PENENTUAN PANJANG ENGAN MESIN STANDAR TORSI DEADWEIGHT SEARAH JARUM JAM DAN BERAWANAN ARAH JARUM JAM MENGGUNAKAN METODE KESETIMBANGAN ENGAN Hafid Psat Penelitian Kalibrasi, Instrentasi dan Metrologi IPI Koplek Pspiptek Serpong Tangerang 534 Indonesia hafid@ki.lipi.go.id, hafidlen@yahoo.co INTISARI Penentan panjang lengan esin standar torsi deadweight enggnakan etode kesetibangan lengan telah dilakkan ntk ebangn ketertelsran andiri di Pslit KIM-IPI. Metode kesetibangan lengan dignakan ntk enentkan perbandingan panjang lengan sisi kanan dan sisi kiri. Pengabilan data enggnakan assa kelas F dengan penabahan assanya kelas F dan pengontrol kesetibangan lengan berdasarkan indikator enggnakan aplifier T-Digitizer dengan perangkat lnak GTM VN-Digitizer yang terinstal di notebook. Titik pengkran diabil dari N sapai dengan kn. Hasil penelitian ennjkkan bahwa panjang lengan torsi sisi kanan dan sisi kiri eiliki perbedaan dengan hasil ketidakpastian pada kapasitas lebih besar nilainya cenderng lebih kecil. Pada titik pengkran terbesar yait kn hasilnya adalah 000.0 dan 999.99 dengan ketidakpastian bentangan 0.05. Hasil pengkran ini dapat dignakan sebagai salah sat sber ketidakpastian dala perhitngan ketidakpastian esin standar torsi deadweight akibat ketidakpastian panjang lengan. Kata knci: panjang lengan torsi, kesetibangan lengan, esin standar torsi deadweight. ABSTRACT Deterination of the ar-length of dead-weight torqe standard achine sing the ar balance ethod to establish independent traceability in KIM-IPI Research Center has been done. The ar balance ethod is sed to deterine the ratio of ar length of the right and left side. Data retrieval sing the F class ass with the addition of class F ass and ar balance control based on the indicator, sing the T-Digitizer aplifier, with the VN-GTM Digitizer software installed on or notebook. Measreent point is taken fro N to kn. The reslts showed that the ar-length of the torqe between the right and left sides have a difference, with the ncertainty in the larger capacity vales tend to be saller. At the axi point of easreent, that is kn, the reslt is 000.0 and 999.99, with extended ncertainty 0.05. These easreent reslts can be sed as a sorce of ncertainty in the calclation of deadweight torqe standard achine ncertainty de to ncertainty of the length of the ar. Key words: torqe ar length, ar balancing test, deadweight torqe standard achine
. PENDAHUUAN Sesai Keppres 79-00 Pslit KIM-IPI ditetapkan sebagai Pengelola Teknis Iliah Standar Nasional ntk Satan Ukran (SNSU) yang bertanggngjawab ntk engelola standar nasional dala pengkran besaran-besaran fisik salah satnya adalah besaran torsi. Mesin standar torsi deadweight erpakan esin standar torsi prier yang telah ada di Pslit KIM-IPI. Mesin standar ini asih eiliki ketertelsran ke KRISS Korea dengan ketidakpastian pada kapasitas 500 N kn adalah 0.06%. Nilai ketidakpastian tersebt relatife besar jika dibandingkan dengan ketidakpastian yang ap dicapai oleh esin tersebt yait sekitar 0.0%. Mesin standar torsi ini ketertelsrannya dapat dibangn sendiri dengan enrnkannya dari besaran taa assa, wakt dan panjang. Massa yang dignakan dala pebebanan adalah kelas F dan assa tersebt dapat dikalibrasi sendiri oleh laboratori assa yang ada di Pslit KIM-IPI, ntk besaran wakt berhbngan dengan nilai gravitasi yang ana besarnya gravitasi telah dikr oleh KRISS korea. Untk besaran panjang dignakan ntk enentkan panjang lengan torsi yang ana pengkran panjangnya telah dikr oleh pabrik pebatnya dala hasil pengkran panjang lengan selrhnya (jlah sisi kanan dan sisi kiri). Jika selrh besaran tersebt telah dapat dihitng dan ditentkan aka ketidakpastian esin standar torsi dapat dihitng dan ditentkan sendiri sehingga dapat eiliki ketidakpastian yang lebih kecil dan engrangi ketergantngan terhadap Negara lain. Dala tlisan ini akan dijelaskan tentang penentan panjang lengan torsi sisi kanan (searah jar ja) dan sisi kiri (berlawanan arah jar ja) enggnakan etode kesetibangan lengan. Massa taa yang diiliki oleh esin standar torsi adalah kelas F dan ntk endapatkan posisi setibang enggnakan tabahan assa kelas F. Pebacaan posisi setibang enggnakan indikator yang pebacaan terkecilnya 0.000 N ata dala siste torsi tersebt setara dengan assa sekitar 0 g. Dengan enggnakan cara ini diharapkan dapat ditentkan panjang lengan torsi sisi kanan dan sisi kiri sesai dengan ketelitian yang diharapkan.
. METODE KESETIMBANGAN ENGAN PADA MESIN STANDAR TORSI DEADWEIGHT Metode kesetibangan lengan dilakkan dengan eberikan beban torsi pada sisi kanan dan sisi kiri secara bersaaan []. Pada posisi sebel diberikan beban, indikator pada esin torsi disetting pada posisi setibang yait pada pennjkan sedekat ngkin dengan titik 0.0000 N. Setelah keda sisi diberikan beban aka akan terjadi ketidaksetibangan akibat perbedaan panjang lengan, oleh karena it ditabahkan assa tabahan sapai kebali diperoleh posisi setibang. Pengjian kesetibangan pada esin torsi dapat dilihat pada gabar. Gabar. Pengjian kesetibangan lengan torsi Koposisi beban yang diiliki oleh esin standar torsi ini adalah sebagai berikt: - N x 4 bah ( N sapai dengan 4 N), - N x 8 bah ( N sapai dengan 6 N), - 5 N x 6 bah (5 N sapai dengan 30 N), - 0 N x 9 bah ( 0 N sapai dengan 90 N), - 0 N x 8 bah ( 0 N sapai dengan 60 N), - 50 N x 6 bah ( 50 N sapai dengan 300 N), - 00 N x 0 bah ( 00 N sapai dengan 000 N) dan - 00 N x 5 bah ( 00 N sapai dengan 000 N). 3
Pada koposisi beban di atas dapat enghasilkan nilai torsi dengan panjang lengan noinal 000. Beban-beban tersebt eiliki assa kelas F yait eiliki ketidakpastian relatif sekitar 5 pp. Persaaan yang dignakan ntk enentkan panjang lengan torsi adalah sebagai berikt: Panjang lengan torsi sisi kanan, :.... [] Panjang lengan torsi sisi kiri, :.... [] Di ana adalah assa sisi kanan, kg adalah assa sisi kiri, kg adalah panjang lengan keselrhan,. yang telah terkr oleh pabrik pebatnya dengan hasil pengkran 000 ± 0.0 pada sh 3 C. 3. PERHITUNGAN KETIDAKPASTIAN PENGUKURAN Model ateatik ntk enentkan ketidakpastian adalah dari persaaan dan. Massa yang dignakan pada nilai torsi 000 N dengan nilai gravitasi 9.7837 /s² adalah 05.37 g dengan ketidakpastian bentangan U = 5 g (k=). Panjang lengan keselrhan adalah sesai laporan dari pabrik pebatnya yait 000 dengan ketidakpastian bentangan adalah k=. U =0.0 dan faktor cakpan yang dignakan Sber ketidakpastian lain yang diperhitngkan adalah ketidakpastian akibat indikator esin torsi tersebt. Indikator enggnakan aplifier T-Digitizer dengan 4
perangkat lnak GTM VN-Digitizer yang terinstal di notebook []. Berdasarkan hasil pengabilan data didapatkan variasi perbahan pennjkan indikator aksi sebesar 0.0007 N. Dengan engabil nilai setengah rentangnya aka didapatkan resolsi pennjkan indikator [3], r = 0.00035 N. Nilai indikator 0.00035 N adalah setara dengan assa sekitar 35 g [4]. Hbngan antara assa dan pennjkan indikator dapat dilihat seperti gafik pada gabar berikt ini. Gabar. Pennjkan indikator Mesin Standar Torsi Deadweight (DWTSM) Dari resolsi indikator tersebt ditentkan ketidakpastian indikator dengan distribsi segi epat engikti persaaan sebagai berikt [5] : r ind... [3] 3 Berdasarkan persaaan 3 di atas didapatkan ind = 0 g. Untk enabahkan ketidakpastian akibat pennjkan indikator ini aka dignakan kesetaraan pennjkan indikator dala nilai torsi dengan nilai assa. Dengan enggnakan nilai kesetaraan aka ketidakpastian indikator tersebt dapat ditabahkan sebagai ketidakpastian assa dan, sehingga didapatkan ketidakpastian assanya sebagai berikt: 5
U ind... [4] k U ind... [5] k Perhitngan koefisien sensitifitas, c i dari odel ateatik persaaan adalah sebagai berikt :. - Massa sisi kanan, : c... [6] - Massa sisi kiri, : c.... [7] - Panjang lengan torsi, : c... [8] Ketidakpastian gabngannya diperhitngkan berdasarkan persaaan berikt [6] : c n i c i.... [9] i Ketidakpastian bentangan diperhitngkan berdasarkan persaaan berikt: U k.... [0] c Ketidakpastian bentangan ini adalah hasil ketidakpastian pengkran panjang lengan torsi sisi kanan dan sisi kiri dengan faktor cakpan k =. 4. HASI DAN PEMBAHASAN Pengabilan data pengkran panjang lengan dilakkan pada esin standar torsi deadweight dari kapasitas N sapai dengan 000 N dan dibagi ke dala 3 rentang pengkran. Kapasitas kecil eiliki rentang pengkran dari N 50 N, kapasitas sedang dari 0 N 50 N dan kapasitas besar dari 00 N 000 N. Sh rang pengkran.9 C 3.54 C, hasil pengkran panjang lengan torsi sisi kanan dan sisi kiri dapat dilihat pada tabel, tabel dan tabel 3 berikt ini: 6
Tabel. Hasil pengkran panjang lengan torsi ( N 50 N) No. Torsi Noinal (N) Ketidakpastian Bentangan, U (k=) 000.9 999.7 0.8 000.0 999.80 0.4 3 4 000. 999.88 0. 4 6 000.08 999.9 0.4 5 8 000.07 999.93 0. 6 0 000.07 999.93 0.09 7 5 000.06 999.94 0.06 8 0 000.05 999.95 0.05 9 30 000.04 999.96 0.04 0 40 000.04 999.96 0.03 50 000.03 999.97 0.03 Tabel. Hasil pengkran panjang lengan torsi (0 N 50 N) No. Torsi Noinal (N) Ketidakpastian Bentangan, U (k=) 0 000.07 999.93 0.08 0 000.05 999.95 0.043 3 40 000.03 999.97 0.05 4 60 000.0 999.98 0.00 5 80 000.0 999.98 0.08 6 00 000.0 999.98 0.07 7 50 000.0 999.98 0.06 8 00 000.0 999.99 0.05 9 50 000.0 999.99 0.05 7
Tabel 3. Hasil pengkran panjang lengan torsi (00 N 000 N) No. Torsi Noinal (N) Ketidakpastian Bentangan, U (k=) 00 000.0 999.98 0.07 00 000.0 999.99 0.05 3 300 000.0 999.99 0.05 4 400 000.0 999.99 0.05 5 500 000.0 999.99 0.05 6 600 000.0 999.99 0.05 7 700 000.0 999.99 0.05 8 800 000.0 999.99 0.05 9 900 000.0 999.99 0.05 0 000 000.0 999.99 0.05 Dari tabel, dan 3 ennjkkan bahwa pada kapasitas kecil ketidakpastian hasil pengkrannya cenderng lebih besar. Kecenderngan ini diakibatkan pengarh dari ketidakpastian resolsi indikator. Pada titik pengkran N ketidakpastian resolsi indikator sebesar 0 g eiliki pengarh yang lebih besar dibandingkan dengan titik pengkran yang lebih besar. Pada titik N assa yang dignakan adalah 0.503 g dengan ketidakpastian bentangan U = 0.5 g (k=). Dengan enabahkan ketidakpastian resolsi indikator, ind = 0 g aka berdasarkan persaaan 4 dan 5 didapatkan ketidakpastian assanya enjadi besar. = 0 g sehingga ketidakpastian ini enyebabkan Pada titik pengkran yang lebih besar isalkan pada 000 N assa yang dignakan adalah 05.37 g dengan ketidakpastian bentangan U = 5 g (k=). Dengan enabahkan ketidakpastian resolsi indikator, ind = 0 g aka berdasarkan persaaan 4 dan 5 didapatkan = 56.4 g sehingga pengarh ketidakpastian resolsi indikator enjadi kecil dan ketidakpastian assanya enjadi 8
tidak banyak berbah ata relatif tetap. Hasil pengkran panjang lengan torsi pada rentang ( N 50 N) dapat ditapilkan dala sebah grafik pada gabar 3 sebagai berikt: Gabar 3. Hasil pengkran panjang lengan torsi Mesin Standar Torsi Deadweight (DWTSM) Berdasarkan gabar 3 ennjkkan bahwa perbedaan ketidakpastian pada titik pengkran dibawah 0 N ckp besar jika dibandingkan perbedaan ketidakpastian di atas 0 N. Hasil ini ennjkkan bahwa ketidakpastian resolsi indikator berpengarh besar terhadap ketidakpastian panjang lengan pada titik pengkran kecil. Pada titik pengkran yang lebih besar dari 0 N hasil ketidakpastiannya sebesar 0.008%, sehingga hasil pengkran ini ckp eadai ntk dignakan sebagai sber ketidakpastian esin standar torsi deadweight yang eiliki ketidakpastian sekitar 0.0%. Untk kapasitas di bawah 0 N hasil ketidakpastian panjang lengan torsi sebesar 0.% sehingga akan enyebabkan ketidakpastian esin standar torsi deadweight lebih dari 0.0%. Untk eperbaiki ketidakpastian tersebt aka diperlkan ketidakpastian pennjkan resolsi indikator yang lebih kecil. Untk endapatkan ketidakpastian pengkran yang lebih baik aka diperlkan resolsi 9
indikator yang lebih kecil yang ana ketidakpastian resolsinya pada kapasitas N setara dengan assa g. 5. KESIMPUAN Penlis telah elakkan penentan panjang lengan esin standar torsi prier enggnakan etode kesetibangan lengan ntk ebangn ketertelsran andiri di Pslit KIM-IPI dengan kesiplan sebagai berikt. Metode kesetibangan lengan dapat dignakan ntk elakkan pengkran panjang lengan torsi sisi kanan dan sisi kiri dengan ketentan panjang lengan torsi selrhnya telah terkr. Mesin standar torsi deadweight eiliki ketidakpastian sekitar 0.0% oleh karena it hasil pengkran enggnakan etode kesetibangan lengan pada penelitian ini ckp eadai ntk kapasitas 0 N kn dengan enghasilkan ketidakpastian tidak lebih dari 0.0%, sedangkan ntk kapasitas di bawah 0 N hasil ketidakpastiannya asih relatif besar yait di atas 0.0%. Pengkran lengan torsi enggnakan etode kesetibangan lengan hars eperhitngkan resolsi indikator kesetibangan yang dignakan karena erpakan sber ketidakpastian yang tidak bisa diabaikan. Ketidakpastian resolsi indikator akan eiliki pengarh terbesar pada kapasitas kecil sehingga ntk elihat pengarhnya dapat engac pada rentang pengkran terkecilnya. Berdasarkan hasil penelitian kali ini ketidakpastian indikator dapat diaskkan dala ketidakpastian assa dan ntk endapatkan ketidakpastian yang lebih baik pada kapasitas di bawah 0 N diperlkan ketidakpastian resolsi indikator setara dengan assa g. Pada titik pengkran terbesar yait kn panjang lengan torsinya adalah ntk sisi kanan 000.0 dan ntk sisi kiri 999.99 dengan ketidakpastian bentangan 0.05. Hasil pengkran ini dapat dignakan sebagai salah sat sber ketidakpastian dala perhitngan ketidakpastian esin standar torsi deadweight akibat ketidakpastian panjang lengan. 0
6. UCAPAN TERIMA KASIH Pada kesepatan kali ini penlis ingin engcapkan teria kasih yang tak terkira kepada selrh pihak yang terkait dala penelitian ini tertaanya rekan-rekan dala sat ti penelitian. Kiranya penelitian ini tidak akan terlaksana tanpa adanya bantan dari pihak anajeen Pslit KIM-IPI dan pendanaan dari RISTEK dala progra PKPP 0. 7. DAFTAR PUSTAKA [] Ogshi Koji, Ota Takashi, Ueda Kaznaga, 003, oad Dependency of the Moent-Ar ength in the Torqe Standard Machine, XVII IMECO World Congress Metrology in the 3 rd Millenni, Dbrovnik, Croatia. [] Gasssann Testing and Metrology GbH, 008, Instrction anal and Technical docentation for the 000 N. Torqe Standard Machine, GTM. [3] ISO 376, 004, Metallic aterials-calibration of force-proving instrents sed for the verification of niaxial testing achines, ISO 376 : 004. [4] Nishino Atshiro, Ogshi Koji, Ueda Kaznaga, 007, Design and Coponent Evalation of the 0 N Dead-Weight Torqe Standard Machine, Proceedings of Asia-Pacific Syposi on Mass, Force and Torqe (APMF 007), Astralia. [5] EURAMET/cg-4/v.0, 007, Gidelines on the calibration of static torqe easring devices, EURAMET. [6] JCGM, 008, Evalation of easreent data Gide to the expression of ncertainty in easreent, JCGM 00:008.