unit 1 ketidakpastian pengukuran - feedback...

1

Unit 1 Ketidakpastian Pengukuran

I. Tujuan : Setelah melaksanakan praktikum diharapkan mahasiswa dapat,

1. Mengetahui sifat-sifat alat ukur

2. Mengkalibrasi alat ukur

II. Alat dan Bahan

1. Rangkaian percobaan

2. Catu Daya stabil

3. Multimeter

4. Osiloskop dual trace

5. Kabel konektor (Jumper)

III. Teori Dasar

Pengujian pengukuran seringkali mencakup nilai terukur, yang terletak dekat

zona ketidakpastian. Tujuan pengukuran adalah menentukan nilai besaran ukur yang

mencakup spesifikasi besaran ukur, metode pengukuran dan prosedur pengkuran.

Secara umum, hasil pengukuran hanya merupakan taksiran atau pendekatan nilai

besaran ukur. Oleh karena itu hasil tersebut hanya lengkap bila disertai dengan

pernyataan ketidakpastian dari taksiran tersebut.

Ketidakpastian adalah ukuran sebaran yang secara beralasan dapat dikaitkan

dengan nilai terukur. Yang memberikan rentang terpusat pada nilai terukur, dimana

didalamnya terletak nilai benar dengan tingkat kepercayaan tertentu.

Beberapa sumber ketidakpastian pengukuran :

a. definisi besaran ukur yang tidak lengkap

b. pengambilan sampel yang diukur bisa jadi tidak mewakili besaran ukur yang

didifinisikan.

c. bias personil dalam membaca peralatan analog

d. resolusi atau ambang diskriminasi peralatan

e. nilai yang diberikan pada standar pengukuran atau bahan acuan

f. variasi pengamatan berulang terhadap besaran ukur dalam kondisi yang tampak

sama

2

g. pengaruh kondisi lingkungan terhadap proses pengukuran.

Klafisifikasi komponen ketidakpastian

Secara umum ketidakpastian pengukuran terdiri dari beberapa komponen yang dapat

diklasifikasikan menurut metode yang digunakan untuk menaksir numeriknya.

1. Tipe A, yang dievaluasi dengan analisa statistik dari serangkaian pengamatan.

2. Tipe B, yang dievaluasi dengan cara selain analisis statistik, tapi didasarkan

kepada “scientific jugement” dengan menggunakan informasi :

a. Data pengukuran sebelumnya,

b. Pengalaman dan pengetahuan,

c. Spesifikasi pabrik,

d. Data kalibrasi/laporan kalibrasi,

e. Ketidakpastian dari data acuan/ buku

Dalam praktikum kali ini kita akan mencoba menghitung ketidakpastian pengukuran

dengan Tipe A.

Evaluasi ketidakpastian baku Tipe A

Bila pengukuran dilakukan berulang kali, nilai rata-rata dan simpangan bakunya

dapat dihitung. Simpangan baku menggambarkan sebaran nilai yang dapat digunakan

untuk mewakili seluruh populasi dari nilai terukur.

Dalam sebagaian besar kasus, taksiran terbaik yang tersedia dari nilai haapan

terhadap suatu besaran yang bervariasi secara acak, yang diperoleh dari n pengamatan

berulang yang saling bebas dalam kondisi pengukuran yang sama adalah nilai rata-rata

dari hasil n pengamatan :

n

ixn

x1

1

Simpangan baku adalah suatu taksiran sebaran populasi dimana n nilai tersebut

diambil, yaitu :

1

)()( 1

2

n

xxxs

n

ii

i

Setelah melakukan satu kali n pengamatan berulang, kemudian dilakukan

pengamatan kedua dari n pengamatan berulang maka nilai rata-rata dapat dihitung lagi.

Kemungkinan akan terjadi sedikit perbedaan rata-rata dari n pengamatan kedua dari

3

rata-rata pengamatan pertama. Taksiran sebaran dari rata-rata populasi dapat dihitung

dari simpangan baku rata-rata eksperimental (ESDM):

nxs

xs i )()(

Ketidakpastian baku Tipe A, u(xi) dari suatu besaran yang ditentukan dari n

pengamatan berulang yang saling bebas adalah nilai ESDM:

u(xi) = s(x)

Jadi nilai besaran yang terukur adalah hasil pembacaan u(xi)

4

Lembar Kerja Kalibrasi Tegangan DC

No. Sertifikat: : Tgl diterima :

Nama Alat : Alat standard :

Kapasitas : Nama : Readibility : No.sertifikat :

Tipe/model : Ketelusuran :

No. Seri : Lokasi Kalibrasi : Merk/Buatan : Kondisi Lingkungan : oC Kelas :

Metode Kalibrasi :

Acuan : Hasi Kalibrasi

Pembacaan Standard (Volt)

Naik Turun Naik Turun repeability Rara-rata pembacaan

Rentang (Volt)

Frekwensi (Hz)

Penunjuk Alat

(Volt)

1 1 2 2 Naik turun

Catatan : Nilai rata-rata dibulatkan ke : Repebility terbesar : (Repebility = harga mutlak dari selisih pembacaan naik.1 dan pembacaan naik.2 atau pembacaan turun.1 dan pembacaan turun.2) Disetujui: Tgl.

Diperiksa: Tgl.

Dikalibrasi: Tgl.

5

Lembar Kerja Kalibrasi Tegangan AC

No. Sertifikat: : Tgl diterima :

Nama Alat : Alat standard :

Kapasitas : Nama : Readibility : No.sertifikat :

Tipe/model : Ketelusuran :

No. Seri : Lokasi Kalibrasi : Merk/Buatan : Kondisi Lingkungan : oC Kelas :

Metode Kalibrasi :

Acuan : Hasi Kalibrasi

Pembacaan Standard (Volt)


Rentang (Volt)

Frekwensi (Hz)

Penunjuk Alat

(Volt)

1 1 2 2 Naik turun


Diperiksa: Tgl.

Dikalibrasi: Tgl.

6

Lembar Kerja Kalibrasi Tahanan

No. Sertifikat: : Tgl diterima : Nama Alat : Alat standard :

Kapasitas : Nama :

Readibility : No.sertifikat :

Tipe/model : Ketelusuran : No. Seri : Lokasi Kalibrasi : Merk/Buatan : Kondisi Lingkungan : oC

Kelas :

Metode Kalibrasi : Acuan :

Hasi Kalibrasi

Pembacaan Standard (Ohm)


Rentang (Ohm)

Penunjuk Alat

(Ohm)

1 1 2 2 Naik turun


Diperiksa: Tgl.

Dikalibrasi: Tgl.

7

UNIT II APPLIKASI OP – AMP 1

II. Tujuan : Setelah melaksanakan praktikum diharapkan mahasiswa dapat,

1. Mengetahui sifat-sifat Op-Amp

2. Merancang rangkaian dengan Op-Amp

3. Menerapkan Op-Amp pada berbagai aplikasi

II. Alat dan Bahan


7. Catu Daya stabil

8. Multimeter



III. Teori Dasar

Secara teori Operational Amplifier (Op-Amp) atau Penguat Operasi adalah

penguat dengan kopling langsung (DC = Direct Coupling) yang memiliki sifat-sifat

sebagai berikut :

1. Faktor penguatan tak terhingga (A = )

Artinya perubahan sedikit saja pada masukannya akan menyebabkan perubahan

yang besar pada keluarannya. Karena pada penggunaannya tegangan output

berhingga dan karena iO A.V V , sedangkan A = maka iV dianggap nol

walaupun 0 V0 .

2. Tahanan Input Tak Terhingga ( R i )

Artinya inputnya tak menarik daya dari tingkat sebelumnya (yang diperlukan

hanya perubahan tegangan). Karena i

ii R

V I , bila iR maka 0 iI jadi pada

input tidak ada arus.

3. Tahanan Output = 0

Artinya tegangan output akan tetap walaupun impedansi beban hamper nol.

4. Bandwith dari DC sampai Tak Terhingga

8

Penguatan dari DC sampai frekuensi tak terhingga besarnya tetap.

5. Tak ada Drift Tegangan

Tegangan output tak berubah bila suhu berubah.

6. Rise Time = 0

Waktu yang diperlukan untuk mencapai harga puncak pada output sama dengan

pada sinyal input.

Mengingat bahwa bahan-bahan yang dipergunakan untuk membuat IC Op-Amp

kemampuannya terbatas, maka kenyataannya sebuah Op-Amp tidaklah persis seperti

penguat ideal.

Beberapa contoh rangkaian dasar dengan Op-Amp adalah sebagai berikut :

Gambar 1. Rangkaian dasar Op-Amp

9

A. Gelinciran Nol (Zero Offset)

+

-

LM741

3

26

7 14 5

-5V

100 K 13

2

+5V

OUT PUT

Ukurlah Tegangan Keluaran:

RESISTOR VAR di putar ke kanan Vo = ……………

RESISTOR VAR di putar ke kiri Vo = ……………

RESISTOR VAR di putar ke posisi tengah Vo = ……………

Apakah output dapat 0 volt? Ya/Tidak

Jelasan :

.................................................................................................................................

...........................................................................................................................

B. Penguat Membalik

R2

output

-Vcc

R1

1 K

+

-

LM741

3

26

7 14 5

Input

+Vcc

10

Penggaruh Perubahan R2

f.in = 1 KHz V.in = 100mV p - p +Vcc = 5Volt -Vcc = 5Volt

R2 (Ohm) V 0 (skala) Volts/Div V 0 (Volt)

R2 = 1 KΩ

R2 = 4K7 Ω

R2 = 10 KΩ

Penggaruh Perubahan V.in

f.in = 1 KHz R2 = 10 KΩ +Vcc = 5Volt -Vcc = 5Volt

Gambarkan bentuk gelombang input dan output

V.in = 100mV p - p (sinus) Beda Fase = .......


Vout =........ Volt/div =........ Periode =....... Time/div =......

Vin = ......... Volt/div =........... Periode =........ Time/div =........



V.in = 700m V p - p (sinus) Beda Fase = .......

V.in = 1 V p - p (sinus) Beda Fase = .......





11

Penggaruh Perubahan Vcc

f.in = 1 KHz R2 = 10 KΩ V.in = 700m V p - p (sinus)


+Vcc = 5Volt -Vcc = 5Volt Beda Fase = .......












12

C. Penguat Tak Membalik

-5V

+

-

LM741

3

26

7 14 5

+5V

Input

R2

1K

output

Penggaruh Perubahan R2

f.in = 1 KHz V.in = 100mV p - p +Vcc = 5Volt -Vcc = 5Volt

R2 (Ohm) V 0 (skala) Volts/Div V 0 (Volt)

R2 = 1 KΩ

R2 = 4K7 Ω

R2 = 10 KΩ

13

Penggaruh Perubahan V.in

f.in = 1 KHz R2 = 10 KΩ +Vcc = 5Volt -Vcc = 5Volt








V.in = 700m V p - p (sinus) Beda Fase = .......

V.in = 1,2 V p - p (sinus) Beda Fase = .......





14

Penggaruh Perubahan Vcc

f.in = 1 KHz R2 = 10 KΩ V.in = 1000m V p - p (sinus)














Yogyakarta,……. Asisten / Instruktur

Nama :

15

UNIT III

APPLIKASI OP – AMP II

III. Tujuan : Setelah melaksanakan praktikum diharapkan mahasiswa dapat,

1. Mengetahui sifat-sifat Op-Amp

2. Merancang rangkaian dengan Op-Amp

3. Menerapkan Op-Amp pada berbagai aplikasi lanjut

II. Alat dan Bahan


12. Catu Daya stabil

13. Multimeter



III. Teori Dasar

Secara teori Operational Amplifier (Op-Amp) atau Penguat Operasi adalah

penguat dengan kopling langsung (DC = Direct Coupling) yang memiliki sifat-sifat

sebagai berikut :

7. Faktor penguatan tak terhingga (A = )

Artinya perubahan sedikit saja pada masukannya akan menyebabkan perubahan

yang besar pada keluarannya. Karena pada penggunaannya tegangan output

berhingga dan karena iO A.V V , sedangkan A = maka iV dianggap nol

walaupun 0 V0 .

8. Tahanan Input Tak Terhingga ( R i )

Artinya inputnya tak menarik daya dari tingkat sebelumnya (yang diperlukan

hanya perubahan tegangan). Karena i

ii R

V I , bila iR maka 0 iI jadi pada

input tidak ada arus.

9. Tahanan Output = 0

Artinya tegangan output akan tetap walaupun impedansi beban hamper nol.

16

10. Bandwith dari DC sampai Tak Terhingga

Penguatan dari DC sampai frekuensi tak terhingga besarnya tetap.

11. Tak ada Drift Tegangan

Tegangan output tak berubah bila suhu berubah.

12. Rise Time = 0

Waktu yang diperlukan untuk mencapai harga puncak pada output sama dengan

pada sinyal input.

Mengingat bahwa bahan-bahan yang dipergunakan untuk membuat IC Op-Amp

kemampuannya terbatas, maka kenyataannya sebuah Op-Amp tidaklah persis seperti

penguat ideal.

17

IV. LEMBAR PENGAMATAN

D. Penguat Diferensial

R2

Input 2

Rb

output

R1

Input 1

+5V

+

-

LM741

3

26

7 14 5

-5V

Ra

f.in = 1 KHz V.in = 100mV p - p (sinus)


R1 = 1 KΩ, R2 = 2K2Ω Ra = 1 KΩ, Rb = 2K2Ω . Beda Fase = .......

R1 = 1 KΩ, R2 = 2K2Ω Ra = 2K2Ω, Rb = 4K7Ω Beda Fase = .......





R1 = 1 KΩ, R2 = 2K2Ω Ra = 1 KΩ, Rb = 1 KΩ

R1 = 1 KΩ, R2 = 2K2Ω Ra = 1 KΩ, Rb = 4K7Ω

18

. Beda Fase = .......

. Beda Fase = .......





Dengan input tegangan DC, Vin1 = 5V dan Vin2 = 5V (dc)







19

E. Integrator

Input 1

C1

50 nF

+

-

LM741

3

26

7 14 5

R2

1M

+5V

output

R1

-5V

f.in = 100 Hz V.in = 900mV p - p …(sinus)


R2 = 1 KΩ Beda Fase = .......

R2 = 10 KΩ Beda Fase = .......





R2 = 4K7 Ω . Beda Fase = .......

R2 = 47 KΩ Beda Fase = .......





20

f.in = 1 KHz V.in = 2V p - p …(kotak)


R2 = 1 KΩ Beda Fase = .......

R2 = 10 KΩ Beda Fase = .......





R2 = 4K7 Ω . Beda Fase = .......

R2 = 47 KΩ Beda Fase = .......





21

F. Integrator Diferensiator

C1

50 nF output

R1

Input 1

-5V

+

-

LM741

3

26

7 14 5

+5V

f.in = 100 Hz V.in = 900m V p - p …(sinus) Gambarkan bentuk gelombang input dan output

R2 = 1 KΩ Beda Fase = .......

R2 = 10 KΩ Beda Fase = .......





R2 = 4K7 Ω Beda Fase = .......

R2 = 47 KΩ Beda Fase = .......





22

f.in = 1 KHz V.in = 2 V p - p …(segitiga) Gambarkan bentuk gelombang input dan output

R2 = 1 KΩ Beda Fase = .......

R2 = 10 KΩ Beda Fase = .......





R2 = 4K7 Ω Beda Fase = .......

R2 = 47 KΩ Beda Fase = .......





23

G. Op-Amp Dalam Regulator Tegangan.

Zener

+ Vdc

-5V

+

-

LM741

3

26

7 14 5

R1

1 k

Rs

1 k

RF

output

Vzener = 3V8

V.in = 5 V

R f (Ohm) V 0

1 KΩ

1K5 Ω

2 KΩ

4K7 Ω

5 KΩ

Vzener = 6V8

V.in = 5 V

R f (Ohm) V 0

1 KΩ

1K5 Ω

2 KΩ

4K7 Ω

5 KΩ

Yogyakarta,……. Asisten / Instruktur

Nama :

24

UNIT IV PENGUKURAN TEMPERATUR MENGGUNAKAN TERMISTOR

TUJUAN PERCOBAAN

1. Mengetahui sensor suhu jenis termistor

2. Menggunakan termistor untuk mengukur suhu

3. Mengetahui respon, sensitifitas, linier, presisi dan akurasi

PERALATAN

Op-amp 741 x 1

Resistor 1Kohm x 2, 10Kohm x 2, dan 100ohm x 1

NTC x 1

Thermometer presisi x 1

Solder x 1

Butiran es x 1

Catudaya x 1

TEORI

Temperature standar yang utama adalah temperature tetap yang diperoleh dari fenomena

fisik. Contohnya adalah titik triple dari hydrogen pada suhu 1337,58K, titik triple dari es

pada suhu 273,16K dan titik beku dari emas pada suhu 1337,58 K. Titik triple

merupakan titik khusus dalam temperatur dengan tekenan permukaan yang mana tiga

fasa zat (padat, cair dan gas) berada dalam kondisi lingkungan yang sama. Hal ini telah

diterangkan dalam skala temperatur termodinamika mutlak dari kelvin dimana 0K

merupakan energi panas minimum.

Dalam ilmu pengetahuan dan teknik, juga dipakai skala temperatur Celcius. Suhu 0 oC

merupakan titik beku dan 100 oC merupakan titik didih air pada tekanan standar. Titik

triple air pada tekanan terendah (6,11 mbar atau 4,58 mm hg). Titik beku air adlah

273,15 K, dan untuk mengkonversi dari celcius ke kelvin dengan menambah 273,15.

Transduser temperatur

Salah satu dari tranduser temperatur non listrik yang umum adalah termometer mercury

atau alkohol. Jenis termometer ini terdiri dari suatu gelombung berisikan cairan yang

dihubungkan pada tabung kapiler. Perubahan isi ini akan dikonversikan menjadi

25

panjang tabung kapiler. Trnaduser temperatur lain yang merupakan tranduser listrik

adalah platinum resistance thermometer, thermocople, dan termistor.

Termistor

Termistor untuk pengukuran temperatur terdiri dari sepotong oksida mental yang

menghasilkan penurunan resistansi listrik akibat dari naiknya temperatur. Dalam

semikonduktor, jika temperatur dinaikan, maka beberapa elektron akan bergerak dari

pita valensi ke pita konduktif sehingga konduktifitas listrik akan naik. Konduktivitas

listrik ini telah diterangkan melalui mekanisme Boltzman, yang mana jumlah dari

elektron dalam pita konduksi bergantung pada temperatur e(-E/kT), dimana E merupakan

celah pita, sekitar 0,3eV dan k adalah konstanta Boltzmann sama dengan 8,61709 x 10-5

eV/K. Resistansi merupakan kebalikan dari konduktivitas, resistansi akan sebanding

dengan e(+E/kT) = e(35000/T).

Hubungan antara resistansi R dan temperatur T diberikan oleh: )]/1/1([)()( ToTeToRTR

Dimana T dalam derajat Kelvin, To adalah temperatur refernsi, dan adalah koefisien

temperatur dari bahan. Persamaan di atas terlihat bahwa resistansi menurun secara

eksponensial. Hal ini sebagai akibat naiknya konsentrasi elektron dalam pita konduksi

karena naiknya temperatur. Deskripsi yang lebih akurat diberikan oleh persamaan : 1/T=A+B(ln R) + C(ln R)3

Dimana A, B, dan C adalah konstanta empiris yang diperoleh melalui data pengukuran.

Karena persamaan tersebut linier untuk A, B, dan C maka teknik fitting least-squares

dapat kita pakai. Sebagai aproksimasi awal, 00 /ln TRA dan B . Dengan

mengabaikan harga (lnR)3, hubungan antara 1/T dan ln R untuk termistor terlihat seperti

gambar1

Gambar 1. Hubungan antara 1/T dan ln R untuk termistor, setelah mengabaikan (ln R)3

26

Konstanta disipasi adalah daya yang diperlukan untuk menaikan temperatur 1 oC diatas

media di sekitarnya. Untuk termistor yang ditempatkan pada minyak, konstanta

disipasinya sekitar 10 mW/ oC. Hal ini penting untuk diketahui karena arus yang melalui

termistor harus dijaga cukup kecil sehingga pemanasan joule tidak mempengaruhi

pengukuran temperatur. Untuk dipakia dalam pengukuran temperatur, termistor

digunakan rangkaian jembatan seperti gambar 2

Gambar 2. Jembatan whiteton

Persamaan dari rangkaian gambar 2 adalah

Thermistor x 5K = Potensiometer(100K) x 5K

Dari keluaran gambar 2, akan dikuatkan dengan rangkaian penguat diferensial seperti

gambar 3

+

-

LM741

3

26

7 14 5

+5V

output

10K

1K

Input 2

Input 1

-5V

1K

10K

Gambar 3. Rangkaian penguat deferensial

Persamaan dari rangkaian gambar 3 adalah

27

LANGKAH PERCOBAAN

1. MENENTUKAN KARAKTERISTIK TERMISTOR

Atur sedemikian rupa sehingga badan thermistor dan termometer sangat berdekatan

agar mendapat akses panas dari solder

Catat suhu mula mula dan nilai pembacaan voltmeter.

Hangatkan termistor dan catat suhu beserta perubahan tegangan pada voltmeter

sesuai tugas pengamatan.

Sketsalah grafik perubahan suhu terhadap perubahan tegangan.

Dengan menggunakan teknik fitting least-squares buatlah rumus antara

perbandingan suhu dengan tegangan.

2. RANGKAIAN TERMISTOR DENGAN JEMBATAN



Catat suhu mula mula dan nilai pembacaan voltmeter.

28

Hangatkan termistor dan catat suhu beserta perubahan tegangan pada voltmeter

sesuai tugas pengamatan.




3. RANGKAIAN TERMISTOR DENGAN PENGUATAN

+

-

LM741

3

26

7 14 5

+5V

output

10K

1K

Input 2

Input 1

-5V

1K

10K



Keluaran dari jembatan whiteton, hubungkan ke penguat deferensial.

Catat suhu mula mula dan nilai pembacaan voltmeter pada output jembatan dan

pengutan deffernsial.

Hangatkan termistor dan catat suhu beserta perubahan tegangan pada output

jembatan dan pengutan deffernsial sesuai tugas pengamatan.




LAPORAN PERCOBAAN

29

1. MENENTUKAN KARAKTERISTIK TERMISTOR

No Suhu terukur VO

1 35

2 40

3 45

4 50

5 55

6 60

7 65

8 70

9 75

10 80

2. RANGKAIAN TERMISTOR DENGAN JEMBATAN

No Suhu terukur VO

1 35

2 40

3 45

4 50

5 55

6 60

7 65

8 70

9 75

10 80

3. RANGKAIAN TERMISTOR DENGAN PENGUATAN

30

No Suhu terukur VO Voutput penguat

1 35

2 40

3 45

4 50

5 55

6 60

7 65

8 70

9 75

10 80

Mengetahui

Dosen / Supervisor

Nama:

Yogyakarta,……. Asisten

Nama :

unit 1 ketidakpastian pengukuran - feedback...

Documents