Instrumentasi pada Industri

BAB 1

A.         Instrumentasi pada Industri

I.     Topik    : Konsep dasar pengukuran

II. Tujuan : Setelah melakukan  kegiatan pembelajaran diharapkan mahasiswa dapat :

2.1. Menjelaskan  konsep dasar pengukuran

2.2. Membuat blok diagram sistem pengukuran secara umum

2.3. Menjelaskan  fungsi masing-masing blok diagram sistem pengukuran

2.4. Mengklasifikan fungsi instrumentasi dalam industri

III. Pendahuluan

Kegiatan pembelajaran untuk topik konsep dasar pengukuran membahas tentang: blok diagram sistem pengukuran secara umum, fungsi blok diagram sistem pengukuran instrumentasi yang meliputi: input pengukuran, tranduser, pengkondisi sinyal, display atau alat penampil , catu daya dan klasifikan fungsi instrumentasi dalam industri

IV.   Materi

4.1.   Konsep dasar pengukuran

       Dalam suatu pengukuran dibutuhkan suatu alat yaitu instrumen, yang digunakan untuk menentukan besaran atau variabel. Instrumen dapat didefinisinikan sebagai suatu alat atau peralatan yang mempunyai kemampuan dapat  :

(a) Menentukan hubungan antara keluaran dengan masukkan dari suatu sistim fisik, dimana masukkan  sebagai besaran yang diukur dan keluaran sebagai hasil pengukuran.

(b) Menghasilkan bentuk keluaran  sebagai hasil pengukuran berupa tanda atau sinyal yang kualitatif untuk ditampilkan pada: panel analog, digital display, osiloscop, grafik recorder, printer digital.

(c) Sesuai dengan tuntutan kebutuhan untuk pengukuran teknik, instrumen harus memiliki kemampuan karakteristik antara lain: ketelitian (accuracy)_‘ ketepatan (precission), kesalahan, kepekaan (sensitiviy), konstanta waktu (time constant), kalibrasi (calibration) serta angka kesalahan.

4.2. Blok diagram sistem pengukuran secara umum

       Blok diagram sistem pengukuran secara umum ditunjukkan pada gambar 1.1 Bagian-bagian dari sistem pengukuran terdiri dari: input pengukuran, tranduser, pengkondisi sinyal, rangkaian pengendali dan penampil seperti: panel analog, digital display, osiloscop, grafik recorder dan printer digital.

Gambar  1.1 Blok diagram sistem pengukuran secara umum

4.3. Fungsi masing-masing blok diagram sistem pengukuran

a. Input pengukuran berfungsi untuk mendeteksi parameter yang terdapat dalam proses industri atau dalam penelitian bidang ilmu teknik seperti: tekanan, temperatur, aliran, gerakan, tegangan listrik, arus listrik, dan daya listrik. Input pada pengukuran dapat berupa besaran-besaran:  (1) mekanik seperti: tegangan, gaya, tekanan, momen, torsi, displasemen, kecepatan, percepatan, kecepatan aliran, laju aliran massa, laju aliran volume, frekuensi dan waktu.  (2)  termal seperti: suhu dan fluks panas.  (3)  listrik seperti: tegangan listrik, arus listrik dan hambatan listrik.  Alat ukur harus mampu mendeteksi tiap perubahan dengan teliti dan dapat membangkitkan sinyal peringatan untuk  menunjukan perlunya dilakukan pengaturan secara manual atau  untuk mengaktifkan peralatan secara otomatis. 

b.  Tranduser  adalah  suatu  peralatan  atau  alat  yang  yang berfungsi untuk mengubah suatu besaran ke besaran lain. Tranduser menurut William D.C, (1985), adalah sebuah alat apabila digerakan oleh suatu energi di dalam sebuah sistem transmisi, akan menyalurkan energi tersebut dalam bentuk yang sama atau dalam bentuk yang berlainan ke sistem transmisi berikutnya. Transmisi energi ini bisa berupa listrik, mekanik, kimia, optic (radiasi) atau thermal (panas).

c. Pengkondisi sinyal atau pemodifikasi sinyal, sering juga disebut dengan  pemroses sinyal berfungsi untuk mengubah output besaran listrik dari transduser agar sesuai dengan masukkan yang dibutuhkan   untuk  alat peraga, alat perekam atau pemrograman. Pengkondisi sinyal bisa berupa rangkaian resistor sederhana sebagai pembagi tegangan, rangkaian penyesuai impedanasi, rangkaian penguat, detektor, demodulator, filter, ADC dan DAC. Sinyal output dapat berbentuk analog atau besaran digital.

d.  Display atau alat penampil berfungsi untuk penampilkan  atau memperagakan informasi tentang besaran yang diukur agar dapat dibaca, dengan menggunakan satuan yang ada dalam bidang teknik. 

e. Catu daya listrik berfungsi untuk memberi daya atau tenaga kepada transduser, pengkondisi sinyal dan  untuk alat penampil.

4.4.   Klasifikan fungsi instrumentasi dalam industri

        Fungsi Instrumentasi pada proses industri dapat diklasifikasikan ke dalam empat golongan yaitu

sebagai  alat: ukur (measurement), kontrol (control),  pengaman (Safety) dan Analisa (Analyze).

a.        Instrumentasi sebagai alat ukur (Measurement)

Instrumentasi sebagai alat ukur  mendeteksi dan memberikan informasi tentang besarnya nilai proses variabel yang diukur dari suatu proses industri ke pengamat tentang nilai besaran yang diukur  misalnya berupa: tekanan, suhu, jumlah aliran, tinggi permukaan cairan dan lain sebagainya.

b.        Instrumentasi sebagai alat pengendalian (Control)

Instrumentasi sebagai alat kontrol, yaitu alat yang berfungsi untuk mengendalikan jalannya    proses, agar variabel proses yang sedang diukur dapat diatur dan dikendaliakan tetap pada nilai yang ditentukan.

c.    Instrumentasi sebagai alat pengaman (Safety)

Instrumentasi sebagai alat untuk memberikan tanda bahaya atau tanda gangguan apabila terjadi trouble atau kondisi yang tidak normal yang diakibatkan oleh tidak berfungsinya suatu paralatan pada suatu proses, serta berfungsi untuk menunda suatu proses apabila gangguan tersebut tidak teratasi dalam waktu tertentu.

d.                      Instrumentasi sebagai alat analisa (Analyzer)

Instrumentasi yang berfungsi sebagai alat untuk menganalisa produk yang dikelola, apakah sudah memenuhi spesifikasi seperti yang diinginkan sesuai dengan standard, mengetahui polusi dari hasil produksi yang diproses agar tidak membahayakan dan merusak lingkungan.

B.     Karakteristik dasar alat ukur

I.     Topik     : Karakteristik dasar alat ukur dan kalibrasi

II. Tujuan  : Setelah melakukan  kegiatan pembelajaran diharapkan mahasiswa dapat:

2.1   Menyebutkan karakteristik dasar alat ukur

2.2   Menjelaskan karakteristik dasar alat ukur

2.3   Menjelaskan prosedur kalibrasi

III.   Pendahuluan

Kegiatan pembelajaran untuk topik konsep dasar pengukuran membahas tentang: karakteristik dasar alat ukur meliputi ketelitian, ketepatan, kesalahan, linieritas, histerisis, resolusi dan kemudahan pembacaan skala, ambang, kemampuan ulang, bentangan, ketelitian dinamis, prosedur kalibrasi dan standar kalibrasi.

IV.   Materi

4.1. Karakteristik dasar alat ukur

       Alat ukur harus mampu mendeteksi tiap perubahan dengan teliti dan dapat membangkitkan sinyal peringatan untuk  menunjukan perlunya dilakukan pengaturan secara manual atau untuk mengaktifkan peralatan secara otomatis.  Untuk mendapatkan sifat unjuk kerja yang optimum maka perlu diperhatikan sejumlah karakteristik dasar alat ukur yaitu: ketelitian, ketepatan, kesalahan, linieritas, histerisis, resolusi dan kemudahan pembacaan skala, ambang, kemampuan ulang, bentangan, ketelitian dinamis.

4.1.1.  Ketelitian (accuracy)

       Ketelitian pengukuran atau pembacaan merupakan hal yang sifatnya relatip pada pengukuran, ketelitian dipengaruhi kesalahan statis, kesalahan dinamis, drift/sifat berubah, reproduksibilitas pembacaan terhadap harga standar yang diterima atau harga yang sebenarnya.  Dari hasil percobaan, ketelitian dipengaruhi oleh batas-batas kesalahan intrinsik, batas variasi pada indikasi ketidak stabilan listrik nol (electrical zero) dan lingkungan. Harga kesalahan ini sama dengan derajat kesalahan pada hasil akhir. Ketelitian dapat ditentukan dengan mengkalibrasi pada kondisi kerja tertentu dan dinyatakan diantara plus dan minus suatu prosentasi harga pada harga skala yang ditentukan. Semua instrumen ditentukan dalam klasifikasi yang disebut kelas atau tingkat (grade) yang nilainya tergantung dari ketelitian produk. Ketelitian dari sistem yang lengkap tergantung pada ketelitian individual dari elemen pedekteksi (sensing element) primer dan elemen sekunder. Jika A merupakan ketelitian  seluruh sistem, maka  A =  (+a1+ a2 + a3 + ...+an) dimana,  + a1, + a2,+ a3, …, + an adalah ketelitian dari tiap elemen pada sistem instrumen itu. A dalam hal ini merupakan ketelitian terendah. Dalam praktek nilai A diperoleh dari  harga rms (root mean square) dari ketelitian masing-masing atau dapat dinyatakan dengan rumus: 

 rumus ini dipakai karena, tidak mungkin semua bagian dari sistem berada dalam kesalahan statis terbesar pada tempat dan waktu yang bersamaan.

4.1.2. Ketepatan

      Karakteristik lain pada instrumen adalah ketepatan divais/alat. Ketepatan merupakan kedekatan pengukuran masing-masing yang didistribusikan terhadap harga rata-ratanya.  Ketepatan merupakan ukuran kesamaan terhadap angka yang diukur sendiri dengan alat yang sama, jadi tidak dibandingkan dengan harga standar/baku. Ketepatan berbeda dengan ketelitian, untuk  ketepatan yang tinggi tidak menjamin ketelitian juga tinggi, karena ketelitian dibandingkan dengan harga baku.

4.1. 3. Kesalahan

      Terdapat hubungan antara yang diukur (measurand) dengan output teoritis atau ideal dari sebuah transduser. Pada transduser ideal outputnya memberikan harga yang benar, namun pada kenyataannya  tidak demikian, dalam batas jangkauan tertentu dari sebuah transduser terdapat hubungan antara output transduser dengan kurva teoritis. Hubugan ini dapat dinyatakan dengan persamaan matematika, grafik atau harga tabel. Harga output ideal tidak memperhatikan keadaan lingkungan (ambient environ-mental) seperti kondisi instrumen sebenarnya. Pada kenyataannya output transduser memiliki sifat non ideal, maka terdapat deviasi yang diukur dengan harga yang benar, perbedaan dari harga yang dibaca dengan harga yang benar disebut kesalahan (error). Biasanya kesalahan dinyatakan dalam persen terhadap output skala penuh (full scale output/FS). Perbandingan kesalahan dalam % terhadap skala penuh output adalah merupakan ketelitian alat. Kesalahan tersebut di atas terdiri dari kumpulan kesalahan individual.

a.    Kesalahan-kesalahan intrinsik, absolut dan relatif.

     Kesalahan yang terdapat ketika instrurnen dalam kondisi referensi disebut kesalahan intrinsik, Kesalahan absolut adalah perbedaan yang didapat dari pengurangan harga yang diukur dengan harga yang benar. Sedangkan kesalahan relatif yaitu perbandingan kesalahan absolut dengan harga yang benar.  Dalam hal tertentu diperlukan kesalahan kelinieran relatif K yang dinyatakan dengan hubungan :

dimana Ka = kemiringan rata-rata yang diukur pada pertengahan 80% dari skala penuh.

Kb = kemiringan rata-rata yang diukur pada ekstrim bawah 10% dari skala penuh.

b.  Kesalahan acak dan tidak menentu

Kesalahan tidak menentu dan acak terlihat bila pengukuran-pengukuran berulang pada besaran sarna menghasilkan harga-harga yang berbeda. Besar dan arah dari kesalahan tidak diketahui dan tidak dapat ditentukan. Hal ini dapat disebabkan karena adanya gesekan atau histerisis pegas, noise/derau, atau gejala lain. Faktor yang menyebabkan ialah perubahan sinyal input yang acak (random), bersama noise dan drift yang ada dalam pengkondisi sinyal. Kesalahan tersebut timbul banyak dalam analisa data dinamis. Ketidak menentuan dinyatakan sebagai deviasi rata-rata, kemungkinan kesalahan, atau deviasi statistik. Harga kesalahan diperkirakan sebagai harga dari penyimpangan nilai yang diamati atau dihitung terhadap nilai yang sebenarnya.

(c) Kesalahan sistimatik atau instrumental

Kesalahan yang disebabkan karena karakteristik bahan yang digunakan untuk pembuatan alat pengukur atau sistem disebut kesalahan instrumental atau sistimatik. Kesalahan sistimatik relatif konstan, kesalahan disebabkan karena sensitivitas, drift, zero effect. Gejalanya biasanya tersembunyi tidak mudah terlihat. Harga kesalahan ini didapatkan secara statistik berdasarkan observasi berulang dalam kondisi yang berbeda-beda atau dengan alat yang berbeda (tipe sama). Biasanya kesalahan ini dapat dihilangkan menggunakan faktor koreksi, Kesalahan instrumental adalah pengukuran ketetapan pada pembacaan instrumen. Kesalahan ini dapat direduksi oleh pengamat pada waktu membaca. (dengan membacanya lebih cermat).

(d) Kesalahan interferensi

Gangguan yang tidak diinginkan termodulasi pada sinyal input yang rendah misalnya karena noise (derau), hum (dengung), induksi, riak (ripple), atau dari transien akibat saklar dihidupkan, ini semua mengakibatkan kesalahan interferensi. Noise timbul dari mesin listrik lain, medan maknit, sumber panas, gangguan cuaca, pembusuran kontak pada saklar dan relay, elektrostatis dan lainnya. Kesalahan ini dapat dikurangi memakai isolasi pada alat, diskriminasi frekwensi. Isolasi (shielding) terhadap listrik, elektromaknit dan listrik statis.

(e) Kesalahan instalasi (kesalahan pakai)

Kesalahan timbul karena pemakaian tidak sesuai dan salah instalasi. Kesalahan ini timbul, bila alat bekerja di luar jangkauannya seperti : panas yang berlebihan, geteran dan tidak match. Semua alat harus bekerja sesuai dengan batas-batas yang dinyatakan dalam spesifikasi alat oleh pembuatnya.

(f) Kesalahan operasi (kesalahan manusia)

Kesalahan ini terjadi bila teknik penggunaan alat sangat buruk, walaupun alat sebetulnya akurat dan terpilih baik. Misalnya kesalahan timbul karena penyetelan yang tidak sesuai, standar rusak, skala yang kanan tidak sesuai, pembacaan paralaks, dan operator kurang terlatih. Pada pemakaian jembatan pengukur strain gauge mungkin terlupakan untuk mengatur ke nol terlebih dahulu sebelum pengukuran dilakukan dan dibuat seimbang pada posisi skala penuh. Harus diyakini bahwa alat-alat sebagai standar untuk mengukur resistansi, tegangan, tekanan dan temperatur harus dikalibrasi dengan tepat sebelumnya. Pembacaan berulang oleh pengamat yang terlatih dan pengecekan yang bebas (independent) perlu dilakukan. Kesalahan lain sebagai kesalahan orang yang disebabkan karena ceroboh, karena kurang pengalaman dan keterbatasan operator yang  mungkin timbul. Kesalahan ini dapat diatasi dengan pembacaan instrumen yang dilakukan oleh lebih dari satu orang.

(g) Driftnol (zero drift)

Drift nol adalah deviasi yang terlihat pada output instrumen terhadap waktu dari harga permulaan, bila kondisi instrumen semua konstan. Hal ini dapat disebabkan oleh variasi kondisi lingkungan atau karena umur.

(h)  Kesalahan karena perubahan-perubahan sensitif

Kadang-kadang, kesalahan karena drift pada skala nol atau skala penuh adalah besar dan sifatnya sangat acak dan sulit dihilangkan. Kesalahan maksimum timbul sesaat setelah alat dihidupkan dan mengecil setelah waktu pemanasan. Kesalahan ini timbul karena perubahan sensitivitas alat akibat perubahan temperatur atau fluktuasi tegangan jala-jala. Kesalahan ini dapat dikurangi memakai kompensasi temperatur dan regulator tegangan atau dengan pemakaian penguat diferensial yang seimbang atau penguat dengan stabilisasi chopper (Chopper stabilized). Kesalahan ini juga dapat dikurangi dengan pengamatan yang berulang dan melakukan kalibrasi statis sesering mungkin pada input yang  konstan. Sifat dari kesalahan acak mengikuti distribusi Gauss.

(i) Kesalahan statistik

Kesalahan statistik dalam pengukuran dapat dinyatakan dalam harga rata-rata statistik (statistical mean) dan deviasi standar. Bila x1, x2, … xn menyatakan sekumpulan harga besaran yang diukur, harga rata-rata statistik x dari pembacaan-pembacaan diberikan

sebagai :

Deviasi standar merupakan derajat dispersi dari pernbacaan sekitar harga rata-rata,

dituliskan sebagai :

    

       n i=1

r adalah deviasi standar, di  adalah deviasi rnasing-rnasing titik dari harga rata-rata,

[xi-x] dan n adalah jumlah pengamatan

(j) Pembobotan kesalahan

Dalam sebuah percobaan, kesalahan tidak dapat langsung dihitung misalnya: kesalahan pengamatan pengukuran angka Mach sangat bergantung pada kesalahan ukur pada dua harga tekanan. Kesalahan tergantung pada harga-harga yang berhubungan dengan masing-masing pengukuran dan interaksi kesalahan pada perhitungan akhir. Setiap kesalahan tidak mempengaruhi hasil akhir.

4.1.4. Linieritas

Kebanyakan transduser dirancang untuk mendapatkan output terhadap input yang diukur hubunganannya linier. Linieritas didefinisikan sebagai kemampuan untuk mereproduksi karakteristik input secara simetris, dan ini dapat dirumuskan sebagai y = mx + c, dengan y output, x input m kemiringan dan c titik potong. Kedekatan kurva kalibrasi dengan sebuah garis lurus adalah kelinieran transduser. Ketidak linieran mungkin disebabkan oleh sifat : bahan yang tidak linier pada komponen, penguat elektronika, histerisis mekanik, aliran kental atau merayap. Linieritas dinyatakan sebagai prosentase penyimpangan dari harga linier, yaitu deviasi rnaksimum kurva output dari best-fit garis lurus selama kalibrasi. Linieritas absolut berhubungan dengan kesalahan maksimum pada tiap titik pada skala terhadap pengukuran absolut atau garis lurus teoritis. Nilainya diberikan sebagai x % dari skala penuh. Linieritas diklasifikasikan sebagai berikut : "Linieritas kemiringan teoritis" adalah garis lurus yang menghubungkan titik-titik ujung teoritis. Garis ini digambar tanpa harga-harga yang diukur. "Linieritas terminal" (terminal linearity) adalah linieritas kemiringan teoritis dalam hal spesial, yaitu dengan titik-titik ujung teoritis tepat pada output a % dan 100 % dari skala penuh. "Linieritas titik ujung" (end point linearity) adalah sebagai garis lurus yang menghubungkan titik-titik ujung eksperimental. Titik-titik ujung itu dapat ditentukan seperti yang didapat selama kalibrasi atau seperti pembacaan rata-rata selama dua atau lebih kalibrasi yang berturut-turut, "Linieritas tidak bergantung" (independent linearity) adalah garis lurus yang terbaik, sebuah garis yang berada ditengah antara dua garis lurus paralel dengan kemungkinan jarak terdekat yang menghubungkan semua arah output yang didapatkan selama kalibrasi. Ini dapat digambar hanya bila kurva tergambar dengan semua output pembacaan termasuk titik-titik ujungnya. "Linieritas kuadrat terkecil" (Least square linearity) ialah garis lurus yang mempunyai jumlah kuadrat-kuadrat dari residu minimum. Residu adalah deviasi pembacaan-pernbacaan output terhadap titik-titik yang bersangkutan pada garis lurus best-fit (kecocokan terbaik). "Scatter" adalah sejenisnya, didefinisikan sebagai deviasi dari nilai rata-rata dari pengukuran berulang terhadap garis best-fit. Gambar 1.2.a. menunjukkan grafik linieritas terminal, gambar 1.2.b. menunjukkan grafik linieritas independed dan gambar 1.2.c  menunjukkan grafik  linieritas kesesuaian kwadrat terkecil

 4.1..5. Histerisis

Bila alat digunakan untuk mengukur parameter, pengukuran dengan arah naik dan kemudian dengan arah turun, output dari kedua pembacaan umumnya berbeda, hal ini disebabkan karena adanya gesekan di dalam atau di luar pada saat elemen sensor menerima input parameter yang diukur. Perbedaan maksimum pada output pembacaan selama kalibrasi adalah histerisis dari alat itu. Gambar 1.3. menunjukkan lengkung histerisis tersebut. Histerisis terjadi pada maknit dan pula pada alat mekanik umumnya, hal ini tergantung pada histeri (kejadian) yang lalu pada pembalikan input, waktu yang dihabiskan pada langkah sebelumnya blaeklash (longgar) pada roda-roda gigi, gesekan coloumb, kemacetan, tumpuan yang seret, dan bahan yang elastis. Kesalahan terjadi pada detektor pertama, indikator analog dan alat perekam.

  Gambar 1.2. (a) Linieritas terminal (b) Linieritas independed (c) Linieritas kesesuaian kwadrat terkecil

Gambar 1.3. Lengkung histerisis

Kesalahan direduksi dengan perencanaan alat yang lebih sesuai, pemilihan komponen mekanik, sifat fleksibel besar, dan memakai bahan yang menggunakan pengerjaan panas (heat treatment) yang tepat. Harga histerisis biasanya dinyatakan sebagai prosentase output skala penuh yang diukur pada daerah 50% dari skala penuh, gambar1.3. menunjukkan  Histerisis yang didapat bila jangkauan (range) lebih kecil dari skala penuh biasanya lebih kecil daripada skala histerisis total (dalam skala penuh).

4.1.6. Resolusi dan kemudahan pembacaan skala

 Resolusi adalah kemampuan sistem pengukur termasuk pengamatannya, untuk membedakan harga-harga yang hampir sama. Dapat didefinisikan sebagai perbedaan antara dua besaran input yang menghasilkan perubahan terkecil informasi output, perubahan input dilakukan secara searah. BiIa input diubah perlahan-lahan dari sembarang harga yang bukan nol, maka pada output terlihat tidak berubah sampai harga perubahan input tertentu dilampaui. Perubahan ini disebut resolusi. Resolusi dapat didefinisikan sebagai perubahan input yang dapat memberikan perubahan output terkecil yang dapat diukur. Selanjutnya pembacaan skala adalah sifat yang tergantung pada instrumen dan pengamatannya. Ini menyatakan angka yang signifikan (mudah diamati) dan dapat direkam/dicatat sebagai data. Pada meter analog, ini tergantung pada ketebalan tanda skala dan jarum penunjuknya. Pada meter digital, digit terakhir (least significant bit) dapat dipakai sebagai ukuran kemudahan pembacaan skala.

4.1.7. Ambang (threshold)

Bila input instrumen dinaikkan secara bertahap dari nol, terdapat harga minimum dibawah harga tersebut dan  pada output tidak ada perubahan yang dapat terbaca. Harga minimum ini didefinisikan sebagai ambang instrumen. Gejala pada saat besaran ambang dapat diamati yaitu bila output mulai menunjukkan perubahan. Sering diperlukan harga yang kuantitatif yaitu untuk menentukan ambang data yang reproduktif. Jadi definisi yang lebih sesuai, ambang adalah besaran numerik pada output yang berhubungan dengan perubahan input. "Dead band", "dead space" dan "dead zone" merupakan pernyataan lain dari ambang/treshold instrumen. Ambang dapat memberikan pengaruh pada kisterisis total.

4.1.8. Kemampuan ulang (repeatability)

Kemampuan ulang didefinsikan sebagai ukuran deviasi dari hasil-hasil test terhadap harga rata-ratanya (mean value).

4.1.9. Bentangan (Span)

Jangkauan (range) variabeI pengukuran pada instrumen yang direncanakan dapat mengukur secara linier, disebut bentangan (span). Kadang-kadang ini menyatakan yang kanan operasi linier pada skala total. Istilah yang berhubungan dengan mutu (fidelity) dinamis dari peralatan disebut “jangkauan dinamis” Ini merupakan perbandingan input dinamis terbesar terhadap yang terkecil di mana instrumen mengukur dengan benar. Biasanya harganya dinyatakan dalam desibeI.

4.1.10 Ketelitian dinamis

Bila sistem pengukuran mendapat input yang berubah dengan cepat, hubungan antara input dengan output menjadi berbeda dengan keadaan statik atau muasistatik (Quasistatic). Tanggapan (response) dinarnis sistem dapat dinyatakan dengan persamaan diferensial. Bila ini berbentuk persamaan diferensial linier, maka sistem disebut linier dinamis. Karakteristik dinamik dasar tergantung pada orde dari persamaan diferensial sistem itu. Instrumen orde pertama (misalnya sensor temperatur) dapat dikarakteristikan dengan satu parameter yang dikenal sebagai konstanta waktu t (thau) (dalam detik) sistem itu.

Persamaan diferensialnya sebagai berikut :

ty+ y = x (t)

dimana x (t) merupakan fungsi waktu dan y adalah output sistem.

Dua parameter yang mengkarakterisasi orde kedua sebuah transduser adalah frekuensi natural n dan ratio peredaman dari sistem. Dengan parameter itu persamaan diferensial dapat ditulis sebagai berikut :

 

Dimana n dinyatakan dalam rad/detik, dan merupakan besaran tanpa dimensi. Sistem dengan orde yang lebih tinggi dapat diperoleh. Bila lebih dari satu sistem orde rendah diberikan, seperti misalnya bila output transduser orde kedua diberikan ke filter orde kedua lagi, maka sistem seluruhnya menjadi sistem orde keempat. Parameter yang disebutkan di atas untuk orde kesatu dan sistem orde kedua, sangat berguna untuk menganalisa tanggapan output fungsi input-waktu sederhana dan juga untuk evaluasi kesalahan dinamis yang timbul. Dalam hal sistem orde pertama/kesatu, harga konstanta waktu yang rendah berarti ketanggapannya cepat (fast response) maka menghasilkan kesalahan dinamis yang rendah. Dalam hal system orde kedua, frekuensi natural adalah index dari tangapan cepat. Rasio redaman (damping ratio) menunjukkan stabilitas relatif dari sistem orde kedua. Sistem dengan redaman rendah menghasilkan osiIasi pada outputnya bila diberi input transien, sedangkan sistem dengan redaman tinggi menunjukkan tanggapan lamban (sluggish), maka memerlukan waktu panjang untuk menuju ke harga seimbang (steady state).

4.2. Kalibrasi

Kalibrasi merupakan hal yang penting pada pengukuran industri dan pengaturan/kontrol.

Dapat didefinisikan sebagai pembandingan harga spesifik input dan output instrumen terhadap standar referensi yang bersangkutan. Kalibrasi ini memberikan garansi pada alat atau instrumen bahwa ia akan bekerja dengan ketelitian yang dibutuhkan dan jangkauan yang dispesifikasikan dalam lingkungan yang tertentu pula. Dengan alat yang telah dikalibrasi pembuat atau pemroses dapat memproduksi barang dengan kualitas sesuai dengan spesifikasi. Kalibrasi harus dilakukan secara periodik untuk menguji kebenaran unjuk kerja alat atau sistem, untuk itu diperlukan standar sebagai pembanding kerja. Pembanding ini memerlukan opeator yang telah ahli/ terlatih, dan perlu adanya referensi standar yang baik, dan juga lingkungan yang standar (standard)/baku pula. Kalibrasi tidak menjamin unjuk kerja istrumen tetapi sebagai indikator baik apakah unjuk kerja instrumen memenuhi keteIitian dan spesifikasi jangkauan (range) pada pemakaian alat itu. Kalibrasi kembali selalu diperlukan karena instrumen telah diubah penyetelannya, karena berubah dengan waktu/tua, baru direparasi, pemakaian berlebihan. Sertifikat kalibrasi yang telah didapatkan dapat digunakan sebagai tanda verifikasi oleh pembuatnya dan memberikan kepercayaan kepada pemakai alat sebagai jaminan. Standar yang diterima dapat dikatagorikan sebagai standar primer, sekunder dan standar kerja. Standar primer sangat teliti dan harga satuan absolutnya telah diberi sertifikat oleh National Standard Institution yang harus berada dalam toleransi yang diizinkan. Standar ini sangat mahal untuk membeli dan memeliharanya. Absolut memberi arti tidak bergantung/bebas, tidak relatif tetapi pasti. Standar referensi terkalibrasi yang diturunkan dari standar absolut disebut standar sekunder. Standar ini dapat dimiliki oleh banyak instansi yang dapat ditera dengan standar primer kembali. Jarak waktu kalibrasi standar sekunder bergantungan pada ketelitian dan tipe standar yang dipelihara. Standar normal yang diperlukan di industri dan laboratorium, mempunyai ketelitian setingkat lebih rendah dari standar sekunder,disebut standar kerja (working standard). Pada fasilitas kalibrasi industri yang dilengkapi baik harus memiliki standar primer/sekunder, beserta alat kalibrasi untuk simpangan (displacement) kecepatan, percepatan, gaya, tekanan, aliran, temperature, tegangan listrik, arus listrik, waktu dan frekuensi yang banyak dibutuhkan industri.

Tabel 1.1. menunjukkan beberapa standar yang dipelihara dengan ketelitian yang dapat dihasilkan. Standar sedikitnya mempunyai ketelitian setingkat lebih tinggi daripada instrumen yang akan dikalibrasi. Dalam semua prosedur kalibrasi dianjurkan untuk melakukan pembacaan naik dan menurun.  Pada transduser mekanik atau elektro-mekanik, prosedur ini memperlihatkan adanya kerugian karena gesekan, histerisis atau semacamnya, sedangkan dalam alat listrik murni menunjukkan nonlinier dan relaktansi maknit.

Tabel 1.1. Standar kalibrasi

Parameter	Standar primer	Standar sekunder dan kerja
Simpangan/kecepatan/percepatan	Panjang distandarkan memakai lampu Krypton 88 (1x10-4) pengukuran gerakan memakai alat standar; gerakan dan simulasi meja putar	Mikrometer presisi dan alat ukur (1x10-5); giroskop; meter percepatan standar (2x10-4)
Tekanan	Tester bobot mati udara (air dead weight tester) nanometer presisi (3x10-5 sampai 1x10-8)	Tester bobot mati minyak, pipa bourdon kuarsa; tranduser kesetimbangan gaya (force balance); nanometer air dan air raksa (1x10-5 sampai 3x10-4)
Gaya/kopel	Bobot mati standar (1x10-7 sampai 1x10-8)	Sel-sel beban standar; mesin testing universal; meter kopel presisi (1x10-4 sampai 1x10-5)
Aliran	Pengukuran volume massa dan waktu (1x10-5)	Pipa pitot, rota meter turbin, meter aliran (1x10-4sampai 1x10-3)
Temperatur	Potensiometer presisi; titik didih dan titik leleh metal (2x10-3 K)	Termokopel standar, termometer resistansi; potensiometer standar; pirometer radiasi (20x10-3); standar berkas rubidium
Waktu/Frekuensi	Standar berkas Cesium (waktu 0,2) frekuensi 1x10-12 mikro detik perhari	Osilator kristal kuarsa (waktu 20 mikro detik perhari)
Tegangan/ arus	Potensial efek l Joseph son berhubungan dengan frekuensi (1x10-4)	Voltmeter estándar; potensiometer estándar (1x10-5)