Sistem Pengukuran Umum

BAB I PENDAHULUAN

II.1 Sistem Pengukuran Umum

Proses atau kegiatan pengukuran merupakan pembandingan kuantitatif

antara standar yang telah ditentukan sebelumnya dengan yang diukur. Kata diukur

(measurand) digunakan untuk menunjuk parameter fisika tertentu yang sedang

diamati dan diukur, yaitu kuantitas masukan ke proses pengukuran. Seperti pada

gambar 2.1, kegiatan pengukuran memberikan hasil.

Proses perbandingan

pengukuran

Standar

Yang diukur

(masukan)

Hasil

(Pembacaan)

Gambar 2.1. Dasar proses pengukuran [3]

Standar pembanding haruslah mempunyai sifat yang sama dengan yang

diukur dan biasanya selalu diatur dan ditentukan oleh lembaga resmi atau

organisasi yang diakui, misalnya National Bureau of Standards (NBS),

Internasional Organisation for Standardization (ISO) atau American National

Standard Institute (ANSI).[3]

Besaran-besaran seperti suhu, regangan, parameter-parameter mengenai

aliran fluida, akustik dan gerakan, di samping besaran dasar, massa, panjang,

waktu dan sebagainya, adalah jenis-jenis yang termasuk dalam ruang lingkup

pengukuran. Pengukuran fisis sering mencakup pertimbangan penggunaan

alat-alat listrik karena sering lebih mempermudah untuk mengubah besaran mekanis

yang diukur menjadi besaran listrik yang sesuai.

Terdapat dua macam dasar metode pengukuran:

1. Pembandingan langsung dengan standar primer atau sekunder. Dengan

pembandingan langsung kita membandingkan secara langsung suatu

besaran dengan besaran standar yang berlaku, misalnya pengukuran

panjang suatu batang dengan penggaris atau meteran.

2. Pembandingan tak langsung dengan menggunakan sistem yang telah

dikalibrasi. Pembandingan tak langsung menggunakan beberapa

bentuk alat tranduser yang dikopel dengan alat-alat penghubung, yang

akan kita sebut, secara keseluruhan, sebagai sistem pengukuran.

Rangkaian alat-alat ini mengubah bentuk dasar masukan menjadi

bentuk analogi yang kemudian diproses dan disajikan di bagian

keluran sebagai fungsi masukan yang diketahui. Konversi seperti itu

sering dilakukan agar informasi yang diinginkan dapat dimengerti.

Bantuan suatu sistem diperlukan untuk mengindera, mengubah dan

akhirnya menampilkan keluaran analogi dalam bentuk perpindahan

skala, grafik atau bentuk digital.

Kebanyakan sistem pengukuran mempunyai kerangka kerja yang

pengaturan umumnya terdiri atas 3 tingkat:

Tingkat I Tingkat detektor-pengubah atau tingkat pengindera. Mengindera

masukan yang dikehendaki dan meninggalkan yang lain serta

memberikan keluaran analogi.

Tingkat II Tingkat menengah, yang akan kita sebut tingkat penyiapan sinyal.

Mengalih ragam sinyal yang diubah ke bentuk yang bias dipakai

oleh tingkat terakhir Biasanya dengan menaikkan amplitudo atau

daya, tergantung pada persyaratannya. Juga bisa secara selektif

menyaring komponen yang tidak dikehendaki dan mengubah sinyal

ke bentuk pulsa.

Tingkat III Tingkat terakhir atau tingkat pembacaan. Memberikan suatu

penunjukan atau pencatatan dalam bentuk yang dapat dievaluasi

oleh indera manusia secara langsung atau oleh komputer atau

pengendali.

Masing-masing tingkat tersebut terdiri dari komponen atau kelompok

komponen tersendiri yang bekerja sesuai dengan langkah-langkah yang sudah

ditentukan dan diminta untuk pengukuran. Ini elemen dasar yang ruang

lingkupnya ditentukan oleh fungsinya, bukan oleh konstruksinya. Sistem

pengukuran umum dapat dilihat pada gambar 2.2.

Sistem instrumentasi dapat dikelompokan dalam dua kelas utama, yaitu

sistem analog dan sistem digital. Sistem analog menyangkut informasi

pengukuran dalam bentuk analog, dan dapat didefinisikan sebagai suatu fungsi

kontinu seperti halnya kurva tegangan terhadap waktu, atau pergeseran karena

tekanan. Sistem digital menangani informasi dalam bentuk digital. Besaran digital

dapat terdiri dari sejumlah pulsa diskrit dan tidak kontinu yang hubungannya

terhadap waktu berisi informasi mengenai kebesaran atau sifat dasar dari besaran

tersebut.

Gambar 2.2. Diagram blok dari sistem pengukuran secara umum. [3]

Sistem akuisisi data analog secara khas terdiri dari sebagian atau semua

elemen berikut:

1. Transduser, untuk pengubahan parameter fisis menjadi sinyal

listrik.

2. Pengkondisi sinyal, untuk memperkuat, memodifikasi, atau

memilih bagian tertentu dari sinyal tersebut.

3. Alat peraga visual, untuk memonitor sinyal masukan secara

kontinu. Alat ini bisa mencakup CRO satu saluran atau banyak

saluran, CRO penyimpan, alat-alat pencatat pada panel, peragaan

numerik dan sebagainya.

Pengindera

tranduser

Penyiapan

sinyal

Perekam

Indikator

Pemroses

Pengendali

Besaran

Fisis

Kalibrasi

masukan

4. Instrumen pencatat grafik, untuk mendapatkan pencatatan data

masukan secara permanen. Instrumen ini mencakup unit-unit

pencatat tipe jarum dan tinta guna memberikan pencatatan kontinu

pada kart kertas, sistem pencatatan secara optik seperti misalnya

unit pencatat galvanometer cermin, dan unit pencatat ultraviolet.

5. Instrumentasi pita magnetik untuk mendapatkan data masukan,

mempertahankan bentuk listrik semula, dan mereproduksinya di

kemudian hari untuk menganalisis yang lebih terperinci.

Sistem akuisisi data digital bisa mencakup sebagian atau semua elemen

yang ditunjukkan pada gambar 2.3. Operasi dasar fungsional di dalam sebuah

sistem digital mencakup penanganan sinyal-sinyal analog, melakukan

pengukuran, pengubahan dan penanganan data digital, dan pemrograman internal

dan kontrol. Fungsi masing-masing elemen sistem ini pada gambar 2.3 dijelaskan

sebagai berikut:

1. Tranduser. Mengubah parameter fisis menjadi sinyal listrik yang

dapat diterima oleh sistem akuisisi. Beberapa parameter khas

mencakup temperatur, tekanan, percepetan, pergeseran bobot, dan

kecepatan. Besaran-besaran listrik seperti tahanan, tegangan,

frekuensi, dapat juga diukur langsung.

2. Pengkondisi sinyal. Umumnya mencakup rangkaian penunjang

bagi tranduser. Rangkaian ini dapat memberikan daya eksitasi,

rangkaian imbang, dan elemen kalibrasi.

3. Multiplekser. Menerima banyak masukan analog dan secara

berurutan menghubungkannya ke satu alat pencatat.

4. Pengubah sinyal. Mengubah sinyal analog menjadi satu bentuk

yang dapat diterima oleh pengubah analog ke digital. Contoh

pengubah sinyal adalah penguat untuk memperkuat tegangan level

rendah yang yang dibangkitkan oleh tranduser.

Tranduser

Pengkondisi

sinyal

Pengubah

sinyal

Unit pencatat

digital

ADC

multiplekser

Perlengkapan

tambahan dan

pemrograman

sistem

Gambar 2.3. Elemen-elemen sistem akuisisi data digital [3]

5. ADC (analog to digital converter). Mengubah sinyal analog

menjadi sinyal digital. Keluaran pengubah analog ke digital dapat

diperagakan secara visual dan juga tersedia sebagai

keluaran-keluaran tegangan dalam tangga diskrit untuk pengolahan

selanjutnya atau untuk pencatatan pada sebuah unit pencatat

digital.

6. Perlengkapan pembantu. Bagian ini berisi instrumen-instrumen

untuk pekerjaan-pekerjaan pemrograman sistem dan pengolahan

data digital. Fungsi khas perlengkapan ini mencakup linearisasi dan

pembandingan batas. Pekerjaan ini dapat dilakukan oleh instrumen

individual atau oleh komputer digital.

7. Unit pencatat digital. Mencatat informasi digital. Unit pencatat

digital dapat didahului oleh sebuah unit penggandeng yang

mengubah informasi digital menjadi bentuk yang sesuai untuk

dimasukkan ke unit pencatat digital yang dipilih secara khusus.

Adapun blok diagram untuk altimeter dan barometer digital adalah sebagai

berikut:

Sensor Tekanan udara

Tekanan

Udara

Mikro kontroler LCD (Liquid Crystal Display) ADC

Gambar 2.4. Blok diagram Altimeter dan Barometer digital

Seperti pada gambar 2.4, sensor tekanan udara mengubah parameter fisis

tekanan udara menjadi sinyal listrik yang dapat diterima oleh sistem pengukuran

yang akan dibuat. Dalam sensor terdapat rangkaian pengkondisi sinyal. Sinyal ini

harus dikondisikan terlebih dahulu sebelum masuk ke blok berikutnya. Setelah

terjadi proses pengkondisian sinyal maka dapat dilanjutkan ke proses berikutnya

yaitu pengubahan sinyal. Mengubah sinyal analog menjadi satu bentuk yang dapat

diterima oleh pengubah analog ke digital. Pengubah sinyal di sini adalah suatu

proses penguatan untuk memperkuat tegangan level rendah yang dibangkitkan

oleh sensor tekanan udara.

Setelah proses pengubahan sinyal maka dapat dilanjutkan ke proses

berikutnya yaitu mengubah sinyal bentuk analog ke bentuk digital. Untuk

menjalankan proses pengubahan ini digunakan sebuah ADC yang keluarannya

akan memiliki level digital tertentu.

Proses berikutnya yang harus dilakukan adalah proses pengolahan data.

Proses pengolahan data akan dilakukan oleh sebuah mikrokontroler. Pengolahan

data sepereti konversi tekanan udara ke level ketinggian dikerjakan di sini.

Selektor untuk pemilihan alat ukur (barometer atau altimeter) juga diatur oleh

mikrokontroler.

Setelah proses pengolahan data maka data yang diolah tadi akan

ditampilkan pada sebuah LCD. LCD akan menampilkan data sesuai dengan yang

diinginkan. LCD ini dikendalikan pula oleh mikrokontroler.