INSTRUMENTASI DAN KAWALAN (J5800)

INSTRUMENTASI DAN KAWALAN
(J5800)
OLEH : AZMI BIN AYUP
JABATAN KEJURUTERAAN MEKANIKAL

PEMBERATAN
Jam Kredit :
4 Jam Kredit
Pentaksiran modul:
• PenilaianBerterusan- PB (50%)
• Penilaian Akhir - PA (50%)
Pecahan PB berdasarkan 100%
• Kuiz minimum 4 (20%)
• Tugasan minimum 3 (20%)
• Kerja Amali minimum 4 (20%)
• Ujian minimum 3 (40%)
Peperiksaan Akhir (PA):
• Peperiksaan akhir dijalankan di akhir semester.

INSTRUMENTASI
• PROSES PENGUKURAN
• Pengukuran adalah satu proses di mana
parameter fizikal diubah kepada nombor-nombor
bermakna dengan menggunakan instrument
tertentu.
• Setiap nombor bermakna yang diperolehi mestilah
diikuti dengan unit kerana unit dapat
menunjukkan ciri-ciri parameter fizikal yang
diukur, seperti Meter untuk panjang, kg untuk
berat dll.

• Proses pengukuran melibatkan semua maklumat,
kelengkapan, instrumen dan operasian yang berkaitan
dengan sesuatu pengukuran, juga merangkumi semua
aspek berkaitan perlakuan, prinsip, kaedah, tatacara, nilainilai
kuantiti pengaruh, mutu dan piawai pengukuran.
• Secara am, proses pengukuran dapat ditunjukkan seperti di
bawah:

• Sebelum melakukan proses pengukuran harus
dikenalpasti:
• Tatacara/kaedah pengukuran: Kenalpasti apa parameter yang
hendak diukur, bagaimana cara terbaik, berapa banyak
pengukuran perlu dibuat dan bagaimana untuk merekodkan hasil
pengukuran.
• Ciri/sifat parameter: harus tahu parameter yang diukur ac atau dc,
frekuensi dll
• Kualiti: masa dan kos diperuntukkan, keupayaan alatan,
pengetahuan pengukuran, hasil/keputusan pengukuran yang
sesuai.
• Instrument: pilih alat yang sesuai samada meter
analog/digital/osc/counter dll, perlu pengetahuan dan pengalaman
mengendalikan alatan.

• Semasa mengendalikan proses pengukuran perlu:
• Kualiti: pastikan alatan yang dipilih adalah yang terbaik, kedudukan pengambilan data
sesuai, bilangan pengukuran yang diambil mencukupi dan adakah hasil yang diambil
boleh dipercayai.
• Utamakan keselamatan: kesan kejutan elektrik, kesan beban berlebihan, had alatan,
baca manual alatan.
• Pensampelan: lihat perubahan parameter semasa pengukuran, nilai mana yang perlu
dipilih bila parameter sentiasa berubah, ambil bilangan sampel yang mencukupi dan
pastikan perwakilan sampel boleh diterima dan diakui.
• Kerja-kerja selepas pengukuran:
• Proses pengukuran tidak lengkap sepenuhnya jika hanya data pengukuran diambil.
Data mesti dianalisis, secara matematik/statistik dan keputusan mesti dilapurkan
dengan lengkap dan tepat.

SISTEM INSTRUMENTASI
• Berikut adalah Rajah Blok menunjukkan gambaran ringkas sebuah
sistem instrumentasi:
Tranduser
Penyesuai
Isyarat
Perakam/ Pemapar

• Sebuah sistem instrumentasi secara ringkasnya mesti
menpunyai komponen sensor/transduser, penyesuai isyarat,
penukar isyarat dan alat paparan.
• Fungsi sensor/transduser adalah untuk mengesan parameter
fizikal dan seterusnya menukarkannya kebentuk isyarat elektrik.
• Isyarat ini akan diubahsuai oleh penyesuai isyarat seperti untuk
menghapuskan daripada hingar, menggandakan isyarat dan
sebagainya.
• Kemudian akan dihantar ke penukar isyarat untuk disesuaikan
dengan bentuk alat paparan, samada bentuk digital, analog,
arus, voltan, denyut dan lain-lain.

Secara am, instrumen elektronik boleh dikelaskan kepada 2 bahagian:
1. Instrument Analog
Nilai parameter yang diukur ditunjukkan oleh pergerakan jarum penunjuk.
Jarum penunjuk akan bergerak secara berterusan dengan perubahan
parameter/isyarat analog yang diukur. Bacaan mungkin kurang tepat
disebabkan ralat parallax (selarian) yang mungkin berlaku semasa bacaan skil
diambil. Contoh meter ampiar, meter voltan, meter ohm analog dll.
2. Instrument Digital
Nilai parameter yang diukur ditunjukkan dalam bentuk digital dimana nilai
bacaan tersebut boleh dibaca secara terus dalam bentuk nombor-nombor.
Dengan itu ralat selarian/parallax dihapuskan. Instrumen digital menggunakan
isyarat digital iaitu kaedah binary logik '0' dan '1'. Contoh digital multimeter,
frequency counter dll.
Fungsi instrumen ini adalah untuk menunjuk (indicating), merakam (recording)
atau mengawal (controlling).

CIRI-CIRI INSTRUMEN
• Beberapa ciri perlu dipenuhi oleh setiap instrumen/meter semasa
proses merekabentuk bagi memastikan instrumen/meter tersebut
dapat berfungsi dengan baik, cekap dan memuaskan iaitu:
1- Ketepatan (accuracy)
Menerangkan betapa hampirnya bacaan yang ditunjukkan oleh meter kepada
bacaan nilai sebenar (piawai) parameter yang diukur. Biasanya ketepatan
sesebuah instrumen dinyatakan dalam bentuk peratus (%).
2- Kepersisan (precision)
Kepersisan menerangkan kebolehulangan atau kekerapan sesebuah instrumen
memberikan bacaan yang sama jika pengukuran dilakukan berulangkali.
Sekiranya bacaan yang diambil berulangkali tidak berubah, instrumen tersebut
dikatakan mempunyai kepersisan yang tinggi. Instrument yang tepat,
kepersisan mesti tinggi. Kerpersisan yang tinggi tidak semestinya menunjukkan
bacaan yang tepat.

3- Kepekaan (sensitivity)
Kepekaan ialah nisbah perubahan bacaan keluaran instrumen kepada
perubahan masukan iaitu parameter yang diukur.
4- Kelinearan (linearity)
Sesebuah sistem dikatakan bersifat linear jika keluarannya adalah berkadaran
dengan parameter yang sedang diukur.
(Keluaran) µ (masukan)
5- Julat (Range)
Merupakan had minimum dan maksimum di mana instrument boleh berfungsi
dan biasanya julat sesebuah instrument ditentukan oleh pengeluar instrument
tersebut.

6- Nilai Namaan (Nominal Value)
Merupakan suatu nilai (masukan & keluaran) yang telah ditetapkan oleh
pengeluar sebagai panduan penggunaan sesuatu instrumen.
7- Had-Terima (Tolerance)
Menerangkan lencongan maksimum daripada nilai namaan (nilai sebenar).
8- Pincang (Bias)
Ralat malar yang terjadi pada instrumen di mana penunjuk tidak bermula dari sifar.
9- Jalur Mati (Dead Zone/Band)
Julat tertentu di mana instrumen tidak memberikan bacaan walaupun terdapat
perubahan pada parameter yang diukur.
10- Hanyut Sifar (Zero Drift)
Bacaan sifar instrumen telah berubah dari kedudukan sifar yang telah ditentukan.

11- Histerisis (Hysterisis)
Perbezaan keluaran antara bacaan menaik dan menurun sesebuah instrumen.

RALAT
• Ralat ditakrifkan sebagai perbezaan antara bacaan yang diberikan oleh
instrumen/meter dibandingkan dengan nilai sebenar parameter yang diukur.
Ralat terjadi akibat daripada beberapa sebab dan boleh dikategorikan kepada 3
iaitu ralat pengguna (ralat kasar), ralat sistematik dan ralat rawak.
JENIS-JENIS RALAT
1- Ralat Kasar/Pengguna
• Ralat kasar biasanya disebabkan oleh manusia/pengguna sendiri kerana
kesilapan memilih instrumen yang tidak sesuai, salah mengambil bacaan, salah
mengendalikan instrumen, terlupa set zero, kesan beban dilupakan dll.
• Ralat ini boleh dikurangkan dan dihapuskan dengan memberi perhatian yang
sepenuhnya semasa membuat pemilihan instrumen pengukuran, semasa
membuat pengukuran dan kiraan. Berjaga-jaga dengan had keupayaan
instrumen, ambil bacaan sekurang-kurangnya 3 kali untuk mengelakkan ralat
kasar, membaca manual instrumen, baca penunjuk dengan tepat, tiada zero
offset dan ralat parallax.

RALAT
2- Ralat Sistematik
• Ralat sistematik akan berulang jika beberapa pengukuran dilakukan
dalam keadaan dan menggunakan instrumen yang sama. Ralat
sistematik boleh disebabkan oleh 2 punca utama iaitu ralat
instrumen dan ralat sekitaran.
Ralat instrumen:
• Ralat instrument terjadi akibat ketidak sempurnaan instrumen itu
sendiri seperti kesan dari geseran penunjuk, komponen tidak linear,
ralat tentukuran alat, alat rosak. Ralat boleh ditentukan dengan
membandingkan bacaan yang diberikan dengan nilai piawai dan boleh
tentukan samada ralat adalah tetap atau berkadaran.
• Ralat instrumen boleh dikurangkan dengan melakukan penentukuran
alat, dapatkan faktor pembetulan daripada ralat yang didapati, lakukan
lebih dari satu cara pengukuran. Seelok-eloknya selalu lakukan
pemeriksaan alatan untuk memastikan bacaan adalah tepat seperti
yang dikehendaki.

RALAT
Ralat Sekitaran:
• Ralat sekitaran adalah akibat dari pengaruh keadaan sekitaran seperti
suhu, kelembapan, medan magnet, elektrik/elektrostatik. Untuk
mengelakkan berlakunya ralat jenis ini lakukan eksperimen/tempatkan
instrumen pada suhu/kelembapan sekitaran yang dibenarkan,
hindarkan dari kesan medan magnet dll. Seeloknya gunakan instrumen
yang tahan terhadap perubahan keadaan sekitaran/tahan lasak.
3- Ralat Rawak
• Ralat yang selain dari ralat kasar/pengguna dan sistematik yang telah
dipertimbangkan dalam pengukuran. Ralat rawak boleh dikenalpasti
jika bacaan berubah dengan tidak menentu, walaupun pengukuran
dilakukan berulangkali. Ralat jenis ini tidak diketahui puncanya dan
selalunya kurang diambil kira melainkanpengukuranmemerlukan
kejituan yang tinggi. Analisis secara statistik terhadap data yang
diperolehi boleh dilakukan untuk melihat ketepatan pengukuran,
dengan mendapatkan min dan sisihan piawainya.

BAGAIMANA RALAT
DINYATAKAN
Ralat boleh dinyatakan dalam bentuk Ralat Mutlak atau % Ralat,.
i- Ralat Mutlak
• e = | Yn - Xn | di mana;
• e : Ralat Mutlak
Yn : Nilai sebenar
Xn : Nilai ukuran
ii- % Ralat (ralat nisbi)
Yn - Xn
% e = ------------ X 100%
Yn
iii- Ketepatan Relatif (A)
Yn - Xn
A = 1 - -------------
Yn
iv- % Ketepatan Relatif (a)
a = 100% - %e

PIAWAIAN
Piawaian
Piawai pengukuran adalah suatu bahan ukuran, instrumenukuranatausistemukuranyang
digunakan untuk mentakrif, mewujud dan memelihara nilai sesuatu kuantiti untuk
dibandingkan dengan lain-lain instrument mengukur. Piawai pengukuran terdiri dari
beberapa kategori seperti berikut:
Piawai Antarabangsa
• Suatu piawai yang diterima secara persetujuan antarabangsa untuk digunakan sebagai
asas untuk menetapkan nilai-nilai lain piawai kuantiti berkenaan.
CONTOH:
-BSI- British Standard Institution
-IEC- International Electrotechnical Commission
-ISO- International Organisation for Standardization
Piawai Utama
• Piawai ini adalah di peringkat kebangsaan yang telah diterima secara rasmi oleh sesebuah
negara untuk digunakan sebagai asas bagi menetapkan nilai-nilai lain kuantiti berkenaan di
negara tersebut.
CONTOH: Makmal Metrologi Kebangsaan M'sia SIRIM

Piawai Kedua
• Dikenali juga sebagai piawai rujukan dan digunakandimakmal-makmalindustri.
Contoh: - SIRIM
- Pusat Penyelidikan Pertahanan, Kem. Pertahanan
- Timbang & Sukat Kem. Perdagangan & Perindustrian
-Universititempatan
- Industri
•
Piawai Kerja
• Suatu piawai yang ditentukur dengan menggunakan piawai kedua. Piawai ini digunakan
untuk menentukur atau memeriksa bahan ukuran atau instrumen-instrumen mengukur
sesebuah makmal misalnya ketepatan sesuatu alat.
CONTOH:
- SIRIM
-Universititempatan
- Industri

PENENTUKURAN
• Penentukuran adalah proses membandingkan dan membetulkan
keluaran sesuatu instrumen dengan nilai piawai. Instrumen perlu
ditentukur apabila keluarannya telah terkeluar dari spesifikasi yang
telah ditetapkan/ditentukan. Kekerapan penentukuran perlu dilakukan
bergantung kepada keperluan dan penggunaannya.

Rajah: Rangkaian Penentukuran Instrumen
Penentukuran

PENGUKURAN
• Proses perbandingan dengan piawai kerja dikenali sebagai pengukuran.
Piawai Kerja
Pengukuran
Bendakerja

PENGUKURAN
Contoh piawai kerja atau dikenali sebagai peralatan.
thermometer Bourdon Gauge Odometer

Binaan Tolok Bourdon dan fungsinya

PERBEZAAN KEJITUAN DAN
KEPERSISAN
KEJITUAN
• Kejituan didefinisikan sebagai nilai terhampir dengan nilai piawai dan perbezaan
antara nilai sebenar dengan nilai piawai ialah ralat.
• Kejituan biasanya dinyatakan dalam bentuk peratus ralat.
Peratus ralat (%)=Nilai yang dibaca – Nilai Piawai x 100
Nilai Piawai
Peratus ralat (%)=Nilai yang dibaca – Nilai Piawai x 100
Nilai Skala Maksima
Apakah punca-punca ralat?
• Ralat kosong – penunjuk tidak menunjukkan nilai kosong apabila nilai input adalah
kosong.
• Ralat pada piawai yang digunakan semasa proses penentukuran.
• Geseran.
• Perubahan gandaan isyarat pada komponen sistem pengukuran seperti tranduscer dan
penyesuai isyarat. Ini disebabkan oleh perubahan suhu, kelembapan(moisture), tekanan,
getaran medan elektrik, magnet dan bekalan kuasa.

PERBEZAAN KEJITUAN DAN
KEPERSISAN
KEPERSISAN
• Jika suatu peralatan diberikan nilai input yang sama beberapa kali dan
hasil bacaannya sentiasa sama atau hampir maka alat tersebut adalah
mempunyai kepersisan yang tinggi.
x x
x x
x
x
x
x
Kejituan dan
Kepersisan tinggi
Kejituan rendah
Kepersisan tinggi
Kejituan rendah
Kepersisan rendah