Kesalahan dalam Pengukuran dan Persyaratan Sistem Kalibrasi Merencanakan Sistem Kalibrasi Materi kuliah Metrologi Industri Teknik Mesin

1.3 Kesalahan dalam Pengukuran
Kesalahan dalam pengukuran dapat diklasifikasikan sebagai sistematik (dapat dikontrol) atau kesalahan yang tidak disngaja (random).
1 Kesalahan Sistematik (Dapat Dikontrol)
Bila suatu seri pengukuran dilakukan berulang-ulang pada suatu bagian hasilnya sama, itu bukan berarti tidak terdapat kesalahan. Hasilnya dapat berbeda-beda dari nilai sebenarnya dengan jumlah yang seragam. Semakin kecil kesalahan sistematik, semakin besar keakurasian.
Contoh kesalahan sistematik yang umum adalah: kesalahan nihil (zero errors)
- Kesalahan kalibrasi
- Kesalahan graduasi
- Kesalahan temperatur
- Keausan instrumen
2 Kesalahan Aksidental (Acak)
Bila beberapa seri pengukuran dilakukan pada suatu bagian dalam kondisi yang sama oleh operator yang sama, menggunakan peralatan yang sama, tetapi hasil yang diperoleh tidak sama, maka kesalahannya dikenal dengan kesalahan acak atau random. Semakin kecil kesalahan random, semakin besar presisi, yaitu ukuran hasil dispersi.

Contoh kesalahan aksidental adalah:
- Kondisi atmosfir
- Kesalahan manusia
- Gesekan atau friksi
- Getaran
- Kesalahan posisi
Kesalahan Teknik Pengukuran
Kesalahan Nihil (Zero Error)
Contoh kesalahan nihil adalah 0 sampai 25 mm mikrometer luar dengan spindel dan anvil saling kontak dan skala mikrometer tidak menunjuk pada angka nol.
Kesalahan Kalibrasi
Contoh kesalahan kalibrasi adalah bila busur pembanding digunakan untuk memeriksa suatu pekerjaan menggunakan pengukur selip (slip) yang tidak tepat untuk menyetel pembanding ke ukuran yang diperlukan.
Kesalahan Graduasi
Contoh kesalahan graduasi adalah mistar baja yang memiliki graduasi yang salah.
Kesalahan Temperatur
Standar temperatur untuk pengukuran adalah 20o C dan pengukur dibuat dengan ukuran yang benar pada temperatur ini. Meskipun tidak perlu semua pengukuran dilakukan pada standar temperatur, asalkan instrumen pengukur dan bagian yang sedang diukur terdiri dari material yang sama jadi tidak terdapat pemuaian ataupun penyusutan. Perbedaan temperatur pada keduanya yang menyebabkan kesalahan dalam pengukuran.
Kesalahan Karena Perubahan Temperatur
Dimensi linear hampir semua zat bertambah bila temperatur bertambah, dan perubahan dimensi ini tentu saja berhubungan dengan perubahan temperatur. Koofisien ekspansi linear suatu zat didefinisikan sebagai pertambahan dimensi linear satuan panjang suatu zat bila temperatur dinaikan dari 0° ke 1°C. Dalam teori, rasio ini hanya berlaku pada tingkatan tertentu ini, dan agak berbeda pada temperatur lain, tetapi perbedaannya bisa saja diabaikan untuk maksud tertentu.
Koefisien dapat disimpulkan kembali sebagai rasio dari bertambahnya atau berkurangnya satuan panjang dalam setiap perubahan satu derajat Celsius temperatur. Dalam pengukuran presisi, perbedaan temperatur antara dua bagian yang tersusun merupakan hasil dari perubahan perlahan-lahan dari temperatur atmosfir yang ada di sekeliling. Pengaruh dari perbedaan temperatur tidak saja menyebabkan ekspansi, tetapi juga distorsi jika perbedaan temperatur tidak merembet ke seluruh komponen.
Contoh Pengaruh Temperatur
Jika sebuah metal bar dipanaskan panjangnya akan bertambah dan bila didinginkan maka akan menyusut. Jumlah ekspansi atau kontraksi dihitung menggunakan formula di bawah.
Perubahan panjang:

Panjang asli × koefisien ekspansi linear × perubahan temperatur
Contoh:
Pengukur plug dari baja diameternya 40 mm pada 20oC. Jika temperaturnya diturunkan sampai ke 11oC akan menjadi berapakah diameternya?
Koefisien ekspansi linear baja adalah 0,0000112 per 1oC.
Penurunan temperatur = 20o – 11o = 9oC
Pengurangan dalam diameter = 40 × 0,0000112 × 9 = 0,004 mm
Diameter pada 11oC = 40 – 0,004 = 39,996 mm
Meskipun pengurangan dalam diameter sedikit sekali, ini dapat saja merupakan hal yang sangat penting jika pengukur plug digunakan pada toleransi yang sangat kecil.
Keausan Instrumen
Kesalahan instrumen sangatlah penting, dan penggunaan instrumen yang sesuai sangat dibutuhkan untuk mencegah terjadinya hal ini.
Mistar (Penggaris)
Dua kesalahan dapat saja terjadi. Ini adalah kesalahan graduasi dan paralaks.
1. Kesalahan graduasi mungkin sekali untuk tidak terjadi bila menggunakan penggaris berkualitas tinggi dari pabrik yang terkenal.
2. Kesalahan paralaks sangatlah umum dan terjadi bila garis pandang ke permukaan penggaris tidak normal. Kesalahan bertambah sesuai dengan proporsi ketebalan penggaris yang digunakan. (Lihat Gambar 3.)

Gambar 1. 3. Garis pandang harus berada tegak lurus pada graduasi. (dari pandangan B)

Vernier Kaliper
Sama seperti penggaris, kemungkinan kesalahan graduasi dapat diabaikan jika menggunakan instrumen buatan pabrik terkenal. Dua kesalahan lain yang umum disebabkan keausan pengukuran permukaan dan bidang luncuran.
1. Keausan pada Permukaan Pengukur
Gambar di bawah ini menunjukkan titik dimana keausan terjadi pada permukaan pengukur permukaan rahang dari vernier kaliper. Jelas bahwa pengecekan kesalahan nihil instrumen tidak dapat mengkompensasi kesalahan pengukuran permukaan akibat keausan. Penyelesaiannya adalah pengecekan secara berkala pengukuran permukaan dengan roller presisi dan balok pengukur.


Gambar 1.4. Titik dimana keausan dapat terjadi (berlebihan) 2. Beam yang Bengkok (Bent Beam)

Beam dapat menyebabkan kesalahan yang cukup berarti bila bagian lebarnya dibengkokkan, lalu, kesalahan yang terjadi berhubungan langsung dengan jarak dari skala pengukuran ke titik kontak permukaan pengukuran bagian yang diukur. Kesalahan ini dapat dideteksi dengan menguji paralelisme rahang dan akurasi menggunakan roller presisi dan balok pengukur berukuran sama.

Gambar 1.5 Memperlihatkan A. lebih besar dari B. Kesalahan bertambah dengan bertambahnya Y.

Mikrometer
Mikrometer adalah instumen yang pembesarannya didapat dari penggunaan sekerup ulir. Pembesarannya lebih besar dari vernier kaliper, ini sesuai dengan ‘Prinsip Pelurusan Abbe.’ Ukuran yang ditunjukkan mikrometer adalah bukaan terbesar, bukan jangkauannya.
Prinsip Pelurusan, (Prinsip Abbe), menyebutkan bahwa ‘Skala garis pengukuran (atau
standar) dan garis dimensi yang diukur harus bertepatan.’ Prinsip ini merupakan hal yang

sangat penting untuk pembuatan disain yang baik yang tidak boleh diabaikan. Mikrometer merupakan contoh yang bagus dimana prinsip ini berlaku.
Vernier kaliper tidak mengikuti Prinsip Pelurusan ini.
Pada Gambar di bawah ini terlihat jelas bagaimana berlakunya prinsip ini. Hal serupa berlaku pada mikrometer internal.

Gambar 1. 6. Mikrometer sesuai dengan prinsip pelurusan Kesalahan Kosinus
Jika skala agak miring dari normal, panjang yang sebenarnya adalah panjang yang diukur, dikalikan dengan kosinus sudut kemiringan. Kesalahan yang terjadi dikenal dengan kesalahan kosinus dan dapat saja diabaikan untuk sudut yang sangat kecil. Efek ini diperoleh bila busur indikator digunakan dengan spindel agak miring ke garis pengukuran yang dicari.


Gambar 1. 7. Kesalahan Kosinus
1.4 Persyaratan Sistem Kalibrasi Merencanakan Sistem Kalibrasi
- Sistem ini harus direncanakan dan dijaga untuk memberikan pengontrolan yang efektif dalam semua instrumen pengukur dan standar.
- Sistem ini harus dapat memberikan pendeteksian kesalahan dengan segera.
- Sistem ini harus memiliki rencana tindakan perbaikan kesalahan dalam sistem kalibrasi.
Personel dalam Pengontrolan Sistem
- Harus benar-benar terlatih dalam teknik pengukuran presisi.
- Harus mampu melakukan tugas pengukuran presisi.
Fungsi Instrumen Pengukur
- Harus dikalibrasi pada keseluruhan range yang digunakan (mis. keseluruhan range busur pengukur).
- Harus menggunakan standar yang dapat ditelusuri (mis. balok pengukur).
- Balok pengukur harus diuji oleh suatu badan otoritas nasional.
Pengaruh Ketidaktentuan
- Efek kumulatif ketidaktentuan harus diperhitungkan.
- Jumlah ketidaktentuan harus diperhitungkan jika sesuai dengan kemampuan alat (mis. mikrometer) untuk pengukuran dalam jangkauan toleransi yang diminta. Pelajaran mengenai ketidaktentuan dalam pengukuran harus ditindaklanjuti pada tingkat yang lebih tinggi, untuk sementara perhatikan SWIPE.
Interval Kalibrasi Instrumen Pengukur
- Dalam semua instrumen pengukur (mis. mikrometer) dan standar (mis. balok pengukur), memerlukan kalibrasi dengan interval yang ditentukan.
- Interval yang dimaksud ditentukan berdasarkan stabilitas, maksud, penggunaan dan fasilitas penyimpanan.
- Jika instrumen tidak memiliki kalibrasi maka ini tidak pantas untuk digunakan.
- Selalu disarankan agar mengkalibrasi alat pengukur yang baru sebelum digunakan.
Pemberian Label Kalibrasi Peralatan
- Alat pengukur harus diberi label dengan status kalibrasi dan kapan kalibrasi berikut akan dilakukan.
- Nama orang yang melaksanakan kalibrasi perlu dicatat.
Prosedur Dokumentasi
- Untuk semua kalibrasi yang dilakukan, harus mengikuti prosedur dokumentasi yang ditentukan.
- Prosedurnya termasuk metode kalibrasi, standar yang digunakan atau instruksi lain yang diperlukan.

Catatan
- Catatan kalibrasi sangat penting, karenanya lembar pencatatan harus dibuat dan disimpan. Catatan ini berisi metode, ketepatan, pengulangan berdasarkan standar.