Sistem Pengukuran Teknik
1. Umum. Pengukuran ( measurement ) Pengukuran adalah serangkaian kegiatan yang bertujuan untuk menentukan nilai suatu besaran dalam bentuk angka (kwantitatif). Jadi mengukur adalah suatu proses mengaitkan angka secara empirik dan obyektif pada sifat‐sifat obyek atau kejadian nyata sehingga angka yang diperoleh tersebut dapat memberikan gambaran yang jelas mengenai obyekatau kejadian yang diukur. Instrumentasi (Instrumentation)Bidang ilmu dan teknologi yang mencakup perencanaan, pembuatan dan penggunaan instrument atau alat ukur besaran fisika atau sistem instrument untuk keperluan diteksi, penelitian, pengukuran, pengaturan serta pengolahan data.
Metrologi (Metrology)
Ilmu Pengetahuan dan Teknologi yang berkaitan dengan kegiatan pengukuran. Metrologi mencakup tiga hal utama: 1. Penetapan definisi satuan‐satuan ukuran yang diterima secara internasional; misal: meter, kilogram dsb.
2. Perwujuan satuan‐satuan ukuran berdasarkan metode‐metode ilmiah, misal perwujudan nilai meter menggunakan gelombang cahaya laser.
3. Penetapan rantai ketertelusuran dengan menentukan dan merekam nilai dan akurasi suatu pengukuran dan menyebarluaskan pengetahuan tersebut, misalnya hubungan (perbandingan) antara nilai ukur sebuah mikrometer ulir terhadap balok ukur sebagai standar panjang dilaboratorium. 1.1. Satuan‐satuan dalam Pengukuran Satuan ”Sistem Internasional” (Le Systeme Internationale d’Unites) – SI Satuan Dasar adalah satuan pengukuran sebuah besaran dasar pada sebuah sistem besaran phisik. Definisi dan realisasi dari setiap satuan dasar dapat berubah dengan adanya penelitian kemetrologian yang dapat menemukan kemungkinan dicapainya definisi dan realisasi yang lebih akurat dari besaran phisik tersebut. Contoh: Definisi ”meter” Th. 1889 didasarkan pada prototipe internasional X meter dari bahan Platinum‐ Iredium yang sekarang disimpan di Perancis. Th. 1960, meter berubah menjadi standar cahaya yang difinisinya sebagai panjang gelombang dari spektral Krypton 86
Th. 1983, pada konggres CGPM 17, didefinisikan ulang bahwa satu meter adalah jarak tempuh dari gelombang cahaya Helium‐Neon pada tabung vakum dengan kecepatan 1/ 299 792 458 second, yang direliarisasikan dalam panjang gelombang laser yang distabilkan dengan iodine. 1.2.Satuan Dasar SI
Besaran Satuan Turunan Simbol
Panjang Meter M
Massa Kilogram Kg
Waktu Sekon S
Arus listrik Amper A
Suhu termodinamika Kelvin K
Jumlah zat mole Mol
Intensitas cahaya candela Cd 1.2.1.Definisi Satuan Dasar SI Meter : panjang lintasan yang ditempuh oleh cahaya dalam tabung vakum dalam waktu 1/ 299 792 458 second. Kilogram : massa prototipe kilogram internasional ¾ Sekon: durasi dari 9 192 631 770 periode radiasi yang sesuai dengan transisi antara dua tingkat sangat halus dari ground state sebuah atom cecium 133. ¾ Ampere: arus tetap yang jika tidak dijaga dalam dua kawat konduktor yang lurus dan paralel dengan panjang tak terhingga dan luas penampang dapat diabaikan serta berjarak 1 meter satu sama lain , dalam ruang hampa akan menghasilkan gaya sebesar 2 x 10‐7 newton per meter panjang kawat. ¾ Kelvin: 1/ 273,16 dari suhu termodinamis titik tripel air. ¾ Mole : jumlah zat dari sebuah sistem yang mengandung intensitas sebanyak intensitas yang ada dalam 0,012 kg atom karbon ‐12. ¾ Candela: intensitas luminasi pada arah tertentu dari sejumlah sumber yang memancarkan radiasi monocromatik dengan frequensi 540 x 10‐12 herz dan mempunya intensitas radian pada arah tersebut sebesar 1/638 watt per steradian. 1.2.2.Satuan Turunan SI
Satuan turunan SI yang dinyatakan dengan satuan SI
Besaran Turunan Satuan Turunan Simbol
Luas Meter persegi m2
Isi Meter kubik m3
Kecepatan Meter per sekon m s‐1
Percepatan Meter per sekon kuadrat m s‐2 Kecepatan sudut Radian per sekon rad s‐1 Percepatan sudut Radian per sekon kuadrat rad s‐2 Densitas Kilogram per meter kubik kg m‐3 Intensitas medan listrik Amper per meter A m‐1 Densitas arus listrik Amper per meter persegi A m‐2
Momen gaya Newton meter N m
Kekuatan medan listrik Volt per meter V m‐1
Permeabilitas Henry per meter H m‐1
Permisivitas Farad per meter F m‐1
Kapasitas panas spesifik Joule per kilogram kelvin J kg‐1K‐1 Konsentrasi jumlah zat Mol per meter kubik mol m‐3 luminasi Candela per meter persegi cd m‐3 Contoh: Dari hubungan fisik antara besaran panjang yang diukur dalam satuan m, dan besaran waktu yang diukur dalam satuan s, maka besaran kecepatan yang diukur dalam satuan m/s dapat diturunkan. Satuan turunan dinyatakan dalam satuan dasar dengan simbol matematis perkalian dan pembagian. 1.2.3.Satuan Turunan SI yang nama dan simbolnya terdapat satuan turunan SI dengan nama simbol khusus. Besaran Turunan Satuan turunan SI nama khusus Simbol khusus Dalam satuan SI Dalam Satuan Dasar SI Frequensi Herz Hz s‐1 Gaya Newton N m.kg.s‐2
Tekanan Pascal Pa N/m2 m‐1 kg s‐2
Energi, kerja, jumlah panas Joule J N.m m2 kg s‐2
Daya, fluk radian Watt W J/s m2 kg s‐3
Muatan listrik Coulmb C s.A
Beda potensial listrik Volt V W/A m2 kg s‐3A‐1
Kapasitasi listrik Farad F C/V m2 kg‐1 s‐4A2
Tahanan listrik Ohm Ω V/A m2 kg s‐3A‐2
Daya hantar listrik Siemens S A/V m‐2 kg‐1 s3A2
Fluks magnet Webere Wb V.s m2 kg s‐2A‐1
Fluk luminan lumen H Wb/A m2 kg s‐2A‐2
Iluminasi lux lm Cd.sr m2 s‐2Cd = Cd
Aktifitas radio nuklida becquerel Bq s‐1
Dosis, kerma, energi gray Gy J/kg m2 s‐2
Setara dosis sievert Sv J/kg m2 s‐2
Sudut bidang radian Rad m.m‐1 = 1
Sudut ruang Steradian Sr m.m‐1 = 1
1.2.4.Satuan dasar yang digunakan dalam besaran yang berbeda‐beda seperti pada Tabel berikut:
Besaran Turunan Satuan Turunan Simbol Dalam Satuan Dasar SI Viskositas dinamik pascal newton Pa.s m‐1 kg.s‐1
Momen gaya newton meter N.m m‐2 kg.s‐2
Tegangan permukaan newton per meter N/m kg.s‐2
Kecpatan sudut radian per sekon Rad/s m.m‐1 s‐1 = s‐1 Percepatan sudut radian per sekon kuadrat Rad/s2 m.m‐1 s‐2 = s‐2 Densitas fluk panas watt per meter persegi W/m2 Kg.s‐3 Kapasitan panas, entropi joule per kelvin J/K m‐2 kg. s‐2.K‐1 Kapasitas panas spesifik, entopi spesifik joule per kilogram kelvin J(kh.K) m‐2. s‐2.K‐1 Energi spesifik joule per kilogram J/kg m‐2 . s‐2 Konduktivitas termal watt per meter kelvin W(m.K) m.kg.s‐3.K‐1 Densitas energi joule per meter kubik J/m3 m‐1.kg.s‐2 Kekuatan medan listrik volt per meter V/m m.kg.s‐3.A‐1 Densitas muatan listrik colomb per meter kubik C/m3 m‐3.s.A Densitas fluks listrik coulom per mtr persegi C/m2 m‐2.s.A Permitivitas farad per meter F/m m‐3.kg‐1 s4 A2 Permeabilitas henry per meter H/m m.kg.s‐2.A‐2 Energi molar joule per mole J/mol m2.kg.s‐2.mol‐1 Entropy molar, kapasitas
panas
joule per mole kelvin J/(mol/K) m2.kg.s‐2.K‐1mol‐1 Paparan sinar X dan Y coulomb per kilogram C/kg kg‐1.s.A gray per sekon Gy/s m2s‐3 Intensitas radian watt per steradian W/sr m4.m‐2.kg.s‐3= m‐2 kg.s‐3 radiansi watt perian meter pesegi sterad W/(m2‐sr) m2.m‐2.kg.s‐3 = kg s‐3
kubik
1.2.5.Satuan‐satuan SI yang diterima untuk digunakan bersama dengan satuan SI, karena banyak digunakan (Satuan Selain SI yang diterima)
Besaran Satuan Simbol Nilai dalam satuan SI
Waktu Menit Jam hari min h d 1 min = 60 s 1 h = 60 min = 3600 s 1 d = 24 h Sudut permukaan derajat menit sekon nygrad ˚ ́ ́́́ ́ gon 1˚ = ( π/180) rad 1́ = (1/60)́ = (π/10800) rad 1́ ́ = (1/60)́ ́ = (π/648000)rad 1 gon = (π/2000) rad Volume liter L, l 1 l = 1 dm3 = 10‐3 m3 Massa ton metrik T 1 t = 103 kg 1.2.6. Satuan‐satuan selain SI yang digunakan pada bidang‐bidang tertentu
Besaran Satuan Simbol Nilai dalam satuan SI
Panjang Mil laut 1 mil laut = 1852 m
Kecepatan Knot 1 mil laut/jam = 1852/
3600 m/s
Massa Karat 1 karat = 2 x 10‐4 kg =
200 mg
Densitas linier Tex tek 1 tek = 10‐6 kg/m = 1
mg/m
Kekuatan sistem optik Dioptri 1 dioptri = 1 m‐1 Tekanan pada fluida
dalam tubuh manusia
Milimeter merkuri
mmHg 1 mmHg = 133 322 Pa
Luas Are a 1 a = 100 m2
Luas Hektar ha 1 ha = 104 m2
Tekanan Bar bar 1 bar = 100 k Pa = 10‐5 Pa
jarak Angtrom A 1 A = 0,1 nm = 10‐10 m
penampang barn b 1 b = 10 ‐28 m2 1.2.7.Prefiks atau Awalan Satuan SI Faktor Nama Perfiks
Simbol Faktor Nama
Perfiks
Simbol
101 deka da 10‐1 desi d
102 hekto h 10‐2 centi c
106 mega M 10‐6 micro µ
109 giga G 10‐9 nano n
1012 tera T 10‐12 pico p
1015 peta P 10‐15 femto f
1018 exa E 10‐18 atto a
1021 zetta Z 10‐21 zepto z
1024 yolta Y 10‐24 yocto y
1.2. Pengertian Metrologi dan Penerapannya
Ukuran suatu benda kerja baru dapat diketahui setelah benda tersebut diukur. Ilmu pengetahuan teknik tentang ukur mengukur secara luas dinamakan metrologi (metrology), sebagaimana ditulis dalam bahasa inggris “ Metrology is
science of measurement” .
Pembagian Utama dalam Metrologi
1. Metrologi Ilmiah (Scientific Metrology) : pengukuran yang berhubungan dengan pengaturan dan pengembangan standar‐standar pengukuran dan pemeliharaannya.
2. Metrologi Industri (Industrial Metrology): pengukuran yang bertujuan untuk pengendalian mutu suatu produk di industri dengan memastikan bahwa sistem pengukuran dan alat‐alat ukur berfungsi dengan akurasi yang memadai, baik dalam proses produksi maupun pengujiannya.
3. Metrologi Legal (Legal Metrology): pengukuran yang berkaitan dengan transaksi perdagangan, kesehatan, keselamatan dan kepentingan umum.
Metrologi Ilmiah dan Metrologi Industri merupakan bagian dari Metrologi Teknis.
Berdasarkan sifat besaran fisiknya , metrologi dapat dibagi menjadi beberapa kelompok kerja, yaitu : ¾ metrologi dimensi yang berkaitan dengan pengukuran panjang, sudut, profil permukaan, geometrik dsb. ¾ metrologi massa menangani besaran massa, gaya, tekanan dst ¾ metrologi mekanik yang melibatkan kecepatan, momen, getaran dst ¾ metrologi fisik yang berhubungan dengan msalah volemetri, viskositas, densitas, aliran dst
¾ metrologi listrik dengan besaran dasar arus listrik dan waktu dan turunannya sebagai komponen utamanya.
¾ metrologi suhu melibatkan pengukuran suhu dibawah suhu 0 0 C sd ribuan 0 C.
¾ metrologi optik pengukuran yang berkaitan dengan photometri, radiometri
dan lain‐lain
Berdasarkan bidang aplikasinya, metrologi dapat dibedakan menjadi :
¾ metrologi industri dengan fokus pengukuran untuk pengendalian mutu produk.
¾ metrologi medik untuk ketepatan analisis penyakit, dalam pelayanan kesehatan.
¾ metrologi astronomi untuk kepentingan penerbangan antariksa dan ilmu falak.
¾ metrologi akustik untuk perancangan akustik gedung, analisis kebisingan dst.
Jadi perlu diketahui bahwa kegiatan pengukuran tersebut tergantung pada tujuan pemakaian, suatu jenis alat ukur yang sama dapat dikelola berdasarkan metrologi legal atau metrologi teknis.
Didalam pembahasan selanjutnya akan banyak berkaitan dengan kegiatan pegukuran di industri yaitu metrologi teknis, yang penerapannya pada pengukuran besaran fisik sebagai metrologi industri.
1.2.1. Pengukuran (measurement)
Kegiatan mengukur dapat diartikan sebagai proses perbandingan suatu obyek terhadap standar yang relevan dengan mengikuti peraturan‐ peraturan terkait dengan tujuan untuk dapat memberikan gambaran yang jelas tentang obyek ukurnya.
Dengan melakukan proses pengukuran dapat:
¾ membuat gambaran melalui karakteristik suatu obyek atau prosesnya. ¾ mengadakan komunikasi antar perancang, pelaksana pembuatan,
penguji mutu dan berbagai pihak yang terkait lainnya. ¾ memperkirakan hal‐hal yang akan terjadi
¾ melakukan pengendalian agar sesuatu yang akan terjadi dapat sesuai dengan harapan perancang.
Bidang‐bidang dan sub‐bidang dengan contoh standar pengukuran yang berkaitan dapat dijelaskan seperti pada Tabel 1
Tabel 1
Bidang Sub‐bidang Standar pengukuran yang penting
Pengukuran Massa Standar massa eimbangan standar, mass comparator
Gaya dan tekanan Load cell, dead weight tester, force, moment and torque converter; pressure balance oil ang gas. Universal Testing Machine.
Massa dan besaran yang
terkait
Volume, densitas dan viskositas
Aerometer gelas, glassware laboratory um, vibration densitometer, viscometer capiler
gelas, viscometer rotasi, skala viskometri
Kelistrikan DC Komparator arus kriogenis, efek Josephson dan efek Quantum Hall, acuan diode Zener, metode potensiometris, jembatan (bridge) komparator
Kelistrikan AC Pengubah (converter) AC/DC, kapasitor standar, kapasitor udara, induktansi standar, kompensator, watt meter.
Kelistrikan frekuensi tinggi
Pengubah termal, calorimeter, bolo meter Kelistrikan dan kemagnitan
Arus kuat dan tegangan tinggi
Transformator pengukur arus dan tegangan, sumber tegangan tinggi acuan
Panjang gelombang dan interferometri
Laser stabil, interfeometri, sistem laser pengukuran, komparator interfrometri
Metrologi Dimensi Balok ukur,skala mistar, step gauge, setting ring, plug gauge, heih master, dial indicator, micrometer, standar kerataan optis, CMM, scan micrometer
Pengukuran sudut Autocolimator, rotary table, balok sudut, polygon, precision level
Bentuk Kelurusan, kerataan, kesejajaran,
kesikuan, kebundaran, cylinder square
Panjang
Kekasaran Permukaan Step height and groove standard, standar kekasaran, roughness measu ring machine Pengukuran waktu Standar frekuensi atomic sesium, alat ukur interval waktu Waktu dan Frekuensi
Frekuensi Standar frekuensi atomic Cecium, isola tor kuarsa, laser, pencacah elektronik dan sinthesiser, alat ukur geodetic.
Termometri Pengukuran suhu secara
kontak
Temometer gas, titik tetap, ITS 90, ter mometer tahanan platina, temokopel
Pengukuran suhu secara non kontak
Black body suhu tinggi, radiometer krio genis, pyrometer,fotodiode Si Kelembaban Miirror dew point meter atau
hygrometer elektronik, dobel pressure, temperature humidity generator Dosis terserap – produk industry tingkat tinggi Kalorimeter, high dose rate cavity ter kalibrasi, dosimeter dikromat. Dosis terserap – produk medis Kalorimeter, kamar ionisasi. Perlindungan terhadap radiasi Kamar ionisasi, berkas/medan radiasi acuan, pencacah proposional dan lain nya, TEPC, spektroneter neutron Bonner
Radioaktivitas Kamar ionisasi tipe sumur (well), sum ber radioaktivitas bersertifikat, spektroskopi gama dan alpha , ditektor 4 Gamma. Radiasi Pengion dan Radioaktive Serat optis Bahan acuan – serat Au
Radiometri optis Radiometer kriogenis,ditektor, sumber acuan laser stabil, bahan acuan – serat Au Fotometri Ditektor cahaya tampak, fotodioda Si, ditektor efisiensi kuantum Fotometi dan Radiometri Kolorimetri Spektrofotometer
Aliran Aliran gas (volume) Bell profer, meter gas rotary, meter gas turbin, meter transfer dengan critical nozzle
1.2.3. Metode Pengukuran
Pada umumnya metode pengukuran adalah membandingkan besaran yang diukaur terhadap standarnya. Bagaimana proses membandingkan dilakukan, diantarnaya harus diketahui: ‐ konsep dasar tentang besaran yang dilakukan ‐ dalil fisika tentang besaran tersebut ‐ spesifikasi peralatan yang harus digunakan pengukuran ‐ proses pengukuran yang dilakukan ‐ urut‐urut an langkah yang harus dilakukan ‐ kualifikasi operator ‐ kondisi lingkungan
1.2.4.Terminologi dan metodologi pengukuran yang standarkan meliputi sbb:
a. Metode pengukuran fundamental
Pengukuran berdasarkan besaran‐besaran dasar (panjang, massa, waktu dsb) yang dipakai untuk mendifinisikan besaran yang diukur. Misal pengukuran gravitasi dengan cara bola jatuh, diukur massa benda yang jatuh, jarak yang ditempuh dan waktu yang diperlukan untuk menempuh jarak tersebut. Disini nilai percepatan gravitasi langsung ditentukan dengan mengukur besaran dasar massa, panjang dan waktu.
b. Metode pengukuran langsung
Metode pengukuran dimana nilai besaran langsung terbaca pada alat ukur tanpa memerlukan pengukuran besaran‐besaran lain yang mempunyai hubungan fungsional dengan besaran yang diukur. Contoh:
‐ pengukuran panjang dengan memakai mistar. ‐ pengukuran massa dengan neraca sama lengan
c. Metode pengukuran tidak langsung
Pengukuran yang diukur ditentukan dengan jalan mengukur besaran lain yang mempunyai hubungan funsional dengan besaran yang diukur, Contoh: ‐ pengukuran tekanan dengan mengukur tingginya kolom cairan didalam
suatu tabung
‐ pengukuran suhu dengan mengukur tahanan listrik kawat platina ( temometer tahanan platina).
d. Metode perbandingan
Membandingkan besaran yang diukur dengan besaran sejenis yang telah diketahui nilainya. Contoh: ‐. mengukur tegangan dengan pontensio meter. Disini tegangan yang akan diukur dibandingkan dengan tegangan sel standar ‐. mengukur tahanan listrik dengan jembatan Wheatstone. e. Metode subtitusi Metode pengukuran dimana besaran yang diukur diganti oleh besaran yang sejenis yang nilainya telah diketahui dan dipilih sedemikian rupa sehingga menimbulkan efek yang sama terhadap penunjukkan alat ukur.
f. Metode deferensial
Metode dimana besaran yang diukur dibandingkan dengan besaran yang sejenis yang telah diketahui yang nilainya hanya berbeda sedikit dengan yang diukur adalah perbedaan itu. Contoh: ‐ Pengukuran panjang dengan menggunakan komparator ‐ Pengukuran distribusi suhu didalam ruangan yang suhunya hampir seragam dengan memakai termokopel differinsial. g. Metode nol
Metode pengukuran dimana nilai besaran yang diukur ditentukan dengan menyetimbangkan, mengatur satu atau lebih besaran yang telah diketahui yang dengan besaran ini mempunyai hubungan tertentu dan dalam keadaan setimbang diketahui bentuknya. Contoh: ‐ pengukuran impendansi dengan memakai rangkaian jembatan impendansi ‐ pengukuran tegangan dengan memakai potensiometer. 1.2.5. Karakteristik alat ukur dan Proses Pengukuran Proses pengukuran identik dengan proses produksi disuatu industri. Produk proses pengukuran adalah berupa angka‐angka. Karakteristik yang menonjol dari proses pengu kuran adalah pengukuran yang dilakukan berkalikali terhadap suatu besaran yang konstan harganya menghasilkan yang tidak sama. Bagaimana sempurnanya persyaratan metodenya dipenuhi selalu ada perbedaan pada hasil‐ hasil ukurnya. Angka mana yang dianggap benar ? Analisis statistik menyatakan bahwa nilai yang benar akan didapat bila pengukuran dilakukan tak terhingga kali pada kondisi yang sama Dan kita tidak akan punya waktu dan biaya untuk melakukan seperti tersebut diatas. Karena itu harga yang benar tidak akan pernah diketahui, kemungkinan hanya dapat angka pendekatan saja. yang berdasarkan harga rata‐rata dari sejumlah pengamatnya. Akan tetapi harga rata‐rata saja tidak cukup, angka tersebut harus disertai dengan keterangan yang menyatakan: a. Rentang yang menyatakan berapa dekatnya nilai pendakatan tersebut terhadap harga yang sebenarnya. b. Jaminan atau tingkat keyakinan (Confidence Level) bahwa angka rata‐rata akan diperoleh lagi jika kita melakukan beberapa kali terhadap besaran tersebut. Contoh: Bila dari hasil penimbangan massa dituliskan sbb: ( 100 ± 2 ) kg pada “Confidence Level” = 95%
2. ALAT UKUR
2.1. Pengertian Alat Ukur (instrument)
Untuk melakukan kegiatan pengukuran, diperlukan suatu perangkat yang dinamakan instrumen (alat ukur). Jadi instrumen adalah sesuatu yang digunakan untuk membantu kerja indera untuk melakukan proses pengukuran. Misalnya pada mobil, manometer (pressure gauge) pengukur tekanan udara dalam ban, termometer ( pengukur suhu mesin), speedometer ( pengukur kecepatan) levelmeter (pengukur bahan bakar pada tangki), pH meter (pengukur derajat keasaman dalam batere) dst.
Instrument atau alat ukur terdiri dari banyak jenis yang dapat juga dikelompokkan melalui disiplin kerja atau besaran fisiknya. diantaranya: ¾ alat ukur dimensi: mistar, jangka sorong, mikrometer, bilah sudut, balok ukur, profile proyector, universal measurung machine dst. ¾ alat ukur massa : timbangan,comparator elektronik,weight set dst ¾ alat ukur mekanik; tachometer, torquemeter, stroboscope dll ¾ alat ukur fisik : gelas ukur, densitometer, visosimeter, flowmeter . ¾ alat ukur listrik: voltmeter, amperemeter, jembatan Wheatstone ¾ alat ukur suhu: termometer gelas, PRT ¾ alat ukur optik: luxmeter,fotometer, spectrometer dan lain‐lain 2.1.1. Istilah‐istilah pada alat ukur ¾ Rentang Ukur (Range) besarnya daerah pengukuran mutlak suatu alat ukur. Sebuah jangka sorong mempunyai range 0 sd 150 mm
¾ Dayabaca (sering disebut resolusi/atau resolution) jarak ukur antara dua garis skala yang berdampingan pada alat ukur analog, atau perbedaan penunjukkan terbaca dengan jelas pada alat ukur digital.
¾ Span: besarnya kapasitas ukur suatu alat ukur, misal mikrometer luar mempunyai span ukur 25 mm, artinya rentang ukur 0 – 25, 25 – 50, 50 – 75 ……….dst.
¾ Kepekaan (sensitivity) perbandingan antara perubahan besarnya keluaran dan masukkan pada suatu alat ukur setelah kesetimbangan tercapai.
¾ Kemampuan ulang (repeatibility) kesamaan penunjukkan suatu alat ukur jika digunakan untuk mengukur obyek yang sama, ditempat yang sama, serta dalam waktu yang hampir tidak ada berselisih antara pengukuran‐ pengukuran tersebut.
2.2. Bagian‐bagian dari alat ukur
Secara garis besar suatu alat dibagi menjadi 3 komponen utama yaitu : 1. Sensor atau peraba
3. Penunjuk atau indikator/ display dan pencatat atau rekorder
1. Sensor bagian alat ukur yang merasakan adanya sinyal yang harus diukur atau bagian yang berhubungan langsung dengan benda ukurnya. Ada dua jenis sensor, yaitu kontak dan non kontak. Sensor kontak banyak digunakan pada prinsip alat ukur mekanik dan elektrik, sedang sensor non kontak pada prinsip optik dan pneumatik. Contoh sensor pada mikrometer adalah kedua permukaan ukur yang menjepit benda ukur, pada dial indikator terletak pada ujung tangkai batang ukurnya.
2. Tranduser berfungsi untuk memperkuat/memperjelas dengan mengubah sinyal sinyal yang diterima dari sensor dan mengirim hasil ke penunjuk atau indikator/ rekorder maupun kontroler. Kemungkinan pada tranduser sinyal dirubah dengan besaran lain, misalnya system mekanik menjadi elektrik kemudian diubah kembali menjadi sistem mekanik Jadi prinsip kerja dari alat ukur tergantung dari pengubahnya, yang dapat dibedakan menjadi beberapa prinsip kerja, yaitu : 1. sistem mekanik 2. sistem elektrik 3. sistem optik 4. sistem pneumatik 5. sistem gabungan diantara tersebut diatas, diantaranya: a. sistem optomekanik b. sistem optoelektronik c. sistem mekatronik dst
Contoh tranduser pada mikometer berupa sistem ulir presisi, pada dial indikator berupa sistem rodagigi yang dapat mengubah dari gerakan linier menjadi gerakan berputar pada indikatornya.
3. Penunjuk atau indikator bertugas untuk menayangkan data ukur yang berupa garis‐garis skala pada mikrometer atau jarum yang bergerak melingkar dengan menunjuk skala ukur yang melingkar juga.
Rekorder dapat mencatat data ukur dalam bentuk numerik atau grafik, sedangkan kontroler berfungsi untuk mengendalikan besarnya nilai obyek yang diukur sesuai dengan nilai ukur yang dikehendaki. Tidak semua alat ukur dilengkapi dengan rekorder dan atau kontroler, namun untuk alat‐alat ukur yang modern yang dilengkapi dengan pembacaan digital sering dilengkapi dengan pengolah data secara statistik (SPC – statistic process control). Komponen pengolah data ini sangat membantu khususnya bagi mereka yang bekerja dibagian pengendalian mutu produk yang dibuat secara massa (mass product). Setiap dimensi dilakukan pengukuran beberapa kali, langsung data‐data tersebut dapat diolah, sehingga operator dapat memperoleh informasi tentang harga rata‐rata, simpangan baku dan parameter statistik lainnya termasuk penayangan histogram, diagram x‐R dsb.
2.3. Pengambilan data pengukuran
Pengambilan data adalah bagian dari proses pengukuran yang menuntut ketelitian atau kesaksamaan yang tinggi, karena kegiatan ini selalu dibayangi oleh kemungkinan sulitnya pengulangan proses pengukuran jika data yang sudah diperoleh mengalami kekeliruan. Kesulitan pengambilan data ulang antara lain disebabkan oleh sudah berlalunya obyek pangukuran ke pos pengerjaan berikutnya, sehingga menyulitkan pelacakan, dan berubahnya karakteristik elemen pengukuran terhadap waktu, misalnya perubahan suhu atau perubahan karakteristik alat ukur yang akan mengakibatkan berubahnya nilai ukur. Oleh karena itu, proses pengambilan data sebaiknya dilakukan hanya pada satu kesempatan sampai tuntas dan tanpa kekeliruan. 2.3.1 Elemen Pengambilan data Dalam proses pengambilan data terdapat lima elemen yang terlibat yaitu: 1. Obyek ukur 2. Standar ukur 3. Alat Ukur 4. Operator pengukuran 5. Lingkungan
Proses pengukuran tidak dapat berlangsung dengan baik bila salah satu dari keempat elemen yang pertama tidak ada. Faktor lingkungan selalu hadir pada setiap situasi. Kelima elemen perlu dipahami agar kesalahan yang ditimbulkan oleh setiap elemen dapat dipelajari. Proses pengukuran dilakukan si operator dengan membandingkan benda ukur (obyek) dengan alat ukur (standar) yang sudah diketahui nilai ukurnya (kalibrasi) dengan sarana ruang dan alat bantu ukur yang memenuhi persyaratannya.
1) Obyek ukur
Obyek ukur adalah komponen sistem pengukuran yang harus dicari karakteristik dimensionalnya, misal panjang, jarak, diameter, sudut, kekasaran permukaan dst, agar hasil ukurnya memberikan nilai yang aktual, maka sebelum proses pengukuran dilakukan, obyek ukur harus dibersihkan dahulu dari debu, minyak atau bahan lain yang menutup atau mengganggu permukaan yang akan diukur.
2). Standar Ukur
Standar ukur adalah komponen sistem pengukuran yang dijadikan acuan fisik pada proses pengukuran. Bagi pengukuran dimensional standar satuan ukuran adalah standar panjang dan turunannya. Dalam proses pengukuran yang baik menuntut standar ukur yang mempunyai akurasi yang memadai dan mampu telusur ke standar nasional/ internasional.
3) Alat Ukur
ditentukan secara kuantitatif dalam satuan standarnya. Ciri‐ciri dari alat ukur yang baik adalah yang memiliki kemampuan ulang yang ketat, kepekaan yang tinggi, histerisis yang kecil dan linieritas yang memadai.
4) Operator pengukur
Operator pengukur adalah orang yang menjalankan tugas pengukuran dimensonal baik secara keseluruhan maupun bagian demi bagian. Tugas ini terdiri dari pos pekerjaan, diantaranya:
¾ pemeriksaan obyek ukur (dan gambar kerja) ¾ pemilihan alat‐alat ukur (dan standar ukur)
¾ persiapan pengukuran (penjamin kebersihan, penyusunan sistem ukur, pemeliharaan kondisi lingkungan dan lain‐lain).
¾ perhitungan analisis kesalahan pengukuran ( dan pembuatan interprestasi ketidakpastian pengukuran) ¾ penyajian hasil pengukuran (dalam bentuk laporan pengukuran). Seorang operator hendaknya dibekali dengan pengetahuan: ‐ kemampuan membaca gambar kerja ‐ pengetahuan tentang sistem toleransi ‐ kemampuan menjalankan alat/mesin ukur ‐ pengetahuan tentang statistika pengukuran dan teori ketidakpastian 5).Lingkungan Proses pengukuran dapat dilakukan dimana saja: diruang terbuka maupun diruang ysng terkondisi. Pada ruang terkondisi khususnya pengukuran dimensional tentunya akan menjamin hasil ukur lebih akurat,dengan persyaratan yang dipersyaratkan bagi sebuah ruang untuk keperluan pengukuran/kalibrasi dimensional adalah sbb: ‐ suhu 20 ±1 0 C ‐ kelembaban relatif ± 50 % 2.4.Proses Pengukuran
Sebelum pengukuran dilakukan , secara administratif perlu dipersiapkan petunjuk pemakaian alat ukur, dan grafik untuk mencatat hasil pengambilan data, serta gambar tata letak dari sistem pengukuran. Alat ukur yang akan digunakan perlu dilakukan pemeriksaan, yaitu uji visual, fungsional dan unjuk kerja.
‐ Uji visual dimaksudkan untuk melihat kelengkapan alat ukur, dan cacat yang dapat dilihat mata.
‐ Uji fungsional untuk memeriksa tanggapan yang terjadi sebagai akibat input yang diberikan dengan mengubah posisi setiap tombol.
‐ Apabila semua fungsinya dapat bekerja alat ukur tersebut dapat digunakan dengan catatan terdapat hasil uji unjuk kerja secara tertulis, yang berupa laporan kalibrasi atau sertifikat kalibrasi.
Dilihat dari jumlahnya pengambilan data dapat dilakukan satu sampai beberapa kali dimaksudkan untuk menjamin nilai kebenaran hasil ukur, data‐data harus diambil lebih dari dua kali pada setiap posisi. Oleh karena itu pengambilan data yang dilakukan secara berulang, sehingga dapat memiliki peluang yang lebih baik untuk mendekati harga yang sebenarnya.
Di pihak lain, jumlah obyek pendataannya sendiri dapat hanya satu atau beberapa buah. Dengan demikian dapat terjadi kombinasi : ¾ obyek tunggal – pengambilan data satu kali ¾ obyek tunggal – pengambilan data berulang ¾ obyek majemuk homogen – pengambilan data satu kali ¾ obyek majemuk homogen – pengambilan data berulang
Dalam kasus obyek majemuk homogen baik pengambilan data satu kali maupun berulang, dapat diperoleh proporsi status obyek. Namun untuk hasil yang lebih akurat, lebih baik dipilih pengambilan data yang berulang. Karena cara ini akan mengurangi kemungkinan adanya status obyek yang meragukan khususnya bagi obyek yang berada pada nilai batas. 3.KALIBRASI (CALIBRATION) 3.1.Definisi
Kalibrasi bagian dari Metrologi kegiatan untuk menentukan kebenaran
konvensional nilai penunjukkan alat ukur dan bahan ukur. Atau Kalibrasi adalah
memastikan hubungan antara harga‐harga yang ditunjukkan oleh suatu alat ukur atau sistem pengukuran, atau harga‐harga yang diabadikan pada suatu bahan ukur dengan harga yang “sebenarnya” dari besaran yang diukur. 3.2.Kalibrasi di industri Menjamin ketertelusuran peralatan ukur yang digunakan dalam pengukuran dan pengujian suatu produk industri. Atau menjamin suatu hasil pengukuran, maka alat ukur dan bahan ukur yang digunakan dalam proses pengukuran harus dikalibrasi. 3.3. Kalibrasi alat ukur
Kalibrasi adalah kegiatan untuk mengetahui kebenaran konvensional nilai penunjukkan suatu alat ukur. Kalibrasi dilakukan dengan cara membandingkan alat ukur yang diperiksa terhadap standar ukur yang relevan dan diketahui lebih tinggi nilai ukurnya. Selanjutnya untuk mengetahui nilai ukur standar yang dipakai, standarnya juga harus dikalibrasi terhadap standar yang lebih tinggi akurasinya. Dengan demikian setiap alat ukur dapat ditelusuri (traceable) tingkat akurasinya
Dari proses kalibrasi dapat menentukan nilai‐nilai yang berkaitan dengan kinerja alat ukur atau bahan acuan. Hal ini dicapai dengan pembandingkan langsung terhadap suatu standar ukur atau bahan acuan yang bersertifikat. Output dari kalibrasi adalah sertifikat kalibrasi dan label atau stiker yang disematkan pada alat yang sudah dikalibrasi.
Tiga alasan penting, mengapa alat ukur perlu dikalibrasi
1. Memastikan bahwa penunjukan alat tersebut sesuai dengan hasil pengukuran lain
2. Menentukan akurasi penunjukan alat.
3. Mengetahui keandalan alat,yaitu alat ukur dapat dipercaya.
3.4. Manfaat kalibrasi
Dengan kalibrasi suatu alat ukur atau standar ukur, nilai ukurnya dapat dipantau, sehingga tindakan yang tepat dapat segera diambil bila penyimpangan yang terjadi sudah diluar batas toleransi yang diijinkan terhadap spesifikasi standarnya.
Penggunaan alat ukur yang masih baik berdasarkan hasil kalibrasi berguna: ¾ untuk pengukuran yang baik langsung atau tidak langsung menyangkut
keselamatan.
¾ hasil produk yang cacat atau menyimpang dapat dihindari/ditekan sekecil mungkin
¾ untuk menjamin bahwa hasil pengukuran yang dilakukan dapat tertelusur ke standar nasional/internasional.
Untuk menarik manfaat tersebut diatas, semua jenis alat ukur semua besaran perlu dikalibrasi.
3.5. Interval Kalibrasi dan Sertifikasi
Alat ukur yang dikelola berdasarkan metrologi legal, interval kalibrasi (tera) ditetapkan secara periodik berdasarkan oleh peraturan perundang‐undangan (UUML)yang berlaku di Direktorat Metrologi (Deperindag). Untuk alat ukur yang dikelola berdasarkan metrologi teknis, interval kalibrasi tergantung pada tingkat akurasi, lokasi / penyimpanan dan frekuensi pemakaian. Kalibrasi harus lebih sering dilakukan untuk alat ukur yang : ¾ tingkat akurasinya lebih rendah ¾ lokasi pemakaian/penyimpanan yang mengakibatkan kondisi alat ukur makin cepat memburuk. ¾ lebih tinggi frekuensi pemakaiannya.
Setelah proses kalibrasi selesai dilakukan, Sertifikat atau laporan kalibrsi diterbitkan. 3.6. Persiapan kalibrasi Dalam suatu proses kalibrasi, terdapat enam unsur yang terlibat yaitu: 1. Obyek kalibrasi yang berupa alat ukur
2. Standar ukur 3. Sistem kalibrasi (kalibrator) 4. Standar dokumenter 5. Operator kalibrasi 6. Lingkungan yang terkondisi (ruang ukur) 3.7. Ketertelusuran (traceability)
Kemampuan telusur (traceability) sangat erat kaitannya dengan kegiatan kalibrasi, yaitu sifat dari alat ukur dan bahan ukur yang dapat menghubungkan ke standar yang lebih tinggi sampai ke standar nasional dan atau internasional yang dapat diterima sebagai system pengukuran melalui suatu mata rantai tertentu. Secara umum semua bahan ukur, alat ukur harus tertelusur ke standar yang lebih tinggi akurasinya, standar‐standar yang dipakai sebagi acuan adalah sbb:
¾ Standar Kerja (Working Standard) – merupakan pembanding dari alat‐ alat ukur industri berada di Lab.Kalibrasi industri‐industri
¾ Standar Acuan (Reference Standard) – merupakan pembanding dari standar‐standar kerja dan berada di Pusat‐ pusat Kalibrasi yang terakreditasi (KAN)
¾ Standar Nasional (National Standard) – merupakan pembanding dari pusat‐ pusat kalibrasi (JNK). Standar tersebut berada di Puslit KIM‐LIPI, Serpong.
¾ Standar Internasional (International Standard) – merupakan pembanding dari Institusi Metrologi Nasional (NMI) di masing‐masing negara yang dikordinasikan secara regional yang berpusat di BIPM, International Intercomparation
3.8. Prosedur Acuan
Prosedur acuan dapat diartikan sebagai prosedur untuk melakukan pengujian, pengukuran dan analisis yang ditelaah dengan teliti dan dikontrol dengan ketat. Tujuannya adalah untuk mengkaji prosedur lain untuk pekerjaan yang serupa atau untuk menentukan sifat‐sifat bahan acuan (termasuk obyek acuan) atau untuk menentukan suatu nilai acuan.
Ketidakpastian dalam hasil kerja suatu prosedur acuan harus diperkirakan dengan memadai dan sesuai untuk penggunaan yang dimaksudkan.
Prosedur acuan dapat digunakan:
1. Memvalidasi pengukuran lain atau prosedur pengujian lain yang digunakan untuk pekerjaan yang serupa, dan mementukan ketidakpasyiannya.
2. Menentukan nilai acuan sifat‐sifat dari suatu bahan yang dapat disusun dalam buku panduan atau pangkalan data.atau nilai acuan yang terkandung dalam bahan acuan atau obyek acuan.
Jaminan untuk kelancaran kerja bagi semua pihak dalam menyatukan pengertian teknik antar negara yang mempunyai kepentingan bersama. Khususnya sebagai dasar yang tepat bagi pembuatan komponen dengan sifat mampu tukar (interchangability). Dokument standar seperti ISO / IEC bertujuan : 1. memudahkan perdagangan internasional 2. memudahkan komunikasi teknis 3. memberikan petunjuk‐petunjuk praktis pada persoalan khusus dalam bidang teknologi bagi negara berkembang. 4. INSTRUMENTASI PROSES 4.1.Fungsi instrument • mengurangi kesalahan manusia • mempertinggi kualitas hasil • menurunkan biaya produksi • cepat dan efisien 4.2.Jenis instrument a. Instrument Ukur
Untuk mengetahui harga (nilai) dari besaran fisik yang diukur dari suatu proses sedang berjalan. Pengukuran bisa dilakukan secara langsung (panjang, berat) atau melalui fisis lain seperti pengukuran temperatur dengan thermokopel, air raksa. Alat ukur bisa berupa alat penunjuk (indicator) transmitter (untuk disalurkan) atau rekorder (alat pencatat).
b. Instrument pengendali (kontrol)
Untuk mengatur suatu proses sehingga nilai sesuai dengan yang dikehendaki.
• Pengendalian kontinyu – feedback kontrol • Pengendalian berurutan – sequencial kontrol
Untuk mengatur urutan dengan waktu tertentu suatu pelaksanaan pekerjaan (proses) sesuai dengan yang diiginkan. 4.3. Perkembangan Instrument Pengendali (Kontrol) A. Kontrol Analog • Lokal kontrol
• Central kontrol (Kontrol Room) • Satu alat untuk satu pengendali • Butuh alat banyak • Personil banyak • Informasi terbatas. B. Supervisori Kontrol ¾ Kontrol analog masih digunakan sebagai kontrol utama
¾ Komputer sebagai supervisi dan melakukan akuisisi data (mengambil, menyiapan, dan menampilkan data) ¾ Informasi lebih cepat, akurat dan variatif ¾ Monitoring dapat diterapkan C. Direct Digital Control (DDC) ¾ Pengukuran dan pengendalian proses dilakukan langsung oleh komputer. ¾ Bisa menanganni banyak loop pengendalian, 1000 loop‐2000 loop ¾ Resiko tinggi, semua tergantung kepada alat. ¾ Untuk keamanan pakai back up (redundant komputer) ¾ Sistem stabil tidak ada driff untuk nialai parameter dan set point ¾ Masalah rumit dapat diaplikasikan. D. DDC terpusat Komputer terlalu sibuk Instalasi komplek, banyak saluran kabel Resiko masih tinggi Untuk lop banyak, real time menjadi lambat E. Distributed Control System (DCS)
Mempertahankan keunggulan dan menghilangkan kelemahan sistem kontrol terpusat. Mudah dikembangkan (exspand) karena moduler Capability lebih baik Waktu proses lebih cepat Instalasi cost rendah, wiring sedikit, diganti system komunikasi Maitein ability bagus, jenis modul sedikit, suku cadang terdiri dari :
F. Jenis Lain. ¾ Telemetri – Mengukur Jarak jauh ¾ Telecontrol‐ Mengontrol jarak jauh. ¾ SCADA – Supervisory Control and Data Accuisision – RTU – Master. 5. PENGUJIAN Pengujian adalah suatu kegiatan untuk menentukan sifat‐sifat suatu produk, proses atau jasa, menurut suatu prosedur, metodologi atau persyaratan tertentu.
Pengujian suatu produk peralatan bertujuan untuk mengetahui kondisi peralatan tersebut cukup baik dan sesuai dengan spesifikasi peralatan yang diminta oleh konsumen pada saat dikirim oleh produsen pada saat dikirim oleh produsen/kontraktor. Pengujian biasanya dilakukan pada awal penggunaan peralatan tersebut Secara umum pengujian suatu produk dapat dibagi menjadi 3 jenis pengujian, yaitu: • Pengujian keandalan (Reliability Test) • Pengujian keamanan (Safety Test) • Pengujian Fungsi ( Fungtion Test) Pengujian keandalan adalah pengujian yang dilakukan untuk mengetahui unjuk kerja dari sebuah peralatan dalam waktu yang lama.
Pengujian keamanan adalah pengujian yang dilakukan untuk mengetahui bahwa sebuah peralatan cukup aman digunakan bagi penggunanya dan juga aman bagi peralatan itu sendiri pada tempat dia digunakan. Pengujian fungsi adalah pengujian yang dilakukan untuk mengetahui kerja/fungsi dari sebuah peralatan sesuai dengan spesifikasinya. Menurut jenis/item uji, pengujian secara garis besar dibagi menjadi 3 bagian besar: 1. Efek lingkungan ( Enviromental effect)
Pengujian yang dilakukan pada sebuah peralatan dengan mengkondisikan/mensimulasikan kondisi ruang uji seperti kondisi dimana peralatan tersebut akan digunakan. Bagian uji efek lingkungan ini antara lain:
• Efek kelembaban • Efek tekanan
2. Efek dinamik (Dynamic effect)
Pengujian yang dilakukan pada sebuah peralatan dengan mensimulasikan kondisi dinamik yang akan dirasakan oleh peralatan tersebut pada saat/atau sebelum peralatan tersebut digunakan. . Bagian dari uji dinamik antara lain: Efek getaran (vibrasi) Efek jatuhan Efek denyut (shock) Efek bump 3. Efek kelistrikan (Electricity Effect)
Pengujian yang dilakukan pada sebuah peralatan dengan mensimulasikan kondisi efek kelistrikan yang dirasakan oleh peralatan tersebut pada saat digunakan. Bagian dari uji efek kelistrikan antara lain: Arus denyut Variabel voltage On‐Off Kebocoran arus (Current Leakage) Efek elektro magnit (Electromagnetic Compatibility) 5.2. Kriteria Alat Uji Persyaratan alat uji dan alat Bantu uji:
• Handal: Alat uji harus dapat dioperasikan dalam waktu yang cukup lama secara terus menerus tanpa mengalami gangguan dan penurunan kemampuan. Apabila peralatan uji dikendalikan dengan menggunakan sistem kontrol, maka alat uji tersebut harus mempunyai karakteristik yang baik walaupun dioperasikan dalam waktu yang cukup lama. • Akurat: penujukkan alat uji harus tepat dan mempunyai kesalahan pembacaan yang relatif kecil. Akurasi peralatan uji mutlak diperlukan untuk pengukuran point to point ( melakukan peralatan pada titik‐titik ukur tertentu) maupun untuk pengukuran terkontrol dan siklus tertentu dengan slope yang dipersyaratkan (melakukan pengukuran secara kontinyu yang biasanya berupa grafik dengan karakteristik
dengan melihat hasil kalibrasi alat uji tersebut. Besarnya kesalahan hasil ukur alat uji akan menentukan klasifikasi dari alat uji. • Mampu Telusur: Semua peralatan ukur dan uji yan mempengaruhi ketelitian atau keabsahan pengujian harus dikalibrasi dan/atau dilakukan verifikasi dan keabsahan peralatan harus didesain dan dilaksanakan sebagai mana mestinya sehingga menjamin pengukuran yang dilakukan oleh laboratorium kalibrasi yang dapat ditelusuri ke standar nasional. Atau mengikuti progran uji banding antara laboratorium atau program uji profesiensi yang sesuai. Standar pembanding pengukuran yang memiliki laboratorium harus dipakai untuk kalibrasi saja, kecuali jika dapat dibuktikan bahwa standar pembanding pengukuran wajib dikalibrasi ulang dan dilakukan oleh instansi yang berwewenang.
