DASAR PENGUKURAN LISTRIK - elektro.teknik.unja.ac.idelektro.teknik.unja.ac.id/wp-content/uploads/2017/08/DPL.1-Sistem... · Objektif Teori Contoh Simpulan Block Diagram Sistem Instrumentasi

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.

1. Objektif

2. Teori

3. Contoh

4. Simpulan

OUTLINE

Konsep Etika Profesi & Etika Profesi Engineer.pptx#4. PowerPoint Presentation

DPL.1-Sistem Instrumentasi & Pengukuran.pptx#4. PowerPoint Presentation






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.

Teori Contoh SimpulanObjektif

Tujuan Pembelajaran

Dasar Pengukuran Listrik

• 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.

Objektif Contoh SimpulanTeori

Pendahuluan


• Mendapatkan data variabel-variabel dari suatu proses atau sistem.

• Data tersebut kemudian dapat digunakan untuk kepentingan lebih lanjutmisalnya:

• Desain – Rancang Bangun

• Pengendalian/Sistem Kontrol

• Assessment/evaluasi/audit


Untuk Apa SIstem Pengukuran?



Gambaran Proses Pengukuran


Pengamat: orang yang

memerlukan informasi

Menghubungkan antara proses dan pengamat,

mengubah sinyal menjadi yang dapat terbaca oleh

pengamat dengan standar unit tertentu

Nilai sebenarnya dari variabel

prosesNilai terukur (hasil pengukuran)

Menghasilkan Informasi

(Perubahan variabel-variabel)


Error Pengukuran


𝐸 = 𝑚𝑒𝑎𝑠𝑢𝑟𝑒𝑑 𝑣𝑎𝑙𝑢𝑒 − 𝑡𝑟𝑢𝑒 𝑣𝑎𝑙𝑢𝑒

𝐸 = 𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚 𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡 − 𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚 𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡

▪ 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.


Pendahuluan



Block Diagram Sistem Instrumentasi


▪ SensorSensor: suatu instrumen yang digunakanuntuk merasakan suatu besaran fisis. Besaran fisis yang diukur dapat berupabentuk energi listrik, termal, mekanik dsb.

▪ Transduser: suatu instrumen yang mengubah bentuk suatu energi besaranfisika menjadi besaran sinyal.

▪ Transmisi datatransmisi data: mengirim sinyal dari satuelemen ke elemen lainnya pada sistempengukuran.


Block Diagram Sistem Instrumentasi


• PengontrolBesaran fisika yang terukur kemudianingin dikontrol agar nilainya sesuai denganyang diharapkan. Sinyal yang telahditransmisikan kemudian dibandingkandengan set point kemudian akan dilakukanpengontrolan agar perbedaan nilai yang diukur dengan set point sekecil mungkin.

▪ AktuatorAktuator: suatu instrumen yang akanmelaksanakan perintah atau tindakan yang dikehendaki oleh pengontrol.

▪ SistemSesuatu yang ingin diukur.

Media Fisik

Terukur

Sensor

Instrumen Pengukur


Blok Diagram Sistem Instrumentasi


“…Sistem yang memiliki satu atau lebih komponen (devices) pengukur…”.

Transmitter Block

Indikator

KontrollerFinal

DriveAktuator

Tahap 1 Tahap n

Signal Conditioner Stages

Output

StageTransduser

Variabel

Ukur

Alarming

Perekam


Elemen Dasar Instrumen Pengukur


SENSOR

Signal

Conditioner

Transduser

Elemen dasar pengindera: mengukur nilai

fisik variabel yang diukur, dan mengubahnya

secara proporsional ke sinyal instrumentasi.

0

20

40

60

80

100

Pengkondisi sinyal: memodifikasi sinyal

instrumentasi, agar menghasilkan kualitas

yang lebih baik.

Sensor interface: mengubah satu sinyal

instrumentasi ke sinyal instrumentasi lainnya.

Dalam hal keluaran adalah sinyal

instrumentasi standard

transmitter

Output

Stage

Tahap akhir: memodifikasi sinyal

instrumentasi, agar sesuai dengan keluaran

yang diinginkan pengguna/sistem

berikutnya.

indikator


Blok Diagram Pengukuran


▪ Untuk analisa data

▪ pada Sistem Kendali

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.


Karakteristik Instrumen Pengukuran



Karakteristik dan Kriteria


“…. parameter-parameter untuk menggambarkan kinerja perangkat…”

Apa yang akan diukur dan bagaimana karakternya

Apa & bagaimana keluaran yang diinginkan

Aspek ekonomi

9 Parameter Umum Perangkat/Instrumen Pengukur:

3 pertimbangan untuk menyatakan cocok/tidaknya sebuah perangkat dalam

aplikasi tertentu:

1. Jangkauan ukur (range)

2. Akurasi (Accuracy)

3. Presisi (Precision)

Untuk apa mempelajari karakteristik dan parameter ?

4. Sensitivitas (Sensitivity)

5. Resolusi

6. Dead band


Jangkauan Ukur (Range)


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.

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 ketidak-

normalan operasi dan ketidak-pastian desain.

0

20

40

60

80

100

ba

tas

ek

stre

mv

ari

ab

el

0

20

40

60

80

100

batas nilai variabel

kondisi normal

jan

gk

au

an

uk

ur

ya

ng

dip

erl

uk

an


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 %.


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.


Akurasi dan Presisi



Akurasi dan Presisi : GALAT


Ambil contoh hasil ukur 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).

data ukur

nil

ai

ha

sil

uk

ur

sampel ukur ke

nilai benar

bias

acak

Contoh non-linieritas sistem

Histeresis : nonlinieritas yang

umum ditemui dalam sebuah sistem

Galat Acak/presisi:

• acak, tidak pasti;

• disebabkan oleh kondisi lingkungan

• ketidakpastian dalam system;

pengaturan (thermal noise);

• dapat direduksi rata-rata(mean).

variabel ukur

ha

sil

uk

ur


Sistem Linear dan Sistem Non Linear


Sistem Linear Sistem Non Linear


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


Akurasi dan Presisi


Alat Lebih Presisi Alat Lebih Akurat

Satuan : %FS, %Reading, Absolut


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

0 mA

5

10

15

20 mA

Jan

gk

au

an

uk

ur

0 –

10

0 p

si

0 psi

20

40

60

80

100 psiS

en

siti

vit

as =

0,2

mA

/ p

si

Instrumen Pengukur

0 mA

5

10

15

20 mA

0 psi

40

80

120

160

200 psi

Se

nsi

tiv

ita

s =

2,5

psi

/ m

A

Sk

ala

in

dik

ato

r

Instrumen Indikator

100 psi20 mA 200 psi20 mA

▪ 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


Resolusi



Deadband


“… jangkauan atau batas bawah/atas variabel ukur yang tidak dapat

direspon perangkat ukur …”

Variabel ukur

Va

ria

be

lk

elu

ara

n

deadband

Biasanya sebuah mempunyai

sensitivitas yang rendah pada

batas bawah jangkauan

ukurnya.

▪ 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


Kalibrasi


▪ 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


Systematic Error


Error yang tidak diketahui penyebabnya. Error ini biasanya kecil, dan mungkindapat 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


Random Error


Objektif Teori SimpulanContoh

Contoh Situasi Engineering-Instrumentasi Pengukuran


“….Instrumentasi Pengukuran dipergunakan dari mulai hal-

hal yang sederhana hingga yang sangat rumit …..”

pemantauan

kondisi

pada

alat beratInstrumen Cockpit

Fly by Wire

Kita lihat beberapa contoh

pemanfaatan instrumentasi pada beberapa situasi enjineering

“…dunia semakin modern ...

semakin terukur dengan

instrumentasi …”




Instrumentasi PadaWind Tunnel

Model Pesawat Terbang


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

2. Kecepatan angin

3. Tekanan

4. Temperatur

5. Turbulensi

6. Kecepatan Fan

7. Power Fan

OUT : diukur di tunnel

1. Tekanan

2. Temperatur

3. Gaya (lift dan drag)

4. Getaran (vibrasi)

5. Visualisasi aliran udara




Dimana mengukurnya ? laju aliran udara (dihitung)

temperatur

kecepatan dan power

Fan

tekanan

kecepatan

turbulensi


Instrumentasi pada Object Under Test


Model Pesawat Terbang


Instrumentasi Pengukur Lain


Black Box

Cockpit Voice Recorder : Perekam suara pilot dan co-pilot

Flight Data Recorder : Perekam kondisi-kondisi pesawat dan lingkungannya


Instrumentasi Pengukur Lain


Crash Test Dummy (DRI Inc)

Apa dan dimana dilakukan pengukuran ?

Objektif Teori Contoh Simpulan


“… apabila kita ingin memperoleh gambaran tentang

sesuatu dengan lebih presisi, maka kita perlu instrumen

untuk mengukur …….”

“… kita dapat memantau, mengendalikan, memprediksi,

mengeksplorasi, ataupun bereksperimentasi dengan lebih

presisi, bila kita dapat mengukurnya …”

“….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.

Documents

DASAR PENGUKURAN LISTRIK - elektro.teknik.unja.ac.idelektro.teknik.unja.ac.id/wp-content/uploads/2017/08/DPL.1-Sistem... · Objektif Teori Contoh Simpulan Block Diagram Sistem Instrumentasi