TUGAS AKHIR
ANALISA DAN EVALUASI NILAI KETIDAKPASTIAN ALAT UKUR KETEGAKLURUSAN Oleh
: Bayu Akbari (2104 100 046)
Dosen Pembimbing
: Prof. Dr. Ing. Ir. I Made Londen Batan, M.Eng.
Lab. Perancangan dan Pengembangan Produk (P3)
LATAR BELAKANG
KEUNGGULAN:
Otomatisas
Bisa bergerak ke atas dan ke bawah
Daerah jangkauan pengukuran besar
Mudah dan cepat
KELEMAHAN:
[Adib dan Grandis, 2010]
Kurang presisi dan akurat
Mekanisme gerak kurang rigid
Sensor LVDT selalu kontak dengan benda uji
PERUMUSAN MASALAH
Faktor-faktor apakah yang menyebabkan kesalahan dari alat ukur ketegaklurusan.
Bagaimana model kesalahan dari alat ukur ketegaklurusan tersebut.
Bagaimana evaluasi dan berapa nilai ketidakpastian dari alat ukur ketegaklurusan.
TUJUAN PENELITIAN
Mengetahui faktor-faktor yang menyebabkan terjadinya kesalahan, memperbaiki kesalahan dan menguji alat ukur ketegaklurusan.
Menganalisa persamaan kesalahan dari model matematika kesalahan-kesalahan alat ukur, untuk perhitungan nilai ketidakpastian.
Mendapatkan nilai ketidakpastian dari alat ukur ketegaklurusan.
BATASAN MASALAH
Penelitian dilakukan di Laboratorium Perancangan dan Pengembangan Produk Jurusan Teknik Mesin FTI ITS.
Alat ukur yang digunakan adalah alat ukur yang dikembangkan oleh saudara Muhamad Tri Handoko.
DIAGRAM ALIR PROSEDUR PENELITIAN
FAKTOR-FAKTOR PENYEBAB KESALAHAN ALAT UKUR 1.
Kesalahan akibat perbedaan temperatur alat ukur
2.
Kesalahan posisi pembawa sensor
3.
Kesalahan pada base plate dan rakitan poros slider
4.
Kesalahan pembacaan alat ukur ketegaklurusan
PEMODELAN MATEMATIKA DAN PERSAMAAN ERROR Persamaan error: Dimana:
L = hasil pembacaan alat ukur
Ls = dimensi benda ukur standar
α, αs = Koefisien ekspansi thermal alat ukur dan benda ukur standar
∆T, ∆Ts = Perbedaan temperatur alat ukur dan benda ukur standar terhadap 20oC
MG = kesalahan akibat posisi pembawa sensor.
BP = kesalahan pada base plate dan rakitan poros slider.
Ketidakpastian bentangan:
HASIL PEMERIKSAAN 1.
Ketidakpastian akibat perbedaan temperatur alat ukur
rata-rata temp. S S
2
Selisih Temp.Alat Ukur dengan Temp.Benda Ukur 1 2 3 0.1 0.2 0 0.1 0.2 0 0.2 0.2 0.2 0.2 0 0.3 0.1 0.2 0.3 0 0 0.3 0 0 0 0 0.3 0 0 0 0 -0.1 0 0.1 0.145455 0.281818 0.381818 0.297871 0.581065 0.878428 0.088727 0.337636 0.771636
Selisih Temp.Benda Ukur dengan Temp.Ruang 1 2 3 0.2 0 0.2 0.2 0 0.2 0.2 0 0 0 0 0 0.1 -0.2 -0.1 0 0 -0.1 -0.1 0.4 0.4 -0.1 0.2 0.2 0 0.2 0.2 0.1 0.2 0.2 0.145455 0.254545 0.381818 0.304512 0.600606 0.881837 0.092727 0.360727 0.777636
2.
Ketidakpastian Akibat Perbedaan Koefisien Ekspansi Panas Alat Ukur dan Benda Ukur Standar
3.
Ketidakpastian Akibat Posisi Pembawa Sensor
posisi (mm) 1 0 2 9 3 18 4 27 5 36 6 45 7 54 8 63 9 72 10 81 11 90 rata-rata error S 2 S
No.
pengamatan 1 (mm) 0 9 18 27 36 45 54 63 72 81 90
error 1 (mm) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
pengamatan 2 (mm) 0 9 18 27 36 45 54 63 72 81 90
error 2 (mm) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
pengamatan 3 (mm) 0 9 18 27 36 45 54 63 72 81 90
error 3 (mm) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
pengamatan 4 (mm) 0 9 18 27 36 45 54 63 72 81 90
error 4 (mm) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
pengamatan 5 (mm) 0 9 18 27 36 45 54 63 72 81 90
error 5 (mm) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
4.
Ketidakpastian Pada Base Plate dan Rakitan Poros slider posisi (mm) 1 0 2 15 3 30 4 45 5 60 6 75 7 90 8 105 9 120 10 135 11 150 12 165 13 180 14 195 15 210 16 225 17 240 18 255 19 270 rata-rata S 2 S
pengamatan 1 (mm) 0 0.006 0.012 0.005 0.001 0.005 -0.005 -0.018 -0.015 -0.028 -0.036 -0.053 -0.055 -0.062 -0.07 -0.087 -0.11 -0.133 -0.148 -0.041632 0.049326 0.002433
pengamatan 2 (mm) 0 0.007 0.01 0.009 0.007 0.001 -0.002 -0.015 -0.008 -0.021 -0.03 -0.032 -0.043 -0.054 -0.062 -0.081 -0.101 -0.121 -0.138 -0.035474 0.045998 0.002116
pengamatan 3 (mm) 0 0.004 0.009 0.008 0.005 -0.007 -0.012 -0.022 -0.023 -0.038 -0.045 -0.05 -0.06 -0.073 -0.085 -0.092 -0.117 -0.139 -0.153 -0.046842 0.050940 0.002595
pengamatan 4 (mm) 0 0.002 0.013 0.001 -0.007 -0.013 -0.019 -0.024 -0.035 -0.043 -0.051 -0.059 -0.066 -0.082 -0.104 -0.114 -0.128 -0.148 -0.16 -0.054579 0.054092 0.002926
pengamatan 5 (mm) 0 0.005 0.015 0.007 -0.003 -0.009 -0.015 -0.02 -0.033 -0.035 -0.042 -0.045 -0.05 -0.055 -0.064 -0.085 -0.105 -0.128 -0.143 -0.042368 0.045774 0.002095
pengamatan 6 (mm) 0 0.007 0.014 0.006 0.003 0.004 -0.009 -0.019 -0.012 -0.025 -0.033 -0.048 -0.051 -0.068 -0.09 -0.103 -0.123 -0.144 -0.157 -0.044632 0.054523 0.002973
5. No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Ketidakpastian Pembacaan Alat Ukur
block ukur (mm) 1 1.0005 1.001 1.002 1.003 1.004 1.005 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 2 2.5 rata-rata error S 2 S
pengamatan 1 (mm) 0.998282 0.999760 1.000129 1.000129 1.001607 1.001607 1.002346 1.007517 1.017491 1.027834 1.037069 1.049997 1.096171 1.192583 1.290841 1.392054 1.486988 1.981974 2.484347
error 1 (mm) 0.001718 0.000740 0.000871 0.001871 0.001393 0.002393 0.002654 0.002483 0.002509 0.002166 0.002931 0.000003 0.003829 0.007417 0.009159 0.007946 0.013012 0.018026 0.015653 0.005093 0.005330 0.000028
pengamatan 2 (mm) 0.997913 0.997913 0.999021 1.000868 1.001976 1.001976 1.003084 1.007887 1.017860 1.028203 1.037438 1.050367 1.096541 1.192952 1.291210 1.392424 1.487358 1.981974 2.484716
error 2 (mm) 0.002087 0.002587 0.001979 0.001132 0.001024 0.002024 0.001916 0.002113 0.002140 0.001797 0.002562 -0.000367 0.003459 0.007048 0.008790 0.007576 0.012642 0.018026 0.015284 0.004938 0.005246 0.000028
pengamatan 3 (mm) 0.998652 0.999391 0.999391 1.000499 1.001607 1.002346 1.002715 1.007148 1.018230 1.028572 1.037807 1.050736 1.096910 1.193321 1.291580 1.392793 1.487727 1.982712 2.485086
error 3 (mm) 0.001348 0.001109 0.001609 0.001501 0.001393 0.001654 0.002285 0.002852 0.001770 0.001428 0.002193 -0.000736 0.003090 0.006679 0.008420 0.007207 0.012273 0.017288 0.014914 0.004646 0.005138 0.000026
pengamatan 4 (mm) 0.999391 0.999760 0.999760 1.001237 1.002715 1.003084 1.004193 1.008995 1.020446 1.028942 1.039654 1.049258 1.098018 1.194430 1.292318 1.390207 1.488835 1.988992 2.486194
error 4 (mm) 0.000609 0.000740 0.001240 0.000763 0.000285 0.000916 0.000807 0.001005 -0.000446 0.001058 0.000346 0.000742 0.001982 0.005570 0.007682 0.009793 0.011165 0.011008 0.013806 0.003635 0.004612 0.000021
pengamatan 5 (mm) 0.998282 0.997913 1.000129 1.000868 1.001607 1.001976 1.002346 1.007887 1.017491 1.028203 1.037069 1.050367 1.096171 1.192952 1.290841 1.392424 1.486988 1.981974 2.484347
error 5 (mm) 0.001718 0.002587 0.000871 0.001132 0.001393 0.002024 0.002654 0.002113 0.002509 0.001797 0.002931 -0.000367 0.003829 0.007048 0.009159 0.007576 0.013012 0.018026 0.015653 0.005035 0.005327 0.000028
6.
Ketidakpastian Akibat Benda Ukur Standar U95 = (0,06+0,5L/1000) mm
Ketidakpastian Bentangan
dimana: Ls= 2,5 mm (dimensi blok ukur, diambil yang terbesar) ∆Ts= 0,5 oC αs= 11,5x10-6 oC-1 (koefisien expansi panas dari blok ukur) U95= 0,07 mm
Kesimpulan 1.
Faktor-faktor kesalahan yang mempengaruhi alat ukur ketegaklurusan adalah: Kesalahan akibat perbedaan temperatur alat ukur Kesalahan akibat posisi pembawa sensor Kesalahan pada base plate dan rakitan poros slider Kesalahan pembacaan alat ukur ketegaklurusan
2.
Persamaan ketidakpastian alat ukur ketegaklurusan adalah:
3.
Nilai Ketidakpastian dari alat ukur ketegaklurusan dengan tingkat kepercayaan 95% adalah : U95 = 0,07 mm
Saran 1.
Dari beberapa penyebab kesalahan yang telah diidentifikasi, penyimpangan terbesar berada pada base plate dan rakitan poros slider. Oleh karena itu, pengembangan kedepan alat ukur ketegaklurusan perlu memperhatikan dan memperbaiki kondisi base plate dan poros slider yang sudah ada.
2.
Agar mendapatkan hasil pengukuran yang lebih baik, kedepan perlu adanya perbaikan pada faktor konversi dan meminimalisir gangguan pada signal atau noise. Sehingga nantinya akan didapatkan hasil pengukuran yang lebih presisi dan akurat.
ALAT UKUR YANG DIGUNAKAN DALAM PENELITIAN
Alat ukur ketegaklurusan dengan memanfaatkan sensor LVDT
Blok ukur
Dial Indicator
Digimatic Height Gage
Terima Kasih. Mohon Saran dan Kritik Untuk Kesempurnaan Tugas Akhir ini.
1.
Motor stepper
2.
Top plate/ dudukan motor
3.
Poros slider
4.
Pembawa sensor
5.
Base plate
6.
Poros ulir M10
7.
Solenoid
8.
Sensor LVDT
9.
Dudukan sensor
10.
Meja rata
Rata-rata: Std. Deviasi: S. pooled: Ketidakpastian random: Ketidsakpastian Sistematik: Persamaan Error: Ketidakpastian Bentangan:
DEFINISI KETEGAKLURUSAN
Ketegaklurusan adalah sebuah kondisi dimana dua buah garis atau bidang yang berpotongan membentuk sudut 90⁰.
Ketegaklurusan merupakan kriteria yang paling penting dalam proses pengukuran mapun proses pembuatan komponen mesin.
Pemeriksaan ketegaklurusan umumnya memakai penyiku, berupa batang persegi panjang dan bilah yang dipasang tegak lurus sehingga terbentuk dua sudut siku, sebelah dalam dan sebelah luar.
Jika benda yang diukur relatif kecil maka memakai sudut siku dalam, dengan latar belakang yang terang perlu diperiksa apakah terlihat suatu celah atau tidak.
Jika benda yang diukur berukuran besar dapat diukur dengan meletakkan benda diatas meja rata dan menggunakan batang penyiku kemudian digeser menuju permukaan yang akan diperiksa.
METODE PENGUKURAN PENYIMPANGAN KETEGAKLURUSAN 1.
Metode Perbandingan Dengan Standar Siku
3. Metode Ketegaklurusan Dua Bidang Paralel
2.
Metode Perbandingan Dengan Batang Paralel
4. Metode Ketegaklurusan Dengan Autokolimator
DEFINISI KETIDAKPASTIAN Ketidakpastian suatu pengukuran merupakan ekspresi fakta bahwa untuk measurand tertentu, hasil pengukurannya tidak berupa satu nilai melainkan nilai dengan jumlah tak tebatas yang tersebar sebagai kompensasi dari adanya kesalahan random dan sistematik (ISO Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement).
KETIDAKPASTIAN RANDOM Ketidakpastian random dapat juga disebut ketidakpastian Tipe A merupakan metode evaluasi ketidakpastian akibat kesalahan random. Ketepatan adalah kemampuan proses pengukuran untuk menunjukkan hasil yang sama dari pengukuran yang dilakukan berulang-ulang dan identik (Taufiq Rochim, 2001). Hasil pengukuran akan selalu terpencar disekitar harga rata-ratanya. Semakin dekat harga tersebut dengan harga rata-ratanya, maka proses pengukuran mempunyai ketepatan yang tinggi. Ukuran yang dipakai untuk menyatakan ketepatan adalah kesalahan random. Ketidakpastian random hasil pengukuran dapat diestimasikan dari persamaan sebagai berikut (Coleman and Steele, 1999) :
dimana: Py = ketidakpastian random hasil pengukuran Pi = ketidakpastian random dari variabel Xi
KETIDAKPASTIAN SISTEMATIK Ketidakpastian sistematis dapat juga disebut ketidakpastian Tipe B, merupakan metode evaluasi ketidakpastian akibat kesalahan sistematis, besarnya tetap dan tinggal setelah semua koreksi kalibrasi dibuat. Ketelitian didefinisikan sebagai persesuaian antara hasil pengukuran dengan harga sebenarnya (Coleman and Steele, 1999). Nilai sebenarnya tidak pernah diketahui, yang dapat ditentukan hanyalah harga pendekatan atau yang disebut dengan harga yang dianggap benar. Perbedaan antara harga yang diukur dengan harga yang dianggap benar disebut dengan kesalahan sistematis. Ketidakpastian sistematis hasil pengukuran dapat diestimasikan dari persamaan sebagai berikut (Coleman and Steele, 1999) :
dimana: By = ketidakpastian sistematik hasil pengukuran Bi = ketidakpastian sistematik dari variabel Xi Bik = covariance estimator untuk kesalahan sistematik pada Xi dan Xk
L = jumlah sumber kesalahan sistematik elemental untuk pengukuran variabel Xi dan Xk
KETIDAKPASTIAN DARI SUATU VARIABEL PENGUKURAN Ketidakpastian dari suatu variabel pengukuran X adalah interval disekitar nilai terbaik dari X dimana nilai sebenarnya Xtrue terletak di dalamnya dengan tingkat kepercayaan yang diberikan. Untuk memberikan keseluruhan ketidakpastian, harus didekati dengan menggabungkan estimasi ketidakpastian random dan sistematik. Untuk derajat kebebasan νi ≥ 9 dan tingkat kepercayaan 95%, maka t95 ≈ 2:
Untuk ketidakpastian sistematik B yang merupakan estimasi kepercayaan 95% (2SB) dari batas β:
