Instrumentasi dan Kalibrasi 1 BAB 1 INSTRUMENTASI PENDAHULUAN Instrumentasi berasal dari istilah asing yaitu “instrumentation”. Instrumentasi yang dibahas di sini terkait dengan pengukuran (measurement) khususnya pengukuran secara elektronik. Ada beberapa definisi tentang instrumentasi di Internet antara lain : The installation and use of electronic, gyroscopic, and other instruments for the purpose of detecting, measuring, recording, telemetering, processing, or analyzing different values or quantities as encountered in the flight of a rocket or spacecraft. roland.lerc.nasa.gov/~dglover/dictionary/i.html Any device used to monitor the performance of the structure during its construction and throughout its useful life. An arrangement of devices installed into or near dams (i.e., piezometers, inclinometer, strain gages, measurement points, etc.) and used to evaluate the structural behavior and performance parameters of the structure. Reclamation has utilized a variety of instrumentation, most often piezometers, to evaluate the situations and conditions of all four Horsetooth Dams. www.abouthorsetooth.com/html/glossary.asp Berdasarkan definisi di atas, instrumentasi terkait dengan beberapa proses diantaranya pendeteksian, pengukuran, perekaman, telemetri, pengolahan atau analisa data yang dihasilkan. Dalam instrumentasi terdapat proses pengukuran. Sedangkan pengertian secara umum dari kata mengukur adalah membandingkan besaran yang diukur dengan besaran sejenis yang ditetapkan sebagai satuan. Sedangkan yang dimaksud dengan besaran adalah sesuatu yang dapat diukur dan dinyatakan dengan angka-angka. Definisi lain tentang pengukuran dapat dicermati dari definisi yang ada di web sebagai berikut: The process of using dimensions, quantity, or capacity by comparison with a standard in order to mark off, apportion, lay out, or establish dimensions. www.iteawww.org/TAA/Glossary.htm Pengukuran dilakukan dengan alasan pengamatan gejala alam yang sifatnya fisik akan menjadi lebih lengkap dan komunikatif bila dinyatakan dengan angka-angka, misalnya panas sebuah benda sebesar 30 0 C, atau panjang benda sebesar 200 cm dan lain sebagainya.
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Instrumentasi dan Kalibrasi
1
BAB 1
INSTRUMENTASI
PENDAHULUAN
Instrumentasi berasal dari istilah asing yaitu “instrumentation”. Instrumentasi yang
dibahas di sini terkait dengan pengukuran (measurement) khususnya pengukuran secara
elektronik. Ada beberapa definisi tentang instrumentasi di Internet antara lain :
The installation and use of electronic, gyroscopic, and other instruments for the purpose of
detecting, measuring, recording, telemetering, processing, or analyzing different values or
quantities as encountered in the flight of a rocket or spacecraft. roland.lerc.nasa.gov/~dglover/dictionary/i.html
Any device used to monitor the performance of the structure during its construction and
throughout its useful life. An arrangement of devices installed into or near dams (i.e.,
piezometers, inclinometer, strain gages, measurement points, etc.) and used to evaluate the
structural behavior and performance parameters of the structure. Reclamation has utilized a
variety of instrumentation, most often piezometers, to evaluate the situations and conditions of
all four Horsetooth Dams. www.abouthorsetooth.com/html/glossary.asp
Berdasarkan definisi di atas, instrumentasi terkait dengan beberapa proses diantaranya
pendeteksian, pengukuran, perekaman, telemetri, pengolahan atau analisa data yang
dihasilkan. Dalam instrumentasi terdapat proses pengukuran. Sedangkan pengertian secara
umum dari kata mengukur adalah membandingkan besaran yang diukur dengan besaran
sejenis yang ditetapkan sebagai satuan. Sedangkan yang dimaksud dengan besaran adalah
sesuatu yang dapat diukur dan dinyatakan dengan angka-angka. Definisi lain tentang
pengukuran dapat dicermati dari definisi yang ada di web sebagai berikut:
The process of using dimensions, quantity, or capacity by comparison with a standard in order
to mark off, apportion, lay out, or establish dimensions. www.iteawww.org/TAA/Glossary.htm
Pengukuran dilakukan dengan alasan pengamatan gejala alam yang sifatnya fisik akan
menjadi lebih lengkap dan komunikatif bila dinyatakan dengan angka-angka, misalnya panas
sebuah benda sebesar 30 0 C, atau panjang benda sebesar 200 cm dan lain sebagainya.
Instrumentasi dan Kalibrasi
2
Pengukuran dilakukan dengan menggunakan sebuah sistem yang disebut dengan sistem
instrumentasi atau sistem pengukuran.
Pengukuran yang dimaksud disini adalah pengukuran elektrik ataupun elektronik baik
secara analog maupun dijital. Bahkan untuk saat ini, sistem pengukuran elektronik sudah
melibatkan mikroprosesor atau mikrokontroler sehingga memberikan fleksibilitas dan tingkat
akurasi yang lebih tinggi.
Isu utama dari sebuah alat ukur yang digunakan dalam sistem instrumentasi adalah
validitas dan reliabilitas. Validitas berarti ketepatan yang dimiliki alat ukur dalam
menghasilkan nilai pengukuran atau alat ukur dapat mengukur sesuai dengan yang diukur,
sedangkan realibilitas adalah keajegan alat ukur dalam menghasilkan nilai pengukuran.
MODEL SISTEM INSTRUMENTASI
Secara umum blok diagram sistem pengukuran dapat dilihat pada gambar adalah
sebagai berikut :
Sensor/Transduser
PengondisiSinyal
PengolahSinyal Display
Gambar-1. Model Sistem Instrumentasi
Nampak bahwa sistem instrumentasi terdiri dari 4 (empat) bagian utama, dimulai dari
sensor yang langsung menyentuh titik pengukuran, artinya bersentuhan langsung dengan
besaran yang diukur, dan berakhir dengan display (tampilan) yang berfungsi sebagai interface
bagi pengguna dalam melakukan instrumentasi.
Sensor (pengindera) atau transduser merupakan ujung depan dari sistem pengukuran.
Fungsi dari sensor dalam hal ini adalah mengubah besaran non listrik menjadi listrik, sehingga
memungkinkan pengukuran besaran non listrik melalui sistem pengukuran secara listrik atau
elektronik. Permasalahan utama dari sistem pengukuran secara elektrik maupun elektronik
terletak pada sensor. Sebelum ada sensor atau transducer, maka pengukuran secara elektrik
atau elektronik tidak dapat dilakukan. Misalnya, tidak akan termometer elektronik jika tidak
ada sensor atau transduser yang dapat mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik.
Pengkondisi sinyal berfungsi untuk menyiapkan sinyal yang dikeluarkan oleh sensor,
sehingga dapat diproses pada rangkaian pengolah sinyal. Proses yang terjadi pada pengondisi
Instrumentasi dan Kalibrasi
3
sinyal salah satunya menentukan besarnya arus, tegangan atau menghilangkan gangguan
sehingga sinyal yang diproses pada pengolah sinyal benar-benar sesuai dengan karakteristik
besaran yang akan diukur.
Proses pengukuran terjadi pada pengolah sinyal. Pada bagian ini besarnya sinyal hasil
dari pengondisi sinyal dibandingkan dengan besaran yang sejenis yang sudah ditetapkan.
Agar proses pembandingan dapat sesuai dengan nilai besaran yang diukur, maka pada bagian
ini dilakukan kalibrasi dari besaran yang telah ditetapkan. Akurasi pengukuran ini sering
disebut juga dengan validitas sebuah alat ukur. Proses pengukuran dapat dilakukan secara
analog maupun dijital.
Ujung akhir sebuah sistem pengukuran adalah display atau tampilan. Fungsi bagian ini
adalah menyajikan informasi hasil pengukuran kepada kita yang menggunakan alat ukur.
Tampilan ini juga dapat disajikan dalam bentuk analog maupun dijital.
Instrumentasi dan Kalibrasi
1
BAB 2
SENSOR/TRANSDUSER DAN AKTUATOR
A. KARAKTERISTIK SENSOR/TRANSDUSER
Secara umum, karakteristik sensor atau transduser dibagi menjadi dua yaitu: (1)
Karakteristik Statis (Static Charasteristics); dan (2) Karakteristik Dinamis (Dynamic
Characteristics).
1. Karakteristik Statis
Karakteristik statis sebuah sensor/transduser sangat banyak yaitu:
a. Akurasi (Accuracy)
Sejauh mana sensor dapat menunjukkan hasil yang mendekati nilai sesungguhnya.
b. Presisi (Precision)
Presisi dapat diartikan dengan ketepatan dan sangat erat hubungannya dengan
akurasi. Contoh pada saat kita mengukur panjang sebuah balok menggunakan
mistar. Akurasi berkaitan dengan kesesuaian mistar menunjukkan ukuran sesuai
dengan panjang sesungguhnya, sedangkan presisi menjamin ketelitian dalam
membaca angka ukuran pada mistar tersebut.
c. Resolusi (Resolution)
Resolusi dapat diartikan dengan ketelitian, yaitu skala terkecil yang digunakan
dalam pengukuran.
d. Sensitifitas (Sensitivity)
Sensitifitas dapat diartikan sebagai kepekaan, yaitu perbandingan kenaikan
keluaran terhadap kenaikan masukan.
e. Selektifitas/Spesifisitas (Selectivity/Specificity)
Kemampuan sensor dalam memilih variabel yang akan ditampilkan nilaiarkan
hasil pengukurannya.
f. Sinyal minimum yang terdeteksi (Minimum Detectable signal/MDS)
Jika input transduser tidak tercampur dengan noise, kemampuan transduser
menampilkan nilai terkecil yang reliabel tanpa tambahan noise darinya dinamakan
sinyal minimum yang dapat dideteksi dari sebuah transduser.
Instrumentasi dan Kalibrasi
2
Selain beberapa karakteristik statis di atas, ada beberapa karekteristik statis
yang lain di antaranya :Threshold, Non linieritas (Nonlinearity), Distorsi (Distortion),
Output Impedance, Grounding, Isolation, Instability and Drift, Overall Performance.
2. Karakteristik Dinamis
Karakteristik dinamis sebuah sensor/transduser antara lain :
Fungsi transfer, tanggapan frekuensi, Impulse Response, dan Step response.
SENSOR
Seperti dijelaskan sebelumnya, bahwa ujung depan sistem instrumentasi adalah sensor.
Pengertian sensor dapat dicermati dari beberapa definisi berikut ini.
A device that responds to a physical stimulus, such as thermal energy, electromagnetic energy, acoustic energy, pressure, magnetism, or motion, by producing a signal, usually electrical.
A device that responds to a physical stimulus (heat, light, sound, pressure, motion, flow, and so on), and produces a measurable corresponding electrical signal
www.allaboutmems.com/glossary.html
Instrumentasi dan Kalibrasi
3
Berdasarkan definisi-definisi tersebut jelas bahwa fungsi utama dari sensor adalah
mengubah rangsangan fisik (energi non listrik) seperti energi termal, energi akustik, tekanan,
gerakan dan lain-lain menjadi sinyal listrik (energi listrik).
Ada beberapa jenis sensor dalam sistem elektronika, baik yang berupa komponen
tunggal atau rangkaian terintegrasi. Besaran yang dihasilkan biasanya resistansi, induktansi,
kapasitansi, arus atau tegangan. Suatu contoh, sensor cahaya LDR (Light Depending Resistor)
akan mengubah perubahan energi cahaya menjadi perubahan resistansi, sensor suhu LM35
akan mengubah energi panas (suhu) menjadi besaran arus atau tegangan.
TRANSDUSER
Selain istilah sensor, dalam teknik instrumentasi elektronika juga dikenal istilah
transduser yang memiliki fungsi hampir sama atau bahkan sama dengan sensor. Perbedaan
pengertian antara sensor dan transduser sangatlah tipis sehingga definisi juga tidak jauh
berbeda. Hal ini dapat dilihat pada definisi-definisi berikut ini.
A device for converting mechanical energy into electrical energy.
www.techfest.com/networking/cabling/cableglos.htm A device for transforming mechanical energy to electrical energy, or for transforming electrical energy to mechanical energy, such as in microphones and loudspeakers, but not motors or generators.
www.yung-li.com.tw/EN/info/Glossary_list.htm device designed to convert energy from one form to another
www.sleepnet.com/definition.html A device which converts one form of energy into another. The diaphragm in the telephone and the carbon microphone in the transmitter are transducers. They change variations in sound pressure (your voice) to variations in electricity, and vice versa.
www.marconi.com/html/glossary/glossaryt.htm A device that converts energy from one form to another, such as optical energy to electrical energy.
www.fiber-optics.info/glossary-t.htm A mechanism which converts energy from one form to another. For example, a diaphragm converts soundwaves to mechanical vibrations, while a microphone converts them to electrical current, and a loudspeaker or earphone converts electrical energy into soundwaves. The diaphragm, microphone and loudspeaker are all transducers.
www2.nlc-bnc.ca/gramophone/src/gloss.htm a device that converts energy from one form to another, retaining the amplitude variations of the energy being converted. Examples include a microphone, which converts acoustical energy
Instrumentasi dan Kalibrasi
4
into electrical energy; a loudspeaker, that does the reverse; a photocell that converts light energy to electrical energy.
www.owlnet.rice.edu/~elec201/Book/glossary.html
Berdasarkan definisi di atas, transduser dapat diartikan sama dengan sensor yaitu
mengubah besaran non listrik menjadi besaran listrik. Contoh transduser misalnya
mikropon, loudspeaker dan lain sebagainya. Motor dan generator tidak termasuk sebagai
transduser.
AKTUATOR
Aktuator merupakan perangkat yang menghasilkan aksi mekanik berdasarkan sinyal
inputnya, baik bersifat listrik maupun fluida (pneumatik dan hidrolik). Aktuator biasanya
digunakan pada sistim kendali. Sehingga input aktuator berasal dari sistem kendali dan aksi
mekanik yang dihasilkan aktuator digunakann untuk menggerakkan sistem yang dikendalikan.
Ada beberapa pengertian yang dapat digunakan untuk memperjelas definisi dari aktuator.
Misalnya :
mechanical action in response to an input signal, which may be either electric or fluidic. www.siemensauto.com/glossaries/electronics_glossary.html
A mechanical, pneumatic, hydraulic or electric device in a control system that furnishes the power to change and/or maintain the position of an element (such as an end-effector) the performs a task. The actuator responds to a signal received from the control system.
www.unt.edu/robotics/glossaryA-D.htm A device which transforms an electric signal into a measured motion using hydraulic, pneumatic or pyrotechnic (explosive) action.