TEKNIK PENGUKURAN • Mengukur adalah membandingkan parameter pada obyek yang diukur terhadap besaran yang telah distandarkan. • Pengukuran merupakan suatu usaha untuk mendapatkan informasi deskriptif-kuantitatif dari variabel-variabel fisika dan kimia suatu zat atau benda yang diukur, misalnya panjang 1m atau massa 1 kg dan sebagainya Secara umum sistem pengukuran dapat dibagi menjadi tiga tahap, yaitu 1. Tahap detektor – transduser 2. Tahap intermediat, pengkondisian sinyal 3. Tahap pembacaan
Diagram blok sistem pengukuran
Tahap Detektor – Transduser Fungsi utama tahap ini adalah mendeteksi atau merasakan adanya perubahan besaran fisik pada obyek yang diukur. Tahap ini harus kebal terhadap pengaruh lain yang tidak dikehendaki, misalnya sensor gaya tidak boleh terpengaruh oleh percepatan atau sensor percepatan linier, tidak boleh berubah oleh perubahan percepatan sudut. Tetapi hal tersebut tidak pernah didapati secara ideal, perubahan-perubahan kecil oleh variabel lain tersebut masih dapat diterima selama masih berada dalam batasan-batasan yang diizinkan. Tahap Intermediate Tahap ini adalah tahap penkondisian sinyal yang dihasilkan pada tahap pertama agar dapat dinyatakan ke tahap terakhir. Perlakuan yang dilakukan pada tahap ini biasanya penyaringan, penguatan dan transformasi sinyal. Fungsi umum tahap ini adalah meningkatkan kemampuan sinyal ke level yang mampu mengaktifkan tahap akhir. Peralatan pada tahap ini harus dirancang sedemikian rupa agar sesuai dengan kondisi antara tahap pertama dan tahap terakhir. Tahap Pembacaan Tahap ini mengandung informasi dalam level yang dapat disensor oleh manusia dan/atau perangkat kendali. Jika keluaran diharapkan dapat dibaca oleh manusia, maka lebih sering berbentuk : • gerakan relatif, misalnya jarum penunjuk skala atau gerakan gelombang pada osiloskop, • digital, bentuk ini mempresentasikan angka-angka, misalnya odometer mobil, termometer digital dan sebagainya. Berikut ini akan diberikan beberapa contoh peralatan menyangkut ketiga tahap diatas.
Berbagai macam peralatan pengukur dengan tahapan-tahapannya
Dalam mempelajari pengukuran dikenal beberapa istilah, antara lain : •Instrumen : adalah alat ukur untuk menentukan nilai atau besaran suatu kuantitas atau variabel. •Ketelitian : harga terdekat dengan mana suatu pembacaan instrumen mendekati harga sebenarnya dari variabel yang diukur. •Ketepatan : suatu ukuran kemampuan untuk hasil pengukuran yang serupa •Sensitivitas : perbandingan antara sinyal keluaran atau respons instrumen terhadap perubahan masukan atau variabel yang diukur. •Resolusi : :perubahan terkecil dalam nilai yang diukur yang mana instrumen akan memberi respon atau tanggapan. •Kesalahan : penyimpangan variabel yang diukur dari harga (nilai) yang sebenarnya. Satuan Dasar dan Satuan Turunan Ilmu pengetahuan dan teknik menggunakan dua jenis satuan, yaitu satuan dasar dan satuan turunan. Satuan-satuan dasar dalam mekanika terdiri dari panjang, massa dan waktu. Biasa disebut dengan satuan – satuan dasar utama. Dalam beberapa besaran fisis tertentu pada ilmu termal, listrik dan penerangan juga dinyatakan satuan-satuan dasar. Arus listrik, temperatur, intensitas cahaya disebut dengan satuan dasar tambahan. Sistem satuan dasar tersebut selanjutnya dikenal sebagai sistem internasional yang disebut sistem SI. Sistem ini memuat 6 satuan dasar seperti tabel berikut ini.
Besaran-besaran satuan dasar SI
Satuan-satuan lain yang dapat dinyatakan dengan satuan-satuan dasar disebut satuansatuan turunan. Untuk memudahkan beberapa satuan turunan telah diberi nama baru, contoh untuk daya dalam SI dinamakan watt yaitu menggantikan j/s. Tabel di bawah ini merupakan contoh satuan yang diturunkan.
Kesalahan Ukur Saat melakukan pengukuran besaran listrik tidak ada yang menghasilkan ketelitian dengan sempurna. Perlu diketahui ketelitian yang sebenarnya dan sebab terjadinya kesalahan pengukuran. Kesalahan - kesalahan dalam pengukuran dapat digolongkan menjadi tiga jenis, yaitu : • Kesalahan-kesalahan Umum (gross-errors) Kesalahan ini kebanyakan disebabkan oleh kesalahan manusia. Diantaranya adalah kesalahan pembacaan alat ukur, penyetelan yang tidak tepat dan pemakaian instrumen yang tidak sesuai dan kesalahan penaksiran. Kesalahan ini tidak dapat dihindari, tetapi harus dicegah dan perlu perbaikkan. Ini terjadi karena keteledoran atau kebiasaan - kebiasaan yang buruk, seperti : pembacaan yang tidak teliti, pencatatan yang berbeda dari pembacaannya, penyetelan instrumen yang tidak tepat. Agar mendapatkan hasil yang optimal, maka diperlukan pembacaan lebih dari satu kali. Bisa dilakukan tiga kali, kemudian dirata-rata. Jika mungkin dengan pengamat yang berbeda.
• Kesalahan-kesalahan sistematis (systematic errors) Kesalahan ini disebabkan oleh kekurangan-kekurangan pada instrumen sendiri. Seperti kerusakan atau adanya bagianbagian yang aus dan pengaruh lingkungan terhadap peralatan atau pemakai. Kesalahan ini merupakan kesalahan yang tidak dapat dihindari dari instrumen, karena struktur mekanisnya. Contoh : gesekan beberapa komponen yang bergerak terhadap bantalan dapat menimbulkan pembacaan yang tidak tepat. Tarikan pegas (hairspring) yang tidak teratur, perpendekan pegas, berkurangnya tarikan karena penanganan yang tidak tepat atau pembebanan instrumen yang berlebihan. Ini semua akan mengakibatkan kesalahan-kesalahan. Selain dari beberapa hal yang sudah disinggung di atas masih ada lagi yaitu kesalahan kalibrasi yang bisa mengakibatkan pembacaan instrumen terlalu tinggi atau terlalu rendah dari yang seharusnya. Cara yang paling tepat untuk mengetahui instrumen tersebut mempunyai kesalahan atau tidak yaitu dengan membandingkan dengan instrumen lain yang memiliki karakteristik yang sama atau terhadap instrumen lain yang akurasinya lebih tinggi. Untuk menghindari kesalahan-kesalahan tersebut dengan cara : (1) memilih instrumen yang tepat untuk pemakaian tertentu; (2) menggunakan faktor-faktor koreksi setelah mengetahui banyaknya kesalahan; (3) mengkalibrasi instrumen tersebut terhadap instrumen standar. Pada kesalahan-kesalahan yang disebabkan lingkungan, seperti : efek perubahan temperatur, kelembaban, tahanan udara luar, medan-medan maknetik, dan sebagainya dapat dihindari dengan membuat pengkondisian udara (AC), penyegelan komponenkomponen instrumen tertentu dengan rapat, pemakaian pelindung maknetik dan sebagainya.
• Kesalahan acak yang tak disengaja (random errors) Kesalahan ini diakibatkan oleh penyebab yang tidak dapat langsung diketahui. Antara lain sebab perubahan-perubahan parameter atau sistem pengukuran terjadi secara acak. Pada pengukuran yang sudah direncanakan kesalahan - kesalahan ini biasanya hanya kecil. Tetapi untuk pekerjaan - pekerjaan yang memerlukan ketelitian tinggi akan berpengaruh. Contoh misal suatu tegangan diukur dengan voltmeter dibaca setiap jam, walaupun instrumen yang digunakan sudah dikalibrasi dan kondisi lingkungan sudah diset sedemikian rupa, tetapi hasil pembacaan akan terjadi perbedaan selama periode pengamatan. Untuk mengatasi kesalahan ini dengan menambah jumlah pembacaan dan menggunakan cara-cara statistik untuk mendapatkan hasil yang akurat. Alat ukur listrik sebelum digunakan untuk mengukur perlu diperhatikan penempatannya / peletakannya. Ini penting karena posisi pada bagian yang bergerak yang menunjukkan besarannya akan dipengaruhi oleh titik berat bagian yang bergerak dari suatu alat ukur tersebut. Oleh karena itu letak penggunaan alat ukur ditentukan seperti pada tabel
Sistem Pengukuran Tekanan Tekanan (pressure) adalah gaya yang bekerja persatuan luas, maka tekan didefinisikan sebagai besarnya gaya untuk tiap satuan luas. dengan demikian satuan tekanan identik dengan satuan tegangan (stress). Dalam konsep ini tekanan didefinisikan sebagai gaya yang diberikan oleh fluida pada tempat yang mewadahinya. Tekanan mutlak (absolute pressure) adalah nilai mutlak tekanan yang bekerja pada wadah tersebut. Tekanan relatif atau tekanan pengukuran (gage pressure) adalah selisih antara tekanan mutlak dan tekanan atmosfir. Tekanan vakum atau hampa (vacuum) menunjukkan seberapa lebih tekanan atmosfir dari tekanan mutlak ( Holman, 1985). Oleh karena itu satuan yang dipakai untuk tekanan merupakan hasil bagi antara satuan gaya dan satuan luas, misalnya kg/cm2, lb/inch2 yang biasanya disingkat psi (pound/square inch) dan lain – lain.
Beberapa satuan tekanan yang umum dipakai : 1 atm (atmosfir) = 14,696 psi = 1,01325 x 105 (Pa) = 760 mmHg 1 Pa (paskal) = 1 (N/m2) 1 Torr = 1 mmHg 1 Bar = 105 Pa Pada bagian berikut ini akan diuraikan beberapa peralatan yang sering digunakan untuk pengukuran tekanan (Holman, 1985) Satuan tekanan sering digunakan untuk mengukur kekuatan dari suatu cairan atau gas. Satuan tekanan dapat dihubungkan dengan satuan volume (isi) dan suhu. Semakin tinggi tekanan di dalam suatu tempat dengan isi yang sama, maka suhu akan semakin tinggi. Hal ini dapat digunakan untuk menjelaskan mengapa suhu di pegunungan lebih rendah dari pada di dataran rendah, karena di dataran rendah tekanan lebih tinggi. Rumus dari tekanan dapat juga digunakan untuk menerangkan mengapa pisau yang diasah dan permukaannya menipis menjadi tajam. Semakin kecil luas permukaan, dengan gaya yang sama akan dapatkan tekanan yang lebih tinggi. Tekanan udara dapat diukur dengan menggunakan. barometer
Manometer Tabung Manometer sangat banyak digunakan untuk pengukuran tekanan fluida pada keadaan stedi. Gambar di bawah memperlihatkan sebuah manometer tabung U. Perbedaaan tekanan yang tidak diketahui p dengan tekanan atmosfir, P0, merupakan fungsi ketinggian h. Pembacaan pada skala tersebut dinyatakan oleh :
dengan P : tekanan yang akan diukur pa : tekanan atmosfir ρm : densitas fluida manometer ρf : densitas fluida transmisi Manometer dapat pula dipasang dalam posisi miring agar mendapat skala yang lebih teliti.
Tabung Bourdon Pengukur tabung Bourdon banyak digunakan untuk pengukuran tekanan statik, harganya relatif murah, tetapi cukup dapat diandalkan. Konstruksi tabung Bourdon dapat dilihat pada gambar 1. 11. Tabung Bourdon biasanya mempunyai penampang elips dan konfigurasi "C". Bila terdapat tekanan dalam tabung tersebut, akan terjadi deformasi elastik pada tabung, yang dalam keadaan ideal sebanding dengan tekanan. Ujung pengukur ini dihubungkan dengan suatu penghubung Berpegas yang memperbesar perpindahan dan mengubahnya menjadi gerakan putar pada jarum penunjuk. Penghubung itu dibuat sedemikian rupa sehingga mekanisme tersebut dapat diukur untuk memberikan kelinieran yang optimum.
