panjang_petunjuak teknis gauge block_nurul

Petunjuk Teknis Kalibrasi Balok Ukur (Gauge Block)Nurul Alfiyati

ver1.0 06/20/14

1 Pendahuluan1.1 Tujuan dibuatnya petunjuk teknis ini adalah untuk menerangkan cara pelaksanaan

kalibrasi balok ukur (gauge block) yang dilakukan laboratorium yang menerapkan sistem manajemen mutu laboratorium kalibrasi.

1.2 Metode kalibrasi yang diuraikan pada petunjuk ini mengacu pada standar ISO 3650: 1998 dengan metode komparasi. Evaluasi ketidakpastian pengukuran mengacu pada ISO GUM yang diuraikan dalam dokumen EA-4/02.

2 Lingkup2.1 Petunjuk ini berlaku untuk kalibrasi gauge block dengan panjang nominal 0,5 mm

sampai dengan 100 mm dengan metode komparasi. Kalibrasi yang dicakup adalah :2.1.1 Pemeriksaan kerataan muka ukur (flatness of measuring faces).2.1.2 Pengukuran penyimpangan titik tengah (central length deviation). 2.1.3 Pengukuran variasi panjang muka ukur (variation on length of measuring face).

2.2 Petunjuk ini juga menguraikan prosedur evaluasi ketidakpastian pengukuran yang terkait dengan kalibrasi gauge block.

3 Definisi3.1 Gauge block: balok persegi yang terbuat dari bahan yang tahan lama, memiliki sepasang

muka ukur yang parallel dengan karakteristik dapat dilekatkan (wrung) ke gauge block lainnya.

3.2 Panjang gauge block : jarak tegak lurus antara titik tengah pada salah satu muka ukur dan permukaan bidang referensi dari material yang sama; dengan muka ukur gauge block sisi lainnya dalam keadaan melekat (wrung) pada bidang referensi tersebut.

3.3 Variasi panjang gauge block : perbedaan antara panjang maksimum dan minimum sepanjang gauge block.

3.4 Kerataan gauge block : jarak antara dua bidang parallel dengan pemisahan minimum yang menyelubungi permukaan ukur.

3.5 Wringing : Sifat permukaan ukur gauge block yang memungkinkan permukaan tersebut dapat melekat ke permukaan ukur gauge block lain atau permukaan yang sama karena gaya molekul.

Gambar 1. gauge block

Halaman 1 of 7 Petunjuk Teknis Kalibrasi Gauge Block v1.0 06/20/14

ln : panjang nominal, lc : titik tengah (central length), fe : penyimpangan yang diijinkan dari ln , ld : penyimpangan dari ln, V : variasi panjang = lmax - lmin = fo + fu (=

parallelism + flatness)

4 Prinsip Kalibrasi4.1 Pengukuran kerataan muka ukur gauge block dilakukan dengan menggunakan optical

flat dan lampu monokromatik dengan melihat pola interferensi (frinji) yang terjadi.4.2 Pengukuran penyimpangan titik tengah dan variasi panjang gauge block diukur dengan

perbandingan terhadap gauge block acuan yang memiliki grade lebih tinggi dengan menggunakan komparator gauge block.

5 Persyaratan KalibrasiKalibrasi dilakukan dalam suhu 20 ºC ± 1 ºC dan kelembaban relatif 55 % ± 10 %. Jika suhu pengukuran dilakukan di luar rentang tersebut, kalibrasi dapat dilakukan asalkan pengaruh suhu terhadap ketidakpastian pengukuran diperhitungkan dan dipastikan masih di bawah batas toleransi.

6 Peralatan• Komparator gauge block.• Gauge block acuan kelas K atau kelas 0.• Optical flat acuan yang nilai kerataannya sudah diketahui.• Lampu monokromatik dengan panjang gelombang tertentu.• Thermohygrometer.• Alat pembersih.• Lembar kerja

7 Prosedur Kalibrasi

7.1 Persiapan7.1.1 Gauge Block.

Gauge block yang akan dikalibrasi maupun gauge block acuan harus dalam keadaan bersih. Bersihkan permukaaan gauge block dengan alkohol 95% atau etanol menggunakan lap kain yang halus. Tunggu 1 jam untuk stabilisasi termal gauge block.

7.1.2 Optical Flat dan Lampu Monokromatik.• Letakkan optical flat pada muka ukur gauge block dalam posisi horisontal di bawah

cahaya lampu, hingga kedua benda tersebut berhimpit. • Amati frinji yang terjadi berupa lingkaran interferensi. Jika tidak ada frinji pada gauge

block, maka gauge block tersebut tidak disarankan untuk dapat dikalibrasi.

7.1.3 Komparator Gauge Block.• Nyalakan komparator gauge block dan tunggu 30 menit untuk memanaskan instrumen.• Cek alignment stylus komparator gauge block atas dan bawah. Posisi keduanya harus

berada pada satu sumbu. • Cek instrumen untuk memastikan ia dapat bekerja dengan baik.


7.2 Kalibrasi7.2.1 Pengukuran kerataan muka ukur (JIS B7502:10.1)

• Amati pola frinji pada permukaan gauge block. • Ukur panjang a dan b seperti yang terlihat pada gambar 2. • Kerataan muka ukur dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 1 :

Flatness error = (b/a) λ/2 (1)

Dengan λ adalah panjang gelombang dari cahaya lampu monokromatik.

aa

bb

Gambar 2. Pola Frinji

Flatness pada gauge block harus memenuhi batasan yang disyaratkan ISO 3650. Jika lebih besar dari nilai yang disyaratkan ISO 3650, maka kalibrasi gauge block tersebut tidak perlu dilanjutkan.

7.2.2 Pengukuran penyimpangan titik tengah• Letakkan gauge block acuan dan gauge block yang akan dikalibrasi ( gauge block tes)

pada komparator gauge block secara berdampingan. Posisi balok ukur tes tidak boleh berubah terhadap gauge block acuan.

• Sejajarkan posisi gauge block dimana posisi tengah gauge block tes dan gauge block acuan dibandingkan.

• Atur komparator gauge block, set nol dengan posisi rentang ukur komparator 0,01 μm. Biarkan instrumen stabil.

• Ukurlah pada 5 posisi pada balok ukur tes, dibandingkan dengan titik tengah gauge block acuan seperti yang diperlihatkan pada gambar 3. Catat setiap pembacaan pada lembar kerja.

Gambar 3. Pengukuran penyimpangan titik tengah gauge block

7.2.3 Pengukuran variasi panjangVariasi panjang pada gauge block ditentukan dengan mengukur 5 posisi yang berbeda pada permukaan gauge block. Pengukuran kelima posisi ini dilakukan selama komparasi panjang gauge block seperti yang dijelaskan pada 7.2.2.


1,82,73 4

6 5

Test block Reference block

7.3 Analisis hasil dan ketidakpastian pengukuran

7.4 Deviasi titik tengah• Hitung penyimpangan penunjukan titik tengah gauge block tes dari nilai rata-rata

penunjukan dikurangi gauge block acuan.• Hitung deviasi panjang gauge block dengan menambahkan deviasi gauge block acuan

dengan penyimpangan gauge block tes.

7.5 Variasi panjang• Hitung variasi panjang gauge block tes dengan mengurangkan nilai maksimum dan

minimum pengukuran gauge block.

7.6 Ketidakpastian pengukuran 7.6.1 Model Matematis

Penyimpangan panjang gauge block dihitung dengan model persamaan 2.

l X=l S lDl l C−L ⋅ t⋅ lV lF (2)

• lS - panjang gauge block acuan apa temperatur acuan t0 = 20 °C menurut sertifikat kalibrasi.

• δl D- Perubahan panjang gauge block acuan sejak kalibrasi terakhir karena pengaruh

drift. • δl - Perbedaan pengamatan panjang antara gauge block tes dan gauge block acuan. • δl C - Koreksi ketidaklinearan dan offset komparator. • L - Panjang nominal gauge block. • α - Rata-rata koefisien muai termal dari gauge block tes dan gauge block acuan. • δt - Perbedaan temperatur antara gauge block tes dan gauge block acuan. • δα - Perbedaan koefisien muai termal gauge block tes dan gauge block acuan. • θ - Penyimpangan temperatur rata-rata gauge block tes dan gauge block acuan dari

temperatur acuan.• δl V - Koreksi ketidaksentralan kontak dari muka ukur gauge block tes. • δl F - Koreksi deformasi kontak.

7.6.2 Ketidakpastian GabunganBerdasarkan model matematis persamaan 2, maka ketidakpastian gabungan dalam nilai penyimpangan panjang gauge block dapat dihitung dengan persamaan 3.

u2l X =u2l Su2 lDu2 l u2 lC L2 [2⋅u2 t 2⋅u2u2⋅u2]

u2lV u2 lF (3)

Ketidakpastian dari gauge block acuan dan drift dapat dinyatakan dalam bentuk kuadratik sebagai fungsi panjang nominal :

u2l S=ua2l S L2⋅ub

2l S dan u2 lD=ua2 lDL2⋅ub

2 lD


Beberapa komponen dalam persamaan 3 memiliki koefisien sensitivitas yang berhubungan dengan panjang L. Karena ada beberapa komponen yang bergantung pada panjang L (length-dependent), maka persamaan ketidakpastian pengukuran gauge block dapat dievaluasi dalam bentuk kuadratik u2=a2b2⋅L2 , sebagai persamaan 4.

u2l X =ua

2 l Sua2 lDu2 l u2 lC u2 lV u2 l F

L2⋅[ub2l S ub

2 lD 2⋅u2 t 2⋅u2u2⋅u2]

(4)

7.6.3 Evaluasi Sumber-sumber Ketidakpastian PengukuranSumber-sumber ketidakpastian persamaan 3 dapat dievaluasi seperti pada tabel 1.

Tabel 1. Sumber-sumber ketidakpastian

Variabel Estimasi nilai xi

Estimasi Ketidakpastian(a)

Koef. Sens. ci

l SNilai koreksi dari sertifikat

kalibrasi

Ketidakpastian dari sertifikat kalibrasi dalam bentuk kuadratik

1

l D0 mm Q[0.024, 0.000 44 L] μm/tahun, L dalam

mm, diestimasi dari max drift yang diijinkan (ISO 3650) setelah 1 tahun dari kalibrasi

terakhir

1

l Dari pengukuran

Readability: 0,005 μm 1

(dua sumber) Repeatability: 1 lC

0 Dari kalibrasi komparator gauge block 1

L Panjang nominal

- -

t 0 0.05 °C L⋅α

0 2e-6 /°C L×

⋅ 0 1e-6 L

lV0 6,7 nm x √2

(ISO 3650; EA4/02)1

lF0 negligible for same-material comparison;

otherwise see reference data for the particular materials used

1


Tabel 2. Budget ketidakpastian

7.7 Referensi7.7.1 ISO, ISO 3650 Length Standards Gauge Blocks, 19987.7.2 European Co-operation for Accreditation, EA-4/02 Expression of the Uncertainty of

Measurement in Calibration, 19997.7.3 JCGM, JCGM 100:2008 : Evaluation of Measurement Data-Guide to the Expression of

Uncertainty in Measurement, 2008


Constant uncertainty componentsUncert source Unit Symbol Divisor

µm Normal 0,024 2,000 6E+01 0,0120 1 0,0120 0,00014 3,5E-10

2a. Drift µm Triang. 0,024 2,449 1E+99 0,0098 1 0,0098 0,00010 9,2E-108 µm Rect 0,0050 1,732 1E+99 0,0029 1 0,0029 0,00001 6,9E-110

µm Normal 0,0022 1,000 2E+01 0,0022 1 0,0022 0,00000 1,2E-12

µm Normal 0,033 2,000 60 0,0165 1 0,0165 0,00027 1,2E-9

µm Rect 0,007 1,732 6E+01 0,0039 1 0,0039 0,00001 3,7E-12

µm Rect 0,0000 1,732 6E+01 0,0000 1 0,0000 0,00000 0,0E+0

Sums 0,00054 1,6E-9 0,0232 184

Length-dependent uncertainty componentsUncert source Unit Symbol Divisor

µm Normal 4,0E-07L 2 60 2,0E-07L 1 2,0E-07L 4,0E-14L2 2,7E-29

2b. Drift µm Triang. 4,4E-07L 2,45 1E+99 2E-7 1 1,8E-07L 3,2E-14L2 1,0E-126 °C Rect 0,05 1,73 1E+99 0,029 1,2E-05L 3,4E-07L 1,2E-13L2 1,4E-125

/°C Rect 2,0E-06 2,45 6E+01 8E-7 0,00L 0,00L 0,0E+00L2 0,0E+0

7. Thermal effect /°C Rect 1,0E-06L 4,24 1E+99 2,4E-07L 1 2,4E-07L 5,6E-14L2 3,1E-126 Sums (L in µm) 2,5E-13L2 2,7E-29

5,0E-07L 2266

Q[0,023, 0,000 50 L]Effective degree of freedom > 100Expanded uncertainty at k = 2 (L in mm) U = Q[0,046, 0,000 99 L]

Distr. Type

Var. Interval a

Deg. of freedomvi

Std. Uncertui

Sens. Coeff ci

ci.ui (ci.ui)2 (ci.ui)4/vi

1a. Reference block value

u(lS)

u(δlD)3a. Readability of instrument

u(δl1)

3b. Repeatability of measurement

u(δl2)

4. Comparator uncertainty

u(δlC)

8. Non-central contacting

u(δlV)

9. Contact deformation

u(δlF)

Combined uncert, uc 1 and effective d.o.f. for constant uncertainty components

Distr. Type

Var. Interval a

Deg. of freedomvi

Std. Uncertui

Sens. Coeff ci

ci.ui (ci.ui)2 (ci.ui)

4/vi

1b. Reference block value

u(lS)

u(δlD)5. Temperature gradient between blocks

u(δt)

6. Diff. of thermal exp. coefficient

u(δα)

u(δα θ)

Combined uncert, uc 2 and effective d.o.f. for length-dependent uncertainty components

Total combined uncert, u c (L in mm)

8 Laporan Kalibrasi

Contoh Laporan Kalibrasi: S.......................................... ..No. Order : …........................Lembar ke … dari … lembar.

Nama Alat /Instrument name : Gauge block Nama Pembuat/Maker : …..Type & No.Seri/Serial number : ….. Tanggal Kalibrasi/Calibration date : 21 s.d. 22 April 2009 Tempat Kalibrasi /Calibration place : <nama laboratorium kalibrasi>, <daerah>Suhu ruang /Room temperature : ((19,61 s.d. 19,91)± 0.16)°C Kelembaban / Relative Humidity : (55 ± 10)%

Hasil Kalibrasi / Calibration Result

No.Panjang Nominal/ Nominal length

(mm)

Penyimpangan/ Deviation

(µm)

Variasi Panjang / Variation in length

(µm)

No. Identitas/ Identity No.

1 1,5 0,03 0,02 xxxxx2 2,5 -0,16 0,02 xxxxx3 3,5 0,04 0,03 xxxxx4 4,5 0,04 0,05 xxxxx5 5,5 0,07 0,04 xxxxx6 6,5 -0,02 0,02 xxxxx7 7,5 0,05 0,03 xxxxx8 8,5 0,04 0,08 xxxxx9 9 0,04 0,05 xxxxx10 11 0,07 0,01 xxxxx

Panjang gauge block sesungguhnya adalah hasil penjumlahan panjang nominalnya dan penyimpangan yang tertera pada tabel di atas/The actual length of a particular gauge block is the sum of its nominal length and the stated deviation in the above table.

Catatan / notes :Standar Kalibrasi / Reference Standard : Gauge block …...., Grade.... SN : Tertelusur ke SI melalui / Traceable to SI through : <nama laboratorium kalibrasi>Prosedur Kalibrasi / Calibration Procedure : ….Ketidakpastian pengukuran/Uncertainty of measurement: U = 222 )4,1()08,0( L+ µm (L dalam m)Ketidakpastian pengukuran U dinyatakan pada tingkat kepercayaan tidak kurang dari 95 % dengan faktor cakupan k =2/Uncertainty of measurement U is expressed at a confidence level of not less than 95% with coverage factor =2

= = = = Akhir Sertifikat/ End of Certificate = = = =

E:\PPI KIM\2014\Materi Workshop dimensi\Petunjuk Teknis Kalibrasi Gauge Block v1.0.odt


panjang_petunjuak teknis gauge block_nurul

Documents