alibrasi gaya adalah proses penting yang digunakan untuk menguji bahan yang digunakan untuk peralatan manufaktur, mesin, dan perangkat lainnya. Segala bentuk logam dan bahan lainnya dapat memuai dan menyusut selama penggunaannya. Memahami karakteristik dan daya tahannya sangat penting untuk keselamatan konsumen dan proses industri. Sifat bahan sangat penting dalam desain produk karena menentukan masa manfaat suatu produk. Memahami kualitas suatu bahan dapat membantu dalam menentukan apakah suatu produk akan mampu menahan kekuatan yang akan dihadapinya.Pengujian material muncul dari kegagalan logam pada akhir abad ke-19 dan awal abad ke-20 ketika bencana besar menyebabkan kehancuran harta benda dan korban jiwa yang serius. Pada saat itu, metode pengujian tidak terkontrol atau memadai untuk menjamin stabilitas peralatan. Alat pengujian aslinya adalah penguji Brinell yang digunakan untuk menguji bahan menggunakan ukuran 10 mm. bola logam dipaksa melawan material. Mekanisme yang digunakan untuk menggerakkan bola adalah piston pneumatik. Pembacaan dari penguji Brinell tidak akurat karena gaya yang diberikan oleh penggerak pneumatik tidak konsisten dan menghasilkan pembacaan yang sangat bervariasi. Hasil yang beragam dan pembacaan yang tidak akurat menyebabkan dikembangkannya alat ukur yang lebih tepat yang dikembangkan bersama dengan Biro Standar Nasional Amerika Serikat. Sejak pengembangan awalnya, hampir 100 tahun yang lalu, metode yang digunakan untuk kalibrasi gaya terus ditingkatkan sehingga instrumen kalibrasi gaya saat ini memberikan data yang paling akurat dan andal.Sir Isaac Newton mengatakan bahwa gaya mengendalikan gerak. Untuk mengendalikan gerak, diperlukan pengendalian gaya. Dalam fisika, gaya adalah massa dikalikan dengan percepatan. Seluk-beluk pengukuran gaya harus memiliki parameter dan garis dasar yang dapat digunakan untuk menentukan keakuratan instrumen. Institut Standar dan Teknologi Nasional (NIST) menyediakan layanan kalibrasi untuk alat ukur gaya. Untuk menghasilkan data yang akurat, para ahli di NIST menerapkan gaya, kompresi, dan tegangan pada transduser elastis dan mencatat deformasinya. Dalam sebuah laporan, hubungan antara gaya yang diterapkan dan data deformasi diuraikan. Ketika perusahaan pengukuran dan kalibrasi menyelesaikan kalibrasi gaya, mereka membandingkan pembacaannya dengan pembacaan yang dihasilkan oleh NIST. Suatu perangkat diuji untuk memastikannya menghasilkan data yang akurat. Jika pembacaan dari perangkat tidak sesuai dengan standar yang dihasilkan oleh NIST, maka perangkat akan disesuaikan dan dikalibrasi hingga sesuai.Gaya dapat berupa dorongan atau tarikan dan bersifat mekanis. Mesin kalibrasi gaya menghasilkan data mengenai jumlah gaya yang diterapkan pada suatu benda, material, atau perangkat. Karena gaya diterapkan pada segala sesuatu, pengukuran gaya digunakan untuk menentukan seberapa besar tegangan, kompresi, atau benturan yang dapat ditahan suatu benda. Kunci keberhasilan kalibrasi bergantun

1. BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Umum
Kalibrasi adalah suatu kegiatan untuk menentukan kebenaran
konvensional nilai penunjukan alat ukur atau badan ukur, yang dibandingkan
dengan kebenaran konvensional alat ukur standar. Dengan kalibrasi dapat
ditentukan deviasi dari kebenaran konvensional nilai penunjukan suatu alat
ukur, atau deviasi dari dimensi nominal kebenaran suatu bahan ukur 1).
Dalam tingkat kemajuan teknologi dewasa ini peranan kalibrasi
memang sudah sangat dibutuhkan. Dalam usaha untuk menjamin ketepatan
pengukuran baik produksi benda ataupun jasa maka peneraan atau kalibrasi,
pemeliharaan dan peningkatan mutu instrumen harus dilakukan secara
kontinyu.

2. Di dalam sistem manajemen mutu bagi perusahaan maupun
laboraturium pengujian agar hasilnya bermutu, dapat dipercaya, teliti,
direncanakan dengan baik, memuaskan pelanggan dalam waktu dan biaya
yang disepakati, maka perusahaan atau laboratorium penguji tersebut harus
mengikuti pedoman yang distandarkan yaitu ISO 9000 untuk perusahaan dan
ISO Guide 17025: 2017 untuk laboratorium penguji dan kalibrasi.
Peranan kalibrasi pada sektor industri adalah merupakan indikator
jaminan mutu suatu produksi. Sehingga dengan demikian semua alat ukur
(instrumentasi) dan bahan ukur, sangat perlu dilakukan kalibrasi sesuai
dengan persyaratan pada standar.

3. 1.2. LINGKUP KEGIATAN
PT Guna Sukses Inti , dalam tugasnya telah melaksanakan peneraan
(kalibrasi mesin uji yang meliputi mesin uji tarik/tekan/universal, berdasarkan
BS EN ISO 7500-1: 2008
1.3. Teori Gaya
Gaya (force) dinyatakan secara matematik sebagai vektor yang
mempunyai titik terapan. Secara fisik gaya ialah tarikan atau tekanan yang
mempunyai arah. Menurut hukum Newton II tentang gerakan, yang dibuat
untuk partikel yang mempunyai massa konstan, gaya perbandingan lurus
dengan hasil perkalian massa dan percepatan.

4. 1
Jadi : F = —— m.a
gc
dimana 1/gc ialah konstanta proporsionalitas (tetapan keseimbangan).
Bila gaya dinyatakan dalam lbf, massa dalam lbm, dan percepatan ft/s²
dan secara numerik sama dengan percepatan grafitasi pada permukaan laut.
Bobot suatu benda ialah suatu gaya yang bekerja pada benda itu oleh
percepatan gravitasi pada permukaan laut, sehingga :
mg
F = W —
gc

5. Satuan Internasional (Sl) gaya ialah Newton dan satuan standar massa ialah
kilogram.
Dalam bab ini, akan kita tinjau pengukuran gaya dalam hubungan dengan
sistem mekanik.
Jika dilakukan koreksi terhadap gravitasi lokal dan gaya apung udara,
maka rumus menjadi:
m.g d
F =  (1- )
9,80665 D
m = massa dari beban,
g = percepatan gravitasi lokal, m/s2,
d = densitas udara (1,2 kg/m3), dan
D= densitas beban dengan satuan seperti pada d,

6. Jika m, massa beban dengan satuan JCA, maka. gaya akan mempunyai
satuan kgf (kilo-gram- force).
Hubungan satuan gaya dengan Newton (N), yang dikenal dengan
satuan Sl adalah sebagai berikut
1 lbf = 4,448722 N
1 kgf = 9,80665 N

7. 1.3.1. Unsur Elastik Untuk Pengukur Gaya
Unsur-unsur elastik seeing digunakan untuk mendapatkan petunjuk
tentang orde besaran gaya yang bekerja, yaitu dengan jalan mengukur
defleksi. Contoh pengukur defleksi jenis ini adalah pegas sederhana. Dalam
hal ini gaya diberikan oleh :
F=k.y
dimana k ialah konstanta pegas dan y defleksi dari posisi seimbang.
Suatu piranti elastik lain yang sering digunakan untuk pengukuran gaya
ialah gelang tipis seperti pada gambar 1.
Gambar 1
Unsur elastik gelang tipis

8. Hubungan antara gaya dengan defleksi untuk unsur elastik ini ialah :
16 E.l
F = ————— —— y
/2 – 4/ d3
Dimana d ialah diameter luar gelang, dan I ialah momen inersia pada sumbu
Sentroidal bagian gelang.

9. Gelang pembukti (proving ring) ialah gelang yang menggunakan mikrometer
peka untuk pengukuran defleksi, seperti pada gambar 2.
Gambar 2
Gelang pembukti (proving ring)

10. Untuk mendapatkan pengukuran yang tepat, salah satu sisi mikrometer ttu
dipasang piranti batang bergetar (vibrating reed) R, yang diayun untuk
memberikan gerakan getar. Kontak mikrometer itu lalu digerakkan ke depan
hingga terlihat adanya peredaman atas getaran itu.
Untuk kalibrasi mesin-mesin uji, seperti mesin uji tarik, mesin uji tekan, load
cell dan lain-lain, biasanya digunakan alat gelang pembukti (proving nng) ini.

11. BAB II
JENIS ALAT PENGUKUR GAYA (KALIBRATOR GAYA)
Kalibrasi mesin uji gaya dapat dilakukan dengan beberapa jenis alat
ukur standar (kalibrator). Alat ukur gaya (force tranducers) dapat dipisahkan
menjadi 2 (dua) kelompok :
1. Piezoelekthc
2. Mechanical
2.1. Alat ukur gaya dengan Piezoelektric
Cara kerja piezoelektric adalah berdasarkan prinsip jika suatu struktur
kristal (dalam hal ini quartz) ditekan secara mekanik maka akan timbul
muatan listrik. Jumlah muatan listrik sebanding dengan tekanan mekanik
yang diberikan. Muatan listrik dapat diukur setelah dikuatkan oleh penguat
sinyal listrik.

12. Kristal quartz cocok untuk pengukuran dinamik dan sering dipasang pada
mesin produksi untuk memantau gaya (seperti mesin injection moulding) dan
untuk mengontrol proses manufaktuiing.
Pada umumnya ketelitiannya antara 0,5 sampai 1,0 %. Untuk pengukuran
gaya dengan ketelitian tinggi, kristal quartz tidak sesuai.
Piezoelektric dapat aktif tanpa eksitasi listrik dari luar untuk menghasilkan
sinyal listrik sehubungan dengan gaya yang akan diukur.
2.2. Alat ukur gaya secara mekanik
Alat ukur gaya secara mekanik banyak ragamnya, beberapa dapat
disebutkan sebagai berikut:
- Massa standar
-Proving ring
-Calibrating Box

13. - Load column
- Load cell (atau force tranducer)
Alat ukur tersebut dikelaskan sebagai elastic force calibrating instruments.
Gaya yarm diberikan pada alat ukur memberikan defleksi yang besarnya
Sebanding dengan besarnya gaya

14. BAB III
TEORI ALAT PENGUKUR GAYA (KALIBRATOR GAYA)
3.1. Satuan Gaya dan Berat
Gaya adalah besaran yang diukur dengan satuan Newton (menurut
sitem intemasional) dan satuan massa adalah kg massa.
sedangkan pengertian kilogram gaya adalah suatu gaya yang menimbulkan
perubahan percepatan sebesar g m/s2 atau gravitasi yang menimbulkan
perubahan gerak pada suatu massa seberat 1 kg.
Hubungan antara gaya dan massa dapat diuraikan secara matematis,
menurut hukum Nuwton II yaitu sebagai berikut:
F = m.a

15. Kita mengetahui bahwa berat adalah merupakan hasil gaya gravitasi pada
suatu massa (kondisi standar), maka berat tersebut dapat dirumuskan
sebagai berikut:
W = m . g atau
m=W/g
dimana : W = berat benda
m = massa benda
g = gravitasi
Didalam kondisi standar, jika a dan g adalah sama maka (a/g) = 1 dan
persamaan di atas dapat ditulis menjadi:
F=W

16. 3.2. Proving Ring (gelang pembukti)
Proving ring didefinisikan sebagai alat ukur gaya yang berbentuk cincin
elastis, dimana defleksi yang terjadi akibat pembebanan diukur dengan
mikrometer peka dengan ketelitian dan batas tertentu. Untuk mendapatkan
pengukuran yang tepat, salah satu sisi mikrometer itu dipasang piranti batang
bergetar (vibrating reed) yang diayun untuk memberikan gerakan getar.
Kontak mikrometer itu lalu digerakkan kedepan hingga terlihat adanya
peredaman atas getaran itu.

18. 3.2.1. Perhitungan koreksi no! pada proving ring (zero offset and zero dnft)
Pada alat ukur standar seperti proving ring yang menggunakan
indikator mikrometer pembacaan nol awal tidak dapat disetting ke titik nol
mikrometer dikarenakan nilai noi yang berubah-ubah akibat defleksi proving
ring standar tersebut. Maka untuk memperoleh pembacaan titik nol awal
dilakukan koreksi nol pada hasil pembacaan proving ring standar te.-sebut.
Rumus umum koreksi zero off set dan zero drift:
(Zn – Zo) Xi
Di = Ri – Zo - ————————
n + 1
dimana: D, =defleksi pada pembacaan ke I
R, = pembacaan ke i
Z' = pembacaan nol sebelum pemberian gaya
Z° = pembacaan nol setelah pemberian gaya
i = jumlah urutan pembacaan
n = jumlah urutan pemberian gaya

19. 3.2.2 Perhitungan koreksi suhu pada proving ring
Dengan sifat mekanik material yang linier dan proporsi, proving ring
standardLeksi terhadap pengaruh temperatur dimana alat ukur standar
tersebut digunakan, dengan faktor koreksi sebagai benkut.
D20 = Dt [1-k ( t –20 ) ]
dimana :
D20 = defleksi pada temperatur 20 C
Dt = defleksi pada temperatur t°C
t = temperatur pemeriksaan
k = koefisien temperatur material (0,000277 ° C)

20. 3.3. Calibrating Box
Calibrating Box adalah alat ukur standar gaya yang terbentuk silinder
elastis berongga, dimana rongga tersebut berisi air raksa sebagai indikator
perubahan dimensi ruangnya. Perubahan dimensi ruang tersebut diukur
dengan mikrometer skala.
Pada calibrating box tidak diperlukan koreksi nol pada pembacaan,
dikarenakan mikrometernya dapat diset ke titik nol.

23. BAB IV
JENIS MESIN UJI GAYA
Sumber gaya mesin uji terdiri dari mekanik manual, mekanik elektrik,
dan atau hidrolik dan indikator mesin uji gaya dikelompokkan menjadi 6
(enam) jenis yaitu :
1. Mesin uji sistem pendulum.
2. Mesin uji sistem manometer.
3. mesin uji sistem tuas tumpuan.
4. Mesin uji sistem load cell.
5. Mesin uji sistem pegas.
6. Mesin uji sistem defleksi.

24. 4.1. Mesin uji sistem pendulum
Mesin uji sistem pendulum adalah mesin uji yang menggunakan
pendulum (tangkai beban) sebagai indikator perubahan gayanya. Mesin uji ini
.sumber gayanya terdiri dari mekanik manual dan atau mekanik elektrik.
'Keuntungan jenis mesin uji ini adalah dapat dibuat dengan beberapa tingkat
skala ukur (ranga Scale). Demikian juga mesin ini dapat terdiri dari hidrolik,
jika kapasitas yang diperlukan cukup besar.
Perbaikan nilai kalibrasi (resetting) lebih mudah, yaitu dengan menambah
atau mengurangi beban pendulumnya.

26. 4.2. Mesin uji sistem manometer
Mesin uji ini biasanya mempunyai sumber gaya sistem hidrolik.
Sehingga dengan menentukan luas piston dan tekanan fluidanya, maka gaya
yang ditimbulkannya dapat dihitung.
Sebagai indikator tekanan digunakan manometer tekanan (pressure gauge).
Perbaikan nilai kalibrasi (resetting) mesin uji jenis ini dengan cara menggeser
langkah komponen penggerak bourdon dan jarum indikatornya.

29. 4.3. Mesin uji sistem tuas tumpuan
Mesin uji ini sumber gayanya terdiri dari sistem hidrolik, tingkat skala
ukurnya (range'scale) ditentukan oleh jarak tuas tumpuan, dengan demikian
penyimpangan hasil kalibrasi dapat diperbaiki dengan merubah/menggeser
letak tumpuan masing-masing skala ukurnya.

31. 4.4. Mesin uji sitem load cell
Mesin uji sistem ini menggunakan load cell sebagai indikatornya. Load
cell adalah suatu alat ukur yang merupakan tranduser gaya yang dirancang
secara komersial untuk pengukuran gaya.
Dengan menggunakan strain gauge yang terbuat dari rangkaian komponen
elektronik, maka sinyal-sinyal output (keluaran) sifat listrik akan selalu
proporsi terhadap pembahan gaya yang terjadi.

34. 4.5. Mesin uji sistem pegas
Pada prinsipnya mesin uji jenis ini adalah sama dengan mesin uji
sistem tuas tumpuan, perbedaannya terletak pada sistem tingkat skala ukur
dan sistem pembahan penunjuk gaya, sehingga perbaikan harga kalibrasi
dapat ditentukan dengan merubah keseimbangan gaya pada pegas mesin
tersebut.

35. 4.6. Mesin uji sistem defleksi
Mesin uji jenis ini indikatornya menggunakan dial mikrometer seperti
pada sestem proving ring. Dengan membaca defleksi pada dial indikatornya
maka gaya yang terjadi dapat dilihat pada tabel atau kurva kalibrasi mesin
uji tersebut.

37. BAB V
METODE KALIBRASI MESIN UJI GAYA
Secara umum mesin uji gaya digunakan untuk pengujian sifat mekanik
logam, plastik, tekstil, beton (concrete), dan material lainnya.
5.1. Umum
Kalibrasi harus dilaksanakan untuk tiap rentang ukur gaya yang
digunakan dan dengan indikator gaya yang paling sering dipakai.
Periengkapan mekanik tambahan (jarum penunjuk, rekorder) yangyang akan
dapat berpengaruh pada sitem pengukur gaya.
Kalibrasi harus dilaksanakan dengan menggunakan alat ukur standar
(kalibrator) gaya, atau untuk gaya-gaya yang kecil ( < 500 N ) dengan massa-
massa yang diketahui-

38. Pada umumnya kalibrasi harus dilaksanakan dengan penunjuk gaya F,
tetap. Jika cara ini tidak dapat dilakukan, kalibrasi dapat dilaksanakan
'dengan gaya sebenarnya F tetap.
Jika kalibrasi tidak dapat dilaksanakan dengan kalibrator gaya tarik maka
kalibrasi dapat dilaksanakan dengan kalibrator gaya tekan dan hal ini harus
dinyatakan pada laporan kaiibrasi.
5.2. Penentuan Resolusi
5.2.1. Skala analog
Ketebalan tanda pembagi skala harus seragam dan lebar jarum
penunjuk harus mendekati sama dengan lebar/ketebalan tanda pembagi
skala.

39. Resolusi r dari penunjuk gaya hams diperoleh dari perbandingan antara lebar
jarum penunjuk dan jarak sumbu ke sumbu antara dua tanda skala (selang
skala). Perbandingan yang dianjurkan adalah 1/2, 1/5 atau 1/10, dengan
selang skala :
a. Jika jarak selang skala > 2,5 mm, maka resolusinya 1/10.
b. Jika jarak selang skala anatara 1,25 mm sampai 2,5 mm, maka
resolusinya 1/5.
c. Jika jarak selang skala lebih kecil dari 1,25 mm, maka resolusinya 1/2.

40. 5.2.2. Skala digital
Resolusi ditetapkan sebagai penambahan satu digit pada indikator
numerik, jika peralatan tidak dibebani asalkan penunjukan tidak berubah-
ubah dengan lebih dari penambahan satu digit. Dan jika pembacaan
berubah-ubah dengan nilai lebih besar dari nila I resolusi yang telah dihitung
sebelumnya (dengan peralatan tanpa beban), resolusi r hams dianggap sama
dengan setengah dari rentang digit yang berubah.
5.2.3. Satuan
Resolusi r harus dinyatakan dalam satuan gaya.

41. 5.3. Resolusi relatif penunjuk gaya sebelum kalibrasi
Resolusi relatif a dari penunjuk gaya didefinisikan dengan rumus:
r
a = —-
F
dimana : r = resolusi yang didefinisikan pada 5.2
F = gaya pada titik pengamatan
Resolusi relatif a harus diverifikasi pada seluruh titik pengamatan gaya diatas
seperlima dari rentang ukur. Resolusi relatif harus tidak melebihi nilai pada
label 1 dan untuk kelas mesin yang dikalibrasi.
Kalibrasi dapat dilaksanakan dengan batas lebih kecil dari seperlima dan
rentang ukur dan kelas dari mesin asal memenuhi label 1.

42. 5.4. Metoda
5.4.1. Pemasangan kalibrator gaya
Kalibrator gaya harus dipasang sedemikian rupa sehingga terletak pada
sumbu gaya yang diberikan padanya.
5.4.2. Konpensasi suhu
Kalibrator gaya hams diletakkan selama waktu yang cukup agar
kalibrator mencapai suhu yang stabil. suhu^tersebut dicatat. Jika perlu
koreksi
suhu hams digunakan pada pengamatan (lihat 3.2.2).

43. 5.4.3. Pengkondisian mesin uji
Dalam keadaan kalibrator terpasang, mesin harus dibebani sekurang-
kurangnya tiga kali antara nol dan gaya maksimum yang diukur.
metode berikut berdasarkan kebiasaan pemakaian mesin tersebut,
menggunakan atau tanpa menggunakan perlengkapan mekanik.
a) Mesin yang biasa digunakan "dengan perlengkapan
Tiga rangkaian pengukuran harus dilaksanakan dengan cara
menaikkangaya (lihat 5.4.5) dengan perlengkapan terpasang untuk
setiap rentang ukur yang digunakan dan satu rangkaian pengukuran
tanpa perlengkapan untuk rentang ukur terkecil yang digunakan.

44. b) Mesin yang biasa digunakan tanpa perlengkapan
Tiga rangkaian pengukuran harus dilaksanakan dengan cara
menaikkan gaya (lihat 5.4.5) dengan perlengkapan dilepas dari mesin
untuk setiap rentang ukur yang digunakan dan satu rangkaian
pengukuran dengan perlengkapan terpasang untuk rentang terkecil
yang digunakan.

45. 5.5. Penilaian Penunjuk Gaya
5.5.1. Kesalahan ketelitian relatif (error)
Kesalahan ketelitian relatif (error) dinyatakan sebagai prosentase dari
gaya sebenarnya F dengan persamaan :
Fi
q = — F x 100 %
F
Untuk hak khusus kalibrasi dilaksanakan dengan gaya sebenarnya yang
konstan, kesalahan ketelitian retatif (error) dengan persamaan :
Fi – F
q = ——— x 100 %
F
dimana : Fi = gaya yang terbaca pada indikator gaya dan mesin uji yang
dikalibrasi, dengan menaikkan gaya
F = Gaya sebenarnya yang ditunjukkan oleh kalibrator gaya
dengan menaikkan gaya uji

46. 5.5.2. Kesalahan repeatability relatif
Kesalahan repeatability relatif untuk setiap titik pengamatan gaya
adalah perbedaan antara nilai tertinggi dan terendah yang diukur terhadap
harga rata-rata. Persamaan yang digunakan :
Fmaks - Fmin
b= —————— x 100 %
F
Untuk hal hkusus biia kalibrasi yang dilaksanakan dengan gaya sebenamya
yang konstan, kesalahan repeatability relatif dihiting dengan persamaan :
Fimaks - Fimin
b= —————— x 100 %
F
Dimana : b = kesalahan repeatability relatif dari sistem pengukur gaya
dari mesin uji

47. 5.6. Kelas Mesin Uji
Tabel 1 menunjukkan nilai maksimum yang diizinkan untuk kesalahan
relatif dari sistem pengukuran gaya dan untuk resolusi relatif dari penunjuk
gaya suatu mesin uji sesuai dengan kelasnya.
Kelas
dari
mesin
Nilai maksimum yang diijinkan (%)
Kesalahan dari Resolusi
Relatif
a
Ketelitian
Q
Repeatability
b
Nol
fo
1  1,0 1,0  0,2 0,5
2  2,0 2,0  0,4 1,0
3  3,0 3,0  0,6 1,5

48. TERIMA KASIH