Kalibrasi Oven [PDF]

Citation preview

1



KALIBRASI TEMPERATURE ENCLOSURES PENGUJIAN KARAKTERISTIK Oleh : Endang Sumirat



2



Acuan ´ AS 2853 – 1986 ´ Temperature controlled ´ Performance testing ´ Grading ´ Scope ´ Persyaratan kalibrator ´ Pengambilan data uji ´ Penampilan hasil uji ´ Estimasi ketidakpastian ´ Batas keberterimaan



3



Pengujian vs Kalibrasi ´ Kalibrasi merupakan rangkaian kegiatan membandingkan hasil ukur atau nilai alat dengan hasil ukur atau nilai kalibratornya yang tertelusur ke SI. Kemudian menggunakan koreksi dan ketidakpastian alat dalam pengukuran. ´ Pengujian merupakan rangkaian kegiatan untuk mengetahui nilai karakteristik alat



4



Temperature enclosures



5



Scope AS2853-1986



6



Ruang lingkup AS2853-1986 ´ Standar ini memaparkan prosedur pengujian untuk menetapkan karakteristik dasar kemampuan suhu pada enklosur suhu yang terkendali di seluruh industri; ´ Karakteristik tersebut ditetapkan pada enklosur suhu dalam keadaan kosong pada suhu stabil atau pada pengoperasian dinamik; ´ Karakteristik lainnya tidak diperhitungkan dalam prosedur ini, seperti kelembaban, emisivity dinding dalam, serta aliran udara yang mungkin harus dikendalikan atau ditetapkan. Standar ini juga mencakup sistem grading enklosur suhu yang mengklasifikasi tingkat kemampuannya; ´ Prosedur ini berlaku untuk semua enklosur suhu yang terkendali, tanpa memperhatikan ukuran, rentang suhu, cara pengoperasian, cara konstruksi, jenis dan maksud penggunaan.



7



Beberapa notasi ´ D = Perbedaan antara suhu enklosur dengan rata-rata suhu ruangan (°C). ´ R = variasi suhu keseluruhan (overall), bisa juga Ro ´ f = faktor grading. f = 100R/(100+D) ´ fm = faktor grading maksimum, fm (Lihat Tabel 1) ´ G = grading factor. Ditentukan melalui Tabel 1 atas dasar fm. ´ V = volume (m³) posisi ukur, volume efektif / working space diukur secara dimensional p x l x t. ´ N = jumlah posisi ukur. N = 3 + 3*G0.6*V0.2 ´ Rm = R maksimum atau variasi overall maksimum yang diperkenankan. Rm = fm(1 + D/100) ´ Ro = R maksimum yang telah ditetapkan (misal dalam metode pengujian: X±x°C). Ro = 2x



8



Penyetelan ´ Sebelum enklosur diukur suhu internalnya untuk menguji kemampuan suhunya, enklosur sebaiknya disetel penunjukan indikatornya. Perbedaan suhu antara penunjukkan indikator enklosur dan termometer digital (∆ = |ti-tm|) harus < Ro atau Rm. ´ Ro = 2X, dimana X = toleransi penggunaan enklosur suhu yang ditetapkan pada metode pengujian ataupun berdasarkan spesifikasi user. Nilai X harus > spesifikasi alat; ´ Rm = fm(1+D/100), dimana fm adalah faktor grading maksimum yang dapat ditetapkan pada tabel grading melalui nilai f. ´ Nilai f dihitung dari f = 100R/(100 + D). Nilai R adalah variasi overall yang dapat dikutip pada sertifikat sebelumnya ataupun dari spesifikasi alat. Sedang D adalah selisih antara suhu yang diset dengan suhu ambient.



9



Persyaratan kalibrator ´ Total ketidakpastian sistematik kalibrator, U, harus memenuhi U ≤ ± 0.3Ro atau U ≤ ± 0.3Rm. ´ Persyaratan resolusi kalibrator, r ≤ ± 0.1Ro atau r ≤ 0.1Rm. ´ Persyaratan diameter kawat termokopel: ´ Ø kawat termokopel ≤ 0.35 mm untuk enklosur dengan kecepatan kenaikan suhu > 1.5°C/menit. ´ Ø kawat termokopel 0.45 mm ~ 1 mm untuk enklosur dengan kecepatan kenaikan suhu 0.5°C ~ 1.5°C/menit. ´ Ø kawat termokopel > 1 mm untuk enklosur dengan kecepatan kenaikan suhu < 0.5°/menit.



´ Ujung sensor dilas jangan sekedar dipuntir. ´ Kalibrator harus mampu merekam (logger).



10



Beberapa istilah AS 2853 – 1986 (laporan kalibrasi – steady state) ´ Suhu enklosur: suhu mid-range dari semua posisi ukur. ´ Suhu indikator: suhu mid-range indikator selama kalibrasi. ´ Suhu maksimum: capaian suhu tertinggi di semua posisi ukur. ´ Suhu minimum: capaian suhu terendah di semua posisi ukur. ´ Variasi spasial: perbedaan terbesar suhu enklosur diantara mid-range masing-masing posisi ukur. ´ Variasi temporal: perbedaan suhu maksimum dan suhu minimum di satu posisi ukur. ´ Variasi keseluruhan (overall): perbedaan suhu maksimum dan suhu minimum di semua posisi ukur.



11



Laporan kalibrasi (non steady-state) ´ Suhu mid-range dari semua posisi ukur. ´ Suhu mid-range indikator ´ Variasi suhu, selisih antara suhu maksimum dan suhu minimum. ´ Suhu mid-range pada posisi tengah enklosur.



12



Pelaksanaan pengukuran suhu ´ Siapkan digital thermometer multichannels dengan kapasitas suhu yang cukup, channels yang cukup, resolusi serendahnya 0.1°C dan total ketidakpastian sistematiknya < ± 0.3Rm; ´ Hitung banyaknya posisi ukur (N) dengan data yang sudah tersedia; ´ Tempatkan N buah termokopel pada posisi sesuai rekomendasi AS 2853 – 1986: ´ Tutup pintu enklosur sedemikian rupa, sehingga termokopel tidak menumpuk; ´ Hidupkan termometer digital. Set sesuai kebutuhan pengukuran suhu. Lebih baik lagi jika termometer dilengkapi logger (perekam); ´ Pastikan semua channel memberikan hasil ukur wajar. Jika tidak cek ujung termokopel dan hubungan ke main body termometer;



13



Pelaksanaan pengukuran suhu ´ Hidupkan enklosur pada set point yang diperlukan. ´ Hidupkan rekaman suhu, tunggu hingga diperoleh 5 siklus suhu stabil, lalu tunggu hingga diperoleh minimum 5 buah siklus suhu. Pada umumnya perekaman 1 jam sudah memenuhi jumlah siklus yang dikehendaki. ´ Lakukan pencatatan dalam lembar kerja yang sudah dirancang sedemikian, sehingga terhindar dari kesalahan yang mungkin timbul, seperti identitas termometer, koreksi dan ketidakpastiannya, dsb. ´ Lakukan pengolahan data menggunakan komputer dengan mengaplikasikan perangkat lunak semisal microsoft exel. ´ Catatan: Jika kalibrasi dilakukan pada beberapa titik ukur, maka titik ukur yang dipilih harus lebih kecil daripada (10 + Dm/10)°C. Dm adalah perbedaan terbesar antara setting suhu dengan suhu ambient.



Tipikal rekaman hasil pengukuran suhu 14



1 41 81 121 161 201 241 281 321 361 401 441 481 521 561 601 641 681 721 761 801 841 881 921 961 1001 1041 1081 1121 1161 1201 1241 1281 1321 1361 1401 1441 1481 1521 1561 1601 1641 1681 1721 1761 1801 1841 1881 1921 1961 2001 2041 2081 2121 2161



Tipikal rekaman hasil pengukuran suhu



15 Grafik rekaman suhu incubator, set point 20°C



21



20.5



20



19.5



19



18.5



18



Series1 Series2 Series3 Series4 Series5 Series6 Series7 Series8 Series9



16



Temperature controller tipe on/off



17



Temperature controller tipe PID (proportional integral-derivative)



18



Lembar kerja kalibrasi DATA PENGUKURAN SUHU OVEN



Rev-2017



AS2853-1986



NO. SERTIFIKAT NAMA ALAT MERK KAPASITAS PEMILIK ALAMAT TEMPAT KALIBRASI SUHU RUANGAN KELEMBABAN NOID STANDAR



: : : : : :



TYPE/SERI °C



: : : :



KETELITIAN:



°C



TGL KALIBRASI °C



°C



%



%



TERTELUSUR KE: NAMA PETUGAS



Setting:



INDICATOR



°C



*



Pembacaan termometer standar (°C) pada posisi: ** 1



2



3



4



5



6



7



8



9



Max Min Max Min Max Min Max Min Max Min Max Min Sd Max Min Var. Tem. **) lihat petunjuk peletakkan sensor dalam AS2853-1986



Tanda periksa Dimensi volume efektif : …….. m x …….. m x …….. m = …………. m³



D = ……… f = ………. fm = ………. G = ……… N = ………



Ketidakpastian pengukuran 19



(penyesuaian ke KAN Pd-02.04) ´ Ketidakpastian diestimasi dengan asumsi penyimpangan (E) antara penunjukan suhu indikator enklosur (A) dengan pembacaan suhu termometer (S); ´ Berdasarkan model matematik E = S – A, dapat diestimasi ketidakpastian E: u²(E) = u²(S) + u²(A); ´ Ketidakpastian S diestimasi dari beberapa sumber ketidakpastian antara lain: termometer, drift termometer, resolusi termometer, koreksi thermometer (jika tidak diterapkan pada hasil ukur, yang bisa digantikan dengan standar deviasi temporal); ´ Ketidakpastian A diestimasi dari beberapa sumber ketidakpastian antara lain: standar deviasi indikator, stabilitas enklosur (standar deviasi temporal), konduktivitas suhu akibat beda pencelupan dan beda media, resolusi indikator, efek pembebanan, efek radiasi dinding dan sensor suhu standar, ´ Penjelasan tentang komponen ketidakpastian adalah sbb:



Penjelasan komponen ketidakpastian 20



(lanjutan) ´ Ketidakpastian standar termometer: dikutip dari sertifikat kalibrasi thermometer yang terbaru dan masih valid. Berdistribusi normal, pembagi = 2, derajat bebas = 60 ´ Ketidakpastian akibat drift termometer: ditetapkan berdasarkan tren nilai benar, atau berdasarkan pengecekan antara. Drift adalah selisih mutlak diantara dua nilai benar yang berurutan. Ketidakpastiannya ditetapkan ½ dari selisih mutlak tersebut, berdistribusi segi-3, pembagi = √6, derajat bebas = 50; ´ Ketidakpastian pembulatan baca termometer: ditetapkan sebesar ½ dari daya baca termometer. Berdistribusi segi-4, pembagi = √3, derajat bebas = 50; ´ Koreksi termometer: ditetapkan sebesar koreksi pada titik ukur tertentu, atau interpolasinya. Idealnya nilai koreksi diterapkan pada hasil ukur suhu. Namun jika tidak, maka harus masuk ke dalam bujet ketidakpastian. Berdistribusi segi-3, pembagi = √6, derajat bebas = 50;



Penjelasan komponen ketidakpastian 21 ´ Konduktivitas suhu pada sensor: ditetapkan berdasarkan perbedaan hasil pengukuran suhu pada saat termometer dikalibrasi, akibat perbedaan panjang termokopel saat pencelupan ke dalam media. Berdistribusi segi-4, pembagi = √3, derajat bebas = 50; ´ Standar deviasi indicator UUT: ditetapkan sebagai standar deviasi dari pembacaan indicator UUT selama pengukuran suhu berlangsung. Berdistribusi normal, pembagi = √n, derajat bebas = n-1; ´ Stabilitas suhu UUT: ditetapkan berdasarkan standar deviasi terbesar dari sejumlah data pengukuran suhu selama kalibrasi berlangsung pada salah satu posisi ukur, berdistribusi normal, pembagi = √m, derajat bebas = m-1. Nilai m adalah jumlah data; ´ Resolusi indikator UUT: ditetapkan sebesar ½ dari daya baca indikator UUT (digital). Berdistribusi segi-3, pembagi = √6, derajat bebas = 50;



Penjelasan komponen ketidakpastian 22 ´ Efek pembebanan UUT: ditetapkan berdasarkan perbedaan hasil pengukuran suhu pada saat UUT kosong dan pada saat UUT berisi material uji. Diestimasi sebesar 20% dari keseragaman suhu UUT. Keseragaman suhu UUT adalah perbedaan terbesar antara suhu UUT di tengah geometrik dan suhu di salah satu posisi ukur pada saat yang sama (berdasarkan waktu rekaman). Berdistribusi segi-4, pembagi = √3, derajat bebas = 50; ´ Efek radiasi dari dinding dalam enklosur dan sensor termometer: ditetapkan sebagai perbedaan suhu yang terbaca oleh thermometer antara sensor dengan emisivitas tertentu (yang dioperasikan) dengan sensor yang memiliki emisivitas = 0. Berdistribusi segi-4, pembagi = √3, derajat bebas = 50;



23



Ketidakpastian pengukuran KETIDAKPASTIAN KALIBRASI OVEN NILAI, ±°C



DIST



ki



ni



ui, ±°C



ci



(ci u i )²



(ci u i )4/ni



Termometer standar



0.23



NORMAL



2.000



60



0.115



1



0.0132



2.92E-06



Drift termometer standar



0.20



SEGI-3



2.449



50



0.082



1



0.0067



8.89E-07



Resolusi termometer standar



0.05



SEGI-4



1.732



50



0.029



1



0.0008



Koreksi termometer



0.15



SEGI-3



2.449



50



0.061



1



0.0038



Konduktivitas sensor standar



0.1



SEGI-3



2.449



50



0.041



1



0.0017



Stdev indikator oven



0.20



NORMAL



10.050



100



0.020



1



0.0004



1.57E-09



Stabilitas suhu oven



0.30



SEGI-3



2.449



50



0.122



1



0.0150



4.50E-06



Resolusi indikator oven



0.05



SEGI-4



1.732



50



0.029



1



0.0008



1.39E-08



Efek pembebanan oven



0.40



SEGI-4



1.732



50



0.231



1



0.0533



5.69E-05



Efek radiasi oven-sensor



0.3



SEGI-4



1.732



50



0.173



1



0.0300



1.80E-05



SUM



0.0424



0.0000



Combine Uncertainty (uc)



0.2058



SUMBER



Effective Degree of Freedom (nef)



2.81E-07



209



Coverage Factor (k)



1.971



Expanded Uncertainty (U95)



0.41



°C



24



Tampilan hasil pengujian ´ Mengikuti ISO 17025 : 2005 bab 5.10; ´ Komponen data yang perlu ditampilkan (steady state) ´ Suhu enklosur: mid-range suhu terkoreksi tiap posisi; ´ Suhu indikator: mid-range suhu indikator selama pengukuran. ´ Variasi spasial: perbedaan terbesar diantara suhu enklosur; ´ Variasi temporal: perbedaan suhu maksimum dan suhu minimum di masing-masing posisi; ´ Suhu maksimum dan suhu minimum terkoreksi di semua posisi ukur ´ Variasi keseluruhan: selisih suhu maksimum dan minimum di seluruh posisi ukur.



25



Batas keberterimaan ´ Perbedaan antara suhu yang ditunjukkan indikator (ti) dan suhu masing-masing posisi ukur (tm), ∆ = |ti – tm| ≤ Ro atau Rm mana yang paling kecil. ´ Jumlah variasi, variasi temporal, variasi spasial, variasi overall dan ∆, T ≤ (5 + D/40)°C. ´ Variasi overall ≤ Rm. Rm = fm(1 + D/100) ´ Pembulatan data ukur suhu bisa dalam interval pembulatan 1 °C, 2 °C, atau 5 °C tetapi harus ≤ 0.1Ro atau 0.1 Rm. Sedangkan pembulatan hasil dalam pelaporan hanya dilakukan pada akhir perhitungan; ´ Interval kalibrasi ulang maksimum adalah 5 tahun. Kalibrasi perlu diulang jika ada kecurigaan hasil ukur suhu (hasil pengecekan antara) atau setelah enklosur diperbaiki.



26



AKHIR SLIDE Disampaikan di PT. Unilab Perdana pada 15 Maret 2021