KARAKTERISTIK DINAMIK

LAPORAN PRAKTIKUM INSTRUMEN DAN PENGUKURAN

KALIBRASI INSTRUMEN UKUR (KARAKTERISTIK DINAMIK)

Dosen Pembimbing: Ir. Heriyanto M.T.

Oleh:

Abdul Hafid Ismail (111411031)

Agi Iqbal Velayas(111411032)

Anik Munawaroh (111411034)

Kelompok : 1

2-B D3 Teknik Kimia

Tanggal Praktikum: 7 September 2011

Tanggal Penyerahan: 14 Oktober 2011

JURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2011

KARAKTERISTIK DINAMIK

I. Tujuan Menentukan konstanta waktu instrument ukur

Menentukan waktu tanggap instrument ukur

Menentukan waktu naik instrument ukur

II. Landasan Teori

Karakteristik dinamik menunjukkan performa instrument ukur ketika mengukur

variable yang berubah cepat. Kebanyakan sensor tidak dapat mengikuti bperubahan cepat,

tetapi memerlukan waktu beberapa saat sebelum mencapai tanggapan penuh. Waktu yang

digunakan tergantung pada resistansi,kapasitansi, massa atau inersia, dan waktu mati

instrument. Karakteristik dinamik dapat dinyatakan dengan tanggapan undak, tanggapan

miring, dan tanggapan frekuensi dari instrumentasi ukur.

II.1. Tanggapan Undak (Step response)

Tanggapan undak instrument ukur dalam mengukur variable biasa

digunakan untuk menentukan karakteristik dinamik. Perubahan mendadak

(undak) terjadi ketika variable terukur secara tiba-tiba berubah dari kondisi nilai

tunak pertama ke kondisi nilai tunak kedua.

Tanggapan undak sebuah instrument dapat digolongkan kedalam : sangat

teredam, redaman kritik, atau osilasi teredam. Tanggapan sangat teredam atau

redaman kritik dinyatakan dalam waktu tanggap dan waktu naik. Tanggapan

osilasi teredam dinyatakan dalam waktu naik, presentase overshoot, dan waktu

mantap.

Dengan menganggap instrument ukur sebagai system orde 1 maka nilai

pengukuran mengikuti persamaan berikut :

(a) Perubahan Naik

y = (yf - yo) + yo

(b) Perubahan turun

y = (yf - yo) + yo

Konstanta waktu (time Constant) adalah waktu yang diperlukan keluaran untuk

mencapai 63,2% dari nilai perubahan keseluruhan.

Waktu Tanggap (Response Time) adalah waktu yang diperlukan keluaran untuk

mencapai presentase tertentu (95%) dari nilai perubahan keseluruhan

tr = 3

Waktu naik adalah waktu yang diperlukan keluaran untuk berubah

dari presentase tertentu (10%) ke presentase yang llebih besar (90%)

II.2. Ketidakpastian Pengukuran

Nilai Ketidakpastian pengukuran menentukan seberapa besar penyimpangan

nilai dari nilai rata-ratanya. Penentuan nilai ketidakpastian dilakukan dengan

langkah sebagai berikut:

(1) Menghitung deviasi standar untuk sebuah pengukuran

sy= ∑ (yi-ý)2

n-1

(2) Menentukan nilai (t) dari table distribusi-t

(3) Nilai ketidakpastian adalah

∆y = sy . t

√n

III. Alat dan Bahan

Alat :

Termometer gelas 1 buah

Sensor PT-100 1 buah

Waterbath 1 buah

Penangas Air 1 buah

Stopwatch 1 buah

Bahan :

Air Kran

IV. Prosedur Percobaan

a. Persiapan

Pengisian Waterbath dan Gelas KImia

Pemanasan Air, T = 800C

Pengukuran Suhu dengan Termometer Standar

b. Perubahan Naik

Ulangi sebanyak 5 x

Ulangi sebanyak 5 x

Menyelupkan Termometer gelas ke dalam Waterbath (dingin)

Memindahkan Termometer ke dalam Air Panas

Mengganti Termometer dgn thermometer sensor PT-100

Menyelupkan sensor PT-100 ke dalam Waterbath (dingin)

Memindahkan Sensor PT-100 ke dalam Air Panas

c. Perubahan Turun

Ulangi sebanyak 5x

Ulangi sebanyak 5x

V. Data Pengamatan 1.1 Pengukuran Naik

Tabel 1 Pengamatan Suhu

Percobaan ke

1 2 3 4 5

Suhu air dingin (Td), 0C 20 28 21 20 20

Suhu air panas (Tp), 0C 80 72 78 68 66

Suhu akhir = 0.63(Tp-Td)+Td, 0C 57 55 57 50 49

Menyelupkan Termometer gelas ke dalam Gelas Kimia (panas)

Memindahkan Termometer ke dalam Air dingin

Mengganti Termometer dgn thermometer sensor PT-100

Menyelupkan sensor PT-100 ke dalam Gelas Kimia (panas)

Memindahkan Sensor PT-100 ke dalam Airdingin

Tabel 2 Pengamatan Hambatan Sensor

Percobaan ke

1 2 3 4 5

Hambatan dalam air dingin (Rd), Ω 25 25 26 26 26

Hambatan dalam air panas (Rp), Ω 68 70 74 74 72

Hambatan akhir = 0.63(Rp-Rd)+Rd, Ω 52 53 56 56 55

Tabel 3 Pengamatan Konstanta Waktu

NOKonstanta waktu (τ)

Termometer glass (detik) Sensor RT-100 (detik)

1 4 1,85

2 4 2,7

3 2,72 2,05

4 3,36 2,12

5 2,24 2,6

1.2 Pengukuran Turun

Tabel 4 Pengamatan Suhu

Percobaan ke

1 2 3 4 5

Suhu air dingin (Td), 0C 20 20 20 20 20

Suhu air panas (Tp), 0C 74 62 68 68 68

Suhu akhir = 0.63(Tp-Td)+Td, 0C 40 35 37 37 37

Tabel 5 Pengamatan Hambatan Sensor

Percobaan ke

1 2 3 4 5

Hambatan dalam air dingin (Rd), Ω 24 24 24 24 24

Hambatan dalam air panas (Rp), Ω 78 75 73 72 70

Hambatan akhir = 0.63(Rp-Rd)+Rd, Ω 44 43 42 42 45

Tabel 6 Pengamatan Konstanta Waktu


Termometer glass (detik) Sensor PT-100 (detik)

1 3,01 1,5

2 2,83 1,48

3 2,39 1,49

4 2,72 2,22

5 2,8 1,85

VI. Pengolahan Data 1. Menghitung rata-rata nilai Pengukuran

a. Pengukuran Naik

- Dengan Termometer

1. y = (yf - yo) + yo

= ( 80- 20) ) + 20

= 60(1–0,4995) + 20

= 50,03

2. y = (yf - yo) + yo

= ( 72- 28) ) + 28

= 44(1–0,4995) + 28

= 50,02

3. y = (yf - yo) + yo

= ( 78- 21) ) + 21

= 57(1–0,36) + 21

= 57,48

4. y = (yf - yo) + yo

= ( 68- 20) ) + 20

= 48(1–0,308) + 20

= 53,216

5. y = (yf - yo) + yo

= ( 66- 20) ) + 20

= 46(1–0,289) + 20

= 52,706

- Dengan Sensor PT-100

1. y = (yf - yo) + yo

= ( 68- 25) ) + 25

= 43(1–0,223) + 25

= 58,411

2. y = (yf - yo) + yo

= ( 70- 25) ) + 25

= 55(1–0,357) + 25

= 60,365

3. y = (yf - yo) + yo

= ( 74- 26) ) + 26

= 48(1–0,258) + 26

= 61,616

4. y = (yf - yo) + yo

= ( 74- 26) ) + 26

= 48(1–0,27) + 26

= 61,04

5. y = (yf - yo) + yo

= ( 72- 26) ) + 26

= 48(1–0,344) + 26

= 57,488

b. Pengukuran Turun

- Dengan Termometer Gelas

1. y = (yf – y0) + yo

= ( 74-20) + 20

= 41,47

2. y = (yf – yo) + yo

= ( 62-20) )+ 20

= 42(1–0,374) + 20

= 35,76

3. y = (yf - yo) + yo

= ( 68- 20) ) + 20

= 48(0,313) + 20

= 35

4. y = (yf - yo) + yo

= ( 74- 20) ) + 20

= 54(0,36) + 20

= 39,44

5. y = (yf - yo) + yo

= ( 74- 20) ) + 20

= 54(0,371) + 20

= 40,034

- dengan Sensor PT=100

1. y = (yf - yo) + yo

= ( 78- 24) ) + 24

= 54(0,157) + 24

= 32,378

2. y = (yf - yo) + yo

= ( 75- 24) ) + 24

= 51(0,154) + 24

= 31,854

3. y = (yf - yo) + yo

= ( 73- 24) ) + 24

= 49(0,155) + 24

= 31,595

4. y = (yf - yo) + yo

= ( 72- 24) ) + 24

= 48(0,286) + 24

= 37,728

5. y = (yf - yo) + yo

= ( 70- 24) ) + 24

= 54(0,223) + 24

= 36,042

2. Menghitung deviasi standar dari empat nilai pengukuran

sy= ∑ (yi-ý)2

n-1

a. Pengukuran naik

- Dengan termometer

Ý= 50,03+50,02+57,48+53,216+52,706

5

=52,69

- Dengan sensor PT-100

Ý= 58,411+60,365+61,616+61,04+57,488

5

= 59,784

=

Sy = 1,76

b. Pengukuran turun

- Dengan thermometer

Ý= 41,47+35,76+35+39,44+40,034

5

=38,34

- Dengan sensor PT-100

Ý= 32,378+31,854+31,595+37,728+36,042

5

= 33,919

=

Sy = 2,785

3. Menentukan nilai-t dari tabel distribusi-t

n = 5

n – 1 = 4 nilai-t = 2,776

4. Menghitung nilai ketidakpastian pengukuran

- Satuan teknik

∆y = sy . t

√n

a. Pengukuran Naik

- Dengan Termometer gelas

∆y = 3,058 (2,776)

√5

= 3,79


∆y = 1,76 (2,776)

√5

= 2,184

b. Pengukuran Turun

- Dengan Termometer gelas

∆y = (2,776)

√5

= 3,493


∆y = 2,785 (2,776)

√5

= 3,457

- Persen skala penuh (%)

∆y = sy . t 100%

√n (ymaks - ymin)

a. Pengukuran Naik

- Dengan thermometer gelas

∆y = 100%

√5 (57,48-50,02)

=50,8%


∆y = 1,76 (2,776) 100%

√5 (61,616-57,488)

=52,9%

5. Menghitung waktu tanggap pada pengukuran naik

a. Pengukuran Naik

- Dengan Termometer Gelas

= 4 + 4 + 2,72 + 2,36 + 2,24

5

=3,064

tr = 3

=3 (3,064)

=9,192 detik


=1,85 + 2,7 + 2,05 + 2,12 + 2,6

5

= 2,264

tr = 3

= 3 (2,264)

= 6,792 detik

6. Menghitung waktu naik

Waktu naik ( 10 – 90 % ) = 2,197

- Dengan thermometer Gelas - Dengan PT-100

Waktu naik = 2,197 (3,064) Waktu naik = 2,197 (2,264)

= 6,73 detik = 4,97 detik

HASIL PERCOBAAN

Konstanta Waktu

Besaran Instrumen Ukur

Termometer PT - 100

Konstanta Waktu (detik) 3,064 2,264

Ketidakpastian

- Satuan teknik (detik)

- Persen skala penuh (%)

3,79

50,8%

2,184

52,9%

Waktu Tanggap dan waktu Naik

Besaran Instrumen Ukur

Termometer PT - 100

Waktu Tanggap (detik) 9,192 6,792

Waktu Naik (detik) 6,73 4,97

VII. Pembahasan

Abdul Hafid Ismail (111411031)

Proses pengukurannya digunakan 2 buah alat ukur, yaitu termometer gelas dan sensor

PT-100 untuk mengukur suhu sampel (air) pada dua kondisi yang berbeda, yaitu air pada

suhu 250C (air dingin) dan air pada suhu 800C (air panas).

Penggunaan 2 instrumen ukur ini bertujuan untuk menentukan konstanta waktu

instrument ukur yaitu waktu tanggap dan waktu naik dengan melakukan pengukuran

naik dan pengukuran turun sebanyak lima kali.

Berdasarkan hasil percobaaan, termometer gelas memiliki konstanta waktu selama

3,064 detik sedangkan sensor PT-100 2,264 detik.

Dari kedua nilai konstanta waktu tersebut terlihat bahwa konstanta waktu termometer

gelas lebih besar daripada konstanta waktu sensor PT-100.

konstanta waktu termometer gelas lebih besar daripada konstanta waktu sensor PT-

100 disebabkan komponen-komponen penyusun dan sensitivitas masing-masing

instrumen berbeda.

Dari percobaan, diperoleh :

1. Nilai ketidakpastian termometer gelas adalah 3,79 dan persen skala penuhnya

50,8 % .

2. Nilai ketidakpastian sensor PT-100 adalah 2,184 dan persen skala penuhnya 52,9

%

munculnya nilai ketidakpastian ini disebabkan oleh :

1. suhu yang terukur oleh masing-masing instrumen merupakan suhu setelah

tercapai kesetimbangan (bukan suhu sebenarnya),

2. adanya nilai suhu yang lebih kecil dari resolusi alat ukur yang digunakan, dan

3. pengukuran waktu yang terlalu cepat sehingga stopwatch yang digunakan tidak

dapat membaca dengan akurat.

Tetapi nilai ketidakpastian bisa diperkecil dengan cara :

1. pengukuran konstanta waktu sebaiknya menggunakan stopwatch digital

sehingga dapat membaca waktu lebih detail dan tepat,

2. suhu air panas dan air dingin untuk setiap pengukuran harus dijaga konstan agar

menghasilkan konstanta waktu yang tetap, dan

3. ketelitian pada saat membaca skala termometer gelas harus benar-benar

diperhatikan.

Dari percobaan, diperoleh :

1. Waktu tanggap thermometer gelas adalah 9,192 detik dan waktu naiknya adalah

6,73 detik.

2. Waktu tanggap termometer sensor PT-100 6,792 detik dan waktu naiknya

adalah 4,97 detik.

Dari percobaan, diperoleh nilai t sebesar 2,776

Dari percobaan, diperoleh nilai standar deviasi pengukuran termometer gelas :

1. Pengukuran naik : 3,058

2. Pengukuran turun : 2,184

Dari percobaan, diperoleh nilai standar deviasi pengukuran termometer sensor PT-100 :

1. Pengukuran naik : 1,76

2. Pengukuran turun : 2,785

VIII. Kesimpulan

Konstanta waktu Pengukuran Naik


Termometer glass (detik) Sensor RT-100 (detik)

1 4 1,85

2 4 2,7

3 2,72 2,05

4 3,36 2,12

5 2,24 2,6

Konstanta waktu Pengukuran Turun


Termometer glass (detik) Sensor PT-100 (detik)

1 3,01 1,5

2 2,83 1,48

3 2,39 1,49

4 2,72 2,22

5 2,8 1,85

Waktu tanggap pengukuran Naik

- Dengan Termometer Gelas : 9,192 detik

- Dengan Sensor PT-100 : 6,792 detik

Waktu Naik

- Dengan thermometer Gelas - Dengan PT-100

Waktu naik : 6,73 detik Waktu naik : 4,97 detik

Daftar Pustaka

Jobsheet Praktikum Instrumentasi dan Pengukuran.

KARAKTERISTIK DINAMIK

Documents