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.
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.
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.
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
Pengukuran energy listri, Fitra Asfarina, 06 Juli
2015.
http://dokumen.tips/documents/pengukuran-listrik-559abe3ab891d.html
http://dokumen.tips/documents/pengukuran-listrik-559abe3ab891d.html
Posted by 9:42 AM and have
0
comments
, Published at
No comments:
Post a Comment