Kalibrasi dalam Elektronika

(1)

Instrumentasi Elektronika

Kalibrasi

EruP(c)3-2014/2016

PENS

(2)

Kalibrasi

• Secara umum yang disebut dengan “Kalibrasi”

adalah

– membandingkan antara hasil pengukuran suatu alat dengan hasil pengukuran alat lain sebagai referensi yang sudah dikalibrasi sebelumnya

• Alat yang akan dikalibrasi dibandingkan dengan alat yang sudah dikalibrasi (alat referensi)

– Bisa juga, alat referensi ini dianggap sebagai alat yang hasil pengukurannya benar

• Akan ada selisih atau nilai tertentu yang digunakan sebagai penjelas perbedaan alat dengan alat referensi

(3)

Koreksi

• Jika suatu alat sudah dilakukan kalibrasi, maka akan muncul nilai-nilai tertentu yang digunakan untuk menyatakan perbedaan nilai yang

ditunjukkan oleh alat tersebut dengan yang ditunjukkan oleh referensi

• Prosedur koreksi adalah melakukan

pengubahan hasil pengukuran dari alat yang telah dikalibrasi sebelumnya dengan

memasukkan nilai-nilai hasil kalibrasi

– Diharapkan, setelah dilakukan koreksi, maka

penunjukkan alat yang telah dikalibrasi akan sama dengan penunjukkan alat referensi

(4)

Contoh

• Suatu alat ukur yang akan dikalibrasi digunakan bersama alat ukur referensi (yang telah dikalibrasi sebelumnya) untuk mengukur suatu suhu tertentu

• Hasil pengukuran menunjukkan:

– Alat yang diuji: 30C – Alat referensi: 32C

• Nilai koreksi: 32C-30C=2C

• Alat yang diuji dilakukan koreksi pada tampilannya dengan menambahkan nilai 2C pada setiap hasil pengukurannya

– Sehingga yang semula menunjukkan 30C, menjadi 32C

(5)

Prosedur Kalibrasi

• Kalibrasi 1 titik

– Pengaturan offset (kenaikan/penurunan suhu)

• Gain (kemiringan) dianggap sesuai

– Pengaturan gain (kemiringan)

• Titik offset dianggap sesuai (saat 0°C keluar tepat 0mV)

• Untuk mengetahui ketidak sesuaian gain, sebenarnya diperlukan kalibrasi dua titik

• Kalibrasi dua titik

– Offset dan gain dianggap tidak sesuai

– Diperlukan 2 titik kalibrasi untuk mendapatkan satu persamaan garis lurus

• Mendapatkan nilai offset dan gain sekaligus

(6)

Suhu vs Vout

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Suhu

Vout Normal

Offset Gain

Offset+Gain Offset diturunkan

Offset dinaikkan, Gain diturunkan (perlu kalibrasi dua titik)

Gain diturunkan

Offset diturunkan Offset diturunkan Gain diturunkan

Offset diturunkan Gain diturunkan

Offset diturunkan

Offset dinaikkan, Gain diturunkan (perlu kalibrasi dua titik)

Gain diturunkan

Offset diturunkan

(7)

Contoh Kalibrasi Satu Titik

• Kalibrasi menggunakan alat ukur suhu referensi dan alat ukur yang dibuat

• Kedua alat ukur dijadikan satu (berdekatan) dan dikenakan pada suhu yang sama

• Misalkan, alat referensi menunjukkan 30°C dan alat yang diuji menunjukkan 33°C

• Kesalahan Offset (harus yakin, bahwa slope sama)

– Faktor koreksi = 30°C - 33°C = -3°C – Setiap pengukuran akan dikurangi 3°C

– Atau offset diatur, sehingga menunjukkan nilai 3°C lebih kecil

• Kesalahan Gain (harus yakin, saat 0C, hasilnya sama)

– Faktor koreksi = 30°C / 33°C = 0,909°C – Setiap pengukuran dikalikan 0,909°C

(8)

Catatan

• Kalau tidak yakin akan kesalahan dari alat yang akan diuji, maka sebaiknya

menggunakan pendekatan kalibrasi dua

titik

(9)

Contoh Kalibrasi Dua Titik #1

• Contoh hasil pengujian

• Analisa

– Selisih antara Ref dan Uji pada pengujian #1 dan #2 sama-sama -3°C, artinya terjadi kesalahan offset

sebesar -3°C

• Koreksi

– Maka, setiap hasil pengukuran harus dikurangi 3°C

Titik Uji Ref Uji

#1 30°C 33°C

#2 40°C 43°C

Ref #1 – Uji #1 = 30°C - 33°C = -3°C Ref #2 – Uji #2 = 40°C - 43°C = -3°C

(10)

• Analisa

– Hasil bagi antara Ref dengan Uji pada pengujian #1 dan #2 sama-sama menghasilkan nilai 0,909, artinya terjadi kesalahan penguatan sebesar 0,909x

• Koreksi

– Maka, setiap hasil pengukuran harus dikalikan 0,909

Titik Uji Ref Uji

#1 30°C 33°C

#2 40°C 44°C

Ref #1 / Uji #1 = 30°C / 33°C = 0,909°C Ref #2 / Uji #2 = 40°C / 44°C = 0,909°C

(11)

• Analisa

– Operasi pengurangan maupun pembagian pada pengujian #1 dan #2 tidak menghasilkan nilai yang sama, artinya terjadi kesalahan offset dan gain

– Harus dilakukan analisa persamaan garis lebih lanjut ...

Titik Uji Ref Uji

#1 30°C 31°C

#2 40°C 43°C

Ref #1 – Uji #1 = 30°C - 31°C = -1°C Ref #2 – Uji #2 = 40°C - 43°C = -3°C dan

Ref #1 / Uji #1 = 30°C - 31°C = 0,968°C Ref #2 / Uji #2 = 40°C - 43°C = 0,930°C

(12)

Kalibrasi Offset dan Gain

• Analisa

– Didapatkan persamaan garis R = 0,833 x U + 4,177°C – Artinya, terjadi kesalahan offset sebesar +4,177°C

dan kesalahan gain sebesar 0,833

– Maka, hasil setiap pengukuran harus dikalikan dengan 0,833 dan ditambah 4,177°C

Titik Uji Ref Uji

#1 30°C 31°C

#2 40°C 43°C

Ref = 40°C - 30°C = 10°C

Uji = 43°C - 31°C = 12°C m = Ref / Uji = 0,833 Persamaan garis koreksi:

R = m.U + C

Saat Ref = 30°C, Uji = 31°C, sehingga C = R – m.U = 30°C – 0,833 x 31°C C = 4,177°C

Persamaan garis koreksi lengkap:

R = 0,833 x U + 4,177°C

(13)

Cara Kalibrasi Rangkaian

• Misalkan didapatkan persamaan koreksi

– R = 0,833 x U + 4,177°C

• Maka, prosedur kalibrasi rangkaian

– Baca nilai Ref dan Uji saat ini, misalkan Ref=30°C dan Uji=31°C

– Turunkan gain (karena nilainya 0,833), sampai nilai keluaran menunjukkan 31°C x 0,833 = 25,823°C

– Naikkan offset (karena nilainya +4,177°C), sampai nilai keluaran tepat menunjukkan 30°C (=Ref)

(14)

Kalibrasi Lainnya

– Bentuk grafik fungsi transfer sensor membentuk garis lurus, dengan kesalahan hanya salah satu dari offset atau gain

– Bentuk grafik membentuk garis lurus

– Bentuk grafik membentuk lengkungan orde 2 (kuadrad)

• Kalibrasi 4 titik

– Bentuk grafik membentuk lengkungan orde 3

• Kalibrasi banyak titik

– Bentuk grafik membentuk lengkungan orde banyak (polinomial, atau lainnya, bentuk tidak jelas)

(15)

Contoh Kalibrasi

Ref (X) Ukur (Y)

20 25

20 19

20 22

20 21

40 40

40 43

40 45

40 47

60 56

60 59

60 57

60 55

80 89

80 88

80 92

80 91

y = 0,0006x³- 0,0844x²+ 4,4563x - 38,5

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Ukur

Ukur Poly. (Ukur)

(16)

Contoh

Ref Ukur Koreksi

0 0 2,3604

5 3 6,1896

10 6 9,9486

15 10 14,8514

20 14 19,6294

25 19 25,4264

30 22 28,811

35 27 34,296

40 31 38,5436

45 33 40,6206

50 43 50,5376

55 46 53,3606

60 55 61,4084

65 60 65,6064

70 65 69,6094

75 74 76,3234

80 85 83,6714

85 89 86,1094

90 95 89,5324

95 102 93,171

100 110 96,8614

Regresi Polinomial Pangkat 2 y = 0,0054x²+ 0,5713x - 0,013

-20 0 20 40 60 80 100 120

0 20 40 60 80 100 120

Ukur Ref Koreksi Poly. (Ukur)

y = -0,0039x²+ 1,2881x + 2,3604

0 20 40 60 80 100 120

Koreksi, X=Ukur, Y=Ref

Ref Poly. (Ref)

Pengukuran, X=Ref, Y=Ukur

(17)

Koreksi menggunakan Perhitungan Regresi

• Jika dimungkinkan melakukan

kalibrasi/pengukuran menggunakan banyak titik, maka prosedur untuk mendapatkan

persamaan koreksinya bias dengan menggunakan perhitungan regresi

• Perhitungan regresi bias digunakan untuk

mendapatkan pendekatan persamaan dalam bentuk

– Linear, kuadratik, polynomial, eksponensial,

logaritmis, dan sebagainya

(18)

Dasar Regresi Linear

• Prosedur melakukan Regresi Linear

– Menyusun dalam bentuk table X (Hasil Uji) – Y (Referensi)

– Menambahkan kolom X

²

, Y

²

dan XY

– Tambahkan baris total X (X), total Y (Y), total X

²

(X

²

), total Y

²

(Y

²

), dan total XY (XY)

– Hitung koefisien a dan b

– Lakukan koreksi dengan Koreksi = a + bX

(19)

Regresi Menggunakan EXCEL

• Prosedur menggunakan EXCEL

– Susun table dalam EXCEL dalam urutan UJI dan REF

– Blok semua data (2 kolom)

– Tambahkan grafik/plot/chart dalam model scattered

– Tambahkan Trendlines dan pilih mode persamaannya

– Tampilkan persamaan

– Lakukan koreksi berdasarkan persamaan yang

ditampilkan