Amalia Rakhmawati, ST, MT
Laboratorium Volgat Balai Kalibrasi
Pusat Pengawasan Mutu Barang
Sekretariat Jenderal Kementerian Perdagangan
email: amelchan_tique@yahoo.com
KALIBRASI PRESSURE GAUGE
06 Desember 2011
Lembaga Pelatihan PPMB
Jl. Raya Bogor KM. 26 Ciracas
Jakarta Timur 13740
KALIBRASI PRESSURE GAUGE DAN THERMOMETER
06 Desember 2011
Lembaga Pelatihan PPMB
Definisi Tekanan
Gaya yang diberikan pada suatu luasan tertentu.
Model matematis hubungan Tekanan (p), Gaya (F) dan Luasan (A) :
KALIBRASI PRESSURE GAUGE DAN THERMOMETER
06 Desember 2011
Lembaga Pelatihan PPMB
Definisi Tekanan
Gaya yang diberikan pada suatu luasan tertentu.
Model matematis hubungan Tekanan (p), Gaya (F) dan Luasan (A) :
A
F
p
A (m2)
P (Pa)
F(N)
3
KALIBRASI PRESSURE GAUGE DAN THERMOMETER
Lembaga Pelatihan PPMB
Klasifikasi Tekanan
Tekanan Atmosfer
1.0133 x 10-5 Pa
Vacuum sempurna
(nol absolut)
gage Vacuum
Differential Pressure
gage pressure/
Positive Pressure
Absolute Pressure
Negative Pressure
4
KALIBRASI PRESSURE GAUGE DAN THERMOMETER
06 Desember 2011
Lembaga Pelatihan PPMB
Klasifikasi Tekanan-2
Tekanan Absolut
Tekanan yang diukur dengan sebuah Instrumen yang mempunyai titik referensi NOL di daerah vacuum sempurna.
Tekanan Gauge (Tekanan relatif / Tekanan terukur)
Tekanan yang diukur menggunakan sebuah instrumen yang mempunyai titik referensi NOL pada daerah Tekanan Atmosfer.
“Tekanan nol gauge sama dengan tekanan atmosfer”
Hubungan tekanan absolut dan tekanan gauge adalah
“Tekanan Absolute = Tekanan Gauge + Tekanan Atmosfer”
Tekanan Negatif
Tekanan dibawah tekanan atmosfer yang diukur menggunakan sebuah instrumen yang mempunyai titik referensi NOL pada daerah Tekanan Atmosfer.
Tekanan Differential
Tekanan yang mempunyai titik referensi NOL tidak berada pada daerah absolut ataupun gauge.
Perbedaan Tekanan yang terbaca dari suatu instrumen ukur dari dua sumber tekanan.
Jadi titik referensi NOL menunjukkan bahwa dua sumber tekanan tersebut besarnya sama
5
KALIBRASI PRESSURE GAUGE DAN THERMOMETER 06 Desember 2011 Lembaga Pelatihan PPMB
Klasifikasi Tekanan-3
Tekanan Barometer
Tekanan yang terukur oleh sebuah Barometer, dimana nilai tekanannya adalah nilai Tekanan Atmosfer.
Tekanan Vacuum
Tekanan dibawah tekanan atmosfer yang diukur menggunakan sebuah instrumen yang mempunyai titik referensi NOL pada daerah vacuum.
6
KALIBRASI PRESSURE GAUGE DAN THERMOMETER
06 Desember 2011
Lembaga Pelatihan PPMB
Klasifikasi Tekanan-2
Prinsip Pengukuran Tekanan
7
KALIBRASI PRESSURE GAUGE DAN THERMOMETER
06 Desember 2011
Lembaga Pelatihan PPMB
Prinsip Pengukuran Tekanan
Prinsip Pengukuran Tekanan
Langsung
Tidak Langsung
8
KALIBRASI PRESSURE GAUGE DAN THERMOMETER
06 Desember 2011
Lembaga Pelatihan PPMB
Prinsip Pengukuran Tekanan-2
Beberapa prinsip dasar untuk realisasi pengukuran tekanan, antara lain:
• Fundamental - Liquid Column - DWT
• Mechanical Deformation - Bourdon - Diafragma
• Jumlah Molekul pada Volume tertentu (Densitas) - Vacuum gauge (Tidak langsung)
9
KALIBRASI PRESSURE GAUGE DAN THERMOMETER
06 Desember 2011
Lembaga Pelatihan PPMB
Prinsip Pengukuran Tekanan-3
Langsung
Liquid Column
Pressure Balance / Dead Weight Tester
Mechanical Deformation
10
KALIBRASI PRESSURE GAUGE DAN THERMOMETER
06 Desember 2011
Lembaga Pelatihan PPMB
Prinsip Fundamental
Liquid Column
Mercury Manometer
Water Manometer
Other Liquid
11
KALIBRASI PRESSURE GAUGE DAN THERMOMETER
06 Desember 2011
Lembaga Pelatihan PPMB
Prinsip Fundamental-2
Liquid Column
Metode elemen basah yang merupakan metode pertama pengukuran tekanan dan termasuk salah satu paling akurat sampai saat ini. Prinsip kerja liquid column berdasarkan kemampuan medium bertekanan untuk memberikan gaya naik pada liquid di dalam tube.
Persamaan dasarnya adalah:
p1 = p2 + ρgh
Metode elemen basah :
Well type manometer
Inclined Tube manometer
Mc Leod manometer
12
KALIBRASI PRESSURE GAUGE DAN THERMOMETER
06 Desember 2011
Lembaga Pelatihan PPMB
Prinsip Fundamental-3
Pressure Balance
Gas
Hydraulic
13
KALIBRASI PRESSURE GAUGE DAN THERMOMETER
06 Desember 2011
Lembaga Pelatihan PPMB
Prinsip Fundamental-3
Pressure Balance / Dead Weight Tester Alat ukur tekanan yang paling sering digunakan, mempunyai rentang yang sangat luas antara 3 kPa (gas media, absolute atau gauge pressure) sampai 1 GPa (hydraulic media, gauge pressure). Prinsip kerja berdasarkan kesetimbangan ke atas dan ke bawah (pressure balance) Merealisasikan definisi dari tekanan, dengan persamaan matematik : Agmp.
14
KALIBRASI PRESSURE GAUGE DAN THERMOMETER
06 Desember 2011
Lembaga Pelatihan PPMB
Prinsip Pengukuran Tekanan-4
Mechanical
deformation
Capacitance
Diaphragm
Capacitance
Manometer
Piezo Electric
Strain Gauge
Inductive
Bourdon
Tube
Simple
Helical
Spiral
Electronic
Bellow/
Capsule
Aneroid Barometer
Piezo
Electric
Quartz
Crystal
Resistance
Metode Elemen Kering
Mechanical Deformation Element
Tekanan diberikan pada sebuah elemen yang bisa terdeformasi.
15
KALIBRASI PRESSURE GAUGE DAN THERMOMETER
06 Desember 2011
Lembaga Pelatihan PPMB
Mechanical Deformation
Mechanical Deformation Sensing Perubahan tersebut harus sekecil mungkin agar masih berada pada limit elastisitas elemen, akan tetapi masih cukup besar untuk dapat terdeteksi dengan resolusi yang cukup. Beberapa sensor deformasi:
•Mechanical display
•Capacitive Technique
•Strain Gauge
•dll
16
KALIBRASI PRESSURE GAUGE DAN THERMOMETER
06 Desember 2011
Lembaga Pelatihan PPMB
Mechanical Deformation-2
Mechanical Display
17
KALIBRASI PRESSURE GAUGE DAN THERMOMETER
06 Desember 2011
Lembaga Pelatihan PPMB
Mechanical Deformation-3
Capacitive Technique
18
KALIBRASI PRESSURE GAUGE DAN THERMOMETER
06 Desember 2011
Lembaga Pelatihan PPMB
Mechanical Deformation-4
Strain Gauge 19
KALIBRASI PRESSURE GAUGE DAN THERMOMETER
06 Desember 2011
Lembaga Pelatihan PPMB
Mechanical Deformation-5
Indirect
Ionization
Hot Cathode
Bayard- Alpert
Triode
Cold Cathode
Penning
Inverted
Magnetron
Thermal
Conductivity
Pirani
Thermocouple
Viscosity
Spinning
Rotor Gauge
20
KALIBRASI PRESSURE GAUGE DAN THERMOMETER
06 Desember 2011
Lembaga Pelatihan PPMB
Prinsip Pengukuran Tekanan-5
Pada tekanan yang rendah (vacuum), gaya yang terlibat biasanya sangat kecil untuk menghasilkan deformasi mekanik. Maka metode tidak langsung digunakan untuk mengukur tekanan. Metode ini bergantung pada jumlah molekul yang ada (Densitas Molekul). Metode ini antara lain:
•Konduktivitas Termal
•Ionisasi
•Viskositas
21
KALIBRASI PRESSURE GAUGE DAN THERMOMETER
06 Desember 2011
Lembaga Pelatihan PPMB
Pengukuran Tidak Langsung
Konduktivitas Termal
Transfer Energi melalui gas dari sebuah Kawat yang dipanaskan, dapat digunakan mengukur tekanan.
22
KALIBRASI PRESSURE GAUGE DAN THERMOMETER
06 Desember 2011
Lembaga Pelatihan PPMB
Pengukuran Tidak Langsung-2
Ionisasi
Mengukur jumlah Densitas molekul yang berbanding lurus dengan tekanan. Hal ini dilakukan dengan cara “mengionisasikan molekul dan menangkap ionnya”.
23
KALIBRASI PRESSURE GAUGE DAN THERMOMETER 06 Desember 2011 Lembaga Pelatihan PPMB
Pengukuran Tidak Langsung-3
Mengaplikasikan mechanical deformation dari sifat elestis material sensor seperti Tabung Bourdon, Diafragma, Pressure Transducer. Mechanical Deformation dari sensor tekanan dibaca dengan 2 sistem.
1.Sistem Mekanik (Analog Pressure Gauge)
2.Sistem Elektrik (Digital Pressure Gauge) Ketelitian dan keakurasian ditentukan oleh kualitas material sensor, kemampuan indikator untuk mendeteksi setiap perubahan pada sensor saat terjadi perubahan tekanan. Pada sistem mekanik keakurasian yang baik tergantung dari kualitas : Roda gigi, per rambut, pointer 24
KALIBRASI PRESSURE GAUGE DAN THERMOMETER
06 Desember 2011
Lembaga Pelatihan PPMB
Kalibrasi Pressure Gauge
Metode Kalibrasi Pressure Gauge
OIML R023 : Tyre pressure gauge for motor vehicle
OIML R053 : Metrological characteristics of elastic sensing elements used for measurement of pressure
OIML R109 : Pressure gauges and vacuum gauges with elastics sensing elements (standard instruments)
OIML R097 : Barometers
OIML R101 : Indicating and recording pressure gauges, vacuum gauges, pressure-vacuum gauges with elastic sensing elements (ordinary instruments)
BS EN 837-1 : Pressure gauges. Bourdon tube pressure gauges. Dimensions, metrology, requirements and testing
BS EN 837-2 : Pressure gauges. Selection and installation recommendations for pressure gauges
BS EN 837-3 : Pressure gauges. Diaphragm and capsule pressure gauges. Dimensions, metrology, requirements and testing.
Guideline DKD-R 6-1 : Calibration of Pressure Gauges.
EA-10/17 : EA Guidelines on the Calibration of Electromechanical Manometers.
25
KALIBRASI PRESSURE GAUGE DAN THERMOMETER
06 Desember 2011
Lembaga Pelatihan PPMB
Kalibrasi Pressure Gauge-2
Kelas Akurasi Pressure Gauge berdasarkan BS EN 837
26
KALIBRASI PRESSURE GAUGE DAN THERMOMETER
06 Desember 2011
Lembaga Pelatihan PPMB
Kalibrasi Pressure Gauge-3
Dimensi dalam mm
Nominal Size
d1
d2
d3
d4
40
38
61
51
3.6
50
48
71
60
3.6
63
61
86
75
3.6
80
78
110
95
5
100
97
134
118
6
150
147
186
168
6
180
157
196
178
6
250
245
290
276
7
Maximum Permissible Error pada kelas akurasi Pressure Gauge berdasarkan BS EN 837 27
KALIBRASI PRESSURE GAUGE DAN THERMOMETER
06 Desember 2011
Lembaga Pelatihan PPMB
Kalibrasi Pressure Gauge-4
Alat standar harus memiliki mpe 4 kali lebih baik daripada UUT
Kalibrasi dilakukan pada Temperature 20 + 2 oC untuk class 0.1, 0.25, 0.6
Temperature 20 + 5 oC untuk class > 0.6
Jumlah titik ukur yang dikalibrasi :
Class 0.6 minimum 10 titik
Class 1, 1.6, 2.5 minimum 5 titik
Class 4 minimum 4 titik
Pengukuran dilakukan pada tekanan naik
dan tekanan turun.
Instruksi Kerja Kalibrasi Pressure Gauge
Baca penunjukkan alat pada tekanan naik dan turun
Lakukan 3 kali pengulangan
28
KALIBRASI PRESSURE GAUGE DAN THERMOMETER
06 Desember 2011
Lembaga Pelatihan PPMB
Kalibrasi Pressure Gauge-5
Pembacaan alat
Pembacaan pressure gauge standar
Rata-rata
sd
( *)
Pada posisi naik ( *)
( )
( )
Ketidakpastian
No.
Titik ukur**)
1
2
3
*)
*)
*)
1
Repeat
2
Res. Std
3
Drift Std
4
Drift Std
5
Zero Err
6
Us
7
Hysteresis
8
Uc
9
nef
10
k
U95
Pembacaan alat
Pembacaan pressure gauge standar
Rata-rata
sd
( *)
Pada posisi turun ( *)
( )
( )
Ketidakpastian
No.
Titik ukur**)
1
2
3
*)
*)
*)
1
Repeat
2
Res. Std
3
Drift Std
4
Drift Std
5
Zero Err
6
Us
7
Hysteresis
8
Uc
9
nef
10
k
U95
Scale spacing and scale numbering
29
KALIBRASI PRESSURE GAUGE DAN THERMOMETER
06 Desember 2011
Lembaga Pelatihan PPMB
Kalibrasi Pressure Gauge-6
Scale spacing and scale numbering
30
KALIBRASI PRESSURE GAUGE DAN THERMOMETER
06 Desember 2011
Lembaga Pelatihan PPMB
Kalibrasi Pressure Gauge-7
31
KALIBRASI PRESSURE GAUGE DAN THERMOMETER
06 Desember 2011
Lembaga Pelatihan PPMB
Ketidakpastian
Identifikasi Sumber Ketidakpastian
Cause and Effect Diagram (Man, Method, Machine, Material, Money, Environment)
pUUT
Zero Error (ze)
Resolusi (ra)
Hysteresis (hy)
pstandar
Repeatability (r)
Drift Standar (ds )
Ketidakpastian Standar(us)
Sumber ketidakpastian
32
KALIBRASI PRESSURE GAUGE DAN THERMOMETER
06 Desember 2011
Lembaga Pelatihan PPMB
Ketidakpastian-2
Sumber ketidakpastian
1.Repeatability, r, distribusi normal, divisor = n, n = ulangan pengukuran, derajat bebas ʋ1 = 2;
2.Resolusi alat, ra, distribusi segi empat, divisor = 3, derajat bebas berdasarkan reliabilitas 95% ʋ2 = 50;
3.Drift standar, ds, diestimasi dari ½ x [perbedaan terbesar hasil kalibrasi (koreksi atau kesalahan) pada titik ukur yang sama dari sertifikat kalibrasi pada waktu kalibrasi yang berbeda], distribusi segi empat, divisor = 3, derajat bebas berdasarkan reliabilitas 95% ʋ3 = 50;
4.Ketidakpastian alat standar, us, distribusi t-Student berdasarkan reliabilitas 95 %, divisor = 2, derajat bebas ʋ4 = 60.
5.Zero Error, ze, distribusi segi empat, divisor = 3, derajat bebas diberikan berdasarkan reliabilitas 95% ʋ5 = 50; ze = max {|x2,1-x1,1|,|x4,1-x3,1|,|x6,1-x5,1|} 6. Hysteresis, hy, distribusi segi empat, divisor = 3, derajat bebas diberikan berdasarkan reliabilitas 95% ʋ6 = 50; Diestimasi berdasarkan nilai maksimal selisih dari penunjukkan tekanan naik dan turun dibagi 2, divisor = 3, derajat bebas diberikan berdasarkan reliabilitas 95% ʋ6 = 50 hy = maks{|x2,j-x1,i|,|x4,j-x3,i|,|x6,j-x5,i|} 2
0
0.5
1.2
2.3
3.2
4.5
5.6
6.7
7.8
9.9
2.5
3.6
4.7
6.3
6.9
8
9.1
10.2
0
2
4
6
8
10
12
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Pembacaan UUT (Pa)
Tekanan Aktual (Pa)
Hysteresis
33
KALIBRASI PRESSURE GAUGE DAN THERMOMETER
06 Desember 2011
Lembaga Pelatihan PPMB
Ketidakpastian-3
Ketidakpastian baku, ui
u1 = r/n, u2 = ra/3, u3 = ds/3, u4 = us/2, u5 = ze/3, u6 = hy/3
Ketidakpastian gabungan, Uc
Derajat bebas efektif, Veff
Faktor cakupan, k
k dicari dari tabel t-Student terlampir pada tingkat kepercayaan 95% dengan derajat bebas = Veff
Ketidakpastian bentangan
U95 = ± k x Uc
uu + u + u + u + u = Uc262524232221 u u +u + u + u + uU = V4ceff646545444343242141
