Post on 26-Dec-2015
description
ELEMEN FUNGSI ALAT UKUR
Setiap cara kerja alat ukur dapat digambarkan dengan diagram elemen fungsi.
Elemen fungsi terdir dari
- 1.Elemen perasa utama (sensing elemen)
elemen ini menerima energi dari medium
yang diukur dan menghasilkan keluaran
sebanding dengan yang diukur
- 2.Elemen pengubah variabel ;
mengubah variabel yang dihasilkan el sensing (sensor)
el sensing +el. Peng. var = tranducer
tranducer : suatu komponen fisik yang
dapat mengubah suatu bentuk en
nergi kebentu energi lain
contoh: mikrofon, loudspeaker disebut elektro
akustik
tranducer ; pasif dan aktif
air raksa pada termometer ( pasif)
loudspeker (aktif) membutuhkan sumber daya tambahan
- 3.Elemen manipulasi
- 4.Elemen transmisi data
- 5.Elemen penyaji data
- 6.Elemen penyimpan data
• Tensimeter / Sphygmomanometer
untuk mengukur tekanan darah pada jantung saat berkontraksi (sistole ) dan sat jantung dalam keadaan relaks (diastole)
kerja jantung
masuk
keluar
Paru, aorta tubuh
Serambi kn Seranbi kr
Bilik kn Bilik kr
masuk
Tensimeter
manometer
manset
Pompa udara
Hg
stetoskop
transduser pencatatTekanan udaraDlm manset
1+2 5
SISTEM PENGUKURAN
LENGAN ATAS
• 2. Alat pengukur kekentalan zat cair
Roda pengaduk
Mangkok cairan
Motor penggerak mangkok
diputar berlawanan dng mangkok
• Tugas
cari sebuah alat ukur dan terangkan cara kerjanya dengan diagram elemen fungsi
dan jelaskan pula jenis trandusernya atau menggunakan elektrode apa.
PENDAHULUAN
• INSTRUMENTASI
segala sesuatu mengenai alat ukur
dan penggunaannya
- Teknik instrumentasi (Draper)
seni dan ilmu,bagaimana sifat dan ge
jala alam dapat diukur dan dimanfaat
kan oleh manusia
• Ruang lingkup
perencanaan, pembuatan, penggunaan
pemeliharaan, pengawasan.
- Masalah pokok tek. Instrumentasi
transfer function (fungsi alih) yaitu
hub.antara besaran input dan outputIn put Out put
TF
I VR
• Instrumentasi : sbg sistem pengukuran
- monitor : termometer, meteran air
- pengukur ; langsung (panjang,berat)
tak langsung (termocoupel)
• Instrumentasi sbg sistemengaturan
alat ukur sebagai komponen sistem
• Instrumen dibedakan menurut sifat
- pemberi tanda : metal detektor
- pencatat ; mesin hitung, ECG
- penunjuk : arloji, indoskopi
- perekam ; komputer, rekorder
- pengukur : termometer, barometer
- pemancar : radio, tilpun
Karakteristik instumen• Statis
sifat alat ukur yang tidak bergantung
waktu.
1. ketelitian alat ukur
mis : alat ukur dng batas ukur 0 – 100 dng ketelitian 0,1 % artinya 0,1%(100-0)
= 0,1, jadi setiap pembacaan mis. 50 hrs 49,9 atau 50,1
Atau dari ; kalibrator – Pengukuran x 100%
2. Resolusi / sensitivitas alat ukur perubahan masukan terkecil / minimum yang
ditunjukkan pada skaka alat ukur 3. Kalibrasi membandingkan skala alat ukur dengan alat
ukur standar4. Deviasi selisih antara harga yang sesungguhnya terhadap yang ditunjuk oleh alat ukur5. Nois signal yang tak terdefinisi /tak diinginkan
• 6 Kepekaan statis ( static sensitivity )
didefinisikan : kemiringan kurva
kalibrasi
xx
xx
∆qi
∆qo
qi
qo
Kepekaan ∆ ∆qo
∆qi
statisInstr. linier
Inst non linier
• Metode kalibrasi alat
Termometer standard
Termometer yg dikalibrasi
dipanasi10 20 30 40
20
40
60
80
Tk
Ts
Tiap 5 menit dicatat temp nyadan dibuat diagram spt gbr
• Dinamis 1. kecepatan respon dinyatakan dengan time respon (tr) 2 . kesalahan dinamis : selisih antara besar
sesungguhnya dengan yang ditunjuk oleh alat ukur
3. delay time ; keterlambatan instrumen untuk memberikan respon (td) = kecepatan
resp. 4. time kontan : waktu yang dibutuhkan ins
63 % mencapai dari steady statenya
5. settling time : waktu yang dibutuhkan ins
trumen untuk mencapai 95% dari stea
dystate
Delay time (td)
Time konstan (ح)
Settling time (tS)
Kesalahan dinamis
t
Output respon
10 v
6,3 V
9,5 V
Mp
• Respon suatu alat dapat dibagi menjadi dua
- keadaan transient
- keadaan steady (mantap)
untuk mengetahui respons alat ukur yaitu dengan cara memberikan gangguan
Ada 4 macam gangguan:
1. Gangguan Step ( step function ) f(t) = A
untuk mengetahui keadaan transien suatu
alat ukurA B
5v
VAB= 5v trasien Steady state
• 2. Gangguan ramp f(t) = at
untuk mengetahui linieritas alat ukur
3. Gangguan sinusoidal f(t)= a sin ωt
untuk mengetahui sifat periodik alat ukur
Keterlambatan mencapai ss
Ss error50
30
t
T
Transfer fuction operational adalah hubungan antara output qo dan input qi
yang dapat dituliskan :
qo (S) = bm Sm + bm-1sm-1 + ………+ b1S1 + bo
qi (S) am Sm + am-1 Sm-1+………+ a1S + ao
persamaan diatas menggambarkan karateristik dinamis seluruh sistem yang terdiri
dari komponen2 yang TFnya diketahui
pers`diatas dapat diganti sebagai fungsi frekuensi ( S= iω )
dengan ω =frekuensi sudut ( rad/s)
• Instrumen orde nol
• ao qo = bo qi TF = qo = bo = k
qi ao dimana k didefinisikan”‘kepekaan statis”
shg qo = k qi sistem linier
Contoh : potensiometer pengukur perpindahan
eo = (xi/L) Eb
eo = (Eb/L) xi
bila Eb/L = k, maka
eo = k xi
TF = eo / xi = K
Eb
L
eoXi
• Instrumen orde satu
a1 dqo / dt + ao qo = bo qi
(a1/ao) dqo/dt + qo = ( bo / ao ) qi
ai /ao didefinisikan : konstanta waktu ح
bo / ao : kepekaan statis k
shg :
qo = k qi (S + 1 ح )
TF qo (S) = k
qi ح S + 1
• Contoh : tentukan TF dari termometer
hk kekekalan energi
Kalor yg masuk – kalor keluar = energi tersimpan
Kalor masuk dQ = q dt
= U Ab (Ti – Tf)
Kalor keluar = 0
Energi tersimpan dH = mcdtf
Jadi : U Ab (Ti – Tf ) – 0 = m c dTf
U Ab Ti – U Ab Tf = Vb ρ c (dTf / dt)
Dimana U = koef perpindahan panas universal
yg melewati dinding bola (W /m2 oc)
Ab = luas permukaan bola
c = kalor jenis cairan dalam bola
Tf = tempuratur cairan dalam bola
ρ = massa jenis cairan dalam bola
Hubungan Tf dengan Xo
Xo = β Tf V
Ac
Xo = pergeseran cairan (output)
Ac = luas penampang tabung kapiler
β = koefisien muai cairan dalam bola
Vb ρ c ( dTi / dt ) + Ab U Tf = U Ab Ti
Tf
Ti
xo
Xo=0
• ρ c Vb dxo + xo = β Vb Ti
U Ab dt Ac
Dimana :
β Vb = k ( m/oC )
Ac
ρ c Vb = ح ( s )
U Ab
xo = k Ti ( D + 1 ح )
TF ; xo/ Ti = k / (حD + 1 )
xo (S) = k
Ti حS + 1
ρ, β , c
U
Ac
Xo
Ti
• Out put instrumen orde 1 terhadap input step
qo = k qis ( S + 1ح )
diperoleh ;
qo = k qis ( 1 – e -t/ )
kecil ح
besar ح
qis
kqis
qi
qo
t
ح
t/ζ
• Intrumen orde dua
a2 d2qo + a1 dqo + ao qo = bo qi
dt2 dt
a2 d2qo + a1 dqo + qo = bo qi
ao dt2 ao dt ao
Dimana : bo/ao = k
ao/a2 = frekuensi natural tanpa
redaman (ωn)
a1 / 2 aoa2 = ξ = rasio redaman
tidak bersatuan
TF= qo (S) = k ωn2
qi S2 + 2 ωnξ S +ωn 2
soal
suatu instrumen mempunyai tranfer function Q (S) = 10
Qi (S) 2S2 + 8 S + 8
tentukan : K, ωn , ξ alat tersebut
• Intrumen orde dua contoh neraca pegas
F = Fm + Fb + Fk
m d2x + B dx + k X dt2 dt
Fi (S) = ( m S2 + B S + k) x (S)
TF = xo (S) = 1
Fi mS2 + BS + k
Dimana k = konstanta pegas ( N/m ) B = koefisien redaman ( N S/m)
m = massa ( kg )
F
xo
k B
• Soal
suatu termometer air raksa ( spt contoh ), diameter tabung kapiler 0,025 cm. Jika bolanya terbuat dari bahan yang koefisien muai sangat kecil (1) berapa volumenya agar kepekaannya 0,25 cm/oC. Andaikan pemakaianya mendekati 30oC. Jika bolanya ditempatkan dalam udara stasioner tentukan konstanta waktunya.
ρ air raksa = 13,6 g/cm
β air raksa = 180 10-6 C-1
c air raksa = 0,033 kkal /kg C