MODUL I

MODUL I

PENGUKURAN KARAKTERISTIK STATIK DARI pH METER, DENGAN VARIASI MOLARITAS NaOHA. TUJUAN PRAKTIKUM

1. Menentukan nilai-nilai karakteristik statik pengukuran, yaitu range, span, sensitivitas, histerisis, dan non-linearitas.

2. Menganalisis pengaruh efek lingkungan terhadap karakteristik statik sistem pengukuran.

B. TEORI DASAR

1. Karakteristik Statik

Karakteristik statik adalah sifat sebuah instrumen yang tidak bergantung pada waktu. Beberapa karakteristik statik instrumen yang sering digunakan adalah :

Range (span)

Range menyatakan jangkauan pengukuran sebuah insturmen. Sedangkan span adalah selisih nilai maksimum dan minimum yang dapat diukur oleh alat. Contoh: termometer memiliki range - 0,5 sampai + 40,5 C, subdivision 0,1C, artinya kisaran pengukuran 0,5 sampai 40,5C, skala interval 0,1C.

Linieritas

Pengukuran yang ideal adalah jika hubungan antara input pengukuran (nilai sesungguhnya) dengan output pengukuran (nilai yang ditunjukkan alat ukur) adalah berbanding lurus, dan dinyatakan dalam persamaan garis sebagai berikut:

Oideal = KI + a

dengan K adalah kemiringan garis =

a adalah pembuat nol (zero bias) = Omin - KImin

Jika sebuah instrumen memiliki hubungan input-output tidak berupa garis lurus, penyimpangan dari garis lurus tersebut dikenal sebagai nonlinieritas. Seringkali nonlinieritas dinyatakan dalam nonlinieritas maksimum dalam bentuk prosentase skala penuh, yaitu:

Sebuah alat ukur mempunyai nonlinieritas 1 % jika kurva hubungan input dan output berkelok menyimpang 1%. Bentuk nonlinieritas dapat berupa parabola, berkelok, lengkung dan sebagainya. Control valve linier pada 40 75 % bukaan, artinya hubungan sinyal input dengan aliran (flow) yang melalui control valve linier pada 40 75 %.

Gambar 1. Linieritas dan Nonlinieritas

Sensitivitas menunjukan seberapa jauh kepekaan sensor terhadap kuantitas yang diukur. Sensitivitas sering juga dinyatakan dengan bilangan yang menunjukan perubahan keluaran dibandingkan unit perubahan masukan yaitu (O/(I. Untuk elemen linear dO/dI sama dengan slope atau gradien K dari garis linear. Sedangkan untuk elemen non-linear dO/d I= K+ dO/dI. Dapat dilihat pada Gambar 2. Beberapa sensor panas dapat memiliki kepekaan yang dinyatakan dengan satu volt per derajat, yang berarti perubahan satu derajat pada masukan akan menghasilkan perubahan satu volt pada keluarannya. Sensor panas lainnya dapat saja memiliki kepekaan dua volt per derajat, yang berarti memiliki kepakaan dua kali dari sensor yang pertama. Linieritas sensor juga mempengaruhi sensitivitas dari sensor. Apabila tanggapannya linier, maka sensitivitasnya juga akan sama (konstan) untuk jangkauan pengukuran keseluruhan, yaitu sama dengan kemiringan garis.

Gambar 2. Sensitivitas Termocouple.

Histerisis

Histeresis menunjukkan perbedaan nilai output pembacaan saat menggunakan nilai input naik (dari rendah ke tinggi), dengan nilai output pembacaan saat menggunakan nilai input turun (dari tinggi ke rendah). Histeresis biasanya dinyatakan dalam histeresis maksimum dalam bentuk prosentase skala penuh, yaitu:

Contoh : Suatu termometer digunakan untuk mengukur 60C, akan menunjukkan angka yang berbeda jika sebelumnya digunakan untuk mengukur fluida 20C dengan jika sebelumnya digunakan untuk mengukur fluida 100C.

Gambar 3. Histeresis

Efek Lingkungan

Secara umum, output (O) tidak bergantung hanya pada sinyal input (I) tetapi juga bergantung pada input dari lingkungan seperti suhu, tekanan atmosfer, kelembaban, tegangan suplai, dan sebagainya. Ada dua tipe input dari lingkungan, yaitu modifying input dan interfering input.

Modifying input IM menyebabkan sensitivitas linear sistem berubah. K adalah sensitivitas pada kondisi standar kelika IM = 0. Jika input diubah dari nilai standar, maka IM mengalami penyimpangan dari kondisi standar. Sensitivitas berubah dari K menjadi K+ KM IM, dimana KM adalah perubahan kepekaan terhadap perubahan unit IM. Gambar 4 (a) menunjukkan efek dari modifikasi suhu sekitar pada elemen linier.

Interfering input II menyebabkan zero bias berubah. a adalah zero bias pada kondisi standar ketika II = 0. Jika input diubah dari nilai standar, maka II mengalami penyimpangan dari kondisi standar. Zero bias berubah dari a menjadi a+ KIII , dimana KI adalah perubahan zero bias untuk unit perubahan di II. Gambar 4 (b) menunjukkan efek dari gangguan suhu sekitar pada elemen linier.Dengan demikian

Gambar 4. (a) Modifying dan (b) Interfering Input2. pHpH merupakan sebuah ukura yang digunakan dalam menentukan apakah larutan tersebut bersifat asam, basa, dan netral. Asam dan basa tersebut merupakan dua golongan zat kimia yang sangat penting. Pada larutan yang bersifat asam memiliki nilai pH lebih kecil 7 , sedangka basa memiliki nilai pH lebih besar dari 7 dan untuk sifat netral memiliki pH dama dengan 7. Penentuan pH bisa bermacam-macam cara, diantaranya dengan menggunakan alat ukur pH meter, atau indikator universal seperti kertas lakmus dan PP.

Sorasen merupakan seorang ahli kimia menyusun konsep model matematis untuk menghitung konsentrasi berdasarkan pH dengan persamaan berikut :

Dimana [H+] = Molaritas Ion H+3. pH Meter

besaran pH suatu larutan bisa diketahui melalui beberapa indikator universal yang telah dijelaskan sebelumnya. Namun dengan adanya sensor pH atau lebih dikenal dengan pH meter dapat mempermudah pembacaan nilai suatu larutan pH. Oleh karena itu didalam pH meter biasanya menggunakan prinsip potensiometri dengan pemanfaatan beda potensial antara elektroda sebagai bahan referensi dan elektroda kerja seperti pada gambar

Gambar pH Meter secara lengkap

Sebuah pH meter secara umum memiliki satuan potensial (mV) yang berbanding lurus dengan konsentrasi ion hidrogen dalam larutan. Pada elektroda referensi berfungsi untuk mempertahankan potensial secara konstan terlepas dari adanya perubahan pH atau aktivitas ionik lainnya dalam larutan. Sedangkan jembatan garam pada sel referensi berguna untuk mempertahankan kontak listrik antara 2 elektroda selama proses pengukuran dalam pH berlangsung. Sebenarnya proses penentuan pH terjadi pada lapisan gelas elektroda yang sensitif terhadap pH sebagai pembawa arus. Ion Hidrogen (H+) yang ada dalam larutan asam akan menghasilkan potesial positif (+mV) relatif terhadap buffer yang ada didalam elektroda tersebut4. Teori Larutan

Kemolaran (M) adalah jumlah mol zat terlarut dalam tiap litaer larutan, kemolaran didefinisikan denga rumus sebagai berikut:

Dimana : ml = Volume larutan

Gram = gram zat terlarut

Mr = Mr Zat terlarut

pH larutan dapat dihitung menggunakan Molaritas dari Larutan tersebut , berikut persamaannya:

Untuk Asam Kuat, seperti HCl, berikut persamaannya:

Dimana : a = jumlah H+ , dan Ma = Kemolaran Asam

Untuk Basa Kuat seperti NaOH, berikut persamaannya :

Dimana : b = jumlah H+ , dan Mb = Kemolaran AsamC. PERALATAN DAN KOMPONEN PERCOBAAN

1. Serbuk NaOH 2. Aquades

3. Ethanol

4. Timbangan Digital

5. Gelas Beker

6. Spatula

7. pH meter

D. LANGKAH PERCOBAAN

Percobaan I

1. Bersihkan alat yang akan digunakan (gelas beker, spatula) dengan ethanol dan siapkan bahan yang diperlukan.

2. Kemudian buatlah 100 ml larutan NaOH dengan variasi konsentrasi 0,01 M; 0,02 M; 0,04 M; 0,06 M; 0,08 M; 0,1 M; 0,2 M; 0,4 M; 0,6 M; 0,8 M; dan 1 M.

3. Selanjutnya lakukan kalibrasi pH meter pada point pH = 10.

4. Lakukan pengukuran pH larutan dari konsentrasi 0,01 M sampai 1 M.

5. Lihat dan catat pembacaan pada pH meter

6. Ulangi langkah (4) s.d (5) dengan pergeseran turun (dari 1M sampai 0,01 M)

7. Isi Tabel 3.1 dengan data yang telah diperoleh,

Tabel 3.1. Data hasil percobaan

Pergeseran NaikPergeseran turun

No.[NaOH]pH LarutanNo.[NaOH]pH Larutan

1.1.

2.2.

3.3.

11.11.

Percobaan II

1. Lakukan langkah-langkah percobaan I dari (a) s.d (e), tetapi dengan mengganti volume larutan menjadi 50 ml.

2. Kemudian isi Tabel 3.2. dengan data yang telah diperoleh dari percobaan II.

Tabel 3.2. Data hasil percobaan efek lingkungan

No.[NaOH]pH Larutan

1.

2.

3.

11.

E. ANALISIS PERCOBAAN

1. Lakukan perhitungan dan jelaskan mengenai karakteristik statik sistem pengukuran pH (range input dan output, span, linieritas, nonlinieritas dan histeresis) dari data percobaan yang telah anda peroleh (Percobaan 1).

2. Jelaskan pengaruh lingkungan (berupa perubahan volume larutan) terhadap karakteristik statik sistem pengukuran, dengan menghitung nilai KM dan KI (Percobaan 2).3. Buat Laporan Resmi PraktikumMODUL IIPENGUKURAN KARAKTERISTIK DINAMIK TERMOMETERA. TUJUAN PRAKTIKUM

1. Memahami karakteristik dinamik dari suatu alat ukur.

2. Menentukan hubungan input dan output sebagai fungsi waktu.

B. DASAR TEORIKarakteristik dinamik dari sebuah alat ukur menggambarkan perilakunya antara waktu yang terukur dengan perubahan nilai dan waktu ketika instrument output mencapai nilai stabil. Seperti dengan karakteristik statis, nilai-nilai untuk karakteristik dinamis dikutip dalam lembaran instrumen data hanya berlaku pada saat instrumen yang digunakan dalam kondisi lingkungan tertentu. Dalam setiap sistem, pengukuran linier invarian waktu, persamaan umum yang dapat ditulis antara input dan output untuk waktu t> 0:

dimana qi adalah jumlah yang diukur, Q0 adalah output dan a0. . . sebuah, B0. . . bm adalah konstanta. Jika kita membatasi pertimbangan bahwa perubahan dalam kuantitas saja yang diukur , maka persamaan (2.1) tereduksi menjadi:

penyederhanaan lebih lanjut dapat dilakukan dengan mengambil kasus-kasus khusus tertentu dari persamaan (2.2), yang secara kolektif berlaku untuk hampir semua sistem pengukuran.

Instrument Orde NolJika semua koefisien a1. . . yang lain dari a0 dalam persamaan (2.2) diasumsikan nol, maka:

dimana K adalah sebuah konstanta yang dikenal sebagai sensitivitas instrumen sebagaimana didefinisikan sebelumnya. Setiap instrumen yang berperilaku sesuai dengan persamaan (2.3) dikatakan jenis dari orde nol. Setelah perubahan langkah dalam kuantitas diukur pada waktu t, output segera bergerak ke nilai baru pada saat yang sama dengan t. Sebagai contoh, sebuah potensiometer yang mengukur gerak, di mana perubahan tegangan output bergantung pada slider tersebut dipindahkan sepanjang jalur potensiometer.

Instrument Orde SatuJika semua koefisien a2. . . sebuah kecuali a1 a0 dan diasumsikan nol dalam persamaan (2.2) maka:

Setiap instrumen yang berperilaku sesuai dengan persamaan (2.4) dikenal sebagai instrument orde pertama. Jika d / dt digantikan oleh operator D dalam persamaan (2.4), kita mendapatkan:

Gambar 2.1 Respon output orde 0

Mendefinisikan KD b0/a0 sebagai sensitivitas statis dan D a1/a0 sebagai waktu konstan sistem, persamaan (2.5) menjadi:

Jika persamaan (2.6) diselesaikan secara analitik, kuantitas output Q0 dalam menanggapi setiap perubahan q1 pada waktu t bervariasi dengan waktu dengan cara yang ditunjukkan pada gambar 2.1.

Berdasarkan gambar 2.2, konstanta waktu adalah waktu yang dibutuhkan ketika respon dinamik ouput bernilai 63% dari perubahan output saat kondisi mantap.

Gambar 2.2 Respon output orde 1Instrument Orde Dua

Jika semua koefisien a3. . . yang lain dari a0, a1 dan a2 dalam persamaan (2.2) diasumsikan nol, maka kita mendapatkan:

Dengan menggunakan operator D, maka akan didapatkan :

Hal ini mudah untuk kembali mengungkapkan variabel a0, a1, a2 dan B0 dalam persamaan (2.8) dalam hal tiga parameter K (sensitivitas statis), (undamped frekuensi alam) dan (redaman rasio), di mana:

Ini adalah persamaan standar untuk sistem orde dua dan instrumen yang responnya dapat dijelaskan dengan persamaat tersebut dikenal sebagai instrument orde 2. Jika persamaan (2,9) diselesaikan secara analitis, bentuk dari respon yang diperoleh tergantung pada nilai rasio redaman. Respon output dari alat orde dua untuk berbagai nilai dan perubahan nilai dari jumlah yang diukur pada waktu t diperlihatkan pada Gambar 2.3. Untuk kasus (A) di mana D=0, tidak ada redaman dan output instrumen amplitudo berosilasi konstan jika terganggu oleh perubahan dalam besaran fisis yang diukur. Untuk D=0,2, diwakili dengan kasus (B), respon terhadap perubahan input masih berosilasi namun osilasi berangsur-angsur mereda. Untuk kurva (C) dan (D) overshoot masih lebih, dan akhirnya respon menjadi sangat overdamped seperti yang ditunjukkan oleh kurva (E) di mana output perlahan-lahan menuju bacaan yang benar. Jelas, kurva respons ekstrem (A) dan (E) adalah sangat tidak cocok untuk setiap alat ukur. Jika instrumen itu mengalami perubahan inputan, maka strategi desain akan menuju ke arah rasio redaman 0,707, yang memberikan respon kritis teredam (C).

Gambar 2.3 Respon output orde 2

C. PERALATAN DAN KOMPONEN PERCOBAAN

1. Termometer raksa

2. Thermometer Digital

3. Heater/pemanas air

4. Air

5. Stop watch

D. LANGKAH PERCOBAAN

1. Ukurlah suhu ruang saat percobaan

2. Panaskan air dalam wadah dengan heater hingga mencapai suhu yang ditentukan yaitu T0C (sesuai ketentuan asisten).

3. Lakukan pembagian tugas pada setiap anggota kelompok praktikum sebagai berikut:

Pengamat temperatur

Pemegang stopwatch

Pencatat data

Pengendali temperatur dengan heater

Lakukan simulasi dengan dibantu oleh asisten.

4. Gunakan termometer digital untuk menjaga temperatur air tetap pada T0C dengan menggunakan heater secara manual

5. Pada saat temperatur air telah mencapai T0C, celupkan segera termomoter raksa ke dalam wadah air dan catat penunjukan temperatur pada termometer raksa setiap 20 detik hingga penunjukan mantap di nilai T0C

6. Setelah kondisi mantap tercapai, cabut termomter raksa segera dan catat penunjukan temperatur pada termometer raksa setiap 20 detik hingga penunjukan mantap di nilai suhu ruang

7. Isi tabel percobaan seperti yang tercantum pada tabel 1.

8. Perhitungan eror dinamik pada saat termometer raksa berada di air adalah :

9. eror = T T terukur

10. Perhitungan eror dinamik pada saat termometer raksa berada di udara adalah :

11. eror = Truang T terukur

12. Buat grafik berdasarkan data tersebut.

Tabel Data Pengukuran Suhu

NoTime (detik)Temperatur (0C)Eror dinamik

10Suhu ruang0

220

340

460

5..(jika sudah steady, cabut thermometer dan ukur suhunya di udara)

6

7

8

9Dst.Sampai kembali pada suhu ruang

E. ANALISIS PERCOBAAN

1. jelaskan tentang karakteristik dinamis instrumen berdasarkan data yang anda peroleh.

2. Tentukan konstanta waktu dari sensor termometer raksa berdasarkan data yang anda peroleh.

3. Simpulkan percobaan ini.

4. Buat laporan resmi percobaan.

KALIBRASI

A. LATAR BELAKANG

Dalam perkembangan dunia industri yang semakin maju seperti sekarang ini, persaingan usaha dan pasar merupakan perhatian utama apabila kita ingin tetap bertahan. Salah satu jalan yang harus ditempuh ialah dengan cara menjaga dan meningkatkan mutu (quality ) dari produk atau jasa yang kita tawarkan. Industri yang tetap eksis adalah industri yang memiliki kemampuan menyelesaikan persoalan-persoalan yang timbul, menjaga kualitas produk dan selalu mengupayakan inovasi teknologi baru. Agar industri dapat menyelesaikan persoalan-persoalan yang muncul di industri perlu ketersediaan peralatan pendukung (instrument) yang sekaligus ditunjang oleh SDM yang mampu mengoperasikan instrumen dengan baik dan tepat. Sehingga penggunaan instrumen dan peralatan lainnya dapat berfungsi secara efektif dan efisien.

Jurusan Teknik Fisika FTI ITS , sebagai salah satu lembaga pendidikan tinggi terkemuka ingin menjawab tantangan masa depan terkait dengan teknologi instrumentasi di industri, yakni dengan mampu menghasilkan lulusan yang memiliki kompetensi teknis dalam penguasaan berbagai macam instrumentasi yang ada di industri, baik dalam hal operational, pemeliharaan dan perbaikan. terkait dengan pemeliharaan, salah satu faktor penting yang harus dipahami adalah tentang kehandalan sebuah instrumen, yang mana kehandalan ini sangat erat hubungannya dengan tingkat akurasi atau ketelitian instrumen tersebut. salah satu teknik yang digunakan untuk mengetahui dan memperbaiki akurasi dari sebuah instrumen adalah dengan melakukan kalibrasi secara teratur. kalibrasi yang benar dan memenuhi standar sangat diperlukan untuk bisa menjamin bahwa sebuah peralatan layak untuk dipakai. Oleh karena itu pengetahuan akan kalibrasi ini sangat dibutuhkan terutama untuk menunjang keahlian para mahasiswa dalam proses pemeliharaan sebuah peralatan / instrumen.

B. TUJUAN

Tujuan dari praktikum sistem pengukuran dan kalibrasi ini adalah agar para mahasiswa menguasai prosedur dan metode pengukuran serta kalibrasi yang sesuai dengan standar nasional (SNI 19-17025 )

C. KOMPETENSI

Setelah mengikuti praktikum ini, diharapkan mahasiswa:

mengetahui prosedur pengukuran dan kalibrasi yang benar

mampu melakukan kalibrasi internal

membuat sertifikat kalibrasi

D. MATERI PRAKTIKUMTEORI KETIDAKPASTIAN PENGUKURAN DAN KALIBRASISTUDI KASUS

Seorang perawat Sebuah RS sedang mengukur suhu badan salah seorang pasiennya dengan menggunakan sebuah termometer gelas yang cukup teliti dan hasilnya 39,4 oC. sesaat dia tidak segera mencatatnya pada buku laporan kerja karena merasa sedikit ragu dengan hasil pengukurannya , sebab suhu tersebu relatif tinggi bagi pasien tersebut, dia memutuskan untuk melakukan pengukuran lagi dan hasilnya malah membuat dia bingung, yaitu 39,6 oC. karena bingung campur penasaran dia melakukan sekali lagi pengukuran dengan maksud memastikan apakah hasil pengukuran yang pertama atau kedua yang akan diambil, dan ternyata pengukuran ke 3 adalah 39,5 oC. Akhirnya dia memutuskan untuk mencoba dan mencoba lagi pengukurannya hingga 10 kali dengan harapan akan mendapatkan hasil terbanyak pada nilai tertentu dan nilai itulah yang akan diambil. Karena dia yakin bahwa nilai yang didapat tidak akan jauh dari sekitar nilai 39 oC, dan nilai terbanyak yang keluar tersebut bagi dia cukup beralasan untuk diambil karena sudah mewakili dari serangkaian proses pengukurannya. Dan dia tetap yakin seyakin-yakinnya bahwa dia tidak bisa memastikan diantara ke 10 hasil pengukuran tersebut mana yang menunjukkan nilai sebenarnya. Dia hanya mendapatkan nilai terbaiknya saja.Hasil pengukuran dia selengkapnya adalah sbb:

39,4 oC

39,6 oC

39,5 oC

39,4 oC

39, 4 oC

39,5 oC

39,4 oC

39,4 oC

39,5 oC

39,4 oC

Rata rata : 39,45 oCDEFINISI DAN GAMBARAN UMUM

Dari gambaran kasus diatas jelas terlihat bahwa untuk mendapatkan atau menentukan nilai sebenarnya dari suatu hasil pengukuran adalah tidak mungkin, yang memungkinkan dari hasil pengukuran dan yang dapat kita laporkan adalah nlai terbaiknya saja yaitu yang diwakili oleh nilai rata-ratanya.

Jadi pada kasus diatas pasien yang bersangkutan mempunyai suhu badan 39,45 oC, hasil tersebut sudah sangat mewakili dan sudah mendaptkan hasil yang terbaik untuk menyatakan suhu sang pasien tresebut. Walaupun suhu sebenarnya dari sang pasien tersebut tidak dapat diketahui dengan pasti, yang jelas ada si sekitar nilai 39,45 oC dan disekitar kurang / lebih berapa ?, itulah yang disebut dengan ketidakpastian. Misalnya kurang lebih + X oC, maka nilai sebenarnya dari paien tersebut akan berada ( jatuh ) pada daerah nilai suhu 39,45 X)oC hingga (39,45 + X ) oC. Jika datanya tunggal, hanya data tersebut diatas , maka nilai ketidakpastiannya dapat diwakili nilai standar deviasinnya. Jadi pada data diatas ketidakpastiannya adalah:

+ 0.07071 oC

dan diyakini bahwa nilai sebenarnya suhu pasien tersebut berada pada daerah 39,379 oC hingga 39,521 oC (39,45 + 0.07071 ) oC

selanjutnya seberapa yakin kita terhadap hasil tersebut diatas, yaitu bahwa nilai sebenarnya betul betul akan berada pada rentang daerah tersebut, hal inilah yang disebut dengan tingkat kepercayaan ( Confidence level). Misalnya kita menentukan tingkat kepercayaan 95 %, ini berarti bahwa kemunkinan nilai sebenarnya akan berada ( jatuh ) pada lingkup daerah tersebut adalah 95 %. Sedang sisanya mungkin akan jatuh diluar daerah tersebut.

Jadi ketidakpastian adalah : rentang nilai disekitar hasil pengukuran yang didalamnya diharapkan terletak nilai sebenarnya dari besaran ukur.

= Nilai rata-rata dari hasil pengukuran

= Penyimpangan hasil pengukuran

U

= Ketidakpastian hasil pengukuran

X = Nilai sebenarnya dari besaran ukur

ANALISA SUMBER SUMBER KETIDAKPASTIAN

Timbulnya ketidakpastian dalam pengukuran menunjukkan ketidaksempurnaan manusia secara keseluruhan. Karenanya tidak ada kebenaran mutlak didunia ini, karena yang benar mutlak hanyalah milik Allah SWT, manusia hanyalah dapat memprediksi sesuatu pada tingkat terbaiknya saja.

Sumber-sumber ketidakpastian yang turut memberikan kontribusi selain ada pada diri manusia sendiri sebagai pelakuk pengukuran / kalibrasi juga pada alat-alat bantu (kalibrator ) yang digunakan untuk mengukur suhu pasien tersebut, juga resolusi alatnya, pengaruh suhu lingkungan. Secara rinci dari sumber-sumber ketidakpastian dapat digambarkan sebagai berikut:

Untuk mengevalusi masing- masing sumber ketidakpastian tersebut diperlukan analisa dengan menggunakan metoda Statistik, yang disebut analisa type A, dan menggunakan selain metode statistik yang disebut dengan Analisa type B. untuk lebih jelasnya dapat dilihat sebagai berikut: Analisa Type A , ( Ua )Pada tipe ini biasanya ditandai dengan adanya dat pengukuran, misalnya n kali pengukuran, maka selanjutnya dari data tersebut, akan ditemukan nilai rata-ratanya, standar deviasinya, dan atau repeatabilitynya. Bentuk kurva dari tipe ini adalah sebaran Gauss. Rumus umum ketidakpatian untuk tipe A ini adalah:

Ua = , dimana ( = Standar Deviasi

Pada contoh sebelumnya dapat dihitung :

Untuk 10 kali pengambilan data ( n = 10)

Rata rata = 39,45 oC

Sandar Deviasi

= 0.07071 oC

Ketidakpastian , Ua= 0.07071 / ( 10 = 0.0224 oC

Derajat Kebebasan, v= n-1 = 9 ( Rumus v = n-1)

Analisa type B, UB Pada analisa tipe ini akan digunakan selain metode statistik, sehingga dari contoh diatas :Sertifikat kalibrasi dari termometer gelas: misalnya 0,1 oC.Nilai ini sudah merupakan hsil dari ketidakpastian diperluas U95 , karenanya harus dicari terlebih dahulu ketidakpastian kombinasinya Uc, ( sebagai ketidakpastian individual ) yaitu dengan membagi ketidakpastian tersebut dengan faktor cakupan k. jika tidak ada pernyataan apapun maka dalam setiap laporan kalibrasi dianggap k = 2, untuk tingkat kepercayaan 95 %.

Namun jika kita menginginkan nilai k yang lebih optimis maka harus dicari terlebih dahulu nilai derajat kebebasannya , v, yang selanjutnya akan ditemukan nilai k. dalam pencarian nilai v, terlebih dahulu harus ditemukan nilai reliabilitynya ( R) dari laboratorium pembei sertifikat termometer gelas tersebut, misalnya kita perkirakan dengan nilai R = 10 %Maka didapat:

V = (100 / 10 )2

= 50 , ( Rumus, v = ( 100 / R) 2 )

pada tabel T-distribution didapat k = 2,01

maka nilai yang tepat untuk ketidakpastian kombinasi termometer gelas tersebut adalah :

UB1 = 0,1 / 2,01 = 0,0498 oC Untuk resolusi alat dibedakan atas Alat digital dan Analog.

Jika Alat digital : Ketidakpastian (u)

u = (1/2 resolusi ) / (3

untuk Alat analog : Ketidakpastian (u)

u = Readability / 2

Jika pada ilustrasi tersebut alat yang digunakan adalah termometer digital dengan resolusi 0,1 oC, maka:

UB2 = (1/2 .0,1 ) / (3 = 0,0298 oC KETIDAKPASTIAN KOMBINASI , UCSelanjutnya dari semua sumber ketidakpastian tersebut diatas harus dikombinasikan / digabungkan untuk memberikan gambaran menyeluruh ketidakpstian dari hasil kalibrasi tersebut. Rumus umum ketidakpastian kombinasi adalah:

Uc =

Atau secara umum :

Uc2 = ((Ci.Ui)2

Dimana ci = koefisien sensitifitas dariketidakpastian ke-I

Pada contoh diatas, karena pengukuran suhu hanya merupakan hasil pembacaan dari suhu yang terlihat dari termometer gelas kemudian hasilnya dikoreksi dengan nilai yang tercantum dalam sertifikat kalibrasinya, maka bila koefisien sensitifitas masing masing adalah 1

Uc = [(1.(0,0224))2 +(1.(0,0498))2 + (1.(0,0289))2 + (1.(0,058))2]1/2

= 0,085 oCKoefisien Sensitifitas ( Cn )

koefisien sensitifitas dalam sistem pengukuran tidak terlepas dari masalah korelasi pengukuran , maksudnya bahwa setiap hasil pengukuran merupakan hasil korelasi antara besaran masukan satu dengan yang lainnya , yang besarnya ditentukan dengan derivatif. Turunan ( derivatif) hasil pengukuran tersebut dengan masing-masing masukan itu pada bentuk / model pengukuran yang dilakukan. Atau dengan kata lain, apabila didalam melakukan pengukuran sebuah besaran ukur tidak dilakukan pengukuran secara langsung terhadap besaran tersebut ( misal untuk mengukur Arus , dilakukan pengukuran tegangan , jadi pengukuran tidak langsung ), maka sensitifitas diperlukan dalam menghitung ketidakpastian kombinasinya, akan tetapi bila didalam melakukan pengukuran tersebut besaran yang kita inginkan dapat diukur langsung maka sensitifitasnya dinyatakan dengan

Rumus umum mencari koefisien sensitifitas adalah: Pada pengukuran suhu diatas, adalah merupakan pembacaan (hasil pengukuran) + koreksi :Pengukuran suhu (T) = hasil + Koreksi (S)

Jadi koefisien sensitifitas hasil adalah derivatif T terhadap H;

Misal : pada pengukuran luas ( A), yang merupakan hasil perkalian antara panjang (P ) dan lebar (L), maka koefisien sensitifitas masing masing adalah:

A = P x L

CP = dA / dP = L

CL = dA / dL = P

KETIDAKPASTIAN DIPERLUAS Dalam pelaporan ketidakpastian hasil pengukuran / kalibrasi yang dilaporkan adalah ketidakpatian yang sudah dalam perluasan ( expanded ), sehingga hasil tersebut sangat logis dalam kenyataan, selain itu dengan menggunakan tingkat kepercayaan 95 %, seperti lazimnya dipakai dlam pelaporan pelaporan saat ini, lain halnya jika ada pengecualian dengan mengambil tingkat kepercayaan tertentu. Rumus ketidakpastian diperuas ( expanded uncertainty ) adalah:

U95 = k Uc

Dimana: U95 = Ketidakpatian diperluas ( expanded Uncertainty )

K

= Faktor cakupan ( caverage factor)

Uc

= ketidakpastian kombinasi ( Combined uncertainty ) untuk mendapatkan komponen komponen diatas, k dan uc diperlukan pemahaman dan pencarian faktor lainnya, yaitu:Derajat Kebebasan, v

Derajat kebebasan efektif dicari dengan dua cara, yaitu:

Jika data dipeoleh dari pengukuran berulang sebanyak n kali, maka derajat kebebsan adalah:V = n-1

Pada contoh diatas didapat 10 kali pengulangan pengukuran.

Maka :

v = 10 1= 9

Jika data merupakan hasil perkiraan atau estimasi dengan reliability ( R ), maka:V = ( 100 / R)2 dimana R dalam satuan persen (%)

Pada contoh diatas, resolusi alat adalah 0,1 oC, dalam hal ini batas kealahan mutlak adalah x Resolusi , yaitu 0,05 oc, dimana dalam hal ini bentuk kurvanya adalah rectangular, maka nilai ketidakpastiannya adalah 0,05 / (3 = 0,0289 oC

Dengan estimasi reliabilitynya adalah 10 %, maka:

V = ( 100 / 10 )2

= 50

Derajat Kebebasan effektif, V eff Nilai faktor cakupan, k untuk perkalian ketidakpastian diperluas diatas didapat dari derajat kebebasan effektif, Veff, dengan rumus:

Veff = ,

Dimana Ci = koefisien Sensitifita pada Ketidakpastian Ke-I

Uc = Ketidakpastian kombinasi / gabungan

Ui = ketidakpastian individual ke-IVi = Derajat Kebebasan pada ketidakpastian individual ke-I

Pada contoh diata , telah didapat ketidakpastian kombinasi,

UC = 0,085 oC

UA = 0,0224 oC,v = 9

UB1 = 0.0498 oC, v = 50

UB2= 0,0289 oC, v = 50

UB3 = 0,058 oC, v = (Veff = = 316,5

Pada tabel T-StudentsDistribution, didapatkan k = 1,96

Jadi ketidakpastian diperluas , U95= k. Uc

= 1,96 x 0,085 = 0,1666

= + 0,16 oC

Jadi hasil lengkap pengukuran adalah (39,45 + 0,16) oC

Tingkat kepercayaan , U95Tingkat kepercayaan merupakan tingkatan keyakinan akan keberadaan nilai sebenarnya pada suatu tindak pengukuran dengan menggunkanalat tertentu. Penjelasan lengkap telah diberikan pada ilustrasi kasus diatasFaktor Cakupan , k

faktor cakupan meruakan faktor pengali pada ketidakpastian, sehingga membentuk cakupan logis pada penggunaan keseharian. Faktor cakupan dicari menggunakan tabel T-Student Distribution, yang diberikan pada halaman akhir dari materi ini.

RINGKASAN CARA PENENTUAN KETIDAKPASTIAN

Secara umum dalam menentukan nilai ketidakpastian suatu hasil pengukuran dapat melalui tahap-tahap sebagai berikut:

1. Tentukan model matematik pengukurannya

2. Tentukan koefisien sensitifitas , Ci

3. Tentukan derajat kebebasan

4. Tentukan ketidakpastian standar pada masing-masing kontributor u

5. Tentukan ketidakpastian kombinasi , Uc

6. Tentukan derajat kebebasan efektif, V eff

7. Tentukan tingkat kepercayaan yang dipilih, misal 95 %

8. Tentukan faktor cakupan, k

9. Tentukan ketidakpastian diperluas, Uexp

Sedangkan untuk mendapatkan faktor cakupan yang nantinya digunakan untuk mendapatkan ketidakpastian diperluas , maka salah satu pemecahannya adalah dengan menyajikan tabel T-Student Distribution, Dimana probabilitasnya dinyatakan sbb:

Degree of freedom VProbabilitas / Tingkat kepercayaan (%)

68,27 %90 %95%99%

11,846,3112,7163,66

21,322,924,309,92

31,202,353,185,84

41,142,132,784,60

51,112,022,574,03

61.091,942,453,71

71,081,892,363,50

81,071,862,313,36

91,061,832,263,25

101,051,812,233,17

111,051,802,203,11

121,041,782,183,05

131,041,772,163,01

141.041,762,142,98

151,031,752,132,95

161,031,752,122,92

171,031,742,112,90

181,031,732,102,88

191,031,732,092,86

201,031,722,092,85

251,021,712,062,79

301,021,702,042,75

351,021,702,032,72

401,021,682,022,70

451,021,682,012,69

501,011,682,012,68

1001,0051,6601,9842,626

(11,6451.9602,576

MODUL IIITHERMOMETER DIGITAL

METODE PENGUKURAN DAN KALIBRASI THERMOMETER

1. Ruang Lingkup

Metode ini digunakan untuk melaksanakan kalibrasi THERMOMETER DIGITAL dengan menggunakan thermometer digital standard ( sensor thermocouple/ RTD) dengan rentang ukur / kapasitas sampai 600 oC.

Metode ini juga digunakan untuk pemeriksaan rutin ( kalibrasi internal sesuai dengan kebutuhan.2. Standar Metode

Test Method for inspection and verification of thermometer ASTM E-77, 1998

Guide to the expression of uncertainty in measurement, ISO / TAG 4, 1993 .3. Peralatan

Thermometer digital standard beserta sertifikat.

Media kalibrasi yang sudah terkalibrasi.

Tabel konversi ASTM

Bak Cairan

4. Persiapan

Catat semua spesifikasi thermometer pada lembar kerja

Periksa terlebih dahulu prinsip kerja kedua instrumen

Posisikan sensor kedua termometer pada jarak ideal

Posisikan tampilan thermometer sedemikian rupa agar mudah terbaca

Bersihkan tampilan termometer dari kotoran dan debu

Hidupkan timbangan selama 30 menit untuk pemanasan

Buat beberapa percobaan pengukuran

5. Prosedur5.1Pemeriksaan Skala

5.1.1. Pilih salah satu dari skala thermometer untuk dilakukan pengukuran5.1.2 pastikan bahwa suhu telah steady, dan catat pembacaan nilai nominal pada kolom 1.

5.1.3. secara berturut turut catat bacaan alat pada kolom 2 dan standar pada kolom 3.

5.1.4. Ulangi 5.1.1 sampai 5.1.3 sebanyak 5 kali

5.1.5. Hitung koreksi dengan rumus:

Q = Pstandar P alat

Dimana :

Pstandar = pembacaan termometer digital standar

P alat = Pembacaan termometer digital yang di kalibrasi

5.1.6. Catat error of specification

5.1.7. Catat Koreksi minimum

5.1.8. Catat koreksi maksimum

5.1.9. Tentukan nilai koreksi maksimum

5.1.10. Bila nilai koreksi maksimum lebih besar dari toleransi spec alat, maka termometer digital yang dikalibrasi perlu di Adjust ulang atau di repair.5.2 KEMAMPUAN BACA KEMBALI

Lakukan untuk minimal 3 posisi, masing masing sesuai dengan titik suhu yang kita harapkan ( atau pembagian skalanya adalah 1/3, 2/3 dan skala penuh )

5.2.1. Pastikan pembacaan termometer digital telah stabil, mulai lakukan pengukuran untuk suhu dengan nilai nominal tertentu.

5.2.2. Catat pembacaan alat pada kolom 2 dan pembacaan standar pada kolom 1

5.2.3. ulangi butir 5.2.1 sampai 5.2.2 samapai 10 kali pembacaan

5.2.4. Hitung Koreksi :

Pstandar - P alat , dan catat pada kolom 3

5.2.5. Lakukan butir 5.2.1 sampai 5.2.4 untuk titik selanjutnya

5.2.6. Hitung rata rata koreksi

5.2.7. Hitung standar deviasi dari koreksi maksimum dengan rumus :

Dimana; Di = koreksi ke- i

D = rata rata koreksi

N = Jumlah koreksi

5.2.8. Hitung Error Regresi

5.2.9. Hitung ketidakpastian standar UA1

UA1 =

Dimana = standar deviasi maksimum koreksi

5.2.10. Hitung Ketidakpastian regresi UA2 dengan rumus;

UA2 =

Dimana SSR = sum square residual

5.2.11. Hitung ketidakpastian Resolusi UB1 dengan rumus:

UB1= Resolusi/2

3

5.2.12. Hitung Ketidakpastian termometer standard UB2 dengan rumus

UB2 =

Dimana a = ketidakpastian kalibrator ( termometer standar )

K = faktor cakupan

5.2.13. Hitung ketidakpastian media kalibrasi UB3 dengan rumus:

UB3 =

5.3. Ketidakpastian Termometer Digital5.3.1. Hitunglah besarnya Uc( ketidakpastian kombinasi) dengan rumus :

Uc =

5.3.2. Tentukan besarnya Veff dengan formulasi sebagai berikut:

Veff =

5.3.3. Dengan tingkat kepercayaan CL = 95 %, hitung faktor cakupan k

5.3.4. Hitung ketidakpastian termometer Uexp dengan rumus:

Uexp = k. Uc

Dimana : k = faktor cakupan

Uc = ketidakpastian kombinasi

5.4. Formulir5.1.1. Lembar kerja yang digunakan No. QF. FKS

5.1.2. Lembar sertifikat yang digunakan No. QF. SKS

LAMPIRAN

LEMBAR KERJA KALIBRASI

I. LEMBAR KERJA KALIBRASI TIMBANGAN

(selengkapnya disajikan pada lembar berikutnya )

II. LEMBAR KERJA KALIBRASI TERMOMETER(selengkapnya disajikan pada lembar berikutnya )

DAFTAR PUSTAKA

1. TC , ISO/ IEC 17025, SNI 19-17025, persyaratan Laboratorium kalibrasi, BSN, 2005

2. Musyafa.Ali, abadi,Imam, modul kalibrasi istrumentasi dan metrologi, Jurusan teknik Fisika, 2002 3. David B Prowse, uncertainty for mass and balance, Australia , 2000

4. TIM KIM LIPI, kalibrasi dan metrology, LIPI, serpong, 2000

( -U X EMBED Equation.3 ( +U

Membuat model Matematik

Daftar sumber sumber U

Hitung U untuk Tipe A dan B

Hitung Ci

Hitung der. Keb. eff

Hitung Uc ( gabungan)

Hitung U diperluas

Uexp = k. Uc

Selesai

U U

_1380137128.unknown

_1460407371.unknown

_1460408285.unknown

_1460408559.unknown

_1460408628.unknown

_1460408427.unknown

_1460407647.unknown

_1380137133.unknown

_1457184312.unknown

_1457185147.unknown

_1380137135.unknown

_1380137136.unknown

_1380137134.unknown

_1380137131.unknown

_1380137132.unknown

_1380137130.unknown

_1380137124.unknown

_1380137126.unknown

_1380137127.unknown

_1380137125.unknown

_170346384.unknown

_170480296.unknown

_1380137123.unknown

_170031656.unknown