bab ii landasan teori ii.i. pengenalan alat...

BAB II

LANDASAN TEORI

II.I. Pengenalan Alat Ukur.

Pengukuran merupakan suatu aktifitas dan atau tindakan membandingkan

suatu besaran yang belum diketahui nilainya atau harganya terhadap besaran lain

yang sudah diketahui nilainya, misalnya dengan besaran standart. Pekerjaan

membandingkan tersebut tiada lain adalah pekerjaan pengukuran atau mengukur.

Sedangkan pembandingnya yang disebut sebagai alat ukur. Pengukuran banyak

sekali dilakukan dalam bidang teknik atau industri. Sedangkan alat ukurnya

sendiri banyak sekali jenisnya, tergantung dari banyak faktor, misalnya objek

yang diukur serta hasil yang di inginkan. Yang perlu diperhatikan dalam

melakukan pengukuran adalah :

1. Standart yang dipakai harus memiliki ketelitian yang sesuai dengan

standart yang telah ditentukan

2. Tata cara pengukuran dan alat yang digunakan harus memenuhi

persyaratan.

Pengetahuan yang harus dimiliki adalah bagaimana menetukan besaran

yang akan diukur, bagaimana mengukurnya dan mengetahui dengan apa besaran

tersebut harus diukur. Ketiga hal tersebut harus mutlak dimiliki oleh orang yang

akan melakukan pengukuran.

Universitas Sumatera Utara

Pengetahuan akan alat ukur dan objek yang dihadapi adalah suatu syarat

agar pengukuran yang benar dapat dilakukan. Ini juga berarti bahwa cara

melakukan pengukuran yang benar akan diperoleh.

II.2. Metode Pengukuran

Dalam pengukuran dapat dilakukan dengan dua metode, yaitu :

a. Metode Pengukuran Langsung

Pengukuran dikatakan pengukuran langsung bila alat ukurnya atau

pembandingnya standart, yaitu suatu pengukuran yang mempunyai nilai

standart, misalnya ukuran panjang dan berat.

Gambar. 2.1. Metode dilihat langsung


b. Metode Pengukuran Tidak Langsung

Pengukuran dikatakan tidak langsung bila pembandingnya adalah suatu

yang telah dikalibrasikan terhadap besaran standart, misalnya transmitter. Karena

sulitnya untuk mendapatkan alat ukur standar, sedangkan besaran yang akan

diukur banyak sekali macamnya, maka teknologi telah menghasilkan banyak cara

untuk menghasilkan alat ukur tidak langsung. Berdasarkan pada peranan dalam

fungsinya dapat dibedakan :

a. Alat ukur penunjuk : misalnya ammeter, voltmeter, termometer,

dan lain-lain.

b. Alat ukur perekan/rekorder : misalnya rekorder temperatur,

rekorder tekanan dan lain-lain.

c. Alat ukur pengendali : misalnya pengendali temperatur

(thermostat) pada pemanas air, strika listrik dan lain-lain.

Gambar. 2.2. Metode tidak langsung


II.2.1. PRINSIP ALAT UKUR

Klasifikasi alat ukur dapat dilakukan berdasarkan aplikasinya, berdasarkan

bidangnya dan lain-lain. Untuk alat ukur tidak langsung apapun jenisnya terdapat

tiga bagian :

a. Bagian Input

b. Bagian Proses, dan

c. Bagian Otput

Ketiga bagian utama tersebut dapat digambarkan dalam blok diagram

gambar II.3 berikut ini :

Gambar 2.3. Sistem Dasar Alat Ukur

Bagian input adalah bagian dari alat ukur yang membaca atau merasakan

serta mencari informasi dari besaran yang dikehendaki dari objek pengukuran.

Bagian ini sering pula dikenal sebagai sensor atau transmitter.

Bagian pemroses adalah bagian dari alat ukur yang berfungsi sebagai

pengolah informasi yang didapat dari sensor, kemudian dijadikan informasi baru

yang lebih mempunyai arti atau makna. Selanjutnya bagian output adalah bagian


dari alat ukur yang bertugas menyajikan hasil pengukuran yang dikeluarkan oleh

bagian pemroses dalam bentuk informasi yang mudah dimengerti untuk keperluan

selanjutnya, bagian ini misalnya display digital atau dekoder. Mengetahui bagian-

bagian dari alat ukur diatas secara mendasar adalah perlu, agar pengukuran dapat

dilakukan dengan benar dan hasil yang benar pula.

II.3. KARAKTERISTIK ALAT UKUR

Mengetahui karakteristik alat ukur adalah penting agar pekerjaan

pengukuran secara menyeluruh (persiapan, pelaksanaan dan analisis) dapat

diandalkan keberhasilannya. Seseorang tidak akan dapat merancang pengukuran

dengan benar tanpa mengetahui arti karakteristik dari alat ukur. Beberapa

karakteristik penting dari alat ukur adalah:

a. Ketelitian atau Keseksamaan (Accuracy)

Ketelitian atau accuracy didefenisikan sebagai ukuran seberapa jauh hasil

pengukuran mendekati harga sebenarnya. Ukuran ketelitian sering dinyatakan

dengan dua cara, atas dasar perbedaan atau kesalahan (error) terhadap harga yang

sebenarnya, yaitu :

- Kesalahan terhadap harga sebenarnya dalam proses :

- Kesalahan dalam persen terhadap skala penuh, yaitu ;

%100arg

argarg×

−=

sebenarnyaahsebenarnyaahterukuraheh

%100argarg×

−=

maksimumskalasebenarnyaahterukuraheh


b. Kecermatan atau Keterulangan (Precision/Repeatibility)

Adalah yang menyatakan seberapa jauh alat ukur dapat mengulangi

hasilnya untuk harga yang sama. Dengan kata lain, alat ukur belum tentu akan

dapat memberikan hasil yang sama jika diulang, meskipun harga besaran yang

diukur tidak berubah. Hal diatas berarti bahwa jika suatu mikrometer

menghasilkan angka 0,0002 mm, dan hasil yang sama akan diperoleh kembali

meskipun pengukuran diulang-ulang, dikatakan bahwa mikrometer tersebut sangat

cermat.

c. Resolusi

Resolusi adalah nilai perubahan terkecil yang dapat dirasakan oleh alat

ukur. Sebagai contoh : suatu timbangan pada jarum penunjuk yang menunjukkan

perubahan 0,1 gram (terkecil yang dapat dilihat) maka dikatakan bahwa resolusi

dari timbangan tersebut adalah 0,1 gram. Harga resolusi sering dinyatakan pula

dalam persen skala penuh.

d. Sensitivitas (Sebsitifity)

Sensitifitas adalah ratio antara perubahan pada output terhadap perubahan

pada input. Pada alat ukur yang linier, sensitivitas adalah tetap. Dalam beberapa

hal harga sensitivitas yang besar menyatakan pula keunggulan dari alat ukur yang

bersangkutan. Alat ukur yang terlalu sensitif adalah sangat mahal, sementara

belum tentu bermanfaat untuk maksud yang kita inginkan.


II..4. FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KERJA ALAT UKUR

Banyak hal yang mempengaruhi kualitas kerja dari alat ukur. Dan tentunya

faktor-faktor ini juga mempengaruhi kualitas hasil pengukuran. Faktor yang

dimaksud tersebut berasal dari lingkungan terhadap alat ukur dan sebaliknya

adalah terdiri dari faktor temperatur, kelembapan, percepatan, media korosif,

radiasi nuklir dan media explosif.

a. Temperatur

Faktor ini dapat menyebabkan berubahnya sifat fisis dari bagian-bagian

alat ukur. Misalnya panjang atau dimensi fisis dari benda dapat berubah dengan

perubahan temperatur.

b. Kelembapan

Kelembapan adalah ukuran dari banyaknya uap air di udara. Kelembapan

sangat mempengaruhi kualitas dari macam-macam alat ukur maupun medianya.

Misalnya kertas sangat peka terhadap perubahan kelembapan. Persoalan ini sering

terjadi pada alat ukur perekam (rekorder). Juga pada alat ukur elektronik dapat

rusak atau berubah karakteristiknya karena kelembapan.

c. Percepatan

Bila daerah dimana alat ukur berada mengalami getaran atau gerakan

maka tidak mungkin pengukuran dengan baik. Apalagi bila alat ukur tersebut

mempunyai bagian-bagian yang bergerak, misalnya suatu timbangan mekanis


yang diletakkan diatas papan yang bergetar, maka penunjukkannya tidak akan

teliti.

d. Media korosif

Alat ukur tekanan, temperatur, laju aliran yang terbuat dari bahan- bahan

korosif memerlukan rancangan khusus. Misalnya termokopel tidak dapat lagi

digunakan untuk mengukur temperatur larutan FeCl.

e. Radiasi Nuklir

Radiasi dapat mempengaruhi banyak sifat dari material, sehingga alat ukur

untuk bidang ini memerlukan rancangan khusus.

f. Media Explosif

Alat ukur untuk media yang mudah meledak atau terbakar harus dirancang

aman dan dapat menetralisir usaha-usaha yang dapat mempengaruhinya.

II.5. JENIS – JENIS ALAT UKUR TEMPERATUR

II.4.1. Jenis – Jenis Alat Ukur dengan metode pemuaian :

1. Termometer Air Raksa

Prinsip kerja berdasarkan perubahan temperature menyebabkan

perubahan volume, agar perubahan volume tersebut dapat tampak lebih

jelas (lebih sensitive) maka digunakan system reservoir dan kapiler.


Gambar 2.4. Termometer Air Raksa

2. Termometer Bimetal

Dua buah logam dengan koefisien muai panjang berbeda, dan

diletakkan berdasarkan bersama-sama. Karena satu logam mempunyai

koefisien muai panjang yang lebih besar, maka kenaikan temperature akan

ditunjukkan oleh penyimpangan (defleksi) dari bimetal. Penurunan

temperature akan disertai dengan gerakan pada arah yang berlawanan.

Bimetal ini selain pengukur temperature sering pula digunakan sebagai

elemen control pada system pengontrol temperature (pada kontroler jenis

on-off).

Konstruksi antara lain :

Spiral

Bentuk U

Washer

Helik


Helik ganda

Gambar 2.5. Termometer Bimetal

3. Termokopel

Termokopel terdiri dari sambungan (junction) dari dua logam yang

berbeda. Pada sambungan ini tedapat tegangan listrik yang tergantung

temperature junction. Perubahan temperature akan memberikan harga

tegangan yang berubah pula.

Pada termokopel tedapat 3 efek yang saling berkaitan yaitu :

1. Efek Seebeck

Bila dua logam yang berbeda dan dihubungkan seperti pada gambar v-

3 maka akan timbul tegangan listrik antara kedua terminal yang

besarnya tergantung pada temperature pada junctionnya (temperature

pada titik hubung antara kedua logam tersebut).


2. Efek Peltier

Bila pada junction tersebut mengalir arus listrik maka tegangan litrik

yang terjadi akan berubah naik atau turun tegantung dari arah arus

listrik yang mengalir pada junction tersebut.

3. Efek Thomson

Bila sepanjang logam tersebut terdapat gradient temperature maka

besarnya tegangan tersebut juga akan berubah.

Gambar 2.6 Termokopel


4. Termometer Tahanan

Termometer tahanan listrik berdasarkan perubahan tahanan listrik

suatu logam terhadap perubahan temperature, umumnya bila suatu logam

dipanaskan maka tahanan listriknya akan naik sesuai dengan

temperaturnya menurut hubungan.

Konstruksinya seperti pada gambar v-11, terdiri dari elemen perasa berupa

filament listrik diselubungi oleh sebuah pelindung. Sebagai filament listrik

yang baik umumnya digunakan platina, tembaga dan karbon. Bahan

tahanan harus mempunyai sifat :

a. penghantar panas

b. induktansi minimum

c. tidak tedapat tegangan listrik fisik

d. homogin


Gambar 2.7. Termometer Tahanan

II.6. Metode Pengukuran Temperatur.

Metode pengukuran temperatur ada dua macam yaitu :

1. Metode pemuaian panas yang diukur menghasilkan pemuaian dan

pemuaian ini dirubah kedalam bentuk gerak–gerak mekanik kemudian

dikalibrasi ke dalam angka–angka yang menunjukkan nilai panas (

temperatur ) yang diukur.

2. Panas yang diukur menghasilkan gaya gerak listrik ( Emf ) dan gaya

gerak listrik ini dikalibrasikan kedalam angka–angka yang

menunjukkan nilai proses ( temperatur ) yang diukur.

II.6.1. Sinyal Konverter

Pada gambar 3.6 memperlihatkan bentuk umum sebuah konverter P-I

Gambar 2.8.sinyal konverter


Konverter P-I adalah suatu alat yang berhubungan dengan sensor dimana

untuk mengkonversikan tekanan yang dikirimkan oleh sensor untuk diubah

menjadi arus listrik standard 4-20 mA. Sinyal tekanan masukan diaplikasikan ke

bellow dan menghasilkan simpangan batang. Simpangan ini diukur oleh Linear

Variable Differential Transmitter (transformer diferensial variabel linear). Linear

Variable Differential Transmitter adalah suatu perubahan induksi magnet dari

kumparan primer ke kumparan sekunder, dimana dalam keadaan setimbang

magnet terletak ditengah dan kedua kumparan sekunder menerima fluks yang

sama. Sedangkan dalam keadaan tidak setimbang, fluks pada satu kumparan naik

dan yang lainnya turun. Pada keseimbangan, gaya kumparan (proporsional dengan

arus keluaran) sesuai dengan gaya dari bellow (proporsional dengan tekanan

sinyal masukan). Offset nol (4 mA) dalam sinyal elektrik cukup besar untuk

menggerakkan amplifier sehingga memungkinkan kedua kawat sinyal juga

berfungsi sebagai jaringan pasokan.

II.7. JENIS – JENIS AKSI KONTROL AUTOMATIK

II.7.1. Aksi Kontrol Automatik.

Kontrol automatik membandingkan harga yang sebenarnya dari

keluaran dengan harga yang diinginkan menentukan deviasi sampai

dengan nol atau sampai dengan harga terkecil yang masih diperbolehkan.

cara kontrol automatik ini yang menghasilkan sinyal kontrol disebut

dengan aksi kontrol ( Control Action ). Kontroler ( pengontrol ) automatik

di industri diklasifikasikan atas :


a. Kontroler Aksi Dua Posisi ON – OFF

Ini adalah bentuk yang paling sederhana dari pengendalian loop

tertutup sistimnya akan sepenuhnya berfungsi atau sepenuhnya tidak

berfungsi tergantung pada besar kecilnya sinyal kesalahan yang

dihasilkan contohnya pengendalian Thermostatik dari pemanas

ruangan . pemanasan akan dilakukan apabila temperatur ruangan

dibawah nilai batas tertentu , dan akan dihentikan setelah temperatur

naik hingga batas atas tertentu pengendalian diatas telah cukup

memadai, dimana respon waktu ( time response ) dari sistem tersebut

secara efektif meniadakan perubahan yang mendadak pada

keluarannya . bahkan untuk situasi tertentu pengendalian ON – OFF

adalah yang paling sesuai karena piranti yang dikendalikan juga hanya

mengenal dua kondisi, ON – OFF ( terbuka penuh atau tertutup

penuh). Didalam dunia industri, telah banyak memanfaatkan

pengendalian ON – OFF sebagai pengendalian dalam membuka dan

menutup jenis katup tertentu yang mengatur aliran gas atau cairan.

Gambar 2.9. Kontroler Aksi Dua Posisi ON – OFF


b. Kontroler Proporsional ( P )

Untuk mendapatkan pengendalian suatu proses yang lebih baik

tampak yang harus diperhatikan bukan saja ada tidaknya kesalahan

tetapi juga seberapa besar kesalahan yang terjadi tersebut .

pengendalian proporsional melakukan hal tersebut dengan melakukan

tindakan pengendalian yang sebanding / proporsional dengan besar

kesalahan yang terjadi . dalam prakteknya, ini berarti berapa besar

tindakan koreksi yang dilakukan sebanding dengan besar kesalahan

yang terjadi , dan selanjutnya makin mengecil setelah makin dekatnya

target yang diinginkan.

Gambar 2.10. Kontroler Proporsional ( P )


c. Kontroler Aksi Integral

Aksi integral sering juga disebut dengan aksi reset . bila kita

sebagai kontroler kita mengadakan perbaikan dengan mengatur

kembali katup kontrol dengan tujuan menyamakan suhu air keluar

dengan set poin .setelah mengadakan perbaikan dan menunggu sesaat

kita dapat melihat bahwa suhu air memang menurun , akan tetapi

belum sama dengan set poin bila demikian halnya kita akan

mengadakan perbaikan selanjutnya dan menunggu sesaat sampai kita

dapat melihat hasilnya. Akhirnya setelah mengadakan perbaikan

beberapa kali ( TI , T2 , T3 ) suhu air keluar dapat disamakan dengan

set poin . apa yang kita lakukan tersebut adalah mengatur kembali

bukaan katup ketika suhu air keluar menyimpang dari set poin .reset

manual tidak akan memadai untuk suatu proses dengan perubahan

yang terus – menerus .untuk itu harus disediakan suatu mekanisme

yang dapat memberikan aksi reset dan mekanisme itu kemudian

ditambahkan ke kontroler proporsional . tidak dapat dihindari bahwa

penggunaan mekanisme reset pada kontroler membuat out put

kontroler naik atau turun selama terdapat penyimpangan antara set

poin dengan variabel proses . sehingga besaran aksi reset dapat

ditentukan oleh :

1. Berapa jauh variabel proses menyimpang dari set poin

2. Berapa lama variabel proses menyimpang dari set poin


Gambar 2.11. Kontroler Aksi Integral

d. Kontroler Aksi Derivative

Aksi ini juga disebut aksi laju ( rate ) karena aksi ini mendahului

perubahan pada masukan ( variabel proses ) kontroler itu sendiri . pada

kurva I dan II dibawah ini terlihat bahwa sama – sama menunjukan

suhu air keluar naik 100 C untuk itu aksi proporsional untuk kedua

kurva itu sama .akan tetapi luas bidang pada kurva I sedikit lebih kecil

dari luas bidang kurva II namun didapat kurva I menunjukkan

penyimpangan yang lebih cepat dibandingkan dengan kurva II.

Gambar 2.12. Kontroler Aksi Derivative


Output kontroler aksi derivative dapat ditentukan dengan rumusdibawah ini :

Md : D de / dt dimana

Md = prosen luaran kontroler derivative

De/dt = laju perubahan error

Bilo aksi derivative ditambahkan pada kontroler aksi proporsional + integral maka

keluaran kontroler akan menjadi :

Mp + i + d =


bab ii landasan teori ii.i. pengenalan alat...

Documents