BAB II DASAR TEORI. Signal Conditioning. Gambar 2.1 Diagram blok sistem pengukuran (buku measurement sistem Bolton)

Transkripsi

1 BAB II DASAR TEORI 2.1 Sistem Pengukuran Sistem pengukuran adalah aktivitas yang membandingkan kuantitas fisik dari objek dan kejadian dunia nyata lalu memberikanya nilai atau angka terhadap kejadian tersebut. Pengukuran membutuhkan instrument atau alat ukur yang memiliki keakurasian dalam mendeteksi setiap perubahan yang terjadi pada parameter yang terukur. Pada umumnya sistem pengukuran dapat direpresentasikan dengan tiga elemen utama, yaitu transducer, signal conditioning, dan display. Objek Transducer Signal Conditioning Display or recorder Gambar 2.1 Diagram blok sistem pengukuran (buku measurement sistem Bolton) Objek Objek adalah fenomena atau nilai keadaan tertentu yang akan diukur besaranya sebagai input pengukuran, seperti : temperatur, kelembaban, kecepatan dll Transducer (Sensor) Transducer adalah sensor atau elemen perasa yang menghasilkan sinyal yang berhubungan dengan sejumlah input/variable objek yang diukur. Transducer berfungsi sebagai elemen yang mengubah besaran fisik/sinyal input menjadi suatu besaran fisis/sinyal bentuk lain (staklim banjarbaru article). Teknik Refrigerasi dan Tata Udara Politeknik Negeri Bandung 4

2 Contoh transducer yang sering dipakai dalam sistem pengukuran temperature adalah: RTD (Resistive Temperature Detectors), termistor dan thermocouple. Transducer dapat dibedakan berdasarkan sumber daya tambahan yang dibutuhkan, yaitu Transducer pasif dan Transducer aktif. Transducer pasif adalah Transducer yang energi keluarannya diperoleh seluruhnya atau seluruhnya dari sinyal masukan. Sinyal keluaran dan masukan dapat berupa energi dalam bentuk yang sama (misalnya, keduanya energi mekanik), atau dapat juga berupa pengubahan energi dari satu bentuk ke bentuk lain (misalnya dari energi mekanik ke energi listrik). Contohnya untuk Transducer pasif adalah thermocouple, NTC, PTC. Transducer aktif memiliki atau membutuhkan sumberdaya tambahan untuk pengoperasinya. Contoh Transducer aktif adalah LM35, LM335, DHT11, pressure Transducer Signal Conditioning (Pengkondisian Sinyal) Signal Conditioning adalah alat untuk mengubah, memperkuat, memodifikasi dan memfilter sinyal dari transducer agar dapat terbaca oleh display. Tugas pengkondisi sinyal yang sering dilakukan adalah penguatan (amplification). Misalnya sinyal-sinyal lemah yang berasal dari thermocouple, sebaiknya dikuatkan untuk meningkatkan amplitudo pengukuran. Dengan menempatkan penguat cukup dekat dengan Transducer, maka interferensi atau gangguan yang timbul pada kabel penghubung antara Transducer dengan komputer dapat diminimalkan. Minimalisasi terjadi karena sinyal telah dikuatkan sebelum menempuh perjalanan melalui kabel. Maksudnya jika sinyal dari Transducer lemah, yang ditakutkan ketika sinyal dikirim dari signal conditioning ke komputer terjadi gangguan ketika melewati kabel tersebut. Teknik Refrigerasi dan Tata Udara Politeknik Negeri Bandung 5

3 2.1.4 Display and Recorder (Alat Peraga Visual dan Perekam) Display digunakan untuk menampilkan sinyal masukan secara kontinyu agar nilai atau variabel bisa dibaca. Recorder digunakan untuk merekam sinyal masukan secara kontinyu dan bisa untuk diolah. Display dapat dibagi menjadi 2 jenis, yaitu: o Display Analog Perpindahan atau bergeraknya pointer menyatakan nilai dari besarnya variabel yang terukur. Penggunaan display analog terbatas pada ketelitian pembacaan posisi penunjuk (pointer) pada skala pembacaan. Selain itu parallax error merupakan persoalan yang sering timbul, sering dua orang membaca display yang pada skala sama, akan tetapi mendapatkan nilai yang berbeda mengenai besaran yang diukur. o Display Digital Nilai besaran ditunjukkan dalam bentuk seri digit pada layer atau kertas yang dicetak, dengan demikian parallax error tidak lagi menjadi persoalan, dalam hal ini semua orang akan membaca nilai yang sama saat melakukan pengukuran. 2.2 Karateristik Sistem Pengukuran Karakteristik Statis Karakteristik statis adalah hubungan dalam keadaan steady state antara besaran fisik input dan output elektrik. (encyclopedia britannica) Karakteristik statis terdiri dari (Al-Sharif 2009): Teknik Refrigerasi dan Tata Udara Politeknik Negeri Bandung 6

4 Ketelitian (accuracy) adalah kemampuan alat ukur untuk menghasilkan nilai yang mendekati nilai sebenarnya (nilai yang diukur). Ketepatan (precision) adalah kedekatan nilai-nilai pengukuran individual yang didistribusikan sekitar nilai rata ratanya atau penyebaran nilai pengukuran individual dari nilai rata-ratanya Repeatabilitas (repeatibillity) adalah bebasnya alat ukur dari random error. Kesalahan (error) adalah beda aljabar antara nilai ukur yang terbaca dengan nilai sebenarnya dari obyek yang diukur. Resolusi (resolution) adalah besar pernyataan dari kemampuan peralatan untuk membedakan arti dari dua tanda harga atau skala yang paling berdekatan dari besaran yang ditunjukkan. Kalibrasi (calibration) serangkaian kegiatan untuk menentukan kebenaran konvensional penunjukan alat ukur atau menujukkan nilai yang diabadikan bahan ukur dengan cara membandingkannya dengan standar ukur yang tertelusuri ke standar nasional dan/atau internasional. Koreksi (correction) adalah suatu harga yang ditambahkan secara aljabar pada hasil dari alat ukur untuk mengkompensasi penambahan kesalahan sistematik. Kehandalan (reliability) adalah kesanggupan alat ukur untuk melaksanakan fungsi yang diisyratkan untuk suatu periode yang ditetapkan. Ketidakpastian pengukuran (uncertainty) adalah perkiraan atau taksiran rentang dari nilai pengukuran dimana nilai sebenarnya dari besaran obyek yang diukur. Rentang ukur (range) adalah besar daerah ukur anatara batas ukur atas dan batas ukur bawah. Hysteresis, adalah perbedaan antara kalibrasi dengan cara naik dengan kalibrasi dengan cara turun. Linearity, adalah linieritas output dari Transducer. Teknik Refrigerasi dan Tata Udara Politeknik Negeri Bandung 7

5 Conformance, adalah perbedaan antara kurva hasil kalibrasi dengan suatu kurva linier. Sensitivity, adalah perbandingan perubahan output dengan nilai perubahan dari pengukuran Karakteristik Dinamik Performansi instrument saat input variable berubah-ubah (NPTEL), karakteristik dinamik terdiri dari: Respon time, adalah waktu yang dibutuhkan agar dapat mencapai 10 % hingga 90 % dari respon seluruhnya Karakteristik Lingkungan Karakteristik lingkungan adalah performa dari suatu Transducer, baik ketika beroperasi maupun tidak, terhadap kondisi external. Misalnya suhu, tekanan, getaran dan kecepatan Settling Time Settling Time adalah waktu yang dibutuhkan oleh suatu alat ukur untuk mencapai keadaan stabil (steady state). Sebagai contoh, settling time dari multimeter digital ditentukan oleh range pengukuran, properti dari kabel, impedansi, dan perubahan level pada input. Teknik Refrigerasi dan Tata Udara Politeknik Negeri Bandung 8

6 2.3 Jenis Jenis Kesalahan Secara konvensional kesalahan dikategorikan ke dalam tiga jenis yaitu kesalahan besar (gross error), kesalahan sistematik (sistematic error) dan kesalahan acak (random/accidental error) (fak. teknik sipil ITS) Kesalahan Besar (Gross Error/Blunder) Karakteristik : Nilai pengukuran menjadi sangat besar/kecil/berbeda bila dibandingkan dengan nilai ukuran yang seharusnya. Sumber : Kesalahan personal (kecorobohan pengukur) Efek : Hasil pengukuran yang tidak homogeny Penanganan : Harus dideteksi dan dihilangkan dari hasil pengukuran Adapun langkah-langkah yang bisa dilakukan untuk menghindari terjadinya kesalahan besar ini yaitu: Cek secara hati hati semua objek yang akan diukur. Melakukan pembacaan hasil pengukuran secara berulang untuk mengecek kekonsistenan. Memverifikasi hasil yang dicatat dengan yang sudah dibaca Mengulangi seluruh pengukuran secara mandiri untuk mengecek kekonsistenan data Kesalahan Sistematik Karakteristik : terjadi berdasarkan sistem tertentu (deterministic sistem) yang dapat dinyatakan dalam hubungan fungsional (hubungan matematik) tertentu dan mempunyai nilai yang sama untuk setiap pengukuran yang dilakukan dalam kondisi yang sama Sumber : Kesalahan alat Teknik Refrigerasi dan Tata Udara Politeknik Negeri Bandung 9

7 Efek : Hasil pengukuran menyimpang dari hasil pengukuran yang seharusnya Penanganan : Harus dikoreksi dan dideteksi dari hasil pengukuran Contohnya dengan melakukan kalibrasi alat sebelum pengukuran Kesalahan Acak (Random/Accidental Error) Karakteristik : Kesalahan yang masih terdapat di dalam sistem pengukuran setelah kesalahan besar dan sistematik dihilangkan. Tidak memiliki hubungan fungsional yang dapat dinyatakan dalam model deterministik, tetapi dapat dimodelkan menggunakan model stokastik (berdasarkan teori probabilitas) Sumber : Personal, alat dan alam Tidak dapat dihilangkan tetapi dapat diminimalkan dengan melakukan pengukuran berulang (redundan observations) dan melakukan hitung perataan terhadap hasil pengukuran dan kesalahan pengukuran 2.4 Orde Sistem Pengukuran Orde Nol (Zero Order) Sistem ini merupakan model dasar dari sistem pengukuran dimana input direfleksikan secara langsung ke output. Persamaannya adalah sebagai berikut: a o y = F(t) Keterangan: a o y = faktor modifikasi = output F(t) = Input Teknik Refrigerasi dan Tata Udara Politeknik Negeri Bandung 10

8 Orde Satu (First Order) Sistem orde satu merupakan sistem lanjutan dari orde nol. Sistem orde satu ini mempunyai mode tunggal penyimpanan energi. Contohnya adalah rangkaian resistor kapasitor. Rangkaian diatas bisa dijabarkan dengan persamaan: Persamaan diatas bisa direpresentasikan menjadi persamaan orde satu, yaitu: Keterangan: a 1 a0 y F(t) = resistansi dikali kapasitansi sistem = factor modifikasi = output = input Teknik Refrigerasi dan Tata Udara Politeknik Negeri Bandung 11

9 Orde Dua (Second Order) Sistem orde dua merupakan sistem lanjutan dari sistem orde satu. Pada sistem orde dua, ada gaya yang ditambahkan pada alat ukur. Contohnya seperti pressure gauge. Persamaan sistem orde dua bisa dijabarkan sebagai berikut: 1 2 d y( t) 2 dy( t) y( t) Kx( ) 2 dt dt t 2 n n Keterangan: b0 K a 0 a1 2 aa 0 2 = sensitivitas statis = rasio damping n a a 0 2 = frekuensi alami 2.5 Data Akuisisi Akuisisi data merupakan suatu urutan proses penyiapan sinyal, pengolahan, dan penampilan variable, sehingga didapat data yang lebih lanjut dari pengolahan data tersebut (Young, 2001). Sistem akuisisi data dapat digunakan untuk mengukur dan mencatat sinyal yang pada dasarnya diperoleh dengan dua cara, yaitu: 1. Sinyal yang berasal dari pengukuran langsung besaran- besaran listrik yang mencakup tegangan AC, DC, frekuensi, dan lain-lain. Teknik Refrigerasi dan Tata Udara Politeknik Negeri Bandung 12

10 2. Sinyal yang berasal dari Transducer, seperti termocouple, PT-100, pressure Transducer, LM35, LM335, dan lain-lain. Suatu konfigurasi sistem akuisisi data sangat tergantung pada jenis dan jumlah Transducer serta teknik pengolahan yang akan digunakan. Konfigurasi ini dapat dilihat dari banyaknya Transducer atau kanal yang digunakan, kecepatan proses data dan letak masing -masing komponen pada sistem akuisisi data. TRAN SDUC ER AMP FILTER S / H A/D KOMPUTER DISPLAY Gambar 2.2 Sistem akuisisi data single channel Adapun fungsi masing-masing blok dalam sistem adalah sebagai berikut: -Transducer : berfungsi untuk merubah besaran fisis yang diukur kedalam bentuk sinyal listrik. -Amplifier : berfungsi untuk memperbesar amplitudo dari sinyal yang dihasilkan transduser. - Filter : berfungsi untuk membatasi lebar band frekuensi sinyal listrik dari data yang diukur. Sample/Hold : berfungsi untuk menjaga amplitudo sinyal analog tetap konstan selama waktu konversi analog ke digital. -A/D : untuk merubah besaran analog kedalam bentuk representasi numerik. -D/A : untuk merubah besaran numerik kedalam sinyal analog. - Komputer : untuk mengolah data dan mengontrol proses. Teknik Refrigerasi dan Tata Udara Politeknik Negeri Bandung 13

11 Pada konfigurasi single chanel, komputer berfungsi sebagai pemroses data dan juga pengontrol penguiatan sinyal. 2.6 Mikrokontroller Mikrokontroller merupakan mikroprosesor lengkap yang terkandung di dalam sebuah chip. Mikrokontroler berbeda dari mikroprosesor serba guna yang digunakan dalam sebuah PC, karena sebuah mikrokontroler umumnya telah berisi komponen pendukung sistem minimal mikroprosesor, yakni memori dan antarmuka I/O. 2.7 Seed Storage Seed Storage merupakan sebuah tempat penyimpanan benih yang dikondisikan dengan sistem refrigerasi pada suhu dan kelembaban tertentu agar benih tahan disimpan dalam waktu yang lama dengan daya tumbuh yang masih optimal. 2.8 Benih Kedelai Benih terbagi menjadi dua macam yaitu benih ortodoks dan benih rekalsitran.benih ortodoks yaitu benih yang tidak akan mati walaupun dikeringkan sampai kadar air yang relatif sangat rendah dengan cara pengeringan cepat dan juga tidak akan mati jika disimpan dalam keadaan temperatur yang relatif rendah. Sedangkan benih rekalsitran yaitu benih yang akan mati jika kadar airnya rendah dan tidak akan tahan pada temperatur rendah. Teknik Refrigerasi dan Tata Udara Politeknik Negeri Bandung 14

12 Kedelai termasuk benih ortodoks dengan kadar air benih pada saat penyimpanan 8% - 12% dengan temperatur bervariasi sesuai dengan lamanya masa penyimpanan yang diharapkan. Semakin rendah temperatur penyimpanan, maka daya tahan penyimpanan benih semakin lama. Teknik Refrigerasi dan Tata Udara Politeknik Negeri Bandung 15