DPL.1 Sistem Instrumentasi Pengukuran
DASAR PENGUKURAN LISTRIK
KONTRAK KULIAH
Pertemuan 1-7
Pertemuan 8 UTS
Penilaian:
1)
Tugas
: 15%
2)
Quis
: 15%
3)
UTS
: 20%
Referensi:
Measurement and Instrumentation Principles.
OUTLINE
1. Objektif
2. Teori
3. Contoh
4. Simpulan
Objektif
Teori
Contoh
Simpulan
Tujuan Pembelajaran
Mahasiswa mampu:
▪ Menjelaskan dengan benar mengenai prinsip dasar sistem pengukuran.
▪ Menjelaskan dengan benar mengenai terminologi dalam sistem pengukuran.
▪ Menjelaskan dengan benar mengenai elemen dasar instrument pengukur.
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif
Teori
Contoh
Simpulan
Pendahuluan
•
Pengukuran : Proses mendapatkan informasi tentang nilai variabel suatu
proses/sistem atau mendapatkan informasi tentang nilai dari suatu
besaran fisis, informasi yang didapatkan dapat berupa data
kuantitatif maupun kualitatif.
• Instrumentasi : bidang ilmu dan teknologi yang mencakup perancangan,
pembuatan, penggunaan instrumen/alat fisika atau sistem
instrumen untuk keperluan deteksi, penelitian, pengukuran serta
pengolahan data.
• Data Empiris : Data yang diperoleh langsung dari sistem pengukuran.
• Data Terproses : Data hasil pengolahan dari data empiris, misal perhitungan dari
beberapa variable.
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif
Teori
Contoh
Simpulan
Untuk Apa SIstem Pengukuran?
•
•
Mendapatkan data variabel-variabel dari suatu proses atau sistem.
Data tersebut kemudian dapat digunakan untuk kepentingan lebih lanjut
misalnya:
• Desain – Rancang Bangun
• Pengendalian/Sistem Kontrol
• Assessment/evaluasi/audit
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif
Teori
Contoh
Simpulan
Gambaran Proses Pengukuran
Menghubungkan antara proses dan pengamat,
mengubah sinyal menjadi yang dapat terbaca oleh
pengamat dengan standar unit tertentu
Menghasilkan Informasi
(Perubahan variabel-variabel)
Nilai sebenarnya dari variabel
proses
Dasar Pengukuran Listrik
Pengamat: orang yang
memerlukan informasi
Nilai terukur (hasil pengukuran)
Objektif
Teori
Contoh
Error Pengukuran
𝐸 = 𝑚𝑒𝑎𝑠𝑢𝑟𝑒𝑑 𝑣𝑎𝑙𝑢𝑒 − 𝑡𝑟𝑢𝑒 𝑣𝑎𝑙𝑢𝑒
𝐸 = 𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚 𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡 − 𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚 𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡
Dasar Pengukuran Listrik
Simpulan
Objektif
Teori
Contoh
Simpulan
Pendahuluan
▪ Sistem pengukuran merupakan bagian pertama dalam suatu sistem pengendalian
• Jika input sistem pengendalian salah, maka output salah.
• Jika hasil pengukuran (input sistem pengendalian) salah, maka hasil
pengendalian pasti salah, walaupun sebenarnya sistem pengendalian sangat
baik.
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif
Teori
Contoh
Block Diagram Sistem Instrumentasi
▪ Sensor
Sensor: suatu instrumen yang digunakan
untuk merasakan suatu besaran fisis.
Besaran fisis yang diukur dapat berupa
bentuk energi listrik, termal, mekanik dsb.
▪ Transduser: suatu instrumen yang
mengubah bentuk suatu energi besaran
fisika menjadi besaran sinyal.
▪ Transmisi data
transmisi data: mengirim sinyal dari satu
elemen ke elemen lainnya pada sistem
pengukuran.
Dasar Pengukuran Listrik
Simpulan
Objektif
Teori
Contoh
Block Diagram Sistem Instrumentasi
• Pengontrol
Besaran fisika yang terukur kemudian
ingin dikontrol agar nilainya sesuai dengan
yang diharapkan. Sinyal yang telah
ditransmisikan kemudian dibandingkan
dengan set point kemudian akan dilakukan
pengontrolan agar perbedaan nilai yang
diukur dengan set point sekecil mungkin.
▪ Aktuator
Aktuator: suatu instrumen yang akan
melaksanakan perintah atau tindakan yang
dikehendaki oleh pengontrol.
▪ Sistem
Sesuatu yang ingin diukur.
Dasar Pengukuran Listrik
Simpulan
Objektif
Teori
Contoh
Simpulan
Blok Diagram Sistem Instrumentasi
“…Sistem yang memiliki satu atau lebih komponen (devices) pengukur…”.
Variabel
Ukur
Aktuator
Final
Drive
Kontroller
Perekam
Alarming
Indikator
Media Fisik
Terukur
Signal Conditioner Stages
Sensor
Transduser
Instrumen Pengukur
Tahap 1
Tahap n
Output
Stage
Transmitter Block
Dasar Pengukuran Listrik
Teori
Objektif
Contoh
Simpulan
Elemen Dasar Instrumen Pengukur
Output
Stage
Signal
Conditioner
Tahap akhir: memodifikasi sinyal
instrumentasi, agar sesuai dengan keluaran
yang diinginkan pengguna/sistem
berikutnya.
indikator
100
80
60
Pengkondisi sinyal: memodifikasi sinyal
instrumentasi, agar menghasilkan kualitas
yang lebih baik.
40
20
0
Transduser
SENSOR
Sensor interface: mengubah satu sinyal
instrumentasi ke sinyal instrumentasi lainnya.
Elemen dasar pengindera: mengukur nilai
fisik variabel yang diukur, dan mengubahnya
secara proporsional ke sinyal instrumentasi.
Dasar Pengukuran Listrik
Dalam hal keluaran adalah sinyal
instrumentasi standard
transmitter
Objektif
Teori
Contoh
Blok Diagram Pengukuran
▪ Untuk analisa data
▪ pada Sistem Kendali
Dasar Pengukuran Listrik
Simpulan
Teori
Objektif
Contoh
Simpulan
Karakteristik Instrumen Pengukuran
1. Karakteristik Statis
karakter yang menggambarkan parameter instrumen dalam keadaan steady.
• Karakteristik Statis yang dipresentasikan oleh tingkat presisi dan akurasi. Sifat
akurasi ditentukan oleh sensitivitas, range (jangkauan), non linieritas,
hysteresis.
2. Karakter Dinamis
karakter yang menggambarkan respon (tanggapan) dinamik (fungsi waktu).
• Karakteristik ini di definisikan oleh time constant.
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif
Teori
Contoh
Karakteristik dan Kriteria
“…. parameter-parameter untuk menggambarkan kinerja perangkat…”
Untuk apa mempelajari karakteristik dan parameter ?
3 pertimbangan untuk menyatakan cocok/tidaknya sebuah perangkat dalam
aplikasi tertentu:
Apa yang akan diukur dan bagaimana karakternya
Apa & bagaimana keluaran yang diinginkan
Aspek ekonomi
9 Parameter Umum Perangkat/Instrumen Pengukur:
1. Jangkauan ukur (range)
2. Akurasi (Accuracy)
3. Presisi (Precision)
4. Sensitivitas (Sensitivity)
5. Resolusi
6. Dead band
Dasar Pengukuran Listrik
Simpulan
Objektif
Teori
Contoh
Simpulan
Jangkauan Ukur (Range)
100
100
80
80
60
40
batas nilai variabel
kondisi normal
60
40
20
20
0
0
Dasar Pengukuran Listrik
jangkauan ukur yang
diperlukan
Pemilihan Jangkauan Ukur yang diperlukan:
mencakup semua nilai variabel, baik kondisi
normal maupun ekstrem. Dalam desain, biasanya
kondisi normal pada 30-70% jangkauan nilai
ekstremnya, untuk mengakomodasikan ketidaknormalan operasi dan ketidak-pastian desain.
batas ekstrem variabel
batas nilai ukur dari minimal hingga batas maksimal, yang keluaran / hasil
ukur dijamin sesuai dengan spesifikasi. Pada kebanyakan kasus, jangkauan
ukur tidak sama dengan batas aman operasi perangkat.
Objektif
Teori
Contoh
Akurasi/ Ketelitian
Ketelitian alat ukur dalam memberikan hasil pengukuran.
Contoh Akurasi:
• Termometer skala 0°F – 100°F dengan akurasi 1°F
Artinya jika pengukuran menunjukkan 60°F, maka nilai
sebenarnya adalah 59°F – 61°F.
• Level transmitter mempunyai akurasi 5 %
jika sinyal menunjukkan 40%, maka akurasi adalah 40 x 5% = 2%
sehingga nilai sebenarnya 38 – 42 %.
Dasar Pengukuran Listrik
Simpulan
Teori
Objektif
Contoh
Simpulan
Presisi/ Ketepatan
Kemampuan sistem pengukuran untuk menampilkan ulang output yang sama
pada pengukuran berulang singkat
Contoh Presisi:
Voltmeter mempunyai repeatability 0,2 %. Jika pengukuran sebenarnya 100 V, maka
ketika pengukuran diulang – ulang ( misal 20 kali) maka pembacaan akan berkisar 99,8 – 100,2 V.
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif
Teori
Contoh
Akurasi dan Presisi
Dasar Pengukuran Listrik
Simpulan
Teori
Objektif
Contoh
Simpulan
Akurasi dan Presisi : GALAT
data ukur
nilai benar
nilai hasil ukur
bias
acak
sampel ukur ke
Contoh non-linieritas sistem
Galat bias/akurasi:
• konsisten dan berulang;
• dapat direduksi atau
dibatalkan oleh kalibrasi;
• dapat dikontribusikan oleh
nonlinear dalam system;
• bias disebabkan oleh
sensor itu sendiri (loading
error).
Galat Acak/presisi:
• acak, tidak pasti;
• disebabkan oleh kondisi lingkungan
• ketidakpastian dalam system;
pengaturan (thermal noise);
• dapat direduksi rata-rata(mean).
hasil ukur
Ambil contoh hasil ukur
Histeresis : nonlinieritas yang
umum ditemui dalam sebuah sistem
variabel ukur
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif
Teori
Contoh
Simpulan
Sistem Linear dan Sistem Non Linear
Sistem Non Linear
Sistem Linear
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif
Teori
Contoh
Simpulan
Akurasi dan Presisi
Presisi vektor
Akurasi skalar
Alat presisi :
1. Dapat salah konsisten
2. Reduksi kalibrasi
Alat akurat :
1. Hasil belum tentu presisi
2. Reduksi averaging
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif
Teori
Contoh
Simpulan
Akurasi dan Presisi
Alat Lebih Presisi
Alat Lebih Akurat
Satuan : %FS, %Reading, Absolut
Dasar Pengukuran Listrik
Teori
Objektif
Contoh
Simpulan
Sensitivitas
Sensitivitas : perubahan yang masih dapat dirasakan oleh perangkat
Sensitivitas =
∆𝑂𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡
∆𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡
Ketidak-cocokan sensitivitas akan menghasilkan kerugian/kesalahan jangkauan (span) pada skala
perangkat-penerima-hasil-ukur.
Ambil contoh penyambungan instrumen pengukur dengan indikator
60
40
20
20 mA
15
200 psi
20 mA
15
10
10
5
5
0 mA
120
80
40
0 mA
0 psi
Instrumen Pengukur
160
Skala indikator
80
20 mA 20 mA
Sensitivitas =
2,5 psi / mA
100 psi
Sensitivitas =
0,2 mA / psi
Jangkauan ukur
0 – 100 psi
100 psi
0 psi
Instrumen Indikator
Dasar Pengukuran Listrik
200 psi
Objektif
Teori
Contoh
Simpulan
Resolusi
▪ Nilai inkremen terkecil dari sebuah input atau output yang dapat dideteksi
(skala terkecil yang mampu ditunjukkan oleh alat ukur).
Sebagai contoh : suatu timbangan pada jarum penunjuk yang menunjukkan
perubahan 0,2 gram (terkecil yang dapat dilihat) maka dikatakan
bahwa resolusi dari timbangan tersebut adalah 0,2 gram.
▪ Jika inkremennya kecil fine resolution
inkremennya besar coarse resolution
Dasar Pengukuran Listrik
Teori
Objektif
Contoh
Simpulan
Deadband
Variabel keluaran
“… jangkauan atau batas bawah/atas variabel ukur yang tidak dapat
direspon perangkat ukur …”
Biasanya sebuah mempunyai
sensitivitas yang rendah pada
batas bawah jangkauan
ukurnya.
Variabel ukur
deadband
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif
Teori
Contoh
Simpulan
Kalibrasi
▪ Penentuan nilai ukur dalam suatu skala bacaaan; biasanya menghasilkan output:
tegangan, arus, frekuensi, tekanan, (flow) aliran.
▪ Langkah-langkah penting dalam kalibrasi:
1. Uji konstruksi instrumen dan tentukan semua input yang mungkin
2. Tentukan input yang akan diterapkan untuk kalibrasi instrumen
3. Siapkan peralatan yang mengijinkan semua input bervariasi di dalam rentang
(range) yang diperlukan
4. Dengan menjaga beberapa input konstan, variasikan input lain, catat outputnya,
susun hubungan (persamaan) input-output
Dasar Pengukuran Listrik
Teori
Objektif
Contoh
Simpulan
Systematic Error
▪ Kadang-kadang disebut bias; deviasi seragam dari titik titik pengukuran sebuah instrumen.
Ada 2 jenis:
1)
Instrumental error: disebabkan oleh instrumen (friksi pada bearing, tegangan pegas/spring)
dihindari dengan:
(a)pemilihan instrumen yang tepat
(b)penerapan faktor koreksi setelah penentuan besarnya error
(c)kalibrasi instrumen terhadap alat standar.
2)
Environmental error: disebabkan oleh kondisi eksternal (efek suhu, humiditas, tekanan
barometrik)
dihindari dengan:
(a)menyediakan penyejuk ruangan (AC)
(b)melapisi komponen tertentu dalam intrumen
(c)menggunakan perlindungan (shield) magnetik
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif
Teori
Contoh
Simpulan
Random Error
Error yang tidak diketahui penyebabnya. Error ini biasanya kecil, dan mungkin
dapat ditangani secara matematis menurut hukum probabilitas.
Sources of Error
1. Pengetahuan yang tidak cukup tentang parameter proses dan kondisi
perancangan.
2. Perancangan yang pas-pasan (poor design)
3. Perubahan parameter proses
4. Perawatan yang tidak baik (poor maintenance)
5. Error karena manusia yang mengoperasikan instrumen
6. Keterbatasan perancangan
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif
Teori
Contoh
Simpulan
Contoh Situasi Engineering-Instrumentasi Pengukuran
“….Instrumentasi Pengukuran dipergunakan dari mulai halhal yang sederhana hingga yang sangat rumit …..”
Instrumen Cockpit
pemantauan
kondisi
pada
alat berat
“…dunia semakin modern ...
semakin terukur dengan
instrumentasi …”
Fly by Wire
Kita lihat beberapa contoh
pemanfaatan instrumentasi pada beberapa situasi enjineering
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif
Teori
Contoh
Contoh Situasi Engineering-Instrumentasi Pengukuran
Instrumentasi Pada
Wind Tunnel
Model Pesawat Terbang
Dasar Pengukuran Listrik
Simpulan
Objektif
Contoh
Teori
Simpulan
Instrumentasi pada Wind Tunnel
Dua pertanyaan dasar:
• Apa yang harus diukur ? Dan Dimana mengukurnya ?
Secara umum : pengaruh angin pada object under test/ objek yang sedang diuji (OUT)
Angin : diukur di tunnel
1.
Laju aliran
OUT : diukur di tunnel
2.
Kecepatan angin
1. Tekanan
3.
Tekanan
2. Temperatur
4.
Temperatur
3. Gaya (lift dan drag)
5.
Turbulensi
4. Getaran (vibrasi)
6.
Kecepatan Fan
5. Visualisasi aliran udara
7.
Power Fan
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif
Contoh
Teori
Simpulan
Contoh Situasi Engineering-Instrumentasi Pengukuran
Dimana mengukurnya ?
laju aliran udara (dihitung)
temperatur
kecepatan
turbulensi
tekanan
Dasar Pengukuran Listrik
kecepatan dan power
Fan
Objektif
Teori
Contoh
Instrumentasi pada Object Under Test
Model Pesawat Terbang
Dasar Pengukuran Listrik
Simpulan
Objektif
Teori
Contoh
Instrumentasi Pengukur Lain
Black Box
Cockpit Voice Recorder : Perekam suara pilot dan co-pilot
Flight Data Recorder : Perekam kondisi-kondisi pesawat dan lingkungannya
Dasar Pengukuran Listrik
Simpulan
Objektif
Contoh
Teori
Simpulan
Instrumentasi Pengukur Lain
Apa dan dimana dilakukan pengukuran ?
Crash Test Dummy (DRI Inc)
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif
Teori
Contoh
Simpulan
“… apabila kita ingin memperoleh gambaran tentang
sesuatu dengan lebih presisi, maka kita perlu instrumen
untuk mengukur …….”
“….Ketika Anda dapat mengukur apa yang Anda bicarakan dan
mengungkapkannya dalam jumlah, Anda tau tentang hal itu. Ini
mungkin awal pengetahuan, tapi Anda hamper tidak
memikirkan pemikiran Anda sampai ketahap sains…”
Lord Kevin, Prinsip Dasar Ilmu Pengetahuan.
“… kita dapat memantau, mengendalikan, memprediksi,
mengeksplorasi, ataupun bereksperimentasi dengan lebih
presisi, bila kita dapat mengukurnya …”
Dasar Pengukuran Listrik
KONTRAK KULIAH
Pertemuan 1-7
Pertemuan 8 UTS
Penilaian:
1)
Tugas
: 15%
2)
Quis
: 15%
3)
UTS
: 20%
Referensi:
Measurement and Instrumentation Principles.
OUTLINE
1. Objektif
2. Teori
3. Contoh
4. Simpulan
Objektif
Teori
Contoh
Simpulan
Tujuan Pembelajaran
Mahasiswa mampu:
▪ Menjelaskan dengan benar mengenai prinsip dasar sistem pengukuran.
▪ Menjelaskan dengan benar mengenai terminologi dalam sistem pengukuran.
▪ Menjelaskan dengan benar mengenai elemen dasar instrument pengukur.
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif
Teori
Contoh
Simpulan
Pendahuluan
•
Pengukuran : Proses mendapatkan informasi tentang nilai variabel suatu
proses/sistem atau mendapatkan informasi tentang nilai dari suatu
besaran fisis, informasi yang didapatkan dapat berupa data
kuantitatif maupun kualitatif.
• Instrumentasi : bidang ilmu dan teknologi yang mencakup perancangan,
pembuatan, penggunaan instrumen/alat fisika atau sistem
instrumen untuk keperluan deteksi, penelitian, pengukuran serta
pengolahan data.
• Data Empiris : Data yang diperoleh langsung dari sistem pengukuran.
• Data Terproses : Data hasil pengolahan dari data empiris, misal perhitungan dari
beberapa variable.
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif
Teori
Contoh
Simpulan
Untuk Apa SIstem Pengukuran?
•
•
Mendapatkan data variabel-variabel dari suatu proses atau sistem.
Data tersebut kemudian dapat digunakan untuk kepentingan lebih lanjut
misalnya:
• Desain – Rancang Bangun
• Pengendalian/Sistem Kontrol
• Assessment/evaluasi/audit
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif
Teori
Contoh
Simpulan
Gambaran Proses Pengukuran
Menghubungkan antara proses dan pengamat,
mengubah sinyal menjadi yang dapat terbaca oleh
pengamat dengan standar unit tertentu
Menghasilkan Informasi
(Perubahan variabel-variabel)
Nilai sebenarnya dari variabel
proses
Dasar Pengukuran Listrik
Pengamat: orang yang
memerlukan informasi
Nilai terukur (hasil pengukuran)
Objektif
Teori
Contoh
Error Pengukuran
𝐸 = 𝑚𝑒𝑎𝑠𝑢𝑟𝑒𝑑 𝑣𝑎𝑙𝑢𝑒 − 𝑡𝑟𝑢𝑒 𝑣𝑎𝑙𝑢𝑒
𝐸 = 𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚 𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡 − 𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚 𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡
Dasar Pengukuran Listrik
Simpulan
Objektif
Teori
Contoh
Simpulan
Pendahuluan
▪ Sistem pengukuran merupakan bagian pertama dalam suatu sistem pengendalian
• Jika input sistem pengendalian salah, maka output salah.
• Jika hasil pengukuran (input sistem pengendalian) salah, maka hasil
pengendalian pasti salah, walaupun sebenarnya sistem pengendalian sangat
baik.
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif
Teori
Contoh
Block Diagram Sistem Instrumentasi
▪ Sensor
Sensor: suatu instrumen yang digunakan
untuk merasakan suatu besaran fisis.
Besaran fisis yang diukur dapat berupa
bentuk energi listrik, termal, mekanik dsb.
▪ Transduser: suatu instrumen yang
mengubah bentuk suatu energi besaran
fisika menjadi besaran sinyal.
▪ Transmisi data
transmisi data: mengirim sinyal dari satu
elemen ke elemen lainnya pada sistem
pengukuran.
Dasar Pengukuran Listrik
Simpulan
Objektif
Teori
Contoh
Block Diagram Sistem Instrumentasi
• Pengontrol
Besaran fisika yang terukur kemudian
ingin dikontrol agar nilainya sesuai dengan
yang diharapkan. Sinyal yang telah
ditransmisikan kemudian dibandingkan
dengan set point kemudian akan dilakukan
pengontrolan agar perbedaan nilai yang
diukur dengan set point sekecil mungkin.
▪ Aktuator
Aktuator: suatu instrumen yang akan
melaksanakan perintah atau tindakan yang
dikehendaki oleh pengontrol.
▪ Sistem
Sesuatu yang ingin diukur.
Dasar Pengukuran Listrik
Simpulan
Objektif
Teori
Contoh
Simpulan
Blok Diagram Sistem Instrumentasi
“…Sistem yang memiliki satu atau lebih komponen (devices) pengukur…”.
Variabel
Ukur
Aktuator
Final
Drive
Kontroller
Perekam
Alarming
Indikator
Media Fisik
Terukur
Signal Conditioner Stages
Sensor
Transduser
Instrumen Pengukur
Tahap 1
Tahap n
Output
Stage
Transmitter Block
Dasar Pengukuran Listrik
Teori
Objektif
Contoh
Simpulan
Elemen Dasar Instrumen Pengukur
Output
Stage
Signal
Conditioner
Tahap akhir: memodifikasi sinyal
instrumentasi, agar sesuai dengan keluaran
yang diinginkan pengguna/sistem
berikutnya.
indikator
100
80
60
Pengkondisi sinyal: memodifikasi sinyal
instrumentasi, agar menghasilkan kualitas
yang lebih baik.
40
20
0
Transduser
SENSOR
Sensor interface: mengubah satu sinyal
instrumentasi ke sinyal instrumentasi lainnya.
Elemen dasar pengindera: mengukur nilai
fisik variabel yang diukur, dan mengubahnya
secara proporsional ke sinyal instrumentasi.
Dasar Pengukuran Listrik
Dalam hal keluaran adalah sinyal
instrumentasi standard
transmitter
Objektif
Teori
Contoh
Blok Diagram Pengukuran
▪ Untuk analisa data
▪ pada Sistem Kendali
Dasar Pengukuran Listrik
Simpulan
Teori
Objektif
Contoh
Simpulan
Karakteristik Instrumen Pengukuran
1. Karakteristik Statis
karakter yang menggambarkan parameter instrumen dalam keadaan steady.
• Karakteristik Statis yang dipresentasikan oleh tingkat presisi dan akurasi. Sifat
akurasi ditentukan oleh sensitivitas, range (jangkauan), non linieritas,
hysteresis.
2. Karakter Dinamis
karakter yang menggambarkan respon (tanggapan) dinamik (fungsi waktu).
• Karakteristik ini di definisikan oleh time constant.
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif
Teori
Contoh
Karakteristik dan Kriteria
“…. parameter-parameter untuk menggambarkan kinerja perangkat…”
Untuk apa mempelajari karakteristik dan parameter ?
3 pertimbangan untuk menyatakan cocok/tidaknya sebuah perangkat dalam
aplikasi tertentu:
Apa yang akan diukur dan bagaimana karakternya
Apa & bagaimana keluaran yang diinginkan
Aspek ekonomi
9 Parameter Umum Perangkat/Instrumen Pengukur:
1. Jangkauan ukur (range)
2. Akurasi (Accuracy)
3. Presisi (Precision)
4. Sensitivitas (Sensitivity)
5. Resolusi
6. Dead band
Dasar Pengukuran Listrik
Simpulan
Objektif
Teori
Contoh
Simpulan
Jangkauan Ukur (Range)
100
100
80
80
60
40
batas nilai variabel
kondisi normal
60
40
20
20
0
0
Dasar Pengukuran Listrik
jangkauan ukur yang
diperlukan
Pemilihan Jangkauan Ukur yang diperlukan:
mencakup semua nilai variabel, baik kondisi
normal maupun ekstrem. Dalam desain, biasanya
kondisi normal pada 30-70% jangkauan nilai
ekstremnya, untuk mengakomodasikan ketidaknormalan operasi dan ketidak-pastian desain.
batas ekstrem variabel
batas nilai ukur dari minimal hingga batas maksimal, yang keluaran / hasil
ukur dijamin sesuai dengan spesifikasi. Pada kebanyakan kasus, jangkauan
ukur tidak sama dengan batas aman operasi perangkat.
Objektif
Teori
Contoh
Akurasi/ Ketelitian
Ketelitian alat ukur dalam memberikan hasil pengukuran.
Contoh Akurasi:
• Termometer skala 0°F – 100°F dengan akurasi 1°F
Artinya jika pengukuran menunjukkan 60°F, maka nilai
sebenarnya adalah 59°F – 61°F.
• Level transmitter mempunyai akurasi 5 %
jika sinyal menunjukkan 40%, maka akurasi adalah 40 x 5% = 2%
sehingga nilai sebenarnya 38 – 42 %.
Dasar Pengukuran Listrik
Simpulan
Teori
Objektif
Contoh
Simpulan
Presisi/ Ketepatan
Kemampuan sistem pengukuran untuk menampilkan ulang output yang sama
pada pengukuran berulang singkat
Contoh Presisi:
Voltmeter mempunyai repeatability 0,2 %. Jika pengukuran sebenarnya 100 V, maka
ketika pengukuran diulang – ulang ( misal 20 kali) maka pembacaan akan berkisar 99,8 – 100,2 V.
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif
Teori
Contoh
Akurasi dan Presisi
Dasar Pengukuran Listrik
Simpulan
Teori
Objektif
Contoh
Simpulan
Akurasi dan Presisi : GALAT
data ukur
nilai benar
nilai hasil ukur
bias
acak
sampel ukur ke
Contoh non-linieritas sistem
Galat bias/akurasi:
• konsisten dan berulang;
• dapat direduksi atau
dibatalkan oleh kalibrasi;
• dapat dikontribusikan oleh
nonlinear dalam system;
• bias disebabkan oleh
sensor itu sendiri (loading
error).
Galat Acak/presisi:
• acak, tidak pasti;
• disebabkan oleh kondisi lingkungan
• ketidakpastian dalam system;
pengaturan (thermal noise);
• dapat direduksi rata-rata(mean).
hasil ukur
Ambil contoh hasil ukur
Histeresis : nonlinieritas yang
umum ditemui dalam sebuah sistem
variabel ukur
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif
Teori
Contoh
Simpulan
Sistem Linear dan Sistem Non Linear
Sistem Non Linear
Sistem Linear
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif
Teori
Contoh
Simpulan
Akurasi dan Presisi
Presisi vektor
Akurasi skalar
Alat presisi :
1. Dapat salah konsisten
2. Reduksi kalibrasi
Alat akurat :
1. Hasil belum tentu presisi
2. Reduksi averaging
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif
Teori
Contoh
Simpulan
Akurasi dan Presisi
Alat Lebih Presisi
Alat Lebih Akurat
Satuan : %FS, %Reading, Absolut
Dasar Pengukuran Listrik
Teori
Objektif
Contoh
Simpulan
Sensitivitas
Sensitivitas : perubahan yang masih dapat dirasakan oleh perangkat
Sensitivitas =
∆𝑂𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡
∆𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡
Ketidak-cocokan sensitivitas akan menghasilkan kerugian/kesalahan jangkauan (span) pada skala
perangkat-penerima-hasil-ukur.
Ambil contoh penyambungan instrumen pengukur dengan indikator
60
40
20
20 mA
15
200 psi
20 mA
15
10
10
5
5
0 mA
120
80
40
0 mA
0 psi
Instrumen Pengukur
160
Skala indikator
80
20 mA 20 mA
Sensitivitas =
2,5 psi / mA
100 psi
Sensitivitas =
0,2 mA / psi
Jangkauan ukur
0 – 100 psi
100 psi
0 psi
Instrumen Indikator
Dasar Pengukuran Listrik
200 psi
Objektif
Teori
Contoh
Simpulan
Resolusi
▪ Nilai inkremen terkecil dari sebuah input atau output yang dapat dideteksi
(skala terkecil yang mampu ditunjukkan oleh alat ukur).
Sebagai contoh : suatu timbangan pada jarum penunjuk yang menunjukkan
perubahan 0,2 gram (terkecil yang dapat dilihat) maka dikatakan
bahwa resolusi dari timbangan tersebut adalah 0,2 gram.
▪ Jika inkremennya kecil fine resolution
inkremennya besar coarse resolution
Dasar Pengukuran Listrik
Teori
Objektif
Contoh
Simpulan
Deadband
Variabel keluaran
“… jangkauan atau batas bawah/atas variabel ukur yang tidak dapat
direspon perangkat ukur …”
Biasanya sebuah mempunyai
sensitivitas yang rendah pada
batas bawah jangkauan
ukurnya.
Variabel ukur
deadband
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif
Teori
Contoh
Simpulan
Kalibrasi
▪ Penentuan nilai ukur dalam suatu skala bacaaan; biasanya menghasilkan output:
tegangan, arus, frekuensi, tekanan, (flow) aliran.
▪ Langkah-langkah penting dalam kalibrasi:
1. Uji konstruksi instrumen dan tentukan semua input yang mungkin
2. Tentukan input yang akan diterapkan untuk kalibrasi instrumen
3. Siapkan peralatan yang mengijinkan semua input bervariasi di dalam rentang
(range) yang diperlukan
4. Dengan menjaga beberapa input konstan, variasikan input lain, catat outputnya,
susun hubungan (persamaan) input-output
Dasar Pengukuran Listrik
Teori
Objektif
Contoh
Simpulan
Systematic Error
▪ Kadang-kadang disebut bias; deviasi seragam dari titik titik pengukuran sebuah instrumen.
Ada 2 jenis:
1)
Instrumental error: disebabkan oleh instrumen (friksi pada bearing, tegangan pegas/spring)
dihindari dengan:
(a)pemilihan instrumen yang tepat
(b)penerapan faktor koreksi setelah penentuan besarnya error
(c)kalibrasi instrumen terhadap alat standar.
2)
Environmental error: disebabkan oleh kondisi eksternal (efek suhu, humiditas, tekanan
barometrik)
dihindari dengan:
(a)menyediakan penyejuk ruangan (AC)
(b)melapisi komponen tertentu dalam intrumen
(c)menggunakan perlindungan (shield) magnetik
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif
Teori
Contoh
Simpulan
Random Error
Error yang tidak diketahui penyebabnya. Error ini biasanya kecil, dan mungkin
dapat ditangani secara matematis menurut hukum probabilitas.
Sources of Error
1. Pengetahuan yang tidak cukup tentang parameter proses dan kondisi
perancangan.
2. Perancangan yang pas-pasan (poor design)
3. Perubahan parameter proses
4. Perawatan yang tidak baik (poor maintenance)
5. Error karena manusia yang mengoperasikan instrumen
6. Keterbatasan perancangan
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif
Teori
Contoh
Simpulan
Contoh Situasi Engineering-Instrumentasi Pengukuran
“….Instrumentasi Pengukuran dipergunakan dari mulai halhal yang sederhana hingga yang sangat rumit …..”
Instrumen Cockpit
pemantauan
kondisi
pada
alat berat
“…dunia semakin modern ...
semakin terukur dengan
instrumentasi …”
Fly by Wire
Kita lihat beberapa contoh
pemanfaatan instrumentasi pada beberapa situasi enjineering
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif
Teori
Contoh
Contoh Situasi Engineering-Instrumentasi Pengukuran
Instrumentasi Pada
Wind Tunnel
Model Pesawat Terbang
Dasar Pengukuran Listrik
Simpulan
Objektif
Contoh
Teori
Simpulan
Instrumentasi pada Wind Tunnel
Dua pertanyaan dasar:
• Apa yang harus diukur ? Dan Dimana mengukurnya ?
Secara umum : pengaruh angin pada object under test/ objek yang sedang diuji (OUT)
Angin : diukur di tunnel
1.
Laju aliran
OUT : diukur di tunnel
2.
Kecepatan angin
1. Tekanan
3.
Tekanan
2. Temperatur
4.
Temperatur
3. Gaya (lift dan drag)
5.
Turbulensi
4. Getaran (vibrasi)
6.
Kecepatan Fan
5. Visualisasi aliran udara
7.
Power Fan
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif
Contoh
Teori
Simpulan
Contoh Situasi Engineering-Instrumentasi Pengukuran
Dimana mengukurnya ?
laju aliran udara (dihitung)
temperatur
kecepatan
turbulensi
tekanan
Dasar Pengukuran Listrik
kecepatan dan power
Fan
Objektif
Teori
Contoh
Instrumentasi pada Object Under Test
Model Pesawat Terbang
Dasar Pengukuran Listrik
Simpulan
Objektif
Teori
Contoh
Instrumentasi Pengukur Lain
Black Box
Cockpit Voice Recorder : Perekam suara pilot dan co-pilot
Flight Data Recorder : Perekam kondisi-kondisi pesawat dan lingkungannya
Dasar Pengukuran Listrik
Simpulan
Objektif
Contoh
Teori
Simpulan
Instrumentasi Pengukur Lain
Apa dan dimana dilakukan pengukuran ?
Crash Test Dummy (DRI Inc)
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif
Teori
Contoh
Simpulan
“… apabila kita ingin memperoleh gambaran tentang
sesuatu dengan lebih presisi, maka kita perlu instrumen
untuk mengukur …….”
“….Ketika Anda dapat mengukur apa yang Anda bicarakan dan
mengungkapkannya dalam jumlah, Anda tau tentang hal itu. Ini
mungkin awal pengetahuan, tapi Anda hamper tidak
memikirkan pemikiran Anda sampai ketahap sains…”
Lord Kevin, Prinsip Dasar Ilmu Pengetahuan.
“… kita dapat memantau, mengendalikan, memprediksi,
mengeksplorasi, ataupun bereksperimentasi dengan lebih
presisi, bila kita dapat mengukurnya …”
Dasar Pengukuran Listrik