Program Studi Teknik Fisika

TF 3101 - METODA PENGUKURAN

EFEK PEMBEBANAN

TF

3

1

0

1

M

E

T

O

D

A

P

E

N

G

U

K

U

R

A

N

11

Efek Pembebanan

PENDAHULUAN

Efek Pembebanan Instrument Ukur pada Medium Instrumen Ukur dapat membebani medium yang

diukur sehingga harga hasil pengukuran yang terbaca pada alat ukur tidak sama dengan harga variabel pengukuran jika alat ukur tidak dipasang.

Contoh:X Thermometer yg membebani medium pengukuran X Voltmeter atau Ameter yang membebani rangkaian

pengukuran.

TF

3

1

0

1

M

E

T

O

D

A

P

E

N

G

U

K

U

R

A

N

22

Efek Pembebanan

Contoh : Efek Pembebanan pada Pengukuran Tegangan Contoh : Voltmeter dihubungkan

paralel dengan ke-kutub tegangan yang diukur X voltmeter sebagai shunt

bagi rangkaian yang diukur Terjadi pembagian arus

antara voltmeter dan tegangan jatuh yang diukur pada suatu rangkaian sehingga voltmeter akan menghasilkan pembacaan yang lebih rendah dari seharusnya

Terdapat 2 voltmeter untuk pengukuran di atas, voltmeter 1 dengan sensitivitas 1000 /Vdan voltmeter 2 dengan 20.000 /VKedua voltmeter tsb digunakan pada range 0-50 V. Tentukan

Pembacaan setiap voltmeter Kesalahan pembacaan

Efek Pembenanan Pengukuran

TF

3

1

0

1

M

E

T

O

D

A

P

E

N

G

U

K

U

R

A

N

33

Efek Pembebanan

Contoh : Efek Pembebanan pada Pengukuran Arus Ammeter dihubungkan seri

pada rangkain dengan arus yang diukur X Ammeter sebagai tahan

depan bagi rangkaian yang diukur

Terjadi tegangan jatuh pada ammeter sehingga ammeter akan menghasilkan pembacaan arus yang lebih rendah dari seharusnya

Contoh :

Terdapat 2 ammeter untuk pengukuran di atas, ammeter 1 dengan tahanan dalam 1000 dan ammeter 2 dengan tahanan dalam 50 Kedua ammeter tsb digunakan pada range 0-50 V. Tentukan

Pembacaan setiap ammeter Kesalahan pembacaan

Efek Pembenanan Pengukuran

TF

3

1

0

1

M

E

T

O

D

A

P

E

N

G

U

K

U

R

A

N

44

Efek Pembebanan

PENDAHULUAN

Pembebanan pada sistem pengukuranX Pembebanan oleh media yang diukur terhadap sistem

pengukuran (process loading)X Pembebanan antar elemen pada sistem pengukuran (inter

element loading) Dampak efek pembebanan

X Penurunan akurasi pengukuran

Analisis Pembebanan(analogi rangkaian elektrik)

Rangkaian pengganti THEVENINRangkaian pengganti NORTON

TF

3

1

0

1

M

E

T

O

D

A

P

E

N

G

U

K

U

R

A

N

55

Efek Pembebanan

Pembebanan pada sistem pengukuran Alat ukur atau sistem yang dipasang pada medium dapat menerima

transfer variabel tegangan, variabel arus atau variabel daya dari medium, tergantung pada alat ukur/sistem. Alat ukur tegangan menerima transfer variabel tegangan dari medium Alat ukur arus menerima transfer variabel arus dari medium Alat ukur daya menerima transfer daya dari medium

Efek Pembebanan tidak hanya terjadi pada sistem elektrik, tetapi pada sistem termal, sistem mekanis, dsb juga akan terjadi efek pembebanan jika suatu sistem (Instrumen) dihubungkan dengan instrumen lainnya atau suatu sistem fisis dihubungkan dengan sistem fisis lainnya

TF

3

1

0

1

M

E

T

O

D

A

P

E

N

G

U

K

U

R

A

N

66

Efek Pembebanan

Hubungan antara variabel alir (q1) dengan variabel potensial (q2)

Secara umum semua sistem fisis mempunyai dua variabel yang saling bebas, yaitu variabel alir (q1) dan variabel potensial (q2) misal: pada sistem listrik ada variabel arus (q1=I) dan tegangan listrik (q2 = V) Pada sistem termal ada variabel temperatur (q2 =T) dan aliran kalor (q1 = Q) Pada sistem aliran fluida ada debit aliran (q1=Q) dan tekanan fluida (q2 = p).

Jika perkalian q1dan q2 besaran energiX Impedansi = Z = q2/q1X Admitansi = Y = 1/Z = q1/q2X Daya = P = q1*q2

Contoh: pada sistem elektrik q1 = I (arus listrik) dan q2=V (tegangan listrik),

maka P = VI

TF

3

1

0

1

M

E

T

O

D

A

P

E

N

G

U

K

U

R

A

N

77

Efek Pembebanan

Jika perkalian q1 q2 berupa besaran energi, makaX Stiffness atau kekakuan sistem adalah perbandingan variabel

potensial dengan variabel alir S = q2/q1

X Compliance adalah atau kelenturan sistem adalah perbandingan variabel alir dengan variabel potensial C = 1/S=q1/q2

Contoh: X pada pegas F = K x, X F (gaya) adalah variabel potensial dan x (defleksi pegas) adalah

variabel alir. K stiffness pegas, dan C compliance pegas = 1/K

TF

3

1

0

1

M

E

T

O

D

A

P

E

N

G

U

K

U

R

A

N

88

Efek Pembebanan

Jika suatu sistem dihubungkan dengan sistem lainnya, dan yang ditransfer adalah variabel tertentu, maka stiffness (impedansi) input dari sistem fisis kedua dapat membebani sistem fisis pertama, jika harga stiffness (impedansi) output sistem pertama tidak sesuai dengan stiffness (impedansi) input sistem kedua.

Apakah alat ukur (sistem fisis kedua) akan membebani medium pengukuran (sistem fisis pertama), tergantung pada variabel yang diukur, variabel alir atau variabel potensial atau variabel daya dan harga stiffness (impedansi) input dan output dari kedua sistem

TF

3

1

0

1

M

E

T

O

D

A

P

E

N

G

U

K

U

R

A

N

99

Efek Pembebanan

Pada sistem yang perkalian dua variabelnya adalah besaran daya, X maka efek pembebanan dinyatakan dalam variabel impedansi atau

admitansi. X Supaya kedua sistem tidak saling membebani:

Jika yang diukur atau ditransfer adalah variabel potensial (q2) maka Impedansi input sistem kedua harus jauh lebih besar dari pada impedansi output sistem pertama (Z2i >> Z1o)

Jika yang diukur atau ditransfer adalah variabel alir (q1), maka Z2i Y1o

Jika yang akan ditransfer daya, maka Z2i ~ Z1o (Matching Impedansi)

TF

3

1

0

1

M

E

T

O

D

A

P

E

N

G

U

K

U

R

A

N

1010

Efek Pembebanan

Pada sistem yang perkalian dua variabelnya adalah besaran energi, X maka efek pembebanan dinyatakan dalam variabel stiffness atau

compliance. X Supaya kedua sistem tidak saling membebani:

Jika yang diukur atau ditransfer adalah variabel potensial (q2) maka Stiffness input sistem kedua harus jauh lebih besar dari pada stiffness output sistem pertama (S2i >> S1o)

Jika yang diukur atau ditransfer adalah variabel alir (q1), maka S2i C1o

Jika yang akan ditransfer daya, maka S2i ~ S1o (Matching Stiffness)

TF

3

1

0

1

M

E

T

O

D

A

P

E

N

G

U

K

U

R

A

N

1111

Efek Pembebanan

ANALISIS PEMBEBANAN

analogi rangkaian elektrik

Rangkaian pengganti THEVENINRangkaian pengganti NORTON

TF

3

1

0

1

M

E

T

O

D

A

P

E

N

G

U

K

U

R

A

N

1212

Efek Pembebanan

RANGKAIAN EKIVALEN THEVENIN Rangkaian Ekivalen THEVENIN

LTH

TH

ZZEi +=Arus :

LTH

LTHLL ZZ

ZEZiV +== Tegangan :

THL ZZ >>Jika

TF

3

1

0

1

M

E

T

O

D

A

P

E

N

G

U

K

U

R

A

N

1313

Efek Pembebanan

RANGKAIAN EKIVALEN THEVENIN Contoh: Sistem Pengukuran Temperatur

7510101000 4

4

+= inL VV201021021040 6

66

+= TVin

T

TTM

9925.0 7510

1020102

1024

4

6

6

=

+

+=

berapa loading error ?

TF

3

1

0

1

M

E

T

O

D

A

P

E

N

G

U

K

U

R

A

N

1414

Efek Pembebanan

pH meter

Sistem pengukuran pH

Tentukan pH pengukuran jika tanpa amplifier menggunakan amplifier

TF

3

1

0

1

M

E

T

O

D

A

P

E

N

G

U

K

U

R

A

N

1515

Efek Pembebanan

RANGKAIAN EKIVALEN NORTON

Rangkaian Ekivalen NORTON

LN

LNNL ZZ

ZZiV +=Tegangan pada beban

NL ZZ

TF

3

1

0

1

M

E

T

O

D

A

P

E

N

G

U

K

U

R

A

N

1616

Efek Pembebanan

RANGKAIAN EKIVALEN NORTON Contoh : Differential Pressure Transmitter

( )RCN

RCNNL RRR

RRRiV +++=

Tegangan total pada kabel dan recorder

Tegangan pada recorder

RCN

NRNR RRR

RRiV ++=

RNR RiV 9995,0 = loading error = 0,05% ?

TF

3

1

0

1

M

E

T

O

D

A

P

E

N

G

U

K

U

R

A

N

1717

Efek Pembebanan

Contoh Soal

Suatu transmiter elektronik memberikan arus keluaran 4 20 mA linier terhadap masukan beda tekanan 0 s/d 104 Pa. Impedansi Norton transmiter adalah 105 . Transmiter dihubungkan ke suatu indikator dengan impedansi sebesar 250 melalui suatu kabel dengan total resistansi 500 . Indikator memberikan pembacaan 0 dan 104 Pa untuk input tegangan antara 1 dan 5 V.X Hitung kesalahan pengukuran akibat pembebanan untuk input

tekanan 5x103 Pa

TF

3

1

0

1

M

E

T

O

D

A

P

E

N

G

U

K

U

R

A

N

1818

Efek Pembebanan

Contoh Soal

Suatu Electronic Level Transmitter memberikan arus keluaran 4 20 [mA] linier terhadap masukan beda ketinggian cairan 0 s/d 10 [m]. Impedansi transmiter adalah 5 x 104 []. Transmiter dihubungkan ke suatu indikator dengan impedansi sebesar 200 [] melalui suatu kabel dengan total resistansi 250 []. Indikator memberikan pembacaan 0 dan 10 [m] untuk input tegangan antara 0,8 dan 4 [V].X Hitung kesalahan pengukuran akibat pembebanan untuk

input ketinggian 5 [m]

TF

3

1

0

1

M

E

T

O

D

A

P

E

N

G

U

K

U

R

A

N

1919

Efek Pembebanan

Contoh Soal

Suatu glass pH electrode mempunyai sensitivitas 59 mV/pH dan resistansi 109 , digunakan untuk mengukur pH dalam range 0 s/d 15. Elektroda dihubungkan ke recorder yang memiliki input 0 s/d 100 mV dan resistansi 100 , menggunakan suatu buffer amplifier dengan unity gain dan resistansi output 100 X Hitung impedansi input amplifier, dan sensitivitas recorder

yang diperlukan untuk mendapatkan recording pH yang akurat

X Jika resistansi elektroda bertambah menjadi 2 x 109 akibat reaksi kimia, Hitung kesalahan pengukuran dalam % untuk pH 0 s/d 7

EFEK PEMBEBANANPENDAHULUANContoh : Efek Pembebanan pada Pengukuran TeganganContoh : Efek Pembebanan pada Pengukuran ArusPENDAHULUANPembebanan pada sistem pengukuranHubungan antara variabel alir (q1) dengan variabel potensial (q2)ANALISIS PEMBEBANANRANGKAIAN EKIVALEN THEVENINRANGKAIAN EKIVALEN THEVENINpH meterRANGKAIAN EKIVALEN NORTONRANGKAIAN EKIVALEN NORTONContoh SoalContoh SoalContoh Soal