Taufiq Rochim Daftar Isi
1 METROLOGI GEOMETRIK. . . 1
2 SATUAN PENGUKURAN.. . . 1
3 BESARAN STANDAR PANJANG & KALIBRASI ALAT UKUR. . . 3
4 JENIS ALAT UKUR DAN CARA PENGUKURAN. . . 8
5 PRINSIP KERJA BERBAGAI JENIS ALAT UKUR GEOMETRIK.. . . 16
5.1 PENGUBAH MEKANIK (KINEMATIK). . . 18
5.2 PENGUBAH OPTOELEKTRIK. . . 20
5.3 PENUNJUK BERSKALA. . . 21
5.3.1 Skala Nonius (Nonius/Vernier Scale). . . 22
5.3.2 Skala Mikrometer. . . 24
6 SIFAT UMUM ALAT UKUR. . . 27
6.1 RANTAI KALIBRASI (CALIBRATION-CHAIN) & KETERLACAKAN (TRACEABILITY). . . 28
6.2 KECERMATAN (RESOLUTION).. . . 29
6.3 KEPEKAAN (SENSITIVITY). . . 30
6.4 KETERBACAAN (READABILITY). . . 31
6.5 HISTERISIS (HISTERYSIS). . . 31
6.6 KEPASIFAN / KELAMBATAN REAKSI (PASSIVITY). . . 32
6.7 PERGESERAN (SHIFTING, DRIFT). . . 32
6.8 KESTABILAN NOL (ZERO STABILITY). . . 32
6.9 PENGAMBANGAN / KETAKPASTIAN (FLOATING). . . 33
7 KESALAHAN/PENYIMPANGAN DALAM PROSES PENGUKURAN. . . 33
7.1 KETELITIAN DAN KETEPATAN.. . . 34
7.2 PENYIMPANGAN YANG BERSUMBER DARI ALAT UKUR. . . 36
7.3 PENYIMPANGAN YANG BERSUMBER DARI BENDA UKUR. . . 36
7.4 PENYIMPANGAN YANG BERSUMBER DARI POSISI PENGUKURAN. . . 37
7.5 PENYIMPANGAN YANG BERSUMBER DARI LINGKUNGAN. . . 40
7.6 PENYIMPANGAN YANG BERSUMBER DARI OPERATOR. . . 42
PLN Corporate University, bekerjasama dengan tim konsultan MPE (Mechanical Production Engineering) FTMD-ITB,
1 METROLOGI GEOMETRIK
Metrologi adalah ilmu pengukuran besaran teknik. Sesuai dengan jenis besaran yang diukur maka Metrologi Geometrik hanya berkaitan dengan besaran panjang. Berkaitan dengan Kualitas Geometrik komponen mesin/peralatan, metrologi geometrik ini berfungsi sebagai cara untuk mengukur apakah karakter (sifat) geometrik masih memenuhi spesifikasi geometrik yaitu acuan yang berupa toleransi geometrik. Sesuai dengan bentuk/geometri dan ukuran dari daerah toleransi yang diimajinasikan maka perlu dipilih cara/metoda dan alat ukur yang cocok/sesuai dengan kebutuhan. Metrologi geometrik berkembang sesuai dengan kemajuan proses pembuatan serta tuntutan atas kenaikan kualitas dari berbagai mesin & peralatan. Meskipun demikian, perlu disadari bahwa setiap proses pengukur-an pun serupa dengpengukur-an proses pembuatpengukur-an yaitu tidak lepas dari kemungkinpengukur-an terjadinya kesalahan. Oleh sebab itu, pemahaman atas ilmu & teknologi metrologi ini merupakan salah satu kunci untuk memajukan industri pemesinan pada khususnya dan industri mesin dan peralatan pabrik pada umumnya.
Metrologi Geometrik berkaitan dengan permasalahan pengukuran aspek geometri bagi suatu benda ukur yang meliputi dimensi (ukuran), bentuk, posisi, dan kekasaran permukaan (geometrical features:
dimension, form, position & surface roughness). Sementara itu, secara
internasional dikenal dua istilah sebagai istilah alternatif untuk istilah Metrologi Geometrik yaitu:
- Dimensional Metrology; Metrologi Dimensi: yang hanya menonjolkan satu aspek geometri yaitu ukuran atau dimensi.
- Industrial Metrology; Metrologi Industri: bisa dipilih bila ingin menonjolkan industri pemakainya yaitu Industri Mesin dan Peralatan Pabrik di mana komponen mesin & peralatan, dengan ciri ketelitian geometrik, dirancang dan dibuat (direkayasa). Istilah ini pun dapat dipakai bila ingin menonjolkan tanggung jawab sepenuhnya oleh industri yang
memanfaatkannya, sementara Metrologi Legal menonjolkan aspek
hukum untuk melindungi konsumen dari penyalahgunaan alat ukur dalam perdagangan.
Buku panduan ini dirancang untuk mengulas ruang lingkup atau cakupan ilmu dan teknologi metrologi geometrik/industri yang meliputi: - satuan pengukuran dan besaran standar panjang; termasuk pendefinisian
dan pengkalibrasian standar panjang praktis,
- jenis dan cara pengukuran; termasuk pembahasan mengenai klasifikasi umum alat ukur,
- konstruksi umum alat ukur; mengenai komponen-komponen utama yang membentuk alat ukur atau ulasan mengenai prinsip kerja alat ukur secara umum,
- beberapa definisi istilah yang penting mengenai sifat-sifat alat ukur, - penyimpangan yang dapat terjadi sewaktu proses pengukuran berlangsung;
definisi mengenai ketelitian dan ketepatan, sumber-sumber yang mengakibatkan penyimpangan dalam proses pengukuran,
Selain hal-hal yang disebut di atas, analisis hasil pengukuran juga merupakan hal penting untuk dikuasai. Suatu kesimpulan hanya bisa dikemukakan bila hasil analisis data ini kemudian diperbandingkan dengan acuan yakni spesifikasi mengenai masalah yang diukur (spesifikasi yang tercantum dalam gambar teknik).
2 SATUAN PENGUKURAN
Pengukuran dalam arti yang umum adalah membandingkan suatu besaran dengan besaran acuan/pembanding/referensi. Proses pengukur-an akpengukur-an menghasilkpengukur-an pengukur-angka ypengukur-ang diikuti dengpengukur-an nama besarpengukur-an acupengukur-an ini. Bila tidak diikuti nama besaran acuan maka hasil pengukuran menjadi tidak berarti. Perhatikan dua kalimat berikut.
- “Tinggi gedung itu tiga”.
Pada kalimat yang kedua digunakan nama besaran acuan sehingga kalimat tersebut menjadi bermakna. Akan tetapi, besaran acuannya (pohon kelapa) tidak menggambarkan suatu hal yang pasti sehingga masih menimbulkan keraguan. Oleh sebab itu diperlukan suatu besaran acuan yang bersifat tetap, diketahui, dan diterima oleh semua orang. Besaran tersebut harus dibaku-kan (distandardibaku-kan). Besaran standar yang dipakai sebagai acuan dalam proses pengukuran harus memenuhi syarat-syarat berikut:
- dapat didefinisikan secara fisik,
- jelas dan “tidak berubah dalam kurun waktu tertentu”, dan - dapat digunakan sebagai pembanding, di mana saja di dunia ini.
Besaran standar yang digunakan dalam setiap proses pengukuran dapat merupakan salah satu atau gabungan dari besaran-besaran dasar. Dalam sistem satuan yang telah disepakati secara internasional (SI units,
International System of units, Le Systeme Internasional d'unites) dikenal
tujuh besaran dasar. Setiap besaran dasar mempunyai satuan standar dengan simbol/notasi yang digunakan sebagaimana yang diperlihatkan pada tabel 1.
Tabel 1 Satuan standar bagi tujuh besaran dasar menurut sistem satuan internasional (SI units).
Besaran dasar Nama satuan standar Simbol Panjang Massa Waktu Arus listrik Temperatur termodinamika Jumlah zat Intensitas cahaya meter (meter) kilogram (kilogram) sekon/detik (second) amper (ampere) kelvin (kelvin) mol (mole) lilin (candela) m kg s A K mol cd Satuan tambahan Sudut bidang Sudut ruang radial (radian) steradial (steradian) rad Ì sr Ë Ì
Satu radial berarti sudut yang dinyatakan pada suatu bidang (dinamakan “sudut bidang”) di antara dua garis radius (jari-jari suatu lingkaran) yang memotong lingkaran sehingga panjang busur lingkaran yang terpotong sama dengan panjang radius lingkaran yang dimaksud. Karena keliling lingkaran sama dengan 2ð x radius maka 1E sama dengan 2ð/360 rad.
Ë
Satu steradial adalah “sudut ruang” yang bermula dari titik pusat bola yang memotong permukaan bola sehingga luasnya sama dengan luas segi empat dengan sisi sama dengan radius bola yang dimaksud.
Semua besaran standar dari setiap pengukuran yang bukan merupakan besaran dasar tersebut di atas adalah merupakan turunan (gabungan) dari beberapa besaran dasar. Contoh besaran turunan adalah seperti yang tercantum pada tabel 2.
Tabel 2 Contoh besaran turunan dengan satuan standarnya. Besaran turunan Nama satuan standar Simbol Luas bidang Volume Kecepatan Percepatan Gaya Tekanan Energi (kerja) Daya Potensial listrik Tahanan listrik meterpersegi meterkubik meterpersekon meter-per-sekonkuadrat newton pascal joule watt volt ohm m2 m3 m/s m/s2 N; kg.m/s2 Pa; N/m2 ; kg/(m.S2 ) J; N.m; kg.m2 /s2 W; J/s; kg.m2 /s3 V; W/A; kg.m2 /(s3 .A) Ù; V/A; kg.m2 /(s3 .A2 ) Untuk menyingkat penulisan (atau membulatkan) angka hasil pengukuran biasanya digunakan nama depan yang khusus dibuat untuk mengawali nama satuan standar. Dalam sistem satuan internasional ini dikenal beberapa nama depan yang berfungsi sebagai pernyataan hasil kali
Faktor pengali Nama depan Simbol Contoh 1018 1015 1012 109 106 103 102 101 -10-1 10-2 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15 10-18 eksa (exa) peta (peta) tera (tera) giga (giga) mega (mega) kilo (kilo) hekto (hecto) deka (deca) -desi (deci) senti (centi) mili (milli) mikro (micro) nano (nano) piko (pico) femto (femto) ato (atto) E P T G M k h da -d c m ì n p f a 1 kg = 103 g 1 MW = 106 W 1 cm = 10-2 m 1 mm = 10-3 m 1 ìm = 10-6 m 1 nm = 10-9 m Light-Standard
dengan bilangan pokok sepuluh bagi nama-nama satuan standar (baik untuk besaran dasar maupun turunan), lihat tabel 3.
Tabel 3 Pemakaian nama depan sebagai cara untuk menyin-gkat/membulatkan penulisan angka hasil pengukuran. Digunakan bilangan pokok sepuluh sebagai pengali/pembagi angka yang dinyatakan dengan satuan standar, baik untuk besaran dasar maupun besaran turunan.
Catatan; nama depan ini tidak boleh diulang meskipun yang diperuntukkan bagi satuan standar massa. Karena satuan standar besaran dasar massa adalah 1 kg maka, misalnya dalam menyatakan seribu kali 1 kg tidak boleh dituliskan dengan: 1 kkg
3 BESARAN STANDAR PANJANG & KALIBRASI ALAT UKUR
Untuk pengukuran geometrik besaran dasar yang digunakan adalah jelas, yaitu besaran panjang dengan satuan standar panjang yang diberi nama meter (m) serta satuan tambahan yaitu sudut bidang dengan nama derajat (E) atau radial (rad). Besaran panjang setara pentingnya dengan besaran dasar yang lain dan mungkin yang pertama dibutuhkan orang (bersama dengan besaran waktu) sejak beribu tahun yang silam karena menentukan aspek kehidupan yaitu berkaitan dengan ruang (space) dan waktu (time).
Pada sidang ke 17 General Conference on Weights & Measures (CGPM) 20 Oktober 1983 menetapkan:
“Satu meter adalah jarak (dimensi) yang ditempuh sinar (Laser Merah yang berasal dari gas Argon yang di-ion-kan yang distabilkan panjang gelombangnya) pada ruang hampa selama 1/299 792 458 sekon”. Pada definisi 1 meter di atas tercatat bahwa standar panjang dikaitkan dengan standar waktu (sekon). Hal ini sebetulnya bukan suatu hal yang baru karena pada tahun 1661 Christopher Wren (Inggris) mengajukan ide untuk menggunakan tali bandul waktu (setengah panjang tali bandul; pendulum dengan periode 0,5 sekon) sebagai standar panjang. Baru pada akhir abad ke 20 ini ide pengaitan standar panjang dengan standar waktu tersebut dapat diterima berkat kemajuan teknologi pengukuran besaran
Skala dan Kecermatan
panjang dan besaran waktu! . Besaran waktu ditetapkan (pada sidang ke 13 CGPM, 1967) sebagai berikut:
“Satu sekon adalah selang waktu yang dibutuhkan oleh 9 192 631 770 periode dari radiasi yang setara dengan perubahan dua tingkat
hiperfine pada kondisi ground bagi atom Caesium-133”.
Uraian di atas menggambarkan bagaimana usaha manusia untuk menyempurnakan proses pengukuran. Mengapa hal ini perlu dilakukan? Penguasaan ilmu & teknologi sebenarnya terletak pada kemampuan orang dalam menyatakan besarnya sesuatu dalam bentuk angka yang diyakini “kebenarannya”. Itulah hakekat dari menyempurnakan proses pengukuran. Dengan hanya memandang definisi pengukuran (perbandingan dengan besaran acuan) dan definisi meter (jarak yang ditempuh cahaya selama suatu saat) kelihatannya mustahil untuk melakukan pengukuran atas dimensi suatu produk. Memang, dalam prakteknya pengukuran tidak dilakukan dengan secara langsung membandingkan dengan standar meter melainkan digunakan alat pembanding yaitu alat ukur.
Pada bermacam-macam jenis alat ukur akan ditemukan skala ukuran. Skala tersebut menunjukkan satuan panjang yang berupa bagian dari meter, dapat merupakan milimeter ataupun mikrometer yang menunjuk-kan kecermatan alat ukur yang bersangkutan. Berdasarmenunjuk-kan skala ini dapat dibaca berapa panjang atau dimensi suatu objek ukur".
Tentu saja alat ukur, yang direncanakan dengan prinsip kerja tertentu dan dibuat sebaik mungkin, harus dipakai dengan betul supaya harga yang ditunjukkan pada skala ukuran adalah sesuai dengan harga besaran yang diukur. Bila hal ini tak dipenuhi maka akan terjadi kesalahan (error). Kesalahan dapat diakibatkan oleh salah satu atau gabungan berbagai faktor antara lain:
1 kekeliruan pelaksanaan proses pengukuran,
2 kekurangsaksamaan pengontrolan jalannya proses pengukuran (adanya pengaruh perubahan besaran lain), dan
3 kesalahan pada alat ukurnya (ketidakbenaran skalanya).
Faktor pertama dan kedua di atas perlu dihindari dengan jalan mempelajari teknologi pengukuran (yang merupakan ulasan utama buku ini). Faktor ketiga dapat dihindari dengan melakukan kalibrasi (calibration).
! Dengan definisi satuan panjang dan satuan waktu yang terkait maka sebenarnya kita tidak memerlukan satuan panjang. Dengan imajinasi jarak yang ditempuh oleh sinar laser merah selama satuan waktu tertentu maka terdefinisikan panjang yang dimaksud.
Misalnya, kertas A4 yang distandarkan ukuran panjang x lebar-nya sebesar 29.7 cm x 21 cm bila dinyatakan dalam “satuan waktu” menjadi 99.068 53 ns x 70.048 45 ns (nano sekon). Jika kita sepakat, ukuran kertas A4 dapat didefinisikan ulang dengan membulatkan ukurannya menjadi 99 ns x 70 ns atau mengikuti aturan “bilangan yang disenangi” (preferred number) misalnya 100 ns x 63 ns (atau 100 ns x 71 ns) yaitu sesuai dengan tingkatan deret ukur 10 1/20
(R20, ISO Preferred Number).
Tetapi, angka “yang disenangi” malahan akan menimbulkan kesulitan, sebab kita telah “terlanjur sayang sama meter”. Perlukah dan maukah pengusaha kertas mengubah (bukan merubah!, sebab siapa yang ingin menjadi rubah alias musang?) mesin pemotong kertasnya? Maukah pabrik Laser Printer mengubah ukuran tempat kertasnya? Maukah pakar fisika mendefinisikan ulang satuan Joule? Bagaimana halnya bila satuan sekon diubah definisinya?
Catatan: Bagi pertanyaan jarak antara Bandung dan Jakarta umumnya orang akan menjawabnya dengan perkiraan ukuran jarak tempuh mobil (yang melaju secara wajar di jalan bebas hambatan pada kondisi normal) misalnya 3 ½ jam. Karena kecepatan mobil bisa berubah-ubah dan kondisi jalan (kelancaran-kemacetan) pun berubah-ubah maka dapat dikatakan ketepatan perkiraan jarak Bandung-Jakarta ini misalnya ± 1 jam.
Renungan: “waktu” sebenarnya memiliki derajat yang lebih tinggi daripada “panjang” dan Tuhan pun bersumpah demi waktu .. ( bukan: demi panjang.. ).
Demi waktu. Sesungguhnya manusia itu benar-benar dalam kerugian, kecuali orang-orang yang beriman dan beramal soleh dan saling menasehati supaya mentaati kebenaran dan saling menasehati supaya tetap dalam kesabaran. (Al'Ashr; Waktu/Masa)
" Benda ukur merupakan produk atau komponen mesin yang menjadi objek pengukuran. Pemakaian istilah objek ukur dimaksudkan untuk memperjelas bahwa hanya pada bagian-bagian tertentu dari benda ukur dilakukan suatu pengukuran. Suatu benda ukur dapat mempunyai lebih dari satu objek
Kalibrasi Kalibrasi dan Kecermatan Rantai-Kalibrasi dan Keterlacakan Kalibrasi memerlukan Standar pada mana toleransi dinyatakan Konsekuensi pemakaian alat-ukur yang tak-teliti Kecermatan penggaris
Kalibrasi! harus dilakukan dengan prosedur tertentu karena pada hakekatnya mengalibrasi serupa dengan mengukur yaitu membandingkan alat ukur (skalanya atau harga nominalnya) dengan acuan yang dianggap
lebih benar. Acuan yang dianggap benar absolut boleh dikatakan tak ada.
Sementara itu, yang dimaksud dengan istilah lebih benar di sini mengandung makna praktis.
Tidaklah praktis jika penggaris dengan kecermatan 1 mm harus dikalibrasi dengan memakai Laser Interferometer yang mampu membaca
kesalahan sampai orde 1 nm (buat apa Anda ingin mengetahui kesalahannya
sampai sekecil itu jika penggaris yang Anda pakai hanya mampu menunjuk-kan harga terkecil sampai 1 mm ?). Jadi, kalibrasi umumnya dilakumenunjuk-kan sesuai dengan kecermatan alat ukur ybs. Yaitu, dengan membandingkan dengan alat ukur lain yang satu atau beberapa tingkat lebih tinggi kecermatan dan kebenaran skalanya.
Untuk mempermudah kalibrasi diperlukan alat ukur acuan yang cocok, disesuaikan dengan konstruksi alat ukur ybs. Selanjutnya alat ukur acuan ini pun harus pula telah dikalibrasi dengan menggunakan alat ukur acuan lain yang lebih tinggi tingkat kebenarannya (lebih teliti). Hal ini diterapkan secara bertahap sehingga sampai pada pemakaian standar meter seperti yang didefinisikan secara internasional. Dengan demikian,
terbentuk rantai-kalibrasi (calibration chain) mulai dari alat ukur kerja, alat
ukur standar kerja, alat ukur standar, alat ukur standar utama, alat ukur
standar nasional, dan standar meter internasional". Jika suatu alat ukur kerja
misalnya pernah dikalibrasi dengan alat ukur standar kerja yang juga pernah dikalibrasi dengan alat ukur lain yang lebih tinggi (dan seterusnya...) maka dikatakan alat ukur ybs. mempunyai aspek keterlacakan (keterusutan, ketelusuran; traceability) sampai ke suatu tingkat tertentu.
Pada suatu tingkat rantai-kalibrasi, selain kalibrasi harus dilakukan dengan prosedur yang benar, data hasil kalibrasi harus dianalisis dengan metoda yang diyakini kebaikannya (metoda statistik). Dengan cara ini dapat ditarik kesimpulan yang sebaik-baiknya mengenai ketelitian alat ukur ybs. Kesalahan yang ada/tercatat perlu dibandingkan dengan toleransi yang diizinkan sesuai dengan tingkat ketelitian kalibrasi. Hal ini diatur sesuai dengan standar nasional misalnya SNI (Standar Nasional Indonesia), JIS (Japan Industrial Standard), DIN (Deutsches Institut fur Normung), dsb.
Bagi alat ukur panjang yang digunakan dalam perdagangan peneraannya (proses kalibrasi dan pemberian tanda/tera) diatur secara khusus oleh Departemen Perdagangan dan Koperasi (sebelum disatukan dengan Departemen Perindustrian; Dirjen Perdagangan Dalam Negri, Direktorat Metrologi yang dituangkan dalam UUML; Undang-Undang Metrologi Legal). Dalam hal yang terakhir ini mencakup segi hukum guna melindungi konsumen dari akibat penyalahgunaan alat ukur.
Meskipun tidak sampai mencakup aspek legal, penggunaan alat ukur yang tidak teliti (tak benar) bagi keperluan industri jelas harus dihindari. Sebab, pengguna alat ukur (dalam hal ini produsen) akan menanggung akibatnya secara langsung yaitu dengan merosotnya mutu geometrik produk. Komponen mesin/ peralatan mungkin tak bisa dirakit dengan baik ataupun fungsi mesin/peralatan akan terganggu. Bukankah mutu geometrik menentu-kan mutu fungsional mesin/peralatan?
Skala adalah susunan garis sejajar yang jarak antara garis-garis tersebut dibuat sama. Jarak ini memiliki arti tertentu jika dikaitkan dengan alat ukur pada mana skala tersebut digunakan. Pada penggaris yang biasa Anda pakai skalanya mempunyai kecermatan (resolution) sebesar 1 mm, karena jarak antara garis-garisnya dibuat sebesar 1 mm.
! Sering kata kalibrasi ini digantikan dengan kata peneraan. Sebenarnya kata peneraan berarti
penandaan. Karena badan resmi pemerintah, yang menangani kalibrasi alat ukur yang digunakan
dalam perdagangan, selalu memberi tanda (tera) pada alat ukur yang telah dikalibrasi secara sah maka istilah peneraan menjadi terkenal menggantikan istilah kalibrasi.
" Nama-nama ini hanya sekedar menunjukkan urutan tingkat ketelitian (kebenaran). Dalam prakteknya perincian nama atau urutan bisa berubah tergantung dari jenis alat ukur dan kebutuhan.
“Pembacaan” skala Melakukan Interpolasi Upaya untuk menjaga sifat keterlacakan ketelitian proses pengukuran
Penggaris digunakan dengan cara menempelkan pada objek ukur yang akan diukur panjangnya. Pengguna akan mengusahakan salah satu garis skala (biasanya garis mula dengan tanda nol; ujung kiri) berimpit pada salah satu tepi objek ukur. Panjang objek ukur “dibaca” dengan melihat tepi lain (kanan) dari objek ukur berimpit dengan garis skala yang ke berapa (biasanya “jatuh” pada garis skala yang diberi angka ditambah dengan beberapa garis lagi di sebelah kanannya). Jika tepi objek ukur tidak pas (“benar-benar”) berimpit dengan garis skala maka orang akan membulatkan ke atas (misalnya 39 mm) atau memenggalnya ke bawah(misalnya 38 mm bila ia tidak ingin menyatakan harga kelebihannya dengan cara mengira-ngira (melakukan “interpolasi”; misalnya dengan menyatakan 38.(8)! mm ).
Untuk mengkalibrasi alat ukur biasanya digunak an blok ukur (gauge block/slip gauge) yaitu balok (berpenampang) segi empat, umumnya dibuat dari baja karbon (atau karbida), di mana jarak antara dua sisinya telah diketahui. Dengan menyusun macam blok ukur dari bermacam-macam ukuran maka praktis dapat dibuat ukuran panjang sebagaimana yang dikehendaki. Salah satu pemakaian blok ukur adalah sebagai acuan dalam pengukuran tak langsung seperti yang diperlihatkan gambar 1. Selanjutnya, blok ukur-blok ukur tersebut dapat dikalibrasi dengan memakai prinsip interferometer (Köster Interferometer, lihat gambar 2) yang menggunakan sinar secara langsung sebagai standar panjang. Panjang gelombang dari beberapa sinar yang dipakai dapat ditentukan secara fisik (dengan menggu-nakan spektrometer) sehingga diketahui hubungannya dengan standar meter seperti yang didefinisikan di atas.
Gambar 1 Satu blok ukur atau susunan beberapa blok ukur dapat dijadikan acuan dalam pengukuran tinggi objek ukur secara tak langsung.
Dengan kemajuan teknologi pengukuran besaran panjang saat ini secara meluas telah digunakan Laser Interferometer yang memiliki kecermatan yang tinggi. Jenis yang dipasarkan misalnya HP Laser Inter-ferometer (HP 55286/8A) yang digunakan di ruang yang tak terlalu terkondisi-kan aterkondisi-kan memiliki kecermatan sampai 1 ìm. Jika Laser Interferometer ini dipakai di ruang yang sangat terkondisikan (temperatur, tekanan, dan kelembabannya) maka indeks bias udara bisa dianggap tak berubah dan kecermatan pengukuran bisa naik (lebih kecil daripada 0.1 ìm; karena ketelitian/ketidaksalahannya dapat diketahui lebih kecil daripada 0.01 ìm). Selain digunakan sebagai alat ukur pengkalibrasi juga dapat digunakan sebagai alat ukur jarak dengan kapasitas ukur yang cukup besar (sekitar 30 m). Gambar 3 adalah contoh pemakaian Laser Interferometer untuk mengkalibrasi ketelitian dan ketepatan pemosisian mesin perkakas NC.
! Angka satuan terkecil hasil pengukuran dengan cara interpolasi harus dituliskan dalam tanda kurung! Jika hal ini tidak dilakukan maka orang lain yang membaca laporan sipengukur akan mengira bahwa alat ukur yang dipakainya mempunyai kecermatan sebesar 0.1 mm.
Gambar 3 Ketelitian dan ketepatan gerakan sumbu mesin NC (sumbu translasi X, Y, Z) atas aspek pemosisian, kesejajaran, dan ketegaklurusannya dapat diperiksa dengan memakai Laser Interferometer.
Gambar 2 Köster Interferometer yang dimanfaatkan untuk mengkalibrasi blok-ukur (gauge/
gage block). Meja di atas mana blok ukur diletakkan diatur sedikit miring. Akibatnya,
terjadi interferensi yang terlihat sebagai garis-garis di permukaan meja dan di permukaan blok ukur. Berdasarkan posisi garis-garis ini, yang bisa menyatu atau sedikit menggeser, dilakukan interpolasi posisi garis di atas permukaan blok ukur terhadap garis di permukaan meja. Melalui perbandingan hasil yang diperoleh dari misalnya 3 berkas dengan spektrum yang berbeda dapat diketahui perbedaan tebal (ketinggian) blok-ukur terhadap harga nominalnya.
4 JENIS ALAT UKUR DAN CARA PENGUKURAN
Alat ukur geometrik bisa diklasifikasikan menurut prinsip kerja, kegunaan, atau sifatnya. Dari cara klasifikasi ini yang lebih sederhana adalah klasifikasi menurut sifatnya, di mana alat ukur geometrik dibagi menjadi 5 jenis dasar dan 2 jenis turunan yaitu,
Jenis Dasar:
1 Alat ukur langsung; yang mempunyai skala ukur yang telah dikalibrasi. Kecermatannya rendah s.d. menengah (1 s.d. 0.002 mm). Hasil pengukuran dapat langsung dibaca pada skala tersebut.
2 Alat ukur pembanding/komparator; yang mempunyai skala ukur yang telah dikalibrasi. Umumnya memiliki kecermatan menengah ($ 0.01 mm; cenderung disebut pembanding) s.d. tinggi ($ 0.001 mm; lebih sering dinamakan komparator) tetapi kapasitas atau daerah skala ukurnya terbatas. Alat ukur ini hanya digunakan sebagai pembacaan besarnya selisih suatu dimensi terhadap ukuran standar.
3 Alat ukur acuan/standar; yang mampu memberikan atau menunjukkan suatu harga ukuran tertentu. Digunakan sebagai acuan bersama-sama dengan alat ukur pembanding untuk menentukan dimensi suatu objek ukur. Dapat mempunyai skala seperti yang dimiliki alat ukur standar yang dapat diatur harganya atau tak memiliki skala karena hanya mempunyai satu harga nominal.
4 Alat ukur batas (kaliber); yang mampu menunjukkan apakah suatu dimensi, bentuk, dan/atau posisi terletak di dalam atau di luar daerah toleransinya. Dapat memiliki skala, tetapi lebih sering tak mempunyai skala karena memang dirancang untuk pemeriksaan toleransi suatu objek ukur yang tertentu (khas, spesifik).
5 Alat ukur bantu; yang tidak termasuk sebagai alat ukur dalam arti yang sesungguhnya akan tetapi memiliki peranan penting dalam pelaksanaan suatu proses pengukuran geometrik.
Jenis Turunan:
Dua jenis turunan berikut dapat merupakan salah satu dari tiga jenis pertama di atas atau gabungannya, yakni:
6 Alat ukur khas (khusus, spesifik); yang dibuat khusus untuk mengukur geometri yang khas misalnya kekasaran permukaan, kebulatan, profil gigi suatu roda-gigi dsb. Termasuk dalam kategori ini adalah yang dirancang untuk kegunaan tertentu, misalnya Köster Interferometer untuk mengkalibrasi blok ukur. Selain mekanismenya yang khas, alat ukur jenis ini dapat memiliki skala dan dapat dilengkapi alat pencatat atau penganalisis data.
7 Alat ukur koordinat; yang memiliki sensor yang dapat digerakkan dalam ruang. Koordinat sensor dibaca melalui tiga skala yang disusun seperti koordinat kartesian (X,Y,Z). Dapat dilengkapi dengan sumbu putar (koordinat polar). Memerlukan penganalisis data titik-titik koordinat untuk diproses menjadi informasi yang lebih jelas (diameter lubang, jarak sumbu dsb.).
Menghadapi masalah pengukuran membuat kita berpikir untuk menetapkan metoda atau cara pengukuran yang terbaik dan jenis alat ukur menurut sifatnya seperti di atas dipilih. Berdasarkan hal ini, maka proses pengukuran pun bisa diklasifikasikan sebagai berikut,
1 Proses pengukuran langsung, 2 Proses pengukuran tak langsung,
3 Proses pemeriksaan toleransi (dengan kaliber batas), 4 Proses perbandingan dengan bentuk acuan (standar), 5 Proses pengukuran geometri khusus, dan
6 Proses pengukuran dengan mesin ukur koordinat.
Ke empat jenis proses pengukuran ini diilustrasikan dengan contoh pada gambar 4. Sementara itu, gambar 5 adalah contoh pengukuran geometri khusus misalnya kebulatan dan profil suatu gigi roda-gigi, dan gambar 6 memperlihatkan mesin ukur koordinat (MUK; CMM; Coordinate Measuring
Machine).
Pengukuran langsung
Adalah proses pengukuran dengan memakai alat ukur langsung. Hasil pengukuran dapat langsung terbaca. Merupakan cara yang lebih dipilih jika seandainya hal ini dimungkinkan. Proses pengukuran dapat cepat
diselesaikan. Alat-ukur-langsung umumnya memiliki kecermatan yang rendah! dan pemakaiannya dibatasi yaitu:
- karena daerah toleransi # kecermatan alat ukur,
- karena kondisi fisik objek ukur yang tak memungkinkan digunakannya alat-ukur-langsung, atau
- karena tidak cocok dengan imajinasi ragam daerah toleransi (tak sesuai dengan jenis toleransi yang diberikan pada objek ukur misalnya toleransi bentuk dan posisi sehingga memerlukan proses pengukur-an khusus").
Contoh pengukuran langsung adalah pengukuran tebal objek ukur dengan memakai mikrometer, lihat gambar 4 a.
Gambar 4
Proses pengukuran geometrik dapat dilaksana-kan secara langsung (a), tak langsung (b), pemeriksaan dengan kaliber batas (c), atau perbandingan dengan bentuk acuan (d). Berdasar-k an ilustrasi ini dapat disimpulkan bahwa tekno-logi pengukuran geometrik harus dirancang/dipilih se-suai dengan masalah yang dihadapi, supaya efektif dan efisien. Efektif bermakna menghasilkan data peng-ukuran/pemeriksaan yang dapat diyakini kebenaran dan keterulangannya. Efisi-en berarti dapat dilakukan dengan usaha yang benar dan dapat dipertanggung-jawabkan cara pelaksanaan-nya.
Pengukuran tak langsung
Merupakan proses pengukuran yang dilaksanakan dengan memakai beberapa jenis alat ukur yaitu dari jenis pembanding/komparator, standar dan bantu. Perbedaan harga yang ditunjukkan oleh skala alat ukur pembanding sewaktu objek ukur dibandingkan dengan ukuran standar (pada alat ukur standar) dapat digunakan untuk menentukan dimensi objek ukur. Karena alat ukur pembanding umumnya memiliki kecermatan yang tinggi, sementara itu alat ukur standar memiliki kualitas (ketelitian) yang bisa diandalkan maka proses pengukuran tak langsung dapat dilaksanakan sebaik mungkin untuk menghasilkan harga yang cermat serta dapat dipertanggungjawabkan (teliti dan tepat). Proses pengukuran tak langsung umumnya berlangsung dalam waktu yang relatif lama. Contoh pengukuran semacam ini ditunjukkan pada gambar 4 b, dengan alat ukur pembanding jenis pupitas (dial test indicator)
! Kecuali Laser Interferometer yang bisa dikategorikan sebagai alat ukur langsung dengan sifat khusus yaitu kecermatannya sangat tinggi dengan kapasitas ukur yang besar, tetapi relatif sulit untuk diterapkan.
" Proses pengukuran kekasaran permukaan dapat dikategorikan sebagai pengukuran langsung dengan alat ukur khusus yang dirancang untuk menanganinya, demikian pula dengan beberapa jenis alat ukur bentuk dan posisi seperti pengukuran kebulatan.
yang dipasangkan pada dudukan-pemindah (transfer stand; sebagai alat ukur bantu), alat ukur standar dari jenis kaliber-induk-tinggi (height master; yang memiliki skala pengatur ketinggian muka-ukur) dan meja-rata (surface plate) sebagai alat ukur bantu.
Pemeriksaan dengan kaliber batas
Dinamakan sebagai proses pemeriksaan karena tidak menghasilkan data angka (numerik) seperti halnya yang dihasilkan proses pengukuran. Pemeriksaan dilakukan untuk memastikan apakah objek ukur (objek pemeriksaan) memiliki harga yang terletak di dalam atau di luar daerah toleransi ukuran, bentuk, dan/atau posisi. Objek ukur akan dianggap baik bila terletak di dalam daerah toleransi dan dikatakan jelek bila batas materialnya (permukaannya) berada di luar daerah toleransi yang dimaksud. Proses pemeriksaan berlangsung cepat dan cocok untuk menangani pemeriksaan kualitas geometrik produk hasil proses produksi massal. Gambar 4 c merupakan contoh proses pemeriksaan toleransi lubang dengan memakai kaliber poros (go & not go gauges).
Perbandingan dengan bentuk acuan
Bentuk suatu produk (misalnya profil ulir atau roda gigi) dapat dibandingkan dengan suatu bentuk acuan yang ditetapkan atau dibakukan (standar) pada layar dari alat ukur proyeksi. Kebenaran bentuk konis dapat diperiksa dengan menggunakan kaliber Konis. Pada prinsipnya pemeriksaan seperti ini tidaklah menentukan dimensi ataupun toleransi suatu benda ukur secara langsung, akan tetapi lebih kepada menentukan tingkat kebenarannya bila dibandingkan dengan bentuk standar, lihat contoh pada gambar 4 d. Pengukuran geometri khusus
Berbeda dengan pemeriksaan secara perbandingan, pengukuran geometri khusus benar-benar mengukur geometri ybs. Dengan memperhati-kan imajinasi daerah toleransinya, alat ukur dan prosedur pengukuran dirancang dan dilaksanakan secara khusus. Berbagai masalah pengukuran geometri umumnya ditangani dengan cara ini, misalnya kekasaran permuka-an, kebulatan poros atau lubang, geometri ulir, dan geometri roda gigi. Gambar 5 memperlihatkan contoh pengukuran kebulatan dan roda-gigi. Gambar dengan keterangan yang diberikan dimaksudkan untuk menunjuk-kan contoh kerumitan dan kedalaman permasalahan pengukuran geometri. Teknologi seperti ini, yang akan diulas lebih lanjut pada bab 4, perlu dikaji dan dipahami sepenuhnya. Dengan menghayati pengukuran maka
peran-cangan dan pembuatan berbagai komponen mesin dan peralatan pabrik akan lebih mudah untuk dikuasai.
Selain berdasarkan sifatnya yang menghasilkan klasifikasi dasar dan klasifikasi turunan dengan 7 jenis alat ukur seperti yang telah diulas di muka, cara klasifikasi lain mengenai alat ukur geometrik adalah menurut prinsip kerja-utama yaitu: 1 Mekanik 2 Elektrik 3 Optik 4 Hidrolik 5 Fluidik
6 Pneumatik atau Aerodinamik
Beberapa jenis alat ukur menggunakan prinsip kerja gabungan seperti:
- Elektromekanik (elektrik + mekanik), - Optomekanik (optik + mekanik), - Optoelektrik (optik + elektrik), - Pneumatikmekanik, dsb.
Prinsip kerja gabungan, yang diterapkan untuk alat ukur geometrik dan besaran teknik lainnya, sebagai sistem pengukuran mandiri maupun yang tergabung menjadi suatu sistem kontrol, ditambah dengan pengolahan data dengan pemanfaatan komputer, saat ini telah berkembang semakin jauh menjadi bidang teknologi mandiri yang sering dinamakan dengan Mekatro-nik.
Gambar 5 a Pengukuran Geometri Khusus;
Contoh profil kebulatan sebagai hasil pengukuran dengan alat ukur kebulatan dapat dianalisis berdasarkan empat cara yaitu cara lingkaran luar minimum, lingkaran dalam maksimum, lingkaran daerah minimum (MRZ) dan lingkaran kuadrat terkecil (masing-masing bisa menghasilkan harga parameter kebulatan ªR yang berbeda). Menurut ISO cara analisis MRZ (Minimum Radial Zone) adalah sesuai dengan maksud dari toleransi kebulatan; perhatikan pernyataan toleransi kebulatan seperti yang diperlihatkan pada gambar 5 d.
Gambar 5 b Pengukuran Geometri Khu-sus;
Kebulatan hanya bisa diukur dengan benar dengan alat ukur kebulat-an jenis sensor putar atau meja putar. Berdasarkan profil kebulatan yang tere-kam pada grafik polar bisa ditentukan harga parameter kebulatannya (lihat gambar 5 a). Jenis sensor putar bisa digunakan untuk mengukur benda yang panjang dan berat. Titik berat benda tidak perlu harus berimpit dengan sumbu putar sensor, lihat gambar di samping. Pemakaian jenis meja putar dibatasi oleh berat benda serta titik beratnya tidak bisa terlalu jauh terhadap sumbu putar. Meskipun demikian, jenis meja putar (lihat gambar 5 c) lebih mudah dalam pemakaiannya (penye-telan kemiringan dan kesenteran benda ukur). Penggabungan gerakan translasi sensor dapat dilakukan sehingga bisa digunakan untuk pengukuran kelurusan serta kesalahan bentuk yang lain, lihat gambar 5 d. Pemakaian komputer untuk analis data memang sangat membantu seperti halnya dalam pengukuran kebulatan.
Gambar 5 c Pengukuran Geometri Khusus;
Contoh alat ukur kebulatan jenis meja putar.
Gambar 5 d
Pengukuran Geometri Khusus; Dengan alat ukur kebulat-an jenis meja putar dimungkinkkebulat-an pengukuran berbagai kesalahan bentuk. Misalnya, kebulatan, k esejajaran, k etegak lurusan, kesamaan sumbu dan kelurusan.
Gambar 5 e Pengukuran Geometri Khusus;
Contoh metrologi Roda-Gigi. Kesalahan Pits (jarak antar gigi) dapat diperiksa dengan lebih praktis dengan mengukurnya pada lingkaran dasar. Kesalahan pits ini perlu dibatasi terutama bagi roda-gigi penerus daya dan penerus putaran yang teliti. Sementara itu, profil gigi yang berupa involute dapat diukur dengan alat ukur profil. Kesalahan bentuk profil involute ini akan mengurangi keandalan roda-gigi dan kebisingan akan timbul jika roda gigi ybs. dioperasikan.
Pengukuran dengan Mesin Ukur Koordinat
Seperti dengan namanya, alat ukur (lebih cocok dinamakan mesin ukur karena dimensinya yang relatif besar dan dioperasikan dengan prosedur tertentu) memiliki tiga sumbu gerak yang membentuk sumbu koordinat kartesian (X,Y,Z). Sensor alat ukur dapat digerakkan pada sumbu ini secara
manual dan mungkin juga secara otomatik mengikuti program gerakan
pengukuran yang tersimpan dalam komputer pengontrolnya. Setiap sumbu memiliki alat ukur jarak dari jenis inductosyn, photocosyn, atau
optical-grating.
Gambar 6 a Pengukuran dengan Mesin Ukur Koordinat (MUK);
MUK (CMM; Coordinate Measuring Machine) merupakan alat ukur geometrik modern dengan memanfaatkan komputer untuk mengontrol gerakan sensor relatif terhadap benda ukur serta untuk menganalisis data pengukuran. Berbagai rancangan mesin dibuat sesuai dengan kebutuhan, demikian pula dengan jenis sensor yang bisa merupakan sensor kontak atau sensor scanning. Proses pengukuran yang rumit bisa dilaksanakan dengan relatif mudah dan cepat. Meskipun demikian, tetap dibutuhkan operator yang mempunyai keahlian dan keterampilan di bidang metrologi geometrik.
Gambar 6 b Pengukuran dengan Mesin Ukur Koordinat (MUK);
Berbagai jenis CMM dapat diadakan dipilih/disesuaikan dengan jenis pekerjaan yang banyak ditangani di mana ukuran dan ketelitian memegang peranan. Sementara itu, jenis sensor dapat dibeli terpisah. Selain itu, perlu juga dipertimbangkan kemampuan software yang dimiliki CMM untuk mempermudah analisis pengukuran serta berbagai program statistik yang dimanfaatkan dalam pengontrolan kualitas geometrik.
Gambar 6 c Pengukuran dengan Mesin Ukur Koordinat (MUK);
Tergantung pada kecanggihan software yang dimiliki CMM maka proses pengukuran geometri benda ukur akan lebih dipermudah. Pada contoh di atas suatu sistem koordinat benda ukur dapat diaktifkan melalui proses penggeseran dan pemutaran sumbu koordinat ( A s.d. D ).
Kecermatan alat ukur dipilih berdasarkan besar-kecilnya daerah toleransi objek ukur
Sebagai bagian dari ilmu mekatronik, berbagai jenis prinsip kerja alat ukur geometrik ini akan diulas dalam beberapa sub-bab berikut. Pembahasan dititikberatkan pada aspek kecermatan dan pemakaiannya guna mendukung ide penyebarluasan pemahaman yang benar atas berbagai istilah dalam pengukuran termasuk dua istilah penting yaitu ketelitian (accuracy) dan ketepatan (precision).
Metrologi geometrik dapat dipelajari dan dikembangkan dengan lebih mudah melalui klasifikasi masalah pengukuran yaitu,
1 Masalah pengukuran linier, 2 Masalah pengukuran sudut,
3 Masalah pengukuran kesalahan bentuk & posisi, 4 Masalah pengukuran ulir,
5 Masalah pengukuran roda-gigi, 6 Masalah pengukuran secara optik,
7 Masalah pengetesan geometrik mesin perkakas, dan
8 Masalah pemakaian mesin ukur koordinat (CMM),Coordinate Measuring Machine).
5 PRINSIP KERJA BERBAGAI JENIS ALAT UKUR GEOMETRIK
Alat ukur geometrik yang paling sederhana adalah mistar/penggaris yang mempunyai garis-garis skala ukuran. Penggaris ditempelkan pada benda ukur dan diatur posisinya sehingga skalanya berimpit dengan objek
ukur (bagian benda ukur yang akan diukur panjangnya). Penggaris
digeser-kan ke kiri-digeser-kanan sampai angka nol skala menjadi segaris dengan salah satu tepi/ujung benda ukur dan tepi/ujung yang lain dimanfaatkan sebagai penunjuk pada skala sehingga panjang benda ukur akan terbaca. Proses pengukuran panjang yang sederhana seperti ini hampir pasti akan dilakukan setiap orang dengan saksama, tidak tergesa-gesa, demi untuk mencapai hasil yang kebenarannya dapat dipertanggungjawabkan. Setiap orang tak akan mau memakai penggaris yang bengkok atau yang skalanya rusak tak terbaca.
Jika memang hanya dibutuhkan kecermatan pengukuran sampai dengan 1 mm maka alat ukur penggaris ini memang memadai. Tukang kayu umumnya cukup memakai penggaris dengan kecermatan 1 mm untuk mengerjakan pintu-rumah. Bila dalam membuat ketebalan papan pintu tersebut ia diharuskan memakai alat ukur, misalnya mistar-ingsut dengan kecermatan 0.05 mm, pengerjaan papan pintu akan menjadi lebih lama. Tukang kayu akan lebih sibuk mengukur dan mengasah papan kayu sampai komponen pintu yang dibuat ini memiliki ketebalan yang sama atau mende-kati ukuran yang diinginkan dengan kecermatan ukuran 0.05 mm.
Berdasarkan uraian di atas dapat disimpulkan bahwa dalam proses pengukuran diperlukan:
- alat ukur yang berfungsi dengan baik dengan kecermatan yang memadai disesuaikan dengan permintaan. Dalam pembuatan komponen mesin/peralatan permintaan in tertera pada gambar teknik/mesin yaitu spesifikasi geometrik dengan beragam jenis toleransi geome-trik,
- pelaksanaan pengukuran yang saksama dengan prosedur tertentu untuk menghindarkan terjadinya kesalahan pengukuran,
- pengukuran yang tak hanya dilakukan setelah produk selesai dibuat tetapi juga dilaksanakan sewaktu produk sedang dibuat. Bila perlu mesin perkakas diatur/di-stel untuk memastikan apakah elemen geometrik telah mencapai ukuran dalam batas-batas toleransinya.
Sebagai petunjuk umum, kecermatan alat ukur sebaiknya sekitar 1/10 daerah toleransi objek ukur!. Sebagai contoh, suatu poros dengan ukuran:
ö 65 g6 atau mm
sebaiknya diukur dengan komparator dengan kecermatan # 0.002 mm.
Bentuk objek ukur dan daerah toleransi yang diimajinasikan yang diberlakukan pada objek ukur serta tingginya kecermatan yang diinginkan memerlukan suatu alat ukur geometrik yang mungkin harus dirancang secara khusus. Hal ini membuat ragam alat ukur menjadi banyak, masing-masing dengan cara kerja yang dapat berlainan. Alat ukur akan lebih mudah
digunakan bila si pengukur (operator) memahami cara kerja alat ukur.
Prinsip kerja alat ukur geometrik dapat lebih mudah diterangkan melalui komponen utamanya yaitu sensor, pengubah, dan penunjuk/pen-catat serta pengolah data.
SENSOR
Sensor adalah “peraba” alat ukur, yaitu yang menghubungkan alat ukur dengan objek/benda ukur. Ujung-ujung kontak mikrometer, ke dua lengan mistar ingsut (vernier caliper), jarum alat ukur kekasaran permukaan adalah merupakan contoh sensor mekanik. Sistem lensa (objektif) dapat dimanfaatkan sebagai sensor optik. Suatu poros dengan lubang-lubang kecil, melalui mana udara tekan mengalir keluar, adalah contoh sensor pneumatik. Sensor mekanik umumnya merupakan jenis sensor kontak, sementara sensor optik dan pneumatik adalah contoh jenis sensor non-kontak. Sensor kontak akan memberikan gaya/tekanan pengukuran sementara sensor non kontak hampir atau sama sekali tak memberikan gaya pengukuran. Tentu saja, bagi alat ukur geometrik, sensor akan menimbulkan atau memberikan isyarat (sinyal) perubahan yang berupa besaran panjang. PENGUBAH
Pengubah (transducer) adalah bagian terpenting alat ukur, melalui mana isyarat sensor (besaran panjang) diteruskan, diubah (bisa menjadi besaran lain) atau diolah terlebih dahulu sebelum diteruskan ke bagian lain alat ukur. Pada bagian inilah diterapkan bermacam-macam prinsip kerja yaitu mekanik (kinematik), optik, elektrik, pneumatik atau prinsip kerja gabungan. Fungsi utama pengubah adalah untuk memperbesar dan memperjelas isyarat sensor yaitu suatu perubahan kecil bagi geometri objek ukur menjadi suatu perubahan yang cukup jelas terbaca pada bagian penunjuk/pencatat alat ukur. Berbagai macam teknik bagi penyempurnaan penerusan atau pengolahan isyarat dirancang dan diwujudkan pada bagian pengubah ini demi untuk menjaga kebenaran hasil pengukuran, yaitu saat alat ukur tersebut dipakai dengan prosedur yang benar.
PENUNJUK & PENCATAT (PEREKAM DATA PENGUKURAN)
Isyarat yang telah diperbesar oleh bagian pengubah diteruskan ke bagian penunjuk yang akan menunjukkan hasil pengukuran lewat garis indeks atau jarum penunjuk yang bergerak relatif terhadap bidang skala atau dengan penunjuk ber-angka (digital). Skala, yang berupa jajaran garis, dengan orientasi lurus atau lengkung, dibuat dengan jarak tertentu untuk mempermudah pembacaan. Jarak antar garis skala mempunyai arti tertentu yang menunjukkan kecermatan alat ukur atas besaran yang diukur. Pada penunjuk digital, kecermatan alat ukur diwakili oleh angka (desimal) terakhir. Sebagai tambahan, atau sebagai ganti penunjuk, suatu pencatat dapat merupakan bagian alat ukur. Pencatat diperlukan jika data pengukuran harus direkam secara berkesinambungan. Pada beberapa pengukuran geometrik, misalnya kekasaran atau kebulatan, hasil akhir pengukuran didapat dari analisis rekaman data (secara manual atau otomatik, lihat bagian pengolah data) yaitu analisis grafik yang dihasilkan pencatat.
PENGOLAH DATA PENGUKURAN
Pengolah isyarat sensor umumnya merupakan bagian integral (tak terpisahkan) dari pengubah. Sementara itu, pengolah data pengukuran merupakan bagian alat ukur yang menyatu, atau dapat juga terpisah. Pengolahan data dapat dilakukan secara analog (data dalam bentuk isyarat berkesinambungan) atau dapat juga secara digital. Bagi pengolahan secara digital, isyarat analog harus diubah terlebih dahulu menjadi isyarat digital (dilakukan oleh bagian ADC; Analog to Digital Converter). Pengolahan data secara digital saat ini makin memiliki peran penting sejak semakin banyak digunakannya komputer (PC) sebagai bagian alat ukur geometrik.
Hasil pengolahan data pengukuran, yakni harga parameter bagi geometri
yang diukur misalnya parameter kekasaran permukaan atau kebulatan objek
ukur, dapat diperlihatkan melalui layar monitor, direkam pada media perekam (kertas, magnetik, optik, magneto-optik), atau diteruskan ke bagian lain, di luar sistem pengukuran, yang menjadi satu kesatuan sistem kontrol yang menyeluruh.
Berbagai jenis konstruksi bagian pengubah dan bagian penunjuk alat ukur (geometrik) dapat dikelompokkan sebagai berikut.
PENGUBAH MEKANIK (KINEMATIK) PENGUBAH OPTOMEKANIK
PENGUBAH ELEKTRIK Pengubah Kapasitif LVDT
Resolver & Inductosyn PENGUBAH OPTOELEKTRIK PENGUBAH PNEUMATIK
Sistem Tekanan Balik
Proyektor Teleskop PENUNJUK BERSKALA
Skala Nonius (Nonius/Vernier Scale) Skala Nonius Dua Dimensi
Skala Mikrometer
Kesalahan pembuatan menjadi kendala kecermatan alat ukur Kecermatan alat ukur harus
dija-min seimbang dengan ketelitian
pemakaiannya dalam proses
pengukuran
5.1 PENGUBAH MEKANIK (KINEMATIK)
Prinsip kerja pengubah mekanik semata-mata berdasarkan prinsip kinematik yang meneruskan serta mengubah isyarat sensor yang biasanya berupa gerakkan translasi (besaran panjang) menjadi gerakan rotasi (besaran panjang) yang relatif lebih mudah untuk diproses/diubah. Secara teoretik prinsip kinematik mudah dirancang akan tetapi secara praktis sulit diterapkan akibat kendala dalam proses pembuatan dan perakitan.
Contoh pengubah mekanik yang paling sederhana adalah pasangan ulir luar (baut) dan ulir dalam (mur) seperti yang diterapkan pada alat ukur mikrometer, lihat gambar 7.
Gambar 7 Mikrometer merupakan alat ukur dengan pengubah berprinsip mekanik/kinematik. Satu putaran poros ukur secara teoretik akan menggeserkan poros ini sebesar satu pits ulir utama (0.5 mm). Skala yang dibuat pada silinder putar dapat dibagi menjadi 50 bagian yang berarti 1 bagian skala setara dengan gerakan translasi sebesar 0.01 mm. Kebenaran kecermatan pengukuran ini dapat dicapai berkat ulir utama yang dibuat dengan geometri yang teliti serta pemakaian racet untuk menjaga keteru-langan pengukuran. Meskipun namanya mikrometer, karena alasan kendala pembuatan dan kepraktisan pemakaian, alat ukur ini umumnya dibuat dengan kecermatan tidak mencapai 1 mikrometer.
Beberapa hal yang perlu diperhatikan pada mikrometer ini adalah: - Meskipun ulir utama baut dan mur dibuat dengan ketelitian geometrik yang
tinggi, tetap saja akan terjadi kesalahan kisar. Hampir tidak mungkin membuat ulir dengan kesamaan harga pits sepanjang baut dan mur sampai dengan orde misalnya 0.1 ìm.
Akibat ketidaksamaan harga pits sepanjang baut dan mur maka satu kali putaran baut tidak mungkin menggeserkannya benar-benar sebesar 1 pits teoretik (misalnya 0.5 mm), melainkan akan menggeserkan sebesar 1 kisar yang harganya bisa lebih atau kurang dari 0.5 mm.
Akibatnya, n kali putaran baut akan menyebabkan kesalahan kisar kumulatif (kesalahan terjumlahkan) yang bisa cukup besar yang mungkin melebihi harga kecermatan pembacaan skala putar. - Satu kali putaran poros ukur (silinder putar) dapat dibagi 50 dengan cara
menuliskan skala putar pada silinder putar. Karena ulir utama dirancang dengan harga pits sebesar 0.5 mm berarti satu satuan skala putar berharga teoretik sebesar 0.01 mm.
Kecermatan sebesar 0.01 mm ini harus dijamin tak akan salah sampai dengan orde misalnya ± 0.001 mm untuk setiap satuan skala putar dan kesalahan kumulatif misalnya ± 0.004 mm untuk 50 kali
Ketepatan atau keterulangan hasil pengukuran perlu diperhatikan Penyetelan nol perlu diwujudkan Teknik kompensasi kesalahan perlu diterapkan bagi pengubah de-ngan prinsip kinematik
putaran yaitu sepanjang geseran maksimum poros ukur (untuk kapasitas ukur mikrometer, misalnya 25 mm).
Berdasarkan kenyataan ini, sangatlah sulit membuat mikrometer dengan kecermatan 0.001 mm dan menjamin kebenaran (ketelitian) pembacaan proses pengukuran dengan hasil suatu dimensi objek ukur dengan kecermatan setinggi itu, misalnya 4.167 mm.
- Suatu kekuatan pemutaran (momen puntir) yang relatif ringan (kecil) akan memberikan gerakan translasi dengan gaya dorong yang cukup tinggi!. Bagi benda ukur yang tipis tekanan pengukuran yang besar akan melenturkan benda ukur yang mengakibatkan terjadinya kesalahan pengukuran.
Tangan manusia tidak sensitif terhadap pemutaran (kadang kuat, kadang ringan) hal ini akan membuat kita tidak mampu mengulang
pemutaran dengan cara yang tepat sama.
Akibatnya, bila pengukuran diulang dan hal ini dilakukan dengan cara memutar secara langsung silinder putar, maka hasil pengukuran tidak akan tepat sama.
Oleh sebab itu, pengukuran harus dilakukan dengan memutar silinder putar lewat racet (gigi-gelincir; lihat gambar 7). Racet ini akan
menjamin ketepatan hasil pengukuran yang diulang-ulang sebab kekuatan putaran silinder putar dijaga seringan mungkin dan tetap sama (sesuai dengan kekuatan pegas racet).
- Jika mulut-ukur ditutup yaitu dengan memutar (melalui racet) poros ukur sehingga berimpit dengan landasan, maka pada saat itu garis indeks (garis memanjang pada silinder tetap) harus persis menunjuk skala putar pada harga nol. Untuk memungkinkan hal ini maka silinder-tetap, di atas mana garis indeks dituliskan, harus bisa diatur posisi-nya.
Hal ini dilaksanakan dengan merancang silinder-tetap yang terpisah-kan dari rangka dengan membuat suaian pas (transition fits) terhadap silinder mur utama (lihat gambar 7). Dengan cara ini penyetelan nol (zero setting) dimungkinkan dan keterakitan alat ukur terwujudkan.
Contoh lain bagi pengubah dengan prinsip mekanik/kinematik adalah pasangan roda gigi dengan batang gigi dan sistem roda gigi yang diterapkan pada jam ukur (dial indicator) lihat gambar 8. Beberapa hal yang perlu diperhatikan pada rancangan kinematik ini adalah:
- Suatu gerakan translasi sensor sepanjang satu pits batang-gigi (rack; misalnya 0.25 mm) akan memutar roda-gigi pasangannya (pinion) sebesar 1/zp putaran (zp; jumlah gigi pinion, misalnya 10). Putaran pinion diteruskan menjadi putaran jarum penunjuk melalui pasangan roda-gigi. Bila perbandingan putaran pasangan roda gigi ini sebesar z2 / z1 (misalnya 50/10), dan satu putaran penuh jarum penunjuk dinyatakan dengan n skala (misalnya 100), maka kecermatan jam ukur ini dapat dirancang dengan rumus:
- Gigi suatu roda gigi (atau batang gigi) tak mungkin dibuat dengan profil involute ideal. Oleh sebab itu, tebal gigi umumnya dirancang dengan toleransi minus yang berarti tebal gigi dibuat sedikit lebih kecil daripada ketebalan gigi nominal.
Bila pasangan roda gigi ini dirakit dengan jarak senter nominal maka pasangan gigi akan meneruskan putaran dengan hanya salah satu sisi giginya yang saling berimpit (sisi gigi lainnya tak saling bersing-gungan, jadi ada celah di antaranya untuk menjaga jangan sampai pasangan roda gigi macet gara-gara ada kesalahan profil yang berharga positif).
Bila putaran diubah arahnya, sementara roda gigi pemutar dan yang diputar tetap fungsinya, maka roda gigi pemutar akan berbalik lebih dahulu untuk sepanjang celah gigi sebelum berfungsi penuh memutar roda gigi yang diputar. Kejadian ini dinamakan sebagai keterlambatan gerak balik (back-lash).
Back-lash yang terjadi pada pasangan roda gigi pemutar jarum penunjuk akan mengganggu pembacaan skala karena posisi jarum penunjuk yang berubah-ubah jika sensor sedikit berubah (bergetar). Untuk mengurangi efek back-lash digunakan back-lash compensator yaitu roda gigi pemutar untuk arah putaran kebalikan dengan arah putaran roda gigi pemutar utama. Roda gigi pemutar utama berfungsi saat sensor bergerak naik dengan daya dorong yang berasal dari sensor. Roda gigi pemutar arah kebalikan berfungsi
Gambar 8 Prinsip pengubah kinematik yang diterapkan pada jam ukur (dial indicator). Perhatikan rancangan pencegah keterlambatan gerak balik (back-lash compensator) dari gerakan sensor yang diteruskan sebagai putaran jarum penunjuk.
saat sensor bergerak turun dengan daya dorong dari pegas spiral (energi disimpan oleh pegas spiral saat sensor bergerak naik).
- Tekanan ringan yang diberikan sensor pada permukaan benda ukur (tekanan pengukuran) berasal dari pegas penekan pada batang-gigi. 5.2 PENGUBAH OPTOELEKTRIK
Prinsip kerja pengubah jenis optoelektrik umumnya dirancang dengan penggabungan beberapa prinsip dasar berikut.
- Fotosel (photocell/photodiode) merupakan komponen elektronik yang peka terhadap sinar yang jatuh pada permukaan aktifnya.
- Berkas cahaya dari suatu sumber cahaya (lampu atau LED; Light Emitting
Diode) diarahkan oleh sistem optik supaya mengenai fotosel.
- Suatu sistem optik (atau gabungan optomekanik), yang dirancang untuk mendeteksi (peka terhadap) perubahan gerakan, diusahakan untuk mengubah intensitas cahaya yang mengenai fotosel yaitu pada saat terjadi perubahan gerakan (besaran panjang).
- Pengolahan sinyal foto sel (besaran listrik) sedemikian rupa sehingga korelasi (hubungan) antara perubahan intensitas cahaya dengan perubahan gerakan dapat dibaca dengan kecermatan tertentu. Berbagai macam teknik penerapan prinsip dasar di atas dapat diterapkan. Salah satu teknik penerapan yang sederhana adalah seperti yang diperlihatkan pada gambar 9 yang merupakan bagian sensor dan bagian pengubah alat ukur kekasaran permukaan.
Sensor yang berupa ujung jarum diatur sehingga menempel permukaan yang akan diukur kekasarannya (sampai penunjuk skala berhenti pada posisi nol). Sistem mekanik, optik, elektrik, dan pengolah data pengukuran berfungsi sebagai berikut.
Sistem mekanik:
Akibat tekanan pegas pada batang-ayun sensor akan selalu menempel pada permukaan. Poros alat ukur digeserkan (digerakkan oleh motor yang dikontrol kecepatannya) sepanjang sampel kekasaran dan sensor menggeser sambil bergerak turun naik mengikuti profil kekasaran. Gerakan sensor menggoyangkan batang ayun pada engselnya dan pelat bercelah mengikutinya sesuai dengan perbandingan jarak sensor-engsel dan pelat-engsel.
Sistem optik:
Berkas cahaya diarahkan pada sepasang fotosel melalui celah. Akibat goyangan celah maka ke dua fotosel akan menerima cahaya dengan bergantian intensitasnya. Saat celah bergerak ke atas fotosel yang di atas akan menerima cahaya dengan intensitas yang lebih besar daripada yang diterima foto sel yang di bawah. Hal sebaliknya akan berlaku saat celah bergerak ke bawah.
Sistem elektrik:
Perubahan sinyal listrik karena perubahan intensitas cahaya pada sepasang fotosel secara sistematik mengikuti irama goyangan celah (naik-turunnya sensor mengikuti profil permukaan) dapat diproses secara elektronik.
Sistem pengolah data kekasaran:
Berbagai parameter kekasaran permukaan (Ra, Rt, Rp dsb.) dapat dianalisis secara manual berdasarkan grafik profil kekasaran permukaan. Grafik kekasaran permukaan ini adalah hasil pengubahan sinyal sensor menjadi sinyal analog besaran listrik (Ampere) dan direkam dengan perekam jenis galvanometer. Pengolahan secara elektronik dimungkinkan dengan mengubah sinyal analog dari ke dua fotosel menjadi sinyal digital dan mengaitkannya pada gerakan translasi poros yang menggeserkan modul sensor sepanjang harga sampel kekasaran permukaan.
5.3 PENUNJUK BERSKALA
Skala adalah jajaran garis yang beraturan dengan jarak antara garis (pits) yang tertentu dan mempunyai arti tertentu (kecermatan). Kerapatan atau jarak antar garis dibuat supaya mata dapat melihat garis-garis tersebut secara mudah dan jelas terpisah, baik yang dirancang dengan atau tanpa bantuan sistem optik (lensa pembesar). Jajaran garis ini terletak pada suatu bidang yaitu bidang skala. Biasanya bidang skala berupa bidang rata namun ada pula yang merupakan bidang lengkung sebagai permukaan silinder. Garis-garis ini bisa berjajar lurus (skala lurus) atau melengkung (skala busur), lihat gambar 10.
Jarak antara dua garis skala alat ukur geometrik dapat berarti bagian
dari meter atau bagian dari derajat dan merupakan kecermatan alat ukur.
Secara visual pembacaan dilakukan dengan mengusahakan mata (sumbu optiknya) terletak pada bidang baca. Bidang baca ini mengandung garis indeks atau jarum penunjuk dan merupakan bidang yang diusahakan tegak
lurus atau normal terhadap bidang skala. Bidang baca, pada mana garis
indeks atau jarum penunjuk terletak, bergerak relatif terhadap bidang skala. Pada suatu saat (saat dimulainya pembacaan), posisi garis indeks atau jarum penunjuk pada skala menyatakan h a r g a s e b a g a i h a s i l s u a t u pengukuran.
Gambar 10
Skala merupakan jajaran garis yang tersusun pada bidang skala rata atau bidang skala silin-der. Pembacaan dilakukan pada bidang baca yang tegak lurus atau normal terhadap bidang skala. Pada bidang skala jajaran garis tersebut bisa lurus ataupun membentuk busur lingkaran. Jarak fisik (mm) antar garis skala (pits) dirancang dengan memperhatikan aspek keterbacaan, kepekaan, dan k e c e rm a t an alat uk ur. Selanjutnya, aspek ketepatan dan ketelitian juga perlu diperhatikan dalam proses pengukuran.
Garis nol nonius (garis indeks) segaris dengan garis A skala utama.
u = jarak satu bagian skala utama n = jarak satu bagian skala nonius k = u - n
Garis nol nonius tergeser sejauh k dari garis A; garis pertama nonius segaris dengan salah satu garis skala utama. Garis nol nonius tergeser sejauh 2k dari garis A; garis kedua nonius segaris dengan salah satu garis skala utama. 5.3.1 Skala Nonius (Nonius/Vernier Scale)
Pada saat pembacaan skala dilakukan, tidak selalu garis indeks persis segaris dengan garis skala melainkan terletak di antaranya. Dalam situasi seperti ini dapat ditempuh salah satu cara berikut, dengan memisalkan skala memiliki nilai yang membesar ke kanan:
1. Memenggal (truncating); menuliskan harga skala di sebelah kiri garis indeks, bila garis indeks belum sampai pada garis skala di sebelah kanan.
2. Membulatkan (rounding); menuliskan harga skala di sebelah kiri garis indeks (membulatkan ke bawah; rounding-down) bila garis indeks diperkirakan belum sampai pertengahan jarak antara dua garis skala atau menuliskan harga skala di sebelah kanan garis indeks (membulatkan ke atas; rounding-up) jika garis indeks terletak di pertengahan atau melewatinya.
3. Menginterpolasikan (interpolating); menuliskan harga skala di sebelah kiri garis indeks dan menambahkan fraksi (bagian) yang merupakan perkiraan posisi garis indeks di antara ke dua garis skala. Biasanya jarak garis indeks tersebut diperkirakan dahulu relatif terhadap garis skala di kiri, garis skala di kanan, atau di pertengahan.
Cara 1 atau 2, yang dipakai secara taat azas (konsisten), digunakan bila keterulangan (ketepatan) proses pengukuran relatif rendah. Cara 3 dapat dipakai, secara konsisten!, bila ketepatan proses pengukuran relatif tinggi, dengan menuliskan harga interpolasi sebagai angka terakhir yang
ditaruh dalam tanda kurung misalnya 19.(8)".
Menginterpolasi posisi garis indeks secara kira-kira, sebagaimana cara 3, dapat diperbaiki dengan cara interpolasi yang pasti. Untuk itu, garis indeks dibantu dengan jajaran beberapa garis yang dibuat menyerupai skala dan disebut dengan skala nonius#. Garis indeks menjadi salah satu garis
pada skala nonius dan diberi tanda dengan angka nol (pada gambar 11 garis
indeks menjadi garis nonius permulaan; garis nol nonius). Supaya tak membingungkan, dalam hal ini skala (pada mana posisi garis indeks ini diinterpolasi) perlu disebut dengan nama: skala utama.
Prinsip pemakaian skala nonius dapat dijelaskan dengan memakai gambar 11. Skala alat ukur (skala utama) misalnya memiliki pits (jarak antar garis) sebesar u dan skala nonius yang digambarkan di bawahnya dibuat de-ngan pits sebesar n (n < u). Selisih antara u dede-ngan n sebesar k (k = u - n) menentukan rancangan pembacaan (penginterpolasian) posisi garis indeks.
Gambar 11 Prinsip Skala Nonius (satu
dimensi).
Jika garis indeks (garis nol nonius) berada pada posisi yang segaris dengan salah satu garis pada skala utama maka pada saat
! Dilarang keras! mencampur adukkan ke tiga cara ini pada suatu proses pengukuran yang berulang. " - bila cara 1 digunakan, contoh ini akan dituliskan sebagai 19
- bila cara 2 diterapkan, contoh ini akan dituliskan sebagai 20
- bila cara 3 dipakai dengan tanpa menuliskan angka interpolasi dalam tanda kurung, yaitu 19.8 , maka orang lain akan mengira bahwa proses pengukuran dilakukan dengan alat ukur yang memiliki kecermatan skala sebesar 0.1 atau 0.2 .
Interpolasi secara kira-kira diikuti dengan
interpola-si secara pasti: skala nonius
Garis nol nonius belum melewati sete-ngah bagian skala utama.
Garis nol nonius telah melewati setengah bagian skala utama, pembacaan diulang mulai dari garis nol nonius.
itu hasil pengukuran dibaca sama dengan nilai garis skala utama, misalnya A. Bila garis nol nonius tergeser ke kanan sebesar k maka garis pertama nonius akan menjadi segaris dengan garis skala utama berikutnya (A+1).
Seandainya garis nol nonius tergeser lebih ke kanan sejauh 2k (dari posisi garis A) maka garis kedua nonius yang menjadi segaris dengan salah satu garis skala utama (A+2). Proses pergeseran ini dapat dilakukan terus sampai akhirnya garis nol nonius menjadi segaris kembali dengan garis skala utama (A+1).
Dengan demikian, pembacaan hasil pengukuran adalah dengan mencari garis nonius yang keberapa yang benar-benar berimpit dengan salah satu garis skala utama. Dan ini dapat dilakukan dengan cepat bila terlebih dahulu cara ke 3 di atas diterapkan yaitu dengan interpolasi posisi garis indeks (garis nol nonius) secara kira-kira.
Jarak k menggambarkan kecermatan pembacaan posisi garis indeks dengan memakai skala nonius. Jadi dengan kata lain, pengaruh
pemakaian skala nonius adalah menaikkan kecermatan alat ukur !. Semakin kecil k maka kecermatannya semakin tinggi, artinya penentuan posisi garis nol nonius relatif terhadap suatu garis skala utama menjadi semakin pasti. Akan tetapi, semakin kecil k memerlukan lebih banyak garis pada skala nonius. Sebab, jumlah garis nonius (kecuali garis nol nonius) atau jumlah bagian skala nonius adalah sama dengan 1/k buah. Dengan demikian k tidak boleh terlalu kecil, untuk:
- mempermudah pembacaan, yaitu dalam menentukan garis nonius mana yang menjadi segaris dengan skala utama, dan
- membatasi panjang skala nonius, supaya kapasitas pengukuran tak menjadi jauh berkurang gara-gara keefektifan panjang skala utama terkurangi oleh panjangnya skala nonius.
Supaya skala nonius tidak begitu panjang (tidak memakan tempat dan mengurangi keefektifan skala utama), maka skala nonius dapat dirancang hanya dengan setengah panjang keseluruhannya. Dalam hal ini setiap bagian skala utama harus dibagi dua dan pembacaan dapat diulangi mulai dari garis nol nonius setelah setengah bagian skala utama dilewati, lihat gambar 12.
Gambar 12 Setiap bagian skala utama harus dibagi menjadi dua bagian, apabila skala no-nius dirancang hanya setengah panjang aslinya. Beberapa contoh cara pembacaan dengan memakai skala nonius ditunjukkan pada gambar 13. Untuk garis nol nonius yang tidak segaris dengan garis skala utama maka penunjukan berharga sama dengan harga skala utama sesudah garis nol nonius ditambah dengan harga garis skala nonius yang segaris dengan salah satu garis skala utama. Perhatikan teknik penandaan/penomoran garis-garis skala nonius.
Tabel 4 berikut memperlihatkan beberapa contoh kecermatan skala nonius yang digunakan pada beberapa alat ukur seperti mistar ingsut dan busur bilah.
! Bila hanya ada garis indeks saja maka kecermatan alat ukur sama dengan kecermatan skala (arti jarak antar garis-garisnya).
Hasil pengukuran dituliskan dengan tanpa memakai tanda kurung pada angka terakhir; misalnya 19.98 bila kecermatan pembacaan nonius adalah 0.02.
Tabel 4 Skala nonius (satu dimensi).
Kecermatan Besar u padaskala utama
Skala nonius
* skala nonius yang menunjukkan setengah harga jarak skala utama. + digunakan pada
alat ukur sudut dengan skala yang dibuat pada busur dengan radius yang besar, misal-nya pada
proyektor-profil. ** u sama dengan dua
bagian skala uta-ma.
Besar n pada skala
nonius
Jumlah
bagian Panjang/besarkeseluruhan
1 mm 0,9 mm 10 9 mm 1 mm 2 mm ** 0,95 mm1,95 mm 2020 19 mm39 mm 1 mm 1 mm 0,98 mm0,98 mm 5025 24,5 mm *49 mm 1o 12 11o + 2o 12 23o 1o 30 29,5o *+
Angka yang dicantumkan pada skala nonius menyatakan sepersepu-luh harga skala utama (dalam menit kalau skala utama dalam derajat). Bagi skala nonius dengan setengah panjang aslinya, jika garis nol nonius telah melewati setengah bagian skala utama, maka dilakukan penambahan angka lima pada setiap angka skala nonius (atau menambah tiga puluh menit untuk skala utama dalam derajat).
5.3.2 Skala Mikrometer
Skala pada semua jenis mikrometer dibuat pada dua bagian mikrometer, pertama pada silinder tetap (disebut skala tetap) dan kedua pada silinder putar (dinamakan skala putar). Tepi silinder putar berfungsi sebagai garis indeks untuk pembacaan skala tetap (pembacaan “kasar”). Garis aksial sepanjang skala tetap berfungsi sebagai garis indeks untuk pembacaan skala putar (pembacaan “halus”), lihat gambar 14.
Biasanya untuk satu kali putaran, tepi silinder putar akan menggeser sejauh setengah skala tetap (0.5)!. Oleh karena itu, angka pada skala putar bermula dan berakhir pada angka 0 yang juga berarti angka 50 apabila pembagian skala putar adalah 50 buah. Dengan demikian, satu bagian skala putar setara dengan jarak 0.01 mm. Apabila tepi silinder putar telah melewati setengah bagian skala tetap, maka angka pada skala putar yang ditunjuk garis indeks (misalnya 48) harus ditambah dengan 50 (menjadi 98).
Gambar 13 Contoh pembacaan posisi garis indeks (garis nol nonius) pada berbagai jenis skala nonius (satu dimensi). Untuk mempercepat pencarian garis nonius yang berimpit dengan garis skala utama serta untuk menghindarkan kekeliruan pembacaan, terlebih dahulu perlu dilakukan interpolasi garis indeks secara kira-kira. Kemudian, barulah pandangan diarahkan pada daerah di mana garis nonius yang menjadi segaris dengan garis skala utama bakal ditemukan.
Gambar 14 Pembacaan skala mikrometer dengan kecermatan 0.01 mm.
Gambar 15 Pembacaan skala mikrometer dengan skala nonius.
Beberapa mikrometer mempunyai silinder putar dengan diameter yang relatif besar, dengan demikian pembagian skala putar dapat diperhalus. Kecermatan sampai 0.002 mm dapat dicapai dengan membuat pembagian skala putar menjadi 250 buah!.
Jika silinder putar berdiameter kecil, misalnya untuk jenis mikrometer tiga sensor pengukur lubang berdiameter kecil, pembagian skala putar tidak bisa terlalu cermat (misalnya hanya 10 bagian). Dalam hal ini dapat digunakan bantuan skala nonius (satu dimensi). Garis indeks pembacaan halus (garis aksial pada skala tetap) menjadi garis nol nonius dan garis-garis lainnya berjajar aksial mengelilingi silinder tetap di dekat tepi silinder putar. Gambar 15 memperlihatkan skala nonius untuk menaikkan kecermatan pembacaan skala putar. Dengan contoh seperti ini kecermatan mikrometer dinaikkan dari 0.01 mm menjadi 0.001 mm.
5.3.3 Skala Dengan Jarum Penunjuk
Alat ukur pembanding (komparator) umumnya mempunyai jarum penunjuk yang bergerak relatif terhadap skala yang diam. Gerakan jarum penunjuk dapat berdasarkan prinsip kerja mekanik ataupun elektrik. Prinsip kerja mekanik dipakai pada alat ukur dengan pengubah mekanik, sedang prinsip kerja elektrik digunakan pada alat ukur dengan pengubah elektrik.
! Bila 0.5 mm dibagi menjadi 250 bagian berarti 1 bagian skala putar setara dengan 0.002 mm. Kecermatan yang setinggi ini dapat dipertanggungjawabkan jika pits mikrometer dibuat dengan
