Unit 1 Ketidakpastian Pengukuran

Transkripsi

1 Unt 1 Ketdakpastan Pengukuran I. Tujuan : Setelah melaksanakan praktkum dharapkan mahasswa dapat, 1. Mengetahu sfat-sfat alat ukur 2. Mengkalbras alat ukur II. Alat dan Bahan 1. Rangkaan percobaan 2. Catu Daya stabl 3. Multmeter 4. Osloskop dual trace 5. Kabel konektor (Jumper) III. Teor Dasar Pengujan pengukuran serngkal mencakup nla terukur, yang terletak dekat zona ketdakpastan. Tujuan pengukuran adalah menentukan nla besaran ukur yang mencakup spesfkas besaran ukur, metode pengukuran dan prosedur pengkuran. Secara umum, hasl pengukuran hanya merupakan taksran atau pendekatan nla besaran ukur. Oleh karena tu hasl tersebut hanya lengkap bla dserta dengan pernyataan ketdakpastan dar taksran tersebut. Ketdakpastan adalah ukuran sebaran yang secara beralasan dapat dkatkan dengan nla terukur. Yang memberkan rentang terpusat pada nla terukur, dmana ddalamnya terletak nla benar dengan tngkat kepercayaan tertentu. Beberapa sumber ketdakpastan pengukuran : a. defns besaran ukur yang tdak lengkap b. pengamblan sampel yang dukur bsa jad tdak mewakl besaran ukur yang ddfnskan. c. bas personl dalam membaca peralatan analog d. resolus atau ambang dskrmnas peralatan e. nla yang dberkan pada standar pengukuran atau bahan acuan f. varas pengamatan berulang terhadap besaran ukur dalam konds yang tampak sama 1

2 g. pengaruh konds lngkungan terhadap proses pengukuran. Klafsfkas komponen ketdakpastan Secara umum ketdakpastan pengukuran terdr dar beberapa komponen yang dapat dklasfkaskan menurut metode yang dgunakan untuk menaksr numerknya. 1. Tpe A, yang devaluas dengan analsa statstk dar serangkaan pengamatan. 2. Tpe B, yang devaluas dengan cara selan analss statstk, tap ddasarkan kepada scentfc jugement dengan menggunakan nformas : a. Data pengukuran sebelumnya, b. Pengalaman dan pengetahuan, c. Spesfkas pabrk, d. Data kalbras/laporan kalbras, e. Ketdakpastan dar data acuan/ buku Dalam praktkum kal n kta akan mencoba menghtung ketdakpastan pengukuran dengan Tpe A. Evaluas ketdakpastan baku Tpe A Bla pengukuran dlakukan berulang kal, nla rata-rata dan smpangan bakunya dapat dhtung. Smpangan baku menggambarkan sebaran nla yang dapat dgunakan untuk mewakl seluruh populas dar nla terukur. Dalam sebagaan besar kasus, taksran terbak yang terseda dar nla haapan terhadap suatu besaran yang bervaras secara acak, yang dperoleh dar n pengamatan berulang yang salng bebas dalam konds pengukuran yang sama adalah nla rata-rata dar hasl n pengamatan : 1 x n Smpangan baku adalah suatu taksran sebaran populas dmana n nla tersebut dambl, yatu : s( x ) n 1 n 1 ( x x x) n 1 Setelah melakukan satu kal n pengamatan berulang, kemudan dlakukan pengamatan kedua dar n pengamatan berulang maka nla rata-rata dapat dhtung lag. Kemungknan akan terjad sedkt perbedaan rata-rata dar n pengamatan kedua dar 2 2

3 rata-rata pengamatan pertama. Taksran sebaran dar rata-rata populas dapat dhtung dar smpangan baku rata-rata ekspermental (ESDM): s( x) s ( x Ketdakpastan baku Tpe A, u(x ) dar suatu besaran yang dtentukan dar n pengamatan berulang yang salng bebas adalah nla ESDM: u(x ) = s(x) Jad nla besaran yang terukur adalah hasl pembacaan u(x ) n ) 3

4 Lembar Kerja Kalbras Tegangan DC No. Sertfkat: : Tgl dterma : Nama Alat : Alat standard : Kapastas : Nama : Readblty : No.sertfkat : Tpe/model : Ketelusuran : No. Ser : Lokas Kalbras : Merk/Buatan : Konds Lngkungan : Kelas : Metode Kalbras : Acuan : Has Kalbras o C Rentang (Volt) Frekwens (Hz) Penunjuk Alat (Volt) Pembacaan Standard (Volt) Nak Turun Nak Turun repeablty Rara-rata pembacaan Nak turun Catatan : Nla rata-rata dbulatkan ke : Repeblty terbesar : (Repeblty = harga mutlak dar selsh pembacaan nak.1 dan pembacaan nak.2 atau pembacaan turun.1 dan pembacaan turun.2) Dsetuju: Tgl. Dperksa: Tgl. Dkalbras: Tgl. 4

5 Lembar Kerja Kalbras Tegangan AC No. Sertfkat: : Tgl dterma : Nama Alat : Alat standard : Kapastas : Nama : Readblty : No.sertfkat : Tpe/model : Ketelusuran : No. Ser : Lokas Kalbras : Merk/Buatan : Konds Lngkungan : Kelas : Metode Kalbras : Acuan : Has Kalbras o C Rentang (Volt) Frekwens (Hz) Penunjuk Alat (Volt) Pembacaan Standard (Volt) Nak Turun Nak Turun repeablty Rara-rata pembacaan Nak turun Catatan : Nla rata-rata dbulatkan ke : Repeblty terbesar : (Repeblty = harga mutlak dar selsh pembacaan nak.1 dan pembacaan nak.2 atau pembacaan turun.1 dan pembacaan turun.2) Dsetuju: Tgl. Dperksa: Tgl. Dkalbras: Tgl. 5

6 Lembar Kerja Kalbras Tahanan No. Sertfkat: : Tgl dterma : Nama Alat : Alat standard : Kapastas : Nama : Readblty : No.sertfkat : Tpe/model : Ketelusuran : No. Ser : Lokas Kalbras : Merk/Buatan : Konds Lngkungan : Kelas : Metode Kalbras : Acuan : Has Kalbras o C Rentang (Ohm) Penunjuk Alat (Ohm) Pembacaan Standard (Ohm) Nak Turun Nak Turun repeablty Rara-rata pembacaan Nak turun Catatan : Nla rata-rata dbulatkan ke : Repeblty terbesar : (Repeblty = harga mutlak dar selsh pembacaan nak.1 dan pembacaan nak.2 atau pembacaan turun.1 dan pembacaan turun.2) Dsetuju: Tgl. Dperksa: Tgl. Dkalbras: Tgl. 6

7 UNIT II APPLIKASI OP AMP 1 II. Tujuan : Setelah melaksanakan praktkum dharapkan mahasswa dapat, 1. Mengetahu sfat-sfat Op-Amp 2. Merancang rangkaan dengan Op-Amp 3. Menerapkan Op-Amp pada berbaga aplkas II. Alat dan Bahan 6. Rangkaan percobaan 7. Catu Daya stabl 8. Multmeter 9. Osloskop dual trace 10. Kabel konektor (Jumper) III. Teor Dasar Secara teor Operatonal Amplfer (Op-Amp) atau Penguat Operas adalah penguat dengan koplng langsung (DC = Drect Couplng) yang memlk sfat-sfat sebaga berkut : 1. Faktor penguatan tak terhngga (A = ) Artnya perubahan sedkt saja pada masukannya akan menyebabkan perubahan yang besar pada keluarannya. Karena pada penggunaannya tegangan output berhngga dan karena walaupun V Tahanan Input Tak Terhngga ( R ) V A.V, sedangkan A = maka V danggap nol O Artnya nputnya tak menark daya dar tngkat sebelumnya (yang dperlukan hanya perubahan tegangan). Karena nput tdak ada arus. 3. Tahanan Output = 0 V I, bla R R maka I 0 jad pada Artnya tegangan output akan tetap walaupun mpedans beban hamper nol. 4. Bandwth dar DC sampa Tak Terhngga 7

8 Penguatan dar DC sampa frekuens tak terhngga besarnya tetap. 5. Tak ada Drft Tegangan Tegangan output tak berubah bla suhu berubah. 6. Rse Tme = 0 Waktu yang dperlukan untuk mencapa harga puncak pada output sama dengan pada snyal nput. Mengngat bahwa bahan-bahan yang dpergunakan untuk membuat IC Op-Amp kemampuannya terbatas, maka kenyataannya sebuah Op-Amp tdaklah perss sepert penguat deal. Beberapa contoh rangkaan dasar dengan Op-Amp adalah sebaga berkut : Gambar 1. Rangkaan dasar Op-Amp 8

9 A. Gelncran Nol (Zero Offset) +5V OUT PUT LM K 1 2-5V Ukurlah Tegangan Keluaran: RESISTOR VAR d putar ke kanan Vo = RESISTOR VAR d putar ke kr Vo = RESISTOR VAR d putar ke poss tengah Vo = Apakah output dapat 0 volt? Ya/Tdak Jelasan : B. Penguat Membalk R2 -Vcc Input R1 1 K LM741 6 output +Vcc 9

10 Penggaruh Perubahan R2 f.n = 1 KHz V.n = 100mV p - p +Vcc = 5Volt -Vcc = 5Volt R 2 (Ohm) V 0 (skala) Volts/Dv V 0 (Volt) R2 = 1 KΩ R2 = 4K7 Ω R2 = 10 KΩ Penggaruh Perubahan V.n f.n = 1 KHz R2 = 10 KΩ +Vcc = 5Volt -Vcc = 5Volt Gambarkan bentuk gelombang nput dan output V.n = 100mV p - p (snus) V.n = 300mV p - p (snus) V.n = 700m V p - p (snus) V.n = 1 V p - p (snus)

11 Penggaruh Perubahan Vcc f.n = 1 KHz R2 = 10 KΩ V.n = 700m V p - p (snus) Gambarkan bentuk gelombang nput dan output +Vcc = 5Volt -Vcc = 5Volt +Vcc = 7Volt -Vcc = 7Volt Vcc = 9Volt -Vcc = 9Volt +Vcc = 12Volt -Vcc = 12Volt

12 C. Penguat Tak Membalk +5V 7 1 Input output LM R2-5V 1K Penggaruh Perubahan R2 f.n = 1 KHz V.n = 100mV p - p +Vcc = 5Volt -Vcc = 5Volt R 2 (Ohm) V 0 (skala) Volts/Dv V 0 (Volt) R2 = 1 KΩ R2 = 4K7 Ω R2 = 10 KΩ 12

13 Penggaruh Perubahan V.n f.n = 1 KHz R2 = 10 KΩ +Vcc = 5Volt -Vcc = 5Volt Gambarkan bentuk gelombang nput dan output V.n = 100mV p - p (snus) V.n = 300mV p - p (snus) V.n = 700m V p - p (snus) V.n = 1,2 V p - p (snus)

14 Penggaruh Perubahan Vcc f.n = 1 KHz R2 = 10 KΩ V.n = 1000m V p - p (snus) Gambarkan bentuk gelombang nput dan output +Vcc = 5Volt -Vcc = 5Volt +Vcc = 7Volt -Vcc = 7Volt Vcc = 9Volt -Vcc = 9Volt +Vcc = 12Volt -Vcc = 12Volt Yogyakarta,. Assten / Instruktur Nama : 14

15 UNIT III APPLIKASI OP AMP II III. Tujuan : Setelah melaksanakan praktkum dharapkan mahasswa dapat, 1. Mengetahu sfat-sfat Op-Amp 2. Merancang rangkaan dengan Op-Amp 3. Menerapkan Op-Amp pada berbaga aplkas lanjut II. Alat dan Bahan 11. Rangkaan percobaan 12. Catu Daya stabl 13. Multmeter 14. Osloskop dual trace 15. Kabel konektor (Jumper) III. Teor Dasar Secara teor Operatonal Amplfer (Op-Amp) atau Penguat Operas adalah penguat dengan koplng langsung (DC = Drect Couplng) yang memlk sfat-sfat sebaga berkut : 7. Faktor penguatan tak terhngga (A = ) Artnya perubahan sedkt saja pada masukannya akan menyebabkan perubahan yang besar pada keluarannya. Karena pada penggunaannya tegangan output berhngga dan karena walaupun V Tahanan Input Tak Terhngga ( R ) V A.V, sedangkan A = maka V danggap nol O Artnya nputnya tak menark daya dar tngkat sebelumnya (yang dperlukan hanya perubahan tegangan). Karena nput tdak ada arus. 9. Tahanan Output = 0 V I, bla R R maka I 0 jad pada Artnya tegangan output akan tetap walaupun mpedans beban hamper nol. 15

16 10. Bandwth dar DC sampa Tak Terhngga Penguatan dar DC sampa frekuens tak terhngga besarnya tetap. 11. Tak ada Drft Tegangan Tegangan output tak berubah bla suhu berubah. 12. Rse Tme = 0 Waktu yang dperlukan untuk mencapa harga puncak pada output sama dengan pada snyal nput. Mengngat bahwa bahan-bahan yang dpergunakan untuk membuat IC Op-Amp kemampuannya terbatas, maka kenyataannya sebuah Op-Amp tdaklah perss sepert penguat deal. 16

17 IV. LEMBAR PENGAMATAN D. Penguat Dferensal R2-5V Input 1 Input 2 R1 Ra LM741 6 output 7 1 Rb +5V f.n = 1 KHz V.n = 100mV p - p (snus) Gambarkan bentuk gelombang nput dan output R1 = 1 KΩ, R2 = 2K2Ω Ra = 1 KΩ, Rb = 2K2Ω R1 = 1 KΩ, R2 = 2K2Ω Ra = 2K2Ω, Rb = 4K7Ω R1 = 1 KΩ, R2 = 2K2Ω Ra = 1 KΩ, Rb = 1 KΩ R1 = 1 KΩ, R2 = 2K2Ω Ra = 1 KΩ, Rb = 4K7Ω 17

18 Dengan nput tegangan DC, Vn1 = 5V dan Vn2 = 5V (dc) R1 = 1 KΩ, R2 = 2K2Ω Ra = 1 KΩ, Rb = 2K2Ω R1 = 1 KΩ, R2 = 2K2Ω Ra = 1 KΩ, Rb = 4K7Ω

19 E. Integrator C1 50 nf R2-5V 1M Input 1 R LM741 6 output V f.n = 100 Hz V.n = 900mV p - p (snus) Gambarkan bentuk gelombang nput dan output R2 = 1 KΩ R2 = 10 KΩ R2 = 4K7 Ω R2 = 47 KΩ

20 f.n = 1 KHz V.n = 2V p - p (kotak) Gambarkan bentuk gelombang nput dan output R2 = 1 KΩ R2 = 10 KΩ R2 = 4K7 Ω R2 = 47 KΩ

21 F. Integrator Dferensator R1-5V Input 1 C1 50 nf LM741 6 output V f.n = 100 Hz V.n = 900m V p - p (snus) Gambarkan bentuk gelombang nput dan output R2 = 1 KΩ R2 = 10 KΩ R2 = 4K7 Ω R2 = 47 KΩ

22 f.n = 1 KHz V.n = 2 V p - p (segtga) Gambarkan bentuk gelombang nput dan output R2 = 1 KΩ R2 = 10 KΩ R2 = 4K7 Ω R2 = 47 KΩ

23 G. Op-Amp Dalam Regulator Tegangan. R1 RF 1 k -5V + Vdc Rs 1 k LM output Zener Vzener = 3V8 V.n = 5 V R f (Ohm) V 0 1 KΩ 1K5 Ω 2 KΩ 4K7 Ω 5 KΩ Vzener = 6V8 V.n = 5 V R f (Ohm) V 0 1 KΩ 1K5 Ω 2 KΩ 4K7 Ω 5 KΩ Yogyakarta,. Assten / Instruktur Nama : 23

24 UNIT IV PENGUKURAN TEMPERATUR MENGGUNAKAN TERMISTOR TUJUAN PERCOBAAN 1. Mengetahu sensor suhu jens termstor 2. Menggunakan termstor untuk mengukur suhu 3. Mengetahu respon, senstftas, lner, press dan akuras PERALATAN Op-amp 741 x 1 Resstor 1Kohm x 2, 10Kohm x 2, dan 100ohm x 1 NTC x 1 Thermometer press x 1 Solder x 1 Butran es x 1 Catudaya x 1 TEORI Temperature standar yang utama adalah temperature tetap yang dperoleh dar fenomena fsk. Contohnya adalah ttk trple dar hydrogen pada suhu 1337,58K, ttk trple dar es pada suhu 273,16K dan ttk beku dar emas pada suhu 1337,58 K. Ttk trple merupakan ttk khusus dalam temperatur dengan tekenan permukaan yang mana tga fasa zat (padat, car dan gas) berada dalam konds lngkungan yang sama. Hal n telah dterangkan dalam skala temperatur termodnamka mutlak dar kelvn dmana 0K merupakan energ panas mnmum. Dalam lmu pengetahuan dan teknk, juga dpaka skala temperatur Celcus. Suhu 0 o C merupakan ttk beku dan 100 o C merupakan ttk ddh ar pada tekanan standar. Ttk trple ar pada tekanan terendah (6,11 mbar atau 4,58 mm hg). Ttk beku ar adlah 273,15 K, dan untuk mengkonvers dar celcus ke kelvn dengan menambah 273,15. Transduser temperatur Salah satu dar tranduser temperatur non lstrk yang umum adalah termometer mercury atau alkohol. Jens termometer n terdr dar suatu gelombung berskan caran yang dhubungkan pada tabung kapler. Perubahan s n akan dkonverskan menjad 24

25 panjang tabung kapler. Trnaduser temperatur lan yang merupakan tranduser lstrk adalah platnum resstance thermometer, thermocople, dan termstor. Termstor Termstor untuk pengukuran temperatur terdr dar sepotong oksda mental yang menghaslkan penurunan resstans lstrk akbat dar naknya temperatur. Dalam semkonduktor, jka temperatur dnakan, maka beberapa elektron akan bergerak dar pta valens ke pta konduktf sehngga konduktftas lstrk akan nak. Konduktvtas lstrk n telah dterangkan melalu mekansme Boltzman, yang mana jumlah dar elektron dalam pta konduks bergantung pada temperatur e (-E/kT), dmana E merupakan celah pta, sektar 0,3eV dan k adalah konstanta Boltzmann sama dengan 8,61709 x 10-5 ev/k. Resstans merupakan kebalkan dar konduktvtas, resstans akan sebandng dengan e (+E/kT) = e (35000/T). Hubungan antara resstans R dan temperatur T dberkan oleh: R( T) R( To) e [ (1/ T 1/ To)] Dmana T dalam derajat Kelvn, To adalah temperatur referns, dan adalah koefsen temperatur dar bahan. Persamaan d atas terlhat bahwa resstans menurun secara eksponensal. Hal n sebaga akbat naknya konsentras elektron dalam pta konduks karena naknya temperatur. Deskrps yang lebh akurat dberkan oleh persamaan : 1/T=A+B(ln R) + C(ln R) 3 Dmana A, B, dan C adalah konstanta emprs yang dperoleh melalu data pengukuran. Karena persamaan tersebut lner untuk A, B, dan C maka teknk fttng least-squares dapat kta paka. Sebaga aproksmas awal, A ln R0 / T0 dan B. Dengan mengabakan harga (lnr) 3, hubungan antara 1/T dan ln R untuk termstor terlhat sepert gambar1 Gambar 1. Hubungan antara 1/T dan ln R untuk termstor, setelah mengabakan (ln R) 3 25

26 Konstanta dspas adalah daya yang dperlukan untuk menakan temperatur 1 o C datas meda d sektarnya. Untuk termstor yang dtempatkan pada mnyak, konstanta dspasnya sektar 10 mw/ o C. Hal n pentng untuk dketahu karena arus yang melalu termstor harus djaga cukup kecl sehngga pemanasan joule tdak mempengaruh pengukuran temperatur. Untuk dpaka dalam pengukuran temperatur, termstor dgunakan rangkaan jembatan sepert gambar 2 Gambar 2. Jembatan whteton Persamaan dar rangkaan gambar 2 adalah Thermstor x 5K = Potensometer(100K) x 5K Dar keluaran gambar 2, akan dkuatkan dengan rangkaan penguat dferensal sepert gambar 3 10K -5V Input 1 Input 2 1K 1K LM output 10K +5V Gambar 3. Rangkaan penguat deferensal Persamaan dar rangkaan gambar 3 adalah 26

27 LANGKAH PERCOBAAN 1. MENENTUKAN KARAKTERISTIK TERMISTOR Atur sedemkan rupa sehngga badan thermstor dan termometer sangat berdekatan agar mendapat akses panas dar solder Catat suhu mula mula dan nla pembacaan voltmeter. Hangatkan termstor dan catat suhu beserta perubahan tegangan pada voltmeter sesua tugas pengamatan. Sketsalah grafk perubahan suhu terhadap perubahan tegangan. Dengan menggunakan teknk fttng least-squares buatlah rumus antara perbandngan suhu dengan tegangan. 2. RANGKAIAN TERMISTOR DENGAN JEMBATAN Atur sedemkan rupa sehngga badan thermstor dan termometer sangat berdekatan agar mendapat akses panas dar solder Catat suhu mula mula dan nla pembacaan voltmeter. 27

28 Hangatkan termstor dan catat suhu beserta perubahan tegangan pada voltmeter sesua tugas pengamatan. Sketsalah grafk perubahan suhu terhadap perubahan tegangan. Dengan menggunakan teknk fttng least-squares buatlah rumus antara perbandngan suhu dengan tegangan. 3. RANGKAIAN TERMISTOR DENGAN PENGUATAN 10K -5V Input 1 Input 2 1K 1K LM output 10K +5V Atur sedemkan rupa sehngga badan thermstor dan termometer sangat berdekatan agar mendapat akses panas dar solder Keluaran dar jembatan whteton, hubungkan ke penguat deferensal. Catat suhu mula mula dan nla pembacaan voltmeter pada output jembatan dan pengutan deffernsal. Hangatkan termstor dan catat suhu beserta perubahan tegangan pada output jembatan dan pengutan deffernsal sesua tugas pengamatan. Sketsalah grafk perubahan suhu terhadap perubahan tegangan. Dengan menggunakan teknk fttng least-squares buatlah rumus antara perbandngan suhu dengan tegangan. LAPORAN PERCOBAAN 28

29 1. MENENTUKAN KARAKTERISTIK TERMISTOR No Suhu terukur VO RANGKAIAN TERMISTOR DENGAN JEMBATAN No Suhu terukur VO RANGKAIAN TERMISTOR DENGAN PENGUATAN 29

30 No Suhu terukur VO Voutput penguat Mengetahu Dosen / Supervsor Yogyakarta,. Assten Nama: Nama : 30