Pertemuan 1-7 Pertemuan 8 UTS Penilaian:
1) Tugas : 15% 2) Quis : 15%
3) UTS : 20%
Referensi:
1. Objektif
2. Teori
3. Contoh
Mahasiswa mampu:
▪ Menjelaskan dengan benar mengenai prinsip dasar sistem pengukuran.
▪ Menjelaskan dengan benar mengenai terminologi dalam sistem pengukuran.
▪ Menjelaskan dengan benar mengenai elemen dasar instrument pengukur.
• Pengukuran : Proses mendapatkan informasi tentang nilai variabel suatu
proses/sistem atau mendapatkan informasi tentang nilai dari suatu besaran fisis, informasi yang didapatkan dapat berupa data
kuantitatif maupun kualitatif.
• Instrumentasi : bidang ilmu dan teknologi yang mencakup perancangan, pembuatan, penggunaan instrumen/alat fisika atau sistem
instrumen untuk keperluan deteksi, penelitian, pengukuran serta pengolahan data.
• Data Empiris : Data yang diperoleh langsung dari sistem pengukuran.
• Data Terproses : Data hasil pengolahan dari data empiris, misal perhitungan dari beberapa variable.
• Mendapatkan data variabel-variabel dari suatu proses atau sistem.
• Data tersebut kemudian dapat digunakan untuk kepentingan lebih lanjut misalnya:
• Desain – Rancang Bangun
• Pengendalian/Sistem Kontrol
• Assessment/evaluasi/audit
Gambaran Proses Pengukuran
Pengamat: orang yang memerlukan informasi Menghubungkan antara proses dan pengamat,
mengubah sinyal menjadi yang dapat terbaca oleh pengamat dengan standar unit tertentu
Nilai sebenarnya dari variabel proses
Nilai terukur (hasil pengukuran) Menghasilkan Informasi
Error Pengukuran
𝐸 = 𝑚𝑒𝑎𝑠𝑢𝑟𝑒𝑑 𝑣𝑎𝑙𝑢𝑒 − 𝑡𝑟𝑢𝑒 𝑣𝑎𝑙𝑢𝑒
▪ Sistem pengukuran merupakan bagian pertama dalam suatu sistem pengendalian
• Jika input sistem pengendalian salah, maka output salah.
• Jika hasil pengukuran (input sistem pengendalian) salah, maka hasil
pengendalian pasti salah, walaupun sebenarnya sistem pengendalian sangat baik.
Block Diagram Sistem Instrumentasi
▪ Sensor
Sensor: suatu instrumen yang digunakan untuk merasakan suatu besaran fisis. Besaran fisis yang diukur dapat berupa bentuk energi listrik, termal, mekanik dsb.
▪ Transduser: suatu instrumen yang
mengubah bentuk suatu energi besaran fisika menjadi besaran sinyal.
▪ Transmisi data
Block Diagram Sistem Instrumentasi
• Pengontrol
Besaran fisika yang terukur kemudian
ingin dikontrol agar nilainya sesuai dengan yang diharapkan. Sinyal yang telah
ditransmisikan kemudian dibandingkan dengan set point kemudian akan dilakukan pengontrolan agar perbedaan nilai yang diukur dengan set point sekecil mungkin.
▪ Aktuator
Aktuator: suatu instrumen yang akan
melaksanakan perintah atau tindakan yang dikehendaki oleh pengontrol.
▪ Sistem
Media Fisik Terukur
Sensor
Instrumen Pengukur
Blok Diagram Sistem Instrumentasi
“…Sistem yang memiliki satu atau lebih komponen (devices) pengukur…”.
Transmitter Block
Tahap 1 Tahap n Signal Conditioner Stages
Elemen Dasar Instrumen Pengukur
SENSOR Signal Conditioner
Transduser
Elemen dasar pengindera: mengukur nilai fisik variabel yang diukur, dan mengubahnya
secara proporsional ke sinyal instrumentasi.
0
Pengkondisi sinyal: memodifikasi sinyal instrumentasi, agar menghasilkan kualitas
yang lebih baik.
Sensor interface: mengubah satu sinyal instrumentasi ke sinyal instrumentasi lainnya.
Dalam hal keluaran adalah sinyal instrumentasi standard
transmitter Output
Stage
Tahap akhir: memodifikasi sinyal
instrumentasi, agar sesuai dengan keluaran yang diinginkan pengguna/sistem
berikutnya.
Blok Diagram Pengukuran
▪ Untuk analisa data
1. Karakteristik Statis
karakter yang menggambarkan parameter instrumen dalam keadaan steady.
• Karakteristik Statis yang dipresentasikan oleh tingkat presisi dan akurasi. Sifat akurasi ditentukan oleh sensitivitas, range (jangkauan), non linieritas,
hysteresis.
2. Karakter Dinamis
karakter yang menggambarkan respon (tanggapan) dinamik (fungsi waktu).
• Karakteristik ini di definisikan oleh time constant.
Karakteristik dan Kriteria
“…. parameter-parameter untuk menggambarkan kinerja perangkat…”
Apa yang akan diukur dan bagaimana karakternya
Apa & bagaimana keluaran yang diinginkan
Aspek ekonomi
9 Parameter Umum Perangkat/Instrumen Pengukur:
3 pertimbangan untuk menyatakan cocok/tidaknya sebuah perangkat dalam aplikasi tertentu:
1. Jangkauan ukur (range) 2. Akurasi (Accuracy)
3. Presisi (Precision)
Untuk apa mempelajari karakteristik dan parameter ?
4. Sensitivitas (Sensitivity) 5. Resolusi
Jangkauan Ukur (Range)
batas nilai ukur dari minimal hingga batas maksimal, yang keluaran / hasil ukur dijamin sesuai dengan spesifikasi. Pada kebanyakan kasus, jangkauan
ukur tidak sama dengan batas aman operasi perangkat.
Pemilihan Jangkauan Ukur yang diperlukan: mencakup semua nilai variabel, baik kondisi
normal maupun ekstrem. Dalam desain, biasanya kondisi normal pada 30-70% jangkauan nilai
ekstremnya, untuk mengakomodasikan ketidak-normalan operasi dan ketidak-pastian desain.
0
Akurasi/ Ketelitian
Ketelitian alat ukur dalam memberikan hasil pengukuran.
Contoh Akurasi:
• Termometer skala 0°F – 100°F dengan akurasi 1°F
Artinya jika pengukuran menunjukkan 60°F, maka nilai sebenarnya adalah 59°F – 61°F.
• Level transmitter mempunyai akurasi 5 %
Presisi/ Ketepatan
Kemampuan sistem pengukuran untuk menampilkan ulang output yang sama pada pengukuran berulang singkat
Contoh Presisi:
Voltmeter mempunyai repeatability 0,2 %. Jika pengukuran sebenarnya 100 V, maka
Akurasi dan Presisi : GALAT
Ambil contoh hasil ukur Galat bias/akurasi:
• konsisten dan berulang;
• dapat direduksi atau
dibatalkan oleh kalibrasi; • dapat dikontribusikan oleh
nonlinear dalam system; • bias disebabkan oleh
sensor itu sendiri (loading error).
data ukur
nil
ai
hasil ukur
sampel ukur ke
nilai benar
bias
acak
Contoh non-linieritas sistem
Histeresis : nonlinieritas yang
umum ditemui dalam sebuah sistem
Galat Acak/presisi:
• acak, tidak pasti;
• disebabkan oleh kondisi lingkungan
• ketidakpastian dalam system; pengaturan (thermal noise);
• dapat direduksi rata-rata(mean).
variabel ukur
hasil
Sistem Linear dan Sistem Non Linear
Akurasi dan Presisi
Presisi vektor
Akurasi skalar
Alat presisi :
1. Dapat salah konsisten 2. Reduksi kalibrasi
Alat akurat :
Akurasi dan Presisi
Alat Lebih Presisi Alat Lebih Akurat
Sensitivitas
Sensitivitas : perubahan yang masih dapat dirasakan oleh perangkat
Sensitivitas = ∆𝑂𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡
∆𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡
Ketidak-cocokan sensitivitas akan menghasilkan kerugian/kesalahan jangkauan (span) pada skala perangkat-penerima-hasil-ukur.
Ambil contoh penyambungan instrumen pengukur dengan indikator
▪ Nilai inkremen terkecil dari sebuah input atau output yang dapat dideteksi (skala terkecil yang mampu ditunjukkan oleh alat ukur).
Sebagai contoh : suatu timbangan pada jarum penunjuk yang menunjukkan
perubahan 0,2 gram (terkecil yang dapat dilihat) maka dikatakan bahwa resolusi dari timbangan tersebut adalah 0,2 gram.
▪ Jika inkremennya kecil fine resolution
Deadband
“… jangkauan atau batas bawah/atas variabel ukur yang tidak dapat direspon perangkat ukur …”
Variabel ukur
Biasanya sebuah mempunyai sensitivitas yang rendah pada batas bawah jangkauan
▪ Penentuan nilai ukur dalam suatu skala bacaaan; biasanya menghasilkan output: tegangan, arus, frekuensi, tekanan, (flow) aliran.
▪ Langkah-langkah penting dalam kalibrasi:
1. Uji konstruksi instrumen dan tentukan semua input yang mungkin 2. Tentukan input yang akan diterapkan untuk kalibrasi instrumen
3. Siapkan peralatan yang mengijinkan semua input bervariasi di dalam rentang (range) yang diperlukan
4. Dengan menjaga beberapa input konstan, variasikan input lain, catat outputnya, susun hubungan (persamaan) input-output
▪ Kadang-kadang disebut bias; deviasi seragam dari titik titik pengukuran sebuah instrumen.
Ada 2 jenis:
1) Instrumental error: disebabkan oleh instrumen (friksi pada bearing, tegangan pegas/spring)
dihindari dengan:
(a)pemilihan instrumen yang tepat
(b)penerapan faktor koreksi setelah penentuan besarnya error
(c)kalibrasi instrumen terhadap alat standar.
2) Environmental error: disebabkan oleh kondisi eksternal (efek suhu, humiditas, tekanan
barometrik)
dihindari dengan:
(a)menyediakan penyejuk ruangan (AC)
(b)melapisi komponen tertentu dalam intrumen
(c)menggunakan perlindungan (shield) magnetik
Error yang tidak diketahui penyebabnya. Error ini biasanya kecil, dan mungkin dapat ditangani secara matematis menurut hukum probabilitas.
Sources of Error
1. Pengetahuan yang tidak cukup tentang parameter proses dan kondisi perancangan.
2. Perancangan yang pas-pasan (poor design) 3. Perubahan parameter proses
4. Perawatan yang tidak baik (poor maintenance)
5. Error karena manusia yang mengoperasikan instrumen 6. Keterbatasan perancangan
Contoh Situasi Engineering-Instrumentasi Pengukuran
“….Instrumentasi Pengukuran dipergunakan dari mulai hal-hal yang sederhana hingga yang sangat rumit …..”
pemantauan kondisi pada alat berat
Instrumen Cockpit
Fly by Wire
Kita lihat beberapa contoh
pemanfaatan instrumentasi pada beberapa situasi enjineering
“…dunia semakin modern ... semakin terukur dengan
Contoh Situasi Engineering-Instrumentasi Pengukuran
Instrumentasi Pada Wind Tunnel
Instrumentasi pada Wind Tunnel
Dua pertanyaan dasar:
• Apa yang harus diukur ? Dan Dimana mengukurnya ?
Secara umum : pengaruh angin pada object under test/ objek yang sedang diuji (OUT)
Angin : diukur di tunnel
1. Laju aliran
2. Kecepatan angin
3. Tekanan
4. Temperatur
5. Turbulensi
6. Kecepatan Fan
7. Power Fan
OUT : diukur di tunnel
1. Tekanan
2. Temperatur
3. Gaya (lift dan drag)
4. Getaran (vibrasi)
Contoh Situasi Engineering-Instrumentasi Pengukuran
Dimana mengukurnya ? laju aliran udara (dihitung)
temperatur
kecepatan dan power Fan
tekanan
kecepatan
Instrumentasi pada Object Under Test
Instrumentasi Pengukur Lain
Black Box
Cockpit Voice Recorder : Perekam suara pilot dan co-pilot
Instrumentasi Pengukur Lain
“… apabila kita ingin memperoleh gambaran tentang sesuatu dengan lebih presisi, maka kita perlu instrumen
untuk mengukur …….”
“… kita dapat memantau, mengendalikan, memprediksi, mengeksplorasi, ataupun bereksperimentasi dengan lebih
presisi, bila kita dapat mengukurnya …”
“….Ketika Anda dapat mengukur apa yang Anda bicarakan dan mengungkapkannya dalam jumlah, Anda tau tentang hal itu. Ini
mungkin awal pengetahuan, tapi Anda hamper tidak
