Panduan Kalibrasi Dial Gauge - 30112020 [PDF]

Citation preview

Sosialisasi Petunjuk Teknis Kalibrasi Dial Gauge Ardi Rahman Peneliti SNSU Panjang [email protected]



Tim Penyusun



Ardi Rahman, M.Eng.



Istiqomah, Ph.D.



1



Tujuan • Mengharmoniskan pelaksanaan kalibrasi dial gauge yang dilakukan oleh laboratorium yang menerapkan SNI ISO/IEC 17025 • Mengetahui dan menganalisa ketidakpastian pengukuran pada kalibrasi dial gauge



2



Lingkup • Petunjuk teknis ini digunakan untuk menjelaskan metode kalibrasi dial gauge, dengan resolusi 0,01 mm; 0,002 mm; atau 0,001 mm dan rentang ukur sampai dengan 25 mm. Data hasil kalibrasi mencakup kesalahan penunjukan (indication error) dan histerisis (retrace error).



3



Ikhtisar



Pengenalan Dial Gauge Kalibrasi Dial Gauge Evaluasi Ketidakpastian Pengukuran Contoh Kasus



4



Pengenalan Dial Gauge



5



Apa itu Dial Gauge? l



Definisi Dial Gauge (ISO 463) :



Suatu alat ukur yang meneruskan gerakan aksial (lurus - searah poros) sebuah pendorong (plunger) ke jarum penunjuk dengan cara mekanis dimana jarum penunjuk tsb bergerak rotasi di atas sebuah skala melingkar.



6



Contoh Aplikasi Sumber gambar: LabVolt Sumber gambar: Katalog Mitutoyo



Alignment/penyejajaran poros benda Mengukur ketebalan kertas, film, kawat, dsb (dial thickness gauge) 7



Komponen dial gauge 1. 2. 3. 4. 5. 6.



Skala Indikator batas (limit indicator) Dial Bezel Penunjuk (pointer) Penghitung gerak revolusi (revolution counting device) 7. Batang 8. Pendorong (plunger) 9. Elemen kontak (contact element) 10. Penutup (cover) 11. Muka ukur (measuring face) L1. Panjang batang (stem length) Sumber: ISO 463



8



L2. Panjang pendorong saat tertekan



Prinsip Kerja §



§



Pasangan roda gigi dengan putaran dimana hanya salah satu roda gigi yang berimpit. Ada keterlambatan gerak balik (Back-lash)



Back-lash : Keterlambatan bergerak saat pembalikan arah/gerak putaran ; karena adanya celah di antara permukaan gigi



Sumber: Taufiq Rochim, 2001



9



Pemakaian Dial Gauge SET UP



Hindari kesalahan kosinus! Hindari kesalahan paralaks! 10



Jenis-jenis Dial Gauge Dial depth gage



Dial Gauge (tipe umum) Dial Test Indicator/ Lever Dial Thickness Gauge



Dial Caliper Gauge



Jenis Skala: - Analog - Digital



Sumber gambar: Katalog Mitutoyo, Fowler, Absolute



11



Ketertelusuran Metrologis Laser primer



Standar primer (realisasi “meter”)



Laser displacement



1D - measuring machine (ULM)



Linear tranducer (LVDT) Calibration Tester/ Dial Gauge tester Dial gauge



Working standard



12



Kalibrasi Dial Gauge



13



Dokumen Acuan • JIS B 7503 khususnya klausul 8.1 dan 8.3 • ISO 463 • Evaluasi ketidakpastian pengukuran mengacu pada dokumen JCGM 100 yang diuraikan dalam dokumen EA4/02



14



Definisi • Histerisis/ retrace error adalah perbedaan atau penyimpangan yang timbul ketika dilakukan pengukuran secara berkesinambungan dari dua arah yang berlawanan (mulai dari skala nol hingga skala maksimum kemudian diulangi dari skala maksimum sampai skala nol). • Upward adalah arah gerak putar naik (dari nol menuju skala maksimum). • Downward adalah arah gerak putar turun (dari skala maksimum menuju nol).



15



Ringkasan Proses Kalibrasi • Prinsip kalibrasi dial gauge: membandingkannya dengan standar ukur (dial gauge tester/ calibration tester) sehingga diperoleh kesalahan penunjukannya. • Pengukuran dilakukan pada dua arah (upward-downward/ naik-turun) untuk mengetahui histerisisnya



16



Standar kalibrasi



Dial Gauge Tester/ Dial Indicator Tester Resolusi : 0,001 mm Rentang : (0-25) mm 17



Calibration Tester Resolusi : 0,000 2 mm Rentang : (0-5) mm



Persyaratan kalibrasi •



Dial gauge yang akan dikalibrasi harus dalam keadaan bersih dan berfungsi baik sebelum dikalibrasi



•



Diamkan dial gauge dan standar ukur pada suhu (20 ± 1) °C minimal selama dua jam untuk kesetimbangan termal.



•



Untuk menghindari karat, kelembaban relatif ruangan dijaga dibawah 65 %.



•



Jika suhu ruang pengukuran berada di luar rentang, kalibrasi dapat dilakukan tetapi pengaruh suhu terhadap ketidakpastian pengukuran harus diperhitungkan dan dipastikan masih di bawah batas toleransi yang ditetapkan.



•



Gunakan standar kalibrasi yang sesuai dengan resolusi dan rentang ukur dial gauge



•



Jika pegas dial gauge pernah diganti karena rusak, maka perlu dilakukan pengecekan kekuatan pegas dial gauge dengan mengacu pada JIS B 7503 klausul 8.5, sehingga memenuhi persyaratan yang tercantum dalam JIS B 7503 klausul 7.2.



18



PROSEDUR KALIBRASI Ukur suhu dan RH • Sebelum kalibrasi



Pengukuran keberulangan



Ukur suhu dan RH • Sesudah kalibrasi



• Dilakukan pengukuran berulang minimum 5x pada titik paling menyimpang



Set-up kalibrasi



Arah pengukuran (3X)



• Pasang DG menyentuh muka ukur std • Pastikan berada pada satu sumbu (Cosine error!!)



• Putaran DG CW (Naik): 0 s/d maksimum • Putaran DG CCW (Turun): Maksimum s/d 0



Set nol DG dan std



Titik ukur



• Jika DG tidak nol, putar penutup (cover) nya hingga target berhimpit dengan skala nol



• 1/10 putaran: 0-2 putaran • ½ putaran: s/d putaran ke-5 • 1 putaran: s/d titik maksimum



19



Contoh titik ukur • Dial gauge 5 mm yang memiliki resolusi 0,001 mm dan 200 garis skala dalam 1 putaran, maka dalam 1 putaran dial gauge bergerak sejauh 0,2 mm. q Titik ukurnya adalah (dalam mm): 0; 0,02; 0,04; 0,06; dan seterusnya sampai 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1; 1,2; 1,4; dan seterusnya sampai 5. • Dial gauge 10 mm yang memiliki resolusi 0,01 mm dan 100 garis skala dalam 1 putaran, maka dalam 1 putaran dial gauge bergerak sejauh 1 mm. q Titik ukurnya adalah (dalam mm): 0; 0,1; 0,2; 0,3; dan seterusnya sampai 2; 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5; 5; 6; 7; 8; 9; 10.



20



Analisis Pengukuran • Hitung kesalahan penunjukan alat (indication error) dari nilai rata-rata penunjukan, dikurangi penunjukan standar acuan; baik untuk arah naik maupun turun. Pastikan bahwa nilai penunjukan standar telah dikoreksi berdasarkan sertifikat kalibrasi terakhirnya! • Hitung histerisis (retrace error) sebagai selisih terbesar antara penunjukan pada titik yang sama dalam arah yang berlawanan. • Hitung ketidakpastian pengukuran



21



Evaluasi Ketidakpastian Pengukuran



22



Model Matematis 𝑒 = 𝑙 − 𝑙! + 𝑙! . 𝜃̅ . 𝛿𝛼 + 𝛼+ . 𝛿𝜃 − 𝛿𝑙" − 𝛿𝑙#! − 𝛿#$ − 𝛿𝑙%&! 𝑒 = penyimpangan nilai dial gauge 𝑙 = penunjukan nilai pada dial gauge yang diukur 𝑙! = penunjukan nilai standar ukur 𝜃̅ = temperatur rata-rata standar ukur dan dial gauge 𝛿𝛼 = perbedaan koefisien muai termal standar ukur dan dial gauge 𝛼+ = koefisien muai termal (KMT) rata-rata standar ukur dan dial gauge 𝛿𝜃 = perbedaan temperatur dari 20ºC 𝛿𝑙" = stabilitas standar ukur 𝛿𝑙#! = daya baca standar ukur 𝛿#$ = kesalahan menepatkan jarum penunjuk pada garis skala 𝛿𝑙%&! = kesalahan kosinus Ketidakpastian baku gabungan 𝑢!" 𝑒 = 𝑢" (𝑙) + 𝑢" (𝑙# ) + 𝑙# . 𝜃̅



"



𝑢" 𝛿𝛼) + 𝑙# . 𝛼.



"



𝑢" (𝛿𝜃 + 𝑢" 𝛿𝑙$ + 𝑢" 𝛿𝑙%# + 𝑢" 𝛿𝑙%& + 𝑢" (𝛿𝑙!'# !



23



Evaluasi sumber (1) 𝑢!" 𝑒 = 𝑢" (𝑙) + 𝑢" (𝑙# ) + 𝑙# . 𝜃̅



Besaran



𝑙



𝑙!



"



𝑢" 𝛿𝛼) + 𝑙# . 𝛼.



"



𝑢" (𝛿𝜃 + 𝑢" 𝛿𝑙$ + 𝑢" 𝛿𝑙%# + 𝑢" 𝛿𝑙%& + 𝑢" (𝛿𝑙!'# !



Evaluasi Nilai 𝑙 : dari rata-rata penunjukan dial gauge dari beberapa set pengukuran, sesuai titik ukur yang telah ditentukan. 𝑢 𝑙 diperoleh dari variasi pengukuran berulang. salah satu titik ukur yang memiliki penyimpangan signifikan, secara cepat dan diulangi sedikitnya 5 kali. s 𝑢(𝑙) = n 𝑠 adalah simpangan baku dari beberapa kali penunjukan standar ukur pada titik ukur yang sama yang sedang dievaluasi 𝑛 adalah banyaknya pengukuran berulang pada titik ukur yang dievaluasi. Nilai 𝑙! : dari rata-rata pembacaan nilai standar acuan ditambah dengan nilai koreksinya sesuai sertifikat kalibrasi terakhir 𝑈'( 𝑢 𝑙! = 𝑘 𝑈'( adalah ketidakpastian terentang (lihat sertifikat kalibrasi terakhirnya) 𝑘 adalah faktor cakupan yang tercantum dalam sertifikat kalibrasi. 24



𝑢!" 𝑒 = 𝑢" (𝑙) + 𝑢" (𝑙# ) + 𝑙# . 𝜃̅



Besaran d𝛼



dq



"



Evaluasi sumber (2)



𝑢" 𝛿𝛼) + 𝑙# . 𝛼.



"



𝑢" (𝛿𝜃 + 𝑢" 𝛿𝑙$ + 𝑢" 𝛿𝑙%# + 𝑢" 𝛿𝑙%& + 𝑢" (𝛿𝑙!'# !



Evaluasi 𝛿𝛼 = 0 /°C (diasumsikan bahwa standar ukur dan dial gauge terbuat dari bahan yang sama) 𝑢(d𝛼 ) dapat diestimasi dari ketidakpastian KMT sebesar ∆𝛼 dengan jenis distribusi persegi ∆α 𝑢(d𝛼) = °𝐶 )* 3 Ingat bahwa koefisien sensitivitas untuk 𝛿𝛼 adalah (𝑙! . 𝜃)̅ (dimana 𝑙! dalam mm). Untuk koefisien sensitifitas, nilai 𝜃̅ dapat diestimasi sesuai persyaratan variasi suhu ruang kalibrasi terhadap 20 °C yang ditetapkan laboratorium. dq = 0 °C (diasumsikan bahwa standar ukur dan dial gauge telah dikondisikan cukup lama sehingga mempunyai suhu yang sama). Idealnya diukur dengan termometer kontak pada kedua benda. ∆𝜃 𝑢 dq = °𝐶 3 𝑢(dq ) dapat diestimasi dari penyimpangan terbesar terhadap 20 °C yang diamati di lokasi pengukuran (∆𝜃) dengan jenis distribusi persegi Ingat bahwa koefisien sensitivitas untuk dq adalah (𝑙! . 𝛼) + (dimana 𝑙! dalam mm). 25



Evaluasi sumber (3) 𝑢!" 𝑒 = 𝑢" (𝑙) + 𝑢" (𝑙# ) + 𝑙# . 𝜃̅



Besaran d𝑙"



"



𝑢" 𝛿𝛼) + 𝑙# . 𝛼.



"



𝑢" (𝛿𝜃 + 𝑢" 𝛿𝑙$ + 𝑢" 𝛿𝑙%# + 𝑢" 𝛿𝑙%& + 𝑢" (𝛿𝑙!'# !



Evaluasi d𝑙" = 0 𝑢 d𝑙" dihitung dari sebaran nilai titik tertentu standar ukur dari beberapa riwayat sertifikat kalibrasinya relatif terhadap regresinya (b) dengan jenis distribusi persegi. b 𝑢(d𝑙" ) = 3 Jika tidak ada riwayat kalibrasi, dapat diestimasi berdasarkan katalog produk.



d𝑙#!



d𝑙/0



= 0



𝑢(d𝑙#! ) dapat diestimasi dari setengah nilai terkecil yang dapat dibaca oleh standar ukur. jika resolusi standar ukur analog, maka berdistribusi segitiga, dan jika digital maka berdistibusi persegi. Misalnya untuk standar ukur analog, resolusi std 𝑢(d𝑙#! ) = 2 6 26



Evaluasi sumber (4) 𝑢!" 𝑒 = 𝑢" (𝑙) + 𝑢" (𝑙# ) + 𝑙# . 𝜃̅



Besaran d𝑙#$



"



𝑢" 𝛿𝛼) + 𝑙# . 𝛼.



"



𝑢" (𝛿𝜃 + 𝑢" 𝛿𝑙$ + 𝑢" 𝛿𝑙%# + 𝑢" 𝛿𝑙%& + 𝑢" (𝛿𝑙!'# !



Evaluasi d𝑙#$



= 0



Ketidakpastian akibat kesalahan penunjukan target dari jarum dial gauge 𝑢(d𝑙#$ ) dapat diestimasi dari kemampuan menempatkan jarum dial gauge pada posisi ukur yang tepat. Jika jarum penunjuk dial selalu ditepatkan dengan garis skala, maka rentang ketidakpastian bisa diestimasi sebesar lebar garis. Misalnya, jika jarak antar garis (c) adalah 3 mm dan lebar garisnya (d) 1 mm, maka semi-range ketidakpastiannya adalah 0,5*(1/3) x resolusi, dengan distribusi segitiga (untuk analog) dan persegi (jika digital). Misalnya, untuk dial gauge analog, maka: 𝑐F ×resolusi dial gauge 𝑑 𝑢(d𝑙 ) = !" 2 6



27



Evaluasi sumber (5) 𝑢!" 𝑒 = 𝑢" (𝑙) + 𝑢" (𝑙# ) + 𝑙# . 𝜃̅



Besaran d𝑙%&!



"



𝑢" 𝛿𝛼) + 𝑙# . 𝛼.



"



𝑢" (𝛿𝜃 + 𝑢" 𝛿𝑙$ + 𝑢" 𝛿𝑙%# + 𝑢" 𝛿𝑙%& + 𝑢" (𝛿𝑙!'# !



Evaluasi d𝑙%&! = 0 Kesalahan kosinus terjadi karena sumbu ukur dial gauge membentuk sudut 𝛽 (dalam satuan radian) terhadap sumbu acuan. Ketidakpastian akibat kesalahan kosinus 𝑢(d𝑙%&! ) dapat diestimasi dengan (𝑙! dalam mm) (d𝑙%&! ) =



𝛽- . 𝑙! 2 3



µm



Sumber gambar: www.kursuscnc.com



28



Contoh Kasus



29



Kasus Sebuah dial gauge 25 mm dengan resolusi 0,01 mm dikalibrasi dengan standar ukur sebuah dial gauge tester 25 mm yang memiliki resolusi 0,001 mm. Di dalam sertifikat kalibrasi dial gauge tester dilaporkan bahwa ketidakpastian pengukuran bentangan sebesar 0,64 µm dengan faktor cakupan 2. Persyaratan suhu ruangan kalibrasi adalah (20 ± 1) °C. Nilai masukan lain sebagai berikut: • L = 𝑙 = 25 mm • 𝛼 ± ∆𝛼 (Stainless steel) = 0,0000115 ± 0,000002 /°C • Stabilitas standar ukur (𝑏) = 0,05 µm • Perbandingan lebar garis dan jarak antar garis skala (%⁄") = 1/3 • ∆θ = 0,2 °C • β = 0,017 rad (penyimpangan sudut tidak lebih dari 1°) 30



𝑢!" 𝑒 = 𝑢" (𝑙) + 𝑢" (𝑙# ) + 𝑙# . 𝜃̅ Sumber ketidakpastian Keberulangan pengukuran



"



𝑢" 𝛿𝛼) + 𝑙# . 𝛼.



"



Contoh bujet



𝑢" (𝛿𝜃 + 𝑢" 𝛿𝑙$ + 𝑢" 𝛿𝑙%# + 𝑢" 𝛿𝑙%& + 𝑢" (𝛿𝑙!'# !



Tipe distribusi



𝐮𝐢



satuan



𝐜𝐢



(𝐮𝐢 𝐜𝐢 )𝟐



𝛎𝐢



(𝐮𝐢 𝐜𝐢 )𝟒 /𝛎𝐢



𝑢 𝑙



Tipe A



0,447



µm



1



0,2



4



1,00E-02



Sertifikat standar



𝑢 𝑙&



Normal



0,32



µm



1



0,1024



200



5,24E-05



Koefisien muai termal



𝑢(δ𝛼)



Persegi



1,15E-6



°C-1



(1 L) µm.°C



8,33E-10



50



1,39E-20



Perbedaan suhu



𝑢(δ𝜃 )



Persegi



0,115



°C



(1,15E-5 L) µm.°C-1



1,10E-09



50



2,43E-20



Drift standar ukur



𝑢(𝑙 ) !



Persegi



0,577



µm



1



0,333



50



2,22E-03



Daya baca standar



𝑢(𝑙 ) "#



Segitiga



0,204



µm



1



0,0417



200



8,68E-06



Kesalahan Penepatan target dial gauge



𝑢(𝑙"$)



Segitiga



0,680



µm



1



0,463



200



1,07E-03



Kesalahan kosinus



𝑢(𝑙 ) %&#



Persegi



0,0022



µm



1



4,83E-06



50



4,67E-13



Hasil penjumlahan semua elemen pada kolom (𝑢! 𝑐! )(



1,14



veff



97



Akar kuadrat dari 𝑢'(



1,07



µm



𝑘



Faktor cakupan



1,97



𝐔𝟗𝟓



Ketidakpastian bentangan



2,1



𝑢'( 𝑢'



Simbol



µm 31



Contoh Pelaporan Hasil Identitas Dial gauge Waktu, tempat, kondisi lingkungan kalibrasi Tabel koreksi (naik/turun) dan histerisis DG Grafik koreksi DG VS Penunjukan DG Informasi: Standar, prosedur, ketertelusuran, U95 TTD Pelaksana, penyelia, manajer teknis 32



33



Tekanan pegas



34



Lever type



ISO 9493 : 2010 (Dial Test indicator – lever type)



35



Kesalahan cosinus Alat ukur



Kesalahan cosinus 𝑒 : kesalahan pengukuran karena sumbu ukur membentuk sudut 𝛽 terhadap sumbu acuan 𝑙 = 𝑙$ cos 𝛽 𝑙 = panjang sesungguhnya 𝑙$ = panjang yang terukur



Benda yang diukur



𝑙$ 𝛽



𝑙



𝑒 = 𝑙$ − 𝑙 = 𝑙$ 1 − cos 𝛽 Jika penyimpangan sudut diestimasi sebesar 0 ± 𝛽, maka ketidakpastian akibat kesalahan cosinus dapat disederhanakan: 𝑒 𝑙$ 1 − cos 𝛽 𝑢 𝛿𝑙 = = 3 3 36



(Sumber : JIS 7503) Rentang pengukuran



KESALAHAN PENUNJUKAN YANG DIIJINKAN unit : μm



Rentang ukur dan interval skala 0,01 mm 0,002 mm 0,001 mm 10 mm 2 mm di atas 2 mm 1 mm di atas 1 di atas 2 max. max. dan kurang max. mm dan mm dan dari 10 mm kurang dari kurang dari 2 mm 5 mm



Histerisis (retrace error)



5



3



4



3



3



4



Repeatability 1/10 putaran (') 1/2 putaran Kesalahan 1 putaran penunjukan 2 putaran seluruh rentang ukur



5 8 ±9 ± 10 ± 15



0,5 4 ±5 ±6 ±6



1 5 ±6 ±7 ±8



0,5 2,5 ±3 ±4 ±4



0,5 4 ±5 ±6 ±6



1 5 ±6 ±7 ±8



± 15



±7



± 12



±5



±7



± 10



(') = adjacent error / kesalahan beruntun Nilai di dalam tabel adalah pada 20ºC 37