Study with the several resources on Docsity
Earn points by helping other students or get them with a premium plan
Prepare for your exams
Study with the several resources on Docsity
Earn points to download
Earn points by helping other students or get them with a premium plan
materi kuliah instrumentasi semester 2 elektro
Typology: Lecture notes
1 / 47
This page cannot be seen from the preview
Don't miss anything!
sewenang-wenang dan mandiri. Dengan cara ini, kita bisa menghindari penggunaan angka canggung konstanta ketika kita mengekspresikan kuantitas dari
satu jenis yang telah diturunkanpengukuran kuantitas lain. Dalam sains dan
teknik, dua jenis unit digunakan: Unit dasar dan Unit berurutan
Unit dasar mekanika adalah ukuran panjang, massa dan waktu. Ukuran dari unit dasar, apakah kaki atau meter, pound atau kilogram, detik atau jamnya sewenang-wenang dan bisa dipilih agar sesuai dengan keadaan tertentu. Sejak panjang, massa dan waktu sangat mendasar bagi sebagian besar jumlah fisik lainnya selain yang ada dalam mekanika, mereka disebut unit fundamental utama. Ukuran kuantitas fisik tertentu dalam disiplin termal, listrik dan iluminasi juga diwakili oleh unit fundamental. Unit-unit ini hanya digunakan bila kelas-kelas khusus ini terlibat, dan mungkin saja Oleh karena itu didefinisikan sebagai unit dasar pembantu. Semua unit lain yang dapat dinyatakan dalam satuan fundamental disebut unit yang diturunkan Setiap unit turunan berasal dari beberapa hukum fisika yang mendefinisikan unit tersebut. Untuk Contoh, luas (A) persegi panjang sebanding dengan panjangnya (l) dan luasnya (b), atau A = lb jika meter telah dipilih sebagai satuan panjang maka area persegi panjang 5 meter dengan 7 meter adalah 35 m2. Perhatikan bahwa jumlah ukuran dikalikan
sekaligus unit. Unit turunan untuk area (A) adalah meter persegi (m2).
1.3 Standart dan Klasifikasi Standar pengukuran adalah representasi fisik unit pengukuran. Satu unitdiwujudkan dengan mengacu pada standar material yang sewenang-wenang atau fenomena alam termasuk konstanta fisik dan atom. Istilah 'standar' diterapkan pada peralatan memiliki ukuran fisik yang diketahui. Misalnya, unit dasar massa. Dalam sistem SI adalah kilogram, yang didefinisikan sebagai massa decimetre kubik air di dalamnya suhu maksimum 4 ° C. Unit massa ini diwakili oleh standar material;Massa kilogram prototip internasional yang terdiri dari platinum-iridium berongga silinder. Unit ini dipelihara di Biro Internasional Bobot dan Ukuran di Sevres, dekat Paris, dan merupakan representasi material dari kilogram. Standar serupa telah dikembangkan untuk unit pengukuran lainnya, termasuk unit
fundamental juga Adapun beberapa unit mekanik dan elektrikal yang diturunkan.
Klasifikasi standarnya adalah
Tabel 1.1 Jumlah Dasar, Unit SI dan Simbol 1.3.2 Standar Utama Standar utama dipelihara oleh laboratorium standar nasional di tempat yang berbeda di dunia. National Bureau of Standards (NBS) di Washington bertanggung jawab atas pemeliharaan standar primer di Amerika Utara. Laboratorium nasional lainnya termasuk National Physical Laboratory (NPL) di
menghasilkan lebih praktis dan bisa direproduksi standar untuk laboratorium nasional. Dengan kesepakatan internasional, nilai Ampere internasional didasarkan pada endapan elektrolitik perak dari perak nitrat larutan. Ampere internasional kemudian didefinisikan sebagai arus yang menyimpan perak pada tingkat 1,118 mg / s dari larutan perak nitrat standar. Kesulitan itu ditemui dalam pengukuran yang tepat dari perak yang diendapkan dan sedikit perbedaan ada antara pengukuran yang dilakukan secara independen oleh berbagai Standar Nasional Laboratorium. Belakangan, ampere internasional digantikan oleh ampere absolut dan Sekarang unit fundamental arus listrik di SI dan diterima secara universal oleh kesepakatan internasional 1.3.6 Standar Tegangan Pada masa awal, volt standar didasarkan pada sel elektrokimia yang disebut jenuh sel standar atau sel standar. Sel jenuh memiliki ketergantungan suhu, danperubahan tegangan output sekitar -40 μV / ° C dari nominal 1. volt. Itu Sel standar menderita ketergantungan suhu ini dan juga dari fakta bahwa Tegangan merupakan fungsi reaksi kimia dan tidak berhubungan langsung dengan fisik lainnya konstanta. Pada tahun 1962, berdasarkan karya Brian Josephson, standar baru untuk volt itu diperkenalkan. Sebuah persimpangan film tipis didinginkan sampai hampir nol absolut dan disinari dengan energi gelombang mikro Tegangan dikembangkan di persimpangan, yang terkait dengan frekuensi iradiasi dengan hubungan sebagai berikut:
Dimana keterangannya seperti berikut h = konstanta Planck = 6,63 × 10-34 J-s e = muatan elektron = 1,602 × 10-19 C f = frekuensi iradiasi gelombang mikro Di persamaan diatas frekuensi iradiasi adalah satu-satunya variabel, sehingga volt standarnya terkait dengan standar waktu / frekuensi. Bila frekuensi penyinaran gelombang mikro adalah terkunci pada jam atom atau standar frekuensi siaran seperti WWVB, keakuratannya volt standar, termasuk semua ketidakakuratan sistem, adalah satu bagian dalam 108. Metode utama untuk mentransfer volt dari standar berdasarkan Josephson persimpangan dengan standar sekunder yang digunakan untuk kalibrasi sel standar. Perangkat ini disebut
sel Weston normal atau jenuh. Sel Weston memiliki elektroda positif merkuri dan elektroda negatif kadmium amalgam (10% kadmium). Elektrolit adalah larutan kadmium sulfat. Komponen ini ditempatkan dalam gelas berbentuk H
Gambar 1. kontainer seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.1. Gambar 1.1 Sel standar ggl 1.0183 volt pada suhu 20 ° C (Courtesy, physics.kenyon.edu) 1.3.7 Standar Resistensi Dalam sistem SI, nilai absolut ohm didefinisikan dalam satuan fundamental panjang, massa dan waktu. Pengukuran absolut ohm dilakukan oleh Biro Internasional Bobot dan Ukuran di Sevres dan juga oleh standar nasional laboratorium, yang mempertahankan kelompok standar resistensi primer. NBS mempertahankan sekelompok standar utama tersebut (resistor standar 1 ohm) yang secara berkala diperiksa satu sama lain dan kadang-kadang diverifikasi dengan pengukuran absolut. Itu Resistor standar adalah gulungan kawat dari beberapa paduan seperti manganin yang memiliki listrik tinggi resistivitas dan koefisien resistansi suhu rendah. Kumparan resistan sudah terpasang dalam wadah tertutup berdinding ganda seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.2 untuk mencegah perubahan Resistensi karena kondisi kelembaban di atmosfer. Dengan seperangkat empat atau lima 1-ohm Resistor pada tipe ini, resistansi unit dapat ditunjukkan dengan presisi beberapa bagian di 107 selama beberapa tahun.
1.3.8 Standar Kapasitansi Banyak unit listrik dan magnetik dapat dinyatakan dalam bentuk voltase ini dan standar ketahanan karena unit perlawanan diwakili oleh resistor standar dan unit tegangan sel standar Weston. Unit kapasitansi (farad) bisa jadi diukur dengan jembatan commutated Maxwell dc, dimana kapasitansi dihitung dari lengan jembatan resistif dan frekuensi pergantian dc. Jembatan ditunjukkan di Gambar 1.3. Kapasitor C secara bergantian diisi dan dilepaskan melalui komutasi kontak dan resistor R. Bridge balance diperoleh dengan menyesuaikan resistansi R3, memungkinkan penentuan yang tepat dari nilai kapasitansi dalam hal konstanta lengan jembatan dan frekuensi pergantian. Meski derivasi persis dari ekspresi kapasitansi dalam hal resistensi dan frekuensi agak terlibat, mungkin terlihat bahwa kapasitor dapat diukur secara akurat dengan metode ini. Karena keduanya tahan banting dan Frekuensi bisa ditentukan dengan sangat akurat, nilai kapasitansinya bisa jadi diukur dengan sangat akurat. Kapasitor standar biasanya dibangun dari pelat logam interleaved dengan udara sebagai bahan dielektrik. Luas pelat dan Jarak antara mereka harus diketahui dengan sangat akurat, dan kapasitansi udara Kapasitor bisa ditentukan dari dimensi dasar ini. NBS mengelola bank dari kapasitor udara sebagai standar dan menggunakannya untuk mengkalibrasi standar sekunder dan standar kerja laboratorium pengukuran dan pengguna industri.
Gambar 1.3 Metode dc commutated untuk mengukur kapasitansi
1.3.9 Standar Waktu dan Standar Frekuensi
Pada awal abad referensi waktu yang digunakan adalah rotasi bumi di sekitar matahari tentang porosnya. Kemudian, pengamatan astronomi yang tepat telah menunjukkan bahwa rotasiBumi di sekitar matahari sangat tidak beraturan, karena variasi sekuler dan tidak beraturan di bumi kecepatan rotasi bumi. Jadi skala waktu berdasarkan waktu matahari yang nyata ini pastinya berubah. Berarti waktu matahari diperkirakan memberi skala waktu yang lebih akurat. Berarti matahari hari adalah rata-rata semua hari yang nyata di tahun ini. Sebuah mean solar second kemudian sama untuk 1/86400 hari rata-rata hari matahari. Rata-rata solar second masih tidak pantas karena memang berdasarkan rotasi bumi yang tidak seragam. Pada tahun 1956, ephemeris kedua telah didefinisikan oleh Biro Internasional Indonesia Bobot dan Ukuran sebagai fraksi 1 / 31556925. tahun tropis untuk tahun 1900 01 Januari pukul 12 h ET (Ephemeris Time), dan diadopsi sebagai unit invarian yang mendasar dari waktu. Kerugian penggunaan ephemeris kedua adalah bahwa hal itu dapat ditentukan hanya beberapa tahun tunggakan dan kemudian hanya secara tidak langsung, dengan pengamatan posisi matahari dan bulan. Untuk pengukuran fisik, satuan interval waktu sudah ada didefinisikan dalam standar atom. Kedua universal dan ephemeris kedua, Namun, akan terus digunakan untuk navigasi, survei geodesi dan selestial mekanika. Unit atom pada saat itu pertama kali berhubungan dengan UT (Universal Time) namun demikian kemudian dinyatakan dalam hal ET. Komite Internasional Bobot dan Ukuran memiliki sekarang didefinisikan yang kedua dalam hal frekuensi transisi cesium, memberikan nilai dari 9192631770 Hz ke transisi hyperfine dari atom cesium yang tidak terganggu oleh eksternal ladang. Definisi atomik kedua menyadari akurasi jauh lebih besar daripada yang diraihnya pengamatan astronomi, menghasilkan waktu yang lebih seragam dan jauh lebih nyaman mendasarkan. Penentuan interval waktu sekarang bisa dilakukan dalam beberapa menit ke depan akurasi dari sebelumnya sebelum pengukuran astronomi yang membutuhkan waktu bertahun-tahun lengkap. Jam atom dengan presisi melebihi 1 μs per hari dioperasikan sebagai standar frekuensi utama di NBS. Skala waktu atom, yang ditunjuk NBS-A, adalah dipelihara dengan jam ini.
diukur sulit diukur secara langsung, namun parameternya telah mendapat beberapa hubungan dengan beberapa parameter terkait lainnya yang dapat dengan mudah diukur. Misalnya, eliminasi bakteri dari beberapa cairan secara langsung bergantung padanya suhu. Dengan demikian, eliminasi bakteri dapat diukur secara tidak langsung dengan mengukur suhu cairan. Dalam metode pengukuran tidak langsung, adalah praktik umum untuk membangun suatu empiris hubungan antara kuantitas aktual dan parameter yang diinginkan.
1.5 Sistem Pengukuran dan Elemennya Sistem pengukuran dapat didefinisikan sebagai pengaturan sistematis untuk pengukuran atau penentuan jumlah yang tidak diketahui dan analisis instrumentasi. Pengoperasian sistem pengukuran dapat dijelaskan dari sisi fungsional elemen dari sistem Setiap instrumen dan sistem pengukuran terdiri dari satu atau lebih banyak elemen fungsional ini dan setiap elemen fungsional dibuat berbeda komponen atau kelompok komponen yang melakukan langkah - langkah yang diperlukan dan pasti pengukuran. Berbagai elemen adalah sebagai berikut: 1.5.1 Unsur Penginderaan Primer Ini adalah elemen yang sensitif terhadap variabel terukur. Kuantitas fisik di bawah Pengukuran, yang disebut pengukuran, membuat kontak pertamanya dengan penginderaan primerelemen sistem pengukuran Pengukuran selalu terganggu oleh tindakan pengukuran, namun instrumen yang bagus dirancang untuk meminimalkan efek ini. Penginderaan primer elemen mungkin memiliki input dan output non-listrik seperti pegas, manometer atau mungkin memiliki input dan output listrik seperti penyearah. Jika elemen penginderaan utama memiliki input dan output non-listrik, kemudian diubah menjadi sinyal listrik dengan cara dari transduser Transduser didefinisikan sebagai perangkat, yang bila digerakkan oleh satu bentuk energi, mampu mengubahnya menjadi bentuk energi yang lain. Sering kali, operasi pasti harus dilakukan pada sinyal sebelum melangkah lebih jauh transmisi sehingga sinyal tidak terpakai terdistorsi prosesnya mungkin linier seperti amplifikasi, atenuasi, integrasi, diferensiasi, penambahan dan bentuk atau nonlinier seperti modulasi, deteksi,sampling, penyaringan, memotong dan kliping, dll. Prosesnya disebut pengkondisian sinyal. Jadi kondisioner sinyal dengan elemen penginderaan primer atau transduser, sesuai dengan kasusnya
menjadi. Elemen penginderaan perasaan kondisi, keadaan atau nilai dari variabel proses dengan mengekstrak sebagian kecil energi dari pengukuran, dan kemudian menghasilkan output yang kondisi, keadaan atau nilai dari ini. 1.5.2 Elemen Konversi Variabel Setelah melewati elemen penginderaan utama, keluarannya berupa sinyal listrik, mungkin tegangan, arus, frekuensi, yang mungkin atau mungkin tidak diterima sistem. Untuk melakukan operasi yang diinginkan, mungkin perlu untuk mengkonversikannya Keluarkan ke beberapa bentuk lain yang sesuai sambil tetap mempertahankan isi informasi aslinya sinyal. Misalnya, jika output dalam bentuk analog dan langkah selanjutnya dari sistem menerima hanya dalam bentuk digital maka konverter analog-ke-digital akan dipekerjakan. Banyak Instrumen tidak memerlukan unit konversi variabel, sementara beberapa lainnya memerlukan lebih banyak dari satu elemen 1.5.3 Elemen Manipulasi Terkadang perlu mengubah level sinyal tanpa mengubah informasinya terkandung di dalamnya untuk penerimaan instrumen. Fungsi dari variabel unit manipulasi adalah memanipulasi sinyal yang dipresentasikan padanya sambil melestarikan yang asli sifat sinyal Misalnya, penguat elektronik mengubah voltase rendah kecil masukan sinyal ke sinyal keluaran tegangan tinggi. Dengan demikian, penguat tegangan bertindak sebagai variabe unit manipulasi Beberapa instrumen mungkin memerlukan fungsi ini atau sebagian instrumen mungkin tidak 1.5.4 Elemen Transmisi Data Elemen transmisi data diperlukan untuk mentransmisikan data yang mengandung informasi sinyal dari satu sistem ke sistem lainnya. Sebagai contoh, satelit adalah terpisah secara fisik dari bumi dimana stasiun kontrol membimbing gerakan mereka terletak. 1.5.5 Elemen Penyajian Data Fungsi elemen presentasi data adalah memberikan indikasi atau rekaman pada bentuk yang dapat dievaluasi oleh manusia yang tidak dibantu atau oleh pengendali. Informasi tentang pengukuran (kuantitas yang akan diukur) harus disampaikan kepada personil penanganan instrumen atau sistem pemantauan, pengendalian atau analisis tujuan. Perangkat semacam itu bisa dalam bentuk
instrumen yang sesuai adalah tipe digital. Instrumen digital memiliki beberapa kelebihan dibanding meter analog, karena memiliki akurasi dan kecepatan operasi yang tinggi. Ini menghilangkan kesalahan operasional manusia. Instrumen digital dapat menyimpan hasilnya untuk tujuan masa depan. Multimeter digital adalah contoh instrumen digital. 1.6.3 Instrumen Mekanikal, Elektrikal dan Elektronika
Instrumen elektronik menggunakan perangkat semikonduktor. Sebagian besar instrumentasi ilmiah dan industri memerlukan tanggapan yang sangat cepat. Persyaratan tersebut tidak dapat dipenuhi oleh instrumen mekanikal dan elektrikal. Pada perangkat elektronik, karena satu-satunya gerakan yang terlibat adalah elektron, waktu respon sangat kecil karena inersia elektron yang sangat kecil. Dengan penggunaan perangkat elektronik, sinyal yang sangat lemah dapat dideteksi dengan menggunakan amplifier dan amplifier pra. 1.6.4 Instrumen Manual dan Otomatis Dalam hal instrumen manual, layanan operator diperlukan. Misalnya, pengukuran suhu dengan termometer resistensi yang menggabungkan jembatan Wheatstone di sirkuitnya, diperlukan operator untuk menunjukkan suhu yang diukur. Dalam jenis instrumen otomatis, tidak ada operator yang diperlukan sepanjang waktu. Misalnya, pengukuran suhu dengan termometer merkuri-in- glass. 1.6.5 Instrumen yang dioperasikan sendiri dan dioperasikan dengan daya Instrumen yang dioperasikan sendiri adalah instrumen yang tidak memiliki daya luar untuk operasi. Energi keluaran dipasok seluruhnya atau hampir seluruhnya oleh pengukuran masukan. Instrumen tipe pengalihan termasuk dalam kategori ini. Instrumen yang dioperasikan dengan daya adalah yang di dalamnya ada beberapa daya eksternal seperti listrik, udara tekan, suplai hidrolik diperlukan untuk operasi. Dalam kasus tersebut, sinyal input hanya menyuplai sebagian daya keluaran. Instrumen elektromekanik yang ditunjukkan pada Gambar 1.8 termasuk dalam kategori ini. 1.6.6 Instrumen Defleksi dan Null Output Dalam instrumen tipe defleksi, defleksi instrumen menunjukkan pengukuran kuantitas yang tidak diketahui. Kuantitas pengukuran menghasilkan beberapa efek fisik yang mengalihkan atau menghasilkan perpindahan mekanik pada sistem penggerak instrumen. Efek sebaliknya dibangun pada instrumen yang menentang defleksi atau perpindahan mekanik sistem penggerak. Keseimbangan dicapai bila efek berlawanan sama dengan penyebab penggerak yang menghasilkan defleksi atau perpindahan mekanis. Lendutan atau perpindahan mekanik pada titik ini memberi nilai kuantitas input yang tidak diketahui. Jenis instrumen ini cocok untuk pengukuran dalam kondisi dinamis. Permanent Magnet
resolusi atau diskriminasi instrumen apapun adalah perubahan terkecil pada sinyal input (kuantitas di bawah pengukuran) yang dapat dideteksi oleh instrumen. Ini dapat dinyatakan sebagai nilai akrual atau sebagai pecahan atau persentase dari nilai skala penuh. Resolusi kadang disebut sensitivitas. Perubahan terbesar jumlah input yang tidak ada output instrumen disebut zona mati instrumen tersebut. Sensitivitas memberikan hubungan antara sinyal input ke instrumen atau bagian dari sistem instrumen dan keluarannya. Dengan demikian, sensitivitas didefinisikan sebagai rasio sinyal keluaran atau respons instrumen terhadap perubahan sinyal input atau kuantitas yang diukur.
1.8. Pengukuran Kesalahan Dalam prakteknya, tidak mungkin mengukur nilai pasti dari pengukuran. Selalu ada beberapa perbedaan antara nilai terukur dan nilai absolut atau benar dari kuantitas tak diketahui (measurand), yang mungkin sangat kecil atau mungkin besar. Perbedaan antara nilai sebenarnya atau nilai sebenarnya dan nilai terukur dari kuantitas yang tidak diketahui dikenal sebagai kesalahan absolut pengukuran. 1.8.1 Jenis Kesalahan Asal mula kesalahan bisa terjadi dalam berbagai cara. Mereka dikategorikan dalam tiga tipe utama.
instrumen penunjuk mengubah kondisi sampai batas tertentu bila dihubungkan dalam rangkaian yang lengkap sehingga pembacaan kuantitas diukur dan diubah oleh metode yang digunakan. Misalnya, pada Gambar (1.9) (a) dan (b), dua kemungkinan koneksi voltase dan koil arus wattmeter ditunjukkan. Pada Gambar 1.9 (a), sambungan yang ditunjukkan digunakan saat tegangan yang diberikan tinggi dan arus yang mengalir di sirkuit rendah, sedangkan sambungan yang ditunjukkan pada Gambar 1.9 (b) digunakan bila tegangan yang diberikan rendah dan arus yang mengalir di sirkuit tinggi Jika koneksi wattmeter ini digunakan dalam urutan berlawanan maka kesalahan dapat dimasukan ke dalam wattmeter reading. Contoh lain dari jenis kesalahan ini adalah penggunaan voltmeter yang dikalibrasi dengan baik untuk pengukuran voltase dengan nilai yang sangat tinggi. Voltmeter yang sama, bila dihubungkan pada rangkaian resistansi rendah, bisa memberikan pembacaan yang lebih bisa diandalkan karena resistansi voltmeter yang sangat tinggi itu sendiri. Ini menunjukkan bahwa voltmeter memiliki efek pemuatan pada rangkaian, yang mengubah situasi asli selama pengukuran.
Gambar 1. Gambar 1.9 Sambungan wattmeter yang berbeda Untuk contoh lain, instrumen multirange memiliki skala yang berbeda untuk setiap rentang. Selama pengukuran, operator dapat menggunakan skala yang tidak sesuai dengan pengaturan pemilih jarak instrumen. Kesalahan kotor juga mungkin ada karena pengaturan nol yang tidak semestinya sebelum pengukuran dan ini akan mempengaruhi semua pembacaan yang diambil selama pengukuran. Kesalahan kotor tidak dapat ditangani secara matematis, perawatan yang sangat besar harus
