6.
TF – 310 3102 2 ME METOD TODA A PENGU PENGUKUR KURAN AN Program Studi Stu di Teknik Teknik Fisika
Deddy De ddy Ku rniadi
Efek Pembebanan
PENDAHULUAN Efek Pembebanan Instrument Ukur pada Medium
Instrumen Ukur dapat membebani medium yang u ur se ngga arga as pengu uran yang er aca pada alat ukur tidak sama dengan harga variabel pengukuran jika alat ukur tidak dipasang. Contoh:
Thermometer yang membebani medium pengukuran
o me er a au mme er yang mem e an rang a an pengukuran.
1
Efek Pembebanan
Contoh : Efek Pembebanan pada Pengukuran Tegangan
Voltmeter dihubungkan paralel dengan ke-kutub tegangan yang diukur
Contoh :
vo me er se aga s un bagi rangkaian yang diukur
Terjadi pembagian arus tegangan jatuh yang diukur pada suatu rangkaian sehingga voltmeter akan meng as an pem acaan yang lebih rendah dari seharusnya
pengukuran di atas, voltmeter 1 dengan sensitivitas 1000 Ω/V dan voltmeter 2 dengan 20.000
Efek Pembenanan Pengukuran
Kedua voltmeter tsb digunakan pada range 0-50 V. Tentukan Pembacaan setiap voltmeter Kesalahan pembacaan
2
Efek Pembebanan
Contoh : Efek Pembebanan pada Pengukuran Arus
Ammeter dihubungkan seri pada rangkain dengan arus yang diukur
Contoh :
mme er se aga a an depan bagi rangkaian yang diukur
Ter adi te an an atuh ada ammeter sehingga ammeter akan menghasilkan pembacaan arus yang lebih pengukuran di atas, ammeter 1 dengan tahanan dalam 1000 Ω dan ammeter 2 dengan tahanan
Efek Pembenanan Pengukuran
Kedua ammeter tsb digunakan pada range 0-10 mA. Tentukan Pembacaan setiap ammeter Kesalahan pembacaan
3
Efek Pembebanan
PENDAHULUAN
Pembebanan pada sistem pengukuran
Pembebanan oleh media yang diukur terhadap sistem pengukuran (process loading) Pembebanan antar elemen pada sistem pengukuran (inter element loading)
Dam ak efek embebanan
Penurunan akurasi pengukuran
Analisis Pembebanan (analogi rangkaian elektrik) Rangkaian pengganti THEVENIN
4
Efek Pembebanan
Pembebanan pada sistem pengukuran
Alat ukur atau sistem yang dipasang pada medium dapat menerima transfer variabel tegangan, variabel arus atau variabel daya dari medium, tergantung pada alat ukur/sistem.
Alat ukur tegangan menerima transfer variabel tegangan dari medium Alat ukur arus menerima transfer variabel arus dari medium
Efek Pembebanan tidak hanya terjadi pada sistem elektrik, tetapi , , pembebanan jika suatu sistem (Instrumen) dihubungkan dengan instrumen lainnya atau suatu sistem fisis dihubungkan dengan sistem fisis lainnya
5
Efek Pembebanan
Hubungan antara variabel alir (q1) dengan variabel potensial (q2)
Secara umum semua sistem fisis mempunyai dua variabel yang saling bebas, yaitu variabel alir (q 1) dan variabel potensial (q 2) misal: 1
2
Pada sistem termal ada variabel temperatur (q 2 =T) dan aliran k alor (q1 = Q) Pada sis tem alir an flu ida ada debit aliran (q 1=Q) dan tekanan fl uida (q 2 = p).
Jika perkalian q1dan q2 besaran energi
Impedansi = Z = q2/q1 Admitansi = Y = 1/Z = 1/ 2
Daya = P = q1*q2
pada sistem elektrik q 1 = I (arus listrik) dan q 2=V (tegangan listrik), maka P = VI
6
Efek Pembebanan
Hubungan antara variabel alir (q1) dengan variabel potensial (q2)
Jika perkalian q1 q2 berupa besaran energi, maka
Stiffness atau kekakuan sistem adalah perbandingan variabel potensial dengan variabel alir
S = q2/q1
variabel alir dengan variabel potensial
C = 1/S=q1/q2
Contoh:
ada e as F = K x, F (gaya) adalah variabel potensial dan x (defleksi pegas) adalah variabel alir. K stiffness pegas, dan C compliance pegas = 1/K
7
Efek Pembebanan
Pada suatu sistem yang dihubungkan dengan sistem lain, dan yang ditransfer adalah variabel tertentu, maka stiffness (impedansi) input sistem kedua dapat membebani sistem pertama, jika harga stiffness output sistem pertama tidak sesuai dengan stiffness input sistem kedua. Pembebanan alat ukur terhadap medium pengukuran, tergantung pada variabel yang diukur, variabel alir atau variabel potensial atau variabel daya dan harga stiffness input dan output dari kedua sistem Pada sistem yang perkalian dua variabelnya adalah besaran daya,
Efek pembebanan dinyatakan dalam variabel impedansi atau admitansi. Agar kedua sistem tidak saling membebani:
Jik a yang di ukur atau ditransfer adalah variabel potensi al (q2) maka Impedansi input sist em kedua harus jauh lebih b esar dari pada imp edansi output sis tem pertama (Z2i >> Z1o) Jik a yang diuk ur atau dit ransfer adalah variabel alir (q1), maka Z2i<> Y1o Jik a yang akan dit ransfer daya, maka Z2i ~ Z1o ( Match ing Impedansi )
8
Efek Pembebanan
Pada sistem yang perkalian dua variabelnya adalah besaran energi, compliance.
Agar kedua sistem tidak saling membebani:
a yang u ur a au rans er a a a var a e po ens a q maka Stiffness input sistem kedua harus jauh lebih besar dari pada stiffness output sistem pertama (S2i >> S1o) , S2i<> C1o
Jika yang akan ditransfer daya, maka S2i ~ S1o (Matching Stiffness)
9
Efek Pembebanan
ANALISIS PEMBEBANAN DENGAN RANGKAIAN EKIVALEN Analisis Pembebanan
Rangkaian Ekivalen THEVENIN
Rangkaian Ekivalen NORTON
Rangkaian Ekivalen THEVENIN
i
Arus :
Tegangan :
V L
Jika
E TH
=
Z TH
+ Z
= i Z = E L
L
TH
>>
L
L
Z TH
+ Z
L
TH
10
Efek Pembebanan
RANGKAIAN EKIVALEN THEVENIN
Contoh: Sistem Pengukuran Temperatur
in
=
−
×
2 ×10
10
6
2 ×10 + 20 6
M
L
in
4
10 + 75 4
⎛ 2 × 106 ⎞⎛ 10 4 ⎞ 6 4 2 × 10 + 20 10 ⎝ ⎠⎝ + 75 ⎠ = 0.9925T
berapa “ loading error” ? 11
Efek Pembebanan
pH meter
Sistem pengukuran pH
Tentukan H en ukuran ika tanpa amplifier menggunakan amplifier
12
Efek Pembebanan
RANGKAIAN EKIVALEN NORTON
Rangkaian Ekivalen NORTON
Tegangan pada beban
V L
=i
Jika
N
N
Z N
Z L
⋅ + Z
L L
<< Z
N
13
Efek Pembebanan
RANGKAIAN EKIVALEN NORTON
Contoh : Differential Pressur e Transmitter
egangan o a pa a a e V L
=i
(
R N RC
an recor er
+ R ) R
N
Tegangan pada recorder V R
V R
= 0,9995
i N R R
= i N R R
N
R N
+ RC + R R
“ loading error” = 0,05% ? 14
Efek Pembebanan
Contoh Soal 1.
Suatu transmiter elektronik memberikan arus keluaran 4 – 20 mA linier terhadap masukan beda tekanan 0 s/d 10 4 Pa. Impedansi Norton transmiter adalah 105 Ω. Transmiter dihubungkan ke suatu indikator engan mpe ans se esar me a u sua u a e engan o a resistansi 500 Ω. Indikator memberikan pembacaan 0 dan 104 Pa untuk input tegangan antara 1 dan 5 V.
2.
Hitun kesalahan en ukuran akibat 5x103 Pa
embebanan untuk in ut tekanan
Suatu glass pH electrode mempunyai sensitivitas 59 mV/pH dan res s ans guna an un u mengu ur p a am range s . , Elektroda dihubungkan ke recorder yang memiliki input 0 s/d 100 mV dan resistansi 100 Ω , menggunakan suatu buffer amplifier dengan unity gain dan resistansi out ut 100 Ω
Hitung impedansi input amplifier, dan sensitivitas recorder yang diperlukan untuk mendapatkan recording pH yang akurat Jika resistansi elektroda bertambah menjadi 2 x 10 9 Ω akibat reaksi kimia, Hitung kesalahan pengukuran dalam % untuk pH 0 s/d 7
15
