Dokumen tersebut membahas tentang sensor system dan teknik pengukuran. Secara umum dibahas tentang definisi pengukuran, jenis sensor, karakteristik sistem pengukuran, dan sumber kesalahan pengukuran."

1. 1
PERKULIAHAN
Sensor System
Jurusan Fisika FMIPA Universitas Riau
1
Lazuardi Umar
Universitas Riau
I. Pendahuluan Teknik-Pengukuran
Sifat dari Hasil Pengukuran:
1. Independent dari pengamat hasil tetap sama
Fungsi Pengukuran: „kuantisasi objektif/empiris
suatu bilangan terhadap kualitas suatu objek“
(membandingkan suatu bilangan dengan objek
ukur)
2
p p g p
2. Berdasarkan dari penemuan eksperimental (empiris)
Persyaratan Dasar Pengukuran:
• Besaran ukur harus secara kualitativ jelas terdefinisikan dan secara
kuantitatif dapat ditentukan
• Standar pengukuran harus ditetapkan melalui Konvensi, contoh
kenyaman, „Intelligenz“ tdk dpt diukur karena tidak secara umum
didefinisikan
KEGUNAAN PENGUKURAN
Proses Kontrol
• Pengukuran suhu ambang
• Pengukuran vol gas/air
• Monitoring klinis
• Mengontrol ketinggian air
Proses Monitoring
3
Panduan Eksperimen
g gg
atau suhu di dalam tangki
• Mempelajari distribusi suhu
dalam objek bentuk tak
beraturan atau
• Menentukan distribusi daya
pada mobil uji tabrak
Besaran Fisis Nama Simbol
Panjang Meter M
Massa Kilogram Kg
Waktu Detik s
Suhu Termodinamik Kelvin K
Kuantitas Materi Mol mol
Kuat Cahaya Kandela cd
Gaya Newton N
Redaman Neper / Bel
Muatan Coulomb C
T Li t ik V lt V
SATUAN UKUR (SI) & SIMBOL
4
Tegangan Listrik Volt V
Tahanan Listrik Ohm Ω
Tahanan Spesifik Ohmmeter Ωm
Konduktivitas Listrik Siemens S
Kemampuan Hantar Listrik Siemens/meter S/m
Daya Listrik Watt W
Kerja Listrik Watt second Ws
Kuat Medan Listrik Volt / meter V/m
Kapasitas Listrik Farad F
Kuat Arus Listrik Ampere A
Kuat Medan Magnetik Ampere / meter A/m
Rapat Arus Magnetik Tesla T
Aliran Magnetik Weber Wb
Induktivitas Henry H
II. Piranti Elektronik dan Sistem Pengukuran
Apa kegunaan Teknik Pengukuran/Instrumentasi saat ini..?
Pekerjaan Teknik Pengukuran (Instrumentasi):
Konversi (pengubahan): besaran fisis besaran elektris
Konverter (pengubah) disebut juga: Sensor, transduser, detektor, pendeteksi…
5
BIDANG RISET BIDANG INDUSTRI
Hasil penelitian berdasarkan
pengukuran
Pengamatan proses
Teknik pengukuran
memberikan/menjelaskan
pengetahuan tentang alam
Menyediakan data-data proses
untuk pengaturan
Eksperimen teknik pengukuran
sebagai batu ujian pengetahuan
Teknik perakitan presisi tinggi
Transducer/sensor: piranti elektronik yang mengambil energi dari objek
yang diukur dan memberikan sinyal keluar dalam bentuk sinyal listrik, yang
berhubungan dengan kuantitas yang diukur
Aktuator: piranti untuk mengubah (konversi) daya
Physical
quantitis
Sensor
Analog
circuit
Analog digital
converter µP
Digital analog
converter
Results
Analog
6
Digital
n. electric
quantity
electric
signal
signal
cond.
digital
signal

2. 2
7
Besaran fisis:
• Mekanis
• Termis
• Magnetik
• Elektris
• Optis dan
• Sinyal Kimia
Kalibrasi
Testing, checking dan inspeksi
Kontrol kualitas pengujian material
Pengontrolan
Optimalisasi
Supervisi, self control early damage supervision
Pengenalan pola (pattern recognition) surface, noise,
shape
Message, report, switch off protection system
„Job“teknik
pengukuran (listrik)
Konversi Besaran Non-Listrik ke Besaran-Listrik
Daerah Ukur dan Besaran Ukur Khas
8
Contoh: SENSOR ARUS BERDASARKAN EFEK HALL
9
Contoh: SENSOR POSISI X,Y GYROSKOP
10
Contoh: SENSOR KELEMBABAN
11
III. KARAKTERISTIK SISTEM PENGUKURAN
x(t) f(x)
y(t)
u(t) Besarnya output yang dihasilkan
merupakan fungsi sensor
dikalikan dengan input yang
akan diukur
12
( ) ( ) ( ) ( )tutxxfty =
u(t) merupakan gangguan dari lingkungan
f(t) fungsi sensor
x(t) adalah input besaran fisis

3. 3
Karakteristik Statis Pengukuran
(kuantitas yang diukur berubah secara lambat dengan waktu)
Akurasi
Kualitas yang mencirikan kemampuan instrumen ukur untuk
memberikan hasil yang mendekati nilai sebenarnya. Akurasi
pengukuran proses kalibrasi statis sensor/alat ukur
Setiap penyimpangan pengukuran dari harga sebenarnya
13
kesalahan/simpangan (error). Ketidak akurasian biasanya
dinyatakan sebagai
( ) ( ) ttma XXX −=100%ε Xt nilai sebenarnya
Xm harga terukur
( ) ( ) FSOtmf XXX100% −=ε ε εf a≤
ketidak akurasian dinyatakan dalam persentase skala penuh (FSO)
Presisi
Kualitas yang mencirikan kemampuan instrumen ukur untuk
memberikan keluaran yg sama jika dilakukan pengukuran pada
kondisi yang sama
14
Situasi pengukuran memperlihatkan perbedaan antara akurasi dan presisi.
Pada kasus (a) akurasi tinggi dan presisi rendah. Pada kasus (b) presisi tinggi
tapi akurasi rendah
Resolusi
Kenaikan terkecil dari nilai pengukuran yang dapat menghasilkan
kenaikan output, dinyatakan dalam rentang pengukuran (%MR).
Kenaikan ∆V output terhadap respon perubahan percepatan ∆a
maka resolusi maksimum (Rmax) dari ∆a terkecil:
( )
minmaks
min
maks
aa
a
.100%R
−
∆
=
15
minmaks
Resolusi rata-rata sepanjang pengukuran adalah
( )
( )minmaks
n
1i
1
ave
TTn
T
100%R
−
∆
=
∑=
n adalah jumlah ∆ Ts dalam rentang pengukuran
Repeatability
Kedekatan antara hasil yang didapat berturut-turut dari pengukuran
kondisi yang sama
Reproducibility
Berhubungan dengan hasil yang diperoleh dalam waktu yang lama,
operator dan kondisi berbeda
Sensitivitas
16
Perbandingan kenaikan output (y) terhadap kenaikan input (x)
Histerisis
Perbedaan antara dua nilai output yang berhubungan dengan input
yang sama, tergantung pada arah (menaik atau menurun) berturut-
turut nilai input
S y
x= ∆
∆
Karakteristik Dinamis
• Sensor/alat ukur respon terhadap input variabel
karena ada elemen penyimpan energi/elemen
inersia (masa, induktansi), kapasitansi (listrik,
termal, fluida)
• Perilaku thd waktu karakteristik dinamik
(k l h di ik d k /d l )
17
(kesalahan dinamik dan waktu respon/delay)
• Ditentukan dg memberikan input variabel (input
transien (impuls), input periodik (sinusoida),
random (noise)
• Perbaikan keluaran hardware/software
IV. DARI SENSOR KE SISTEM INSTRUMENTASI
Instrumentation Systems
Sensor Systems
Acceleration [Pewatron]
Sensors
Moisture
Gas
18
Time Measurement, PTB
Sensor Module [Temic]
Temperature [Sysmic, Heraeus]
Temperature
Pressure

4. 4
Development of Sensors and Sensor SystemsDevelopment of Sensors and Sensor Systems
M f t i t h l
echn.
Information
Technology
Performance to Cost
Ratio
19
Manufacturing technology are
influenced by different effects
The more process steps are
used the more difficult are
technological measures
Manuf.Te
Technology
Manufacturing
Technology
Manufacturing
Technology
Tränkler
Influence Effects in Sensor SignalsInfluence Effects in Sensor Signals
20
V. PEMODELAN MATEMATIS SENSOR
Karakteristik sensor (alat ukur harus digambarkan dalam suatu
model matematis
• Interpolasi poligon hanya
memerlukan beberapa titik
referensi.
21
Interpolasi data dengan poligon
referensi.
• Antara titik referensi yang
disimpan dari karakteristik
sensor akan diinterpolasi
mempergunakan garis lurus
Interpolasi polinomial menggambarkan hubungan fungsional antara
n titik referensi yang terukur dari suatu karakteristik sensor dengan
polinomial tunggal orde ≤ n-1 sepanjang rentang ukur
22
Interpolasi dengan polynomial orde-4
( ) ∑=
=
4
0i
ii xkxf
Dengan interpolasi belahan kubus (cubic spline) dimungkinkan
untuk memperoleh kurva mulus dari karakteristik sensor yang
melewati semua titik referensi n+l. Untuk mendapatkan
interpolasi tersebut, daerah ukur dibagi menjadi batas-batas
interval dengan titik referensi
23
Interpolasi dengan belahan kubus
Metode Regresi
Contoh sederhana pemakaian metode pendekatan adalah regresi
linear. Gradien m dari karakteristik linier y=f(x)=mx melewati
titik asal ditentukan sehingga jumlah deviasi kuadrat dari titik
pengukuran n (xk,yk) menjadi minimum
24

5. 5
Ketergantungan suhu
k f k ll
Jika perilaku dasar karakteristik sensor diketahui dan tidak
berubah secara kualitatif oleh toleransi pembuatan dan sensitivitas
silang, metode fungsi dasar adalah cocok untuk menggambarkan
efek interferensi pada karakteristik sensor
25
sensor tekanan efek Hall
Sensor tekanan yang mempunyai
ketergantungan suhu seperti diperlihatkan
pada gambar Suhu nominal adalah
v0=20°C. Dengan membatasi fungsi ke
dalam bentuk polinomial orde-kedua
maka diperoleh sinyal sensor sebagai
fungsi tekanan dan suhu
26
6. KESALAHAN PENGUKURAN
Siapa yang mengukur, akan membuat salah…!!!. Tidak ada
pengukuran yang bebas kesalahan. Penelitian kemungkinan
kesalahan dan pengaruhnya terhadap nilai-ukur terus dilakukan
Jenis Kesalahan Ukur:
a) Kesalahan yang dapat dihindarkan (kesalahan
petunjuk/pemakaian)
27
petunjuk/pemakaian)
b) Kesalahan yang dapat dikoreksi – kesalahan sistematis
(kesalahan instrument ukur, kesalahan sistematis dari
metode ukur)
c) Kesalahan yang tidak bisa dikoreksi – kesalahan random
(acak)
Perhitungan Kesalahan, Nilai Rerata dan Batasan Kesalahan
Nilai rata-rata dari tiap pengukuran
Untuk menghitung nilai rata-rata dari tiap pengukuran diberikan:
Nilai rerata dan jumlah pengukuran. Penyimpangan dari setiap
pengukuran diberikan sebagai:
Simpangan sebagian positiv dan sebagian negativ, untuknya berlaku persamaan
(1) d l l
28
(1), dan selalu:
Sebaran nilai ukur (pada setiap pengukuran) disekitar nilai rerata dapat
dituliskan sebagai standar deviasi
akan memperlihatkan bahwa nilai ukur sebenarnya dengan kemungkinan 63%
terletak pada interval berikut:
Kesalahan relatif
Kesalahan Statis Instrumen Ukur (Sensor)
Kurva Sensor Ideal (Soll-Kurve)
Suatu sensor membentuk besaran input x dan output y. Pada kondisi ideal,
hubungan tersebut harusnya ideal dan tidak dipengaruhi oleh pengaruh luar
29
Input
(besaran
ukur)
output
Kurva Sensor Riil (Ist-Kurve)
Kurva Kesalahan Sensor:
30
• Kesalahan titik nol
• Kesalahan gradien
• Kesalahan linearitas

6. 6
Kurva Kesalahan Sensor:
• Kesalahan titik nol
• Kesalahan gradien
• Kesalahan linearitas
31