KALIBRASI SENSOR TEMPERATUR DENGAN METODA PERBANDINGAN DAN SIMULASI

  

KALIBRASI SENSOR TEMPERATUR DENGAN METODA

PERBANDINGAN DAN SIMULASI

Cecep Sulaeman, Kusnadi

  Politeknik Negeri Jakarta

• – Jurusan Teknik Elektro Email : cecep_pnj@yahoo.com

  ABSTRACT

PT 100 temperature sensor calibration and Thermocouple can use the method of comparison or

simulation. Method of comparison used by a standard calibration comparing with the source of ice cubes

and boiling water to the Controller E5EK Omron Digital Indicator. The temperature measurement data is

calculated through the four (4) the uncertainty is the uncertainty of the standard, master, joint, and

stretching. Simulation results of the measurement data are made with data on indicators by Omron E5EK

DigitalController InsL and InsH seek to determine the nominal value of the temperature.

  Keywords: Calibration, Sensor, Comparison, Simulation ABSTRAK.

  

Kalibrasi sensor temperatur PT 100 dan Thermocouple dapat menggunakan metoda perbandingan atau

simulasi. Metoda perbandingan digunakan dengan cara membandingkan kalibrator standar berupa

dengan sumber es batu maupun Air mendidih terhadap Indikator Digital Controller E5EK Omron.

Data pengukuran Temperatur dihitung melalui empat (4) ketidakpastian yaitu ketidakpastian standar,

master, gabungan dan terentang. Hasil data pengukuran dibuat Simulasi dengan data pada Indikator

DigitalController E5EK Omron dengan cara mencari InsL dan InsH untukmenentukan nilai nominal

temperatur.

  Kata kunci: Kalibrasi, Sensor, Perbandingan, Simulasi.

  a) Kalibrasi Perbandingan PENDAHULUAN

  Kalibrasi atau penteraan merupakan Setiap Instrumen Alat Ukur/sensor kegiatan untuk perbaikan (setting) sebelum digunakan atau setelah pengukuran berdasarkan peralatan yang digunakan pada periode tertentu (6 bulan standar, metoda dalam kalibrasi antara atau 12 bulan), harus dilakukan lain: Simulasi dan Perbandingan, pengukuran dan dikalibrasi sesuai standar berdasarkan perbedaan fasa nasional ataupun internasional.

  Yang umum dan banyak digunakan Sensor merupakan perangkat input dan dalam kalibrasi menggunakan metoda “mata” dalam sebuah proses industri kalibrasi perbandingan, yaitu untuk menghasilkan produk yang yang membandingkan standar alat ukur berkualitas, oleh karena sensor harus

  (kalibrator) terhadap beban ukur yang memiliki keakuratan dalam pembacaan dipakai, baru dilakukan perhitungan yang , sehingga perlu dipelihara untuk deviasi berdasarkan standar yang berlaku. mendapatkan umur (life time) yang

  Cara ini memerlukan standar kalibrator panjang. yang akurat biasanya instrument reference

  Sensor temperatur pada Themocouple alat kalibarotor ini dikalibrasi di ataupun PT-100, banyak digunakan dalam

  Lembaga Kalibrasi KAN/LIPI. Untuk proses industri sebagai “peraba” yang mengkalibrasi alat ukur/sensor suhu yang menggunakan mesin pemanas, sebagai berupa thermocouple ataupun PT100 alat ukur temperatur supaya system tetap dapat digunakan bantun media kalibrasi stabil. yang berupa, bak air: 100 derajat Celsius, dan bak es : 0 derajat Celsius (sebagai (f) Memberikan reaksi. referensi) .

  Hasil pengukuran harus Pemanfaatan kalibrator standar dari mencantumkan suatu perkiraan yang temperatur es (0

  C) dan temperatur suhu menggambarkan seberapa besar kesalahan air mendidih (100

  C). Setelah yang mungkin terjadi, dalam batas-batas dibandingkan dengan bahan yang diukur kemungkinan yang wajar. Nilai ini (PT100) baru dibuat simulasi sehingga sekaligus menunjukkan kualitas dapat menentukan deviasi/kesalahan dari pengukuran. Semakin kecil nilai perkiraan PT100 yang dilihat pada Indicator itu, berarti semakin baik pula kualitas Controller. Hal ini merupakan suatu ide pengukurannya. (Killian, 2004, 242-247). baru untuk menggantikan peranan

  Kalibrasi adalah suatu kegiatan untuk kalibrator yang ada (metoda menentukan kebenaran kovensional nilai

  Perbandingan). Indicator Controller dapat penunjukkan alat ukur dan bahan ukur. disetting sesuai dengan hasil yang

  Kalibrasi dilakukan dengan cara diperoleh dari hasil perbandingan dan membandingkan alat ukur dan bahan ukur disimulasikan. Pemanfaatan dari yang akan dikalibrasi terhadap sandar penelitian ini dapat berupa: ukurnya yang mampu telusur (traceable) i. Bahan pembelajaran Instrumentasi ke standar nasional dan atau internasional.

  Industri bagi Pengajar dan mahasiswa Dengan kalibrasi dapat ditentukan listrik dan elektronik pada Jurusan deviasi kebenaran konvensinal nilai Teknik Elektro. penunjukkan suatu alat ukur, atau deviasi ii. Ide baru dalam kalibrasi temperatur dimensi nominal yang seharusnya suatu menggantikan cara konvensional yang bahan ukur. Dengan kalibrasi kondisi alat berupa metoda perbandingan. ukur dan bahan ukur dapat dijaga tetap iii. Dapat digunakan oleh teknisi industri sesuai dengan spesifikasinya. instrumen sebagai alat ukur kalibrasi mandiri tanpa diberikan ke vendor

  Semua jenis alat ukur pelu dikalibrasi, (Teknisi instrumen dari luar), baik alat ukur besaran dasar (panjang, sehingga akan mengurangi cost. massa, waktu, arus listrik, suhu, jumlah iv. Cara termudah untuk mengkalibrasi zat, intensitas cahaya), luas, isi,

  Temperatur (PT 100, Thermocouple) kecepatan, tekanan, gaya, frekuensi, yang banyak digunakan oleh industri energi, gaya dan sebagainya. tanpa kalibrator pembanding.

  Bila suatu alat ukur termasuk katagori legal, maka periode kalibrasinya telah

b) Ketidak pastian Pengukuran.

  ditentukan, kalibrasinya tergantung pada Mengukur adalah proses mengaitkan keperluan dan atau frekuensi sesuatu angka secara empirik dan obyektif penggunaanya. pada sifat-difat obyek atau kejadian nyata sedemikian rupa sehingga angka tadi

  Contoh periode kalibrasi untuk beberapa dapat memberikan gambaran yang jelas instrument ukur tertentu: mengenai obyek atau kejadian tersebut.

  (a) Thermocouple : 2 bulan Manfaat :

  (b) Therm. Controller : 12 bulan (a) Membuat gambaran/deskripsi (c) Hygrometer : 6 bulan (b) Memperkirakan/meramalkan (d) Micrometer : 3 bulan (c) Mengadakan komunikasi (e) Vernier Caliper : 12 bulan (d) Memutuskan (f) Gauge block : 24 bulan (e) Mengatur/mengendalikan, dan

c) Analisa ketidakpastian.

    

  a u 

  Tipe B dari sertifikasi kalibrasi

  2 U

  u 

  Keterangan: s = simpangan baku. n = banyaknya pengukuran. a = setengah dari resolusi terkecil yang dapat dibaca. u = nilai ketidakpastian pada tingkat kepercayaan 95% yang dicantumkan dalam sertifikat kalibrasi.

  Derajat kebebasan Tipe A  v = n

     

  R v 100

  Tipe B dari resolusi alat ukur

  2

  1 R = relative uncertainly

  Derajat kebebasan efektif: ...... .......... ₂ ² ₁ ¹    

  v U v U

  U v _{c errot}

  Ketidakpastian baku gabungan (Combined

  standar uncertainly ): Uc = C1U1 + C2U2 + C3U3 +….

  Ketidakpastian Terentang:

  3

  n s u 

  (g) Profile proyektor : 12 bulan, dan sebagainya

  Tipe A dievaluasi dengan menggunakan metoda statistik yang baku untuk menganalisis satu himpunan atau sejumlah himpunan pengukuran, dan mencakup jenis kesalahan yang disebut kesalahan acak. Kesalahan ini dicirikan oleh taksiran variasi atau simpangan baku, nilai rata-rata dan derajat kebebasan.

  Jenis atau sumber ketidakpastian Rumus

  Ketidakpastian baku dihitung dengan rumus tertentu:

  Nilai pengukuran = Penunjukkan alat ukur + Koreksi alat ukur

  Model matematika pengukuran berupa persamaan yang menunjukkan hubungan antara input dan output.

  c) Sebaran nilai-nilai pengukuran (pengukuran berulang).

  Jain Kharma, RK, Electrical & Industrial Measurement, 2003.

  Komponen pengukuran dapat dibagi menjadi beberapa kelompok standar atau acuan yaitu benda ukur, peralatan. Metoda, lingkungan dan personil atau perilaku pengukuran. Ada dua (2) jenis ketidakpastian pengukuran berdasarkan

  ISO Guide yaitu ketidakpastian,tipe A

  Tipe A dari pengukuran berulang

  dan tipe B yang dibedakan menurut metoda evaluasinya.

  Menghitung ketidakpastian pengukuran yang diuraikan dalam ISO Guide mencakup langkah-langkah evaluasi berupa: a) Kenali faktor-faktor yang berkontribusi pada ketidakpastian.

  Tipe B dievaluasi dengan cara selain analisis statistik pada sejumlah pengamatan. Ketidakpastian ini mencakup kesalahan yang. Dicirikan oleh taksiran variasi atau simpangan baku, nilai rata- rata dan derajat kebebasan.

• – 1 Tipe B 

  b) Buat model matematik pengukuran.

  a) Hitung ketidakpastian baku gabungan.

  b) Hitung ketidakpastian terentang dengan menggunakan factor cakupan. Sumber ketidakpastian yang paling berpengaruh dalam pengukuran adalah: a) Daya baca alat ukur (skala atau tampilan alat).

  b) Kebenaran nilai instrument acuan (sertifikasi kalibrasi).

  c) Cari ketidakpastian baku masing- masing komponen. a) Merancang dan membuat model kalibrasi pada sensor Temperatur (PT100, dan Thermocouple) dengan metoda perbandingan dan simulasi.

  Dalam melakukan penelitian dilakukan metodologi dengan langkah-langkah sebagai berikut:

  1 2 − 1 2 −

  = −

  1 2 − 1 2 −

  2 − 1 −

  1

  1 −

  1

  ) =

  −

  2

  Bentuk distribusi ini digunakan untuk ketidakpastian yang mempunyai interval kepercayaan 95 % atau 99 %. Ketidakpastian standar dihitung dengan cara membagi ketidakpastian kutipan dengan suatu faktor. Distribusi rectangular merupakan model yang sering digunakan terutama bila tidak dapat diketahui model tertentu seperti model-model distribusi triangular, normal dan lainnya. Pada umumnya kita dapat mengganggap derajat kebebasan tak terhingga.

  −

  1 −

  1

  1 −

  1

  ) Dengan: Y L = Set Temperatur Low Limit.

  Yh = Set Temperatur High limit. Y1 = Penunjukkan Indikator Pertama. Y2 = Penunjukkan Indikator Kedua. X1 = Temperatur Standar Pertama. X2 = Temperatur Srandar Kedua.

  METODOLOGI

  Perumusan Simulasi pada Indicator Controller menggunakan Omron Mk 500 adalah :

  Distribusi probabilitas normal (Gauss).

  d) Pada umumnya estimasi terbaik dari nilai suatu besaran q yang bervariasi secara random (acak) adalah nilai rata- rata q.

  b) Komponen evaluasi ke....

  U = k, Uc

  Ruang Kepercayaan Faktor Cakupan

  68 %

  1 95%

  2 99,73%

  3 Evaluasi ketidakpastian tipe A

  a) Ketidakpastian standar tipe A dievaluasi dengan metoda statistik dari suatu seri pengamatan pengukuran.

  f) Deviasi standar experiment dari rata- rata s (q) digunakan untuk meng- estimasi selebaran distribusi rata-rata.

  e) Deviasi standar experiment s (q) digunakan untuk meng-estimasi distribusi q.

  Dalam mempertimbangkan ketidakpastian tipe B kita harus mengubah dari ketidakpastian yang dikutip ke ktidakpastian standar, dengan cara membagi dengan faktor pengali.

  c) Ketidakpastian standar tipe A berasal dari efek random.

• (

  g) Dalam mendokumentasikan evaluasi komponen-komponen ketidakpastian tipe A, maka derajat kebebasan harus dicantumkan.

• (

  Evaluasi ketidakpastian standar B

  Evaluasi ketidakpastian tipe B dilakukan tidak dengan cara analisa statistik dari seri pengamatan pengukuran. Tetapi dievaluasi berdasarkan penetapan secara ilmiah menggunakan informasi-informasi yang tersedia seperti: a) Data pengukuran sebelumnya.

  b) Pengalaman. umum.

  d) Spesifikasi pabrik.

  e) Data dari laporan/sertifikasi kalibrasi.

  f) Data yang diambil dari buku/literatur.

  Star

  b) Mengimplementasikan bentuk matematika untuk proses kalibrasi dengan metoda simulasi hasil dari _{Check Fisik, Kelengkapan} metoda perbandingan dari suatu _{dan Identitas} pengukuran sensor Temperatur PT 100 dan Thermocouple. _{Kalibrasi Terhadap Standar}

  c) Sebagai langkah awal dari suatu pembuktian teori yang dikembangkan melalui tahapan model dari kalibrasi _{E<Toleransi? Bisa diadjust? Adjust} dengan metoda perbandingan dan dibuat simulasi pada Indicator Controller untuk sensor suhu PT100 dan Thermocouple. _{Analisa Ketidakpastian}

  d) Sebagai media pembelajaran bagi pengajar dan mahasiswa Teknik _{Laporan Kalibrasi} Elektro dalam mata kuliah Instrumentasi Industri, yang selama ini masih menggunakan metoda perbandingan. _Selesai

  e) Sebagai acuan bagi Teknisi instrumen Gambar 1. Flow Chart Kalibrasi di Industri akan pentingnya kalibrasi dari suatu alat ukur/sensor Temperatur, dapat dikerjakan sendiri tanpa perlu kalibrator dari Vendor, yang selama ini digunakan, sehingga kan menghemat

  Data Pengukuran dan Analisa waktu dan biaya. Set-up Peralatan

  f) Alat yang diperlukan untuk Kalibrasi

  indikator

  Temperatu berupa:

  0000

  Master Kalibrasi Berupa Thermos es (0°C) dan air mendidih (100°C)pada

  PT 100/thermocouple

  heater Alat yang dikalibrasi (Indikator) E5EK OMRON

  Es batu dengan temperatur _o standar 0 C sebagai callibrator

HASIL DAN PEMBAHASAN

  Pedoman Kalibrasi Pengambilan data dilaksanakan pada tanggal 20 Juli 2010 di Lab. Elektronik Kalibrasi _o

  Thermos es 0 C (master)

  dilaksanakan pada indicator E5EK yang terpasang pada Mesin yang mengatur temperatur misalnya Mesin Curing pada

  Setup Peralatan Indikator berupa E5EK proses pembuatan Ban. Kalibrasi harus Omron Digital Controller sesuai dengan Flow Chart seperti ditunjukkan pada Gambar 1. Tabel 1. Data Pengukuran PT 100

  Sebelum Dikalibrasi

  Actual°C Koreksi°C Usd Um Uc Uexp

  5,0

  Tabel 3. Data Pengukuran PT100 setelah

  5,6 56 0,42 0,21 0,47 0,94 dikalibrasi. 6,2

  Maste Actua Korek Us U Ue Uc Dengan: r [°C] l [°C] si d m xp

  Usd = ketidakpastian standar 0,0 0,0 Um = ketidakpastian master 0,0 0,0 0,0

  Es 0,1 0,1 0,1 Uc = ketidakpastian gabungan

  5

  25

  56 Batu 0,2 Uexp = ketidakpastian terentang. Tingkat Kepercayaan 95% (K=2)

  Tabel 4. Data Pengukuran PT 100 setelah Tabel 2.Data Pengukuran PT 100 sebelum di Kalibrasi Tabel 3. Data Pengukuran di Kalibrasi Thermocouple.

  Actual Koreksi Usd Um Uc Uexp Maste Actu Kor Us U U Ue [°C] [°C] r °C al°C eksi d m c xp 106,4° 107,2 106,86 0,3 0,15 0,33 0,65 100,00 9,8,2

  107,0 Air 97,8 98 0,1 0, 0, 0,3 mendi 98,0

  4

  07

  15

  1 dih

  6 Perhitungan Ketidakpastian:

  a)

  Air mendidih 100  C Usd   , _{ 2}

  3 (

  X X )  _{i } Tabel 5.Data Pengukuran Thermo Couple

   ¹

  n 

  1

  sebelum di Kalibrasi dengan DWT

  U _sd

  b)

  Um   , 15 Callibrator.

  2 _{2 2} Master Actual Penunjukan Koreksi

  c) Uc  Usd  UM  ,

  33 [°C] 129,57 141

  d) U exp UcxK  ,

  65 130,0 129,57 141 10,6 129,57 140

  159,46 171

  Dari perbandingan data dapat dibuat

  160,0 159,46 170 10,6

  simulasi dengan manipulasi data pada

  159,46 171

  Digital Controller E5EK OMRON

  189,48 200 190,0 189,48 199 9,66 Y  Y _{L 1}

  189,48 200 In SL  x X  Y  X  Y  X  Y

          _{2 2 1 1 1 1} Y  Y _{2 1}

   Y H Y ¹

        In SH x

  X Y

  X Y

  X Y   ^{2 2   1 1    1 1  Usd = 0,59}

   Y ^{2 Y 1} Um = 0,3

   199 , 9  ,

  1 In S  x 100  _{L        } 94 , 7   , 1   ,

  1  94 , 7 ,

  1 ^{2 2} Uc = U U _{SD m}  200 

  5 , 3  ,

  1 In S L x     94 ,

6 Uc = 0,66

  InS   _L 11 , 4  ,

  1 Uexp = Uc x K   InS _L 11 ,

5 Uexp = 1,3

   650 ,

1 Setelah di Kalibrasi

  InS   _H 5 , 4   ,

  1 94 , 7  ,

  1 Usd = 0 649 ,

  9 InS  x _H 5 , 4  ,

  1 Um = 0 94 ,

  6 _{2 2} InS  _H

37 Uc = U  U = 0

  _{SD m} Uexp = Uc×K Uexp = 0

  KESIMPULAN

  PT 100 sebelum di Kalibrasi dengan air mendidih (100°C) Uexp = 0,65, setelah di Kalibrasi mendapatkan Uexp = 0,31 dengan tingkat kepercayaan 95% (K=2). Simulasi pada Kalibrasi PT 100 dengan es batu dan air mendidih (100°C) dengan manipulasi data pada Indikator Controller ESEK akan mendapatkan In S = -11,5

  L

  dan In S H = 37 pada posisi level 2. Hasil perhitungan ketidakpastian dari PT 100 adalah dengan thermocouple adalah dengan berdasarkan pengolahan data pada digital controller ESEK OMRON didapatkan, InSL = -14,2, InSH =102,4 pada level 2

DAFTAR PUSTAKA

  [1.] Considine Douglas,M, 2003, Process Instrumentations And Controls Handbooks, MC Graw Hill International

  [2.] Jain Kharma, RK, 2002 Electrical & Industrial Measurement,Khana Publishers, Delhi

  [3.] Killian, 2004, Modern Control Technologi Component and System, MC Graw Hill, London