PENGENALAN PENGUKURAN & INSTRUMENTASI

NAMA: MARINTAN SIMBOLON

NIM: 1106223046

KELAS: TR-46-GAB

MATA KULIAH: INSTRUMENTASI DAN TEKNIK PENGUKURAN BESARAN ELEKTRIK

PENGENALAN PENGUKURAN DAN INSTRUMENTASI

A. Definisi Instrumen dan Pengukuran

    Instrumen adalah perangkat yang digunakan untuk mengukur suatu besaran fisik atau elektrik dengan standar tertentu. Instrumen ini berfungsi untuk mengubah besaran yang diukur menjadi bentuk yang dapat dibaca, seperti angka pada layar digital atau defleksi jarum pada skala analog. Contoh instrumen dalam bidang teknik listrik meliputi voltmeter untuk mengukur tegangan, ammeter untuk mengukur arus, osiloskop untuk menganalisis sinyal listrik, dan sensor suhu untuk mendeteksi perubahan panas dalam sistem kelistrikan.

  Pengukuran adalah proses membandingkan suatu besaran dengan satuan standar yang telah ditetapkan, seperti volt untuk tegangan, ampere untuk arus, dan ohm untuk resistansi. Pengukuran yang baik harus dilakukan dengan instrumen yang sesuai dengan karakteristik besaran yang diukur agar hasilnya akurat dan presisi. Dalam bidang kelistrikan, pengukuran sangat penting untuk memastikan kinerja perangkat elektronik, menganalisis kualitas daya, dan mendeteksi kesalahan atau gangguan dalam sistem listrik.

B. Akurasi

    Akurasi adalah seberapa dekat hasil pengukuran dengan nilai sebenarnya dari suatu besaran. Jika suatu alat ukur memiliki akurasi tinggi, maka hasil pengukurannya akan sangat mendekati nilai standar atau nilai referensi yang diketahui. Akurasi dapat dipengaruhi oleh faktor seperti kualitas instrumen, kondisi lingkungan, dan teknik pengukuran yang digunakan. Oleh karena itu, kalibrasi alat ukur secara berkala sangat penting untuk memastikan bahwa alat tetap memberikan hasil yang akurat.

   Sebagai contoh, jika suatu multimeter digunakan untuk mengukur tegangan 5V dan alat tersebut menunjukkan 4.98V, maka alat ini memiliki akurasi tinggi karena hasilnya mendekati nilai sebenarnya. Dalam industri listrik dan elektronika, akurasi sangat penting karena kesalahan kecil dalam pengukuran dapat menyebabkan gangguan besar dalam operasi perangkat atau sistem. Akurasi juga sering dinyatakan dalam bentuk persen kesalahan, misalnya ±0.5%, yang berarti hasil pengukuran bisa berbeda 0.5% dari nilai sebenarnya.

C. Presisi

    Presisi adalah kemampuan alat ukur untuk menghasilkan hasil yang konsisten ketika dilakukan pengukuran berulang pada kondisi yang sama. Dengan kata lain, jika suatu pengukuran dilakukan berkali-kali dan memberikan hasil yang sama atau sangat mendekati, maka alat tersebut memiliki presisi tinggi. Namun, presisi tidak selalu berarti akurat; suatu alat bisa menghasilkan hasil yang sangat konsisten tetapi tetap melenceng dari nilai sebenarnya.

   Misalnya, sebuah ammeter selalu menunjukkan nilai 1.98A setiap kali arus 2.00A diukur. Ini menunjukkan bahwa alat tersebut memiliki presisi tinggi, tetapi akurasinya kurang karena ada perbedaan dengan nilai sebenarnya. Dalam aplikasi teknik listrik, presisi sangat penting untuk memastikan keandalan pengukuran, terutama dalam sistem otomatisasi dan kontrol, di mana pengukuran yang tidak konsisten dapat menyebabkan kesalahan dalam operasi mesin atau perangkat elektronik.

D. Sensivitas

    Sensitivitas adalah ukuran seberapa baik suatu instrumen dapat mendeteksi perubahan kecil dalam besaran yang diukur. Semakin tinggi sensitivitas suatu alat, semakin kecil perubahan yang bisa dideteksi oleh alat tersebut. Sensitivitas umumnya dinyatakan dalam satuan perubahan keluaran per perubahan input, misalnya volt per derajat Celsius (V/°C) untuk sensor suhu atau mikrovolt per ampere (µV/A) untuk sensor arus.

     Sebagai contoh, jika sebuah termokopel memiliki sensitivitas 10 mV/°C, maka untuk setiap kenaikan suhu sebesar 1°C, tegangan keluarannya akan bertambah 10 mV. Dalam aplikasi kelistrikan, sensitivitas sangat penting, terutama dalam sensor yang digunakan untuk mendeteksi arus bocor, fluktuasi tegangan, atau perubahan kecil dalam sinyal listrik yang bisa menjadi indikator awal adanya gangguan dalam sistem.

E. Kesalahan Pengukuran

    Kesalahan pengukuran adalah selisih antara nilai yang diukur dengan nilai sebenarnya. Kesalahan ini bisa berasal dari berbagai faktor, termasuk keterbatasan alat ukur, kondisi lingkungan, dan kesalahan manusia dalam membaca atau mencatat data. Kesalahan ini dapat diklasifikasikan menjadi tiga jenis utama: kesalahan sistematis, kesalahan acak, dan kesalahan gross (blunder).

• Kesalahan sistematis terjadi karena faktor tetap, seperti kesalahan kalibrasi alat atau faktor lingkungan yang mempengaruhi pengukuran secara konsisten. 
• Kesalahan acak disebabkan oleh variabel yang tidak terkontrol, seperti fluktuasi listrik atau gangguan gelombang elektromagnetik. 
• Kesalahan gross terjadi akibat kelalaian manusia, seperti salah membaca skala atau mencatat angka yang salah. Untuk mengurangi kesalahan pengukuran, penting untuk menggunakan instrumen berkualitas tinggi, melakukan kalibrasi rutin, dan memastikan prosedur pengukuran yang benar.

F. Angka Penting

     Angka penting adalah digit dalam suatu hasil pengukuran yang memberikan informasi mengenai tingkat ketelitian alat ukur yang digunakan. Angka penting mencakup semua angka yang memiliki makna dalam hasil pengukuran, termasuk angka yang diketahui pasti dan satu angka terakhir yang merupakan perkiraan.

     Dalam dunia pengukuran, angka penting digunakan untuk memastikan bahwa hasil perhitungan atau analisis tetap sesuai dengan ketelitian alat yang digunakan. Misalnya, jika sebuah multimeter hanya bisa membaca hingga dua angka di belakang koma, maka hasil pengukuran yang memiliki lebih banyak angka desimal tidak relevan karena alatnya tidak cukup presisi untuk mendeteksi perubahan sekecil itu.

Aturan Angka Penting

Untuk menentukan angka penting dalam suatu angka atau hasil pengukuran, kita harus mengikuti beberapa aturan:

1. Semua angka bukan nol adalah angka penting.

   • Contoh: 234 memiliki 3 angka penting.

2. Nol yang berada di antara angka bukan nol adalah angka penting.

   • Contoh: 205 memiliki 3 angka penting karena angka nol di antara 2 dan 5 dihitung.

3. Nol di awal angka desimal tidak termasuk angka penting.

   • Contoh: 0.0042 hanya memiliki 2 angka penting (4 dan 2), karena nol di depan tidak dihitung.

4. Nol di akhir angka desimal adalah angka penting.

   • Contoh: 2.500 memiliki 4 angka penting, karena nol di belakang menunjukkan ketelitian alat.

5. Nol di akhir angka tanpa koma desimal tidak selalu angka penting.

• Contoh: 4500 bisa memiliki 2 angka penting (4 dan 5), kecuali jika dinyatakan dalam bentuk ilmiah seperti 4.500 × 10³ (4 angka penting)

Contoh dalam Pengukuran Elektrik:

Misalkan sebuah multimeter digital menunjukkan hasil 4.72V saat mengukur tegangan listrik.

• Hasil ini memiliki 3 angka penting (4, 7, dan 2).
• Jika multimeter hanya mampu membaca hingga dua angka desimal, maka hasil 4.720V tidak valid karena angka nol di akhir tidak memiliki arti tambahan.

G. Besaran

   Besaran adalah sesuatu yang dapat diukur dan memiliki satuan. Dalam ilmu pengukuran, besaran digunakan untuk menyatakan sifat fisik suatu objek atau fenomena secara kuantitatif, misalnya panjang meja 1,5 meter di mana 1,5 adalah nilai dan meter (m) adalah satuannya.

    Besaran dibagi menjadi besaran pokok (misalnya panjang dalam meter, massa dalam kilogram, waktu dalam sekon) dan besaran turunan (misalnya kecepatan dalam meter per detik, gaya dalam Newton). Selain itu, ada besaran skalar yang hanya memiliki nilai (misalnya suhu dan massa) dan besaran vektor yang memiliki nilai dan arah (misalnya gaya dan kecepatan).

H. Fungsi Alat Ukur

    Alat ukur digunakan untuk mengukur besaran fisik atau elektrik dengan tujuan memastikan sistem    berfungsi dengan baik. Fungsinya meliputi:

1. Menentukan nilai besaran → Voltmeter untuk tegangan, ammeter untuk arus.
2. Menganalisis dan mengontrol sistem → Osiloskop untuk sinyal listrik.
3. Mendiagnosis gangguan atau kerusakan → Multimeter untuk pengecekan komponen.
4. Menjaga akurasi dan keselamatan → Kalibrasi alat secara berkala.

I. Cara Mengurangi Kesalahan dalam Pengukuran

1. Kalibrasi alat secara rutin
2. Gunakan alat dengan akurasi tinggi
3. Lakukan pengukuran berulang dan ambil rata-rata
4. Gunakan teknik pengukuran yang benar (hindari paralaks saat membaca skala)

J. Resolusi dalam Pengukuran

    Resolusi adalah kemampuan suatu alat ukur untuk membedakan perubahan kecil dalam besaran yang diukur. Semakin tinggi resolusi alat, semakin kecil perubahan yang dapat dideteksi. Misalnya, jika sebuah voltmeter memiliki resolusi 0,01V, maka ia dapat menunjukkan perubahan tegangan sekecil 0,01V, sedangkan voltmeter dengan resolusi 1V hanya dapat mendeteksi perubahan minimal sebesar 1V.

K. Rentang (Range) Pengukuran

    Rentang pengukuran adalah batas maksimum dan minimum suatu alat ukur dalam mendeteksi suatu besaran fisik atau elektrik. Rentang ini menentukan seberapa besar nilai yang dapat diukur oleh alat tanpa mengalami saturasi atau kehilangan akurasi.

    Sebagai contoh, sebuah multimeter dengan rentang tegangan 0-600V tidak dapat mengukur tegangan di atas 600V tanpa risiko kerusakan. Oleh karena itu, dalam memilih alat ukur, penting untuk memastikan rentang pengukuran sesuai dengan nilai yang akan diukur. Beberapa alat juga memiliki fitur auto-range, di mana alat secara otomatis menyesuaikan rentang sesuai dengan nilai yang diukur untuk mendapatkan hasil yang paling akurat.

L. Jenis-Jenis Instrumen Pengukuran

    Instrumen pengukuran dapat dikategorikan berdasarkan cara kerja dan tujuan penggunaannya. Berikut beberapa jenis utama:

1. Instrumen Analog – Menampilkan hasil pengukuran dalam bentuk skala dengan jarum penunjuk, seperti voltmeter analog atau galvanometer. Instrumen ini lebih sederhana tetapi kurang presisi dibandingkan instrumen digital.
2. Instrumen Digital – Menampilkan hasil pengukuran dalam bentuk angka digital, seperti multimeter digital, osiloskop digital, atau sensor suhu berbasis mikroprosesor. Instrumen digital lebih presisi dan mudah dibaca.
3. Instrumen Indikasi Langsung – Menghasilkan hasil pengukuran langsung tanpa memerlukan perhitungan tambahan, misalnya amperemeter yang langsung menampilkan nilai arus listrik.
4. Instrumen Rekam (Recording Instrument) – Instrumen yang dapat mencatat perubahan suatu besaran dalam waktu tertentu, seperti data logger atau osiloskop yang merekam bentuk gelombang tegangan seiring waktu.