Jurnal Sistem Pengukuran Energi

Sistem Pengukuran Energi

Reza Rizki

1220301002

Politeknik Negeri Lhokseumawe

Jurusan Teknik Elektro

Program Studi Instrumentasi dan Otomasi Industri

Abstrak

Teknik pengukuran telah berperan penting sejak awal peradaban manusia, ketika pertama kali digunakan untuk mengatur transfer barang dalam perdagangan barter agar terjadi pertukaran yang adil. Revolusi industri pada abad kesembilan belas telah menimbulkan perkembangan pesat pada instrumen dan teknik pengukuran yang baru untuk memenuhi kebutuhan produksi. Sejak saat itu, terjadi pertumbuhan besar dan cepat dalam teknologi industri. Hal ini dapat dilihat terutama pada akhir abad ke dua puluh, yang didorong oleh perkembangan elektronik dan komputer. Pada gilirannya, pertumbuhan industri secara paralel memerlukan perkembangan instrumen dan teknik pengukuran yang baru.

1.   Pendahuluan

Pertumbuhan besar dalam aplikasi komputer untuk kontrol proses industri dan monitoring menyebabkan munculnya kebutuhan akan instrumen untuk mengukur, merekam dan mengontrol variabel proses. Karena teknik produksi modern bekerja dengan batas akurasi yang semakin ketat, dan karena tuntutan ekonomi yang membatasi biaya produksi, maka persyaratan agar instrumen menjadi akurat dan murah semakin sulit. Hal ini menjadi titik fokus penelitian dan pengembangan dari seluruh produsen instrumen. Dalam beberapa tahun terakhir, cara yang paling hemat untuk meningkatkan akurasi instrumen telah ditemukan pada banyak kasus dengan menggunakan daya komputasi digital. Instrumen cerdas ini karenanya tampil secara menonjol dalam katalog produsen instrumen saat ini.

 2.Tujuan dan Penerapan Sistem Pengukuran Energi

Tujuan sistem pengukuran adalah menghubungkan pengamat dengan proses yang  ditinjau,  seperti  yang ditunjukkan pada  Gambar  1.  Pengamat  ditunjukkan dengan sejumlah nilai variabel informasi saat ini. Variabel informasi disebut sebagai varabel terukur. input untuk sistem pengukuran disebut nilai benar variabel; sedangkan output sistem disebut nilai terukur variabel. Pada sebuah sistem pengukuran yang ideal, nilai terukur akan sama dengan nilai  benar.  Akurasi  sistem dapat  didefinisikan sebagai kedekatan nilai terukur dengan nilai benar. Sistem pengukuran yang sempurna adalah sesuatu yang ideal  secara teoritis dan tidak mungkin ditemui di aplikasi  rill.  Oleh karena itu, untuk sistem pengukuran riil diperkenalkan konsep eror sistem pengukuran E,

Dimana :

E = nilai terukur - nilai benar

Eror adalah indikator unjuk kerja utama bagi sebuah sisem pengukuran. Prosedur dan perlengkapan yang digunakan untuk menetapkan nilai  benar  variabel  terukur akan dijelaskan di bagian Karakteristik Statik.

Gambar 1 Ilustrasi tujuan sistem pengukuran

Penerapan instrumen pengukuran saat  ini  dapat  diklafisikasikan ke dalam tiga  kelompok besar. Pertama adalah penggunaan instrumen pengukuran pada pengaturan perdagangan,  yaitu  menerapkan  intrumen  yang  mengukur  besaran  fisik  seperti panjang, volume dan massa dalam satuan standar.

Bidang penerapan kedua adalah pada fungsi monitoring. Fungsi ini menyediakan informasi  yang memungkinkan manusia melakukan beberapa aksi  yang diperlukan. Sebagai  contoh,  pengemudi  mobil  menggunakan  speedometer  untuk  menentukan apakah dia perlu melambatkan gerakan mobil  atau tidak atau bahkan mempercepat gerakan; operator reaktor kimia menggunakan termokopel untuk menentukan apakah dia  perlu  memperbesar  atau  memperkecil  aliran  fluida  pendingin  reaktor.  Secara umum,  fungsi  monitoring  ada  untuk  menyediakan  informasi  yang  berguna  bagi manusia untuk mengontrol beberapa operasi atau proses industri. Pada proses kimia misalkan, perkembangan reaksi  kimia diindikasikan dengan pengukuran temperature dan  tekanan  pada  berbagai  titik,  dan  pengukuran  tersebut  mengijinkan  operator melakukan koreksi pada heater, aliran air pendingin, posisi valve dan seterusnya.

Bidang  penerapan  ketiga  adalah  pada  sistem  kontrol  proses  otomatik.

Karakteristik instrumen pengukuran yang digunakan pada sistem kontrol umpan balik merupakan hal penting yang mendasar bagi kualitas kontrol yang dicapai. Akurasi dan resolusi  variabel  output  proses  yang dikontrol  tidak pernah dapat  lebih baik dari akurasi  dan  resolusi  instrument pengukuran  yang  digunakan.  Hal  ini  merupakan prinsip yang sangat penting.

3. Pengertian Sistem Pengukuran Energi

Sistem pengukuran energi adalah suatu peralatan yang digunakan untuk memantau setiap perubahan kelakuan energi pada suatu situasi atau keadaan dimana kebutuhan perubahan akan besaran energi itu untuk keperluan managemen energi.

 4.  Struktur Sistem Pengukuran Energi

Sebuah sistem pengukuran dibuat  untuk menyediakan informasi  tentang nilai fisik beberapa variabel yang diukur. Pada kasus sederhana, sistem pengukuran dapat terdiri atas satu unit tunggal yang memberikan pembacaan atau sinyal output menurut besarnya variabel tak diketahui yang diukur olehnya. Namun, pada situasi pengukuran yang lebih komplek, sebuah sistem pengukuran terdiri atas beberapa elemen terpisah seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Komponen-komponen ini dapat terdiri atas satu atau  lebih  sub komponen yang terdiri  atas  elemen-elemen  pengukuran yang merupakan  satu  kesatuan  ataupun  saling  terpisah.  Istilah  instrumen  pengukuran biasanya  digunakan  untuk  menggambarkan  sistem pengukuran,  apakah  ia  terdiri hanya satu atau beberapa elemen, dan istilah ini akan sering digunakan pada modul ini.

Gambar 2 Struktur sistem pengukuran secara umum

5.  Model – model Alat Ukur

a.      Mekanisme kumparan berputar atau moving coil mechanism :
Alat terdiri dari suatu magnit permanen dan satu atau lebih kumparan yang berputar   apabila   dilalui   arus.   Hanya   dipakai   untuk   arus   searah, contoh   : meteran A, V, ohm.

b.      Mekanisme magnit bergerak, moving magnet mechanism :
Alat terdiri dari satu atau lebih mahnit yang dapat bergerak bila arus lalu dalam kumparan tetap yang menimbulkan medan dan mempengaruhi magnit tadi. Alat macam ini dipakai hanya untuk arus searah, contoh : Meteran A, V, ohm.

c.       Mekanisme besi bergerak, moving mechanism :
Alat terdiri dari elemen besi yang bergerak secara elektromagnetik dalam suatu kumparan tetap yang dilalui arus. Alat ini berguna untuk arus searah dan arus bolak balik, contoh : Meteran A dan V.

d.      Mekanisme elektrodinamik,

Alat terdiri dari kumparan tetap yang menghasilkan medan magnit di udara, dan satu atau lebih kumparan yang bergerak secara elektrodinamik bila ia dilalui   arus.   Ada   dua   macam   :   Alat   tanpa   besi   dan   yang   pakai   besi, (ferrodynamic). Alat ini dapat dipakai untuk arus searah dan arus bolak balik, contoh : meteran Watt

e.       Mekanisme imbas,

Alat  terdiri  dari  kumparan  tetap  yang dialiri  arus dengan konduktor yang berbentuk piring atau silinder yang dapat bergerak karena arus imbas secara elektromaknetik. Alat ini hanya dipakai untuk arus bolak balik, contohnya : meteran elektrik yang berdasarkan pada imbas.

f.       Mekanisme elektrostatik :

Alat terdiri dari beberapa elektroda yang tetap dan satu atau lebih elektroda lawan yang dapat bergerak  secara elektrostatik apabila tegangan dipasang; contoh : meteran arus searah dan arus bolak balik.

g.      Mekanisme dua logam bimetallic mechanism,

Alat mempunyai   elemen dua  logam   yang menjadi   panas bila  dilalui arus sehingga elemen itu melengkung dan menunjukkan nilai arus. Alat dipakai untuk arus searah dan arus bolak balik, contoh : meteran A.

h.      mekanisme tongkat bergetar, vibrating reed mechanism,

Alat terdiri dari tongkat-tongkat yang bergetar disebabkan resonansi karena cara elektromaknetik atau eletrostatik. Alat dipakai hanya untuk arus bolak balik, contoh : meteran frekuensi.

i.        Mekanisme pengarah arus, rectifier instruments,

Alat   menggunakan   kumparan   yang   bergerak   yang   dihubung   seri   dengan pengarah   (pengubah)   arus   yang   mengubah   arus   balok   balik   yang   diukur menjadi arus searah, contoh : meteran A dan V arus bolak balik.

j.        mekanisme astatik,

Alat mempunyai dua bagian sistem astatik yang dihubungkan sedemikian rupa, sehingga ia membantu satu sama lain apabila dilalui arus. Hal ini mengimbangi akibat dari medan maknetik dari luar. Alat dipakai untuk arus searah dan arus bolak balik, contoh : meteran Watt yang elektodinamik.

k.      mekanisme di filter :

Alat mempunyai sistem penapis, filter, dan dipakai untuk mengamankan alat dari akibat medan elektrik dan medan magnetik.

6.  Elemen Sistem Pengukuran Energi

Identifikasi elemen sistem pengukuran dapat berbeda pada sebuah sistem dengan  sistem yang lain. Terdapat empat jenis elemen yang mungkin muncul semuanya, atau tidak, pada sebuah sistem pengukuran. Keempat  jenis elemen tersebut ditunjukkan pada Gambar 2 dan didefinisikan sebagai berikut:

a. Elemen Pengindera

Elemen ini kontak dengan proses dan memberikan output yang bergantung pada  cara  bagaimana  variabel  diukur.  Elemen  pengindera  juga  sering  disebut  sebagai sensor. Prinsip sebuah elemen pengindera adalah menggunakan perubahan sifat pada dirinya  saat  mengindera  proses  untuk ditunjukkan sebagai  perubahan fisik tertetu yang terjadi pada proses. Jadi elemen ini memberikan output yang merupakan fungsi dari besaran ukur (input yang diterapkan). Contohnya adalah:

·         Termokopel  menghasilkan  perubahan  g.g.l  orde  milivolt  bergantung  pada temperatur

·         Strain  gauge  menghasilkan  perubahan  resistansi  bergantung  pada  regangan mekanik

·         Plat orifice menghasilkan drop tekanan bergantung pada laju aliran

Jika terdapat lebih dari satu elemen pengindera pada sebuah sistem, elemen yang  kontak dengan proses disebut elemen pengindera primer,  elemen yang lain disebut elemen pengindera sekunder.  Namun, secara umum, sensor primer hanya bagian dari sebuah sistem pengukuran.

 b. Elemen Pengkondisian Sinyal

Elemen  ini  mengambil  output  dari  elemen  pengindera  dan  mengubahnya  ke  dalam bentuk yang lebih sesuai untuk pengolahan lebih lanjut, biasanya dalam bentuk tegangan d.c, arus d.c. atau sinyal frekuensi. Contohnya adalah:

·         Rangkaian jembatan yang mengubah perubahan impedansi  menjadi perubahan tegangan

·         Amplifier yang menguatkan sinyal tegangan orde milivolt menjadi volt

·         Osilator yang mengubah perubahan impedansi menjadi tegangan dengan variabel  frekuensi.

Pada  beberap  kasus,  sensor  dan  elemen  pengkondisian  sinyal  digabung  dan dikenal sebagai transduser.

c. Elemen Pengolahan Sinyal

Elemen in mengambil output elemen pengkondisian sinyal dan mengubahnya ke  dalam bentuk yang lebih cocok untuk ditampilkan. Contohnya adalah:

·         Analog-to-digital  converter  (ADC) yang mengubah tegangan ke dalam bentuk digital untuk masukan ke komputer.

·         Pemfilteran atau penapisan noise yang terinduksi, baik filter analog maupun filter digital

·         Komputer  yang menghitung  nilai  terukur  variabel  dengan  menggunakan data digital yang datang.

Contoh perhitungan yang umum dilakukan pada komputer instrumen pengukuran adalah:

·         Perhitungan massa total  gas produk dengan menggunakan data laju aliran dan kerapatan

·         Perhitungan  luasan  peak pada  hasil  kromatografi  untuk  memberikan  nilai komposisi aliran gas

·         Koreksi untuk elemen pengindera yang tak-linier

Pada beberapa peralatan, pengolah sinyal digabungkan ke dalam transduser, yang  kemudian dikenal sebagai transmiter.

d. Elemen Presentasi Data

Elemen ini menampilkan nilai terukur dalam bentuk yang dapat dikenal dengan  mudah oleh pengamat. Contohnya adalah:

·         Indikator skala-penunjuk sederhana

·         Chart recorder

·          Alphanumeric display

·         Visual display unit

 7. Contoh Sistem Pengukuran Energi

Gambar  3 menunjukkan sebuah sistem pengukuran temperatur dengan elemen pengindera  adalah  termokopel;  yang  memberikan  output  tegangan  dalam  orde milivolt.  Pengkondisian  sinyal  terdiri  atas  rangkaian  kompensasi  perubahan temperatur  sambungan referensi,  dan amplifier.  Sinyal  tegangan diubah ke dalam bantuk  digital  menggunakan  ADC.  Selanjutnya  komputer  mengkoreksi ketidaklinieran sensor, dan nilai terukur ditampilkan pada VDU.

Gambar 3 Contoh struktur sistem pengukuran temperature

Gambar 4 Contoh struktur sistem pengukuran kecepatan

Gambar 5 Contoh stuktur sistem pengukuran laju aliran

Pada Gambar 4, kecepatan rotasi sebuah mesin diindera dengan tachogenerator elektromagnetik  yang  memberikan  sinyal  output  a.c.  dengan  frekuensi  sebanding terhadap  kecepatan.  Schmitt  trigger  mengubah  gelombang  sinus  ke  bentuk  pulsa (sharp-edged pulse)  yang kemudian dihitung selama interval  waktu tertentu.  Hasil perhitungan  digital  dikirimkan  ke  komputer  yang  menghitung  frekuensi  dan kecepatan. Terakhir, kecepatan ditampilkan pada tampilan digital.

Sistem pengukuran Gambar 5 memiliki plat orifice sebagai elemen pengindera; yang  memberikan  output  berupa  beda  tekanan  (differential  pressure).  Transmitter beda  tekanan  mengubah  sinyal  ini  ke  dalam bentuk  sinyal  arus  dan  karenanya menggabungkan  bagian  pengindera  dengan  bagian  pengkondisian  sinyal.  ADC mengubah arus ke dalam bentuk digital. Selanjutnya komputer menghitung laju aliran dan dicatat secara permanen pada chart recorder.

8. Simpulan

1.      Tujuan sistem pengukuran adalah menghubungkan pengamat dengan proses yang  ditinjau

2.      Sistem pengukuran energi adalah suatu peralatan yang digunakan untuk memantau setiap perubahan kelakuan energi pada suatu situasi atau keadaan dimana kebutuhan perubahan akan besaran energi itu untuk keperluan managemen energi.

3.      Penerapan instrumen pengukuran saat  ini  dapat  diklafisikasikan ke dalam tiga  kelompok besar. Pertama adalah penggunaan instrumen pengukuran pada pengaturan perdagangan,  yaitu  menerapkan  intrumen  yang  mengukur  besaran  fisik  seperti panjang, volume dan massa dalam satuan standar.

4.      Sebuah sistem pengukuran dibuat  untuk menyediakan informasi  tentang nilai fisik beberapa variabel yang diukur, sistem pengukuran dapat terdiri atas satu unit tunggal yang memberikan pembacaan atau sinyal output menurut besarnya variabel tak diketahui yang diukur olehnya. Namun, pada situasi pengukuran yang lebih komplek, sebuah sistem pengukuran terdiri atas beberapa elemen terpisah

 Elemen Sistem Pengukuran Energi

·           Elemen Pengindera

·           Elemen Pengkondisian Sinyal

·           Elemen Pengolahan Sinyal

·           Elemen Presentasi Data

         9. Daftar Pustaka

Sistem pengukuran, P3AI-ITS, 02 November 2015

http://share.its.ac.id/pluginfile.php/291/mod_resource/content/1/Pengantar_Sistem_Pengukuran.pdf

Pengukuran energy listri, Fitra Asfarina, 06 Juli 2015.
http://dokumen.tips/documents/pengukuran-listrik-559abe3ab891d.html

share this article to: Facebook Twitter Google+ Linkedin Technorati Digg

Posted by Unknown, Published at 9:42 AM and have 0 comments