DPL.1-Sistem-Instrumentasi-Pengukuran.pdf

Sistem-Instrumentasi-Pengukuran

1. DASAR PENGUKURAN LISTRIK

2. KONTRAK KULIAH
Pertemuan1-7
Pertemuan8 UTS
Penilaian:
1)Tugas : 15%
2)Quis : 15%
3)UTS : 20%
Referensi:
Measurement and Instrumentation Principles.

3. 1. Objektif
2. Teori
3. Contoh
4. Simpulan
OUTLINE

4. Mahasiswamampu:
▪Menjelaskandenganbenarmengenaiprinsipdasarsistempengukuran.
▪Menjelaskandenganbenarmengenaiterminologidalamsistempengukuran.
▪Menjelaskandenganbenarmengenaielemendasarinstrument pengukur.
Teori Contoh SimpulanObjektif
TujuanPembelajaran
DasarPengukuranListrik

5. •Pengukuran: Proses mendapatkaninformasitentangnilaivariabelsuatu
proses/sistemataumendapatkaninformasitentangnilaidarisuatu
besaranfisis, informasiyang didapatkandapatberupadata
kuantitatifmaupunkualitatif.
•Instrumentasi: bidangilmudanteknologiyang mencakupperancangan,
pembuatan, penggunaaninstrumen/alatfisikaatausistem
instrumenuntukkeperluandeteksi, penelitian, pengukuranserta
pengolahandata.
•Data Empiris: Data yang diperolehlangsungdarisistempengukuran.
•Data Terproses: Data hasilpengolahandaridata empiris, misalperhitungandari
beberapavariable.
Objektif Contoh SimpulanTeori
Pendahuluan
DasarPengukuranListrik

6. •Mendapatkandata variabel-variabeldarisuatuproses atausistem.
•Data tersebutkemudiandapatdigunakanuntukkepentinganlebihlanjut
misalnya:
•Desain–RancangBangun
•Pengendalian/SistemKontrol
•Assessment/evaluasi/audit
Objektif Contoh SimpulanTeori
UntukApaSIstemPengukuran?
DasarPengukuranListrik

7. Objektif Contoh SimpulanTeori
GambaranProses Pengukuran
DasarPengukuranListrik
Pengamat: orang yang
memerlukaninformasi
Menghubungkanantaraproses danpengamat,
mengubahsinyalmenjadiyang dapatterbacaoleh
pengamatdenganstandarunit tertentu
Nilaisebenarnyadarivariabel
proses
Nilaiterukur(hasilpengukuran)
Menghasilkan Informasi
(Perubahan variabel-variabel)

8. Objektif Contoh SimpulanTeori
Error Pengukuran
DasarPengukuranListrik
??????=��??????������??????���−�����??????���
??????=�??????����������−�??????����??????����

9. ▪Sistempengukuranmerupakanbagianpertamadalamsuatusistempengendalian
•Jika input sistem pengendalian salah, makaoutput salah.
•Jika hasil pengukuran (input sistem pengendalian) salah, makahasil
pengendalianpastisalah, walaupunsebenarnyasistempengendaliansangat
baik.
Objektif Contoh SimpulanTeori
Pendahuluan
DasarPengukuranListrik

10. Objektif Contoh SimpulanTeori
Block Diagram SistemInstrumentasi
DasarPengukuranListrik
▪Sensor
Sensor: suatuinstrumenyang digunakan
untukmerasakansuatubesaranfisis.
Besaranfisisyang diukurdapatberupa
bentukenergilistrik, termal, mekanikdsb.
▪Transduser: suatuinstrumenyang
mengubahbentuksuatuenergibesaran
fisikamenjadibesaransinyal.
▪Transmisidata
transmisidata: mengirimsinyaldarisatu
elemenkeelemenlainnyapadasistem
pengukuran.

11. Objektif Contoh SimpulanTeori
Block Diagram SistemInstrumentasi
DasarPengukuranListrik
•Pengontrol
Besaranfisikayang terukurkemudian
ingindikontrolagar nilainyasesuaidengan
yang diharapkan. Sinyalyang telah
ditransmisikankemudiandibandingkan
denganset point kemudianakandilakukan
pengontrolanagar perbedaannilaiyang
diukurdenganset point sekecilmungkin.
▪Aktuator
Aktuator: suatuinstrumenyang akan
melaksanakanperintahatautindakanyang
dikehendakiolehpengontrol.
▪Sistem
Sesuatuyang ingindiukur.

12. Media Fisik
Terukur
Sensor
InstrumenPengukur
Objektif Contoh SimpulanTeori
Blok Diagram SistemInstrumentasi
DasarPengukuranListrik
“…Sistemyang memilikisatuataulebihkomponen(devices) pengukur…”.
Transmitter Block
Indikator
Kontroller
Final
Drive
Aktuator
Tahap1 Tahapn
Signal Conditioner Stages
Output
StageTransduser
Variabel
Ukur
Alarming
Perekam

13. Objektif Contoh SimpulanTeori
ElemenDasarInstrumenPengukur
DasarPengukuranListrik
SENSOR
Signal
Conditioner
Transduser
Elemendasarpengindera: mengukurnilai
fisikvariabelyang diukur, danmengubahnya
secaraproporsionalkesinyalinstrumentasi.
0
20
40
60
80
100
Pengkondisisinyal: memodifikasisinyal
instrumentasi, agar menghasilkankualitas
yang lebihbaik.
Sensor interface: mengubahsatusinyal
instrumentasikesinyalinstrumentasilainnya.
Dalamhalkeluaranadalahsinyal
instrumentasistandard
transmitter
Output
Stage
Tahapakhir: memodifikasisinyal
instrumentasi, agar sesuaidengankeluaran
yang diinginkanpengguna/sistem
berikutnya.
indikator

14. Objektif Contoh SimpulanTeori
Blok Diagram Pengukuran
DasarPengukuranListrik
▪Untukanalisadata
▪padaSistemKendali

15. 1. KarakteristikStatis
karakteryang menggambarkanparameter instrumendalamkeadaansteady.
•Karakteristik Statis yang dipresentasikan oleh tingkat presisi dan akurasi. Sifat
akurasi ditentukan oleh sensitivitas, range (jangkauan), non linieritas,
hysteresis.
2. KarakterDinamis
karakteryang menggambarkanrespon(tanggapan) dinamik(fungsiwaktu).
•Karakteristikinidi definisikanolehtime constant.
Objektif Contoh SimpulanTeori
KarakteristikInstrumenPengukuran
DasarPengukuranListrik

16. Objektif Contoh SimpulanTeori
KarakteristikdanKriteria
DasarPengukuranListrik
“…. parameter-parameter untukmenggambarkankinerjaperangkat…”
Apayang akandiukurdanbagaimanakarakternya
Apa& bagaimanakeluaranyang diinginkan
Aspekekonomi
9 Parameter UmumPerangkat/InstrumenPengukur:
3 pertimbanganuntukmenyatakancocok/tidaknyasebuahperangkatdalam
aplikasitertentu:
1.Jangkauanukur(range)
2.Akurasi(Accuracy)
3.Presisi(Precision)
Untukapamempelajarikarakteristikdanparameter ?
4. Sensitivitas(Sensitivity)
5. Resolusi
6. Dead band

17. Objektif Contoh SimpulanTeori
JangkauanUkur(Range)
DasarPengukuranListrik
batasnilaiukurdari minimal hinggabatasmaksimal, yang keluaran/ hasil
ukurdijaminsesuaidenganspesifikasi. Padakebanyakankasus, jangkauan
ukurtidaksamadenganbatasamanoperasiperangkat.
PemilihanJangkauan 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 ketidak-
normalan operasi dan ketidak-pastian desain.
0
20
40
60
80
100
batas
ekstrem
variabel
0
20
40
60
80
100
batasnilaivariabel
kondisinormal
jangkauan ukur yang
diperlukan

18. Objektif Contoh SimpulanTeori
Akurasi/ Ketelitian
DasarPengukuranListrik
Ketelitian alat ukur dalam memberikan hasil pengukuran.
ContohAkurasi:
•Termometerskala0°F –100°F denganakurasi1°F
Artinyajikapengukuranmenunjukkan60°F, makanilai
sebenarnyaadalah59°F –61°F.
•Level transmitter mempunyaiakurasi5 %
jikasinyalmenunjukkan40%, makaakurasiadalah40 x 5% = 2%
sehingganilaisebenarnya38 –42 %.

19. Objektif Contoh SimpulanTeori
Presisi/ Ketepatan
DasarPengukuranListrik
Kemampuansistempengukuranuntukmenampilkanulangoutput yang sama
padapengukuranberulangsingkat
ContohPresisi:
Voltmeter mempunyairepeatability 0,2 %. Jika pengukuran sebenarnya 100 V, maka
ketikapengukurandiulang–ulang( misal20 kali) maka pembacaan akan berkisar 99,8 –100,2 V.

20. Objektif Contoh SimpulanTeori
AkurasidanPresisi
DasarPengukuranListrik

21. Objektif Contoh SimpulanTeori
AkurasidanPresisi: GALAT
DasarPengukuranListrik
Ambilcontohhasilukur Galatbias/akurasi:
• konsistendanberulang;
• dapatdireduksiatau
dibatalkanolehkalibrasi;
• dapatdikontribusikanoleh
nonlinear dalamsystem;
• bias disebabkanoleh
sensor itusendiri(loading
error).
data ukur
nilai hasil ukur
sampel ukur ke
nilai benar
bias
acak
Contohnon-linieritassistem
Histeresis: nonlinieritasyang
umumditemuidalamsebuahsistem
GalatAcak/presisi:
• acak, tidakpasti;
• disebabkanolehkondisilingkungan
• ketidakpastiandalamsystem;
pengaturan(thermal noise);
• dapatdireduksirata-rata(mean).
variabel ukur
hasil
ukur

22. Objektif Contoh SimpulanTeori
SistemLinear danSistemNon Linear
DasarPengukuranListrik
SistemLinear SistemNon Linear

23. Objektif Contoh SimpulanTeori
AkurasidanPresisi
DasarPengukuranListrik
Presisi vektor
Akurasi skalar
Alat presisi :
1.Dapat salah konsisten
2.Reduksikalibrasi
Alatakurat:
1.Hasilbelumtentupresisi
2.Reduksiaveraging

24. Objektif Contoh SimpulanTeori
AkurasidanPresisi
DasarPengukuranListrik
AlatLebihPresisi AlatLebihAkurat
Satuan: %FS, %Reading, Absolut

25. Objektif Contoh SimpulanTeori
Sensitivitas
DasarPengukuranListrik
Sensitivitas: perubahanyang masihdapatdirasakanolehperangkat
Sensitivitas =
∆??????��??????��
∆??????????????????��
Ketidak-cocokansensitivitasakanmenghasilkankerugian/kesalahanjangkauan(span) padaskala
perangkat-penerima-hasil-ukur.
Ambilcontohpenyambunganinstrumenpengukurdenganindikator
0 mA
5
10
15
20 mA
Jangkauan
ukur
0
–
100 psi
0 psi
20
40
60
80
100 psi
Sensitivitas =
0,2 mA / psi
Instrumen Pengukur
0 mA
5
10
15
20 mA
0 psi
40
80
120
160
200 psi
Sensitivitas =
2,5 psi / mA
Skala indikator
Instrumen Indikator
100 psi
20 mA
200 psi
20 mA

26. ▪Nilaiinkrementerkecildarisebuahinput atauoutput yang dapatdideteksi
(skala terkecil yang mampu ditunjukkan oleh alat ukur).
Sebagaicontoh: suatutimbanganpadajarumpenunjukyang menunjukkan
perubahan0,2 gram (terkecilyang dapatdilihat) makadikatakan
bahwaresolusidaritimbangantersebutadalah0,2 gram.
▪Jikainkremennyakecilfine resolution
inkremennyabesarcoarse resolution
Objektif Contoh SimpulanTeori
Resolusi
DasarPengukuranListrik

27. Objektif Contoh SimpulanTeori
Deadband
DasarPengukuranListrik
“… jangkauanataubatasbawah/atasvariabelukuryang tidakdapat
diresponperangkatukur…”
Variabel ukur
Variabel
keluaran
deadband
Biasanyasebuahmempunyai
sensitivitasyang rendahpada
batasbawahjangkauan
ukurnya.

28. ▪Penentuannilaiukurdalamsuatuskalabacaaan; biasanyamenghasilkanoutput:
tegangan, arus, frekuensi, tekanan, (flow) aliran.
▪Langkah-langkahpentingdalamkalibrasi:
1. Ujikonstruksiinstrumendantentukansemuainput yang mungkin
2. Tentukaninput yang akanditerapkanuntukkalibrasiinstrumen
3. Siapkanperalatanyang mengijinkansemuainput bervariasidi dalamrentang
(range) yang diperlukan
4. Denganmenjagabeberapainput konstan, variasikaninput lain, catatoutputnya,
susunhubungan(persamaan) input-output
Objektif Contoh SimpulanTeori
Kalibrasi
DasarPengukuranListrik

29. ▪Kadang-kadangdisebutbias; deviasiseragamdarititiktitikpengukuransebuah instrumen.
Ada 2 jenis:
1)Instrumental error: disebabkanolehinstrumen(friksipadabearing, teganganpegas/spring)
dihindaridengan:
(a)pemilihaninstrumenyang tepat
(b)penerapanfaktorkoreksisetelahpenentuanbesarnyaerror
(c)kalibrasiinstrumenterhadapalatstandar.
2)Environmental error: disebabkanolehkondisieksternal(efeksuhu, humiditas, tekanan
barometrik)
dihindaridengan:
(a)menyediakanpenyejukruangan(AC)
(b)melapisikomponentertentudalamintrumen
(c)menggunakanperlindungan(shield) magnetik
Objektif Contoh SimpulanTeori
Systematic Error
DasarPengukuranListrik

30. Error yang tidakdiketahuipenyebabnya. Error inibiasanyakecil, danmungkin
dapatditanganisecaramatematismenuruthukumprobabilitas.
Sources of Error
1. Pengetahuanyang tidakcukuptentangparameter proses dankondisi
perancangan.
2. Perancanganyang pas-pasan(poor design)
3. Perubahanparameter proses
4. Perawatanyang tidakbaik(poor maintenance)
5. Error karenamanusiayang mengoperasikaninstrumen
6. Keterbatasanperancangan
Objektif Contoh SimpulanTeori
Random Error
DasarPengukuranListrik

31. Objektif Teori SimpulanContoh
ContohSituasiEngineering-InstrumentasiPengukuran
DasarPengukuranListrik
“….InstrumentasiPengukurandipergunakandarimulaihal-
halyang sederhanahinggayang sangatrumit…..”
pemantauan
kondisi
pada
alatberat
InstrumenCockpit
Fly by Wire
Kita lihatbeberapacontoh
pemanfaataninstrumentasipadabeberapasituasienjineering
“…dunia semakinmodern ...
semakinterukurdengan
instrumentasi…”

32. Objektif Teori SimpulanContoh
ContohSituasiEngineering-InstrumentasiPengukuran
DasarPengukuranListrik
InstrumentasiPada
Wind Tunnel
Model PesawatTerbang

33. Objektif Teori SimpulanContoh
InstrumentasipadaWind Tunnel
DasarPengukuranListrik
Duapertanyaandasar:
•Apayang harusdiukur?Dan Dimanamengukurnya?
Secaraumum: pengaruhanginpadaobject under test/ objekyang sedangdiuji(OUT)
Angin: diukurdi tunnel
1.Lajualiran
2.Kecepatanangin
3.Tekanan
4.Temperatur
5.Turbulensi
6.KecepatanFan
7.Power Fan
OUT : diukurdi tunnel
1.Tekanan
2.Temperatur
3.Gaya (liftdandrag)
4.Getaran(vibrasi)
5.Visualisasialiranudara

34. Objektif Teori SimpulanContoh
ContohSituasiEngineering-InstrumentasiPengukuran
DasarPengukuranListrik
Dimanamengukurnya? lajualiranudara(dihitung)
temperatur
kecepatandanpower
Fan
tekanan
kecepatan
turbulensi

35. Objektif Teori SimpulanContoh
InstrumentasipadaObject Under Test
DasarPengukuranListrik
Model Pesawat Terbang

36. Objektif Teori SimpulanContoh
InstrumentasiPengukurLain
DasarPengukuranListrik
Black Box
Cockpit Voice Recorder : Perekamsuarapilot danco-pilot
Flight Data Recorder : Perekamkondisi-kondisipesawatdanlingkungannya

37. Objektif Teori SimpulanContoh
InstrumentasiPengukurLain
DasarPengukuranListrik
Crash Test Dummy (DRI Inc)
Apadandimanadilakukanpengukuran?

38. Objektif Teori Contoh Simpulan
DasarPengukuranListrik
“… apabilakitainginmemperolehgambarantentang
sesuatudenganlebihpresisi, makakitaperluinstrumen
untukmengukur…….”
“… kitadapatmemantau, mengendalikan, memprediksi,
mengeksplorasi, ataupunbereksperimentasidenganlebih
presisi, bilakitadapatmengukurnya…”
“….KetikaAndadapatmengukurapayang Andabicarakandan
mengungkapkannyadalamjumlah, Andatau tentanghalitu. Ini
mungkinawalpengetahuan, tapiAndahamper tidak
memikirkanpemikiranAndasampaiketahapsains…”
Lord Kevin, PrinsipDasarIlmuPengetahuan.