t-6 4 IERPUSTAKAAN KEARSIPAN ISI JAWATIMUR 11.381 POE i.3 a o Poerwanto Jultza Hidayati Anizar
il @ cnaHA rLMU ln$tumGntasi fiat Ukur Poerwanto Juliza Hidayati Anizar
lnstrumentasi dan Alat Ukur Oleh : Poerwanto Juliza HidaYati Anizar ('' I t. r K-----l It ar 7lrI rlv Iltt X, rrrtq','1 i .lr wr 1/6,fbr I rit,l 1r,,1,., _,,.) DI trdrrr C rrr I Ior ir.' I t nrrtr Edisi Pertama Cetakan Pertama, 2008 Cetakan Kedua,2012 Hak Cipta O 2008 pada penulis, Hak Cipta dilindungi uniung-'ndung' Dilarang memperbany'tk 'rl'ttt trtt'mtt sebagian atau seluruh iti-n'[' i"i j"iam bentukapa pun' secara .l|k]tr'tri-s maupun mekanis, termasuk *"nltltokopi, merekam' atau clengan teknik pt'rek'rrtr'tri lainnya' tanpa izin tertulis dari penerbit' nclahkan GRAHA ILMU Candi Cebang Permai Blok U6 Yogyakarta 5551 1 T;i-p : Q274-882262;0274-4462135 Fax. : 02744462136 E-mail : info@grahailmu'co'id Poerwanto; HidaYati , Juliza; Anizar Instrumentasi dan Alat Ukur/Poerwanto; JuIiza Hidayati; Anizar -Edisi Pertama - Yogyakarta; Graha Ilmu' 2012 viii + 128 hIm, 1 JiI' z 23 cm' ISBN: glB-g1g-756-350-B 1. Teknik Ju<lu I I(ATAPENGAIVTAR erkembangan teknologi dewasa ini, semakin terasa bertam- bah maju, khususnya dalam bidang ilmu pengetahuan yang sepadan dengan kemajuan teknologi. Diharapkan dengan terbitnya buku ini, pembaca dapat mengenal, mengevaluasi prinsip kerja instrumen dan alat ukur serta mampu menggunakannya untuk kepentingan pengukuran yang lebih akurat. t/l ' llJ ll lnstrumentasi merupakan salah satu ilmu teknik yang makin terasa keperluannya dalam kehidupan sehari-hari untuk mendapatkan nilai pengukuran yang lebih akurat. Buku ini disusun sebagai penun- tun untuk memahami cara kerja dan teknik pengoperasian instrumen dan alat ukur untuk mengawasi sistem dan lingkungan keria, serta di- rangkum dari berbagai buku teknologi yang tercantum dalam daftar pustaka. Penyusun menyadari bahwa buku yang disusun ini jauh dari kesempurnaan dan kritik serta saran dari berbagai pihak sangat kami harapkan demi sempurnanya buku ini. Medan, Februari 2007 Pen ulis, TIM
il DAFTAR ISI KATA PENGANTAR DAFTAR ISI BAB I INSTRUMENTASI ('NSTRUMENTATION) 1.'l Pendahuluan 1.2 Tujuan 1.3 Definisi BAB 2 DASAR.DASAR AIAT UKUR 2.1 Pendahuluan 2.2 Konsep Umum Alat Ukur 2.3 Transduser Aktif Dan Pasif 2.4 Karakteristik Kerja Alat Ukur BAB 3 TEKNIK PENGUKURAN 3.1 Pendahuluan 3.2 Jenis Dan Cara Pengukuran 3.3 Konstruksi Umum Dari Alat Ukur 3-4 Penunjuk/pencatat BAB 4 PENGAWASAN MUTU v vil 1 1 1 2 5 5 7 I I 19 19 24 28 5'l 67
BAB 5 ALAT UKUR 75 5.1 Standar Pengukuran 5.2 Blok Ukur Presisi 5.3 Klasifikasi Alat Ukur 5.4 Alat Ukur Panjang 5.5 Alat OPtik 5.6 Kaliper dan Pembagi 5.7 Pengukuran Sudut 5.8 Bilah Sinus 5.9 PengukuranPermukaan 5.1 0 Pengukur Permukaan BAB 6 ALAT UKUR KAPASITAS KERIA 75 75 78 79 B2 B4 B4 B4 B5 B6 87 6.'l Tujuan 6.2 Definisi 6.3 Kerja Fisik 6.4 Peralatan/Alat Ukur Kapasitas Kerja B7 B7 B8 BB BAB 7 ALAT UKUR KELELAHAN OTOT 101 7.1 Tujuan 7.2 Definisi 7.3 Piranti Ukur Kelelahan Otot 7.4 Hubungan Antara Lelah Mental Dan Lelah Otot 10'l 101 102 113 BAB B ANTROPOMETRI 117 8.1 Tujuan 8.2 Definisi 8.3 Piranti Ukur/alat Ukur Tubuh 1'17 117 120 DAFTAR PUSTAKA 123 TENTANG PENULIS 125 goroSc8c8' vnl lnstrumentasi & AIat Ukur INSTRUMENTA,SI (r nsrRUMENTArrON) 1.1. PENDAIIULUAN merupakan salah satu ilmu teknikyang makin terasa -l1nstumentasi ' ff lr.p.rluannya dalam kehidupan sehari-hari untuk mendapatkan fl nilai pengukuran yang lebih akurat. Keberhasilan para ilmuwan dan ahli teknologi seluruhnya tergantung pada kemampuannya me. milih dan keberhasilan memanfaatkan secara optimum sistem-sistem instrumen. 1.2 TUJUAN a. Mempelajari dasar sistem instrumentasi berdasarkan teknik digi- tal b. Memahami konsep dasar pengukuran dan klasifikasi transduser c. Mengetahui karakteristik dan unjuk kerja sistem instrumentasi ber- dasarkan teknik digital (elektronika) d. Mengimplementasikan sistem instrumentasi pada bidang keseh'at- an kerja
1.5 DEFINISI 1.3.1 lnstrumentasi (Instrumentation) a. Penggunaan piranti ukur (instrumen) untuk menentukan harga be- saran yang berubah-ubah, yang seringkali pula untuk keperluan pengemudian besaran yang perlu berada di batas-batas harga ter- tentu b. Semua piranti (kimia, listrik, hidrolik, magnit, mekanik, optik, pneumatik) yang digunakan untuk: menguji, mengamati, meng- ukur, memantau, mengubah, membangkitkan, mencatat, menera/ memelihara, atau mengemudikan sifat-sifat badani (fisik) gerakan atau karakteristik lain. 1.3.2 tnstrumen (lnstrument) lnstrumen atau piranti ukur merupakan piranti untuk mengukur harga sesuatu kuantitas selama pengamatan. Piranti itu dapat berupa instrumen tuding (indicating instument) dan dapat berupa instrumen rekan (recording instrument) lstilah "INSTRUMEN" digunakan dua maksud yaitu: a. lnstrumen murni yang terdiri dari mekanisme dan bagian-bagian yang dibangun di dalam wadah (rumah) atau piranti yang berkait- an dengan itu b. lnstrumen murni berikut sembarang alat-alat imbuhan (auxliary) seperti misalnya: tahanan kondensator atau transformator instru- men. Sebagai pengganti kata "lnstrumen' (piranti) seringkali dipakai pula kata "alat ukur" (meter). Kata piranti digunakan pula sebagai peng- indonesiaan "device'. lnstrumentasi &, Alat Ukur 1.3.3 Digital Definisi Digital: 1. 2. 3. Aksara yang melambangkan satu bilangan utuh Sembarang aksara dapat juga disebut digit Aksara yang dipakai untuk menyatukan salah satu bilangan utuh yang lebih kecil dari radiknya (bilangan dasarnya) Contoh: b) Dinotasi dasar, bagai digit Dinotasi biner, Digital salah satu aksara 0 sampai dengan 9 adalah se- aksara 0 dan 1 adalah digit : berkaitan dengan kata yang berbentuk digitdigit (secara digit) Dalam sistem digit : ,yang ditangani adalah bilangan-bilangan yang sama sekali tidak terpengaruh oleh variasi fisik, karena itu hasilnya sangatlah cermat Konversi dari isyarat analog ke isyarat digit disebut pemodulasian sandi 1.3.4 Elektronik Definisi: 1. Menyangkut piranti-piranti, kalang atau sistem yang mengguna- kan piranti elektron. 2. lstilah elektronik yang berkaitan dengan kegiatan elektron-elek- tron dan lubang-lubang (hole) di dalam piranti semi konduktor seperti dioda dan transistor 3. Elektronik: secara umum dikenakan kepada arus yang terdiri dari jumlah kecil elektron-elektron yang bergerak dalam hampa 4. Elektrik: berkaitan dengan arus elektron dalam jumlah besar dalam penghantar logam atau kawat I nstrumentasi (l nstrumentoti on) 3
5. Digital elektronik adalah piranti di git-d igit dengan menggunakan yang bekerja berdasarkan bentuk piranti elektron somScece lnstrumentasi & Alat Ukur DASAR-DASARAI-AT UKUR 2.1 PENDAIIULUAN /.-lalancangan dan pengembangan sebuah mesin atau suatu ' ll( sistem, nilai praktisnya masih dipertanyakan kecuali jika f I \operasi dan daya gunanya telah diuji. Semua operasi ini me- merlukaFfengukuran yaitu membandingkan secara kuantitatif suatu standar yang telah ditentukan sebelumnya dengan suatu besaran yang tidak diketahui. status standar pengukuran yang disepakati secara internasional untuk satuan dasar pengukuran adalah sebagai berikut: 2.1.1 Standar Panjang Pada tanggal 14 Oktober 1960, Konferensi Umum ke Sebe- las tentang Berat dan Ukuran (The Eleventh ceneral Conference on Weights and Measures) mengadopsi definisi meter (satuan panjang) yang terbaru yaitu 1650763.73 panjang gelombang di dalam ruang hampa udara dari radiasi atom Kripton yang mengalami transisi di an- tara tingkat 2p,o dan 5d.
2.1.2 Standar Massa satuan massa adalah kilogram, yang didefinisikan oleh massa The lnternational Prototype Kilogram, terbuat dari platinum-irridium dan disimpan oleh Biro lnternasional untuk Berat dan Ukuran di dekat Paris 2.1.3 Standar Waktu dan Frekuensi Di Paris, pada tanggal 13 Oktober 1967, Konferensi Umum ke Tiga Belas tentang Berat dan Ukuran (The Thirteenth ceneral Con- ference on Weights and Measures) secara resmi mengadopsi detik se- bagai Satuan Waktu lnternasional, yang didefinisikan sebagai berikut: ,,Detik adalah jangka waktu 9192631770 periode radiasi atom cesium 133 yang mengalami transisi di antara dua tingkat yang sangat kecil pada keadaan dasar". "Jam" cesium merupakan stanlar frekuensi dasar' Pendulum, garpu tala, osilator elektronik dan sebagainya dapat digunakan se- bagai standar sekunder. Frekuensi adalah jumlah pengulangan geja- lalfenomena atau satu rangkaian keiadian selama satu interval waktu tertentu (satuannya adalah Hertz) dan kebalikan dari frekuensi adalah periode. 2.1.4 Standar Suhu Pada tahun 1948 Konferensi Umum ke Sembilan tentang Berat dan Ukuran (The Ninth Ceneral Conference onWeights and Measures) menetapkan dua skala suhu internasional: pertama, Skala Kelvin Ter- modinamika (TKS : Thermodynamic Kelvin Sca/e), berdasarkan suhu yang berkaitan dengan hubungan termodinamika, dan kedua, skala Suhu Praktis lnternasional (IPTS : lnternational Practical Tempera- ture Sca/e), merupakan dasar pengukuran yang lebih umum. Sistem TKS meliputi metode magnetis, gas ultrasonik dan optis, sedangkan sistem IPTS berdasarkan suhu yang berkaitan dengan sifat-sifat fisik seperti pemuaian panas dan variasi termolistrik. Titik nol derajat (juga lnstrumentasi & Alot Ukur diberi nama celsius untuk menghormati Anders Celsius, pencipta ska- la 100 satuan antara titik uap dan titik beku air) adalah suhu di mana terjadi keseimbangan antara es murni dengan udara jenuh air murni pada tekanan atmosfer normal. Hubungan antara nilai derajat Kelvin dan Fahrenheit masing-masing adalah 273,15 dera.iat dan 32 derajat. 2.1.5 Standar listrik Sebelum tahun 1948 standar listrik didasarkan pada Ohm, Amper dan Volt 'lnternasional" yang diakui pada tahun 1893. Ohm internasional didefinisikan sebagai tahanan kolom air raksa dengan penampang melintang yang sama, mempunyai panjang 106,3 cm dan massa '14,4521 gram pada temperatur 0 derajat celsius. Amper lnternasional didefinisikan sebagai "arus konstan yang apabila melalui Iarutan perak nitrat dalam air yang sesuai dengan spesifikasi standar, dapat mengendapkan perak dengan kecepatan 0,001 1 1B gram per de- tik." Volt internasional didefinisikan sehingga sel Clark pada 15 de- rajat celsius mempunyai ggl 1 ,434 Yolt. Standar listrik internasional ini dimodifikasi menjadi sistem absolut pada tanggal 1 Januari 1948 sebagai berikut: Ohm internasional 1,00049 ohm absolut Volt internasional '1,000330 volt absolut Amper internasional : 0,99835 amper absolut 2.2 KONSEP UMUM AIITT UKUR Secara umlrm, konsep alat ukur dapat digambarkan dalam dua kategori pokok pertama operasi dan daya guna dilihat dari unsur-unsur fungsional sistem alat ukur, dan kedua, dilihat dari karakteristik statis dan dinamisnya. Unsur-unsur fungsional alat ukur atau sistem pengukuran secara umum meliputi unsur penginderaan primer, unsur pengkonversi peu- bah (variabel), unsur pengubah (manipulator), peubah unsur pengirim- Dasar-dasar Alat Ukur
an data dan unsur penyaji data dalam bentuk oleh indera manusia (Cambar 2.1) yang dapat ditanggapi Gambar 2.1. U nsur-unsur Fungsional Sistem Pengukuran Unsur pengindera primer adalah unsur pertama yang menerima energi dari medium yang diukur dan menghasilkan keluaran yang dalam batas-batas tertentu tergantung pada kuantitas yang diukur. Ti- dak diragukan bahwa alat ukur menyerap sejumlah energi dari me- dium yang diukur. Karena itu kuantitas yang diukur selalu terganggu oleh tindakan pengukuran, menyebabkan suatu pengukuran yang sempurna adalah mustahil. Unsur pengkonversi peubah, jika diperlukan, dapat menukar keluaran dari unsur pengindera primer dengan peubah yang lebih co- cok, sedangkan informasi dalam peubah sebelumnya tetap disimpan. Unsur manipulasi peubah secara spesifik menimbulkan perubah- an-perubahan nilai numerik sesuai aturan tertentu sehingga memper- tahankan sifat fisik peubah. Suatu penguat operasional elektronik dapat mengilustrasikan konsep ini, di mana dihasilkan sinyal keluaran yang mempunyai satuan sama dengan sinyal masukan tetapi dengan besaran beberapa kali dari masukan. lnformasi yang telah diolah perlu dikirimkan dan disajikan oleh unsur pengirim data dan unsur penyaji data kepada manusia untuk tu- juan pemantauan, pengendalian atau analisis. Sebagai contoh adalah sistem telementri untuk mengirimkan sinyal dari peluru kendali ke- pada peralatan di darat oleh radio mencatat informasi ini pada pita magnetis untuk analisis selanjutnya. lnstrumentasi & Alat Ukur 2.5 TKANSDUSEK AI{TIF DAN PASIF Konsep umum mengenai bagaimana fungsi-fungsi seperti yang ditunjukkan dalam cambar 2.1 dijalankan, dapat digeneralisasi de- ngan memperhatikan energinya. Jadi suatu komponen fisik dapat ber- tindak sebagai transduser aktif atau transduser pasif. satu komponen yang sebagian besar atau seluruh keluaran ener- ginya berasal dari sinyal masukan dikenal sebagai transduser pasif, sedangkan transduser aktif mempunyai sumber tenaga tambahan yang menyediakan sebagian besar energi keluaran sedangkan sinyal masukan hanya menyediakan sebagian kecil saja. Alat ukur tekanan, termometer tekanan merupakan transduser pasif. penguat elektronik, counter digital dan mekanisme servo merupakan beberapa contoh transduser aktif. 2.4 KAKAI{TERISTIK KEKJA AIIIT UKUR Pasal-pasal berikut akan membahas komponen-komponen fung- sional suatu sistem pengukuran. Masih tersisa pertanyaan penting yang belum dijawab seperti seberapa jauh ketepatan suatu alat ukur dan sistem pengukuran mampu mengukur masukan yang dikehen- daki, dan bagaimana alat ukur tersebut menolak masukan palsu. Karak- teristik efektif alat ukur secara garis besar dapat dibagi menjadi dua kelompok besar, yaitu karakteristik statis dan dinamis. secara umum karakteristik statis juga mempengaruhi kualitas pengukuran di bawah kondisi-kondisi dinamis. Dalam kenyataannya persamaan-persamaan diferensial daya guna dinamis mengabaikan pengaruh gesekan kering, gerak-balik (blacklash), histerisis, sebaran statistik dan sebagainya, walaupun persamaan-persamaan tersebut mempunyai pengaruh pada tingkah laku dinamis. Tentu saja pendekatan ini merupakan perkiraan, namun sangat berguna. Dasar-dasar Alot Ukur
2.4.1 Karakteristik Statis Dapat ditetapkan suatu kriteria daya-guna alat ukur yang mem- berikan gambaran yang bermakna mengenai kualitas pengukuran tanpa memperhatikan gambaran dinamis yang melibatkan persamaan diferensial. Dengan kata lain, karakteristik statis suatu alat ukur adalah karakteristik yang harus diperhatikan apabila alat tersebut digunakan untuk mengukur suatu kondisi yang tidak berubah karena waktu atau hanya berubah secara lambat laun. 2.4.2 Kalibrasi Kalibrasi mengacu kepada satu keadaan di mana semua masuk- an (yang dikehendaki, yang mengganggu, yang mengubah) kecuali satu masukan dipertahankan pada nilai tetap. Masukan yang dipela- jari tersebut kemudian diubah-ubah sepanjang rentang nilai konstanta yang sama, yang menyebabkan nilai keluaran berubah sepanjang ren- tang nilai konstanta tertentu. Prosedur yang sama diulangi secara ber- variasi sesuai dengan setiap masukan yang diteliti berdasarkan minat, sehingga mengembangkan satu kumpulan hubungan masukan-kelu- aran statis. Tidak mungkin melakukan kalibrasi suatu alat ukur dengan kete- patan lebih besar dari standar yang diikuti adalah suatu standar kali- brasi yang paling sedikit mempunyai ketepatan 10 kali alat ukur yang dikalibrasi. Jadi adalah amat penting bahwa orang yang melakukan kalibrasi alat ukur harus yakin bahwa standar kalibrasi mempunyai ketepatan yang memadai sebagai pembanding. Pada penggunaan yang berkesinambungan, mungkin- terjadi bahwa setelah beberapa waktu alat ukur mengalami kesalahan penye- telan menyebabkan kesalahan nilai nol. Jadi bagi semua jenis alat ukur kalibrasi angka nol dan jangka waktunya perlu dilakukan. Penting pula bagi pemakai untuk mengetahui bagaimana kalibrasi dilakukan. 10 lnstrumentasi & Alat ukur I 2.4.3 Ketelitian Ketelitian juga dikenal sebagai reproduksibilitas. Ketelitian pembacaan merupakan kecocokan antara pembacaan-pembacaan itu sendiri. Jika nilai yang sama dari peubah yang terukur, diukur bebera- pa kali dan memberikan hasil yang kurang-lebih sama, maka alat ukur tersebut dikatakan mempunyai ketelitian atau reproduksibilitas tinggi, dan juga berarti alat ukur tidak mempunyai penyimpangan. Penyim- pangan nilai alat ukur yang telah dikalibrasi disebabkan oleh berbagai faktor seperti, kontaminasi logam pada termokopel. Hal ini terjadi secara berangsur-angsur dalam satu periode waktu, dan nampaknya tidak diperhatikan. Penyimpangan ini hanya dapat diketahui melalui pemeriksaan secara berkala kalibrasi alat ukur. 2.4.4 Ketepatan Ketepatan didefinisikan sebagai tingkat perbedaan yang seke- cil-kecilnya antara nilai pengamatan dengan nilai sebenarnya. Untuk memperoleh ketepatan yang diharapkan kalibrasi alat ukur, perlu di- lakukan secara berkala dengan menggunakan standar konstan yang telah diketahui. Meskipun semua pemakai alat ukur bertujuan agar selalu mem- peroleh tingkat ketepatan setinggi mungkin, namun kesalahan relatif tetap harus diingat. Ukuran relatif suatu kesalahan biasanya dinyatakan dalam lingkup nilai sesungguhnya dari kuantitas yang diukur, sebagai prosentase. Sebagai contoh, bila termokopel digunakan untuk meng- ukur suhu api, misalnya pada 1.000.C dengan ketepatan + 5oC, maka prosentase kesalahannya adalah t-=x100:+100:+0,5% 1.000 Namun bila kesalahan + 5oC terjadi pada pengukuran suhu air men- didih pada 100oC, maka prosentase kesalahannya adalah Dasar-dosar Alot Ukur 11
t 5 x100%:tlo6 1.O Jauh lebih serius kesalahannya. 2.4.5 Kepekaan Kepekaan alat ukur secara umum mengacu kepada dua hal. Pada beberapa kasus kepekaan menyatakan perubahan terkecil nilai peubah yang diukur di mana alat ukur memberikan tangSapan semen- tara aliran pemikiran lain menganggap kepekaan sebagai ukuran pe- rubahan yang dihasilkan oleh alat ukur untuk suatu perubahan peubah yang diukur. Daerah mati (dead zone) adalah rentang nilai terbesar dari peubah yang diukur di mana alat ukur tidak memberikan tanggapan. Daerah mati biasanya terjadi karena gesekan pada alat pencatat. Juga ditemukan jenis mekanisme tertentu yang hanya dapat menunjukkan sedikit perubahan dan perubahan diskrit dari nilai peubah yang di- ukur. 2.4.6 f angkauan (Rangebility) Jangkauan (rangeabilitas) dari instrumen biasanya diartikan per- bandingan pembacaan meter maksimum ke pembacaan meter mini- mum, di mana kesalahan kurang dari harga yang dinyatakan. Dalam hal pengukuran yang mempLlnyai jarum atau pena, ketidakmampuan pemakai untuk menafsirkan perpindahan kecil dari jarum atau pena secara tepat, membatasi jangkauan. 2.4.7 Kesalahan Pengukuran Dalam melakukan pengukuran fisik, tujuan utamanya adalah memperoleh suatu nilai yang terdiri dari satuan yang dipilih dan be- sarannya, yang akan menyatakan besar kuantitas fisik yang diukur. Se- bagai contoh, dalam pengukuran tekanan, satuan yang dipilih adalah bar dan besarnya adalah 100. Jadi, 100 bar. Tingkat kegagalan dalam menspesifikasi besaran ini dilakukan secara pasti, dan ini berarti pula 12 lnstrumentasi & AIot Ukur il variasi kuantitas nilai yang dinyatakan dari nilai sebenarnya, meru- pakan kesalahan pengukuran. Kesalahan ini muncul dalam sistem pengukuran itu sendiri dan dari standar yang digunakan untuk kalibrasi sistem tersebut. Sebagai tambahan untuk kesalahan yang dihasilkan dari kalibrasi sistem peng- ukuran yang salah, ada sejumlah sumber kesalahan yang perlu diperik- sa. Sumber kesalahan ini meliputi (1)derau (noise), (2)waktu tanggap (response time), (3) keterbatasan rancangan (design limitation), (4) pertambahan atau kehilangan energi karena interaksi, (5) transmisi, (5) keausan atau kerusakan sistem pengukuran, (7) pengaruh ruangan terhadap sistem, (B) kesalahan penafsiran oleh pengamat. Untuk ba- hasan terinci mengenai karakteristik ini pembaca disarankan untuk menelusuri rujukan. Dalam memperkirakan besar ketidakpastian atau kesalahan dalam menetapkan nilai kuantitas sebagai hasil pengukuran, harus dibedakan antara dua golongan kesalahan: sistematis dan acak. Ke- salahan sistematis adalah kesalahan yang secara konsisten terulang apabila dilakukan pengulangan percobaan. Kesalahan kal ibrasi sistem pengukuran atau suatu perubahan dalam sistem yang menyebabkan penunjuk menyimpang secara konsisten dari nilai kalibrasi merupakan kesalahan jenis ini. 2.4.8 Karakteristik Dinamis Karakteristik dinamis suatu alat ukur adalah fungsi waktu. Hubungan masukan-keluaran dinyatakan dalam bentuk persamaan diferensial. Karakteristik utama adalah kecepatan dalam tanggapan dan kecermatan. Kecepatan tanggapan (respons) adalah kecepatan alat ukur dalam memberi tanggapan terhadap perubahan kuantitas yang diukur. Keterlambatan dalam pengukuran yang berkaitan dengan kecepatan tanggapan adalah perlambatan atau penundaan tanggapan suatu alat ukur terhadap perubahan kuantitas yang diukur. Perlambatan demiki- Dasar-dasor Alat Ukur 13
an merupakan karakteristik yang tidak dikehendaki. Kecermatan adalah tingkat yang memberi gambar apakah alat ukur menunjukkan perubahan peubah yang diukur tanpa kesalahan dinamis. Kesalahan dinamis adalah perbedaan antara kuantitas nilai sebenarnya yang berubah menurut waktu, dan nilai yang ditunjukkan alat ukur jika di- asumsikan tidak ada kesalahan statis. Waktu mati (Dead Time) yan8 berkaitan dengan tipe retardasi dalam pengukuran kesenjangan hanya mengubah tanggapan alat ukur sepanjang skala waktu dan menyebab- kan kesalahan dinamis. Secara umum, kesenjangan pengukuran jenis ini sangat kecil dan dapat dinyatakan dalam sepersekian detik- waktu mati disebabkan oleh daerah mati (dead zone) dalam alat ukur dan oleh gesekan awal atau pengaruh yang serupa' Karakteristik dinamis dari sistem pengukuran tebih baik diba- has dehgan mengembangkan suatu model matematika yang berlaku umum yang mencakup hal-hal penting berkenaan dengan karakteris- tik hubungan dinamis antara masukan-keluaran. Model matematika yang digunakan paling luas untuk mempelajari tanggapan dinamis sistem pengukuran adalah persamaan diferensial linear biasa dengan koefisien-koefisien tetapan yang dapat dirumuskan sebagai berikut. ^ dnuo dn-'e. ," ;f*?n-r 17;f + "' + ar d Eeo + aoeo .dt,dt-l b,n fu", + b'-t 6g,-, "' dr- + "' + b111e1 + Doel di mana eo : keluaran er : maSukan dan a dan b adalah tetapan-tetapan yanS berkaitan dengan kombinasi parameter-parameter fisi k sistem' persamaan umum di atas dapat diselesaikan baik dengan meng- gunakan teori operator,D, yang klasik atau menSgunakan transformasi Laplace. 14 lnstrumentosi & Alot Ukur I Marilah kita definisikan operator diferensial sebagai berikut: D: d dt Persamaan umum menjadi (anDn + an-1Dn-1 + ... + a1D + ao)eo : (b.D, + b,_,D,-l + ... + b,D + b.)e, Dengan menggunakan metode operator 'D' penyelesaian eo secara lengkap diperoleh dalam dua bagian yang terpisah sebagai Eo:e^-+e oLF opr di mana eocr : bagian penyelesaian fungsi pelengkap eoo' : bagian penyelesaian integral tertentu PenyelesaiaD eocr mempunyai n tetapan sembarang; eoo, tidak memiliki tetapan. Tetapan sembarang n ini dapat dievaluasi secara nu- merik dengan menentukan n kondisi awal pada persamaan umum. Penyelesaian eo., diperoleh dengan menghitung n akar persamaan al- jabar karakteristik. anDn + ?n-' Dn-t + ... + arD + ?o : 0 Bila akar r1, r2, r7,... r, telah diperoleh maka penyelesaian fungsi pelengkap dapat ditulis dengan bantuan beberapa hukum yang telah cukup dikenal (lihatlah buku-buku persamaan diferensial). Bagian penyelesaian integral teftentu dapat dikerjakan menggu- nakan metode koefisien tak ditetapkan sehingga diperoleh penyele- saiannya. Jika metode tersebut dapat diterapkan, penyelesaian eopi ditulis sebagai berikut: eoPi : Af (t) +bf'(t) + cf" (l) + ..... Di mana sisi kanan persamaan meliputi satu istilah untuk tiap bentuk yang berbeda secara fungsional yang diperoleh dengan meng- hitung f (t) dan semua turuannya. Tetapan A, B, C dan seterusnya juga dapat dihitung tanpa banyak kesulitan. Dosar-dosar Alat Ukur 15
Ada cara lain yang disederhanakan untuk menemukan penye- lesaian persamaan diferensial biasa yang bersifat umum di atas. Per- bandingan keluaran dengan masukan dinyatakan dengan fungsi pin- dah operasional seperti terlihat di bawah ini: lq(D) = e1 anDn + dn-rDn-l +... + arD + bo :K Gambar 2.2. Fungsi Pindah Operasional Umum Fungsi transfer (fungsi pindah) sangat berguna dalam menggam- barkan karakteristik dinamis sistem dengan simbol yaitu menggunakan diagqam blok. Misalkan satu sistern terdiri dari empat subsatua,n yang mempunyai fungsi pindah K,, K2, K, dan Ko. Seluruh fungsi pindah dari sistem adalah "o -*,xKrxKrxKo:Ku €1 (seperti terlihat pada Cambar 2.3) €o : K*t Gambar 2.3. Fungsi Pindah Keseluruhan €o:€rXKu Walaupun demikian transformasi Laplace fungsi pindah umum dari persamaan diferensial umum biasa seperti di atas dapat diperoleh de' ngan mengganti "D'dengan "S' 16 lnstrumentasi & Alat Ukur T e o ,",, _ bn.'S* + br-tS'-l +... + brS + bo el ansn + ?n_rSn-l +... + arS + b,, Di mana S adalah peubah kompleks transformasi Laplace. Dalam kasus masukan sinusoidal, karena frekuensi sama, maka hubungan an- tara gelombang sinus masukan dan keluaran dispesifikasi sepenuhnya dengan memberikan nilai perbandingan amplitudo dan perubahan fase kedua kuantitas ini berubah bila frekuensi ro berubah. Fungsi pin- dah sinusoida satu sistem diperoleh dengan mengganti D dan i ro di manapun ia muncul pada fungsi pindah operasional. a : :q(i<o) e.r _ b-(iro)' + b,,-,(iot)--1 +...b.,(iro)+ bo ar(iol)' + an-r(ico)'-l +... + a,(ior)+ ao Di mana i- o fi frekuensi, rad/waktu Untuk setiap frekuensi o persamaan di atas memperlihatkan bahwa 5(ir) merupakan bilangan kompleks yang dapat dinyatakan dalam e1 bentuk polar M/$ yang menspesifikasi variasi amplitudo dan perubah- an fase pada setiap waktu. 2.4.9 Alat Ukur Urutan Nol Alat ukur atau sistem apapun yang mengasumsikan bahwa kecu- ali ao dan bo semua nilai a dan b persamaan diferensial umum Iinear, sama dengan nol disebut alat ukur urutan nol. Sehingga persamaan umum menjadi persamaan aljabar sederhana. aoeo : boe, Sebenarnya tidak diperlukan dua tetapan ao dan bo, dan dengan demikian kepekaan statis atau keadaan mantap didefinisikan sebagai berikut (" rrtLi;-j Dasar-dasar Alat Ukur i'trlrn pr;pr"sr- L l+ll dan f(',''r';'cn j, I
eo: ber =Ker ao di mana K - bo : Kepekaan statis ao Karena persamaan eo : Ke, merupakan persamaan aljabar, maka tidak boleh tidak, e, dapat berubah menurut waktu dan keluaran alat ukur mengikuti secara sempurna tanpa penyimpangan atau kesenjang- an waktu. Jadi alat ukur urutan nol memperlihatkan penampilan dina- mis yang ideal atau sempurna. Potensiometer pengukur perpindahan merupakan satu contoh praktis. Namun bila orang memeriksa sistem ini secara kritis ternyata ia bukan benar-benar alat ukur urutan nol. 2.4.10 Alat Ukur Urutan Pertama Alat ukur yang mengikuti persamaan sederhana model matema- tika kecuali a,, ao dan bo. argoScece 18 lnstrumentasi & Alat Ukur I TEKNIK PENGUKURAN 8.1 PENDAIIULUAN engukuran dalam arti yang luas adalah: membandingkan suatu besaran dengan besaran standar. Besaran standar tersebut harus memenuhi syarat-syarat se. bagai berikut: Dapat didefinisikan secara fisik Jelas dan tidak berubah dengan waktu Dapat digunakan sebagai pembanding, di mana saja di dunia ini Satuan dari besaran standar untuk setiap pengukuran dapat merupakan salah satu atau gabungan dari satuan-satuan dasar. Dalam sistem satuan yang telah disepakati secara internasional (Sl Units, lnternational System of lJnits, [e Systeme lnternationa/ d'Unites) dike- nal tujuh satuan dasar, setiap satuan dasar mempunyai satuan standar dengan simbol yang biasa digunakan untuk menandainya sebagai- mana yang diperlihatkan pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1.Satuan Dasar Dari Sl Besaran dasar Nama satuan dasar Simbol Panjang Massa Waktu Arus listrik Temperatur termodinamika Jumlah zat lntensitas cahaya Meter (meter) Kilogram (kilogram) Detik (second) Amper (ampere) Kwlvin (kelvin) Mol (mole) Lilin (candela) m kg S A K mol cd Satuan tambahan Sudut bidang Sudut ruang Radial (radial) Steradial (steradian) rad *) ST +) satu derajat adalah sama dengan : _r rad Semua satuan standar dari setiap pengukuran yang bukan me- rupakan satuan dasar tersebut di atas adalah merupakan turunan (gabungan) dari beberapa satuan dasar, beberapa contoh adalah se- perti Tabel 3.2. Tabel 3.2. Contoh satuan turunan Besaran Nama satuan standar Simbol Luas bidang Volume (isi) Kecepatan Percepatan Gaya Tekanan Energi, (kerja) Daya Potensial listrik Tahanan listrik meter persegi meter kubik meter per detik meter per kuadrat detik newton pascal joule watt volt ohm m2 m3 m/s m/s2 N, kg.m/s2 Pa, N/m2, kg (m.s2) J, Nm, kg.m2/s2' W, J/s, kg.m2/s2 V,W/A, kg.m'zl(s3.A) {r,V/A, kg.m2l(s3.A2) Beberapa nama awalan biasanya digunakan untuk membentuk hasil kali dengan bilangan dasar sepuluh bagi nama-nama satuan stan- dar di atas adalah seperti Tabel 3.3. 20 lnstrumentasi &. Alat Ukur T Untuk pengukuran geometris maka besaran dasar yang diguna- kan adalah jelas, yaitu besaran panjang dengan satuan panjang yang diberi nama dengan meter (m) serta satuan tambahan yaitu sudut bi- dang dengan nama derajat (") atau radial (rad). setelah mengalami perubahan-perubahan dalam mendefinisi- kan meter, maka akhirnya saat ini telah disepakati secara internasional bahwa yang disebut dengan satu meter adalah: - Panjang yang sama dengan 1650763,73 kali panjang gelombang dalam ruang hampa dari radiasi (sinar) yang timbul akibat perubah- an tingkatan energi antara 2p,o dan 5d, dari atom Kripton 86. Definisi mengalami satu meter yang seteliti ini dibuat dengan maksud untuk menrenuhi syarat-syarat penentuan besaran standar un- tuk pengukuran sebagaimana yang dibicarakan pada permulaan dari bab ini. Tabe! 3.3. Nama awalan untuk membentuk hasil ka,li dengan bilang- an dasar sepuluh bagi satuan standar (fraksi satuan standar) Faktor Pengali 'l 018 1015 1012 10e 106 '103 102 101 't 0-1 10'2 10r 10-6 10-e 10-r 'l 0-1s 10-18 Nama awalan eksa (exa) peta (peta) tera (tera) giga (giga) mega (mega) kilo (kilo) hekto (hecto) deka (deca) desi (deci) senti (centi) mili (milli) mikro (micro) nano (nano) piko (pico) femto (femto) ato (atto) Simbol E P T C M k h da d C m p n p f a Contoh 1kg:1039 1 MW : 1O6W 1 cm : l0-2m 1mm:10rm l pm: 10-6m Teknik Pengukuran 21
I I dan alat untuk mengukur. Banyak alat ukur-alat ukur modern yang diperkenalkan orang dengan konstruksinya yang telah diperbaharui ataupun yang memakai prinsip kerja yang baru (elektronik). Jenis alat ukur yang dikenal di dalam Metrologi lndustri ini beraneka ragam, mulai dariyang khusus dibuat untuk suatu macam pengukuran sampai jenis yang lebih umum pemakaiannya. Dengan hanya memandang definisi pengukuran dan definisi me- ter ini, maka kelihatannya adalah mustahil untuk melakukan pengukur- an atas dimensi suatu produk. Memang dalam prakteknya pengukur- an tidak dilakukan dengan secara langsung membandingkan dengan standar meter, melainkan digunakan alat pembanding yaitu alat ukur. Pada bermacam-macam jenis alat ukur akan kita temukan skala ukur- an. Skala tersebut menunjukkan satuan panjang yang berupa bagian dari meter, dapat merupakan milimeter ataupun mikrometer. Berdasar- kan skala ini maka kita dapat membaca berapa panjang atau dimensi dari suatu objek ukur (bagian dari benda ukur). Tentu saja prinsip kerja dari alat ukur harus direncanakan sedemikian rupa sehingga ada yang ditunjukkan pada skala ukuran adalah sesuai dengan apa yang diukur. Dengan demikian untuk memastikan bahwa harga yang ditunjukkan oleh alat ukur tidak menyimpang dari satuan standar panjang maka harus dilakukan kalibrasi. Bab ketiga dari buku ini dapat dianggap sebagai pengantar me- ngenai ilmu metrologi industri, di mana akan kita bahas antara lain mengenai: Jenis dan cara pengukuran, termasuk di dalamnya pembahasan mengenai klasifikasi umum dari alat ukur Konstruksi umum dari alat ukur, yaitu mengenai komponen-kom- ponen utama yang membentuk alat ukur (prinsip kerja alat ukur secara umum) Sifat-sifat dari alat ukur (beberapa definisi istilah yang penting dari sifat-sifat alat ukur) Penyimpangan yang terjadi sewaktu proses pengukuran, definisi mengenai ketelitian dan ketepatan, sumber-sumber yang meng- akibatkan penyimpangan di dalam proses pengukuran Analisa hasil pengukuran dengan metoda statistik, untuk meng- analisa data hasil pengukuran sehingga mempunyai arti yang jelas atau dengan kata lain bagaimana cara mengolah data pengukuran sehingga kita dapat memperoleh informasi yang dianggap pating baik Untuk mengkalibrasikan alat ukur biasanya digunakan blok ukur tgauge block/slip gauge) yaitu balok segi empat, umumnya dibuat dari baja karbon tinggi, baja paduan atau karbida, di mana jarak antara dua sisinya telah diketahui. Dengan menyusun bermacam-macam blok ukur dari bermacam-macam ukuran maka praktis dapat dibuat ukuran panjang sebagaimana yang dikehendaki. Selanjutnya balok ukur blok ukur tersebut dapat dikalibrasi dengan memakai prinsip interferome- ter yang menggunakan sinar secara langsung sebagai standar panjang. Panjang gelombang dari beberapa sinar yang dipakai dapat ditentukan secara fisik (dengan menggunakan spektrometer) sehingga diketahui hubungan-hubungannya dengan standar meter seperti yang didefinisi- kan di atas. Pembahasan yang lebih terperinci mengenai alat ukur akan di- berikan pada bab berikutnya, yaitu mengenai alat ukur-alat ukur yang umum digunakan oleh operator-operator mesin serta alat ukur-alat ukur yang biasanya dipunyai oleh suatu Laboratorium Metrorogi tn- dustri. Prinsip pengukuran yang diterangkan di atas ini adalah meru- pakan bagian dari ilmu yang dikenal dengan Metrologi lndustri. Se- jajar dengan ilmu-ilmu teknik lainnya maka Metrologi lndustri ini berkembang menuju penyempurnaan. Semakin maju teknologi pem- buatan suatu produk menuntut ketelitian dan kepercayaan atas cara Teknik Pengukuran lnstrumentasi & Alot Ukur 23 22
5.2 JENIS DAN CARA PDNGUKURAN Pengukuran geometris adalah mencakup ketiga aspek dari geometris yaitu ukuran, bentuk dan kekasaran permukaan. Lebih ter- perinci lagi maka jenis pengukuran dapat dibedakan sebagai berikut: 'l . Linear 2. Sudut atau kemiringan 3. Kedataran 4. Profil 5. Ulir 6. Roda gigi 7. Penyetelan posisi B. Kekasaran permukaan Dari bermacam-macam ienis pengukuran tersebut di atas han- ya pengukuran linear yang paling banyak dipakai. Macam-macam masalah pengukuran dapat dipecahkan dengan menggunakan peng- ukuran linear, misalnya pengukuran dimensi dengan toleransinya dan juga penentuan kesalahan bentuk. Untuk melaksanakan jenis-jenis pengukuran ini maka dibuat bermacam-macam alat ukur masing-ma- sing dengan cara pemakaian yang tertentu. Berdasarkan sifat dari alat ukur maka dikenal 5 macam alat ukur yaitu: 1. Alat ukur langsung, yang mempunyai skala ukur yang telah dika- librasi. Hasil pengukuran dapat langsung dibaca pada skala terse- but. 2. Alat ukur pembanding, yang mempunyai skala ukur yang telah dikalibrasi. Karena daerah skala ukurnya terbatas, alat ini hanya digunakan sebagai pembacaan besarnya selisih suatu dimensi ter- hadap ukuran standar. 3. Alat ukur standar, yang mampu memberikan atau menunjukkan suatu harga ukuran tertentu. Digunakan bersama-sama dengan 24 lnstrumentasi &. Alat Ukur il alat ukur pembanding untuk menentukan dimensi suatu obyek ukur. 4. AIat ukur pembatas (kaliber), yang mampu menunjukkan apakah suatu dimensi terletak di dalam atau di luar daerah toleransi ukur- an 5. Alat ukur bantu, bukan merupakan alat ukur dalam arti yang se- sungguhnya akan tetapi peranannya adalah penting sekali dalam melaksanakan suatu pengukuran. Hasil pengukuran yang paling baik dapat dicapai dengan me- milih alat ukur dan cara pengukuran yang tepat tergantung dari kon- disi benda ukur dan ketentuan hasil yang diinginkan. Beberapa cara pengukuran adalah sebagai berikut: 1. Pengukuran langsung 2" Pengukuran tak langsung 3. Pengukuran dengan kaliber batas dan 4. Pengukuran dengan cara mengandungkan dengan bentuk stan- dar 3.2.1 Pengukuran Langsung Adalah pengukuran dengan menggunakan alat ukur yang mana hasil pengukuran dapat langsung dibaca pada skala yang telah dika- librasi yang terdapat pada alat ukur tersebut (alat ukur standar). Con- tohnya adalah mengukur panjang dengan mikrometer, lihat Cambar 3.1a. 3.2.2 Pengukuran Tak Langsung Adalah pengukuran yang dilaksanakan dengan memakai alat ukur-alat ukur dari .ienis pembanding, standar dan pembantu. Perbe- daan harga yang ditunjukkan oleh skala alat ukur pembanding sewak- tu mengukur obyek ukur dan ukuran standar (pada alat ukur standar) dapat digunakan untuk menentukan dimensi dari obyek ukur. Contoh pengukuran semacam ini ditunjukkan pada Cambar 3.'lb. Teknik Pengukuran 25
3.2.3 Pengukuran dengan Kaliber Batas Adalah pengukuran yang tidak menentukan ukuran suatu di- mensi dengan pasti, melainkan hanya menunjukkan apakah dimensi tersebut terletak di dalam atau di luar daerah toleransi ukuran. Di- mensi yang terletak di dalam daerah toleransi berarti dianggap baik, sedang dimensi yang terletak di luar daerah toleransi adalah jelek. Produk dengan dimensi jelek mungkin masih dapat diperbaiki dengan membuang kelebihan material atau sama sekali harus dibuang (tak dapat diperbaiki). Cara pengukuran seperti ini dimaksudkan untuk mempercepat pemeriksaan atas produk yang dibuat dalarn jumlah be' sar, dan alat ukur yang digunakan adalah dari jenis kaliber (go & not go gauges),lihat Cambar 3.1c. 3.2.4 Perbandingan dengan Bentuk Standar Bentuk suatu produk dapat dibandingkan dengan suatu bentuk standar pada layar dari alat ukur proyeksi. Ketepatan bentuk suatu ko' nis dapat diperiksa dengan menggunakan Morse Konis. Jadi pada prin- sipnya pengukuran seperti ini tidaklah menentukan dimensi ataupun toleransi suatu benda ukur secara langsung, lihat Gambar 3'1d' Alat ukur dapat pula diklasifikasikan menurut prinsip kerlanya yaitu: 1. Mekanis 2. Elektris 3. OPtis 4. Hidrolis 5. Pneumatis atau Aerodinamis Sebetulnya dalam banyak hal sulit bagi kita untuk mengklasifi- kasikan alat ukur berdasarkan prinsip kerja seperti di atas, karena be- berapa jenis alat ukur menggunakan kombinasi dari cara-cara kerja tersebut. Dalam paragraf berikut akan kita bahas bagian-bagian yang penting dari alat ukur secara umum. 26 lnstrumentasi & Alat Ukur H (al Prntrukurun recaru lairgnrng (dangan mlkromcerl, (cl Fengukuran dmgan krtibar b.ui (dsQoan krlbor porol untuk rncnto- rlkra tolerand lubrnel. {dt Fifbadllle.n d.rngan b.ntuk d.n. dar lmrmcrlks bontuk dcnO.n pro- fllc proycktorl. lbl Pcngukurrn tsk lrngall.f Uonenn alat rikur rtrnd.r (rl, rht ukur prmbttdlrq {bl,.lrt ukur b.fitu lcl,rolblh Ldsngan M dlukr ol.h kompaatorl. Gambar 3.1 Beberapa contoh cara pengukuran Teknik Pengukuran 27
5.3 KONSTKUI(SI UMUM DAKI AII(T UKUK Mungkin alat ukur yang paling sederhana yang dikenal semua orang adalah mistar yang mempunyai garis-garis skala ukuran. Kedua ujung dari benda ukur berfungsi sebagai penunjuk pada skala ukur- an sehingga kita dapat membaca dan mengetahui panjang dari benda ukur. Untuk beberapa hal tertentu di mana kecermatan tidak begitu penting, maka mistar ini dapat digunakan. Akan tetapi apabila bentuk dari obyek ukur adalah sedemikian rupa sehingga sulit untuk memakai mistar ukur, misalnya untuk mengukur diameter dari tengah-tengah poros, atau jika diinginkan kecermatan yang tinggi, maka harus di- gunakan alat ukur dari jenis yang lain. Memang masalah pengukuran geometris ini dalam banyak hal tidaklah semudah mengukur suatu panjang benda ukur dengan mistar seperti contoh di atas, masalah pengukuran pada umumnya memerlukan beraneka ragam alat ukur masing-masing dengan cara kerja yang berlainan. Bagaimanakah suatu alat ukur tersebut dapat berfungsi ? Yang membedakan suatu alat ukur dengan alat ukur yang lain adalah konstruksinya, atau dengan kata lain cara berfungsinya alat ukur tersebut. Untuk memahami cara kerja alat ukur mungkin akan lebih jelas kalau kita terangkan melalui ketiga komponen utama yang membentuk suatu alat ukur yaitu sensor, pengubah dan penunjuk/ pencatat. 3.3.1 Sensor Sensor adalah "peraba" dari alat ukur, yaitu yang menghubung- kan alat ukurdengan benda ukur. Ujung-ujung kontakdari mikrometer, kedua lengan dari mistar ingsut (vernier caliper), jarum dari alat ukur kekasaran permukaan adalah merupakan contoh dari sensor mekanis. Sistem lensa (obyektiO adalah merupakan sensor dari alat ukur optis. suatu poros dengan lubang-lubang kecil melalui mana udara tekan mengalir keluar adalah suatu contoh dari sensor pneumatis. 28 lnstrumentasi & Alat Ukur ! 3.3.2 Pengubah Pengubah adalah bagian yang terpenting dari alat ukur, melalui mana isyarat dari sensor diteruskan, diubah atau diolah terlebih da- hulu sebelum diteruskan ke bagian lain dari alat ukur (bagian penun- .iuk). Pada bagian inilah diterapkan bermacam-macam prinsip kerja, mulai clari prinsip kinematis, optis, elektris, pneumatis sampai pada sistem gabungan, yang kesemuanya ini pada dasarnya adalah bertu- juan untuk memperbesar dan memperjelas perbedaan yang kecil dari geometri suatu obyek ukur. 3.3.2.1 Pengubah Mekanis Prinsip kerja dari pengubah alat ukur mekanis semata-mata ber- dasarkan prinsip kinematis yang meneruskan serta mengubah gerakan (biasanya gerakan translasi) menjadi gerakan lain (biasanya gerakan ro- tasi) yang relatif lebih besar perubahannya. contohnya adalah sistem roda gigi dan batang bergigi dari jam ukur (dial indicatorl serta sistem ulir dari mikrometer, lihat Cambar 3.2. dlid.r tll&Ur. ii're \ iti '/- |!dr \ -. dst l;- .lmt r lm u&ut n&ro0ralar Gambar 3.2. Prinsip pengubah kinematis dari jam ukur dan mikrometer Beberapa alat uku r pemband i n E @ i al com parator) yang menggu- nakan prinsip pengubah gerakan secara mekanis dengan perencanaan yang istimewa yaitu bila ditinjau dari cara kerjanya yang sederhana Teknik Pengukuran z9
tetapi menghasilkan perubahan gerakan yang cukup besar. Contoh dari cara kerja mekanis yang istimewa ini adalah peubah gerakan dari Eden-Rolt "milionth" comparator, .lohansson Mikrokator dan Sigma Comparator. Perubah mekanis dari Eden Rolt comparator menggunakan dua buah blok yang diikat dengan pelat tipis seperti yang ditunjukkan pada Cambar 3.3. Blok ukur yang akan dikalibrasi apabila diletakkan di antara landasan tetap dengan kontak pengukur (sensor mekanis) akan mengakibatkan gerakan translasi dari blok M relatif terhadap blok yang diam F. karena kedua blok ini pada ujung yang lain masing-ma- sing mempunyai pelat yang tipis yang disatukan pada suatu batang penunjuk, maka akan terjadi lenturan pada batang penunjuk (yang sebelumnya posisinya adalah lurus). Perubahan posisi batang penun- juk ini dapat diamati dengan menggunakan sistem optis yang mem- perlihatkan suatu bayangan garis penunjuk yang bergerak pada skala yang diam. Pembesaran pengubah mekanis adalah 4000 x, bagian pengubah optis 50 x, jadi pembesaran adalah 20.000 x. blotlIrOfi Cdrgfr a -**. Gambar 3.3. Sistem pengubah mekanis dari Eden-Rolt "milionth" comparator Bagian pengubah dari alat ukur pembanding Johanson Mikroka- tor mempunyai pelat tipis dengan jarum penunjuk (yang sangat ringan) lnstrumentasi & Alat Ukur T ditempelken di tengahtengahnya. Mulai dari bagian tengah ini pelat tipis tersebut secara pemanen dipuntir dalam arah yang berlawanan sehingga membentuk spiral kiri dan spiral kanan, lihat Cambar 3.4. Salah satu ujung pelat yang terpilih dipasang tetap pada batang peng- atur, sedang ujung yang lain dipasangkan pada lengan sualu penyiku (dari pegas baja) di mana lengan yang lainnya dihubungkan dengan poros pengukur. Apabila poros pengukur ini bergerak naik ataupun tu- run, sesuai dengan perubahan dimensi dari obyek ukur, maka penyiku akan berubah bentuknya sehingga mengakibatkan pelat yang terpilih (spiral) mengalami perubahan panjang. Karena perubahan panjang maka spiral ini akan menjadi lebih terpilin atau kurang terpilin dengan demikian jarum yang terpasang di tengah-tengahnya akan bergerak sesuai dengan perubahan panjang. Segi lain yang menarik dari alat ini adalah cara pemasangan poros pada rumah dari alat ukur, di sini digunakan cincin pegas dengan maksud untuk menghindari gesekan. Pembesaran dari alat ini dapat sampai 5000x. bdd mcar gtl lvr.n n ra.rtErr. - | . p.|lite $t llr.drf.tfrilrjl * . l-.. totd 10,06 ml a . &it hpofttri. m/ I l*ou".,t r.,ro.* Gambar 3.4. Konstruksi dari pengubah alat ukur pembanding lohansson Mikrokator Teknik Pengukuron 31
T Contoh alat ukur pembanding dengan prinsip pengubah me- kanis dari jenis yang lain adalah buatan pabrik instrumen Sigma. Peng- ubah dari Sigma Comparator ini menggunakan "engsel" yang bebas gesekan, yaitu terdiri dari dua blok yang disatukan dengan tiga pelat tipis yang saling menyilang, lihat Cambar 3.5. Apabila pada salah satu blok (yang bebas bergerak) diberi suatu beban maka blok ini akan ter- putar relatif terhadap blok yang diam, persis seperti gerakan pada eng- sel. Lengan yang berbentuk akan memperbesar gerakan serta memu- tar silinder dari batang penunjuk dengan perantaraan pita dari logam. penekan yang berujung runcing dapat diatur jaraknya terhadap sumbu engsel dengan cara mengencangkan salah satu baut dan mengendor- kan baut yang lain yang keduanya terpasang pada poros pengukur' Karena gerakan dari poros pengukur ini relatif kecil maka pemasan- gannya pada rumah alat ukur dapat dilaksanakan dengan memakai di- afragma, dengan demikian gesekan yang merugikan dapat dihindari. mekanis biasanya berupa batang kinematis yang berfungsi untuk mem- perbesar perubahan gerakan dari silinder pengukur menurut perban- dingan jarak antara kedua ujung batang terhadap engselnya. pengubah mekanis ini akan menyebabkan perubahan kemiringannya suatu kaca yang berfungsi sebagai pemantul berkas cahaya dari pengubah optis. Dalam hal ini pengubah optis sesungguhnya merupakan sistem pem- bentuk bayangan yang berupa garis yang diproyeksikan pada layar dari gelas yang diasah serta diberi skala ukuran. Apabila perbandingan jarak antara kedua ujung batang kinematis terhadap engselnya adalah 2:1, sedang perbandingan jari-jari skala dengan jarak antara engsel dan ujung dari kaca pemantul adalah 50:1, maka pembesaran total dari alat ukur adalah: - Pembesaranmekanis : 1x2Ox1 : - Pembesaran optis : 50 x 2 - Pembesaran total 20 satuan : 100 satuan : 20 x 100 : 2000 satuan Faktor pembesaran sebesar 2 dari sistem optis ini adalah ber- asaldari pengaruh perubahan kemiringan kaca pemantul, seperti yang dijelaskan ada Cambar 3.6. Gambar 3.5. Skematis prinsip pengubah dari sigma Comparator porubdtan trrh bcrklr cahayr. - zti+6t-N rilindcr p.ngukur 3.3.2.2. Pengubah Mekanis OPtis menggunakan prinsiP kerja pengubah optis. Pengubah Beberapa alat ukur Pembanding Cambar 3.6. Prinsip kerja dari alat ukur mekanis optis gabungan yaitu pengubah mekanis dan lnstrumentasi & Alat Ukur Teknik Pengukuran 32 33
3.3.2.3 Pengubah Elektris Pengubah yang memakai prinsip kerja elektris berfungsi untuk mengubah isyarat perubahan sebesar non elektris (misalnya perubah- an panjang), baik yang berasal langsung dari sensor ataupun yang telah melalui pengubah primer (biasanya pengubah mekanis), menjadi isyarat perubahan besaran elektris. Perubahan berasal elektris (arus atau tegangan listrik) dapat diolah dan diperbesar dengan memakai prinsip elektronik sehingga dapat diketahui hubungan antara isyarat mula dengan isyarat akhir yang diukur dan ditunjukkan pada skala dari alat ukur. Dua contoh yang akan kita bahas adalah pengubah dengan prinsip kapasitor dan transformator. ponoubarr k$adtlp pelut kapacltor vo - I vc,9n-r o Kr. I K Gambar 3.7. Pengubah kapasitif dengan skema penguat operasional 34 lnstrumentasi &. Alat Ukur Kapasitor dapat terbentuk apabila dua buah pelat metal (dengan luas yang sama) didekatkan sampai sejarak l. Besarnya kapasitas un- tuk mengumpulkan muatan listrik dari kapasitor ini adalah berbanding terbalik dengan jarak l, artinya semakin jauh jarak antara dua pelat kapasitasnya akan menurun atau semakin dekat jaraknya maka kapa- sitasnya makin naik, dengan demikian dapat kita katakan bahwa pelat kapasitor ini adalah sensitif terhadap perubahan jarak. Suatu sirkuit elektronis dapat direncanakan untuk mengetahui besarnya perubahan kapasitas dari kapasitor, salah satu cara yang umum dipakai adalah dengan penguat operasional dengan skema seperti Cambar 3.7.Te- gangan keluar Vo (output) dalam hal ini adalah sesuai dengan jarak (l) dikalikan dengan faktor penguat (K,). Pengubah dari jenis Transformator Beda Linier (Linear Variable Differential Transformer, LVDT) bekerja dengan prinsip transforma- tor yaitu timbulnya tegangan imbas pada kumparan sekunder akibat adanya tegangan listrik pada kumparan primer. Tegangan imbas pada kedua kumparan sekunder akan sama besarnya apabila kedudukan inti (core), yaitu suatu batang dari metal, adalah tepat di tengah-tengah, li- hat Cambar 3.8. Apabila letak inti bergeser dari posisi semula (posisi nol) maka tegangan imbas pada salah satu kumparan sekunder akan menurun, sedang tegangan imbas pada kumparan sekunder yang lain akan naik sebanding dengan perubahan jarak pergeseran inti, yaitu seperti rumus berikut (hanya berlaku pada daerah linier): Vr:v.,ru *9v-,,,,.A1 2 mura v -v .-"v C 2 mula 2 ..Al muta Apabila kedua kumparan sekunder ini dihubungkan secara seri, maka tegangan keluar akan sama dengan: Vo : V, - V2 -- CV.,h. Al Di mana C adalah konstanta yang tergantung dari konstruksi alat ini. Teknik Pengukuran 35
q garis-garisnya sedikit miring, maka akan terlihat beberapa pita gelap dan terang yang saling bergantian pada posisi tegak lurus garis-garis yang sejajar. Pita-pita gelap dan terang ini disebut dengan nama pita- pita Moire (Moire Fringes) yang lebarnya tergantung dari jarak antara dua garis dan kemiringan antara kedua pelat. Jika pelat yang panjang bergerak relatif terhadap pelat yang pendek maka pita-pita Moire akan bergerak dalam arah tegak lurus arah gerakan pelat, dengan demikian empat buah photosel yang disusun di belakang kedua pelat akan me. nerima cahaya, dari sumber cahaya yang dipasang di depan kedua pelat, dengan intensitas yang bergantian antara kuat dan lemah, rihat Cambar 3.9. HubungEn rcri : Ko K1 Kurnprnn il rskunder, Kt primer, Ks rckundrr, K1 =l ffMffiUffi IIIIIMIMfl mula ci Z. garir Gambar 3.8. Linear Variable Differential Transformer, LVDT c$ r garls 3.3.2.4 Pengubah Optis-EIektris ]flflililWtfiffit[l Photosel adalah merupakan komponen yang banyak digunakan pada alat ukur dengan optis-elektris. Apabila intensitas cahaya yang diterima oleh photosel berubah, maka arus listrik pada sirkuit elektro- nis, di mana photosel ini termasuk sebagai salah satu komponennya, juga akan berubah. Konstruksi dari pengubah alat ukur direncanakan sedemikian rupa sehingga suatu perubahan jarak (panjang) akan meng- akibatkan perubahan cahaya yang diterima oleh photosel. Q !( garlr Gambar 3.9. Pita-pita Moire dengan susunan photosel yang mampu membedakan perubahan iarak Salah satu cara untuk mengubah intensitas cahaya yang diterima oleh photosel adalah dengan menggunakan dua buah pelat tembus cahaya yang berbeda ukuran panjangnya. Pada masing-masing pelat dibuat garis-garis tipis yang sejajar dengan jarak yang sangat dekat dan konstan. Apabila kedua pelat ini saling didekatkan dengan posisi Satu photosel akan kembali menerima intensitas cahaya yang kuat untuk suatu gerakan pelat sejauh satu skala (jarak antara dua garis), oleh karena itu dengan kombinasi empat buah photoser maka alat ukur mampu membedakan perubahan jarak sebesar seperempat skala. lnstrumentasi & Alat Ukur Teknik Pengukuran 37
_Y ' Perpindahan relatif antara kedua pelat ini dapat diketahui de' ngan cara menghitung jumlah pulsa yang diisyaratkan oleh keempat photosel. Karena penghitungan di laksanakan secara elektronis dengan kecepatan sampai 100.000 hitungan per detik, maka batas kecepat- an gerakan pelat sewaktu proses pengukuran dilangsungkan adalah cukup besar. Alat ukur semacam ini banyak digunakan pada mesin perkakas yang modern untuk mengetahui posisi dari suatu komponen relatif terhadap komponen yang lain, misalnya posisi dari meja freis (di mana produk ditempatkan) relatif terhadap pisau pemotongnya. Udara dengan tekanan Ps, mengalir melalui lubang pengontrol (yang dapat diatur diameter efektifnya) menuju ke ruang perantara. Karena diameter lubang pengontrol adalah tetap, D,, sedang diameter efektif D, (melalui mana udara tekan ini mengalir keluar) adalah selalu berubah sesuai dengan perbedaan antara diameter benda ukur dan diameter sensor, maka tekanan udara pada ruang perantara, Po, lugia akan berubah. pongatur taktnt r P, 3.3.2.5. Pengubah Pneumatis r-----1 diameter D1 AIat ukur dengan pengubah pneumatis bekerja atas dasar suatu gejala bahwa kondisi suatu aliran udara yang tertentu (tetap) akan berubah apabila ada perubahan pada celah antara permukaan benda ukur dengan permukaan sensor alat ukur (di mana udara ini mengalir melaluinya). Perubahan kondisi aliran udara ini dapat diketahui de' ngan cara mengukur perubahan tekanannya ataupun kecepatan aliran- nya. Alat ukur pneumatis ini secara keseluruhannya dianggap sebagai suatu sistem aliran udara yang terdiri dari bagian-bagian sebagai ber- ikut: l. Sumber udara tekan 2. Sensor yang berfungsi juga sebagai pengubah 3. Alat pengukur perubahan kondisi aliran udara /.pengatat Sumbcr udsra tekan baromsls; 1Pt1 rutn9 parantara baromaer (Ptl Berdasarkan cara pengukuran perubahan kondisi aliran udara A7lA1 maka kita temukan dua jenis alat ukur pneumatis, yaitu: 1. Sistem Tekanan Balik (Back Pressure System) 2. Sistem Kecepatan Aliran (Flow-Velocity System) Sistem Tekanan Balik Gambar 3.10. Alat ukur pneumatis dengan sistem tekanan balik Prinsip kerja dari alat ukur pneumatis dengan sistem tekanan balik dapat kita terangkan dengan menggunakan skema seperti Cam- bar 3.'10. Dengan mengatur diameter efektif D, dan D, (mengatur luas lu- bang efektif A, dan Ar) serta tekanan Ps (biasanya 1 sampai dengan 29,6 N/cm2) maka dapat diperoleh suatu daerah linear yang cukup Teknik Pengukuron 39 lnstrumentasi &, Alot Ukur 38
lebar dari kurva yang menggambarkan hubungan antara koefisien Pb/ Ps dengan koefisien A2lAr Di antara harga Pb/Ps sebesar 0,6 dan 0,8 yaitu pada daerah linier, maka berlaku rumus berikut: Pb Ps -=a-b-- atau pb : ps.a- A4L.p, ,A2 A1 (3.1) (3.2) A1 Kepekaan (lihat definisi kepekaan pada paragraf 3.4 dari alat ukur pneumatis dengan demikian dapat dicari dengan mendeferensir Pb (besaran yang ditunjukkan alat ukur) terhadap A, (besaran yang diukur perubahannya). dPb b n- dAz --., A1 J (3.3) Rumus (3.3) menyatakan bahwa kepekaan adalah berbanding lurus dengan tekanan Ps dan berbanding terbalik dengan luas penam- pang dari lubang pengontrol A,, atau kuadrat dari diameter efektif D,. Sistem Kecepatan Aliran Berbeda dengan sistem tekanan balik yang berdasarkan atas per- ubahan tekanan, maka alat ukur pneumatis dengan sistem kecepatan aliran bekerja atas dasar perubahan kecepatan aliran udara. Dalam sistem ini lubang pengontrol dengan diameter efektif D, tidak diper- lukan, jadi kecepatan aliran udara hanya dipengaruhi oleh perubahan penampang efektif A, yaitu celah antara permukaan sensor dan per- mukaan benda ukur. Biasanya kecepatan aliran udara diukur dengan menggunakan tabung konis (dari gelas) dan suatu pengapung, lihat Cambar 3-11. Karena adanya aliran udara maka pengapung akan terdesak ke atas sampai suatu kedudukan tertentu dia akan menga- pung, yang berarti bahwa gaya beratnya adalah setimbang dengan 40 lnstrumentasi & Alat Ukur tekanan ke atas dari aliran udara yang mengalir melalui celah antara pengapung dan dinding dari tabung konis. Apabila celah antara sen- sor dengan benda ukur menyempit, maka kecepatan aliran udara akan turun, akibatnya pengapung akan turun sampai suatu kedudukan ter- tentu yang mana terjadi lagi suatu kesetimbangan (karena celah antara pengapung dengan dinding tabung konis dalam hal ini juga menjadi sempit), demikian pula untuk hal yang sebaliknya. Oleh sebab itu kedudukan dari pengapung relatif terhadap tabung konis yang diberi suatu skala menggambarkan ukuran dari celah antara sensor dengan benda ukur. benda ukur pehgapurB pengotur tekanan udara t6bung 06lag lkonls) r-----1 sumbor udara lekan I p€n8fnp8nq €f€ktip. A1. ---*J Gambar 3.11. Alat ukur pneumatis dengan sistem kecepatan aliran Teknik Pengukuran 41
Pada daerah linier dari kurva yang menggambarkan hubungan antara kecepatan aliran udara F (atau kedudukan pengapung) dengan penampang efektif A, yaitu celah antara sensor dan benda ukur, ber- laku rumus sebagai berikut: F : -a + bA, (3.4) Dan kepekaannya adalah: dF (3.s) dAz -:b b adalah faktor kepekaan yang tergantung atas konstruksi dari sirkuit aliran udara di mana tekanan dan kecepatan aliran udara ditentukan. Dalam industri mesin, alat ukur pneumatis ini banyak diguna- kan, terutama dari jenis dengan sistem kecepatan aliran. Hampir sega- la macam masalah pengukuran geometris dapat dilaksanakan dengan cermat, mudah, cepat dan ongkos pengukuran adalah relatif murah. Hal ini dimungkinkan karena sensor dapat direncanakan sesuai de- ngan kondisi benda ukur serta jenis pengukuran, lihat Cambar 3.12. Selain daripada itu, suatu keuntungan lain yang jelas terlihat adalah bahwa kontak antara permukaan sensor dengan permukaan objek ukur dapat dihindari karena adanya suatu "bantalan udara" dengan demikian keausan dari sensor dapat dikurangi. Sensor dengan lubang kecil yang menyemprotkan udara langsung ke permukaan obyek ukur hanya sesuai dengan permukaan obyek ukur yang halus. Untuk per- mukaan yang relatif kasar (Ra > 1,25) maka perlu digunakan sensor jenis lain yang mempunyai bagian mekanis antara lubang aliran udara dengan benda ukur. Sensor mekanis ini dapat berupa bola, batang, silinder atau pelat yang bersinggungan langsung dengan permukaan obyek ukur, yang mana suatu gerakan padanya akan menyebabkan perubahan diameter efektif dari lubang aliran udara. 42 lnstrumentasi &. Alat Ukur El m_ {Bl : kltinggirn A B : kcdalanan C& O" : kcluruan E.F&nG: Kctcgoklurul.n H : dinmrter lulr {Gl w@@.A,@ffiffi @Ww (81 (ct i (N (Bt (ct Jcnir dua lubrrg A&B: C tol€rrlil ; krrillndoran Jonlr konuk dengan rirtlm A. Ionk (plunyarl B. Boh c. P.ld Gambar 3.12. Macam-macam sensor alat ukur pneumatis Teknik Pengukuran 43
3.3.2.6 Pengubah Optis Pada dasarnya sistem optis yang digunakan sebagai pengubah alat ukur adalah berfungsi sebagai pembelok berkas cahaya yang me- lewati atau memantul ("berasal") dari suatu obyek sehingga terbentuk suatu bayangan (maya atau nyata) dengan ukuran/penyimpangan yang lebih besar dari ukuran/penyimpangan obyeknya. Yang dimaksud de- ngan obyek di sini adalah benda ukurnya sendiri atau komponen dari alat ukur misalnya skala atau garis indeks. Sistem optis biasanya terdiri dari salah satu gabungan komponen-komponen yang berupa cermin, lensa atau prisma, melalui mana berkas cahaya akan dipantulkan dan/ atau dibiaskan. Beberapa jenis sistem optis yang digunakan dalam bi- dang metrologi antara lain adalah: pembesar, mikroskop, proyektor, teleskop, autokolimator dan teleskop posisi. Lensa pembesar Sistem optis yang paling sederhana yang memungkinkan se- seorang untuk melihat suatu obyek dengan lebih jelas adalah pem- besar, atau lebih umum dikenal dengan nama lensa pembesar. Suatu obyek yang diletakkan tepat pada jarak fokus (titik api) dari lensa pembesar akan terlihat oleh mata sebagai suatu bayangan dari obyek dengan ukuran yang lebih besar, lihat Cambar 3.13. Pembesarannya adalah: OPD MNf =+ Dimana, D : jarak terdekat dari benda yang masih dapat terlihat oleh mata dengan jelas (tanpa lensa). Untuk mata normal adalah 250 mm f : jarak fokus dari pembesar, mm 44 lnstrumentasi & Alot ukur ,l i lr1l,ll o /l 2 4- l --;t-1 ft oov"r -L- -.. \_\ Gambar 3.73. Prinsip dari lensa pembesar Mikroskop Apabila dua lensa pembesar diatur menjadi satu sistem optis maka disebut dengan nama mikroskop. Lensa pembesar yang berada di dekat mata disebut okuler, sedang yang berada di dekat obyek ber- nama obyektif. secara skematis prinsip dari mikroskop ini dapat dilihat pada Cambar 3.14. Suatu obyek MN yang diletakkan di depan obyek- tif akan membentuk bayangan nyata dan terbalik PQ. Melalui okuler bayangan PQ ini akan terlihat oleh mata sebagai bayangan RS, yang jika dibandingkan dengan ukuran obyek aslinya maka pembesaran to- tal adalah: RS RS PQ -=MN PQ MN $.7\ Dimana: RS M,\ R5 PQ : Pembesaran total : pembesaran okuler PQ MN : pembesaran obyektif Teknik Pengukuran r'- I t 1!l I I, i; ru ftsdnn F. .;,r;1leii5tS rl ?r: i'i r trsiil:i-rl i Il4s:t
::i- /z- ./s //l // r4 | ob,Gkti' iul N r o I I \. \>- \\ I \* Gambar 3.14. Prinsip dari Mikroskop Proyektor Dua sistem lensa, yaitu kondensor dan proyeksi adalah meru- pakan komponen dari proyektor, lihat Cambar 3.15. Berkas cahaya dari suatu sumber cahaya diarahkan oleh kondensor menuju obyek yang diletakkan di antara kondensor dan proyeksi. Karena benda ukur biasanya tidak tembus cahaya maka hanya sebagian dari berkas ca- haya diteruskan dan diproyeksikan ke suatu layar, sehingga terlihat bayangan gelap dari benda ukur dengan latar belakang yang terang- pemeriksaan bayangan dari benda ukur (pengukuran atau pemban- dingan dengan contoh dari bentuk standar) dilakukan dari balik layar yang terbuat dari kaca yang diasah (kaca buram). Seperti halnya pada mikroskop, di sini benda ukur dapat diletakkan pada meja posisi, se' hingga bayangan dari benda ukur dapat digerakkan relatif terhadap garis silang yang terdapat pada layar, dan jarak yang ditempuh oleh gerakan bayangan dapat dibaca pada skala kepala mikrometer (me- lalui mana meja posisi digerakkan). lnstrumentasi & Alat Ukur Gambar 3.15. Prinsip dari proyektor Teleskop Teleskop adalah nama suatu sistem optis yang digunakan untuk melihat obyek yang posisinya relatif jauh, sehingga diperoreh bayang- an yang jelas. Dua buah sistem lensa yaitu obyektif dan okuler diatur jaraknya sedemikian rupa sehingga berkas cahaya yang sejajar (yang berasal dari obyek yang jauh) akan difokuskan oleh obyektif tepat pada jarak fokus dari okuler. oleh okuler berkas cahaya ini dibias- kan menjadi berkas cahaya yang sejajar lagi sehingga bayangan dari obyek dapat terlihat oleh mata dengan lebih jelas, lihat cambar 3.'t6. Dalam hal ini bayangan yang terlihat oleh mata posisinya adalah ter- balik, apabila dikehendaki maka dapat dibuat menjadi tegak kembali dengan menggunakan prisma, cermin ataupun sistem rensa pembalik. Pembesaran yang diperoleh dengan teleskop adalah merupakan per- bandingan antara jarak fokus dari obyektif dengan okuler. Teknik Pengukuran 47
obyektiP Gambar 3.16. Prinsip dari teleskop astronomis Autokolimator Dua macam alat ukur optis yang menggunakan prinsip dasar dari teleskop adalah autokolimator dan teleskop posisi. Cambar 3.17 menggambarkan prinsip dari autokolimator, dengan suatu kondensor yang menyearahkan berkas cahaya dari sumber cahaya menuju target yang berupa garis. Suatu cermin semi reflektor (setengah memantulkan dan setengah meneruskan cahaya) dengan posisi miring 45'terhadap sumbu optis dari teleskop akan membuat seolah-olah target terletak pada sumbu optis dan tepat pada jarak fokus dari obyektif. Dengan demikian berkas cahaya yang keluar dari obyektif akan merupakan berkas cahaya yang sejaiar. Berkas cahaya ini kemudian dipantulkan kembali oleh suatu cermin yang diletakkan pada iarak tertentu di de' pan autokolimator. Apabila kedudukan cermin sedikit miring, maka cahaya yang dipantulkan akan diterima kembali oleh obyektif yang kemudian difokuskan pada bidang fokus akan tetapi tidak tepat pada sumbu optis. Caris bayangan dari target dapat diamati melalui okuler 48 lnstrumentasi &. Alat Ukur yang diperlengkapi dengan mikrometer r-rntuk mengukur perubahan posisinya. Dengan memutar tabung mikrometer maka dua garis se- lajar yang juga terlihat pada okuler di geser sampai garis bayangan target tepat di tengah-tengahnya. Dengan demikian kemiringan dari r.ermin relatif terhadap posisinya semula dapat dibaca pada skala dari mikrometer. Kemiringan maksimum yang masih dapat diukur oleh au- tokolimator adalah hanya sebesar 10 menit, sedang kecermatan pem- bacaan skalanya adalah 0,1 detik. Gambar 3.17. Prinsip dari Autokolimator Teleskop posisi Berbeda dengan autokolimator, suatu teleskop posisi tidak bekerja atas dasar pantulan dari berkas cahaya akibat kemiringan suatu target yang berupa cermin, akan tetapi mengamati secara lang- sung perpindahan posisi dari target dalam arah horisontal dan vertikal. Perpindahan bayangan target dapat diukur dengan salah satu dari dua cara berikut. Pertama, dengan suatu kaca yang diberi garis referensi Teknik Pengukuran
Y 5.4 PENUNJUI{/PENCAMilT dan terletak pada fokus dari okuler, yang digerakkan langsung oleh ulir dari kepala mikrometer (lihat pada contoh autokolimator). Kedua adalah dengan memakai mikrometer optis, yaitu berupa keping gelas dengan dua sisi yang sejajar (keping paralel). Suatu berkas cahaya de- ngan sudut datang nol (berimpit dengan garis normal) akan diteruskan melalui keping paralel secara lurus. Apabila sudut datang tidak sama dengan nol, maka berkas cahaya akan dibiaskan mendekati normal untuk kemudian pada sisi yang lain akan dibiaskan kembali menjauhi normal, sehingga arah berkas cahaya tetap seperti semula akan tetapi telah menggeser sejauh d, lihat Cambar 3.1 8. Untuk suatu sudut datang yang kecil maka perubahan kerniringan dari keping paralel akan setaraf dengan perubahan jarak d. Pengaturan kemiringan dari keping paralel dilaksanakan dengan suatu mekanisme yang berhubungan langsung dengan dua kepala mikrometer untuk pembacaan pergeseran dari tar- get dalam arah horisontal dan vertikal. Penunjuk atau pencatat adalah bagian dari alat ukur melalui mana harga dari hasil suatu pengukuran ditunjukkan atau dicatat. Hampir semua alat ukur, kecuali beberapa alat ukur standar dan alat ukur batas, mempunyai bagian penunjuk yang dapat kita kategorikan menjadi 2 macam, yaitu: 1. Penunjuk berskala, dan 2. Penunjuk berangka (digital) 3.4.1. Penunjuk Berskala Skala adalah susunan garis yang beraturan dengan jarak antara dua garis yang berdekatan dibuat tetap dan mempunyai arti tertentu. Jarak antara dua garis dari skala atat ukur geometris dapat ber- arti bagian dari meter atau bagian dari derajat. Secara visual pemba- caan dilakukan dengan pertolongan garis indeks atau jarum penunjuk yang bergerak relatif terhadap skala. Posisi dari garis indeks atau jarum penunjuk pada skala menyatakan suatu harga (hasil sudut pengukur- an), lihat Cambar 3.19. et i$rlllne \"* fi,\" 'rlYnlt,,,fi t knra om{tk t obvrrtb ! . okulcr hmr psrrtokut glrlr lndska "tfif*t tltr't J.rum panunluk Gambar 3.19. Skala dengan garis indeks dan iarum penuniuk Gambar 3.18. Prinsip dari teleskop posisi dengan mikrometer optis Teknik Pengukuran 51 lnstrumentasi &, Alat Ukur 50
Skala iNonius (Vernier Scale) Tidak selalu garis indeks tepat segaris dengan garis skala, akan tetapi sering garis indeks ini terletak di antara dua garis skala sehingga timbul kesulitan di dalam menentukan harganya. Oleh karena itu un- tuk menaikkan kecermatan pembacaan maka garis indeks sering di- ganti dengan suatu susunan garis yang disebut dengan skala nonius yang mana sesuai dengan cara pembuatannya dikenal dua macam ska- la nonius, skala nonius satu dimensi dan skala nonius dua dimensi. Prinsip dari skala nonius satu dimensi mungkin dapat kita jelas- kan sebagaimana Cambar 3.20. Skala alat ukur dalam hal ini kita sebut sebagai skala utama sedang skala yang terletak di bawahnya disebut skala nonius. Misalkan jarak antara dua garis skala utama adalah u. Cgrir nol nonfut rogarirdenlrrr 00rir A tkrlc utrmr, u r jst6ksstuboghnrkalrutrmr n . lrak ietu baglan rkrla noniur k r u-n A I --l7-i.ff I O I I t I I I I cerir rrol nonb; teec*,tiiia.tn koarigrr A,glr6ry,tuttrrw- niur rgrrh <hngon utrh rrtu grrhtkrlrelrdu' A I I O I I I I . + I I I Grrir ml nontur trruti,t r.r,u" 2 K oan grm A; gr,tr raiut noniur rcgorir dGneer $l!h $tu gari* rk:lt utlmt. Cambar 3.20. Prinsip skala nonius satu dimensi 52 lnstrumentasi &. Alat Ukur Sedang n adalah jarak antara dua garis skala nonius, maka se- tiap satu bagian skala utama akan lebih panjang sebesar k dibanding- kan dengan satu bagian skala nonius. Apabila posisi garis nol nonius adalah tepat segaris dengan suatu garis skala utama misalkan A, maka hasil pengukuran adalah tepat berharga A. Selanjutnya apabila garis nol nonius tergeser ke kanan sebesar k maka garis pertama nonius akan tepat segaris dengan salah satu garis skala utama. Seandainya garis nol nonius lebih tergeser ke kanan lagi sejauh 2 k dari posisi garis A maka garis kedua noniuslah yang tepat segaris dengan salah satu garis skala utama. Proses pergeseran ini dapat kita lakukan terus sam- pai akhirnya garis nol nonius kembali menjadi segaris dengan garis skala utama (sesudah A). Dengan demikian penentuan posisi garis nol nonius relatif terhadap A adalah melihat garis nonius yang keberapa yang menjadi segaris dengan salah satu garis skala utama. Jarak k adalah menggambarkan kecermatan dari skala nonius, semakin kecil k maka kecermatannya semakin tinggi, artinya posisi garis nol nonius relatif terhadap suatu garis skala utama (sesudahnya) menjadi semakin jelas. Akan tetapi semakin kecil k berarti skala noni- us memerlukan jumlah garis yang lebih banyak, karena jumlah garis nonius (kecuali garis nol) atau jumlah bagian dari skala nonius adalah sama dengan l& buah. Dengan demikian k tidak boleh terlalu kecil, karena: Untuk mempermudah penentuan garis nonius yang menjadi segaris dengan skala utama Untuk membatasi panjang keseluruhan skala nonius, (harus jauh lebih pendek dari panjang keseluruhan skala utama). Tabel 3.4 berikut adalah beberapa contoh kecermatan skala nonius yang digunakan pada beberapa alat ukur, misalnya mistar ing- sut dan busur bilah. Teknik Pengukuron 53
_T Tabel 3.4. Skala nonius satu dimensi Skala nonius Besar u pada skala utama Panjang/ besar keseluruhan Kecermatan Besar n pada skala nonius f umlah bagian Garir nol ooniur bslum rnelc- wai ratengah brgian rkrls uts. ms. 1 'r0 lmm 9mm 0,9 mm (0,10) mm Garir nol noniur tdah mclewa. ta r.tGng.h brEilh d6rl rkal. utsrn€, po.rEscaao diulrno lrga mulai dari grris nol nonius. 10 1 (0,05)rrn 20 lmm 2mm 19 mm 0,95 mm 20 39 mm 1,95 mm 30 1 ;o (0,02)mm 49 mm 1mm 1mm 0,98 mm 0,98 mm 50 24,5 mm 25 Gambar 3.21. Pembagian skala utama meniadi dua bagian, apabila skala nonius hanya setengah paniang keseluruhannya 110 10 (5,) mm a 110 12 1o 12 Beberapa contoh cara pembacaan dengan memakai skala noni- us ditunjukkan pada Cambar 3.22. Untuk garis nol nonius yang tidak segaris dengan garis skala utama maka penunjukan berharga sama dengan harga dari skala utama sesudah garis nol nonius ditambah dengan harga garis skala nonius adalah menyatakan sepersepuluh harga skala utama. Angka pada skala nonius adalah menyatakan se persepuluh harga skala utama, atau dalam menit kalau skala utama dalam derajat. Untuk skala nonius dengan setengah panjang keselu- ruhannya, jika garis nol nonius telah melewati setengah bagian skala utama, maka kita harus menambahkan angka lima pada setiap angka dari skala nonius (atau menambah tiga puluh menit untuk skala utama dalam derajat). 230 23 12 20 12 5go $ ,0,,0,,,n 30 29,5 1o 60 Supaya skala nonius tidak begitu panjang (tidak memakan tem- pat), kadang-kadang hanya setengah panjang keseluruhan skala noni- us saja yang dipakai dengan catatan bahwa setiap bagian dari skala utama dalam hal ini harus dibagi menjadi dua sehingga pembacaan dapat diulangi lagi mulai dari garis nol nonius setelah setengah bagian dari skala utama dilewati, lihat Cambar 3.21. r lnstrumentasi & Alat Ukur Teknik Pengukuran 54 55
56 contoh Pfilbr(rr.ll rjZ468l0 o 2 41 6 810 tk!i. {tusn rudut porhl nol : (*rle krnrol 50 qt0zo q$U *ttul rfr t$t4r Nlrful E"t"k -t"/?"5;:l I rkala krnan.2-20' I tu Gambar 3.22. Contoh pembacaan skala nonius lnstrumentosi & Alat Ukur Skala nonius dua dimensi Suatu segi empat dengan satu diagonal di mana, sisi datar adalah u dan sisi tegak dibagi dalam n bagian yang sama, dapat berfungsi sebagai skala nonius dua dimensi. Untuk penunjukan tepat maka kedua sisi tegak akan berimpit dengan garis skala utama (karena u dibuat sama dengan jarak satu bagian skala utama), lihat Cambar 3.23. Untuk skala nonius kanan, apabila sisitegak sebelah kanan tergeser ke sebelah kanan rnaka posisinya relatif terhadap garis A dapat diketahui dengan melihat perpotongan antara garis A dengan diagonal serta membaca angka pada garis nonius mendatar yang tepat pada titik perpotongan tersebut. Demikian pula halnya deng,an skala nonius kiri di mana urutan pembacaan skala utama adalah mulai dari kanan ke kiri (terbalik). T'E '3 0 I 7 tI posiri taprt Potiti targcsr porirl tlprt pocirl tdl!6rcr nonfut krnrn oonlur klrl Gambar 3.23. Prinsip skala nonius dua dimensi Kecermatan mendatar nonius. (1/10) x u, jika n - pembacaan adalah tergantung dari jumlah garis Untuk n : 10 maka kecermatannya adalah 100 maka kecermatannya adalah (1/100) x u. Teknik Pengukuran 57
Beberapa alat ukur yang peka diperlengkapi dengan pengubah optis yang berfungsi sebagai pembesar bayangan dari skala utama. Melalui okuler kita dapat melihat jarak antara dua garis skala utama menjadi lebih jauh terpisah, dengan demikian beberapa skala nonius {biasanya 10 buah) dapat disusun sekaligus untuk pembacaan jarak pada sepersepuluh bagian dari skala. Gambar 3.24 adalah merupakan dua contoh pembacaan dengan skala nonius dua dimensi dengan n samadengan 10 dan 100. 0t234 56? &a 35- ((rl\ 63336 rnm Carnbar 3"24" Skala nonius (kiri) dua drmensi Untuk n : '100 maka dibuat sl<ala nonius yang melingkar de' ngan maksud untuk rnernperjelas pembacaan serta tidak terlalu pan- jang ke bawah. Skala nonius jenis ini dibuat dengan teknik fotografi pada keping kaca yang tipis serta kecil yang kemudian dipasang tepat pada fokus dari okuler. 58 lnstrumentasi &. Alat ukur { Skala mikrometer Skala pada semua jenis mikrometer dibuat pada kedua bagian dari mikrometer, pertama pada silinder tetap (kita sebut skala tetap) dan kedua pada silinder putar (kita namakan skala putar). Tepi dari silinder putar berfungsi sebagai garis indeks untuk pembacaan skala tetap (pembacaan kasar), sedang garis yang melintang sepanjang ska- Ia tetap berfungsi sebagai garis indeks untuk pembacaan skala putar (pembacaan halus). Biasanya untuk satu kali putaran, tepi dari silinder putar akan menggeser (pembacaan halus) sejauh setengah skala tetap (0,5 mm), oleh karena itu angka pada skala putar bermula dan ber- akhir pada angka 0 yang juga berarti angka 50 apabila pembagian skala putar adalah 50 buah. Dengan demikian satu bagian dari skala putar adalah sesuaidengan jarak 0,01 mm. Apabila tepi silinder putar telah melewati setengah bagian dari skala utama, maka angka pada silinder putar harus diartikan sebagai kelebihannya angka 50. cambar 3.25 adalah merupakan contoh pembacaan skala mikrometer dengan kecermatan 0,0'l mm. Beberapa mikrometer mempunyai silinder putar dengan dia- meter yang relatif besar, dengan demikian pembagian skala putar dapat diperhalus. Kecermatan sampai 0,002 mm dapat dicapai dengan membuat pembagian skala putar menjadi 250 buah. Untuk mikrom- eter dengan diameter silinder putar yang agak kecil pun dapat dinaik- kan kecermatan pembacaannya, yaitu dengan cara membuat skara nonius (satu dimensi) yang digunakan pada waktu membaca skala putar. skala nonius ini dibuat pada silinder tetap pada arah agak lurus skala tetap dengan garis melintangnya skala tetap dianggap sebagai garis nol nonius. Kecermatan pembacaan dalam hal ini tergantung dari cara pembuatan skala nonius (lihat pada pembicaraan mengenai skala nonius satu dimensi, dalam hal ini skala putar dianggap sebagai skala utama). Contoh pembacaan skala mikrometer dengan skala nonius adalah seperti Cambar 3.26. Teknik Pengukuran 59
60 O6 1,..,1, I ll I A !o 7 6 l-s@ s \ t*t,..t: o Gambar 3.25. Pembacaan skala mikrometer dengan kecermatan 0,A1 mm lnstrumentosi & Alot Ukur E $kola nonius I 1 I 4_J.* ,-=:-::= |'l't't't'l' 05 :/ \ \ 5 0 45 o +@* 10 '8 -a' 4 2 l'11'|1'||, 10 6,487 mrr 48 40 Gambar 3.26- Pembacaan skala mikrometer dengan skala nonius Skala dengan jarum penuniuk Alat ukun pembanding @omparator) umumnya mempunyai jarum penunjuk yang bergerak relatif terhadap skala yang diarn, di mana gerakan dari jarum penunjuk adalah berdasarkan prinsip nne- kanis ataupun prinsip elektris. Prinsip mekanis dipakai pada alat ukur dengan pengubah mekanis, sedang prinsip elektris digunakan pada alat ukur dengan pengubah elektris. Penunjuk dari jenis elektris ini sesungguhnya merupakan suatu alat ukur lain, yaitu dapat merupakan voltmeter (yang mengukur besarnya tegangan listrik) atau berupa am* peremeter (yang mengukur besarnya arus listrik) akan tetapiskalanya telah disesuaikan (dikalibrasi) menjadi penunjukan satuan panjang. Suatu kesalahan pembacaan yang dikenal dengan nama,paralaks mungkin dapat terjadi pada waktu membaca posisi jarum penunjuk Teknik Pengukuran 6t
1 pada skala, yaitu apabila mata kita tidak pada satu bidang yang melalui jarum penunjuk dan tegak lurus bidang skala (bidang pembacaan), lihat Cambar 3.27. Paralaks ini dapat dicegah apabila mata kita (sebe- lah kanan atau sebelah kiri) tepat pada bidang pembacaan. Beberapa alat ukur mempunyai cermin pada bidang skalanya, dengan demikian apabila mata kita tepat pada bidang pembacaan rnaka bayangan dari .iarum penunjuk masih tetap kelihatan, pembacaan boleh dilakukan setelah jarum penun.iuk menutupi bayangannya. Meskipun tidak me. makai cermin, dengan membuat letak jarum penunjuk sangat dekat dengan bidang skala maka akibat dari paralaks dapat dikurangi. rrya" Penunjuk berangka ini dapat kita golongkan menjadi 2 macam, yaitu jenis mekanis dan jenis elektronis. Penunjuk digital mekanis terdiri dari susunan beberapa silinder rnasing-masing diberi angka pada permukaannya rnulai dari 0 sampai <lengan 9, Iihat cambar 3.28. Mulai dari yang paring kanan silinder- sitinder tersebut kita sebut sebagai silinder pertama, kedua dan se- lorusnya. Melalui sistem roda gigi, pengubah mekanis secara kontinu rnemutar silinder pertama. Untuk satu kali putaran, silinder pertama .rkan memutar silinder ke dua sebanyak 1i10 putaran. Apabila silinder kedua ini telah genap berputar satu kali maka silinder ketiga akan ter- putar sebanyak l/10 putaran. proses pemutaran silinder dengan cara bertingkat ini dapat berlangsung terus sampai silinder berakhir. De- ngan demikian angka pada suatu silinder menyatakan kelipatan 10 dari angka silinder disamping kanannya. trtsdplrlrls po:bl m*ryrne beitrr - hqlylm.llhrtiarun podd il.r, wnrfenr podd .ndr yrre bantr - m.lhrt hrurn drn bryrrffmya Lrrdl p.rdk Gambar 3.27. Paralaks cara menghindarinya dllncr kc : 3.4.2. Fenunjuk Berangka (Digital) Pada alat ukur dengan penunjuk berangka kita dapat langsung mengetahui hasil pengukuran melalui deretan angka yang ada pada- Gambar 3.28" Penuniuk digital dengan srstem mekanis Teknik Pengukuran lnstrumentasi &, Alat Ukur 62 63
Penunjuk digital elektronis menggunakan komponen elektronis yang disebut dengan LED (Light Emitting Diode). Suatu kode angka dapat dibuat dari 7 buah LED yang disusun seperti angka 8, lihat Cam- bar 3.29. Apabila pada suatu saat ke 7 buah LED ini menyala (biasanya dengan sinar merah) maka kita melihat sebagai kode angka 8. Jika hanya beberapa LED yang rnenyala pada tempatternpat tertentu maka akan terlihat sebagai kode angka lain. Suatu sirkuit elektronis meme- rintahkan l-ED ini untuk menunjukkan suatu kode angka, demikian pula halnya untuk kode angka-angka yang lain yang disusun menjadi satu barisan angka. iprnghhury putrt) Gambar 3.29. Penuniuk digital elektronis lsyarat dari pengubah elektronis yang berupa pulsa dihitung se- cara aljabar biner dengan menggunakan suatu sirkuit elektronis ter- tentu. Setelah diubah oleh pembuat kode desimai isyarat diteruskan ke bagian pengatur penyalaan LED. u lnstrumentasi & Alot Ukur 1 3.4.3. Pencatat Untuk beberapa hal tertentu penunjukkan suatu harga pada suatu saat dianggap tidak memberikan suatu inforrnasi yang lengkap mengenai proses pengukuran yang sedang dilakukan. Oleh karena itu diperlukan alat pencatat yang dapat membuat suatu gra k pengukuran pada kertas berskala. Beberapa proses pengukuran yang memerlukan alat pencatat antara lain adalah pengukuran kon gurasi permukaan dan pengukuran kebulatan. Pada saat ini alat pencatat yang berdasar- kan prinsip kerja elektris lebih banyak kita jumpai daripada alat pen- catat dengan sistem mekanis. Dua prinsip kerja yang umum digunakan oleh alat pencatat elektris adalah prinsip galvanometer atau prinsip ser\/o-motor. i---r*s;;f -l ! qlcktrir r 11 I porlri ml PGnYctcl Prindp Seromotor. Cambar 3.30. Alat pencatat dengan prinsip galvanometer dan prin- sD servo motor Teknik Pengukuran
Suatu kumparan, spoel, yang bebas berputar pada suatu medan magnet tetap adalah merupakan komponen utama dari galvanometer (lihat Cambar 3.30). Apabila ada arus listrik (berasal dari pengubah elektris) yang melalui kumparan ini maka posisi dari kumparan akan terputar sampai suatu kedudukan tedentu tergantung dari kuat lemah- nya arus listrik. Akibatnya pena pada ujung batang yang bersatu de- ngan kumparan akan menggoreskan suatu garis pada kertas grafik (ker- tas berskala) yang secara kontinu bergerak selama proses pengukuran berlangsung. Pegas spiral yang terpasang pada kumparan berfungsi untuk menyetel/mengembalikan ke posisi nol serta untuk menaikkan reaksi dari alat pencatat. gosoScQcR 66 lnstrumentosi &, Alat Ukur T PENGAWA,SAhI MUTU ngawasan terhadap mutu penting dilakukan untuk menjamin produk/suku cadang yang dihasilkan dari saat proses produksi sesuai dengan yang menggunakan/pemakainya. Kesesuaian penggunaan suku cadang dengan pemakainya harus memenuhi ciri (1). Memenuhi semua permintaan pemakaianya dan (2) tidak me- n gandu ng kecacatan/kelemahan. Mutu yang baik/tinggi dapat mengurangi kesalahan, penger- jaan kembali (rework) dan pemborosan, mengurangi pembayaran biaya garansi, mengurangi ketidakpuasan pemakainya, juga mengu- rangi inspeksi dan pengujian. selain itu, mutu yang tinggi juga berarti. pengurangan waktu sampainya produk ke pemakai, meningkatkan ha- sil/output saat proses, meningkatkan utilisasi kapasitas produksi dan memperbaiki kinerja penyampaian produk, suku cadang kepada pe. makainya. Bila sejumlah besar suku cadang harus diperiksa, pemeriksaan 100% dari setiap benda, selain memakan waktu, juga sangat mahal. Di samping itu tak memungkinkan untuk memisahkan suku cadang yang rusak atau cacat satu persatu. lnspeksi secara besar-besaran cenderung membuahkan keteledoran, operator jemu, alat pengukur aus dan ha- rus lebih sering disetel. Risiko bahwa akan ada suku cadang cacat lolos dari pengamatan tidak menentu dan sulit diramalkan. oleh karena itu disusun prosedur pengambilan contoh (sampel) sehingga risiko dapat
dihitung. Produk seperti sekering atau korek api tidak dapat diperiksa 100%, karena cara pengujiannya dapat merusak produk tersebut. Ke- giatan inspeksi itu mahal dan tidak ada keuntungan tambahan apa-apa terhadap produk yang dibuat sesuai spesifikasi (tidak cacat). Teknologi yang disebut pengawasan rnutu memungkinkan seorang inspektur menyusun pola pengambilan contoh secara matema- tik dan menetapkan apakah rangkaian produksi suku cadang dapat diterima dengan catatan bahwa pemesan tersebut dapat menerima sejumlah produk cacat. Jumlah produk cacat yang dapat diterima bi- asanya 3 diantara 1000 suku cadang yang dihasilkan. , Menaikkan ukuran sampel (contoh) akan mengurangi probabili- tas kesalahan tipe 2, yang berarti mempertinggi kemampuan peta kon- trol untuk menyidik keadaan tidak terkendali. Untuk menerapkan teknik pengawasan mutu, dalam inspeksi perlu diambil langkah-langkah berikut: 1. Periksalah serangkaian produk 2. Ukurlah dimensi, sampel 3. Hitunglah deviasi dimensi terhadap dimensi rata-rata 4. Susunlah peta kontrol 5. Gambarkan data pada peta kontrol ' Produksi mampu tuk ar (interchangeable manufacture)mencakup pengertian bahwa suku cadang yang dirakit dapat diambil secara acak di antara ribuan suku cadang. Dalam sistem produksi ini, suaian selek- tif tidak perlu, kecuali bila dijumpai kelegaan khusus. Ketepatan yang berlebihan juga tidak diperlukan oleh karena biaya produksi akan me- ningkat dengan bertambah ketatnya batas pengerjaan. Produk tidak perlu dibuat dengan bertambah ketatnya batas pengerjaan. Produk ti- dak perlu dibuat dengan ketelitian yang melebihi persyaratan penggu- naannya. Oleh karena itu harus dapat ditentukan keseimbangan antara biaya produksi dan kemudahan perakitan. Pemilihan contoh harus dilakukan dengan bebas. Ada dua jenis variasi dimensi yang terdapat pada produksi: (a) penyebab acak yang 68 lnstrumentasi & Alat Ukur 1 l.rk terelakan dan (b) penyebab tetap yang dapat dikurangi. Penyebab tetap dapat dikurangi karena mencakup faktor-faktor seperti alat perka- kas yang tidak baik, cara pengukuran yang kurang baik, cacat bahan atau buruh yang tak terlatih. Peta kontrol atau teknik pengawasan mutu dapat membedakan bila terjadi penyimpangan normal dan bila terjadi cacat oleh penyebab yang dapat dikurangi. Pemilihan contoh dengan bebas sangat penting bleh karena harus mewakili produk yang dihasilkan. Berbagai teknik digunakan untuk memilih produk, antara lain berdasarkan sinyal elektronik yang diprogramkan atau pada saat- saat tertentu, namun cara yang terbaik (secara maternatik) adalah pe- mi!ihan acak. Penyebab acak yang tak terelakan merupakan variabilitas (gang- guan) dasar yang merupakan pengaruh kumulatif dari banyaknyta se- bab kecil yang pada dasarnya tidak terkendali. Bi!a gangguan dasar saat proses relatif kecil, biasanya dipandang sebagai tingkat yang dapat diterima atau normal terjadi sari saat proses. Suatu proses yang beker.ia hanya dengan adanya variasi dari penyebab caat yang tak terelakkarr dikatakan masih dalam pengendalian statistik. Deviasi standar o, dari dimensi suku cadang yang diperiksa ha- rus dihitung untuk dapat menyusun chartcantrol, yang merupakan alat dasar dari prosedur pengawasan mutu. Deviasi standar memberikan ukuran penyimpangan dimensi terhadap dimensi rata-rata. Bila telah terhimpun data bebas dari penyebab variasi yang dapat dikurangi dan bila deviasi standar telah dihitung, maka peta kontrol dapat dibuat. 5e- lanjutnya o hanya perlu dihitung untuk mengecek nilainya, khususnya bila proses diubah sedikit. Kebanyakan inspektur mengelompokkan data dalarn subgrup terdiri dari empat dan menganggapnya sebagai suatu sampel meskipun suku cadang tidak diambil pada saat yang bersamaan. Suku cadang harus dikelompokkan sesuai dengan urutan pengambilannya. Harga standar deviasi o, ditentukan sebagai berikut: Pengawann lvlutu 69
I 1. Hitunglah harga rata-rata dimensi, setiap nilai ini disebut i 2. Hitunglah deviasi standar o, untuk setiap sampel dengan meng- gunakan rumus: Harga A,, dihitung berdasarkan teori kemungkinan, dan tergan- tung pada jumlah benda dalam sampel sebagai berikut: Tabel 4.1. Perhitungan Harga A, Rumus: o : Dimana: (xr -x)2 +(xz -x)+...(n, (4.1) A, Besar sampel 2 unit 3,76 : dimensi masing-masing sampel, mm 3 unit 4 unit 2,39 xr x2 ... \ 1,88 x : dimensi rata-rata dari sampel, mm n : jumlah suku cadang dalam setiap sampel 5 unit 1,60 10 unit 1,03 3. Hitungtah harga deviasi rata-rata o, dengan menggunakan jumlah subgrup, N Limit toleransi untuk suatu suku cadang selalu digambarkan di luar limit kontrol. Setelah chart contro/ selesai dan datadata dima- sukkan maka diperoleh catatan mengenai variasi suatu dimensi yang diamati selama suatu kurun waktu tertentu. Data yang dihasilkan akan tercatat secara acak di antara garis kontrol dengan syarat bahwa semua penyebab tetap yang dapat dikurangi,telah ditia{akan. Bila diperoleh data demikian, maka dapat dikatakan bahwa 99,73o1o dari jumlah suku cadang yang dihasilkan memenuhi syarat. Hal ini berarti bahwa tidak lebih dari 3 produk di antara 1000 buah yang tidak memenuhi per- syaratan" o = 3, dengan menggunakan jumlah subgrup, N N, Peta kontrol, seperti terlihat pada Gambar 4.1, dibuat dengan menggambarkan dimensi rata-rata sampel sebagai fungsi waktu, limit kontrot atas dan limit bawah digambarkan 3o, adalah suatu limit yang dapat diterima di industri. Jadi limit kontrol ditentukan sedemikian rupa sehingga tidak lebih dari 3 diantara 1000 akan mempunyai ca- cat- Selama titik-titik jatuh di antara garis kontrol, tidak diperlukan penyetelan atau penyesuaian proses. Bila lima atau tujuh titik secara bersusulan berada di atas atau di bawah harga rata-rata, proses itu harus dicek kembali. Bila titik-titik berada di luar garis kontrol, penye. babnya harus dicari dan diperbaiki dengan segera. Limit toleransi atas Limil kontrol atast I bawAh= t-3or Menentukan batas kontrol merupakan satu keputusan penting yang harus dibuat dalam mendisain peta kontrol. Dalam memindah- kan batas kontrol lebih jauh dari garis tengah, maka akan menurunkan risiko kesalahan tipe 1, yakni risiko saat titik akan jatuh di luar batas kontrol. Tetapi memperlebar batas kontrol yang akan mendekatkan risiko kesalahan tipe 2 yakni saat titik akan jatuh diantara batas kontrol ketika proses benar-benar tak terkendali. --- Lim it toleransr .bawalr V\lakru -------+ Gambar 4.1. Karakteristik peta kontrol lnstrumentasi &, Alat Ukur 70 7t Fengawoson lvlutu
l Bila ukuran-ukuran diamati selama kurun waktu tertentu dan ti- dak ada penyebab tetap yang dapat mengakibatkan variasi, frekuensi setiap ukuran dapat digambarkan sebagai fungsi dari ukuran itu sendiri dan akan diperoleh suatu kurva norrnal seperti terlihat pada Cambar 4.2. 4.1 CARA PERIilITUNGAN LIMIT KONTROL Sebagai contoh diambil sejumlah ganjalan yang telah diasah. Ketebalannya telah diukur dan sampel terdiri dari tiga pengganjal. Ha- sil pengukuran dapat dilihat pada Tabel 4.2. Proses telah dikontrol dengan teliti sehingga tidak terdapat kesalahan akibat penyebab tetap" Deviasi standar o, dan i ditentukan sebagai berikut: : 27.495 x = _=2.500mm Kurang lebih 11 !:a, dan o.o228C o 6. E G = 0.002 mrr 11 E,a Limit kontrol atas LKA dan limit kontrol bawah, LKB sama dengan A,6 = 3o, Tabel4.2. Hasil Pengukuran Sampel i Ukuran produk +o +2o +3o 3o -?o -o DimensiSampel (mm) xl x3 x2 Nomor Rata-rata sampel Deviasi o Sampel ; 2.498 Gambar 4.2. Distribusi normal dan iumlah (%) suku cadang yang memenuhi daerah limit sigma. 2.495 2.499 2.501 0.002s2 2.50r 2.496 2.499 2.500 0.00216 Perlu diperhatikan bahwa deviasi memegang peran yang pen- 2.495 2.498 2.498 2.501 0.00245 ling,68,279o data masuk di antara + 3o. 2.497 2.500 2.503 2.500 0.0024s Peta kontrol sangat berguna dan mudah penggunaannya untuk dijadikan alat dalam pengawasan mutu produk/suku cadang. Bebera- pa alasan masih bertahannya pemakaian peta kontrol adalah: a. Peta kontrol terbukti merupakan teknik yang dapat rneningkatkan 2.so3 2.497 2.501 2.500 0.002s2 2.502 2.498 2.500 2.500 0.00'r63 2.499 2.496 2.498 2.499 0.00141 2.s05 0.002r6 2.500 2.503 2.s03 produktivitas. 2.499 2.500 2.498 2.497 0.00141 b. Peta kontrol efektif dalam pencegahan cacat. c. Peta kontrol mencegah penyesuaian proses yang tidak perlu. d. Peta kontrol memberikan informasi diagnostik e. Peta kontrol memberikan informasi tentang kemampuan proses. 2.499 2.s03 2.501 0.00163 2.501 2.50'l 2.s00 2.497 2.503 o.oo252 Xo : 0.02286 2x =27.495 lnstrumentosi & Alat Ukur 72 Pengawasan liutu 73
?.508 Toleransi atal 2.506 oa.h dtprl d,euilkro G c o ctto- E i= o c o 5 !3 2.504 2.$2 2.500 2.198 2.196 Upper ccnlrol limit Limit kontrol bauah 3o1 = 0.005 3or = 0'0O5 2"4% 2,492 Waktu --> Cambar 4.3. I-imit kontrol dan limit toleransi untuk pengganlal Oleh karena itu, 3o; 2,39 (0.002) 0.0048 0.005 (kira-kira) Pada Cambar 4.3. terlihat chart control dan data selanjutnya dapat digarnbarkan pada chart ini untuk menentukan kontrol proses. Biasanya diperlukan lebih banyak data untuk menentukan o. Contoh perhitungan tersebut di atas hanya menguraikan metode yang digu- nakan. I-irnit toleransi bilateral sekurang-kurangnya 2.500 + 0,005 mrn dan hampir selalu sekurang-kurangnya 2.500 + 0,006 rnrr! agar ada kelonggaran sedikit antara Iimit kontrol dan linrit toleransi. ma:€]cece 74 lnstrumentasi & Alot Ukur Y AI-ATUKUR s.tr. STANDAR PENGUKUKAN esuai dengan Undang-Undang No.2 Tahun 1981 tentang Metro- logi Legal, lndonesia menganut sistem Sl. Sistem satuan Sl terdiri dari 7 satuan dasar dan 2 satuan tambahan. Lihat tabel 5.1. Satu meter adalah 1650 x 763,73 x panjang gelombang (garis jingga) radiasiatom Krypton 86. Definisi ini menggambarkan ketelitian dalam metrologi akan tetapi untuk pengukuran sehari-hari diperlukan adanya suatu standar di perusahaan. Untuk hal tersebut digunakan seperangkat blok ukur presisi yang dipakai sebagai standar pemban- ding. 5.2 B[.OK UKUR PRDSISI Blok ukur berbentuk persegi panjang, bulat atau persegi em- pat, mernpunyai dua sisi sejajar dengan ukuran yang tepat. Blok ukur dapat dibuat dari baja perkakas, ba.ia khrom, baja tahan karat, khrom karbida atau karbida tungsten. Karbida tungsten merupakan yang paling keras dan mahal. Dapat diperoleh blok ukur laboratorium de- ngan jaminan ketelitian :o^'^o-.-untuk - 0,025 panjang nominal 1,5 sampai
_T 25 mm. Blok-blok ini terutama digunakan sebagai pembanding pen- gukur teliti untuk mengukur perkakas, pengukur dan die dan sebagai standar laboratorium induk untuk mengontrol ukuran selama produksi. Ketelitiannya hanya berlaku pada 20"C. Dengan menggunakan suatu set yang terdiri dari BB blok, hampir sama dimensi antara 1,001 sam- pai 700 mm dapat dikur langkah imbuh sebesar 0,001 mm" 10 blok dengan imbuhan sebesar 10 mm mulai dari 10 hingga 100 mm Bila diperlukan standar dimensi sebesar 91.658 maka prosedur untuk memperoleh kombinasi yang sesuai adalah dengan cara pengu- rangan seperti terlihat pada Tabel 5.1. Mikrometer dan instrumen jangka sorong dapat digunakan un- tuk mengecek toleransi bila berkisar antara 0,001 dan 0,0005 mm. Bila diperl ukan ketel itian sam pai m i kron, d iperl ukan laboratori um dengan suhu tetap, perlengkapan ukur optik atau elektronik untuk kalibrasi dan pembandingan blok ukur. Dapat diperoleh pula blok ukur sudut dengan ketelitian yang menyamai blok ukur presisi. Suatu set yang terdiri dari 16 blok sudah memungkinkan pengukuran sudut dengan ketelitian satu detik. Tabel 5.1. Posedur untuk Memperoleh Standar Dimensi yang Sesuai Blok yang digunakan 91.658 mm 1.008 mm Dimensi yang dikehendaki x.008 Ribuan 90.6s8 Sisa 1.15 1.15 Ratusan 89.5 Sisa 9.5 Puluhan 9.5 Blok ukur teliti dirakit dengan proses putar. Mula-mula blok dibersihkan dengan cermat. Blok yang satu diletakkan tepat di atas lainnya kemudian diosilasikan sedikit, kemudian digeser dan diputar sedikit di bawah pengaruh tekanan. Selaput cairan antara permukaan blok menyebabkan blok tersebut melekat erat-erat. Blok baja perkakas akan mengalami keausan sebesar 0,001 mm setiap 1000 putaran oleh karena itu bila sering digunakan, harus dipilih blok dari bahan yang lebih keras. Blok ukur yang dirangkaikan dengan cara seperti telah dijelaskan tadi harus dilepaskan kembali setelah beberapa jam. 80 Sisa 80 Satuan BO 0 Sisa 91"558 Dalam set blok ukur karbida terdapat 88 blok dengan dimensi berikut: 3 blok 0,5, 1,00, 1,0005 mm 9 blok dengan imbuhan sebesar 0,001 mm mulai dari 1,001 hingga 1,009 mm 49 blok dengan imbuhan sebesar 0,01 mm mulai dari '1,01 hingga r.l5 1,49 mm l7 blok dengan imbuhan sebesar 0,5 mm mulai dari 1,5 hingga 9,5 Gambar 5.1. Susunan blok ukur hingga mencapai 91.658 mm mrn Alat Ukur lnstrumentasi &. Alat Ukur 76
5.5 KIIISIFII{ASI AIltT UKUK Alat ukur adalah perangkat yang dapat digunakan untuk meng- ukur dimensi atau sudut. Beberapa jenis instrumen seperti mistar ukur dapat dibaca langsung, lainnya seperti kaliper, digunakan untuk me. mindahkan atau membandingkan ukuran. Untuk mengukur digunakan berbagai prinsip. Suatu mikrometer misalnya menggunakan prinsip yang berbeda dengan mistar baja atau kaliper vernit. Di bawah ini terdaftar berbagai alat ukur AIat ukur l. Pengukuran linear A. Pembacaan langsung 1. Penggaris 2. Perangkat kombinasi 3. Pengukur kedalaman 4. Kaliper Vernir 5. Mikrometer 6. Mesin ukur a. Mekanik b. Optik pembanding l. Kaliper dan pembagi 2. Pengukur teleskop 1. Penggaris 2. Perangkat kombinasi 3. Pengukur kedalaman 4. Kaliper Vernir 5. Mikrometer 6. Mesin ukur a. Mekanik b. Optik pembanding l. Kaliper dan pembagi 2. Pengukur teleskop ll. Pengukuran sudut A. Protaktor B. Batang sinus C. Perangkat Kombinasi D. Blok pengukur sudut E. Kepala bagi lll. Pengukur kerataan permu- kaan A. Sifat B. Perangkat kombinasi C. Alat ukur permukaan D. Meterprofil E. Optimalplat lV. Pengukur serbaguna khusus A. Pneumatik B. Listrik C. Elektronik D. Laser Mengingat banyaknya, alat-alat ukur di atas tidak dapat dibahas satu persatu. Di sini hanya akan diuraikan beberapa alat ukur yang penting dalam metrologi. 78 lnstrumentasi & Alat Ukur T 5.4 AI,AT UKUK PANJANG 5.4.1 Katiper Vernir (Vernier Catiper) Cambar 5.2. digunakan kaliper vernir yang dapat digunakan untuk mengukur bagian dalam dan luas suatu benda. Vernir terdiri dari bilah utama atau bilah yang dibagi dalam milimeter dan suatu bilah pembantu yang dibagi '100. Seratus garis pada bilah pembantu sama dengan 49 milimeter pada bilah utama sehingga setiap garis 100 l9- mm. Bila suatu garis bilah pembantu berimpit dengan suatu tanda pada skala utama, maka harga ukurnya adalah jumlah skala dihitung dari angka 0 x 0,02 mm. Pada pengukuran, mula-mula kita baca skala pada bilah utama. Harga vermir diperoleh dengan memperhatikan garis yang berimpit dengan garis pada skala utama. Andaikan merupakan garis keempat, maka ditambahkan 4 x O,O2 pada pembacaan skala utama. O.e nn tilftf,il^l lo 20 30 .o 50.60 ,o 70 80 90 roo llo l2o l3o l020ro$5o60roE, 0.? M frlgFilAt- Gambar 5.2. Kaliper vernir Alot Ukur 79
Pada Cambar 5.2. tarnpak cara pengukuran dalanr dan luar. Ukuran dalam: Skala utama Vernir :70+8 :4garisx0,02 Ukuran dalam 78,00 mm 0,08 mm 78,08 mm Ukuran luar: Skala utama Vernir 70+O :4garisx0,02 Ukuran luar 70,00 mm 0,08 mm 70,08 mm Cara pengukurannya tidak secepat mikrometer akan tetapi mem- punyai keuntungan bahwa dapat digunakan untuk jarak yang lebih be- sar dengan ketelitian yang sama. Selain itu dapat pula digunakan pada protraktor untuk pengukuran sudut. 5.4.2 Mikrometer Mikrometer, lihat Cambar 5.3. digunakan untuk mengukur de- ngan cepat dan dengan ketelitian O,OO2 mm. Pada mikrometer terdapat sekrup dengan ulir yang teliti. Sekrup ini dihubungkan ke spindel dan diputar pada pemutar atau kenop di ujungnya. Ulir sekrup dibuat de- ngan teliti dan mempunyai pit sebesar 0,05 mm. Sekrup bergerak se- banyak 0,05 mm setiap putaran. Pada barrelterdapat garis-garis yang diberi tanda skala milimeter, dan garis di atasnya menunjukkan sete- ngah milimeter. Skala lingkaran berjumlah 50 (pembagian yang sama) diberi nilai 0,5, 10 dan seterusnya sampai 50. Oleh karena itu setiap skala adalah 1/50 dan Yz mm, 1/100 atau 0,01 mm. Sebagai contoh, perhatikanlah Cambar 5.3. Pertama-tama perhatikanlah bilangan bulat pada skala utama barrel,lalu perhatikanlah apakah terbaca skala setengah milimeter di atas (ada kalanya di bawah) skala utama dan akhirnya bacalah skala perseratusan pada lingkaran. 80 lnstrumentasi & Alat Ukur 1 sekrup pengunci l-ingkaran 35 o o 30 ?5 20 t5 =- toE-10 5 Gambar 5.3. Mikrometer dengan kemampuan ukur dari 0 sampai 25 mm Nilai pada Cambar 5.3. harus dibaca sebagai berikut: Skala utama 10 x 1,00 mm Skala minor : 1 x 0,50 mm Skala pemutar 16 x 0,01 mm Nilai Karena daya ukur mikrometer umumnya adalah 25 mm, dibuat beberapa ukuran mikrometer untuk berbagai jumlah. Prinsip mikrc- meter juga diterapkan untuk pengukur diameter dalam, ukuran ke- dalaman dan untuk mengukur ulir. 10,00 mm 0,50 mm 0,16 mm 10,66 mm Untuk memperhalus pembacaan mikrometer hingga 0,002 mm, barreldilengkapidengan vernir. Vernir, lihat Gambar 5.3, kanan bawah. Setiap garis vernir mewakili dua perseribuan milimeter (0,002 mm) dan setiap garis diberi tanda 0,2, 4,6, B dan '10. Untuk membaca mikrometer vernir perlu diperhatikan skala utama, skala minor dan skala pemutar. Kemudian perhatikan garis vernir mana yang berimpit dengan garis skala pemutar. Alat Ukur 81
Cambar 5.4. kanan bawah harus dibaca sebagai berikut: Skala utama 10 x 1,00 mm Skalaminor : 1x0,50mm Skala pemutar - 16 x 0,01 mm Skala vernir 3 x 0,002 mm Nilai 10,00 mm 0,50 mm 0,16 mm 0,006 mm 10,666 mm Bila garis vernir berimpit dengan nilai B, tidak perlu ditambah- kan perseribuan milimeter. Untuk pengukuran di bengkel sampai ketelitian 0,001 mm, di- gunakan mikrometer bangku. Mesin ini disetel dengan menggunakan blok ukur presisi dan nilai dibaca langsung pada kepala diam. Tekan- an pada benda yang akan diukur diusahakan sama dan dapat dicapai ketelitian hingga 0,0005 mm. Mesin pengukur presisi menggunakan kombinasi antara prinsip pengukuran elektronika dan mekanik dan dapat mencapai ketelitian hingga 0,000001 m. 5.5 AIIIT OPTIK Karena ketelitiannya yang tinggi dan kemampuannya untuk mengukur bagian-bagian tanpa tekanan atau kontak, telah diciptakan berbagai alat optik untuk inspeksi dan pengukuran. Sebuah mikroskop untuk mengukur alat perkakas dapat dilihat pada Gambar 5.4. Objek diperbesar dan bayangannya tidak terbalik (dibandingkan dengan mi- kroskop biasa). Bagian yang akan diukur diletakkan pada meja sorong, mikros- kop difokuskan dan benda yang diukur diletakkan di bawah garis si- lang mikroskop. UIir mikroskop kemudian diputar hingga ujung lain- nya berada dibawah garis silang. Selisih antara kedua nilai pembacaan adalah besaran yang hendak diukur. Ulir mikrometer bergerak dalam dua arah dan ketelitian pembacaan mencapai 1 per 10.000. 82 lnstrumentasi & Alat Ukur 1 Alot Ukur Gambar 5.4. Mikroskop pengukur perkakas Gambar 5.5. Alat ukur optik 83
1 Alat ukur optik, yang tampak pada Cambar 5.5. dapat diguna- kan untuk mengukur perbedaan ketinggian sebesar 1 per 10.000. Alat tersebut dilengkapi dengan spindel yang dapat dipertukarkan sehingga dapat diukur berbagai ketinggian. Spindelditurunkan dengan motor listrik sampai terjadi kontak dengan benda kerja di bawah pengaruh tekanan 2 sampai 3N. Dimensi sesungguhnya dapat dibaca pada skala vernir yang diatur dengan tombol. bilah rinur 5.6 I{ALIPEK DAN PEMBAGT Kaliper digunakan untuk pengukuran kasar, baik untuk bagian luar maupun dalam. Alat tersebut tidak dapat mengukur langsung dan harus dicocokkan dengan penggaris baja atau alat ukur lainnya. Kali- per yang digunakan di bengkel disehut kaliper pegas, terdiri dari dua kaki dengan pegas yang dilengkapi mur dan baut untuk mengencang- kannya. Pembagian terdiri dari dua kaki yang lurus dengan ujung yang tajam dan keras. Alat ini digunakan untuk mentransfer dimensi, mem- buat lingkaran dan menggambar bagan. Gambar 5.6. Pasangan bilah sinus pada balok ukur mengukur sudut pada benda kerja Fengukuran berlandaskan hubungan trigonometri. Sinus suatu sudut adalah sama dengan sisi yang berhadapan dibagi hipotenusa. Sisi yang tidak diketahui panjangnya diukur dengan menggunakan pengukur tinggi atau balok ukur presisi. Fada cambar 5.6. sin g : ryr, L diketahui, tergantung pada 5.7 PENGUKUBAN SUDUT L ukuran bilah biasanya 100 mm atau 200 mm. Tinggi h, dan h, diukur dengan balok ukur, bila selisihnya dibagi L diperoleh harga sudut. Cara yang lazim digunakan untuk mengukur sudut adalah den- gan busur derajat. Ada pula alat jenis lain yang memerlukan alat tam- bahan" 5.9 PENGUKURAN PEBFTUI{AAN 5.8 BIIIUI SINUS lnstrurnen untuk mengukur keadaan permukaan dipakai untuk mengukur ketepatan kedataran/kerataan atau keadaan penyelesaian permukaan. Pekerjaan ini dilakukan di atas bidang datar, terdiri dari benda cor yang diratakan dengan teliti atau suatu balok granit yang dipoles yang disebut pelat datar. Kerataannya dalam batas 0,003 mm terhadap bidang rata-rata melalui setiap titik permukaan. Pelat kecil- kecil yang disebut pelat perkakas hanya digunakan untuk mengukur Bilah sinus merupakan alat sederhana yang digunakan untuk mengukur sudut dengan teliti atau untuk menyetel kedudukan benda kerja. Pada garis poros pusat terdapat dua silinder berdiameter sama yang terletak pada jarak yang telah ditentukan. Agar pengukuran teliti, harus digunakan permukaan yang datar sekali. a Alat Ukur lnstrumentasi & Alat Ukur 85
benda kerja yang kecil dan biasanya digunakan bersama-sama balok pengukur presisi. 5.1O PENGUKUR PERNIUI(AA"ilI Pengukur permukaan atau pengukur tinggi yang terlihat pada Cambar 5.7 digunakan untuk rnenentukan kesejajaran permukaan dan untuk menggores ukuran pada bidang vertikal. Muia-mula jarum disetel pada posisi rata-rata dan dikunci. Kemudian dengan rnengatur kenop dapat diatur ketinggian dengan teliti. Selain jarum penggores dapat pula digunakan jam ukur atau tranduser sehingga diperoleh alat pengukur yang teliti untuk mengecek permukaan. Gambar 5.7. Alat pengukur ketinggian gog:$ceca 86 lnstrumentasi &. Alot Ukur 1 AI.AT UKUR I(APA,SITAS KER*IA 6.1 TUJT'AN a. Mengukur kapasitas kerja otot b. Mengukur kemampuan untuk melaksarrakan kerja c. fulernpelajari secara ernpiris hubungan antara konsumsi oksigen dengan energi yang dihasilkan tubuh 6.2 DEFTNISI a. Kapasitas adalah hasil maksimum suatu sistem di dalam suatu periode tertentu b. Ukuran kapasitas adalah banyaknya satuan maksinnum yang dapat dihasilkan pada waktu tertentu c. Kerja adalah perubahan energi W:E,_Ez Di mana: W : Kerja El : Menunjukkan energi mula E2 - Menyatakan energi akhir d. e. Energi adatah kemampuan untuk melaksanakan kerja Kapasitas keria adalah hasil maksimum perubahan energi suatu sistem didalam suatu periode tertentu dari
I 3. Digital Electronic Hand Dynamometer Modet ED-D 100 4. Digital Back Hyperextension Meter BD-BO 5. Pulse Counter "HEART PET" Untuk Sekelompok Subyek Model CH-6F 6.5 KER..IA FISIK Proses penggunaan dan pembentukan energi ini terjadi dalam serat-serat otot. Jika konsumsi energi melampaui kemampuan, pem- bentukan kembali energi maka efisiensi menurun. Sesudah aktivitas yang berat, serat-serat otot, memiliki sedikit cadangan tenaga dan ban- yak sampah-sampah metabolisme, yang diantaranya adalah asam lak- tat dan asam karbonat. 6.4.7 Digital Electronic Back Muscle Dynamometer Model Ke-d 300 Alat ini untuk mengukur kekuatan otot bagian belakang dan Otot yang digunakan dalam melakukan kerja fisik dalam tubuh manusia sistem kerjanya di bawah perintah otak sadar (valuntary mu' soJer)" Otot menrpunyai kemampuan untuk berkontraksi dan relaksasi, di mana pengerutan otot kadang-kadang dapat nrembuat panjang otot menjadi setengahnya dari keadaan semula. Dalarn hal ini kernarnptlan lcerja suatu otot tergantung antara lain pada panjangnya. Besarnya tenaga otot ditentukan oleh jumlah serabut otot yang berkerut secara aktif. Adapun kontraksi serat-serat otot disebabkan oleh rangsangan saraf yang datang, maka dari itu kerja fisik tergantung kepada ranS- sangan-rangsangan saraf dan rangsangan-rangsangan ini berasal dari sel-sel motor di otak yang aktif. hasilnya dapat dibaca untuk kekuatan maksimum hingga 300 kg. Cambar - 1 Kecepatan kontraksi otot berhubungan erat dengan besarnya tenaga yang bekerja pada suatu saat tertentu dan oleh karena itu ke' cepatan gerakan diatur oleh banyaknya serat-serat otot yang berkerut secara aktif selama waktu dimaksud. 1. Spesifikasi 6.4 PEMUKUKI{APASITAS Unit Pengukur I{EITTA Digital LED, 3 digit Display Peralatan/alat ukur kapasitas kerja terdiri dari: 1" Digital Electronic Back Muscle Dynamometer Model KE-D 300 2. Digital Trunk Flexion Dounward Flexibility Test Model W-D 0-300 kg, minimum 1 kg Batas Pengukuran Ketelitian Kurang dari 2olo kesalahan bobot nilai Manual, nitai not dibuat secara oto- matis dan simultan Penyetelan ulang 351 1 Alot Ukur Kopositos Kerja lnstrumentasi &, Atat Ukur 89 88
T Berdiri diatas bantalan (10) regangkan lutut dan genggam tangkai genggaman (7). Miringkan tubuh 300 ke depan, ke- rnudian sesuaikan panjang rantai genggaman dengan postur tubuh. Tarik genggaman dengan kedua tangan dan menariknya per- lahan-lahan. Dalam hal ini, janganlah membengkokkan lutut dan tangan, jangan membiarkan seluruh tubuh ke bagian be' lakang dan usahakan tubuh dalam keadaan tegak. AC 100 Y,50160Hz 10w Sumber power s) Konsumsi power Unit Converter Meter yang digunakan Meteran perak tegang ardened epoxy resin temperature tinggi 6) Perekat Tongkat Baja tahan karat Sus-27 7\ Kekuatan otot belakang ditunjukkan oleh nilai maksimum Besi tuang Rangka dalam layar unit penghitung 2. Uraian Panel Display 1) Tombol power 8) Tekan tombol penyesuaian kembali ke "0". Tombol ON dan OFF dilakukan de- ngan penekanan Tombol ditekan untuk mendapat- kan pembacaan "0', penyesuaian 0 dibuat secara otomatis dan simultan Ferhatikan 1) Saudara akan mendapatkan hasil lebih baik apabila pengukuran dilakukan dua kali, namun janganlah melakukan pengukuran dua kali secara simultan pada subjek yang sama. 2l Tombol penyetelan 2) Perhatian khusus perlu dilakukan terhadap sudut dan panjang ran- tai untuk mendapatkan pengukuran postur tubuh yang baik. 3) Koreksi perlu dilakukan terhadap converter bila ada gangguan. 4) Kadangkala punggung atau pinggang terasa sakit, perhatian khu- sus perlu dilakukan pada orang setengah baya dan orang tua un- tuk rnenghilangkan rasa sakit 6.4.2 Digital Trunk Flexion Dounward Flexibility Test Model 3) Display 4) lnput 5) Sekering 6) Wayar Digital, 3 digit, LED dalam Kg Hubungan dengan converter Tabular, 2 A Untuk dihubungkan ke AC 100 V Display n Cenggaman Menarik converter, digenggam oleh tangan w-D3511 Unit ini telah dilengkapi dengan layar digital dalam rangka memudahkan pengukuran. unit ini dapat dioperasikan dengan cara yang sama dengan alat tradisional. Metode Pengukuran 1) Hubungkan wayar converter ke input (4) dari counter (peng- 3. hitung). 2l Hubungkan sumber power (6) ke AC 100 V. 3) Tekan tombol sumber power (1) ke "ON" dan "0" agar mun- Ceser kursor ke posisi bagian atas, tekan kursor ke bawah de' ngan jari. Dalam hal ini posisi akan ditampilkan dalam digit. Bila po- sisi dari jari berada di dasar lantai maka tanda digit adalah negatif (-) dan bila berada di atas lantai maka tanda adalah positif (+). cul dalam layar "0'. 4) Tekan tombol penyetelan (2) untuk mendapatkan nilai awal, layar menuiu'O' lnstrumentasi & Alot Ukur Alat Ukur Kapositas Kerja 90 91
Cambar-l 1. Spesifikasi Counter Batas pengukuran Pembacaan minimum Sumber tenaga Ukuran Sensor Sistem tombol fotoelektrik Jarak gerak kursor Ukuran pijakan Dua (2) kali dilengkapi 2. Counter Tombol power Tombol penyetel Display lnput Wayar elektrik Sekering 92 Cambar-2 20 hingga + 35 cm 0,5 cm AC 100 V 50/60 Hz 37,5 (lebar) x 33,5 (kedalaman) x 16,5 (tinggi) cm 55 cm 30 (1) x 30 (k)x 12 (t) cm untuk kedudukan pijakan Dengan menghidupkan lampu display (3) Tempat display (#) ke-20,0 Hasil pengukuran ditampilkan dalam digit dengan tanda (+) dan C) lnlet electric, masukan cok sensor Hubungkan ke AC 100 V 2 A, dalam tube lnstrumentasi & Atat Llkur 6.4.3 Dlgital Efiectrornic $"flar*cf $"]yr*ar,m*mte{er JModel ED-DI0o Moclel komvensional telah diuhah Bte sistem tiigital yang akan memberikam n$!ai nraksimumn },lln6ga gg.g kg dengan rnenggunakan meteran tegang. Cambar-2 Cambar-1 M.l!_ U Gambar-3 Cambar-4 Cambar-5 Alat Ukur Kapasitos Kerjo 93
_T 3) Metal fitting : Lepaskan fitting bila menggenggam bagian lebar yang disesuaikan seperti tertera pada Cambar 4 1. Spesifikasi Counter Display Display Batas pengukuran Display, LED (3 angka) 0-99,9 kg. Skala Pertam- bahan 0,1 kg 2olo atau kurang (% nilai ukur) Manual, penyetelan nol dibuat secara simultan AC 100 Y,50160 Hz 10w 4) Converter : Bagian pendeteksi untuk kekuatan geng- gaman oleh meter tegang Ketelitian pengukuran Metode Pengukuran 1) Hubungkarl wayar dari conyerter (9) ke input (4) dari counter 3. Penyetelan unit dan hubungkan ke power AC 1CIO V. 2) Hidupkan tombol power (1) hingga terlihat "0" pada display. 3) Lepaskan metal fitting (8) dari converter dan sesuaikan jarak genggaman dengan memutar genggaman luar (6), lihat Cam- bar 4. Tarik genggaman dalam dengan tangan dan tekan tornbol pn- nyetel untuk penyetel awal, lihat Cambar 5. Pegang genggaman converter berdiri dan perhatikan l,llrar- kan kedua kaki, kanan kiri, julurkan tangan dan pegang sel;uat tenaga. s) Sumber tenaga Konsumsi Power Converter Pembacaan minimum Meteran tegang yang digunakan Perekat 4\ 0,5 cm Meteran tegang timbang Epoxy resin bertempera- tur tinggi Baja tahan karat SUS-27 Baja campuran ringan Tongkat Rangka 6) Display selalu menampilkan nilai maksimum selama pongu- kuran. n Bila pengukuran telah selesai, tekan tombol penyetel untuk mendapatkan nilai "0' untuk pengukuran selanjutnya" 2" Struktur Counter Unit 1) Tombol Power 2\ Tombol penyetel 3) Display 4) lnput 5) Sekering On/Off Penyetel ke "O" 3 digit LED dalam kg Hubungkan wayar ke converter Tabular, 2 A Perhatikan l. Janganlah merotasi bagian dalarn genggaman bila rnenyesuaikan jarak genggaman dari converter 2. Karena converter akan berubah dikarenakan usia, perlu dilakukan perawatan Converter 1) Cenggaman (bagian luar) : Sesuaikan lebar genggaman 6.4,4 Digital Back Hyperextension Meter BD-DS0 2) Genggaman (bagian dalam) : Bagian yang tetap di con- verter 2) Genggaman (bagian dalam) : Bagian yang tetap di con- verter Alat ini menunjukkan tinggi dagu subjek yang diukur vertikal dari titik permukaan dipan hingga dagu bagian bawah dengan meng- Alat Ukur Kapasitas Kerjo 95 lnstrumentosi &. Alot Ukur 94
_T '1. Spesifikasi konversikan sudut pengukur yang dikaitkan dengan gerakan dagu. Tu- buh bagian atas subjek telungkup secara datar pada dipan. Batas pengukuran 0-80 cm, rnin 0,5 mm LED (merah) 3 digit digital AC lOO V, 1O W Rangka baja, lapis kulit, sabuk pengikat kaki (2) 220 (p) x 90 (1)x 70 (t) rnm Display Power Dipan i.:.i.r,gre::an oi- ir =t" ,: !. ***:+) lsg securlng belt H,frft^w i- Ukuran ta:J4t drrg[y i ^/'.t - Prinsip Pengukuran 2. Seperti Cambar 2, alat ini dilengkapi dengan pengukur de- ngan panjang yang tetap dari AD titik putaran di A. penarnpang dagu lekat pada tuas pengukur di D. Beban ditumpu pada ujung lain dituas pengukur untuk n'lendapatkan pengukuran. Alat pen&- ukur dapai diturunkan dengan adanya sedikit tekanan. t\ 1.'-, 7i =.( i bataocc reigtt ts t\- lcvcr 7zI hcr.!: r- r:, .\ -_ 7 ,_ Poxcr Ie(tch ')2ylz.,:t:' .-, reset Cwitch Rotary encoder dipasang di titik A yang mengukur surd,.rt r:larr sumbu datar. Titik A dirancang bagi subjek untuk dapat bergerak leluasa ke depan dan belakang secara linier. Biia subjek telung- kup pada dipan dan meletakkan dagunya pada tuas pengukur dan menggerakkan tubuh bagian atas ke atas perlahan-lahan sehingga tuas pengukur akan membentuk sudut sesuai dengan kenaikan ba- gian tubuh. ii: - Polre1. cofd Gambar-1 Secara simultan rotary encoder mencatat sudut yang terben- tuk di titik A dan menghitung tinggi dagu subjek dengan persa- maan berikut: DC : (Sin O.DA)- BC 1. Tempatkan tuas pengukur penampang dagu pada pengkaitnya bila tidak digunakan. Alat ini dirancang untuk menampilkan nilai ukur terbaik. Perlu dicatat walaupun terjadi kesalahan penggunaan tuas pengukur namun masih saja nilai ukur ter- baik diperoleh. Gambar-2 96 lnstrumentasi & Alat Ukur Alat Ukur Kopasitas Kerja 97
98 ::r gi It:i.- il=.Uniri-iiif l,/l'-'--lx: lsi y:/ Gambar 3 Gambar 4 lnstrumentasi & Alat Ukur 2. Telungkuplah dan renggangkan kaki selebar 45 cm. Kemu- dian ikatkan kedua kaki dengan sabuk pengikat dengan ketat pada tumit dan pergelangan kaki. 3. Lepaskan tuas pengukur dari pengaitnya dan letakkan dagu diatas penopang. 4. Setelah pengukuran, kembalikan tuas pengukur pada peng- kaitnya" 4. Setelah pengukuran, kembalikan tuas pengukur pada peng- kaitnya" Perhatian Tuas pengukur akan bergenak seca!"a otomaiis Praktisnya, tenrpatkan tuas pacla pengkaitnya. sebelurn dan sesu- dah pengulcuran gogo&r*r"t Alot Ukur Kopasitas Kerja 99 rl I
ALAT UKUR KELEI.AHAN OTOT 7.1 TUJUAN a. Mengukur waktu respon dari keseluruhan tubuh b. Mengukur reaksi gerak lambat dan cepat tangan dan keseluruhan tubuh c. Mendeteksi jumlah ketukan yang dilakukan oleh jari subyek d. Menentukan jumlah ketukan persatuan waktu yang ditampiikan secara digit 7.2 DEFINISI lstilah lelah dalam bahasa tnggris: Fatique. Daram irmu teknik lelah adalah perubahan yang terjadi datam bahan yang mengalarnl tekanan berulang-ulang dan akhirnya menyebabkan bahan itu retak atau rusak. Lelah merupakan suatu perasaan, dan bagi setiap orang akan mempunyai arti tersendiri dan sifatnya subyektif. Kelalahan mempunyai arti yang berbeda-beda, tetapi semuanya berke- naan dengan pengurangan kapasitas kerja dan ketahanan tubuh.
--T Ada dua jenis kelelahan, yaitu: a. Kelelahan otot Kelelahan otot merupakan tremor atau perasaan nyeri pada otot 'b. Kelelahan mental Kelelahan mental ditandai dengan berkurangnya kemauan untuk bekerja akibat gangguan secara psikis. P, Faktor penyebab terjadinya kelelahan mental adalah: (-. r Monotonik lntensitas dan lamanya kerja mental dan fisik Keadaan lingkungan Kekhawati ran dan konfl i k serta penyakit-penyakit Cambar-I Pengaruh-pengaruh ini berkumpul dalam tubuh dan mengaki- batkan perasaan lelah. l. Struktur Alat terdiri dari:' 1) Unit Utama 2) Kotak respon Kelelahan adalah suatu mekanisme perlindungan tubuh agar tu- buh menghindari kerusakan lebih lanjut, sehingga dengan demikian terjadiah pemulihan. Display dan menu pengukuran Untuk mengukur waktu r€spon tangan Untuk mengukur waktu reaksi se. turuh tubuh Cahaya (3 jenis), Suara (3 jenis) Unit utama 1 buah untuk stimulasi dan 1 buah kotak respon. 3) Lapis reaksi 7"5 PIRAIITI UKUR I$OLEIAflAN OTOT 4) Stimulator 5) Kabel penghubung 7"3.1 Whole Body Reaction Tester Model YB - 1000 Alat ini mengukur gerakan lambat, cepat dan reaksinya, dengan mengukur waktu respon dari keseluruhan tubuh atau tangan terha- dap cahaya dan suara. Penghitung digital menggunakan elemen kristal osilasi dan dapat memberikan hasil yang teliti dan 1 m detik hingga 9,999 detik yang pegukurannya dengan menggunakan kotak respon dan lapis reaksi. Spesifikasi Unit Utama Batas pengukuran 2. 111, 1/1O, 1l1OO, 1/100O detik de. ngan 4 variabel Pemilihan untuk warna merah, biru dan kuning Pemilihan untuk 1OO Hz, 5OO Hz, 1 KHz Pemilihan warna stimulasi Pemil ihan suara stimulasi Alat Ukur Kelelohon Otot 103 lnstrumentasi &. Alot Ukur 102
Display Penyetel "0'manual Sumber daya Ukuran 3. Belakang Panel : : : digit LED,7 bagian (merah) AC 100 V, 50/60 Hz, 10 W 38 (1)x 33 (k) x 17 (t)cm Outlet untuk tombol respons Outlet stimulator Output data Sekering Kabel Power Bila menghubungkan dengan "waktu" unit waktu pegukuran dan bila dihubungkan dengan pengukuran per pulse. Tombol "waktu/hitung" pada depan pa- nel perlu juga disesuaikan Untuk dihubungkan dengan stimulator Terminal untuk printer digital 2A tube gelas Dihubungkan ke AC 100 V Gambar 2 4. Pengukuran Fengukuran waktu reaksi untuk keseluruhan tubuh 1) Hubungan wayar lapis ke "waktu" dariterminaltombol reaksi pada bagian belakang unit utama. 2) Hubungkan stimulator dengan terminal (inlet) pada belakang unit utama dengan wayar yang tersedia. 1U lnstrumentasi & Alot Ukur 3) 4) s) 6) 7) B) e) Tentukan tahapan waktu di depan panel unit utama dengan wayar yang tersedia. Pilih salah satu daritombol pilihan "stimulasi" dan tekan tom- bol. Apabila itu suara, maka volume suara perlu disesuaikan. Tempatkan yang diuji berdiri pada lapis menghadap stimula- tor. Apabila persiapan telah selesai, tekan tombol. Cahaya atau suara dapat dibuat dengan pemilihan dan jam akan bekerja secara simultan dan menunjukkan waktu. lnstruksikan ke subjek uji untuk meloncat secara vertikal di lapis reaksi segera mungkin bila ada tanda simultan Sesaat kaki subjek uji meninggalkan lapis reaksi, jam akan berhenti dan menunjukkan waktu berlalu Ulangi pengujian 5 kali dan catat angka rata-rata dalam menit dan detik 5. Pengukuran Waktu Reaksi Sederhana 1) Hubungkan kotak respon ke tombol reaksi (waktu) pada ba- 3) 4l gian belakang unit dengan wayar yang tersedia. Pilih 1/1000 detik untuk tahapan waktu dan putar ke warna merah tombol stimulasi. lnstruksikan subek uji untuk menekan tombol merah kotak respon segera mungkin bila tanda stimu- lasi (warna lain mungkin juga digunakan, namun subyek uji tetap menekan tombol warna yang sama sebagaimana yang dipilih). Dudukkan subjek uji di depan kotak respon menghadap sti- mulator, tekan tombol mulai 3 ke 5 detik sesudah tanda "mu- lai" ada. Waktu berlalu (e/apse time) adalah dimulai dari subjek uji menekan tombol mulai hingga subjek uji menekan tombol, reaksi pada tanda stimulasi. Catat angka rata-rata pengujian 5-10 kali. s) Alot Ukur Kelelohon Otot 105
106 Pengukuran Pemilihan Waktu Respon 1) Sesudah persiapan telah dilakukan seperti yang disebutkan diatas, instruksikan subjek uji untuk menekan tombol warna yang sama segera mungkin (volume suara yang sama) dari stimulasi. 2) Apabila subjek uji menekan tombol yang berbeda dari tanda stimulasi, jam tidak akan berhenti hingga subjek uji menekan tombol secara benar. Pengukuran Jumlah Langkah 1) Hubungkan lapis reaksi ke tombol/hitung reaksi di belakang unit utama dan tentukan tombol "waktu/hitung" pada "hi- tung" (stimulator tidak digunakan). 2) Subjek ini harus duduk di kursi dan meletakkan kakinya tanpa beban di lapis reaksi. 3) Bila subjek uji merubah tahapan segera mungkin sesuai de. ngan tanda 'mulai", setiap perubahan akan dihitung dan di- tunjukkan. 4) Baca harga untuk 10 detik pertama sesudah 'mulai'. 5) Kadang-kadang tombol tidak berfungsi apabila sentuhan kaki I terlalu lunak. Bila kotak respon digunakan, berbagai kombinasi, seperti peng- ukuran gerakan langkah jari dan lain-lain adalah memungkinkan. Kotak Respons Tombol : Tomboltekan (tombol mikro)-3 Empat : Plastik dengan lapis baja yang tercat Ukuran : 17 (1) x 10,8 (k) x (t) cm Lapis reaksi Sistem Kabel penghubung : 3,5 m Ukuran : Lapis karet : 50 (1) x 21 (k) x 21 (t) cm lnstrumentasi &, Alot Ukur Dilengkapi dengan alur untuk penyanggah berkaki tiga Unit utama : 1 buah ukuran 5 m untuk stimulator 6. Panel 1) Tombol power 2) Waktu dasar 3) Volume suara Angka (000) tertera di display Pilih waktu standar dalam 1/1, 1110,11100, 1/1000 "Keras" dengan memutar arah jarum jam 4l Waktu/Pengukuran 5) Pemilihan stimulasi 6) Menghidupkan tombol Hidupkan pengukuran waktu dan perhitungan (pengukuran per pulse). Pemilihan waktu dengan mendorong dan pemilihan per- hitungan dengan melepasnya. Dalam hal ini hubungan kabel pada bagian belakang unit akan ditukar. Pilih cahaya atau suara, yang keduanya ditandai oleh cahaya lampu dari LED. Hidupkan untuk memulai stimu- lasi (suara rendah), bola menekan atom, bola "waktu" akan beker- ja. 7) Tombol penyetelan B) Display Putar tombol untuk mendapatkan 'O' pada display; hal ini harus dilakukan setiap kali pengukuran selesai dilakukan 4 digit. Bila "waktu" dipilih, desi- mal bertepatan dengan waktu dasar akan bergerak. Alat Ukur Kelelahan Otot 107
Gambar-3 7.3.2 Tapping Tester 1. Dua foto transistor, yang disusun di bagian atas dan bawah sisi alat ini, dirancang untuk mendeteksi jumlatr ketukan yang dilakukan oteh jari subjek sehingga gerakan jari ke atas dan ke bawah pada batas tertentu dapat diukur secara tepat. 2. Batasyangdiperbolehkan untuk jari melakukan gerakan ketuk- an dapat berubah-ubah disesuaikan dari kedalaman 20 - 40 mm. 3. Jumlah ketukan persatuan waktu (0 - 10 detik, 10 - 20 detik dan 20 - 30 detik) ditampilkan secara terpisah dalam digit. 4. Sesuai dengan permintaan pelanggan, alat ini dirancang un- tuk mampu mengukur harga-harga selama gerakan ketukan: waktu yang dibutuhkan dari pelat bagian bawah ke pelat ba- gian atas atat, lamanya sentuhan antara jari dan pelat bagian atas ke pelat bagian bawah, lamanya sentuhan antara jari de- ngan pelat bagian bawah dan penekanan ketukan. 5. Nama setiap komponen dan spesifikasinya. 6. Penanganan. 7. Fungsi-fungsi pilihan. 108 lnstrumentosi & Alat Ukur Nama setiap komponen dan spesifikasinya (Tapping lester) * Pandangan Depan Pandangan Atas (Sandaran telapak tangan) Nama setiap komPonen 1. Wayar power 2. Pemegang Sekering 3. DC Power inPut jack 4. Tombol power 5. Lampu beker DC Power 6. Lampu monitor 7. LamPu stoP 8. Tombol Start 9. Jendela layar Penghitung 10. Tombol penYesuaian Percobaan 1 1. Skala penyesuaian Percobaan 12. Sandaran telaPak tangan 13. Alur jari 14. Pelat sentuhan bagian bawah Gambar-l Gambar-2 Alat lJkur Kelelahan Otot 109
1. Spesifikasi Deteksi Batas gerakan jari : fumlah Ketukan : Dengan 2 foto transistor yang disusun ba- gian atas dan bawah alat. Dapat distel dalam batas 20 - 40 mm ke- dalaman (dalam arah ke atas dan bawah). Ditampilkan dalam 2 digit (jumlah ketukan untuk setiap unit waktu masing-masing dari 0 - 10 detik, 10 - 20 detik, 20 - 30 detik). 2. Penanganan 1) Tempatkan alat diatas meja atau sejenisnya sehingga po- sisi kedudukan alat sama tingginya dengan perut subjek. 2t Hubungkan wayar power (1) ke output AC 100 V. Bila DC power digunakan, masukkan baterairke dalam alat. Bila tenaga baterai berkurang dari nilai yang ditentukan, lampu beker DC power (5) akan berkedip. Disarankan agar power dihidupkan 10 menit sebelum setiap pengukuran dimulai supaya alat dapat digunakan dalam kon- disi stabil. Tentukan skala penyesuaian percobaan (11) ke skala nilai 30 mm dengan menggunakan tombol penyesuaian percobaan (10). Standar ini yang ditetapkan untuk tekukan adalah 30 mm. Percobaan dapat disesuaikan dengan menggunakan tombol peny,esuaian percobaan tergantung dari ukuran jari masing- masing subjek bila alat dimaksudkan digunakan selain dari pengamatan medis. 1) Sebelum percobaan dimulai, periksaapakah alat berfungsi dengan baik. Alat dalam kondisiyang baik apabila lampu monitor (6) hidup dan jumlah ketukan ditampilkan dalam jendela layar hitung (9) segera setelah power dihidupkan dan jari ditempatkan di alat bergerak ke atas dan bawah. Jumlah ketukan ditampilkan untuk masing-masing setiap satuan waktu G30 detik, 10-20 detik, 2G30 detik. 110 lnstrumentasi &, Alat Ukur 2) Bila semua persiapan pengukuran telah dilakukan, persi- lahkan subjek saling duduk berhadapan dengan pelaku percobaan dan alat berada di atas meja diantara kedua- nya. 3. Petunjuk diberikan ke subjek pada tahap ini sebagai berikut: Petunjuk yang diberikan ke subjek 1) Persilahkan subjek untuk menggerakkan jarinya secepat mungkin ke arah atas dan bawah seperti melakukan ketikan. Percobaan dengan menggunakan alat initersusun dari serang- kaian uji coba yang harus diselesaikan dengan menggunakan semua jari kedua tangan, satu persatu dalam urutan tertentu. 2) Setelah subjek memastikan posisi pelat sentuhan bagian bawah dengan.-sentuhan jarinya dipersilahkan subjek untuk menyentuh bagian bawah pelat sentuhan dengan tersusun dari serangkaian uji coba yang harus diselesaikan dengan menggunakan semua jari kedua tangan, satu persatu dalam urutan tertentu. 3) Persilahkan subjek untuk meneruskan gerakan ketukan tan- pa melepaskan telapak tangannya dari sandaran (12). Ketika melakukan ketukan ke atas dan bawah, subjek diizinkan untuk menggerakkan jari lainnya tetapi tidak diperbolehkan terlepas dari sandaran. Perhatikan counter (penghitung) tidak akan mulai berfungsi kalau ketukan jari tidak benar-benar menye- ntuh kedua pelat sentuhan bagian atas dan bagian bawah. 4) Persilahkan subjek untuk merelaksasi lengan, tangan dan ba- hunya 5) Persilahkan subjek untuk memulai percobaan dengan jari telunjuk lengan sebelah kanan 4. Pemanasan 1) Pertama kali, subjek meletakkan jari telunjuk lengan sebelah kanan kejalur jari (13) dan memastikan bagian proyeksi pelat sentuhan bagian bawah dengan ujung jari Alot Ukur Kelelahon Otot 111
-- 2) Kemudian subjek menggerakkan jarinya ke atas dan ke bawah sekuat mungkin selama 5 menit 5) Buatlah tanda berhenti uji coba dan mengatakan "Berhenti" ! pada saat lampu stop (7) hidup setelah waktu yang ditentukan untuk tiap uji coba dicapai. 3) Kemudian subjek melakukan hal yang sama dengan lengan kirinya. Setelah itu subjek menggunakan urutan jari tengah, jari manis dan jari kelingking dari lengan kanan dan kiri ber- gantian 6) Prosedur diatas diulangi untuk menyelesaikan percobaan yang terdiri dari serangkaian uji coba. Setiap kali tombol start hidup, perhitungan ditampilkan di layar (9) dan direset ke nol untuk memulai uji coba lainnya. 4) Bila terdapat dua atau lebih subjek yang menunggu, mereka selayaknya melakukan pemanasan satu dengan yang lainnya 6. Fungsi-fungsi Pilihan Sesuai dengan permintaan pelanggan, alat ini dirancang untuk mengukur hal-hal berikut: Taksiran akan dibuat untuk setiap in- dividu setelah memastikan spesifikasinya khusus yang dirancang oleh pelanggan dalam kaitannya dengan analisis, pencatatan, dan lain-lain. Perhatikan o Selama uji coba, subjek tidak boleh melepaskan telapak ta- ngannya lepas dari sandaran o Subjek harus merelaksasi keseluruhan tangannya diSnulai dari bahu hingga ke ujung jari ketika melakukan ketukan . Apabila subfek melakukan kesalahan dalam pengetukan de- ngan satu jari, subjek harus meneruskannya dengan jari ber- ikutnya Waktu yang diperlukan untuk hat berikut selama ketukan a. Waktu yang diperlukan untuk ketukan jari bergerak dari pelat bagian bawah ke pelat bagian atas . Subjek harus menggunakan jari-jari tangan kanan dan kiri sa- b. Lamanya sentuhan antara ketukan jari dan pelat bagian atas c. Waktu yang diperlukan untuk ketukan jari bergerak dari pelat ling bergantian bagian atas ke pelat bagian bawah Percobaan 1) Begitu pemanasan selesai, percobaan akhir akan dilakukan 2) Dicoba ulang petunjuk diatas terhadap subjek setiap kali se- "5. d. Lamanya sentuhan antara ketukan jari dan pelat bagian bawah ,r belum subjek memulai uji coba dengan ketukan jari 3) Sebelum tiap uji coba, pelaku percobaan harus memberikan arahan ke subjek sebagai berikut: "Bila saya katakan "Mulai"!, mulailah menggerakkan ketukan jari atas dan ke bawah de- ngan stabil, cepat dan sekuat mungkin hingga saya katakan "Berhenti" !. Kemudian perlihatkanlah tanda kepada subjek untuk memulai uji coba dan mengatakan "Mulai" !, serta mengamati secara cermat posturnya 7.4 IIIJBUNGAN ANTARA LEI,AII PIDNTAL DAN LEIIUI OTOT Kelelahan dalam diri manusia merupakan proses yang teraku- mulasi yang disebabkan oleh beberapa penyebab diantaranya adalah kerja yang membutuhkan pikiran banyak (lelah mental) dan kerja fisik yang akan mendatangkan ketegangan (stress). 4) Hidupkan tombol start selama 2 detik sesudah subjek memu- lai ketukan pada alat. Hal ini disebabkan oleh ketidak stabilan nilai awal dalam ketukan. Kelelahan akibat kerja sering kalidiartikan sebagai proses menu- runnya efisiensi performan kerja dan berkurangnya kekuatan/ketah- anan fisik tubuh untuk terus melanjutkan kegiatan yang harus dilaku- ',113 lnstrumentasi & Alat Ukur Alat Ukur Kelelohan Otot 112
= l. Kurang nafsu makan m. Sedikit tidur n. Perasaan cemas o. Mudah marah p. Keinginan untuk mengubah suasana q. Merasa kehilangan waktu kerja r. Perasaan akan sesuatu yang makin kritis s. Perasaan diperbudak pekerjaan t. Sering mengalami kecelakaan u. Kehilangan kepercayaan diri v. Bosan terhadap pekerjaan w. Kehilangan kepercayaan pada perusahaan Variabel sebab, yaitu kondisi saat bekerja, yaitu terdiri atas kom- ponen-komponen: a. Beban kerja yang berlebihan b. Desakan waktu c. Kualitas kepenyeliaan yang jelek d. lklim kebijakan yang jelek e. Umpan balik yang tidak memadai f. Wewenang yang tidak memadai B. Kemenduaan peran h. Frustasi i. Konflik antar pribadi dan kelompok j. Perbedaan antara nilai-nilai perusahaan dan karyawan k. Berbagai bentuk perubahan kebijakan kan. Menurut Higgins, terdapat hubungan langsung antara stress dan prestasi kerja karyawan seperti model yang disajikan dibawah ini. Prestasi Kerja Stress 2) Gambar 7.1. Model Prestasi Keria dan Stress Cambar 7.1 dapat ditihatbahwa stress mempunyai potensi un- tuk mendorong atau mengganggu pelaksanaan kerja, tergantung dari berapa besar tingkat stress. Selanjutnya data yang dibutuhkan untuk menganalisa permasalahan diatas adalah: 1) Variabel akibat, yaitu berupa Cejala stress yang terdiri dari kom- ponen-komponen: a. Penggunaan obat-obatan/minuman beralkohol b. Tekanan darah menjadi tinggi c. Nyeri punggung d. Ucapan-ucapan yang tidak menyenangkan e. Susah tidur f. Nyeridada g. Jantung berdebar h. Sesak napas karena emosi i. Obat tidur berlebih j. Sering terbangun pada malam hari k. Letih Variabel kerja terdiri atas komponen-komponen: a. Mutu pekerjaan b. Kejujuran karyawan c. lnisiatif d. Kehadiran e. Sikap f. Kerjasama g. Keandalan lnstrumentasi &. Alat Ukur Alat Ukur Kelelahan Otot 114 115
h. Fengetahuan tentang pekerjaan i. Tanggungjawab f. Pemanfaatan waktu 116 r>soScaca lnstrumentasi &, AIat Ukur AI\TTROPOMETRI 8.1 TUJUAN a. Mampu memahami interaksi antara manusia, mesin, peralatan, bahan maupun tingkungan kerjanya. b. Mampu memahami adanya sejumlah keterbatasan dan kelebihan yang dimiliki manusia. c. Mampu mengukur data antropometri dan menggunakannya untuk perancangan/ pengaturan sistem kerja. 8.2 DEFINISI stilah antropometri berasal dari "Antrho'yang berarti manusia dan "Metri' yang berarti ukuran. Secara umum antropometri dapat dinyatakan sebagai suatu studi yang berkaitan dengan pengukuran dimensitubuh manusia. Manusia pada dasarnya akan me- miliki bentuk, ukuran (tinggi, lebar dan sebagainya) berat badan dan lain-lain yang berbeda satu dengan yang lainnya. Antropometri ialah pengetahuan" yang menyangkut pengukuran tubuh manusia, khususnya dimensi tubuh. Antropometri dibagi atas dua bagian, yaitu:
1. Antropometri statis Pengukuran yang dilakukan pada tubuh manusia yang berada dalam posisi diam. Dimensi yang diukur pada antropometri statis diambil secara li- nier (lurus) dan dilakukan pada permukaan tubuh. Agar hasil peng- ukuran representatif, maka pengukuran harus dilakukan dengan metode tertentu terhadap berbagai individu, dan tubuh harus dalam keadaan diam. Terdapat beberapa faktor yang mempenga- ruhi dimensi tubuh manusia, di antaranya: , a. Umur Ukuran tubuh manusia akan berkembang dari saat lahir sam- pai kira-kira 20 tahun untuk pria dan 17 tahun untuk wanita. Kemudian ukuran tubuh manusia akan berkurang setelah usia 60 tahun. b. Jenis kelamin Pada umumnya manusia memiliki dimensi tubuh yang lebih besar, kecuali dada dan pinggul c. Suku bangsa (etnis) Variasi dimensi akan terjadi, karena pengaruh etnis d. Pekerjaan Selain faktor-faktor diatas, aktivitas kerja sehari-hari juga me- nyebabkan perbedaan ukuran tubuh manusia. 2. Antropometri Dinamis Dimensi tubuh diukur dalam berbagai posisi tubuh yang sedang bergerak, sehingga lebih kompleks dan lebih sulit diukur. Terdapat tiga kelas pengukuran dinamis yaitu: a. Pengukuran tingkat keterampilan sebagai pendekatan untuk mengerti keadaan mekanis dari suatu aktivitas Contoh: dalam mempelajari performansi atlit t18 lnstrumentosi &. Alat Ukur Pengukuran jangkauan ruang yang dibutuhkan saat kerja Contoh: Jangkauan dari gerakan tangan dan kaki efektif pada saat bekerja, yang dilakukan dengan berdiri atau duduk C. Pengukuran variabilitas kerja Contoh: Analisis kinematika dan kemampuan jari-jari tangan dari seorang juru ketik atau operator komputer Pengukuran Bentuk Tubuh Pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui bentuk tubuh ma- nusia, agar peralatan yang dirancang lebih sesuai dengan bentuk tubuh manusia, sehingga dirasakan nyaman dan menyenangkan. Terdapat 5 (lima) tingkat kenyamanan, yaitu: 5 - ketidaknyamanan/sakit yang tidak tertahankan 4 - sakit yang masih bisa ditahan 3 - sakit 2 - kematian rasa 1 - sensasi yang terasakan 0 - tidak ada sensasi Misalnya, kita akan mengukur tingkat kenyamanan suatu kursi. Maka untuk menentukan terjadinya sensasi tersebut, terdapat 9 (sembilan) titik penting pertemuan antara badan dengan kursi yang menentukan kenyamanan, yaitu: a. Daun pundak (bagian yang paling menonjol dari tulang be. likat) b. Dasar pundak c. Daerah punggung yang melengkung d. Daerah lengkung pinggang e. Pantat f. Pantat paling bawah g. Pangkal paha h. Pertengahan paha i. Ujung paha Antropometri 119
Piranti ukur/alat ukur tubuh yang dipergunakan adalah "Martins Human Body Measuring lnstrument Model YM-l". '1. Martin Statue - Meter (Meter Pengukur Tinggi) Panjang 2 meter, dapat dipisah menjadi 4 bagian Untuk mengukur tinggi, tinggi duduk, tungkai dan tengan dan Iain-lain Alat ini bukan hanya untuk tinggi tubuh manusia tetapijuga untuk panjang atau diameter bagian tubuh lain. Skala pipa baja adalah dari 0 * 2OO mm dan dapat dipisah sesuai dengan keinginan. 2. Skala Pengukur (Lurus) Alat ini dirakit dengan meter pengukur tinggi. Dapat digunakan dengan 1 atau 2 potong, tergantung bagian mana yang diukur 3. Skata Pengukur (Kurva) Alat ini juga dirakit dengan meter pengukur tinggi. Untuk mengukur lebar tubuh dan bagian yang relatif pendek se- perti leher, diameter kepala dan panjang kaki. 4. Martin Coniometer Dua kurva tangan yang disambung pada satu ujung yang dapat di- buka dan ditutup, dilengkapi dengan skala yang digunakan untuk mengukur dari 1 mm - 450 mm. Alat ini digunakan untuk meng- ukur kepala, lipatan lenrak atau bagian kecil tubuh. 5. Metal Penggaris Metal penggaris berukuran 150 mm dengan minimum skala 1 mm untuk mengukur bagian kecil secara linier 6. Martin Caliper Untuk mengukur bagian kecil dari telinga, wajah, jari kaki atau sudut-sudutnya. Skala samping adalah tetap pada satu sisi dengan ukuran 200 rnnr x 1 mm dan pada sisi lain skala dapat digeser. tza lnstrumentosi &, Alot Ukur Caliper mempunyai skala 250 mm di depan dan belakang. Pan- jang sisi lengan adalah tetap pada sudut kanan ke titik nol dan panjangnya 120 mm. Satu ujung dari sisi lengan adalah tajam di sisi lain adalah tumpul dan datar. Skala pada sisijuga sama sepefii di atas, namun dapat digeser sepanjang caliper. Gabungkan kedua ujung lengan dan baca langsung skala. Ujung yang tajam biasanya digunakan untuk kerangka sedang yang tumpul dan datar digu- nakan untuk tubuh hidup. 7. 8. Kantong Kapas Alkohol Letakkan kapas penyerap dan alkohol ke dalam kantong untuk mensteri I isasikan uj u ng alat sebel um penguku ran d i lakukan " Pita Pengukur Alat ini digunakan untuk mengukur keliling dada atau kepala. Terbuat dari metal, pemutaran otomatis. Panjang adalah 2 meter dengan skala pertambahan 1 mm. sogoScec8 Antropometri 121
DAF'TARPUSTAI(A A.C. Srivastava, Sutanto (Penerjemah): Ieknik lnstrumenta-si, Ul Press, 1987. B.H. Amstead, Phillip F, Ostwald, Myron L, Begermann, Teknologi Mekanik, Jilid l, Penerbit Erlangga, 1993 (Terjemahan: Sriati Djaprie). Dauglas C. Moutgomery, lntroduction to Statrtical Quality control, 2nd edition, wiley, 1991. Departemen Pendidikan dan Kebudayaan: Teknik Pengukuran (Metrologi lndustri), 1 980. Drs. M.N. Nasution, M.Sc, A.P.U, Manaiemen Mutu Terpadu, edisi kedua, Chalia lndonesia, 2005. Malcolm Plant dan Dr. Jan Stuart: Pengantar llmu Teknik. ,NSIRU- MENTASI, PT. Cramedia, Jakarta, 1985. Prof.Dr. lr. A. Rahim Matondang MSIE, lr. Sugih Arto Pujangkoro MM, lr. Poerwanto MSc, lr. Kalsum M.Kes : KK 514, Modul lnstru- m e ntasi I P raktek Lapan gan, 2006. Tim Laboratorium lnti USU: Model lnstrumentasilPraktek Lapangan, 2000. Warsito S, Kamus Elektronika lnggris lndonesia, Penerbit PT. Crame. dia Pustaka Umum, 1996. sogclScec*
TENTAIVG PENULIS lr. Poerwanto, MSc. Setelah menyelesaikan studinya di Universitas Tan- jungpura (UTAN) Pontianak tahun 1976, bekerja pada perusahaan swasta nasional P.T FARITEX ta- hun 1971-1974, dan melanjutkan studinya di lnstitut Teknologi Bandung tahun 1974-1976, di Departe- men Elektronik lTB konsentrasi Teknik Pengaturan/ Kontrol. Menulai karier sebagai dosen di Fakultas Teknik Universitas Tanjungpura Pontianak dari tahun 1976-1993, dan sebagai Direktur Politeknik UNTAN tahun 1987-1991. Menyelesaikan studinya starata-2 di lnstitut Teknologi Bandung tahun 1985, dalam Program Teknik dan Manajemen lndustri. Tahun 1993 sampai sekarang pindah bekerja sebagai staf pengajar di Uni- versitas Sumatera Utara (USU) dan mengajar di Departemen Teknik lndustri USU, Sekolah Pasca Sarjana Magister Kesehatan Kesehatan Kerja, dan Magister Teknik lndustri. Di samping itu juga memberi ku- liah di beberapa perguruan tinggi swasta yang ada di Medan.
lr. fuliza Hidayati, MT. Staf pengajar Departemen Teknik lndustri Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara sejak tahun 1994. Menyelesaikan S1 di Universitas Sumatera Utara pada tahun 1993 dan menyelesaikan 52 di lnstitut Teknologi Bandung di bidang Teknik ln- dustri pada tahun 1998. Penulis aktif sebagai Staf Laboratorium lnti Teknik Faktor Manusia Fakultas Teknik USU. Penu- lis dapat dihubungi melalui e'mail: juliza@usu.ac.id !r. Anizar, MKes Staf pengajar Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Memperoleh gelar sarjana strata-l Teknik lndustri dari Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU) tahun 1993 dan Magister Kesehatan Kerja (M.Kes) dari Pasca Sarjana Universitas Suma- tera Utara tahun 2001. Aktif sebagai staf pengajar di Departemen Teknik tndustri Universitas Sumatera Utara sejak 1995. gorrScqcs "til6 lnstrumentasi & Alat Ukur I t i, s{ll, Ih, il rdrn Ptrprsltrl:,.:'' dan F:: I ;" i' 13 Prnrit s: .1. , J '';rrtr