar kerja adalah alat utama bagi sebuah laboratorium
pengukuran dan digunakan untuk memeriksa dan mengkalibrasi instrumen-
instrumen laboratorium yang umum mengenai ketelitian dan prestasi atau
untuk melakukan perbandingan dalam pemakaiannya di industri.
Intrumentasi dan Teknik Pengukuran 5
Dasar-Dasar Instrumentasi
1.6 Bentuk Umum Sistem Pengukuran
Penggunaan tertentu dari instrumen pengukuran adalah hanya
terbatas sebagai fungsi pemonitoran, contohnya termometer yang digunakan
untuk memonitor suhu untuk mengetahui suhu pada suatu kondisi
lingkungan tertentu. Demikian pula meteran air, gas dan listrik di rumah
mengikuti jumlah pemakaian sehingga biaya yang dibebankan pada pemakai
dapat dihitung. Pelat film yang dipakai oleh pekerja di lingkungan radioaktif
memonitor jumlah radiasi dari berbagai jenis yang diterima oleh pemakainya.
Secara umum system pengukuran terdiri atas tiga bagian yaitu :
1. Tahap Detektor-Transduser
Yaitu suatu tahap yang mendeteksi besaran fisika dan melakukan
transformasi secara mekanik atau listrik untuk mengubah sinyal (isyarat)
menjadi bentuk yang lebih berguna. Secara umum, transduser ialah peranti
yang dapat mentransformasi suatu efek fisika menjadi efek fisika lain. Namun
dalam banyak hal, variabel fisika itu ditransformasi menjadi sinyal listrik
karena dalam bentuk inilah sinyal itu mudah diukur.
2. Tahap Antara
Yaitu tahap yang mengubah sinyal langsung dengan penguatan,
penyaringan atau cara-cara lain agar didapatkan keluaran yang dikehendaki.
3. Tahap Akhir atau Penutup
Yaitu tahap yang fungsinya menunjukkan, merekam dan
mengendalikan variabel yang diukur.
Sebagai contoh sistem pengukuran, pengukuran sinyal voltase rendah
pada frekuensi rendah. Detektor yang digunakan dalam hal ini hanyalah dua
kawat dan satu rangkaian tahanan yang dihubungkan dengan terminal
sebagaimana mestinya. Tahap penguat merupakan tahap ke-2 yang
disebutkan diatas. Tahap akhir system pengukuran itu bisa berupa suatu
voltmeter (pengukur tegangan) atau sebuah rekorder yang beroperasi dalam
jangkauan tegangan (voltase) keluaran dari penguat itu.
Intrumentasi dan Teknik Pengukuran 6
Dasar-Dasar Instrumentasi
Suatu pengukur tekanan tabung bourdonyang sederhana seperti pada
Gambar 1-1. Pengukur ini merupakan salah satu contoh lagi dari sistem
umum pengukuran. Dalam hal ini tahap detektor-transduser ialah tabung
Bourdon yang fungsinya mengubah sinyal tekanan menjadi getaran mekanik
tabung itu. Tahap antara terdiri dari susunan roda-roda gigi yang
memperkuat/memperbesar gerakan di ujung tabung sehingga gerakan kecil
saja pada ujung itu dapat menghasilkan sampai tiga per empat putaran pada
roda gigi pusat. Tahap penunjuk akhir terdiri dari jarum penunjuk dan
susunan bacaan angka, yang bila dikalibrasi dengan masukan tekanan yang
diketahui akan menunjukkan sinyal tekanan yang diberikan tabung bourdon
itu. Diagram skema sistem umum pengukuran ditunjukkan pada Gambar 1-2.
Gambar 1-1. Pengukur tekanan tabung bourdon
Intrumentasi dan Teknik Pengukuran 7
Dasar-Dasar Instrumentasi
Gambar 1-2. Skema umum sistem pengukuran
Intrumentasi dan Teknik Pengukuran 8
Dasar-Dasar Instrumentasi
Rangkuman
1. Instrumen adalah sebuah alat yang digunakan untuk menentukan nilai
atau besaran dari suatu kuantitas atau variabel.
2. Istilah-istilah yang banyak digunakan dalam instrumentasi pengukuran
antara lain kemampubacaan, cacah terkecil, kepekaan, histerisis,
ketelitian, ketepatan, kalibrasi dan transduser.
3. Kalibrasi dapat dilakukan dengan standar primer, standar sekunder dan
sumber masukan yang diketahui
4. Standar pengukuran terdiri dari 4 buah yaitu standar internasional,
standar primer, standar sekunder dan standar kerja
5. Ada tiga tahap sistem umum pengukuran yaitu
Tahap detektor-transduser
Tahap antara
Tahap penunjuk
Soal Latihan
1. Apakah yang dimaksud dengan kepekaan, ketelitian dan ketepatan?
2. Mengapa diperlukan kalibrasi instrument ?
3. Jelaskan tahap-tahap sistem pengukuran !
4. Buatlah skema bentuk umum sistem pengukuran.
5. Jelaskan prinsip pengukuran tabung bourdon berdasarkan sistem umum
pengukuran.
Intrumentasi dan Teknik Pengukuran 9
Dasar-Dasar Instrumentasi
Sumber Bacaan
Ernest O. Doebelin, 1992, Sistem Pengukuran, Aplikasi dan Perancangan (terjemahan), Jilid 1, Edisi ketiga, Penerbit Erlangga, Jakarta
Holman J.P, 1985, Metode Pengukuran Teknik (terjemahan), Edisi keempat, Penerbit Erlangga, Jakarta
William D. Cooper, 1999, Instrumentasi Elektronik dan Teknik Pengukuran (terjemahan), Edisi kedua, Penerbit Erlangga, Jakarta
Intrumentasi dan Teknik Pengukuran 10
Top Related