pengantar metrologi

Oleh:

Taufiq RochimDaftar Isi

1 METROLOGI GEOMETRIK. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

2 SATUAN PENGUKURAN.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

3 BESARAN STANDAR PANJANG & KALIBRASI ALAT UKUR.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

4 JENIS ALAT UKUR DAN CARA PENGUKURAN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

5 PRINSIP KERJA BERBAGAI JENIS ALAT UKUR GEOMETRIK.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165.1 PENGUBAH MEKANIK (KINEMATIK). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185.2 PENGUBAH OPTOELEKTRIK. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205.3 PENUNJUK BERSKALA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

5.3.1 Skala Nonius (Nonius/Vernier Scale). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225.3.2 Skala Mikrometer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

6 SIFAT UMUM ALAT UKUR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276.1 RANTAI KALIBRASI (CALIBRATION-CHAIN) & KETERLACAKAN (TRACEABILITY). . . . . . . . . . . . . . . . 286.2 KECERMATAN (RESOLUTION).. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296.3 KEPEKAAN (SENSITIVITY). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306.4 KETERBACAAN (READABILITY). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316.5 HISTERISIS (HISTERYSIS). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316.6 KEPASIFAN / KELAMBATAN REAKSI (PASSIVITY). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326.7 PERGESERAN (SHIFTING, DRIFT). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326.8 KESTABILAN NOL (ZERO STABILITY). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326.9 PENGAMBANGAN / KETAKPASTIAN (FLOATING). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

7 KESALAHAN/PENYIMPANGAN DALAM PROSES PENGUKURAN.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337.1 KETELITIAN DAN KETEPATAN.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347.2 PENYIMPANGAN YANG BERSUMBER DARI ALAT UKUR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367.3 PENYIMPANGAN YANG BERSUMBER DARI BENDA UKUR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367.4 PENYIMPANGAN YANG BERSUMBER DARI POSISI PENGUKURAN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377.5 PENYIMPANGAN YANG BERSUMBER DARI LINGKUNGAN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407.6 PENYIMPANGAN YANG BERSUMBER DARI OPERATOR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

PLN Corporate University, bekerjasama dengan tim konsultanMPE (Mechanical Production Engineering) FTMD-ITB,Tahun 2015

PENGANTAR METROLOGI GEOMETRIK 1

1 METROLOGI GEOMETRIK

Metrologi adalah ilmu pengukuran besaran teknik. Sesuai denganjenis besaran yang diukur maka Metrologi Geometrik hanya berkaitandengan besaran panjang. Berkaitan dengan Kualitas Geometrik komponenmesin/peralatan, metrologi geometrik ini berfungsi sebagai cara untukmengukur apakah karakter (sifat) geometrik masih memenuhi spesifikasigeometrik yaitu acuan yang berupa toleransi geometrik. Sesuai denganbentuk/geometri dan ukuran dari daerah toleransi yang diimajinasikan makaperlu dipilih cara/metoda dan alat ukur yang cocok/sesuai dengan kebutuhan.

Metrologi geometrik berkembang sesuai dengan kemajuan prosespembuatan serta tuntutan atas kenaikan kualitas dari berbagai mesin &peralatan. Meskipun demikian, perlu disadari bahwa setiap proses pengukur-an pun serupa dengan proses pembuatan yaitu tidak lepas dari kemungkinanterjadinya kesalahan. Oleh sebab itu, pemahaman atas ilmu & teknologimetrologi ini merupakan salah satu kunci untuk memajukan industripemesinan pada khususnya dan industri mesin dan peralatan pabrik padaumumnya.

Metrologi Geometrik berkaitan dengan permasalahan pengukuranaspek geometri bagi suatu benda ukur yang meliputi dimensi (ukuran),bentuk, posisi, dan kekasaran permukaan (geometrical features:dimension, form, position & surface roughness). Sementara itu, secarainternasional dikenal dua istilah sebagai istilah alternatif untuk istilahMetrologi Geometrik yaitu:

- Dimensional Metrology; Metrologi Dimensi: yang hanya menonjolkan satuaspek geometri yaitu ukuran atau dimensi.

- Industrial Metrology; Metrologi Industri: bisa dipilih bila ingin menonjolkanindustri pemakainya yaitu Industri Mesin dan Peralatan Pabrik dimana komponen mesin & peralatan, dengan ciri ketelitian geometrik,dirancang dan dibuat (direkayasa). Istilah ini pun dapat dipakai bilaingin menonjolkan tanggung jawab sepenuhnya oleh industri yangmemanfaatkannya, sementara Metrologi Legal menonjolkan aspekhukum untuk melindungi konsumen dari penyalahgunaan alat ukurdalam perdagangan.

Buku panduan ini dirancang untuk mengulas ruang lingkup ataucakupan ilmu dan teknologi metrologi geometrik/industri yang meliputi:- satuan pengukuran dan besaran standar panjang; termasuk pendefinisian

dan pengkalibrasian standar panjang praktis,- jenis dan cara pengukuran; termasuk pembahasan mengenai klasifikasi

umum alat ukur,- konstruksi umum alat ukur; mengenai komponen-komponen utama yang

membentuk alat ukur atau ulasan mengenai prinsip kerja alat ukursecara umum,

- beberapa definisi istilah yang penting mengenai sifat-sifat alat ukur,- penyimpangan yang dapat terjadi sewaktu proses pengukuran berlangsung;

definisi mengenai ketelitian dan ketepatan, sumber-sumber yangmengakibatkan penyimpangan dalam proses pengukuran,

Selain hal-hal yang disebut di atas, analisis hasil pengukuran jugamerupakan hal penting untuk dikuasai. Suatu kesimpulan hanya bisadikemukakan bila hasil analisis data ini kemudian diperbandingkan denganacuan yakni spesifikasi mengenai masalah yang diukur (spesifikasi yangtercantum dalam gambar teknik).

2 SATUAN PENGUKURAN

Pengukuran dalam arti yang umum adalah membandingkan suatubesaran dengan besaran acuan/pembanding/referensi. Proses pengukur-an akan menghasilkan angka yang diikuti dengan nama besaran acuan ini.Bila tidak diikuti nama besaran acuan maka hasil pengukuran menjadi tidakberarti. Perhatikan dua kalimat berikut.

- “Tinggi gedung itu tiga”.- “Tinggi gedung itu tiga pohon kelapa”.

PLN Corporate University, bekerjasama dengan tim konsultanMPE (Mechanical Production Engineering) FTMD-ITB,

Tahun 2015

2 PENGANTAR METROLOGI GEOMETRIK

Pada kalimat yang kedua digunakan nama besaran acuan sehingga kalimattersebut menjadi bermakna. Akan tetapi, besaran acuannya (pohon kelapa)tidak menggambarkan suatu hal yang pasti sehingga masih menimbulkankeraguan. Oleh sebab itu diperlukan suatu besaran acuan yang bersifat tetap,diketahui, dan diterima oleh semua orang. Besaran tersebut harus dibaku-kan (distandarkan). Besaran standar yang dipakai sebagai acuan dalamproses pengukuran harus memenuhi syarat-syarat berikut:

- dapat didefinisikan secara fisik, - jelas dan “tidak berubah dalam kurun waktu tertentu”, dan - dapat digunakan sebagai pembanding, di mana saja di dunia ini.

Besaran standar yang digunakan dalam setiap proses pengukurandapat merupakan salah satu atau gabungan dari besaran-besaran dasar.Dalam sistem satuan yang telah disepakati secara internasional (SI units,International System of units, Le Systeme Internasional d'unites) dikenaltujuh besaran dasar. Setiap besaran dasar mempunyai satuan standardengan simbol/notasi yang digunakan sebagaimana yang diperlihatkan padatabel 1.

Tabel 1 Satuan standar bagi tujuh besaran dasar menurut sistemsatuan internasional (SI units).

Besaran dasar Nama satuan standar Simbol

PanjangMassaWaktuArus listrikTemperatur termodinamikaJumlah zatIntensitas cahaya

meter (meter)kilogram (kilogram)sekon/detik (second)amper (ampere)kelvin (kelvin)mol (mole)lilin (candela)

mkgsAK

molcd

Satuan tambahanSudut bidangSudut ruang

radial (radian)steradial (steradian)

rad Ì

sr Ë

Ì Satu radial berarti sudut yang dinyatakan pada suatu bidang (dinamakan“sudut bidang”) di antara dua garis radius (jari-jari suatu lingkaran) yangmemotong lingkaran sehingga panjang busur lingkaran yang terpotong samadengan panjang radius lingkaran yang dimaksud. Karena keliling lingkaransama dengan 2ð x radius maka 1E sama dengan 2ð/360 rad.Ë Satu steradial adalah “sudut ruang” yang bermula dari titik pusat bola yangmemotong permukaan bola sehingga luasnya sama dengan luas segi empatdengan sisi sama dengan radius bola yang dimaksud.

Semua besaran standar dari setiap pengukuran yang bukanmerupakan besaran dasar tersebut di atas adalah merupakan turunan(gabungan) dari beberapa besaran dasar. Contoh besaran turunan adalahseperti yang tercantum pada tabel 2.

Tabel 2 Contoh besaran turunan dengan satuan standarnya.

Besaran turunan Nama satuan standar Simbol

Luas bidangVolumeKecepatanPercepatanGayaTekananEnergi (kerja)DayaPotensial listrikTahanan listrik

meterpersegimeterkubik

meterpersekonmeter-per-sekonkuadrat

newtonpascaljoulewattvoltohm

m2

m3

m/sm/s2

N; kg.m/s2

Pa; N/m2; kg/(m.S2)J; N.m; kg.m2/s2

W; J/s; kg.m2/s3

V; W/A; kg.m2/(s3.A)Ù; V/A; kg.m2/(s3.A2)

Untuk menyingkat penulisan (atau membulatkan) angka hasilpengukuran biasanya digunakan nama depan yang khusus dibuat untukmengawali nama satuan standar. Dalam sistem satuan internasional inidikenal beberapa nama depan yang berfungsi sebagai pernyataan hasil kali


Tahun 2015


Faktor pengali Nama depan Simbol Contoh

1018

1015

1012

109

106

103

102

101

-10-1

10-2

10-3

10-6

10-9

10-12

10-15

10-18

eksa (exa)peta (peta)tera (tera)giga (giga)

mega (mega)kilo (kilo)

hekto (hecto)deka (deca)

-desi (deci)senti (centi)mili (milli)

mikro (micro)nano (nano)piko (pico)

femto (femto)ato (atto)

EPTGMkhda-dcmìnpfa

1 kg = 103 g1 MW = 106 W1 cm = 10-2 m1 mm = 10-3 m1 ìm = 10-6 m1 nm = 10-9 m

Light-Standard

dengan bilangan pokok sepuluh bagi nama-nama satuan standar (baik untukbesaran dasar maupun turunan), lihat tabel 3.

Tabel 3 Pemakaian nama depan sebagai cara untuk menyin-gkat/membulatkan penulisan angka hasil pengukuran.Digunakan bilangan pokok sepuluh sebagai pengali/pembagiangka yang dinyatakan dengan satuan standar, baik untukbesaran dasar maupun besaran turunan.

Catatan; nama depan ini tidak boleh diulang meskipun yang diperuntukkan bagisatuan standar massa. Karena satuan standar besaran dasar massa adalah1 kg maka, misalnya dalam menyatakan seribu kali 1 kg tidak boleh dituliskandengan: 1 kkg

3 BESARAN STANDAR PANJANG & KALIBRASI ALAT UKUR

Untuk pengukuran geometrik besaran dasar yang digunakan adalahjelas, yaitu besaran panjang dengan satuan standar panjang yang diberinama meter (m) serta satuan tambahan yaitu sudut bidang dengan namaderajat (E) atau radial (rad). Besaran panjang setara pentingnya denganbesaran dasar yang lain dan mungkin yang pertama dibutuhkan orang(bersama dengan besaran waktu) sejak beribu tahun yang silam karenamenentukan aspek kehidupan yaitu berkaitan dengan ruang (space) danwaktu (time).

Pada sidang ke 17 General Conference on Weights & Measures(CGPM) 20 Oktober 1983 menetapkan:

“Satu meter adalah jarak (dimensi) yang ditempuh sinar (Laser Merahyang berasal dari gas Argon yang di-ion-kan yang distabilkan panjanggelombangnya) pada ruang hampa selama 1/299 792 458 sekon”.

Pada definisi 1 meter di atas tercatat bahwa standar panjangdikaitkan dengan standar waktu (sekon). Hal ini sebetulnya bukan suatu halyang baru karena pada tahun 1661 Christopher Wren (Inggris) mengajukanide untuk menggunakan tali bandul waktu (setengah panjang tali bandul;pendulum dengan periode 0,5 sekon) sebagai standar panjang. Baru padaakhir abad ke 20 ini ide pengaitan standar panjang dengan standar waktutersebut dapat diterima berkat kemajuan teknologi pengukuran besaran


Tahun 2015


Skaladan

Kecermatan

panjang dan besaran waktu! . Besaran waktu ditetapkan (pada sidang ke 13CGPM, 1967) sebagai berikut:

“Satu sekon adalah selang waktu yang dibutuhkan oleh 9 192 631770 periode dari radiasi yang setara dengan perubahan dua tingkathiperfine pada kondisi ground bagi atom Caesium-133”.

Uraian di atas menggambarkan bagaimana usaha manusia untukmenyempurnakan proses pengukuran. Mengapa hal ini perlu dilakukan?Penguasaan ilmu & teknologi sebenarnya terletak pada kemampuan orangdalam menyatakan besarnya sesuatu dalam bentuk angka yang diyakini“kebenarannya”. Itulah hakekat dari menyempurnakan proses pengukuran.

Dengan hanya memandang definisi pengukuran (perbandingandengan besaran acuan) dan definisi meter (jarak yang ditempuh cahayaselama suatu saat) kelihatannya mustahil untuk melakukan pengukuran atasdimensi suatu produk. Memang, dalam prakteknya pengukuran tidakdilakukan dengan secara langsung membandingkan dengan standar metermelainkan digunakan alat pembanding yaitu alat ukur.

Pada bermacam-macam jenis alat ukur akan ditemukan skalaukuran. Skala tersebut menunjukkan satuan panjang yang berupa bagiandari meter, dapat merupakan milimeter ataupun mikrometer yang menunjuk-kan kecermatan alat ukur yang bersangkutan. Berdasarkan skala ini dapatdibaca berapa panjang atau dimensi suatu objek ukur".

Tentu saja alat ukur, yang direncanakan dengan prinsip kerja tertentudan dibuat sebaik mungkin, harus dipakai dengan betul supaya harga yangditunjukkan pada skala ukuran adalah sesuai dengan harga besaran yangdiukur. Bila hal ini tak dipenuhi maka akan terjadi kesalahan (error).Kesalahan dapat diakibatkan oleh salah satu atau gabungan berbagai faktorantara lain:

1 kekeliruan pelaksanaan proses pengukuran, 2 kekurangsaksamaan pengontrolan jalannya proses pengukuran

(adanya pengaruh perubahan besaran lain), dan 3 kesalahan pada alat ukurnya (ketidakbenaran skalanya).

Faktor pertama dan kedua di atas perlu dihindari dengan jalanmempelajari teknologi pengukuran (yang merupakan ulasan utama buku ini).Faktor ketiga dapat dihindari dengan melakukan kalibrasi (calibration).

! Dengan definisi satuan panjang dan satuan waktu yang terkait maka sebenarnya kita tidakmemerlukan satuan panjang. Dengan imajinasi jarak yang ditempuh oleh sinar laser merah selamasatuan waktu tertentu maka terdefinisikan panjang yang dimaksud.

Misalnya, kertas A4 yang distandarkan ukuran panjang x lebar-nya sebesar 29.7 cm x 21 cm biladinyatakan dalam “satuan waktu” menjadi 99.068 53 ns x 70.048 45 ns (nano sekon). Jika kitasepakat, ukuran kertas A4 dapat didefinisikan ulang dengan membulatkan ukurannya menjadi 99ns x 70 ns atau mengikuti aturan “bilangan yang disenangi” (preferred number) misalnya 100 nsx 63 ns (atau 100 ns x 71 ns) yaitu sesuai dengan tingkatan deret ukur 10 1/20 (R20, ISO PreferredNumber).

Tetapi, angka “yang disenangi” malahan akan menimbulkan kesulitan, sebab kita telah “terlanjursayang sama meter”. Perlukah dan maukah pengusaha kertas mengubah (bukan merubah!, sebabsiapa yang ingin menjadi rubah alias musang?) mesin pemotong kertasnya? Maukah pabrik LaserPrinter mengubah ukuran tempat kertasnya? Maukah pakar fisika mendefinisikan ulang satuanJoule? Bagaimana halnya bila satuan sekon diubah definisinya?

Catatan: Bagi pertanyaan jarak antara Bandung dan Jakarta umumnya orang akan menjawabnyadengan perkiraan ukuran jarak tempuh mobil (yang melaju secara wajar di jalan bebas hambatanpada kondisi normal) misalnya 3 ½ jam. Karena kecepatan mobil bisa berubah-ubah dan kondisijalan (kelancaran-kemacetan) pun berubah-ubah maka dapat dikatakan ketepatan perkiraan jarakBandung-Jakarta ini misalnya ± 1 jam.

Renungan: “waktu” sebenarnya memiliki derajat yang lebih tinggi daripada “panjang” dan Tuhanpun bersumpah demi waktu .. ( bukan: demi panjang.. ).

Demi waktu. Sesungguhnya manusia itu benar-benar dalam kerugian,kecuali orang-orang yang beriman dan beramal soleh dan salingmenasehati supaya mentaati kebenaran dan saling menasehati supayatetap dalam kesabaran. (Al'Ashr; Waktu/Masa)

" Benda ukur merupakan produk atau komponen mesin yang menjadi objek pengukuran. Pemakaianistilah objek ukur dimaksudkan untuk memperjelas bahwa hanya pada bagian-bagian tertentu daribenda ukur dilakukan suatu pengukuran. Suatu benda ukur dapat mempunyai lebih dari satu objekukur.


Tahun 2015


Kalibrasi

Kalibrasidan

Kecermatan

Rantai-Kalibrasidan

Keterlacakan

KalibrasimemerlukanStandar pada

manatoleransi

dinyatakan

Konsekuensipemakaian

alat-ukur yangtak-teliti

Kecermatanpenggaris

Kalibrasi! harus dilakukan dengan prosedur tertentu karena padahakekatnya mengalibrasi serupa dengan mengukur yaitu membandingkanalat ukur (skalanya atau harga nominalnya) dengan acuan yang dianggaplebih benar. Acuan yang dianggap benar absolut boleh dikatakan tak ada.Sementara itu, yang dimaksud dengan istilah lebih benar di sini mengandungmakna praktis.

Tidaklah praktis jika penggaris dengan kecermatan 1 mm harusdikalibrasi dengan memakai Laser Interferometer yang mampu membacakesalahan sampai orde 1 nm (buat apa Anda ingin mengetahui kesalahannyasampai sekecil itu jika penggaris yang Anda pakai hanya mampu menunjuk-kan harga terkecil sampai 1 mm ?). Jadi, kalibrasi umumnya dilakukan sesuaidengan kecermatan alat ukur ybs. Yaitu, dengan membandingkan denganalat ukur lain yang satu atau beberapa tingkat lebih tinggi kecermatan dankebenaran skalanya.

Untuk mempermudah kalibrasi diperlukan alat ukur acuan yangcocok, disesuaikan dengan konstruksi alat ukur ybs. Selanjutnya alat ukuracuan ini pun harus pula telah dikalibrasi dengan menggunakan alat ukuracuan lain yang lebih tinggi tingkat kebenarannya (lebih teliti). Hal iniditerapkan secara bertahap sehingga sampai pada pemakaian standar meterseperti yang didefinisikan secara internasional. Dengan demikian,terbentuk rantai-kalibrasi (calibration chain) mulai dari alat ukur kerja, alatukur standar kerja, alat ukur standar, alat ukur standar utama, alat ukurstandar nasional, dan standar meter internasional". Jika suatu alat ukur kerjamisalnya pernah dikalibrasi dengan alat ukur standar kerja yang juga pernahdikalibrasi dengan alat ukur lain yang lebih tinggi (dan seterusnya...) makadikatakan alat ukur ybs. mempunyai aspek keterlacakan (keterusutan,ketelusuran; traceability) sampai ke suatu tingkat tertentu.

Pada suatu tingkat rantai-kalibrasi, selain kalibrasi harus dilakukandengan prosedur yang benar, data hasil kalibrasi harus dianalisis denganmetoda yang diyakini kebaikannya (metoda statistik). Dengan cara ini dapatditarik kesimpulan yang sebaik-baiknya mengenai ketelitian alat ukur ybs.Kesalahan yang ada/tercatat perlu dibandingkan dengan toleransi yangdiizinkan sesuai dengan tingkat ketelitian kalibrasi. Hal ini diatur sesuaidengan standar nasional misalnya SNI (Standar Nasional Indonesia), JIS(Japan Industrial Standard), DIN (Deutsches Institut fur Normung), dsb.

Bagi alat ukur panjang yang digunakan dalam perdaganganpeneraannya (proses kalibrasi dan pemberian tanda/tera) diatur secarakhusus oleh Departemen Perdagangan dan Koperasi (sebelum disatukandengan Departemen Perindustrian; Dirjen Perdagangan Dalam Negri,Direktorat Metrologi yang dituangkan dalam UUML; Undang-UndangMetrologi Legal). Dalam hal yang terakhir ini mencakup segi hukum gunamelindungi konsumen dari akibat penyalahgunaan alat ukur.

Meskipun tidak sampai mencakup aspek legal, penggunaan alat ukuryang tidak teliti (tak benar) bagi keperluan industri jelas harus dihindari.Sebab, pengguna alat ukur (dalam hal ini produsen) akan menanggungakibatnya secara langsung yaitu dengan merosotnya mutu geometrik produk.Komponen mesin/ peralatan mungkin tak bisa dirakit dengan baik ataupunfungsi mesin/peralatan akan terganggu. Bukankah mutu geometrik menentu-kan mutu fungsional mesin/peralatan?

Skala adalah susunan garis-garis sejajar yang jarak antara garis-garis tersebut dibuat sama. Jarak ini memiliki arti tertentu jika dikaitkandengan alat ukur pada mana skala tersebut digunakan. Pada penggaris yangbiasa Anda pakai skalanya mempunyai kecermatan (resolution) sebesar 1mm, karena jarak antara garis-garisnya dibuat sebesar 1 mm.

! Sering kata kalibrasi ini digantikan dengan kata peneraan. Sebenarnya kata peneraan berartipenandaan. Karena badan resmi pemerintah, yang menangani kalibrasi alat ukur yang digunakandalam perdagangan, selalu memberi tanda (tera) pada alat ukur yang telah dikalibrasi secara sahmaka istilah peneraan menjadi terkenal menggantikan istilah kalibrasi.

" Nama-nama ini hanya sekedar menunjukkan urutan tingkat ketelitian (kebenaran). Dalamprakteknya perincian nama atau urutan bisa berubah tergantung dari jenis alat ukur dan kebutuhan.


Tahun 2015


“Pembacaan”skala

MelakukanInterpolasi

Upaya untukmenjaga sifatketerlacakan

ketelitian prosespengukuran

Penggaris digunakan dengan cara menempelkan pada objek ukuryang akan diukur panjangnya. Pengguna akan mengusahakan salah satugaris skala (biasanya garis mula dengan tanda nol; ujung kiri) berimpit padasalah satu tepi objek ukur. Panjang objek ukur “dibaca” dengan melihat tepilain (kanan) dari objek ukur berimpit dengan garis skala yang ke berapa(biasanya “jatuh” pada garis skala yang diberi angka ditambah denganbeberapa garis lagi di sebelah kanannya). Jika tepi objek ukur tidak pas(“benar-benar”) berimpit dengan garis skala maka orang akan membulatkanke atas (misalnya 39 mm) atau memenggalnya ke bawah(misalnya 38 mm bila ia tidak ingin menyatakan harga kelebihannya dengan cara mengira-ngira(melakukan “interpolasi”; misalnya dengan menyatakan 38.(8)! mm ).

Untuk mengkalibrasi alat ukur biasanya digunak an blok ukur (gaugeblock/slip gauge) yaitu balok (berpenampang) segi empat, umumnya dibuatdari baja karbon (atau karbida), di mana jarak antara dua sisinya telahdiketahui. Dengan menyusun bermacam-macam blok ukur dari bermacam-macam ukuran maka praktis dapat dibuat ukuran panjang sebagaimana yangdikehendaki. Salah satu pemakaian blok ukur adalah sebagai acuan dalampengukuran tak langsung seperti yang diperlihatkan gambar 1. Selanjutnya,blok ukur-blok ukur tersebut dapat dikalibrasi dengan memakai prinsipinterferometer (Köster Interferometer, lihat gambar 2) yang menggunakansinar secara langsung sebagai standar panjang. Panjang gelombang daribeberapa sinar yang dipakai dapat ditentukan secara fisik (dengan menggu-nakan spektrometer) sehingga diketahui hubungannya dengan standar meterseperti yang didefinisikan di atas.

Gambar 1 Satu blok ukur atau susunan beberapa blok ukur dapat dijadikan acuan dalampengukuran tinggi objek ukur secara tak langsung.

Dengan kemajuan teknologi pengukuran besaran panjang saat inisecara meluas telah digunakan Laser Interferometer yang memilikikecermatan yang tinggi. Jenis yang dipasarkan misalnya HP Laser Inter-ferometer (HP 55286/8A) yang digunakan di ruang yang tak terlalu terkondisi-kan akan memiliki kecermatan sampai 1 ìm. Jika Laser Interferometer inidipakai di ruang yang sangat terkondisikan (temperatur, tekanan, dankelembabannya) maka indeks bias udara bisa dianggap tak berubah dankecermatan pengukuran bisa naik (lebih kecil daripada 0.1 ìm; karenaketelitian/ketidaksalahannya dapat diketahui lebih kecil daripada 0.01 ìm).Selain digunakan sebagai alat ukur pengkalibrasi juga dapat digunakansebagai alat ukur jarak dengan kapasitas ukur yang cukup besar (sekitar 30m). Gambar 3 adalah contoh pemakaian Laser Interferometer untukmengkalibrasi ketelitian dan ketepatan pemosisian mesin perkakas NC.

! Angka satuan terkecil hasil pengukuran dengan cara interpolasi harus dituliskan dalam tandakurung! Jika hal ini tidak dilakukan maka orang lain yang membaca laporan sipengukur akanmengira bahwa alat ukur yang dipakainya mempunyai kecermatan sebesar 0.1 mm.


Tahun 2015


Gambar 3 Ketelitian dan ketepatan gerakan sumbu mesin NC (sumbu translasi X, Y, Z) atas aspekpemosisian, kesejajaran, dan ketegaklurusannya dapat diperiksa dengan memakai LaserInterferometer.

Gambar 2 Köster Interferometer yang dimanfaatkan untuk mengkalibrasi blok-ukur (gauge/gage block). Meja di atas mana blok ukur diletakkan diatur sedikit miring. Akibatnya,terjadi interferensi yang terlihat sebagai garis-garis di permukaan meja dan dipermukaan blok ukur. Berdasarkan posisi garis-garis ini, yang bisa menyatu atausedikit menggeser, dilakukan interpolasi posisi garis di atas permukaan blok ukurterhadap garis di permukaan meja. Melalui perbandingan hasil yang diperoleh darimisalnya 3 berkas dengan spektrum yang berbeda dapat diketahui perbedaan tebal(ketinggian) blok-ukur terhadap harga nominalnya.


Tahun 2015


4 JENIS ALAT UKUR DAN CARA PENGUKURAN

Alat ukur geometrik bisa diklasifikasikan menurut prinsip kerja,kegunaan, atau sifatnya. Dari cara klasifikasi ini yang lebih sederhana adalahklasifikasi menurut sifatnya, di mana alat ukur geometrik dibagi menjadi 5jenis dasar dan 2 jenis turunan yaitu,

Jenis Dasar:

1 Alat ukur langsung; yang mempunyai skala ukur yang telah dikalibrasi.Kecermatannya rendah s.d. menengah (1 s.d. 0.002 mm). Hasilpengukuran dapat langsung dibaca pada skala tersebut.

2 Alat ukur pembanding/komparator; yang mempunyai skala ukur yangtelah dikalibrasi. Umumnya memiliki kecermatan menengah ($ 0.01mm; cenderung disebut pembanding) s.d. tinggi ($ 0.001 mm; lebihsering dinamakan komparator) tetapi kapasitas atau daerah skalaukurnya terbatas. Alat ukur ini hanya digunakan sebagai pembacaanbesarnya selisih suatu dimensi terhadap ukuran standar.

3 Alat ukur acuan/standar; yang mampu memberikan atau menunjukkansuatu harga ukuran tertentu. Digunakan sebagai acuan bersama-sama dengan alat ukur pembanding untuk menentukan dimensisuatu objek ukur. Dapat mempunyai skala seperti yang dimiliki alatukur standar yang dapat diatur harganya atau tak memiliki skalakarena hanya mempunyai satu harga nominal.

4 Alat ukur batas (kaliber); yang mampu menunjukkan apakah suatudimensi, bentuk, dan/atau posisi terletak di dalam atau di luar daerahtoleransinya. Dapat memiliki skala, tetapi lebih sering tak mempunyaiskala karena memang dirancang untuk pemeriksaan toleransi suatuobjek ukur yang tertentu (khas, spesifik).

5 Alat ukur bantu; yang tidak termasuk sebagai alat ukur dalam arti yangsesungguhnya akan tetapi memiliki peranan penting dalampelaksanaan suatu proses pengukuran geometrik.

Jenis Turunan:Dua jenis turunan berikut dapat merupakan salah satu dari tiga jenis

pertama di atas atau gabungannya, yakni:

6 Alat ukur khas (khusus, spesifik); yang dibuat khusus untuk mengukurgeometri yang khas misalnya kekasaran permukaan, kebulatan, profilgigi suatu roda-gigi dsb. Termasuk dalam kategori ini adalah yangdirancang untuk kegunaan tertentu, misalnya Köster Interferometeruntuk mengkalibrasi blok ukur. Selain mekanismenya yang khas, alatukur jenis ini dapat memiliki skala dan dapat dilengkapi alat pencatatatau penganalisis data.

7 Alat ukur koordinat; yang memiliki sensor yang dapat digerakkan dalamruang. Koordinat sensor dibaca melalui tiga skala yang disusunseperti koordinat kartesian (X,Y,Z). Dapat dilengkapi dengan sumbuputar (koordinat polar). Memerlukan penganalisis data titik-titikkoordinat untuk diproses menjadi informasi yang lebih jelas (diameterlubang, jarak sumbu dsb.).

Menghadapi masalah pengukuran membuat kita berpikir untukmenetapkan metoda atau cara pengukuran yang terbaik dan jenis alat ukurmenurut sifatnya seperti di atas dipilih. Berdasarkan hal ini, maka prosespengukuran pun bisa diklasifikasikan sebagai berikut,

1 Proses pengukuran langsung,2 Proses pengukuran tak langsung,3 Proses pemeriksaan toleransi (dengan kaliber batas),4 Proses perbandingan dengan bentuk acuan (standar),5 Proses pengukuran geometri khusus, dan6 Proses pengukuran dengan mesin ukur koordinat.

Ke empat jenis proses pengukuran ini diilustrasikan dengan contoh padagambar 4. Sementara itu, gambar 5 adalah contoh pengukuran geometrikhusus misalnya kebulatan dan profil suatu gigi roda-gigi, dan gambar 6memperlihatkan mesin ukur koordinat (MUK; CMM; Coordinate MeasuringMachine).

Pengukuran langsungAdalah proses pengukuran dengan memakai alat ukur langsung.

Hasil pengukuran dapat langsung terbaca. Merupakan cara yang lebih dipilihjika seandainya hal ini dimungkinkan. Proses pengukuran dapat cepat


Tahun 2015


diselesaikan. Alat-ukur-langsung umumnya memiliki kecermatan yangrendah! dan pemakaiannya dibatasi yaitu:

- karena daerah toleransi # kecermatan alat ukur,- karena kondisi fisik objek ukur yang tak memungkinkan digunakannya alat-

ukur-langsung, atau- karena tidak cocok dengan imajinasi ragam daerah toleransi (tak sesuai

dengan jenis toleransi yang diberikan pada objek ukur misalnyatoleransi bentuk dan posisi sehingga memerlukan proses pengukur-an khusus").

Contoh pengukuran langsung adalah pengukuran tebal objek ukur denganmemakai mikrometer, lihat gambar 4 a.

Gambar 4

Proses pengukurangeometrik dapat dilaksana-kan secara langsung (a), taklangsung (b), pemeriksaandengan kaliber batas (c),atau perbandingan denganbentuk acuan (d). Berdasar-kan ilustrasi ini dapatdisimpulkan bahwa tekno-logi pengukuran geometrikharus dirancang/dipilih se-suai dengan masalah yangdihadapi, supaya efektif danefisien. Efektif bermaknamenghasilkan data peng-ukuran/pemeriksaan yangdapat diyakini kebenarandan keterulangannya. Efisi-en berarti dapat dilakukandengan usaha yang benardan dapat dipertanggung-jawabkan cara pelaksanaan-nya.

Pengukuran tak langsungMerupakan proses pengukuran yang dilaksanakan dengan memakai

beberapa jenis alat ukur yaitu dari jenis pembanding/komparator, standar danbantu. Perbedaan harga yang ditunjukkan oleh skala alat ukur pembandingsewaktu objek ukur dibandingkan dengan ukuran standar (pada alat ukurstandar) dapat digunakan untuk menentukan dimensi objek ukur. Karena alatukur pembanding umumnya memiliki kecermatan yang tinggi, sementara itualat ukur standar memiliki kualitas (ketelitian) yang bisa diandalkan makaproses pengukuran tak langsung dapat dilaksanakan sebaik mungkin untukmenghasilkan harga yang cermat serta dapat dipertanggungjawabkan (telitidan tepat). Proses pengukuran tak langsung umumnya berlangsung dalamwaktu yang relatif lama. Contoh pengukuran semacam ini ditunjukkan padagambar 4 b, dengan alat ukur pembanding jenis pupitas (dial test indicator)

! Kecuali Laser Interferometer yang bisa dikategorikan sebagai alat ukur langsung dengan sifatkhusus yaitu kecermatannya sangat tinggi dengan kapasitas ukur yang besar, tetapi relatif sulituntuk diterapkan.

" Proses pengukuran kekasaran permukaan dapat dikategorikan sebagai pengukuran langsungdengan alat ukur khusus yang dirancang untuk menanganinya, demikian pula dengan beberapajenis alat ukur bentuk dan posisi seperti pengukuran kebulatan.


Tahun 2015


yang dipasangkan pada dudukan-pemindah (transfer stand; sebagai alat ukurbantu), alat ukur standar dari jenis kaliber-induk-tinggi (height master; yangmemiliki skala pengatur ketinggian muka-ukur) dan meja-rata (surface plate)sebagai alat ukur bantu.

Pemeriksaan dengan kaliber batasDinamakan sebagai proses pemeriksaan karena tidak menghasilkan

data angka (numerik) seperti halnya yang dihasilkan proses pengukuran.Pemeriksaan dilakukan untuk memastikan apakah objek ukur (objekpemeriksaan) memiliki harga yang terletak di dalam atau di luar daerahtoleransi ukuran, bentuk, dan/atau posisi. Objek ukur akan dianggap baik bilaterletak di dalam daerah toleransi dan dikatakan jelek bila batas materialnya(permukaannya) berada di luar daerah toleransi yang dimaksud. Prosespemeriksaan berlangsung cepat dan cocok untuk menangani pemeriksaankualitas geometrik produk hasil proses produksi massal. Gambar 4 cmerupakan contoh proses pemeriksaan toleransi lubang dengan memakaikaliber poros (go & not go gauges).

Perbandingan dengan bentuk acuanBentuk suatu produk (misalnya profil ulir atau roda gigi) dapat

dibandingkan dengan suatu bentuk acuan yang ditetapkan atau dibakukan(standar) pada layar dari alat ukur proyeksi. Kebenaran bentuk konis dapatdiperiksa dengan menggunakan kaliber Konis. Pada prinsipnya pemeriksaanseperti ini tidaklah menentukan dimensi ataupun toleransi suatu benda ukursecara langsung, akan tetapi lebih kepada menentukan tingkat kebenarannyabila dibandingkan dengan bentuk standar, lihat contoh pada gambar 4 d.

Pengukuran geometri khususBerbeda dengan pemeriksaan secara perbandingan, pengukuran

geometri khusus benar-benar mengukur geometri ybs. Dengan memperhati-kan imajinasi daerah toleransinya, alat ukur dan prosedur pengukurandirancang dan dilaksanakan secara khusus. Berbagai masalah pengukurangeometri umumnya ditangani dengan cara ini, misalnya kekasaran permuka-an, kebulatan poros atau lubang, geometri ulir, dan geometri roda gigi.Gambar 5 memperlihatkan contoh pengukuran kebulatan dan roda-gigi.Gambar dengan keterangan yang diberikan dimaksudkan untuk menunjuk-kan contoh kerumitan dan kedalaman permasalahan pengukuran geometri.Teknologi seperti ini, yang akan diulas lebih lanjut pada bab 4, perlu dikajidan dipahami sepenuhnya. Dengan menghayati pengukuran maka peran-cangan dan pembuatan berbagai komponen mesin dan peralatan pabrik akanlebih mudah untuk dikuasai.

Selain berdasarkan sifatnya yang menghasilkan klasifikasi dasar danklasifikasi turunan dengan 7 jenis alat ukur seperti yang telah diulas di muka,cara klasifikasi lain mengenai alat ukur geometrik adalah menurut prinsipkerja-utama yaitu:

1 Mekanik2 Elektrik3 Optik4 Hidrolik5 Fluidik6 Pneumatik atau Aerodinamik

Beberapa jenis alat ukur menggunakan prinsip kerja gabunganseperti:

- Elektromekanik (elektrik + mekanik),- Optomekanik (optik + mekanik),- Optoelektrik (optik + elektrik),- Pneumatikmekanik, dsb.

Prinsip kerja gabungan, yang diterapkan untuk alat ukur geometrikdan besaran teknik lainnya, sebagai sistem pengukuran mandiri maupunyang tergabung menjadi suatu sistem kontrol, ditambah dengan pengolahandata dengan pemanfaatan komputer, saat ini telah berkembang semakin jauhmenjadi bidang teknologi mandiri yang sering dinamakan dengan Mekatro-nik.


Tahun 2015


Gambar 5 a Pengukuran Geometri Khusus;

Contoh profil kebulatan sebagai hasil pengukuran dengan alat ukur kebulatan dapatdianalisis berdasarkan empat cara yaitu cara lingkaran luar minimum, lingkaran dalammaksimum, lingkaran daerah minimum (MRZ) dan lingkaran kuadrat terkecil (masing-masing bisa menghasilkan harga parameter kebulatan ªR yang berbeda). Menurut ISO caraanalisis MRZ (Minimum Radial Zone) adalah sesuai dengan maksud dari toleransikebulatan; perhatikan pernyataan toleransi kebulatan seperti yang diperlihatkan pada gambar5 d.

Gambar 5 b Pengukuran Geometri Khu-sus;

Kebulatan hanya bisa diukurdengan benar dengan alat ukur kebulat-an jenis sensor putar atau meja putar.Berdasarkan profil kebulatan yang tere-kam pada grafik polar bisa ditentukanharga parameter kebulatannya (lihatgambar 5 a). Jenis sensor putar bisadigunakan untuk mengukur benda yangpanjang dan berat. Titik berat bendatidak perlu harus berimpit dengansumbu putar sensor, lihat gambar disamping. Pemakaian jenis meja putardibatasi oleh berat benda serta titikberatnya tidak bisa terlalu jauh terhadapsumbu putar. Meskipun demikian, jenismeja putar (lihat gambar 5 c) lebihmudah dalam pemakaiannya (penye-telan kemiringan dan kesenteran bendaukur). Penggabungan gerakan translasisensor dapat dilakukan sehingga bisadigunakan untuk pengukuran kelurusanserta kesalahan bentuk yang lain, lihatgambar 5 d. Pemakaian komputeruntuk analis data memang sangatmembantu seperti halnya dalampengukuran kebulatan.


Tahun 2015


Gambar 5 c Pengukuran Geometri Khusus;

Contoh alat ukur kebulatan jenis meja putar.

Gambar 5 dPengukuran Geometri Khusus;

Dengan alat ukur kebulat-an jenis meja putar dimungkinkanpengukuran berbagai kesalahanbentuk. Misalnya, kebulatan,kesejajaran, ketegaklurusan,kesamaan sumbu dan kelurusan.


Tahun 2015


Gambar 5 e Pengukuran Geometri Khusus;

Contoh metrologi Roda-Gigi. Kesalahan Pits (jarak antar gigi) dapat diperiksa dengan lebihpraktis dengan mengukurnya pada lingkaran dasar. Kesalahan pits ini perlu dibatasi terutamabagi roda-gigi penerus daya dan penerus putaran yang teliti. Sementara itu, profil gigi yangberupa involute dapat diukur dengan alat ukur profil. Kesalahan bentuk profil involute ini akanmengurangi keandalan roda-gigi dan kebisingan akan timbul jika roda gigi ybs. dioperasikan.


Tahun 2015


Pengukuran dengan Mesin Ukur KoordinatSeperti dengan namanya, alat ukur (lebih cocok dinamakan mesin

ukur karena dimensinya yang relatif besar dan dioperasikan dengan prosedurtertentu) memiliki tiga sumbu gerak yang membentuk sumbu koordinatkartesian (X,Y,Z). Sensor alat ukur dapat digerakkan pada sumbu ini secaramanual dan mungkin juga secara otomatik mengikuti program gerakanpengukuran yang tersimpan dalam komputer pengontrolnya. Setiap sumbumemiliki alat ukur jarak dari jenis inductosyn, photocosyn, atau optical-grating.

Gambar 6 a Pengukuran dengan Mesin Ukur Koordinat (MUK);

MUK (CMM; Coordinate Measuring Machine) merupakan alat ukur geometrik modern denganmemanfaatkan komputer untuk mengontrol gerakan sensor relatif terhadap benda ukur sertauntuk menganalisis data pengukuran. Berbagai rancangan mesin dibuat sesuai dengankebutuhan, demikian pula dengan jenis sensor yang bisa merupakan sensor kontak atausensor scanning. Proses pengukuran yang rumit bisa dilaksanakan dengan relatif mudah dancepat. Meskipun demikian, tetap dibutuhkan operator yang mempunyai keahlian danketerampilan di bidang metrologi geometrik.


Tahun 2015


Gambar 6 b Pengukuran dengan Mesin Ukur Koordinat (MUK);

Berbagai jenis CMM dapat diadakan dipilih/disesuaikan dengan jenis pekerjaan yang banyakditangani di mana ukuran dan ketelitian memegang peranan. Sementara itu, jenis sensordapat dibeli terpisah. Selain itu, perlu juga dipertimbangkan kemampuan software yangdimiliki CMM untuk mempermudah analisis pengukuran serta berbagai program statistik yangdimanfaatkan dalam pengontrolan kualitas geometrik.

Gambar 6 c Pengukuran dengan Mesin Ukur Koordinat (MUK);

Tergantung pada kecanggihan software yang dimiliki CMM maka proses pengukurangeometri benda ukur akan lebih dipermudah. Pada contoh di atas suatu sistem koordinatbenda ukur dapat diaktifkan melalui proses penggeseran dan pemutaran sumbu koordinat (A s.d. D ).


Tahun 2015


Kecermatan alatukur dipilih

berdasarkanbesar-kecilnya

daerah toleransiobjek ukur

Sebagai bagian dari ilmu mekatronik, berbagai jenis prinsip kerja alatukur geometrik ini akan diulas dalam beberapa sub-bab berikut. Pembahasandititikberatkan pada aspek kecermatan dan pemakaiannya guna mendukungide penyebarluasan pemahaman yang benar atas berbagai istilah dalampengukuran termasuk dua istilah penting yaitu ketelitian (accuracy) danketepatan (precision).

Metrologi geometrik dapat dipelajari dan dikembangkan dengan lebihmudah melalui klasifikasi masalah pengukuran yaitu,

1 Masalah pengukuran linier,2 Masalah pengukuran sudut,3 Masalah pengukuran kesalahan bentuk & posisi,4 Masalah pengukuran ulir,5 Masalah pengukuran roda-gigi,6 Masalah pengukuran secara optik,7 Masalah pengetesan geometrik mesin perkakas, dan8 Masalah pemakaian mesin ukur koordinat (CMM),Coordinate

Measuring Machine).

5 PRINSIP KERJA BERBAGAI JENIS ALAT UKUR GEOMETRIK

Alat ukur geometrik yang paling sederhana adalah mistar/penggarisyang mempunyai garis-garis skala ukuran. Penggaris ditempelkan padabenda ukur dan diatur posisinya sehingga skalanya berimpit dengan objekukur (bagian benda ukur yang akan diukur panjangnya). Penggaris digeser-kan ke kiri-kanan sampai angka nol skala menjadi segaris dengan salah satutepi/ujung benda ukur dan tepi/ujung yang lain dimanfaatkan sebagaipenunjuk pada skala sehingga panjang benda ukur akan terbaca. Prosespengukuran panjang yang sederhana seperti ini hampir pasti akan dilakukansetiap orang dengan saksama, tidak tergesa-gesa, demi untuk mencapaihasil yang kebenarannya dapat dipertanggungjawabkan. Setiap orang takakan mau memakai penggaris yang bengkok atau yang skalanya rusak takterbaca.

Jika memang hanya dibutuhkan kecermatan pengukuran sampaidengan 1 mm maka alat ukur penggaris ini memang memadai. Tukang kayuumumnya cukup memakai penggaris dengan kecermatan 1 mm untukmengerjakan pintu-rumah. Bila dalam membuat ketebalan papan pintutersebut ia diharuskan memakai alat ukur, misalnya mistar-ingsut dengankecermatan 0.05 mm, pengerjaan papan pintu akan menjadi lebih lama.Tukang kayu akan lebih sibuk mengukur dan mengasah papan kayu sampaikomponen pintu yang dibuat ini memiliki ketebalan yang sama atau mende-kati ukuran yang diinginkan dengan kecermatan ukuran 0.05 mm.

Berdasarkan uraian di atas dapat disimpulkan bahwa dalam prosespengukuran diperlukan:

- alat ukur yang berfungsi dengan baik dengan kecermatan yang memadaidisesuaikan dengan permintaan. Dalam pembuatan komponenmesin/peralatan permintaan in tertera pada gambar teknik/mesinyaitu spesifikasi geometrik dengan beragam jenis toleransi geome-trik,

- pelaksanaan pengukuran yang saksama dengan prosedur tertentu untukmenghindarkan terjadinya kesalahan pengukuran,

- pengukuran yang tak hanya dilakukan setelah produk selesai dibuat tetapijuga dilaksanakan sewaktu produk sedang dibuat. Bila perlu mesinperkakas diatur/di-stel untuk memastikan apakah elemen geometriktelah mencapai ukuran dalam batas-batas toleransinya.

Sebagai petunjuk umum, kecermatan alat ukur sebaiknya sekitar 1/10daerah toleransi objek ukur!. Sebagai contoh, suatu poros dengan ukuran:

ö 65 g6 atau mmsebaiknya diukur dengan komparator dengan kecermatan # 0.002 mm.

! Kadangkala, bila tak ada alat ukur dengan kecermatan yang memadai maka alat ukur dengankecermatan sekitar 1/5 daerah toleransi objek ukur masih bisa dimanfaatkan.


Tahun 2015


Bentuk objek ukur dan daerah toleransi yang diimajinasikan yangdiberlakukan pada objek ukur serta tingginya kecermatan yang diinginkanmemerlukan suatu alat ukur geometrik yang mungkin harus dirancang secarakhusus. Hal ini membuat ragam alat ukur menjadi banyak, masing-masingdengan cara kerja yang dapat berlainan. Alat ukur akan lebih mudahdigunakan bila si pengukur (operator) memahami cara kerja alat ukur.

Prinsip kerja alat ukur geometrik dapat lebih mudah diterangkanmelalui komponen utamanya yaitu sensor, pengubah, dan penunjuk/pen-catat serta pengolah data.

SENSOR

Sensor adalah “peraba” alat ukur, yaitu yang menghubungkan alatukur dengan objek/benda ukur. Ujung-ujung kontak mikrometer, ke dualengan mistar ingsut (vernier caliper), jarum alat ukur kekasaran permukaanadalah merupakan contoh sensor mekanik. Sistem lensa (objektif) dapatdimanfaatkan sebagai sensor optik. Suatu poros dengan lubang-lubangkecil, melalui mana udara tekan mengalir keluar, adalah contoh sensorpneumatik. Sensor mekanik umumnya merupakan jenis sensor kontak,sementara sensor optik dan pneumatik adalah contoh jenis sensor non-kontak. Sensor kontak akan memberikan gaya/tekanan pengukuransementara sensor non kontak hampir atau sama sekali tak memberikan gayapengukuran. Tentu saja, bagi alat ukur geometrik, sensor akan menimbulkanatau memberikan isyarat (sinyal) perubahan yang berupa besaran panjang.

PENGUBAH

Pengubah (transducer) adalah bagian terpenting alat ukur, melaluimana isyarat sensor (besaran panjang) diteruskan, diubah (bisa menjadibesaran lain) atau diolah terlebih dahulu sebelum diteruskan ke bagian lainalat ukur. Pada bagian inilah diterapkan bermacam-macam prinsip kerja yaitumekanik (kinematik), optik, elektrik, pneumatik atau prinsip kerja gabungan.Fungsi utama pengubah adalah untuk memperbesar dan memperjelasisyarat sensor yaitu suatu perubahan kecil bagi geometri objek ukur menjadisuatu perubahan yang cukup jelas terbaca pada bagian penunjuk/pencatatalat ukur. Berbagai macam teknik bagi penyempurnaan penerusan ataupengolahan isyarat dirancang dan diwujudkan pada bagian pengubah ini demiuntuk menjaga kebenaran hasil pengukuran, yaitu saat alat ukur tersebutdipakai dengan prosedur yang benar.

PENUNJUK & PENCATAT (PEREKAM DATA PENGUKURAN)

Isyarat yang telah diperbesar oleh bagian pengubah diteruskan kebagian penunjuk yang akan menunjukkan hasil pengukuran lewat garisindeks atau jarum penunjuk yang bergerak relatif terhadap bidang skalaatau dengan penunjuk ber-angka (digital). Skala, yang berupa jajaran garis,dengan orientasi lurus atau lengkung, dibuat dengan jarak tertentu untukmempermudah pembacaan. Jarak antar garis skala mempunyai arti tertentuyang menunjukkan kecermatan alat ukur atas besaran yang diukur. Padapenunjuk digital, kecermatan alat ukur diwakili oleh angka (desimal) terakhir.Sebagai tambahan, atau sebagai ganti penunjuk, suatu pencatat dapatmerupakan bagian alat ukur. Pencatat diperlukan jika data pengukuran harusdirekam secara berkesinambungan. Pada beberapa pengukuran geometrik,misalnya kekasaran atau kebulatan, hasil akhir pengukuran didapat darianalisis rekaman data (secara manual atau otomatik, lihat bagian pengolahdata) yaitu analisis grafik yang dihasilkan pencatat.

PENGOLAH DATA PENGUKURAN

Pengolah isyarat sensor umumnya merupakan bagian integral (takterpisahkan) dari pengubah. Sementara itu, pengolah data pengukuranmerupakan bagian alat ukur yang menyatu, atau dapat juga terpisah.Pengolahan data dapat dilakukan secara analog (data dalam bentuk isyaratberkesinambungan) atau dapat juga secara digital. Bagi pengolahan secaradigital, isyarat analog harus diubah terlebih dahulu menjadi isyarat digital(dilakukan oleh bagian ADC; Analog to Digital Converter). Pengolahan datasecara digital saat ini makin memiliki peran penting sejak semakin banyakdigunakannya komputer (PC) sebagai bagian alat ukur geometrik.Hasil pengolahan data pengukuran, yakni harga parameter bagi geometriyang diukur misalnya parameter kekasaran permukaan atau kebulatan objekukur, dapat diperlihatkan melalui layar monitor, direkam pada media perekam(kertas, magnetik, optik, magneto-optik), atau diteruskan ke bagian lain, diluar sistem pengukuran, yang menjadi satu kesatuan sistem kontrol yangmenyeluruh.

Berbagai jenis konstruksi bagian pengubah dan bagian penunjuk alat ukur (geometrik) dapatdikelompokkan sebagai berikut.

PENGUBAH MEKANIK (KINEMATIK)PENGUBAH OPTOMEKANIKPENGUBAH ELEKTRIK

Pengubah KapasitifLVDTResolver & Inductosyn

PENGUBAH OPTOELEKTRIKPENGUBAH PNEUMATIK

Sistem Tekanan BalikSistem Kecepatan Aliran

PENGUBAH OPTIKLensa PembesarMikroskop

ProyektorTeleskop

PENUNJUK BERSKALASkala Nonius (Nonius/Vernier Scale)Skala Nonius Dua DimensiSkala MikrometerSkala Dengan Jarum Penunjuk

PENUNJUK BERANGKA (DIGITAL)

PENCATAT


Kesalahanpembuatan

menjadi kendalakecermatan

alat ukur

Kecermatan alatukur harus dija-min seimbang

dengan ketelitianpemakaiannyadalam prosespengukuran

5.1 PENGUBAH MEKANIK (KINEMATIK)

Prinsip kerja pengubah mekanik semata-mata berdasarkan prinsipkinematik yang meneruskan serta mengubah isyarat sensor yang biasanyaberupa gerakkan translasi (besaran panjang) menjadi gerakan rotasi(besaran panjang) yang relatif lebih mudah untuk diproses/diubah. Secarateoretik prinsip kinematik mudah dirancang akan tetapi secara praktis sulitditerapkan akibat kendala dalam proses pembuatan dan perakitan.

Contoh pengubah mekanik yang paling sederhana adalah pasanganulir luar (baut) dan ulir dalam (mur) seperti yang diterapkan pada alat ukurmikrometer, lihat gambar 7.

Gambar 7 Mikrometer merupakan alat ukur dengan pengubah berprinsip mekanik/kinematik.Satu putaran poros ukur secara teoretik akan menggeserkan poros ini sebesar satupits ulir utama (0.5 mm). Skala yang dibuat pada silinder putar dapat dibagi menjadi50 bagian yang berarti 1 bagian skala setara dengan gerakan translasi sebesar 0.01mm. Kebenaran kecermatan pengukuran ini dapat dicapai berkat ulir utama yangdibuat dengan geometri yang teliti serta pemakaian racet untuk menjaga keteru-langan pengukuran. Meskipun namanya mikrometer, karena alasan kendalapembuatan dan kepraktisan pemakaian, alat ukur ini umumnya dibuat dengankecermatan tidak mencapai 1 mikrometer.

Beberapa hal yang perlu diperhatikan pada mikrometer ini adalah:

- Meskipun ulir utama baut dan mur dibuat dengan ketelitian geometrik yangtinggi, tetap saja akan terjadi kesalahan kisar. Hampir tidak mungkinmembuat ulir dengan kesamaan harga pits sepanjang baut dan mursampai dengan orde misalnya 0.1 ìm.Akibat ketidaksamaan harga pits sepanjang baut dan mur maka satukali putaran baut tidak mungkin menggeserkannya benar-benarsebesar 1 pits teoretik (misalnya 0.5 mm), melainkan akanmenggeserkan sebesar 1 kisar yang harganya bisa lebih atau kurangdari 0.5 mm.Akibatnya, n kali putaran baut akan menyebabkan kesalahan kisarkumulatif (kesalahan terjumlahkan) yang bisa cukup besar yangmungkin melebihi harga kecermatan pembacaan skala putar.

- Satu kali putaran poros ukur (silinder putar) dapat dibagi 50 dengan caramenuliskan skala putar pada silinder putar. Karena ulir utamadirancang dengan harga pits sebesar 0.5 mm berarti satu satuanskala putar berharga teoretik sebesar 0.01 mm.Kecermatan sebesar 0.01 mm ini harus dijamin tak akan salahsampai dengan orde misalnya ± 0.001 mm untuk setiap satuan skalaputar dan kesalahan kumulatif misalnya ± 0.004 mm untuk 50 kali


Tahun 2015


Ketepatan atauketerulangan

hasil pengukuranperlu

diperhatikan

Penyetelan nolperlu diwujudkan

Teknikkompensasi

kesalahan perluditerapkan bagipengubah de-ngan prinsip

kinematik

putaran yaitu sepanjang geseran maksimum poros ukur (untukkapasitas ukur mikrometer, misalnya 25 mm).Berdasarkan kenyataan ini, sangatlah sulit membuat mikrometerdengan kecermatan 0.001 mm dan menjamin kebenaran (ketelitian)pembacaan proses pengukuran dengan hasil suatu dimensi objekukur dengan kecermatan setinggi itu, misalnya 4.167 mm.

- Suatu kekuatan pemutaran (momen puntir) yang relatif ringan (kecil) akanmemberikan gerakan translasi dengan gaya dorong yang cukuptinggi!. Bagi benda ukur yang tipis tekanan pengukuran yang besarakan melenturkan benda ukur yang mengakibatkan terjadinyakesalahan pengukuran.Tangan manusia tidak sensitif terhadap pemutaran (kadang kuat,kadang ringan) hal ini akan membuat kita tidak mampu mengulangpemutaran dengan cara yang tepat sama.Akibatnya, bila pengukuran diulang dan hal ini dilakukan dengan caramemutar secara langsung silinder putar, maka hasil pengukurantidak akan tepat sama.Oleh sebab itu, pengukuran harus dilakukan dengan memutarsilinder putar lewat racet (gigi-gelincir; lihat gambar 7). Racet ini akanmenjamin ketepatan hasil pengukuran yang diulang-ulang sebabkekuatan putaran silinder putar dijaga seringan mungkin dan tetapsama (sesuai dengan kekuatan pegas racet).

- Jika mulut-ukur ditutup yaitu dengan memutar (melalui racet) poros ukursehingga berimpit dengan landasan, maka pada saat itu garis indeks(garis memanjang pada silinder tetap) harus persis menunjuk skalaputar pada harga nol. Untuk memungkinkan hal ini maka silinder-tetap, di atas mana garis indeks dituliskan, harus bisa diatur posisi-nya.Hal ini dilaksanakan dengan merancang silinder-tetap yang terpisah-kan dari rangka dengan membuat suaian pas (transition fits)terhadap silinder mur utama (lihat gambar 7). Dengan cara inipenyetelan nol (zero setting) dimungkinkan dan keterakitan alat ukurterwujudkan.

Contoh lain bagi pengubah dengan prinsip mekanik/kinematik adalahpasangan roda gigi dengan batang gigi dan sistem roda gigi yang diterapkanpada jam ukur (dial indicator) lihat gambar 8. Beberapa hal yang perludiperhatikan pada rancangan kinematik ini adalah:

- Suatu gerakan translasi sensor sepanjang satu pits batang-gigi (rack;misalnya 0.25 mm) akan memutar roda-gigi pasangannya (pinion)sebesar 1/zp putaran (zp; jumlah gigi pinion, misalnya 10). Putaranpinion diteruskan menjadi putaran jarum penunjuk melalui pasanganroda-gigi. Bila perbandingan putaran pasangan roda gigi ini sebesarz2 / z1 (misalnya 50/10), dan satu putaran penuh jarum penunjukdinyatakan dengan n skala (misalnya 100), maka kecermatan jamukur ini dapat dirancang dengan rumus:

- Gigi suatu roda gigi (atau batang gigi) tak mungkin dibuat dengan profilinvolute ideal. Oleh sebab itu, tebal gigi umumnya dirancang dengantoleransi minus yang berarti tebal gigi dibuat sedikit lebih kecildaripada ketebalan gigi nominal.Bila pasangan roda gigi ini dirakit dengan jarak senter nominal makapasangan gigi akan meneruskan putaran dengan hanya salah satusisi giginya yang saling berimpit (sisi gigi lainnya tak saling bersing-gungan, jadi ada celah di antaranya untuk menjaga jangan sampaipasangan roda gigi macet gara-gara ada kesalahan profil yangberharga positif).Bila putaran diubah arahnya, sementara roda gigi pemutar dan yangdiputar tetap fungsinya, maka roda gigi pemutar akan berbalik lebihdahulu untuk sepanjang celah gigi sebelum berfungsi penuhmemutar roda gigi yang diputar. Kejadian ini dinamakan sebagaiketerlambatan gerak balik (back-lash).Back-lash yang terjadi pada pasangan roda gigi pemutar jarumpenunjuk akan mengganggu pembacaan skala karena posisi jarumpenunjuk yang berubah-ubah jika sensor sedikit berubah (bergetar).Untuk mengurangi efek back-lash digunakan back-lash compensatoryaitu roda gigi pemutar untuk arah putaran kebalikan dengan arahputaran roda gigi pemutar utama. Roda gigi pemutar utama berfungsisaat sensor bergerak naik dengan daya dorong yang berasal darisensor. Roda gigi pemutar arah kebalikan berfungsi

! Suatu putaran ringan pada dongkrak ulir cukup kuat untuk mengangkat mobil!


Tahun 2015


Gambar 8 Prinsip pengubah kinematik yang diterapkan pada jam ukur (dial indicator).Perhatikan rancangan pencegah keterlambatan gerak balik (back-lash compensator)dari gerakan sensor yang diteruskan sebagai putaran jarum penunjuk.

saat sensor bergerak turun dengan daya dorong dari pegas spiral (energidisimpan oleh pegas spiral saat sensor bergerak naik).

- Tekanan ringan yang diberikan sensor pada permukaan benda ukur(tekanan pengukuran) berasal dari pegas penekan pada batang-gigi.

5.2 PENGUBAH OPTOELEKTRIK

Prinsip kerja pengubah jenis optoelektrik umumnya dirancang denganpenggabungan beberapa prinsip dasar berikut.

- Fotosel (photocell/photodiode) merupakan komponen elektronik yang pekaterhadap sinar yang jatuh pada permukaan aktifnya.

- Berkas cahaya dari suatu sumber cahaya (lampu atau LED; Light EmittingDiode) diarahkan oleh sistem optik supaya mengenai fotosel.

- Suatu sistem optik (atau gabungan optomekanik), yang dirancang untukmendeteksi (peka terhadap) perubahan gerakan, diusahakan untukmengubah intensitas cahaya yang mengenai fotosel yaitu pada saatterjadi perubahan gerakan (besaran panjang).

- Pengolahan sinyal foto sel (besaran listrik) sedemikian rupa sehinggakorelasi (hubungan) antara perubahan intensitas cahaya denganperubahan gerakan dapat dibaca dengan kecermatan tertentu.

Berbagai macam teknik penerapan prinsip dasar di atas dapatditerapkan. Salah satu teknik penerapan yang sederhana adalah seperti yangdiperlihatkan pada gambar 9 yang merupakan bagian sensor dan bagianpengubah alat ukur kekasaran permukaan.

Gambar 9 Sensor alat ukur kekasaran permukaan yang menggunakanpengubah (mekano-) optoelektrik.


Sensor yang berupa ujung jarum diatur sehingga menempelpermukaan yang akan diukur kekasarannya (sampai penunjuk skala berhentipada posisi nol). Sistem mekanik, optik, elektrik, dan pengolah datapengukuran berfungsi sebagai berikut.

Sistem mekanik:Akibat tekanan pegas pada batang-ayun sensor akan selalu

menempel pada permukaan. Poros alat ukur digeserkan (digerakkan olehmotor yang dikontrol kecepatannya) sepanjang sampel kekasaran dan sensormenggeser sambil bergerak turun naik mengikuti profil kekasaran. Gerakansensor menggoyangkan batang ayun pada engselnya dan pelat bercelahmengikutinya sesuai dengan perbandingan jarak sensor-engsel dan pelat-engsel.

Sistem optik:Berkas cahaya diarahkan pada sepasang fotosel melalui celah.

Akibat goyangan celah maka ke dua fotosel akan menerima cahaya denganbergantian intensitasnya. Saat celah bergerak ke atas fotosel yang di atasakan menerima cahaya dengan intensitas yang lebih besar daripada yangditerima foto sel yang di bawah. Hal sebaliknya akan berlaku saat celahbergerak ke bawah.

Sistem elektrik:Perubahan sinyal listrik karena perubahan intensitas cahaya pada

sepasang fotosel secara sistematik mengikuti irama goyangan celah (naik-turunnya sensor mengikuti profil permukaan) dapat diproses secaraelektronik.

Sistem pengolah data kekasaran:Berbagai parameter kekasaran permukaan (Ra, Rt, Rp dsb.) dapat

dianalisis secara manual berdasarkan grafik profil kekasaran permukaan.Grafik kekasaran permukaan ini adalah hasil pengubahan sinyal sensormenjadi sinyal analog besaran listrik (Ampere) dan direkam dengan perekamjenis galvanometer. Pengolahan secara elektronik dimungkinkan denganmengubah sinyal analog dari ke dua fotosel menjadi sinyal digital danmengaitkannya pada gerakan translasi poros yang menggeserkan modulsensor sepanjang harga sampel kekasaran permukaan.

5.3 PENUNJUK BERSKALA

Skala adalah jajaran garis yang beraturan dengan jarak antara garis(pits) yang tertentu dan mempunyai arti tertentu (kecermatan). Kerapatanatau jarak antar garis dibuat supaya mata dapat melihat garis-garis tersebutsecara mudah dan jelas terpisah, baik yang dirancang dengan atau tanpabantuan sistem optik (lensa pembesar). Jajaran garis ini terletak pada suatubidang yaitu bidang skala. Biasanya bidang skala berupa bidang rata namunada pula yang merupakan bidang lengkung sebagai permukaan silinder.Garis-garis ini bisa berjajar lurus (skala lurus) atau melengkung (skalabusur), lihat gambar 10.

Jarak antara dua garis skala alat ukur geometrik dapat berarti bagiandari meter atau bagian dari derajat dan merupakan kecermatan alat ukur.Secara visual pembacaan dilakukan dengan mengusahakan mata (sumbuoptiknya) terletak pada bidang baca. Bidang baca ini mengandung garisindeks atau jarum penunjuk dan merupakan bidang yang diusahakan tegaklurus atau normal terhadap bidang skala. Bidang baca, pada mana garisindeks atau jarum penunjuk terletak, bergerak relatif terhadap bidang skala.Pada suatu saat (saat dimulainya pembacaan), posisi garis indeks atau jarum

penunjuk pada skala menyatakanharga sebagai has i l suatupengukuran.

Gambar 10

Skala merupakan jajarangaris yang tersusun pada bidangskala rata atau bidang skala silin-der. Pembacaan dilakukan padabidang baca yang tegak lurus ataunormal terhadap bidang skala.Pada bidang skala jajaran garistersebut bisa lurus ataupunmembentuk busur lingkaran. Jarakfisik (mm) antar garis skala (pits)dirancang dengan memperhatikanaspek keterbacaan, kepekaan,dan kecermatan alat ukur.Selanjutnya, aspek ketepatan danketelitian juga perlu diperhatikandalam proses pengukuran.


Garis nol nonius (garis indeks) segarisdengan garis A skala utama.u = jarak satu bagian skala utaman = jarak satu bagian skala noniusk = u - n

Garis nol nonius tergeser sejauh k darigaris A; garis pertama nonius segarisdengan salah satu garis skala utama.

Garis nol nonius tergeser sejauh 2k darigaris A; garis kedua nonius segarisdengan salah satu garis skala utama.

5.3.1 Skala Nonius (Nonius/Vernier Scale)

Pada saat pembacaan skala dilakukan, tidak selalu garis indekspersis segaris dengan garis skala melainkan terletak di antaranya. Dalamsituasi seperti ini dapat ditempuh salah satu cara berikut, dengan memisalkanskala memiliki nilai yang membesar ke kanan:

1. Memenggal (truncating); menuliskan harga skala di sebelah kiri garisindeks, bila garis indeks belum sampai pada garis skala di sebelahkanan.

2. Membulatkan (rounding); menuliskan harga skala di sebelah kiri garisindeks (membulatkan ke bawah; rounding-down) bila garis indeksdiperkirakan belum sampai pertengahan jarak antara dua garis skalaatau menuliskan harga skala di sebelah kanan garis indeks(membulatkan ke atas; rounding-up) jika garis indeks terletak dipertengahan atau melewatinya.

3. Menginterpolasikan (interpolating); menuliskan harga skala di sebelah kirigaris indeks dan menambahkan fraksi (bagian) yang merupakanperkiraan posisi garis indeks di antara ke dua garis skala. Biasanyajarak garis indeks tersebut diperkirakan dahulu relatif terhadap garisskala di kiri, garis skala di kanan, atau di pertengahan.

Cara 1 atau 2, yang dipakai secara taat azas (konsisten), digunakanbila keterulangan (ketepatan) proses pengukuran relatif rendah. Cara 3dapat dipakai, secara konsisten!, bila ketepatan proses pengukuran relatiftinggi, dengan menuliskan harga interpolasi sebagai angka terakhir yangditaruh dalam tanda kurung misalnya 19.(8)".

Menginterpolasi posisi garis indeks secara kira-kira, sebagaimanacara 3, dapat diperbaiki dengan cara interpolasi yang pasti. Untuk itu, garisindeks dibantu dengan jajaran beberapa garis yang dibuat menyerupai skaladan disebut dengan skala nonius#. Garis indeks menjadi salah satu garispada skala nonius dan diberi tanda dengan angka nol (pada gambar 11 garisindeks menjadi garis nonius permulaan; garis nol nonius). Supaya takmembingungkan, dalam hal ini skala (pada mana posisi garis indeks inidiinterpolasi) perlu disebut dengan nama: skala utama.

Prinsip pemakaian skala nonius dapat dijelaskan dengan memakaigambar 11. Skala alat ukur (skala utama) misalnya memiliki pits (jarak antargaris) sebesar u dan skala nonius yang digambarkan di bawahnya dibuat de-ngan pits sebesar n (n < u). Selisih antara u dengan n sebesar k (k = u - n)menentukan rancangan pembacaan (penginterpolasian) posisi garis indeks.

Gambar 11 Prinsip Skala Nonius (satu

dimensi).

Jika garis indeks (garis nol nonius)berada pada posisi yang segaris dengan salahsatu garis pada skala utama maka pada saat

! Dilarang keras! mencampur adukkan ke tiga cara ini pada suatu proses pengukuran yang berulang.

" - bila cara 1 digunakan, contoh ini akan dituliskan sebagai 19- bila cara 2 diterapkan, contoh ini akan dituliskan sebagai 20- bila cara 3 dipakai dengan tanpa menuliskan angka interpolasi dalam tanda kurung, yaitu 19.8 ,

maka orang lain akan mengira bahwa proses pengukuran dilakukan dengan alat ukur yangmemiliki kecermatan skala sebesar 0.1 atau 0.2 .

# Kadang disebut dengan skala vernier sesuai dengan nama penemu teknik interpolasi posisi garisindeks (Nonius dan Vernier).


Tahun 2015


Interpolasi secarakira-kira diikuti

dengan interpola-si secara pasti:skala nonius

Garis nol nonius belum melewati sete-ngah bagian skala utama.

Garis nol nonius telah melewati setengahbagian skala utama, pembacaan diulangmulai dari garis nol nonius.

itu hasil pengukuran dibaca sama dengan nilai garis skala utama, misalnyaA. Bila garis nol nonius tergeser ke kanan sebesar k maka garis pertamanonius akan menjadi segaris dengan garis skala utama berikutnya (A+1).

Seandainya garis nol nonius tergeser lebih ke kanan sejauh 2k (dariposisi garis A) maka garis kedua nonius yang menjadi segaris dengan salahsatu garis skala utama (A+2). Proses pergeseran ini dapat dilakukan terussampai akhirnya garis nol nonius menjadi segaris kembali dengan garis skalautama (A+1).

Dengan demikian, pembacaan hasil pengukuran adalah denganmencari garis nonius yang keberapa yang benar-benar berimpit dengan salahsatu garis skala utama. Dan ini dapat dilakukan dengan cepat bila terlebihdahulu cara ke 3 di atas diterapkan yaitu dengan interpolasi posisi garisindeks (garis nol nonius) secara kira-kira.

Jarak k menggambarkan kecermatan pembacaan posisi garisindeks dengan memakai skala nonius. Jadi dengan kata lain, pengaruhpemakaian skala nonius adalah menaikkan kecermatan alat ukur !.Semakin kecil k maka kecermatannya semakin tinggi, artinya penentuanposisi garis nol nonius relatif terhadap suatu garis skala utama menjadisemakin pasti. Akan tetapi, semakin kecil k memerlukan lebih banyak garispada skala nonius. Sebab, jumlah garis nonius (kecuali garis nol nonius) ataujumlah bagian skala nonius adalah sama dengan 1/k buah. Dengan demikiank tidak boleh terlalu kecil, untuk:

- mempermudah pembacaan, yaitu dalam menentukan garis nonius manayang menjadi segaris dengan skala utama, dan

- membatasi panjang skala nonius, supaya kapasitas pengukuran takmenjadi jauh berkurang gara-gara keefektifan panjang skala utamaterkurangi oleh panjangnya skala nonius.

Supaya skala nonius tidak begitu panjang (tidak memakan tempatdan mengurangi keefektifan skala utama), maka skala nonius dapatdirancang hanya dengan setengah panjang keseluruhannya. Dalam hal inisetiap bagian skala utama harus dibagi dua dan pembacaan dapat diulangimulai dari garis nol nonius setelah setengah bagian skala utama dilewati, lihatgambar 12.

Gambar 12 Setiap bagian skala utamaharus dibagi menjadi duabagian, apabila skala no-nius dirancang hanyasetengah panjang aslinya.

Beberapa contoh cara pembacaan dengan memakai skala noniusditunjukkan pada gambar 13. Untuk garis nol nonius yang tidak segarisdengan garis skala utama maka penunjukan berharga sama dengan hargaskala utama sesudah garis nol nonius ditambah dengan harga garis skalanonius yang segaris dengan salah satu garis skala utama. Perhatikan teknikpenandaan/penomoran garis-garis skala nonius.

Tabel 4 berikut memperlihatkan beberapa contoh kecermatan skalanonius yang digunakan pada beberapa alat ukur seperti mistar ingsut danbusur bilah.

! Bila hanya ada garis indeks saja maka kecermatan alat ukur sama dengan kecermatan skala (artijarak antar garis-garisnya).Hasil pengukuran dituliskan dengan tanpa memakai tanda kurung pada angka terakhir; misalnya 19.98 bila kecermatan pembacaan nonius adalah 0.02.


Tahun 2015


Tabel 4 Skala nonius (satu dimensi).

KecermatanBesar u padaskala utama

Skala nonius

* skala nonius yangmenunjukkansetengah hargajarak skala utama.

+ digunakan padaalat ukur sudutdengan skala yangdibuat pada busurdengan radiusyang besar, misal-nya padaproyektor-profil.

** u sama dengan duabagian skala uta-ma.

Besar npada skala

noniusJumlahbagian

Panjang/besarkeseluruhan

1 mm 0,9 mm 10 9 mm

1 mm2 mm **

0,95 mm1,95 mm

2020

19 mm39 mm

1 mm1 mm

0,98 mm0,98 mm

5025

49 mm24,5 mm *

1o 12 11o +

2o 12 23o

1o 30 29,5o *+

Angka yang dicantumkan pada skala nonius menyatakan sepersepu-luh harga skala utama (dalam menit kalau skala utama dalam derajat). Bagiskala nonius dengan setengah panjang aslinya, jika garis nol nonius telahmelewati setengah bagian skala utama, maka dilakukan penambahan angkalima pada setiap angka skala nonius (atau menambah tiga puluh menit untukskala utama dalam derajat).

5.3.2 Skala Mikrometer

Skala pada semua jenis mikrometer dibuat pada dua bagianmikrometer, pertama pada silinder tetap (disebut skala tetap) dan keduapada silinder putar (dinamakan skala putar). Tepi silinder putar berfungsisebagai garis indeks untuk pembacaan skala tetap (pembacaan “kasar”).Garis aksial sepanjang skala tetap berfungsi sebagai garis indeks untukpembacaan skala putar (pembacaan “halus”), lihat gambar 14.

Biasanya untuk satu kali putaran, tepi silinder putar akan menggesersejauh setengah skala tetap (0.5)!. Oleh karena itu, angka pada skala putarbermula dan berakhir pada angka 0 yang juga berarti angka 50 apabilapembagian skala putar adalah 50 buah. Dengan demikian, satu bagian skalaputar setara dengan jarak 0.01 mm. Apabila tepi silinder putar telah melewatisetengah bagian skala tetap, maka angka pada skala putar yang ditunjukgaris indeks (misalnya 48) harus ditambah dengan 50 (menjadi 98).

! Ulir utama mikrometer mempunyai pits sebesar 0.5 mm. Beberapa mikrometer mempunyai pitssebesar 1 mm, dalam hal ini untuk satu kali putaran akan menggeser silinder putar sejauh 1 mm.


Tahun 2015


Gambar 13 Contoh pembacaan posisi garis indeks (garis nol nonius)pada berbagai jenis skala nonius (satu dimensi). Untukmempercepat pencarian garis nonius yang berimpit dengangaris skala utama serta untuk menghindarkan kekeliruanpembacaan, terlebih dahulu perlu dilakukan interpolasi garisindeks secara kira-kira. Kemudian, barulah pandangandiarahkan pada daerah di mana garis nonius yang menjadisegaris dengan garis skala utama bakal ditemukan.


Tahun 2015


Gambar 14 Pembacaan skala mikrometer dengan kecermatan 0.01 mm.

Gambar 15 Pembacaan skala mikrometer dengan skala nonius.

Beberapa mikrometer mempunyai silinder putar dengan diameteryang relatif besar, dengan demikian pembagian skala putar dapat diperhalus.Kecermatan sampai 0.002 mm dapat dicapai dengan membuat pembagianskala putar menjadi 250 buah!.

Jika silinder putar berdiameter kecil, misalnya untuk jenis mikrometertiga sensor pengukur lubang berdiameter kecil, pembagian skala putar tidakbisa terlalu cermat (misalnya hanya 10 bagian). Dalam hal ini dapatdigunakan bantuan skala nonius (satu dimensi). Garis indeks pembacaanhalus (garis aksial pada skala tetap) menjadi garis nol nonius dan garis-garislainnya berjajar aksial mengelilingi silinder tetap di dekat tepi silinder putar.Gambar 15 memperlihatkan skala nonius untuk menaikkan kecermatanpembacaan skala putar. Dengan contoh seperti ini kecermatan mikrometerdinaikkan dari 0.01 mm menjadi 0.001 mm.

5.3.3 Skala Dengan Jarum Penunjuk

Alat ukur pembanding (komparator) umumnya mempunyai jarumpenunjuk yang bergerak relatif terhadap skala yang diam. Gerakan jarumpenunjuk dapat berdasarkan prinsip kerja mekanik ataupun elektrik. Prinsipkerja mekanik dipakai pada alat ukur dengan pengubah mekanik, sedangprinsip kerja elektrik digunakan pada alat ukur dengan pengubah elektrik.

! Bila 0.5 mm dibagi menjadi 250 bagian berarti 1 bagian skala putar setara dengan 0.002 mm.Kecermatan yang setinggi ini dapat dipertanggungjawabkan jika pits mikrometer dibuat denganketelitian yang sangat tinggi dan pemakaiannya dilaksanakan sesaksama mungkin.


Tahun 2015


Gambar 16 Parallaks dan cara menghindarinya.

Penunjuk jenis elektrik ini sesungguhnya merupakan suatu alat ukurbesaran lain (bukan besaran panjang). Dapat merupakan voltmeter (yangmengukur besaran tegangan listrik) atau berupa amperemeter (yangmengukur besaran arus listrik). Dalam hal ini skalanya telah disesuaikan(dikalibrasi) menjadi penunjukan besaran panjang.

Suatu kesalahan pembacaan yang dikenal dengan nama parallaksdapat terjadi pada waktu membaca posisi jarum penunjuk relatif terhadapskala. Parallaks akan terjadi bila pengamat tidak mengusahakan (salah satu)matanya kira-kira terletak pada bidang baca. Bidang baca adalah bidangyang mengandung garis jarum penunjuk dan tegak lurus bidang skala, lihatgambar 16.

Cermin yang dilekatkan pada bidang skala dapat digunakan untukmembantu pengamat supaya dapat memosisikan matanya (sebelah kananatau sebelah kiri) sehingga berada pada bidang baca. Bila mata pengamattidak berada pada bidang baca maka ia akan melihat bayangan jarumpenunjuk pada cermin. Mata digerakkan sedikit ke kanan/kiri dan pembacaanposisi jarum penunjuk pada skala boleh dilakukan setelah jarum penunjukmenutupi bayangannya.

Kesalahan akibat parallaks dapat dikurangi dengan membuat letakjarum penunjuk sangat dekat dengan bidang skala. Dan kesalahan ini bisaditiadakan jika jarum penunjuk menempel pada bidang skala. Tentu saja halyang terakhir ini tak bisa dilakukan kecuali bila jarum penunjuk bukanmerupakan jarum yang nyata melainkan hanya sebagai bayangan jarum yangdiproyeksikan oleh sistem optik ke bidang skala.

6 SIFAT UMUM ALAT UKUR

Alat ukur merupakan alat yang dibuat oleh manusia, oleh karena ituketidaksempurnaan merupakan ciri utamanya. Meskipun alat ukur direncana-kan dan dibuat dengan cara yang paling saksama, ketidak sempurnaan samasekali tidak bisa dihilangkan. Justru dalam kendala ketidaksempurnaan inialat ukur sering dianggap sebagai cukup baik untuk digunakan dalam suatuproses pengukuran asalkan pengguna memahami keterbatasannya. Untukmenyatakan sifat-sifat atau karakteristik alat ukur digunakan beberapa istilahteknik yang sewajarnya diketahui supaya jangan menimbulkan keraguan dankesalahtafsiran dalam mengkomunikasikan hasil pengukuran.

Beberapa istilah teknik seperti rantai-kalibrasi, kecermatan,kepekaan, keterbacaan, histerisis, kepasifan, kestabilan-nol, dan pengam-bangan akan diuraikan dalam bab ini. Dengan memahami istilah yangdikaitkan dengan ketidaksempurnaan alat ukur geometrik ini diharapkan akan


Tahun 2015


menyadarkan kita untuk lebih memperhatikan istilah-istilah lain yangdigunakan untuk menyatakan ketidaksempurnaan sistem optik, sistemmekanik, sistem elektronik, sistem pengolahan data, proses pembuatan dansebagainya.

6.1 RANTAI KALIBRASI (CALIBRATION-CHAIN) & KETERLACAKAN (TRACE-ABILITY)

Kalibrasi (peneraan) pada dasarnya serupa dengan pengukuranyaitu membandingkan suatu besaran dengan besaran standar. Dalamkalibrasi yang diukur adalah objek ukur yang diketahui “harga sebenarnya”yang menjadi acuan kalibrasi. Harga sebenarnya adalah harga yangdianggap benar dalam kaitannya dengan “tingkat kebenaran” yangdiperlukan oleh alat ukur yang dikalibrasi.

Tingkat kebenaran! mengandung makna praktis. Untuk menjaminhubungannya dengan satuan standar panjang internasional maka alat ukurbesaran panjang yang digunakan oleh operator mesin perkakas (alat ukurkerja) dapat diperiksa melalui suatu prosedur kalibrasi. Jika suatu prosedurkalibrasi ini dianggap sebagai suatu mata rantai maka rantai kalibrasi(calibration-chain) akan mencakup rangkaian mata rantai sbb.:

Tingkat 1 Kalibrasi alat ukur kerja dengan memakai acuan alat ukurstandar kerja.

Tingkat 2 Kalibrasi alat ukur standar kerja dengan memakai acuan alatukur standar.

Tingkat 3 Kalibrasi alat ukur standar dengan acuan alat ukur standardari tingkatan yang lebih tinggi (standar nasional atau yangtelah ditera secara nasional).

Tingkat 4. Kalibrasi standar nasional dengan acuan standar meter(internasional).

Mata rantai tingkat 1 dan mungkin juga tingkat 2 dapat dilakukansendiri oleh industri mesin yang bersangkutan, sedangkan tingkat 3 danmungkin juga tingkat 4 dapat dilaksanakan oleh beberapa LaboratoriumMetrologi Industri yang diberi wewenang. Kewenangan ini diwujudkanpemerintah melalui sistem akreditasi kalibrasi" yang menjadi salah satukegiatan jaringan kalibrasi nasional.

Dengan menjalankan sistem kalibrasi berantai maka setiap alat ukurakan memiliki keterlacakan (keterusutan, ketelusuran; traceability) yaitusampai sejauh mana mata rantai kalibrasi dirangkai. Jika secarameyakinkan# seseorang (badan) dapat menyatakan bahwa keterlacakansuatu alat ukur (misalnya alat ukur kerja) adalah sampai pada rantai ke 2berarti alat ukur tersebut pernah dikalibrasi dengan memakai acuan standarkerja yang mana acuan standar kerja ini pernah dikalibrasi dengan alat ukurstandar. Selanjutnya, akan menjadi tugas dan kewajiban badan yangmelaksanakan kalibrasi tingkat 2 untuk menjamin bahwa alat ukur standaryang dipakainya memiliki keterlacakan sampai tingkat nasional atauinternasional.

Tingkatan atau mata rantai kalibrasi 1 s.d. 4 ini menggambarkansistematika penyambungan rantai. Tergantung pada kondisi fisik alat ukuryang akan dikalibrasi yang harus disesuaikan dengan kondisi fisik alat ukuracuan maka mata rantai ini dapat menjadi lebih banyak atau sebaliknya; lebihsedikit. Mungkin pula menimbulkan untaian yang paralel, yang mencabangmulai dari salah satu mata rantai, kesemuanya menggambarkan rangkaiankalibrasi mulai dari alat ukur kerja sampai dengan alat ukur standarinternasional.

! Sering dinamakan dengan tingkat ketelitian. Penulis mencantumkan istilah tingkat kebenarandengan alasan istilah ketelitian ini memerlukan penjelasan lebih lanjut.

" Penilaian kemampuan suatu badan untuk melakukan kalibrasi alat ukur yang mencakup jenisbesaran, bentuk acuan kalibrasi, dan prosedur kalibrasi.

# Dilengkapi bukti tertulis; sertifikat yang sah (disahkan secara bertingkat yang termasuk dalamprosedur kalibrasi bertingkat).


Tahun 2015


Perhatikanketerkaitan anta-

ra satu istilahdengan

istilah lain!

Secara teoretik rantai kalibrasi kelihatannya mudah dilaksanakan.Dalam kenyataannya hal ini tidak mudah untuk dipraktekkan. Banyak industrinasional yang masih belum memahami bahwa mengukur adalah samapentingnya dengan membuat!. Jalan pintas sering ditempuh industri nasionalguna memiliki sertifikat kalibrasi berbagai peralatan ukur yang dimilikinyadalam rangka memenuhi persyaratan untuk memperoleh pengakuan standarkualitas pembuatan secara menyeluruh misalnya yang dikeluarkan badanakreditasi internasional dalam menerbitkan sertifikat ISO seri 9000.

Setiap alat ukur yang dibeli di pasaran, yang tak memiliki maupunyang memiliki sertifikat keterlacakan (keterlacakan nasional dari negara dimana pabrik pembuat berada), perlu dikalibrasi-ulang setelah sekian lamadipakai. Jangka waktu pengkalibrasian-ulang sangatlah beragam tergantungpada jenis alat ukur dan intensitas pemakaian. Meskipun tidak ada sangsimenurut hukum (kecuali alat ukur yang dipakai dalam perdagangan yangdiatur dalam undang-undang kalibrasi metrologi legal) kalibrasi ulangdiperlukan karena kemungkinan adanya perubahan kondisi alat ukur(misalnya keausan dan/atau kemerosotan fungsi komponen yang merupakanbagian sensor, pengubah, atau penunjuk).

Secara terperinci prosedur kalibrasi untuk setiap jenis alat ukurgeometrik dibahas pada buku pedoman kalibrasi yang dikeluarkan sebagaistandar nasional. Dalam prosedur tersebut dicantumkan kesalahan yangmasih diperbolehkan (ditolerir) bila ada perbedaan antara harga yangditunjukkan alat ukur dengan harga acuan (harga yang dianggap benar dalamtingkatan kalibrasi yang dimaksud).

6.2 KECERMATAN (RESOLUTION)

Kecermatan alat ukur ditentukan oleh kecermatan skala dengan carapembacaannya. Bagi skala yang dibaca melalui garis indeks atau jarumpenunjuk kecermatan alat ukur sama dengan kecermatan skala yaitu artijarak antar garis skala". Bila dibaca dengan pertolongan skala nonius makakecermatan alat ukur sama dengan kecermatan interpolasi nonius. Jikadigunakan penunjuk digital kecermatan alat ukur diwakili oleh angka palingkanan (angka satuan terkecil).

Kecermatan dirancang sesuai dengan rancangan bagian pengubahdan penunjuk alat ukur dengan memperhatikan kepekaan, keterbacaan, dankapasitas ukur. Kecermatan alat ukur biasanya bersifat tetap tetapi ada pulaalat ukur (terutama jenis komparator) yang kecermatannya dapat diatur(diset, disetel; adjustable). Alat ukur dengan pengubah elektrik (atau prinsipkerja gabungan dengan isyarat akhir berupa besaran listrik) dengan bagianpenunjuk/pencatat elektrik sering dilengkapi dengan attenuator pemilih hargapembesaran (magnification). Pembesaran yang dipilih akan mengubah artijarak antar garis-garis skala (skala pada kertas grafik) sehingga dapatmengubah kecermatan.

Alat ukur dipilih sesuai dengan kecermatannya yang dikaitkan denganbesar-kecilnya daerah toleransi objek ukur#. Prosedur pengukuran perludiikuti dengan saksama supaya kecermatan alat ukur bermanfaat danmempunyai makna pada hasil akhir (hasil proses pengukuran$) yang dalamhal ini sering dinyatakan dengan istilah ketepatan (keterulangan, precision,repeatability) dan ketelitian (keakuratan, kebenaran; accuracy).

! Tak dinamakan membuat produk jika kita tidak tahu apa yang telah kita buat gara-gara kita takmampu mengukur karakteristik produk ybs.

" Jarak fisik (panjang) antar garis skala sering dinamakan dengan pits dan dinyatakan dalam satuanmm. Misalnya, suatu komparator dengan kecermatan 0.001 mm dapat mempunyai skala denganpits sebesar 1 mm.

# Kecermatan alat ukur sebaiknya # 1/10 besar daerah toleransi. Karena keterkaitan ini makamenurut penulis besar kecilnya daerah toleransi objek ukur bisa dikatakan sebagaikecermatan sasaran/target.

$ Kadang dikatakan sebagai kecermatan proses pengukuran.


Tahun 2015


Definisikepekaan secara

matematik

6.3 KEPEKAAN (SENSITIVITY)

Kepekaan alat ukur ditentukan terutama oleh bagian pengubah,sesuai dengan prinsip kerja yang diterapkan padanya. Dalam hal ini,kepekaan alat ukur adalah kemampuan alat ukur untuk menerima,mengubah dan meneruskan isyarat sensor (dari sensor menuju ke bagianpenunjuk, pencatat, atau pengolah data pengukuran).

Tidak semua alat ukur memiliki kepekaan, misalnya penggaris ataumistar, sebab alat tersebut tak memiliki bagian pengubah. Kepekaan bisaberkaitan dengan kecermatan dan keterbacaan skala alat ukur. Biasanya alatukur dengan kecermatan rendah juga mempunyai kepekaan yang rendah,dan sebaliknya. Tetapi tak selalu demikian, karena skala dapat dibuat denganpits yang berbeda-beda dapat saja dua alat ukur yang sejenis, A dan B,memiliki kecermatan yang sama tetapi kepekaannya berbeda. Untuk suatuperubahan kecil bagi besaran yang diukur, jika alat ukur A lebih jelasmenunjukkan suatu perbedaan jarak gerakan jarum penunjuk daripada yangditunjukkan oleh alat ukur B, maka dikatakan alat ukur A lebih peka (sensitif)daripada alat ukur B, perhatikan gambar 17.

Gambar 17 Dengan melakukan kalibrasi, berdasarkan grafik antara keluaran (jarak pergeseranjarum penunjuk; Y, mm) sebagai fungsi linear masukan (besaran panjang acuan yangdiketahui besarnya; x, mm) dapat ditentukan kepekaan alat ukur. Garis linear denganharga kemiringan (slope) yang besar mencirikan kepekaan yang tinggi. Kapasitas alatukur ditentukan oleh besar kecilnya daerah linear. Tergantung pada pits skala (jarakfisik garis-garis skala) dan harga kepekaan maka kecermatan alat ukur terdefinisikan.

Secara matematik kepekaan didefinisikan sebagai kemiringan (slope)grafik antara keluaran (Y; output) sebagai fungsi linear masukan (x; input),yaitu:

Kepekaan : dY / dx ; [ satuan Y / satuan x ]

Kelinearan grafik merupakan syarat penting supaya pits skala dapat dibuatberaturan sehingga kecermatan (arti jarak pits tersebut) di mana saja dalamdaerah tertentu akan sama harganya. Daerah ini merupakan daerah kerjaalat ukur sehingga dapat dinamakan sebagai daerah ukur yang menentukankapasitas ukur.

Sesuai dengan isyarat akhir dengan besaran tertentu, misalnyavoltase listrik, maka bagian penunjuk alat ukur besaran panjang bisamerupakan suatu alat ukur lain yakni Voltmeter. Melalui kalibrasi dapat dibuatgrafik yang menggambarkan besaran keluaran (misalnya mV) sebagai fungsidari besaran masukan (mm). Jadi, dalam hal ini kepekaannya akan memilikisatuan [ mV / mm ]. Bila skala voltmeter ini tak diganti maka pengamat harusmengubah harga setiap penunjukan [ mV ] dengan memakai harga kepekaantersebut menjadi besaran panjang [ mm ].


Tahun 2015


6.4 KETERBACAAN (READABILITY)

Karena pengamat akan dapat lebih mudah dan cepat membaca hasilpengukuran maka, secara umum, keterbacaan penunjuk digital dikatakanlebih tinggi daripada keterbacaan skala dengan jarum penunjuk, garis indeks,atau garis indeks dengan skala nonius. Istilah keterbacaan dalam metrologisecara khusus lebih dikaitkan pada bagian penunjuk dengan skala.

Bagi alat ukur pada bagian penunjuk dengan skala, seperti yang telahdisinggung di depan, keterbacaannya dirancang dengan memperhatikan pits,kepekaan, dan kecermatan. Pits atau jarak fisik antara garis-garis skala yangdibuat tak terlalu jauh dan tak terlalu dekat ( 1 s.d. 2 mm) akan memudahkanpengamatan. Dengan membuat garis-garis skala yang tipis serta jarumpenunjuk yang tipis dapat menaikkan keterbacaan dalam arti menghindarkanterjadinya keraguan pembacaan.

Sebagaimana yang telah diulas pada skala nonius, interpolasipembacaan posisi garis indeks dengan memakai skala nonius juga dibuatdengan memperhatikan aspek keterbacaan. Semakin cermatpenginterpolasian nonius, selain memerlukan jumlah garis nonius yangbanyak, akan menyulitkan pemilihan garis skala nonius yang mana yangbetul-betul berimpit dengan skala utama, jadi keterbacaannya akan menurun.Perlu dicatat, kesalahan pembacaan gara-gara pengamat tak pahammemakai skala nonius bukan berarti rendahnya keterbacaan skala noniusmelainkan kebodohan pengamat.

6.5 HISTERISIS (HISTERYSIS)

Histerisis adalah perbedaan atau penyimpangan yang timbulsewaktu dilakukan pengukuran secara berkesinambungan dari dua arahyang berlawanan (mulai dari skala nol hingga skala maksimum kemudiandiulangi dari skala maksimum sampai skala nol). Histerisis muncul karenaadanya gesekan pada bagian pengubah alat ukur.

Suatu jam-ukur dapat digunakan untuk mengukur ketinggian yangberubah secara berkesinambungan naik dan diulangi dengan secaraberkesinambungan turun, sebagaimana yang diperlihatkan pada gambar 18.Dudukan jam-ukur digeserkan di atas meja-rata sehingga sensor jam-ukurmenggeser di atas permukaan batang-miring (batang-sinus).

Apabila kesalahan pembacaan jam-ukur digambarkan sebagai fungsiketinggian yaitu antara harga kesalahan sebagai sumbu tegak sedang sumbudatar adalah harga sebenarnya, dapat diperoleh bentuk

Gambar 18

Histerisis yang dapat terjadipada jam-ukur. Kurva kesalahansaat “pembacaan naik” tak berimpitdengan kurva “pembacaan turun”.Dalam contoh ini gesekan poros-ukur pada dinding bantalan-luncuradalah penyebabnya. Karena gese-kan mekanik ini berkaitan dengankekasaran dua permukaan (porosdan bantalan) yang dipertemukandan berciri khas untuk setiap posisiporos ukur maka umumnya histeri-sis memiliki keterulangan yangberkaitan dengan posisi poros-ukur.

kurva kesalahan seperti gambar 18.Meskipun kesalahan adalah halyang wajar terjadi, kesalahan ini

seharusnya sama dalam arti kurva pembacaan naik berimpit dengan kurvapembacaan turun.

Pada contoh jam ukur seperti di atas, histerisis disebabkan olehperbedaan gaya yang dialami poros-ukur. Sewaktu poros bergerak ke atasakan melawan gaya gesek serta gaya pegas-penekan, sewaktu bergerakturun poros menerima gaya pegas-penekan dan melawan gesekan. Supaya


Tahun 2015


histerisis tidak terjadi, gesekan pada poros dengan bantalannya harusdihilangkan atau setidak-tidaknya diperkecil.

Pengaruh histerisis dapat dikurangi apabila pengukuran dilakukansedemikian rupa sehingga hanya sebagian kecil saja dari skala alat ukurtersebut yang digunakan (perubahan posisi jarum penunjuk diusahakanhanya melewati beberapa garis skala). Oleh sebab itu, pengukuran dengancara tak langsung sebaiknya dilakukan dengan memilih/mengatur tinggi alatukur standar (susunan blok ukur) sehingga sama dengan tinggi objek ukur.Bila ada selisih ketinggian maka harga yang ditunjukkan komparator akanrelatif kecil (hanya dalam beberapa mikrometer).

6.6 KEPASIFAN / KELAMBATAN REAKSI (PASSIVITY)

Sepintas istilah kepasifan ini terasa memiliki konotasi kebalikan darikepekaan, tapi tidaklah demikian. Jika kepekaan dikaitkan dengan kemampu-an menerima, mengolah dan meneruskan isyarat sensor maka kepasifandikaitkan dengan waktu yang digunakan “perjalanan isyarat” mulai darisensor sampai pada penunjuk. Suatu alat ukur dapat memiliki kepekaantinggi dengan kepasifan yang tinggi atau sebaliknya, sebab antara kepekaandan kepasifan tak ada keterkaitan.

Kepasifan yang rendah sangat menguntungkan sebab alat ukur cepatreaksinya. Alat ukur, terutama bagian pengubahnya, dirancang denganmemperhatikan hal ini. Suatu kondisi terburuk harus dihindari yaitu kepekaanyang rendah dikombinasikan dengan kepasifan yang tinggi. Dalam hal iniisyarat akibat suatu perubahan kecil yang dideteksi sensor tidak sampai kebagian penunjuk. Beberapa contoh kepasifan antara lain:

- Kepasifan pada alat ukur jenis mekanik yang disebabkan oleh pengaruhkelembaman, misalnya besarnya masa komponen dan pegas yangtidak elastik sempurna,

- Kepasifan dapat terjadi pada alat ukur jenis pneumatik dengan sistemtekanan balik yaitu bila pipa elastik yang menghubungkan sensordengan ruang perantara terlalu panjang (lihat gambar 3.30). Karenavolume udara (yang diukur tekanannya) terlalu besar, maka penga-ruh kompresibilitas dari udara menjadi terasa, akibatnya barometerakan terlambat bereaksi, dan

- Kepasifan dapat dialami alat ukur jenis elektrik (resolver & inductosyn) atauoptoelektrik jika kecepatan komponen yang diukur jarak gerakannyamelebihi kecepatan maksimum sesuai dengan kemampuan/kecepat-an penghitung elektroniknya. Dalam hal ini isyarat yang dikeluarkansensor tak sampai pada bagian penunjuk digital.

6.7 PERGESERAN (SHIFTING, DRIFT)

Pergeseran terjadi bila jarum penunjuk atau pena pencatat bergeserdari posisi yang semestinya. Proses pergeseran biasanya berjalan lambatdan pengamat tak menyadari gara-gara jarum penunjuk atau pena pencatatberfungsi secara dinamik mengikuti perubahan isyarat sensor. Pergeseranbisa diamati dengan jelas bila selama isyarat sensor tak diubah (sensordiusahakan pada posisi tetap; nol atau harga tertentu) secara perlahan danpasti posisi jarum penunjuk atau pena pencatat bergeser ke satu arah. Jadi,pergeseran merupakan suatu penyimpangan yang membesar denganberjalannya waktu.

Keadaan ini sering dialami oleh alat ukur dengan pengubah dan/ataupencatat elektrik. Karena perubahan temperatur (di dalam alat ukur tersebut)dapat mempengaruhi sifat-sifat komponen elektroniknya yang kualitasnyarendah atau yang mengalami proses degenerasi alias penuaan.

Untuk memastikan bahwa data pengukuran yang diperoleh selamajangka waktu tertentu tidak “dicemari oleh pergeseran” maka sebaiknyadilakukan pengecekan ulang dengan periode tertentu. Dengan mengulangproses pengukuran bagi objek ukur acuan (standar atau yang dipilih).

6.8 KESTABILAN NOL (ZERO STABILITY)

Jikalau pergeseran merupakan perubahan yang menyebabkanpenyimpangan yang membesar dengan berjalannya waktu, kestabilan nol


Tahun 2015


juga menjadi penyebab penyimpangan tetapi dengan harga yang tetapatau berubah-ubah secara rambang (acak) tak stabil.

Serupa dengan pergeseran, kestabilan nol dapat diperiksa secaraperiodik dengan melakukan pengukuran ulang dengan menggunakan objekukur acuan (standar atau yang dipilih) sehingga alat ukur menunjukkan hargaacuan (nol atau harga tertentu). Jika harga ini berubah-ubah secara acak(kadang besar, kecil, positif, negatif, atau tak ada perubahan) pada setiap kalipengecekan berarti kestabilan nol alat ukur (sistem pengukuran) tidak baik.

Bagi sistem pengukuran geometrik penyebab ketidakstabilan nolumumnya karena ketidakkakuan sistem pemegang alat ukur dan/atau bendaukur, kelonggaran sistem pengencang, atau keausan sistem pemosisi (alatbantu cekam-posisi; fixtures).

6.9 PENGAMBANGAN / KETAKPASTIAN (FLOATING)

Pengambangan terjadi apabila jarum penunjuk selalu berubahposisinya (bergetar) atau angka terakhir/paling kanan dari penunjukdigital berubah-ubah. Hal ini disebabkan oleh adanya gangguan (noise)yang menyebabkan perubahan-perubahan yang kecil yang “dirasakansensor” yang kemudian diperbesar oleh bagian pengubah alat ukur. Semakincermat dan peka alat ukur, kemungkinan terjadinya pengambangan sewaktuproses pengukuran berlangsung adalah besar. Oleh sebab itu, alat ukur yangcermat dan peka harus dipakai dengan cara yang saksama (hati-hati),getaran pada sistem pengukuran (alat ukur dan/atau benda ukur) tidak bolehterjadi.

CATATAN

Dari pembahasan mengenai beberapa sifat alat ukur ini jelaslah bahwa ketidaksempurnaanmerupakan hal yang wajar bagi alat ukur. Dalam hal ini merupakan kewajiban pemakai untukmenyadari kelemahan tersebut dan diusahakan untuk tidak “memperparah ketidaksempurnaan”.Semakin sering alat ukur dipakai umumnya akan semakin menonjol ketidaksempurnaannyadikarenakan oleh keausan, degradasi, atau habisnya “umur pakai”. Dengan demikian, kalibrasi-ulangharus dilakukan. Dalam hal ini kalibrasi tak diartikan secara sempit yaitu memeriksa kebenaran skalaatau angka yang ditunjukkan tetapi juga melakukan pemeriksaan beberapa sifat alat ukur seperti yangtelah dibahas di atas.

Alat ukur direncanakan dan dibuat dengan cara yang saksamasupaya sifat-sifat yang merugikan dapat dihilangkan atau setidak-tidaknyadikurangi sampai seminimum mungkin (pengaruh merugikan dieliminir). Olehkarena itu, harganya pun relatif lebih mahal dibandingkan dengan peralatanlain. Dengan demikian, sepantasnyalah jika alat ukur digunakan dengan carayang saksama serta dipelihara dengan baik.

Sebegitu sering dua istilah penting dalam metrologi dipakai secarasalah, kurang benar, atau rancu dikaitkan dengan alat ukur, yaitu ketelitian(accuracy) dan ketepatan (precision). Tidaklah cukup untuk menerangkanketepatan dan ketelitian dari segi alat ukurnya saja. Untuk itu, harus ditinjaudari berbagai aspek secara keseluruhan yaitu dari proses pengukuran sepertiyang akan dibahas pada bab berikut.

7 KESALAHAN/PENYIMPANGAN DALAM PROSES PENGUKURAN

Pengukuran merupakan proses yang mencakup tiga hal/bagian yaitubenda ukur, alat ukur, dan pengukur/pengamat. Karena ketidaksempurna-an masing-masing bagian ini ditambah dengan pengaruh lingkungan makabisa dikatakan bahwa tidak ada satupun pengukuran yang memberikanketelitian yang absolut. Ketelitian bersifat relatif yaitu kesamaan atauperbedaan antara harga hasil pengukuran dengan harga yang dianggapbenar, karena yang absolut benar tak diketahui. Setiap pengukuran, dengankecermatan yang memadai, mempunyai ketidaktelitian yaitu adanyakesalahan yang bisa berbeda-beda, tergantung pada kondisi alat ukur, bendaukur, metoda pengukuran, dan kecakapan si pengukur.

Apabila suatu pengukuran, dengan kecermatan yang memadai,diulang untuk ke dua, ke tiga dan seterusnya untuk n kali pengukuran yangidentik (sama) maka hasilnya tidak selalu (tepat) sama, mereka kurang lebihakan tersebar/terpencar di sekitar harga rata-ratanya. Jika ada mkelompok/grup pengukuran yang masing-masing terdiri atas n kali pengukur-


Tahun 2015


tera TELITIbagi

alat ukur

Predikat:KUALITASbaik/buruk

bagiobjek ukur

an tunggal, maka harga rata-rata setiap grup pengukuran juga akan tersebardi sekitar harga rata-rata totalnya. Sebaran harga rata-rata ini lebih mengum-pul bila dibandingkan dengan sebaran hasil pengukuran tunggal (individual).Hal ini merupakan sifat umum proses pengukuran yang berhubungan denganketepatan atau keterulangan yaitu kemampuan untuk mengulangi hal yangsama.

7.1 KETELITIAN DAN KETEPATAN

Dari uraian singkat di atas, maka dapat didefinisikan dua istilahpenting yang berkaitan dengan proses pengukuran, yaitu ketelitian danketepatan.

KETELITIAN (ACCURACY) :Hasil pengusahaan proses pengukuran supaya mencapai sasaranpengukuran yaitu penunjukan “harga sebenarnya” objek ukur.

Jika objek ukur merupakan harga acuan yang dianggap benar, sepertiyang dipakai dalam proses kalibrasi, maka perbedaan antara harga yangditunjukkan alat ukur dengan harga yang dianggap benar dinamakan sebagaipenyimpangan. Untuk mendefinisikan penyimpangan diperlukan toleransikesalahan yaitu besar kecilnya penyimpangan yang masih diperbolehkansesuai dengan spesifikasi yang dinyatakan dalam standar pengkalibrasian.Dua kategori penyimpangan adalah:

1 Penyimpangan rambang (acak; random deviation) jika penyimpangantidak melebihi kecermatan sasaran (besarnya toleransi kesalahan).Predikat atau tanda (tera) teliti bisa diberikan bagi alat ukur ybs.

2 Penyimpangan sistematik (systematic deviation) jika penyimpanganmelebihi kecermatan sasaran. Tera teliti tak bisa diberikan bagi alatukur ybs.

Jika alat ukur dengan tera teliti dipakai dengan benar maka hasilpengukuran dapat dikatakan sebagai harga-sebenarnya objek-ukur sesuaidengan kecermatan alat ukur. Selanjutnya, bila harga sebenarnya objek ukurtersebut berada dalam daerah toleransi-kesalahan seperti yang dinyatakandalam gambar teknik (sasaran ditetapkan), berarti objek ukur termasukdalam kategori baik kualitasnya (kualitas geometrik, kualitas material,kualitas proses, dsb. sesuai dengan jenis besaran yang diukur dan tujuanpengukuran).

CATATAN:

Karena standar pengkalibrasian dibuat mengikuti tingkat kalibrasi kadang orang mengaitkanistilah ketelitian dengan kalibrasi sehingga muncul istilah tingkat ketelitian 1, 2, 3, dst. Sementara itu,beberapa alat ukur standar misalnya blok ukur dibuat dalam beberapa kategori yaitu kategori 00, 0,1, 2, dst (mengikuti aturan serupa dengan angka toleransi ISO) maka muncul istilah ketelitian 00, 0,1, dst. Ke dua cara pengkategorian ini bila tak dipakai dalam konteks/situasi yang benar bisamembikin kerancuan. Menurut penulis hal ini tak perlu terjadi bila orang tak mengaitkan istilahketelitian dengan tingkat atau strata. Seperti halnya dengan kualitas, ketelitian mengandung maknarelatif yaitu terhadap sasaran atau target. Bila sasaran dicapai, cukup katakan saja ketelitiannyabagus.

KETEPATAN / KETERULANGAN (PRECISION, REPEATABILITY):Kewajaran proses pengukuran untuk menunjukkan hasil yang samajika pengukuran diulang secara identik.

Dengan kecermatan alat ukur yang memadai, hasil pengukuran yangdiulang secara identik akan menghasilkan harga-harga yang menyebar disekitar harga rata-ratanya. Semakin mengumpul atau semakin dekat harga-harga tersebut dengan harga rata-ratanya, maka proses pengukuran memilikiketepatan yang tinggi.

Secara matematik tinggi rendahnya ketepatan dapat didefinisikandengan memanfaatkan parameter deviasi standar untuk menghitung selangkepercayaan dengan dua batas. Karena harga rata-rata merupakan titiktengah maka jarak antara harga rata-rata ke salah satu batas dapatdinamakan sebagai penyimpangan rambang.


Tahun 2015


KETEPATAN&

KETELITIAN

Kesalahan yangmuncul akibatketidaktepatan

danketidaktelitian

Bagi istilah ketelitian diperlukan target/sasaran pengukuran,sementara itu bagi istilah ketepatan tidak harus dikaitkan dengan target.Dengan demikian, istilah benar atau salah dalam hal ketepatan sebetulnyatidak bisa didefinisikan. Ketepatan lebih menekankan pada kewajaran (dalambertindak sesuai dengan wataknya; sulit diperbaiki) sementara ketelitianmenekankan pada kesungguhan (dalam mengarahkan; cukup denganmemberitahu letak sasaran).

Jika istilah ketepatan dikaitkan pada target maka mau tak mauistilah ketelitian akan muncul mengikutinya. Bila daerah toleransidinyatakan sebagai daerah sasaran dan harga nominal objek ukur adalah titiktengah daerah sasaran, maka ada empat kemungkinan yang bisa terjadimengenai hasil pengukuran yaitu (lihat gambar 19):

Gambar 19 Empat kategori proses (pengukuran, produksi) yang dijelaskan melalui imajinasitarget dan hasil tembakan. Besar daerah toleransi objek ukur diimajinasikansebagai lingkaran sasaran paling tengah dengan diameter tertentu. Hasil tembakanmenyebar sesuai dengan kemampuan penembak (proses). Semakin kecil diameterlingkaran sebaran hasil tembakan maka ketepatan proses semakin tinggi. Jarak titiktengah lingkaran sebaran hasil tembakan terhadap titik tengah sasaran menggambar-kan ketelitian, semakin kecil berarti semakin teliti. Pada contoh ini proses kategori 4adalah yang terbaik. Besar kecilnya sasaran (kecermatan target) merupakan kuncipermasalahan. Imajinasikan empat proses ini seandainya lingkaran sasarandiperbesar. Tanpa usaha perbaikan, ada kemungkinan proses kategori 1, 2, dan 3berubah menjadi proses kategori 4. Gambar ini dibuat dengan memperhatikan rasioyang wajar (proportional) antara ukuran sasaran (kecermatan target = daerahtoleransi) dengan ukuran lubang bekas tembakan (kecermatan alat ukur).

1 Proses pengukuran yang tak tepat dan tak teliti; jika keterulangannyarendah (sebarannya lebih besar daripada luas daerah sasaran) danharga rata-ratanya (titik tengah usaha pengulangan) terletak jauh darititik tengah daerah sasaran. Seluruh atau kebanyakan hasilpengukuran terletak di luar daerah sasaran.

2 Proses pengukuran yang tak tepat tetapi teliti; jika keterulangannyarendah dengan harga rata-ratanya terletak pada atau di dekat titiktengah daerah sasaran. Meskipun demikian, cukup banyak hasilpengukuran yang terletak di luar daerah sasaran.

3 Proses pengukuran yang tepat tetapi tak teliti; jika keterulangannya tinggitetapi harga rata-ratanya terletak jauh dari titik tengah daerahsasaran sedemikian rupa sehingga kebanyakan hasil pengukuranterletak di luar daerah sasaran.

4 Proses pengukuran yang tepat dan teliti; jika keterulangannya tinggi danbersamaan dengan itu harga rata-ratanya terletak pada atau di dekattitik tengah daerah sasaran. Seluruh atau hampir semua hargapengukuran terletak di dalam daerah sasaran.

Karena menyangkut istilah ketelitian, maka dapat didefinisikan:

1 Kesalahan sistematik (systematic error), dialami oleh proses pengukuran kategori 1 dan 3 (tak teliti).- Harga kesalahan sistematik dinyatakan dengan selisih antara harga

rata-rata dengan harga titik tengah sasaran.


Tahun 2015


- Kesalahan sistematik umumnya bisa diperbaiki dengan mencaridan membetulkan sumber penyebab kesalahan. Jadi, proseskategori 3 bisa diperbaiki menjadi kategori 4.

- Pembetulan kesalahan sistematik pada proses kategori 1 umumnyatak bermanfaat, sebab paling tidak hanya akan mencapaiproses kategori 2.

2 Kesalahan rambang (acak; random error), dialami oleh semua prosespengukuran (kategori 1 s.d. 4).- Harga kesalahan rambang dapat dinyatakan dengan:a selisih antara harga rata-rata dengan titik tengah sasaran seperti

yang terjadi pada proses kategori 4, dan/ataub selisih antara harga rata-rata dengan batas selang kepercayaan

yang dihitung dalam analisis statistika.- Kesalahan rambang umumnya sulit diperbaiki karena sumber

penyebabnya sulit dicari.

Untuk proses pengukuran geometrik berbagai sumber yang bisamenjadi faktor penyebab proses pengukuran menjadi tidak teliti dan tidaktepat adalah:

1 alat ukur, 4 lingkungan, dan2 benda ukur, 5 operator (pengukur; pengamat).3 posisi pengukuran,

7.2 PENYIMPANGAN YANG BERSUMBER DARI ALAT UKUR.

Alat ukur yang digunakan harus mendapat tera teliti. Dengandemikian, proses pengukuran akan bebas dari penyimpangan yangmerugikan yang biasa bersumber dari alat ukur. Apabila alat ukur seringdipakai dan belum dikalibrasi ulang ada kemungkinan timbul sifat-sifat yangmerugikan seperti histerisis, kepasifan, pergeseran dan kestabilan nol yangjelek.

Kesalahan/penyimpangan sistematik dalam proses pengukuran dapatbersumber dari alat ukur. Keausan bidang kontak sensor mekanik merupa-kan contoh sederhana yang dapat diketahui dengan mudah denganmemeriksa posisi-nol. Misalnya, jika sensor-gerak mikrometer, berkapasitas0-25 mm, ditempelkan pada sensor-tetap (rahang-ukur dikatupkan) makasaat itu garis indeks untuk pembacaan “kasar dan halus” pada skalamikrometer harus menunjukkan nol. Jika tidak menunjuk nol berarti adapenyimpangan yang menjadi sumber kesalahan sistematik. Kesalahan jenisini dapat diperbaiki dengan cara menyetel garis indeks “pembacaan halus”.Mikrometer berkapasitas 25-50 mm ke atas, dan berbagai jenis alat ukurlainnya umumnya diperlengkapi dengan kaliber penyetel “posisi-nol” (hargaacuan, tidak selalu angka nol).

Berbagai jenis komparator, yang merupakan alat ukur dengankepekaan dan kecermatan tinggi, memerlukan kesaksamaan dalampemeriksaan nol-nya. Pada alat ukur jenis ini sifat histerisis, kepasifan,pergeseran nol bisa menjadi sumber penyebab kesalahan sistematik danmungkin pula kesalahan rambang. Sifat-sifat yang merugikan ini harusdiperhatikan, dicegah, dan diperbaiki bilamana muncul.

Kesalahan rambang merupakan hal yang wajar dalam prosespengukuran dengan memakai komparator. Kontribusi (“sumbangan”) alatukur sehingga muncul kesalahan rambang dalam proses pengukuranumumnya relatif kecil, asalkan alat ukur digunakan dan dipelihara denganbaik.

7.3 PENYIMPANGAN YANG BERSUMBER DARI BENDA UKUR

Setiap benda elastik akan mengalami deformasi (perubahan bentuk)apabila ada beban yang beraksi padanya. Beban ini dapat disebabkan olehtekanan sensor-kontak alat ukur, berat benda ukur sendiri (yang diletakkandi antara tumpuan), dan tekanan penjepit penahan benda ukur. Meskipunharga deformasi ini dianggap kecil dan sering diabaikan dalam hal perhitung-an kekuatan, dalam hal pengukuran geometrik yang cermat membuat


Tahun 2015


Saat pengukuranberlangsung

harus dipastikanbahwa

perubahan hargayang ditunjukkan

semata-matakarena

perubahandimensi

objek ukur

deformasi ini menjadi bermakna untuk diperhitungkan dan dapat menjadisumber kesalahan sistematik.

Supaya perubahan dimensi dapat dirasakan, sensor-kontak perlumemberikan tekanan pada permukaan objek ukur. Tekanan kontak inidirancang dan diusahakan seringan mungkin dan tak berubah-ubah.Pengguna alat ukur perlu memperhatikan hal ini dan kesalahan dalampemakaian harus dihindari untuk menjaga tekanan kontak tersebut.

Jika silinder-putar diputar secara langsung maka alat ukur jenismikrometer akan memberikan tekanan yang sangat besar pada permukaanobjek ukur. Hal ini dapat menyebabkan deformasi pada permukaan objekukur yang relatif lunak (aluminium) ataupun perubahan bentuk silinderberdinding tipis. Mikrometer harus diputar melalui pemutar bergigi-gelincir(racet) atau pemutar jenis gesekan supaya momen puntir terbatasi sehinggatekanan pengukuran selalu sesuai dengan rancangan (ringan dan tetapharganya). Bila pengukuran dilakukan dengan prosedur yang benar (dandengan kedisiplinan tinggi!) penyimpangan yang diakibatkan oleh deformasibenda ukur akan terhindarkan, akibatnya ketepatan atau keterulangan prosespengukuran akan terjaga.

Deformasi karena tekanan pengukuran dapat dihilangkan jikadigunakan sensor non-kontak yaitu dari jenis optik atau pneumatik. Jadi,perhatian dapat dicurahkan pada dua faktor yang masih bisa menjadi sumberkesalahan yaitu berat benda ukur dan tekanan penjepit benda ukur.

Batang-ukur, sebagai alat ukur standar dengan penampang yangsama sepanjang sumbunya, bila diletakkan pada dua tumpuan akan melenturakibat beratnya sendiri. Besarnya lenturan dipengaruhi oleh jarak ke duatumpuan di mana batang tersebut diletakkan secara simetrik, lihat tiga kasuslenturan seperti yang diperlihatkan gambar 20.

Saat pengukuran berlangsung, benda ukur tak boleh bergerak padaarah yang sama dengan garis pengukuran (garis dimensi objek ukur). Untukmemastikan hal ini, dalam beberapa kasus diperlukan alat pemegang bendaukur (pencekam, penjepit). Karena penjepit juga memberikan tekanan padabenda ukur, maka posisi penjepit harus ditentukan sedemikian rupa sehinggatidak menimbulkan deformasi yang merugikan.

Berbekal pengetahuan dasar mengenai mekanika teknik, cukupdengan memahami hal-hal pokok mengenai gaya dan lenturan tanpa harusmelakukan penghitungan teoretik, seorang teknisi metrologi akan dapatmerencanakan lokasi pencekaman yang aman.

7.4 PENYIMPANGAN YANG BERSUMBER DARI POSISI PENGUKURAN

Prinsip ABBE:“Garis ukur harus berimpit dengan garis dimensi”.

Bagi pengukuran objek ukur geometrik prinsip ABBE sedapatmungkin diikuti. Apabila garis ukur, yaitu garis pada mana skala ukur dibuatatau garis gerakan sensor, tidak berimpit dengan garis dimensi objek ukurmelainkan membuat sudut sebesar è maka hasil pengukuran akan lebihbesar daripada dimensi sebenarnya. Semakin besar sudut è kesalahan iniakan membesar sesuai dengan membesarnya sisi miring pada segitiga siku-siku mengikuti rumus kosinus. Oleh karena itu, kesalahan ini seringdinamakan sebagai kesalahan kosinus (cosine error), lihat gambar 21.


Tahun 2015


Gambar 20 Pengaruh elastisitas benda ukur pada saatpengukuran.

1Jika ke dua permukaan di ujung batang-ukur diinginkan sejajar, maka jarak kedua tumpuan (s) harus sama dengan0.577 kali panjang batang (s=0.577 R). Kedua titik tumpuan ini disebut dengan TitikAiry (Airy Points) dan batang-ukur biasa-nya diberi tanda yang menyatakan letaktitik tersebut. Akibat kesejajaran muka-ukurnya beberapa batang-ukur, masing-masing ditumpu pada titik Airy-nya, dapatdipersambungkan tanpa kekhawatiranakan timbulnya kesalahan akibat dariketidaksempurnaan penempelan (untukmenjamin ketelitian jarak antara ke duaujung bebas).

2Seandainya dikehendaki lenturan ä mini-mum bagi batang penggaris yang diletak-kan pada dua tumpuan, maka usahakanjarak ke dua tumpuan tersebut s=0.554 R.Dengan cara menumpu seperti ini (TitikTumpuan Lenturan Minimum) kelurus-an batang penggaris dapat dipakai seba-gai acuan pengukuran kelurusanpermukaan di bawahnya (dengan mema-kai komparator, diukur ketinggian celahpada beberapa titik; hal ini akan diulaspada pengukuran kelurusan sub bab4.5.4).

3Batang berpenampang X sebagai standarmeter (benda bersejarah disimpan diParis) ditumpu secara simetrik padajarak s=0.559 R. Dengan tumpuan sepertiini (Titik Bessel) maka bidang netral(permukaan tengah batang X yangmenghadap ke atas) akan mengalamideformasi arah memanjang yang palingkecil. Jarak antara dua garis tanda yangdibuat pada bidang netral pada saat itudianggap sebagai 1 m (standar meteryang pernah diberlakukan; 1889 - 1927).

Kesalahan kosinus kelihatannya akan diperparah jika sensormenempel di permukaan benda ukur tidak pada titik di garis-ukur melainkandi sampingnya (di tepi luar permukaan sensor, lihat gambar 21 b). Keadaanseperti ini dapat dicegah dengan teknik yang sesuai dengan jenis alat ukurdan cara pemegangannya yaitu; lihat gambar 22 (A & B):

A Jika posisi alat ukur relatif terhadap benda ukur tak bisa diubah (sesuaidengan pengaturan terakhir yang diikuti pencekaman alat ukurdan/atau benda ukur pada dudukannya) maka sensor bermuka bolalebih baik daripada sensor bermuka rata.

B Bila posisi alat ukur relatif terhadap benda ukur bisa berubah maka akibatgaya pengukuran yang tak segaris akan menimbulkan momen putaryang saling bereaksi pada benda ukur dan alat ukur. Jika benda ukurbebas bergerak maka momen tersebut akan memutarnya dan sensorbergerak menjepitnya sehingga garis ukur akan berimpit dengangaris dimensi. Inilah contoh kondisi pengukuran yang mampumenyetel sendiri posisinya (self aligning).


Tahun 2015


Gambar 22 Jenis sensor kontak disesuaikan denganpermasalahan pengukuran untuk menja-min kebenaran posisi pengukuran.

Gambar 21

“Kesalahan Kosinus”muncul akibat dari tidak dipenuh-inya prinsip ABBE (garis ukurharus berimpit dengan garisdimensi). Hasil pengukuran Makan lebih besar daripada dimen-si sebenarnya L. Meskipun seca-ra teoretik mudah sekali mengo-reksi M sehingga menjadi L, teta-pi dalam prakteknya hal ini takdimungkinkan, sebab harga è takdiketahui secara pasti. Olehsebab itu, yang dapat dilakukanadalah mengusahakan prinsipABBE ini dipenuhi.

Posisi pengukuran memegangperanan penting sebab besaran yangdiukur adalah dimensi. Sebagai contoh,gambar 22 (C & D) menunjukkan usahapengukuran diameter lubang denganmemakai mikrometer batang (telescopicmicrometer). Untuk memastikan bahwayang diukur adalah diameter lubang (garisdimensinya tak bisa dilihat, diraba, maupun“dijilat” sebab merupakan garis imajineralias khayal) maka pengukur harus:

C Menggerakkan sensor ke kiri-kananuntuk mencari harga terbesar.Kemudian, dengan posisi akhirseperti yang pengukur yakini seba-gai posisi pengukuran-sampingterbaik, dilanjutkan dengan:

D Menggoyangkan (menganggukkan) sen-sor ke depan-belakang untuk men-cari harga terkecil. Harga terakhirinilah yang dianggap paling mewa-kili harga diameter lubang.

Pemraktekan cara C diikuti D tidaklahmudah. Pengukur harus berkali-kali mela-tih sampai ketepatan (keterulangan)-nyacukup baik. Inilah salah satu dari banyaksekali, contoh keterampilan operatormetrologi yang patut kita hargai.

Gambar 22 (E) merupakan contohalat ukur diameter lubang (diameter-da-lam) dengan tiga sensor. Ujung sensormemiliki permukaan berbentuk silindrik.Dengan posisi sensor yang simetrik-putarseperti ini gaya penekanan sensor padabenda ukur akan membuat alat ukurmampu menyesuaikan sendiri posisinya(self aligning) sehingga garis ukur berimpitdengan garis dimensi.

Dalam contoh kasus pengukurandiameter lubang, alat ukur tiga sensorkontak tentunya harus lebih dipilih daripadaalat ukur dua sensor kontak. Tiga sensorkontak dalam hal ini pun


memenuhi segi teori geometri, “melalui tiga titik yang tak segaris hanya dapatdibuat satu lingkaran”. Sementara itu, “melalui dua titik dapat dibuat banyaksekali (tak terhingga) lingkaran dengan beragam diameter”. Meskipundemikian dalam beberapa kasus, alat ukur dua kontak (misalnya tele-scopic/cylindrical micrometer) lebih praktis bila dipakai untuk pengukuranlubang berdiameter besar (tak ada alat ukur jenis 3 sensor yang dibuat untukukuran besar), atau untuk pengukuran tinggi celah.

7.5 PENYIMPANGAN YANG BERSUMBER DARI LINGKUNGAN

“Lingkungan harus memberikan kenyamanan bagi pengukur”.

Jika persyaratan ini dipenuhi, pada umumnya akan memenuhipersyaratan yang diminta alat ukur dan benda ukur.

- kebersihan; kita menyenanginya dan demikian pula yang diminta oleh alatukur dan benda ukur. Debu, geram, serpihan yang sering terlihat didaerah mesin produksi perlu dihindarkan dari daerah pengukuran.Tergantung kebutuhan, hal ini memerlukan: mulai dari suatudaerah/ruang terpisah, kamar-ukur, sampai dengan suatu labora-torium metrologi dengan lingkungan terkondisikan. Debu, serpihanlogam halus di permukaan benda ukur akan “dirasakan” oleh sensoralat ukur cermat yang selain mengakibatkan kesalahan juga dapatmerusak permukaan sensor atau muka-ukur (measuring surface) alatukur standar seperti blok-ukur (gauge-block).

- tingkat kebisingan yang rendah; semua menyenangi. Getaran lemah yangtak membisingkan pun tidak disenangi oleh alat ukur cermat danpeka sebab akan menimbulkan pengambangan (ketakpastian,floating).

- pencahayaan yang mencukupi; supaya operator mampu melaksanakanpengukuran dan membaca hasil pengukuran. Memang alat-ukur danbenda ukur dalam hal ini tak mempedulikan pencahayaan. Untuksistem pengukuran yang berlangsung secara otomatik yang terga-bung dalam sistem produksi otomatik seperti FMS (Flexible Manufac-turing System) dapat bekerja siang-malam tanpa pencahayaan yangmencukupi karena tidak memerlukan operator (unmanned factory).Pencahayaan diperlukan saat operator mengambil produk, menyiap-kan dan menyetel benda-kerja, perkakas-potong, alat ukur, dantindakan pembetulan (pengkoreksian proses).

- temperatur 25-27 EC, kelembaban 70-75 %; semua menyenangi. Bagi alatukur dan benda ukur temperatur berapapun sebenarnya takdipentingkan asalkan harganya tidak berubah-ubah (berfluktuasi).Jadi, kesamaan dan ketetapan temperatur bagi seluruh komponendalam sistem pengukuran perlu diperhatikan.Kelembaban sebenarnya juga tak berperan dalam pengukurangeometri. Akan tetapi, kelembaban yang terlalu tinggi dalam jangkawaktu lama merupakan media yang baik bagi perkembangan proseskorosi. Kebanyakan komponen alat ukur maupun benda kerja yangterbuat dari baja (kecuali stainless-steel) yang permukaannyaternodai oleh asam (termasuk yang berasal dari keringat manusia)lewat tangan-tangan kotor akan mengalami proses korosi.Kesaksamaan dalam penyimpanan alat ukur amat perlu diperhatikan.Bila tidak, sewaktu blok-ukur disimpan “proses korosi mulai melukissidik jari bekas tangan operator ceroboh” di muka-ukur yang takdibersihkan dan tak dilindungi dengan lapisan tipis minyak (vaseline).

Pengaruh temperatur merupakan faktor yang perlu mendapatperhatian karena semua benda padat, terutama logam, akan berubahgeometrinya (ukuran, bentuk, posisi) jika temperaturnya berubah. Untukmenjaga kesamaan hasil pengukuran, maka telah disetujui secara internasio-nal bahwa temperatur ruang untuk pengukuran geometrik dibakukansebesar 20 oC dengan kelembaban 55-60 %!. Apakah syarat ini harus selaludipenuhi untuk setiap pengukuran geometri benda-ukur? Perhatikan analisissederhana berikut.

Perubahan panjang yang terjadi pada pengukuran langsung dapat dihitungmelalui rumus teoretik:

! Harga temperatur 20 EC dan kelembaban 55-60 % sebenarnya sekedar hasil kesepakatan tanpadikaitkan dengan alasan teknis. Alasan ekonomis lebih menonjol dan dibuat berpihak kepadanegara-negara subtropis. Untuk menaikkan suhu udara luar dari -5 s.d. 5 EC menjadi 20 ECmerupakan “barang mewah” bagi mereka (umumnya suhu kamar mereka saat musim dingin adalah16-18 EC). Sementara dalam musim panas, yang sebentar itu, relatif mudah bagi merekamemenuhi standar tersebut dari udara luar dengan kelembaban rendah. Bagi negara tropis sepertiIndonesia harga Standar Internasional tersebut sulit dipenuhi, terutama untuk mencapai udararuang/kamar berkelembaban 55-60 % dari udara luar berkelembaban tinggi (80-90 %), yang harusdilakukan sepanjang tahun. Dan siapa yang tahan bekerja seharian di ruang bersuhu 20 ECsementara temperatur udara luar sekitar 27 - 32 EC. Kesimpulannya, lupakan standar itu! (kecualisaat kalibrasi standar nasional, kerjasama internasional dalam perbandingan metoda pengukuran),dan penuhi prinsip:

“Lingkungan harus memberikan kenyamanan bagi pengukur”


di mana :ªR = perubahan panjang; mmR = panjang objek ukur; mmá = koefisien-muai-panjang; oC-1

= 23.8 10-6 untuk aluminium= 16.5 10-6 untuk tembaga= 12.0 10-6 untuk baja= 10.5 10-6 untuk besi tuang

t = temperatur objek ukurts = temperatur standar = 20 oC

Misalkan, suatu poros baja yang baru saja digerinda untuk mencapaidiameter nominal 100 mm dapat mempunyai temperatur sekitar 40 oC.Andaikata pengukuran diameter dilakukan pada temperatur ini makadiameter poros tersebut akan lebih besar sekitar 0.023 mm dibandingkandengan diameternya pada temperatur standar. Perbedaan ukuran ini adalahsama dengan besar daerah toleransi kualitas IT 7 (lihat tabel 2-4).

Apabila pengukuran dilakukan secara perbandingan (pengukurantak langsung) maka besar perbedaan panjang antara objek ukur denganblok ukur (ukuran standar) dapat dihitung dari rumus berikut:

di mana,ª = perbedaan panjang yang diukur oleh alat ukur pemban-

ding; mmR2 = panjang benda ukur; mmR1 = panjang blok ukur; mmá2 = koefisien-muai-panjang benda ukur; oC-1

á1 = koefisien-muai-panjang blok ukur; oC-1

ªt = t - ts = perbedaan temperatur pengukuran dengan tempera-tur standar.

Apabila koefisien-muai-panjang benda ukur sama atau tidak banyak berbedadengan koefisien-muai-panjang blok ukur, maka rumus di atas dapatdituliskan sebagai berikut:

Karena ªR biasanya dibuat kecil (dalam beberapa mikrometer), sedang ªt

biasanya tidak lebih dari 10oC (misalnya temperatur ruang dalam pabrik 30oC)dan harga á sendiri adalah kecil maka bagian kedua rumus di atas dapatdiabaikan.

Dengan demikian pengukuran secara perbandingan akan memberi-kan harga yang mendekati harga sebenarnya meskipun pengukuran tidakdilakukan pada temperatur standar. Meskipun demikian, bila ada perbedaantemperatur antara benda ukur dengan blok ukur, mungkin terjadi kesalahanyang cukup berarti. Dengan demikian, suatu sistem pengukuran (bendaukur dan alat ukur) harus selalu diusahakan temperaturnya samasemuanya dan tak berubah-ubah.

Kamar ukur biasanya diwujudkan untuk memberikan kenyamananbekerja dengan udara terkondisikan terutama untuk menurunkan kelem-baban sehingga mencegah atau mempersulit terjadinya proses korosi padaalat ukur dan benda ukur. Bila suhu kamar ukur ini dijaga konstan misalnyasebesar 25 EC, maka alat ukur dan berbagai peralatan lain yang disimpandalam kamar ukur akan juga bersuhu 25 EC. Bila benda ukur, terutama yangberdimensi besar yang dibawa masuk dari ruang pabrik yang bersuhu 30 EC,perlu waktu untuk menyesuaikan temperaturnya sehingga sama dengan suhukamar ukur.

Berbicara mengenai suhu, jangan lupa bahwa tangan Anda bersuhu36 EC. Jadi, jangan terlalu lama memegang alat ukur atau benda ukur(terutama yang berdimensi kecil) jika melakukan pengukuran geometri dikamar ukur bersuhu 25 EC. Adalah merupakan kebiasan yang baik untukbersikap saksama, sebab pada hakekatnya kesaksamaan adalah pencegahmunculnya kesalahan sistematik maupun kesalahan rambang.


Tahun 2015


7.6 PENYIMPANGAN YANG BERSUMBER DARI OPERATOR

Dua orang yang melakukan pengukuran secara bergantian denganmenggunakan alat ukur dan benda ukur serta kondisi lingkungan yangdianggap tak berubah mungkin menghasilkan data yang berbeda. Sumberperbedaan ini dapat berasal dari cara mereka mengukur yang dipengaruhioleh pengalaman, keahlian, kemampuan, dan keterampilan serta perangaimasing-masing pengukur. Pengukuran adalah suatu pekerjaan yangmemerlukan kesaksamaan.Dengan demikian, orang yang pekerjaannya melakukan pengukuran harus:

- mempunyai pengalaman praktek yang didasari teori yang mendukungpenguasaan pengetahuan akan proses pengukuran. Hal ini bisadicapai lewat pelatihan metrologi industri dan dipelihara, dimantap-kan, serta dikembangkan lewat pekerjaan yang berkesesuaian,

- mempunyai dasar-dasar pengetahuan akan alat ukur, cara kerja alat ukur,cara pengukuran, cara mengkalibrasi dan memelihara alat ukur,

- waspada akan kemungkinan letak sumber penyimpangan dan tahubagaimana cara mengeliminir (mengurangi sampai sekecil mungkinsehingga praktis dapat diabaikan) pengaruhnya terhadap hasilpengukuran,

- mampu menganalisis suatu persoalan pengukuran yakni dalam membacaacuan kualitas (gambar teknik lengkap dengan spesifikasi geometrik-nya), menentukan cara pengukuran sesuai dengan tingkat kecer-matan yang dikehendaki, memilih alat ukur dan kemudianmelaksanakan pengukuran dengan kesaksamaan dan kedisiplinantinggi, dan

- sadar bahwa hasil pengukuran adalah sepenuhnya merupakan tanggungjawabnya dalam perwujudan cara kerja kelompok dengan penekanantugas dan tanggungjawab.

Bandung, Agustus 2015Dr. Taufiq Rochim


Tahun 2015


RINGKASAN SKEMATIK ISTILAH (MAKNA KATA)


Tahun 2015

pengantar metrologi

Documents