BAB II LANDASAN TEORI. membandingkan tersebut tiada lain adalah pekerjaan pengukuran atau mengukur.

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI II.I. Pengenalan Alat Ukur. Pengukuran merupakan suatu aktifitas dan atau tindakan membandingkan suatu besaran yang belum diketahui nilainya atau harganya terhadap besaran lain yang sudah diketahui nilainya, misalnya dengan besaran standart. Pekerjaan membandingkan tersebut tiada lain adalah pekerjaan pengukuran atau mengukur. Sedangkan pembandingnya yang disebut sebagai alat ukur. Pengukuran banyak sekali dilakukan dalam bidang teknik atau industri. Sedangkan alat ukurnya sendiri banyak sekali jenisnya, tergantung dari banyak faktor, misalnya objek yang diukur serta hasil yang di inginkan. Yang perlu diperhatikan dalam melakukan pengukuran adalah : 1. Standart yang dipakai harus memiliki ketelitian yang sesuai dengan standart yang telah ditentukan 2. Tata cara pengukuran dan alat yang digunakan harus memenuhi persyaratan. Pengetahuan yang harus dimiliki adalah bagaimana menetukan besaran yang akan diukur, bagaimana mengukurnya dan mengetahui dengan apa besaran tersebut harus diukur. Ketiga hal tersebut harus mutlak dimiliki oleh orang yang akan melakukan pengukuran.

2 Pengetahuan akan alat ukur dan objek yang dihadapi adalah suatu syarat agar pengukuran yang benar dapat dilakukan. Ini juga berarti bahwa cara melakukan pengukuran yang benar akan diperoleh. II.2. Metode Pengukuran Dalam pengukuran dapat dilakukan dengan dua metode, yaitu : a. Metode Pengukuran Langsung Pengukuran dikatakan pengukuran langsung bila alat ukurnya atau pembandingnya standart, yaitu suatu pengukuran yang mempunyai nilai standart, misalnya ukuran panjang dan berat. Gambar Metode dilihat langsung

3 b. Metode Pengukuran Tidak Langsung Pengukuran dikatakan tidak langsung bila pembandingnya adalah suatu yang telah dikalibrasikan terhadap besaran standart, misalnya transmitter. Karena sulitnya untuk mendapatkan alat ukur standar, sedangkan besaran yang akan diukur banyak sekali macamnya, maka teknologi telah menghasilkan banyak cara untuk menghasilkan alat ukur tidak langsung. Berdasarkan pada peranan dalam fungsinya dapat dibedakan : a. Alat ukur penunjuk : misalnya ammeter, voltmeter, termometer, dan lain-lain. b. Alat ukur perekan/rekorder : misalnya rekorder temperatur, rekorder tekanan dan lain-lain. c. Alat ukur pengendali : misalnya pengendali temperatur (thermostat) pada pemanas air, strika listrik dan lain-lain. Gambar Metode tidak langsung

4 II.2.1. PRINSIP ALAT UKUR Klasifikasi alat ukur dapat dilakukan berdasarkan aplikasinya, berdasarkan bidangnya dan lain-lain. Untuk alat ukur tidak langsung apapun jenisnya terdapat tiga bagian : a. Bagian Input b. Bagian Proses, dan c. Bagian Otput Ketiga bagian utama tersebut dapat digambarkan dalam blok diagram gambar II.3 berikut ini : Gambar 2.3. Sistem Dasar Alat Ukur Bagian input adalah bagian dari alat ukur yang membaca atau merasakan serta mencari informasi dari besaran yang dikehendaki dari objek pengukuran. Bagian ini sering pula dikenal sebagai sensor atau transmitter. Bagian pemroses adalah bagian dari alat ukur yang berfungsi sebagai pengolah informasi yang didapat dari sensor, kemudian dijadikan informasi baru yang lebih mempunyai arti atau makna. Selanjutnya bagian output adalah bagian

5 dari alat ukur yang bertugas menyajikan hasil pengukuran yang dikeluarkan oleh bagian pemroses dalam bentuk informasi yang mudah dimengerti untuk keperluan selanjutnya, bagian ini misalnya display digital atau dekoder. Mengetahui bagianbagian dari alat ukur diatas secara mendasar adalah perlu, agar pengukuran dapat dilakukan dengan benar dan hasil yang benar pula. II.3. KARAKTERISTIK ALAT UKUR Mengetahui karakteristik alat ukur adalah penting agar pekerjaan pengukuran secara menyeluruh (persiapan, pelaksanaan dan analisis) dapat diandalkan keberhasilannya. Seseorang tidak akan dapat merancang pengukuran dengan benar tanpa mengetahui arti karakteristik dari alat ukur. Beberapa karakteristik penting dari alat ukur adalah: a. Ketelitian atau Keseksamaan (Accuracy) Ketelitian atau accuracy didefenisikan sebagai ukuran seberapa jauh hasil pengukuran mendekati harga sebenarnya. Ukuran ketelitian sering dinyatakan dengan dua cara, atas dasar perbedaan atau kesalahan (error) terhadap harga yang sebenarnya, yaitu : - Kesalahan terhadap harga sebenarnya dalam proses : e h harg a terukur harg a sebenarnya = 100% harg a sebenarnya - Kesalahan dalam persen terhadap skala penuh, yaitu ; harg a terukur h arg a sebenarnya e h = 100% skala maksimum

6 b. Kecermatan atau Keterulangan (Precision/Repeatibility) Adalah yang menyatakan seberapa jauh alat ukur dapat mengulangi hasilnya untuk harga yang sama. Dengan kata lain, alat ukur belum tentu akan dapat memberikan hasil yang sama jika diulang, meskipun harga besaran yang diukur tidak berubah. Hal diatas berarti bahwa jika suatu mikrometer menghasilkan angka 0,0002 mm, dan hasil yang sama akan diperoleh kembali meskipun pengukuran diulang-ulang, dikatakan bahwa mikrometer tersebut sangat cermat. c. Resolusi Resolusi adalah nilai perubahan terkecil yang dapat dirasakan oleh alat ukur. Sebagai contoh : suatu timbangan pada jarum penunjuk yang menunjukkan perubahan 0,1 gram (terkecil yang dapat dilihat) maka dikatakan bahwa resolusi dari timbangan tersebut adalah 0,1 gram. Harga resolusi sering dinyatakan pula dalam persen skala penuh. d. Sensitivitas (Sebsitifity) Sensitifitas adalah ratio antara perubahan pada output terhadap perubahan pada input. Pada alat ukur yang linier, sensitivitas adalah tetap. Dalam beberapa hal harga sensitivitas yang besar menyatakan pula keunggulan dari alat ukur yang bersangkutan. Alat ukur yang terlalu sensitif adalah sangat mahal, sementara belum tentu bermanfaat untuk maksud yang kita inginkan.

7 II..4. FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KERJA ALAT UKUR Banyak hal yang mempengaruhi kualitas kerja dari alat ukur. Dan tentunya faktor-faktor ini juga mempengaruhi kualitas hasil pengukuran. Faktor yang dimaksud tersebut berasal dari lingkungan terhadap alat ukur dan sebaliknya adalah terdiri dari faktor temperatur, kelembapan, percepatan, media korosif, radiasi nuklir dan media explosif. a. Temperatur Faktor ini dapat menyebabkan berubahnya sifat fisis dari bagian-bagian alat ukur. Misalnya panjang atau dimensi fisis dari benda dapat berubah dengan perubahan temperatur. b. Kelembapan Kelembapan adalah ukuran dari banyaknya uap air di udara. Kelembapan sangat mempengaruhi kualitas dari macam-macam alat ukur maupun medianya. Misalnya kertas sangat peka terhadap perubahan kelembapan. Persoalan ini sering terjadi pada alat ukur perekam (rekorder). Juga pada alat ukur elektronik dapat rusak atau berubah karakteristiknya karena kelembapan. c. Percepatan Bila daerah dimana alat ukur berada mengalami getaran atau gerakan maka tidak mungkin pengukuran dengan baik. Apalagi bila alat ukur tersebut mempunyai bagian-bagian yang bergerak, misalnya suatu timbangan mekanis

8 yang diletakkan diatas papan yang bergetar, maka penunjukkannya tidak akan teliti. d. Media korosif Alat ukur tekanan, temperatur, laju aliran yang terbuat dari bahan- bahan korosif memerlukan rancangan khusus. Misalnya termokopel tidak dapat lagi digunakan untuk mengukur temperatur larutan FeCl. e. Radiasi Nuklir Radiasi dapat mempengaruhi banyak sifat dari material, sehingga alat ukur untuk bidang ini memerlukan rancangan khusus. f. Media Explosif Alat ukur untuk media yang mudah meledak atau terbakar harus dirancang aman dan dapat menetralisir usaha-usaha yang dapat mempengaruhinya. II.5. JENIS JENIS ALAT UKUR TEMPERATUR II.4.1. Jenis Jenis Alat Ukur dengan metode pemuaian : 1. Termometer Air Raksa Prinsip kerja berdasarkan perubahan temperature menyebabkan perubahan volume, agar perubahan volume tersebut dapat tampak lebih jelas (lebih sensitive) maka digunakan system reservoir dan kapiler.

9 Gambar 2.4. Termometer Air Raksa 2. Termometer Bimetal Dua buah logam dengan koefisien muai panjang berbeda, dan diletakkan berdasarkan bersama-sama. Karena satu logam mempunyai koefisien muai panjang yang lebih besar, maka kenaikan temperature akan ditunjukkan oleh penyimpangan (defleksi) dari bimetal. Penurunan temperature akan disertai dengan gerakan pada arah yang berlawanan. Bimetal ini selain pengukur temperature sering pula digunakan sebagai elemen control pada system pengontrol temperature (pada kontroler jenis on-off). Konstruksi antara lain : Spiral Bentuk U Washer Helik

10 Helik ganda Gambar 2.5. Termometer Bimetal 3. Termokopel Termokopel terdiri dari sambungan (junction) dari dua logam yang berbeda. Pada sambungan ini tedapat tegangan listrik yang tergantung temperature junction. Perubahan temperature akan memberikan harga tegangan yang berubah pula. Pada termokopel tedapat 3 efek yang saling berkaitan yaitu : 1. Efek Seebeck Bila dua logam yang berbeda dan dihubungkan seperti pada gambar v- 3 maka akan timbul tegangan listrik antara kedua terminal yang besarnya tergantung pada temperature pada junctionnya (temperature pada titik hubung antara kedua logam tersebut).

11 2. Efek Peltier Bila pada junction tersebut mengalir arus listrik maka tegangan litrik yang terjadi akan berubah naik atau turun tegantung dari arah arus listrik yang mengalir pada junction tersebut. 3. Efek Thomson Bila sepanjang logam tersebut terdapat gradient temperature maka besarnya tegangan tersebut juga akan berubah. Gambar 2.6 Termokopel

12 4. Termometer Tahanan Termometer tahanan listrik berdasarkan perubahan tahanan listrik suatu logam terhadap perubahan temperature, umumnya bila suatu logam dipanaskan maka tahanan listriknya akan naik sesuai dengan temperaturnya menurut hubungan. Konstruksinya seperti pada gambar v-11, terdiri dari elemen perasa berupa filament listrik diselubungi oleh sebuah pelindung. Sebagai filament listrik yang baik umumnya digunakan platina, tembaga dan karbon. Bahan tahanan harus mempunyai sifat : a. penghantar panas b. induktansi minimum c. tidak tedapat tegangan listrik fisik d. homogin

13 Gambar 2.7. Termometer Tahanan II.6. Metode Pengukuran Temperatur. Metode pengukuran temperatur ada dua macam yaitu : 1. Metode pemuaian panas yang diukur menghasilkan pemuaian dan pemuaian ini dirubah kedalam bentuk gerak gerak mekanik kemudian dikalibrasi ke dalam angka angka yang menunjukkan nilai panas ( temperatur ) yang diukur. 2. Panas yang diukur menghasilkan gaya gerak listrik ( Emf ) dan gaya gerak listrik ini dikalibrasikan kedalam angka angka yang menunjukkan nilai proses ( temperatur ) yang diukur. II.6.1. Sinyal Konverter Pada gambar 3.6 memperlihatkan bentuk umum sebuah konverter P-I Gambar 2.8.sinyal konverter

14 Konverter P-I adalah suatu alat yang berhubungan dengan sensor dimana untuk mengkonversikan tekanan yang dikirimkan oleh sensor untuk diubah menjadi arus listrik standard 4-20 ma. Sinyal tekanan masukan diaplikasikan ke bellow dan menghasilkan simpangan batang. Simpangan ini diukur oleh Linear Variable Differential Transmitter (transformer diferensial variabel linear). Linear Variable Differential Transmitter adalah suatu perubahan induksi magnet dari kumparan primer ke kumparan sekunder, dimana dalam keadaan setimbang magnet terletak ditengah dan kedua kumparan sekunder menerima fluks yang sama. Sedangkan dalam keadaan tidak setimbang, fluks pada satu kumparan naik dan yang lainnya turun. Pada keseimbangan, gaya kumparan (proporsional dengan arus keluaran) sesuai dengan gaya dari bellow (proporsional dengan tekanan sinyal masukan). Offset nol (4 ma) dalam sinyal elektrik cukup besar untuk menggerakkan amplifier sehingga memungkinkan kedua kawat sinyal juga berfungsi sebagai jaringan pasokan. II.7. JENIS JENIS AKSI KONTROL AUTOMATIK II.7.1. Aksi Kontrol Automatik. Kontrol automatik membandingkan harga yang sebenarnya dari keluaran dengan harga yang diinginkan menentukan deviasi sampai dengan nol atau sampai dengan harga terkecil yang masih diperbolehkan. cara kontrol automatik ini yang menghasilkan sinyal kontrol disebut dengan aksi kontrol ( Control Action ). Kontroler ( pengontrol ) automatik di industri diklasifikasikan atas :

15 a. Kontroler Aksi Dua Posisi ON OFF Ini adalah bentuk yang paling sederhana dari pengendalian loop tertutup sistimnya akan sepenuhnya berfungsi atau sepenuhnya tidak berfungsi tergantung pada besar kecilnya sinyal kesalahan yang dihasilkan contohnya pengendalian Thermostatik dari pemanas ruangan. pemanasan akan dilakukan apabila temperatur ruangan dibawah nilai batas tertentu, dan akan dihentikan setelah temperatur naik hingga batas atas tertentu pengendalian diatas telah cukup memadai, dimana respon waktu ( time response ) dari sistem tersebut secara efektif meniadakan perubahan yang mendadak pada keluarannya. bahkan untuk situasi tertentu pengendalian ON OFF adalah yang paling sesuai karena piranti yang dikendalikan juga hanya mengenal dua kondisi, ON OFF ( terbuka penuh atau tertutup penuh). Didalam dunia industri, telah banyak memanfaatkan pengendalian ON OFF sebagai pengendalian dalam membuka dan menutup jenis katup tertentu yang mengatur aliran gas atau cairan. Gambar 2.9. Kontroler Aksi Dua Posisi ON OFF

16 b. Kontroler Proporsional ( P ) Untuk mendapatkan pengendalian suatu proses yang lebih baik tampak yang harus diperhatikan bukan saja ada tidaknya kesalahan tetapi juga seberapa besar kesalahan yang terjadi tersebut. pengendalian proporsional melakukan hal tersebut dengan melakukan tindakan pengendalian yang sebanding / proporsional dengan besar kesalahan yang terjadi. dalam prakteknya, ini berarti berapa besar tindakan koreksi yang dilakukan sebanding dengan besar kesalahan yang terjadi, dan selanjutnya makin mengecil setelah makin dekatnya target yang diinginkan. Gambar Kontroler Proporsional ( P )

17 c. Kontroler Aksi Integral Aksi integral sering juga disebut dengan aksi reset. bila kita sebagai kontroler kita mengadakan perbaikan dengan mengatur kembali katup kontrol dengan tujuan menyamakan suhu air keluar dengan set poin.setelah mengadakan perbaikan dan menunggu sesaat kita dapat melihat bahwa suhu air memang menurun, akan tetapi belum sama dengan set poin bila demikian halnya kita akan mengadakan perbaikan selanjutnya dan menunggu sesaat sampai kita dapat melihat hasilnya. Akhirnya setelah mengadakan perbaikan beberapa kali ( TI, T2, T3 ) suhu air keluar dapat disamakan dengan set poin. apa yang kita lakukan tersebut adalah mengatur kembali bukaan katup ketika suhu air keluar menyimpang dari set poin.reset manual tidak akan memadai untuk suatu proses dengan perubahan yang terus menerus.untuk itu harus disediakan suatu mekanisme yang dapat memberikan aksi reset dan mekanisme itu kemudian ditambahkan ke kontroler proporsional. tidak dapat dihindari bahwa penggunaan mekanisme reset pada kontroler membuat out put kontroler naik atau turun selama terdapat penyimpangan antara set poin dengan variabel proses. sehingga besaran aksi reset dapat ditentukan oleh : 1. Berapa jauh variabel proses menyimpang dari set poin 2. Berapa lama variabel proses menyimpang dari set poin

18 Gambar Kontroler Aksi Integral d. Kontroler Aksi Derivative Aksi ini juga disebut aksi laju ( rate ) karena aksi ini mendahului perubahan pada masukan ( variabel proses ) kontroler itu sendiri. pada kurva I dan II dibawah ini terlihat bahwa sama sama menunjukan suhu air keluar naik 10 0 C untuk itu aksi proporsional untuk kedua kurva itu sama.akan tetapi luas bidang pada kurva I sedikit lebih kecil dari luas bidang kurva II namun didapat kurva I menunjukkan penyimpangan yang lebih cepat dibandingkan dengan kurva II. Gambar Kontroler Aksi Derivative

19 Output kontroler aksi derivative dapat ditentukan dengan rumusdibawah ini : Md : D de / dt dimana Md = prosen luaran kontroler derivative De/dt = laju perubahan error Bilo aksi derivative ditambahkan pada kontroler aksi proporsional + integral maka keluaran kontroler akan menjadi : Mp + i + d =