Karakteristik Statis pada Instrument

Karakteristik statis pada instrumen

 

 

Jika kita memiliki termometer di sebuah ruangan dan pembacaannya menunjukkan suhu 20 ° C, maka tidak masalah apakah suhu sebenarnya dari ruangan itu adalah 19,5 ° C atau 20,5 ° C.

 

Variasi kecil seperti di suhu sekitar 20 ° C terlalu kecil untuk mempengaruhi apakah kita merasa cukup hangat atau tidak. Tubuh kita tidak dapat membedakan antara tingkat suhu yang dekat dan karenanya termometer dengan ketidaktepatan  0.5 ° C cukup memadai. Namun, jika kita harus mengukur suhu proses kimia tertentu, variasi 0,5 ° C mungkin memiliki pengaruh signifikan terhadap laju reaksi atau bahkan produk dari suatu proses.

Oleh karena itu, ketidakakuratan pengukuran yang jauh lebih kecil dari 0,5 ° C jelas diperlukan.Akurasi pengukuran dengan demikian merupakan salah satu pertimbangan dalam pemilihan instrumen untuk aplikasi tertentu. Parameter lain seperti sensitivitas, linieritas dan reaksi terhadap perubahan suhu lingkungan adalah pertimbangan lebih lanjut. Atribut-atribut ini secara kolektif dikenal sebagai karakteristik statis instrumen, dan diberikan dalam lembar data untuk instrumen tertentu. Penting untuk dicatat bahwa nilai-nilai yang dikutip untuk karakteristik instrumen dalam lembar data hanya berlaku ketika instrumen digunakan di bawah kondisi kalibrasi standar yang ditentukan. Kelonggaran harus dibuat untuk variasi dalam karakteristik ketika instrumen digunakan dalam kondisi lain.

Berbagai karakteristik statis didefinisikan dalam paragraf berikut:

Akurasi dan ketidakakuratan (ketidakpastian pengukuran)

Keakuratan suatu instrumen adalah ukuran seberapa dekat hasil pembacaan instrumen dengan nilai yang benar. Dalam praktiknya, lebih sering mengutip angka yang tidak akurat daripada angka akurasi untuk instrumen. Ketidaktepatan adalah sejauh mana pembacaan mungkin salah, dan sering dikutip sebagai persentase dari skala penuh (f.s.) pembacaan instrumen. Jika, misalnya, pengukur tekanan dari kisaran 0-10 bar memiliki ketidakakuratan dikutip sebesar š1.0% f.s. (š1% dari pembacaan skala penuh), maka kesalahan maksimum yang diharapkan dalam pembacaan apa pun adalah 0,1 bilah. Ini berarti bahwa ketika instrumen membaca 1,0 bar, kemungkinan kesalahan adalah 10% dari nilai ini.

Karena alasan ini,  aturan desain merupakan sistem yang penting bahwa instrumen dipilih sedemikian rupa sehingga jangkauannya sesuai dengan penyebaran nilai yang diukur, agar akurasi yang terbaik mungkin dapat dipertahankan.

dalam pembacaan instrumen. Jadi, jika kita mengukur tekanan dengan nilai yang diharapkan antara 0 dan 1 batang, kita tidak akan menggunakan instrumen dengan kisaran 0-10 batang. Istilah ketidakpastian pengukuran sering digunakan sebagai pengganti ketidakakuratan. 

Presisi / Pengulangan / Reproduksibilitas

Precision adalah istilah yang menggambarkan derajat kebebasan instrumen dari kesalahan acak. Jika sejumlah besar pembacaan diambil dari jumlah yang sama dengan instrumen presisi tinggi, maka penyebaran pembacaan akan sangat kecil. Presisi sering salah dikartikan dengan akurasi. Presisi tinggi tidak menyiratkan apa pun tentang akurasi pengukuran. Instrumen presisi tinggi mungkin memiliki akurasi rendah. Rendah pengukuran akurasi dari instrumen presisi tinggi biasanya disebabkan oleh bias dalam pengukuran, yang dapat dihilangkan dengan kalibrasi ulang.

Istilah repeatability dan reproducibility artinya kurang lebih sama tetapi diterapkan dalam konteks yang berbeda seperti yang diberikan di bawah ini. Repeatability menggambarkan kedekatan pembacaan output ketika input yang sama diterapkan berulang dalam periode waktu yang singkat, dengan kondisi pengukuran yang sama, instrumen dan pengamat yang sama, sama lokasi dan kondisi penggunaan yang sama dipertahankan di seluruh.

Reproducibilitas menggambarkan kedekatan pembacaan output untuk input yang sama ketika ada perubahan dalam metode pengukuran, pengamat, alat ukur, lokasi, kondisi penggunaan dan waktu pengukuran. Kedua istilah dengan demikian menggambarkan penyebaran pembacaan keluaran untuk input yang sama. Spread ini disebut sebagai pengulangan jika kondisi pengukuran konstan dan sebagai reproduktifitas jika kondisi pengukuran bervariasi.

Tingkat pengulangan atau reproduktifitas dalam pengukuran dari suatu instrumen adalah cara alternatif untuk mengekspresikan ketepatannya. 

Gambar dibawah ini  mengilustrasikan hal ini dengan lebih jelas.

Gambar tersebut menunjukkan hasil pengujian pada tiga robot industri yang diprogram untuk menempatkan komponen pada titik tertentu di atas meja. Titik target berada di tengah lingkaran konsentris yang ditunjukkan, dan titik-titik hitam mewakili titik di mana masing-masing Robot sebenarnya menyimpan komponen pada setiap percobaan. Baik akurasi dan presisi Robot 1 terbukti rendah dalam uji coba ini. Robot 2 secara konsisten meletakkan komponen di sekitar tempat yang sama tetapi ini adalah titik yang salah. Oleh karena itu, ia memiliki presisi tinggi tetapi akurasi rendah. Akhirnya, Robot 3 memiliki presisi tinggi dan akurasi tinggi, karena secara konsisten menempatkan komponen pada posisi target yang benar. 

Toleransi

Toleransi adalah istilah yang terkait erat dengan keakuratan dan mendefinisikan kesalahan maksimum yang diharapkan dalam beberapa nilai. Walaupun sebenarnya bukan karakteristik statis alat ukur, ini disebutkan di sini karena akurasi beberapa instrumen kadang-kadang dikutip sebagai angka toleransi. Ketika digunakan dengan benar, toleransi menggambarkan deviasi maksimum dari komponen yang diproduksi dari beberapa nilai yang ditentukan. Sebagai contoh, poros engkol dikerjakan dengan toleransi diameter yang dikutip sebagai begitu banyak mikron (10⁻⁶ m), dan komponen sirkuit listrik seperti resistor memiliki toleransi mungkin 5%. Satu resistor dipilih secara acak dari batch yang memiliki nilai nominal 1000W dan toleransi 5% mungkin memiliki nilai aktual di mana saja antara 950W dan 1050 W.

Jangkauan atau rentang

Rentang atau rentang instrumen menentukan nilai minimum dan maksimum kuantitas yang dirancang untuk diukur oleh instrumen.

Linearitas

Biasanya diinginkan bahwa pembacaan keluaran suatu instrumen berbanding lurus dengan kuantitas yang diukur. Xs yang ditandai pada Gambar 2.6 menunjukkan plot pembacaan keluaran khas suatu instrumen ketika urutan jumlah input diterapkan. Prosedur normal adalah menggambar garis lurus yang cocok melalui Xs, seperti yang ditunjukkan pada Gambar dibawah ini :

Contoh :
Nilai resistansi berikut dari termometer resistensi platinum (Prt) diukur pada kisaran suhu. Tentukan sensitivitas pengukuran instrumen dalam ohm / ° C.

Solusi:
Jika nilai-nilai ini diplot pada grafik, hubungan garis lurus antara perubahan resistansi dan perubahan suhu jelas.
Untuk perubahan suhu 30 ° C, perubahan resistansi adalah 7. Oleh karena itu sensitivitas pengukuran = 7/30 =  0,233Ω / ° C.

(Walaupun hal ini sering dapat dilakukan dengan akurasi yang wajar oleh mata, selalu lebih baik untuk menerapkan teknik pemasangan garis matematika dengan kuadrat-terkecil, seperti dijelaskan pada Bab yang lain) Ketidaklinieran kemudian didefinisikan sebagai deviasi maksimum dari setiap itu pembacaan keluaran ditandai X dari garis lurus ini. Non-linearitas biasanya dinyatakan sebagai persentase dari pembacaan skala penuh. 

Ambang batas (Threshold)

Jika input ke suatu instrumen secara bertahap ditingkatkan dari nol, input harus mencapai tingkat minimum tertentu sebelum perubahan dalam pembacaan output instrumen memiliki besaran yang cukup besar untuk dapat dideteksi. Level input minimum ini dikenal sebagai ambang instrumen. Produsen berbeda dalam cara yang mereka tentukan ambang batas untuk instrumen. Beberapa mengutip nilai absolut, sedangkan yang lain mengutip ambang batas sebagai persentase dari pembacaan skala penuh. Sebagai ilustrasi, speedometer mobil biasanya memiliki ambang batas sekitar 15 km / jam. Ini berarti bahwa, jika kendaraan mulai dari istirahat dan berakselerasi, tidak ada pembacaan keluaran yang diamati pada speedometer sampai kecepatannya mencapai 15 km / jam.

Resolusi

Ketika suatu instrumen menunjukkan pembacaan keluaran tertentu, ada batas yang lebih rendah pada besarnya perubahan kuantitas input yang diukur yang menghasilkan perubahan yang dapat diamati dalam output instrumen. Seperti ambang batas, resolusi kadang-kadang ditentukan sebagai nilai absolut dan kadang-kadang sebagai persentase dari f.s. defleksi. 

Salah satu faktor utama yang mempengaruhi resolusi instrumen adalah seberapa halus skala outputnya dibagi menjadi subdivisi. Menggunakan speedometer mobil sebagai contoh lagi, ini memiliki subdivisi biasanya 20 km / jam. Ini berarti bahwa ketika jarum berada di antara tanda skala, kami tidak dapat memperkirakan kecepatan lebih akurat daripada 5 km / jam terdekat. Angka 5 km / jam ini dengan demikian mewakili resolusi instrumen

Sensitivitas terhadap gangguan

Semua kalibrasi dan spesifikasi instrumen hanya valid di bawah kondisi suhu, tekanan, dll yang dikontrol. Kondisi ambien standar ini biasanya ditentukan dalam spesifikasi instrumen. Ketika variasi terjadi pada suhu sekitar Prinsip  dll. Karakteristik instrumen statis tertentu berubah, dan sensitivitas terhadap gangguan adalah ukuran besarnya perubahan ini. Perubahan lingkungan semacam itu mempengaruhi instrumen dalam dua cara utama, yang dikenal sebagai zero drift dan drift sensitivitas. Nol drift terkadang dikenal dengan istilah alternatif, bias.

Nol drift atau bias menggambarkan efek di mana pembacaan nol instrumen dimodifikasi oleh perubahan kondisi sekitar. Ini menyebabkan kesalahan konstan yang ada pada rentang penuh pengukuran instrumen. Bentuk mekanis dari kamar mandi skala adalah contoh umum dari instrumen yang cenderung bias. Sangat umum untuk menemukan bahwa mungkin ada pembacaan 1 kg tanpa ada yang berdiri dalam timbangan.

Jika seseorang dari berat yang diketahui 70 kg adalah untuk didapatkan pada timbangan, bacaan akan menjadi 71 kg, dan jika seseorang yang diketahui beratnya 100 kg harus menimbang, bacaan akan menjadi 101 kg.Nol drift biasanya dapat dihilangkan dengan kalibrasi. 

Zero drift juga biasa ditemukan pada instrumen seperti voltmeter yang dipengaruhi oleh perubahan suhu sekitar. Unit tipikal yang dengannya nol drift diukur adalah volt / ° C. Ini sering disebut koefisien nol drift terkait dengan perubahan suhu.

Jika karakteristik suatu instrumen sensitif terhadap beberapa parameter lingkungan, maka ia akan memiliki beberapa koefisien nol drift, satu untuk setiap parameter lingkungan.
Perubahan khas pada karakteristik keluaran dari pengukur tekanan yang mengalami penyimpangan nol ditunjukkan pada Gambar dibawah :

Efek gangguan: (a) zero drift; (B) penyimpangan sensitivitas; (c) zero drift plus drift sensitivitas.

Penyimpangan kepekaan (juga dikenal sebagai penyimpangan faktor skala) mendefinisikan jumlah yang digunakan kepekaan pengukuran suatu instrumen saat kondisi lingkungan berubah. Ini dikuantifikasi oleh koefisien drift sensitivitas yang menentukan berapa banyak drift yang ada untuk suatu unit
perubahan dalam setiap parameter lingkungan yang karakteristik instrumen sensitif terhadap. 

Banyak komponen dalam suatu instrumen dipengaruhi oleh fluktuasi lingkungan,seperti perubahan suhu: misalnya, modulus elastisitas pegas tergantung suhu. Gambar 2.7 (b) menunjukkan pengaruh drift sensitivitas terhadap karakteristik output instrumen. 

Drift sensitivitas diukur dalam satuan bentuk (derajat sudut / bar) / ° C. Jika suatu instrumen menderita zero drift dan sensitivitas
melayang pada saat yang sama, maka modifikasi khas dari karakteristik keluaran ditunjukkan pada Gambar diatas  (c). 

Contoh :
Sebuah neraca pegas dikalibrasi dalam lingkungan pada suhu 20 °C dan memiliki karakteristik defleksi / beban berikut.

Hal ini kemudian digunakan dalam lingkungan pada suhu 30 °C dan karakteristik defleksi / beban berikut diukur.

Tentukan zero drift dan sensitivitas drift per ° C perubahan suhu sekitar.

Solusi
Pada 20 ° C, karakteristik defleksi / beban adalah garis lurus. Sensitivitas = 20 mm / kg.
Pada 30 ° C, karakteristik defleksi / beban masih berupa garis lurus. Sensitivitas = 22 mm / kg.
Bias (zero drift) = 5mm (defleksi tanpa beban)
Drift sensitivitas = 2 mm / kg
Nol melayang / ° C = 5/10 = 0,5 mm / ° C
Sensitivitas melayang / ° C = 2/10 = 0,2 (mm per kg) / ° C

Efek histeresis  

Efek histeresis Gambar diatas  menggambarkan karakteristik keluaran dari suatu instrumen yang menunjukkan histeresis.Jika jumlah yang diukur input ke instrumen terus meningkat dari nilai negatif, pembacaan output bervariasi dengan cara yang ditunjukkan pada kurva (a). Jika variabel input kemudian terus menurun, output bervariasi dengan cara yang ditunjukkan pada kurva (b). Ketidaksesuaian antara pembebanan dan tidak ada beban ini dikenal sebagai histeresis.Dua kuantitas didefinisikan, histeresis input maksimum dan histeresis output maksimum, seperti yang ditunjukkan pada Gambar diatas Ini biasanya dinyatakan sebagai persentase dari input skala penuh atau keluaran bacaanmasing-masing.

Histeresis paling sering ditemukan pada instrumen yang mengandung pegas, seperti pengukur tekanan pasif (Gambar 2.1) dan rem Prony (digunakan untuk mengukur torsi).
Ini juga terbukti ketika gaya gesek dalam suatu sistem memiliki besaran yang berbeda tergantung pada arah gerakan, seperti pada perangkat pengukur massa skala skala pendulum.
Perangkat seperti bola terbang mekanik (alat untuk mengukur kecepatan rotasi) menderita histeresis dari kedua sumber di atas karena mereka memiliki gesekan di bagian yang bergerak dan juga mengandung pegas. Histeresis juga dapat terjadi pada instrumen yang mengandung listrik
gulungan dibentuk mengelilingi inti besi, karena histeresis magnetik pada besi. Ini terjadi pada perangkat seperti transduser perpindahan induktansi variabel, LVDT dan transformator diferensial rotari.

Ruang Rugi(Dead Space)

Dead Space didefinisikan sebagai rentang nilai input yang berbeda di mana tidak ada perubahan nilai output. Setiap instrumen yang menunjukkan histeresis juga menampilkan Dead Space, seperti yang ditandai pada Gambar 2.8. Namun, beberapa instrumen yang tidak mengalamai  histeresis signifikan masih dapat menunjukkan ruang DeadSpace karakteristik keluarannya.Serangan balik pada roda gigi adalah penyebab khas DeadSpace, dan menghasilkan jenis karakteristik keluaran instrumen yang ditunjukkan pada Gambar 2.9. Backlash umumnya dialami dalam gearset yang digunakan untuk mengkonversi antara gerak translasi dan rotasi (yang merupakan teknik umum yang digunakan untuk mengukur kecepatan translasi). 

Terima kasih sahabat Calmet yang udah berkunjung kesini semoag bermanfaat .

Karakteristik#Instrumen#Akurasi#Presisi#Suhu#Thermometer#Toleransi#
Linieritas#Rentang#