# Instrumentasi dan Pengukuran

:::info
## Author:
- Agus R Utomo (Departemen Teknik Elektro UI)
- Compiled by: Misc E '24
:::

---

[TOC]

---

## Notes

### 1. PENDAHULUAN

#### 1.1 Informasi Mata Kuliah
- **Kode**: ENEE603011
- **SKS**: 2 SKS
- **Dosen**: Agus R Utomo, Ir, MT.
- **Komponen**: Tatap Muka, Tanya-Jawab, Tugas, Presentasi, Diskusi, Quis, UTS, UAS

#### 1.2 Tujuan Pembelajaran
1. Memahami prinsip-prinsip dasar sistem pengukuran dan jenis-jenis instrumen ukur besaran listrik
2. Mampu menentukan jenis instrumen ukur yang tepat untuk mengukur besaran listrik
3. Mampu mengimplementasikan pengukuran besaran listrik
4. Mampu menganalisis permasalahan pengukuran besaran listrik
5. Mampu membuat sintesa permasalahan pengukuran besaran listrik

#### 1.3 Sistem Evaluasi
- **Kuis, Tugas, Aktivitas, Diskusi (KTL)**: 25%
- **UTS**: 35%
- **UAS**: 40%

#### 1.4 Buku Ajar & Referensi
**Buku Utama**:
- Rudy Setiabudy, "Pengukuran Besaran Listrik", LP FEUI

**Referensi Tambahan**:
- Purkai, Prithwiraj - "Electrical and Electronics Measurements and Instrumentation" (McGraw Hill, 2013)
- Tumanski, S. - "Principles of Electrical Measurement" (CRC Taylor and Francis)
- Northrop, Robert B. - "Introduction to Instrumentation and Measurements" (2nd Ed)

---

### 2. PENGERTIAN DAN KONSEP DASAR

#### 2.1 Definisi Pengukuran
**Pengukuran** adalah tindakan atau hasil perbandingan kuantitatif antara kuantitas tertentu dengan kuantitas lain dari jenis yang sama, yang dipilih sebagai satu unit.

Hasil pengukuran dinyatakan dengan:
- Defleksi pointer pada skala (analog)
- Angka yang mewakili rasio (digital)

#### 2.2 Standar Pengukuran
**Standar** didefinisikan sebagai personifikasi fisik dari unit pengukuran atau subtiple atau multiple values-nya.

**4 Macam Standar**:

1. **Standar Internasional (International Standard)**
- Dijaga oleh "Bureau Weight and Measures" di Paris, Perancis
- Dievaluasi berkala dengan ukuran absolut

2. **Standar Utama (Primary Standard)**
- Standar acuan nasional
- Digunakan untuk kalibrasi Secondary Standard
- Berada di laboratorium standar nasional

3. **Standar Pendukung (Secondary Standard)**
- Acuan untuk laboratorium pengukuran dan kalibrasi industri
- Harus dikalibrasi pada Laboratorium Standar Nasional

4. **Standar Kerja (Working Standard)**
- Alat utama dalam laboratorium pengukuran
- Digunakan untuk kalibrasi alat ukur industri

---

### 3. JENIS INSTRUMENTASI UKUR

#### 3.1 Alat Ukur Analog
- Memanfaatkan transformasi besaran listrik → besaran mekanis
- Menggunakan metode rotasi melalui sumbu penyimpangan (defleksi)
- Jarum penunjuk menunjukkan hasil pengukuran
- Defleksi jarum = fungsi dari 2+ variabel bebas (besaran listrik + sudut torsi defleksi)

#### 3.2 Alat Ukur Digital
- Menunjukkan hasil dengan angka-angka desimal
- Transformasi besaran listrik secara digital (elektronik)

---

### 4. BESARAN LISTRIK DAN SATUAN SI

#### 4.1 Unit Besaran Listrik Utama

| Besaran | Simbol | Unit (Satuan) | Simbol Unit | Dimensi |
|---------|--------|---------------|-------------|---------|
| Panjang | l | meter | m | l |
| Massa | m | kilogram | kg | m |
| Waktu | t | second | s | t |
| Temperatur | T | Kelvin | °K | T |
| Intensitas Cahaya | - | Candela | cd | - |
| Arus Listrik | I | Ampere | A | i |
| Beda Potensial | V | Volt | V | l²mt⁻²i⁻¹ |
| Muatan | Q | Coulomb | C | it |
| Tahanan | R | Ohm | Ω | ml²t⁻²i⁻² |
| Kapasitansi | C | Farad | F | l⁻²m⁻¹t⁴i² |
| Induktansi | L | Henry | H | l²mt⁻²i⁻² |

#### 4.2 Konsep Dasar Besaran

**Muatan Listrik (Q)**
- Unit: Coulomb [C]
- 1 C = 6,2 × 10¹⁸ Elektron
- 1 Elektron = 1,6 × 10⁻¹⁸ C

**Gaya Elektrostatik**:
$$F = \frac{kQ_1Q_2}{d^2}$$

dimana $k = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0}$

**Tegangan (V)**
- Energi/kerja 1 Joule untuk memindahkan muatan 1 Coulomb
- Unit: Volt [V]

$$V = \frac{J}{C}$$

**Arus Listrik (I)**
- Banyaknya muatan yang mengalir per satuan waktu
- Unit: Ampere [A]

$$i = \frac{q}{t} = \frac{dq}{dt}$$

- 1 A = 6 × 10¹⁸ elektron/detik

---

### 5. METODA PENGUKURAN

#### 5.1 Metoda Pengukuran Langsung
Pengukuran besaran yang tidak diketahui dengan hasil langsung berupa besaran yang diukur.

**Contoh**:
- Pengukuran arus → Ampere-meter
- Pengukuran tegangan → Voltmeter
- Pengukuran hambatan → Ohm-meter

**Keuntungan**: Tingkat kesalahan (error) lebih kecil

#### 5.2 Metoda Pengukuran Tak Langsung
Mengukur besaran-besaran terkait, kemudian menghitung besaran yang diinginkan dengan formula.

**Contoh**:
Mengukur hambatan (R) dengan mengukur V dan I:

$$R[\Omega] = \frac{V[Volt]}{I[Ampere]}$$

Menghitung daya (P):

$$P[Watt] = V[Volt] \times I[Ampere]$$

#### 5.3 Metoda Perbandingan (Comparison Method)
- Pengukuran langsung kemudian dibandingkan dengan standar
- Merupakan pengembangan alternatif pengukuran langsung
- Termasuk: Metoda Nol, metoda diferensial

---

### 6. GELOMBANG LISTRIK

#### 6.1 Jenis Gelombang

**1. Gelombang Searah (DC - Direct Current)**
- Nilai tetap, tidak bervariasi terhadap waktu
- Tidak mengalami perubahan polaritas
- Dihasilkan oleh medan listrik

**2. Gelombang Sinusoid (AC - Alternating Current)**
- Nilai berubah-ubah terhadap waktu
- Jika variasi kontinyu → gelombang periodik
- Dihasilkan oleh medan magnet berputar

#### 6.2 Bentuk Matematik Gelombang Sinusoid

$$V = V_m \sin \omega t$$

dimana:
- $V_m$ = Amplitudo (nilai maksimum)
- $\omega$ = Kecepatan sudut

**Parameter Gelombang**:
- **Frekuensi (f)**: Jumlah siklus per detik [Hz = cycle/second]
- **Periode (T)**: Waktu untuk satu siklus

$$f = \frac{1}{T}$$

#### 6.3 Nilai-nilai Gelombang

**Harga Maksimum**:
- Sama dengan amplitudo gelombang

**Harga Rata-rata (Average)**:

$$Harga\ Rata-rata = \frac{Luas\ Kurva}{Waktu\ (dt)}$$

**Harga Efektif (RMS)**:
- Nilai AC yang setara dengan DC

$$Harga\ Efektif = \frac{Harga\ Maksimum}{\sqrt{2}}$$

---

### 7. KESALAHAN (ERROR) PENGUKURAN

#### 7.1 Penyebab Kesalahan

**1. Kesalahan Manusia (Human Error)**
- Kesalahan pembacaan (parallax error)
- Ketelitian membaca
- Kesalahan perhitungan
- Kesalahan setting
- Kesalahan posisi awal jarum (tidak NOL)

**Cara Meminimumkan**:
- Perhatikan skala dan koneksi terminal
- Perhatikan batas kemampuan (range)
- Lakukan pembacaan lebih dari 1 kali/orang
- Lakukan pengukuran beberapa kali
- Gunakan cermin di bawah skala (untuk alat akurasi tinggi)

**2. Kesalahan Sistem**
- Alat tidak akurat/presisi
- Kedudukan alat tidak tepat
- Gesekan di dalam alat
- Kalibrasi tidak periodik
- Kebocoran konduktor
- Komponen rusak

**Cara Mengatasi**:
- Perawatan intensif dari debu
- Kalibrasi periodik
- Perhatikan mutu kabel penghubung

**3. Kesalahan Lingkungan**
- Temperatur di luar batas kemampuan
- Medan magnet luar

**Cara Mengatasi**:
- Gunakan alat yang tidak terpengaruh perubahan lingkungan
- Lakukan pengukuran tak langsung

---

### 8. KELAS ALAT UKUR

#### 8.1 Definisi Kelas
**Kelas alat ukur** adalah klasifikasi yang menunjukkan tingkat ketelitian (akurasi) atau persentase kesalahan (% error) maksimum pada skala penuh.

**Kelas yang Tersedia**:

0.05  0.1  0.2  0.5  1  1.5  2.5  5

**Contoh**: Alat ukur kelas 0.5 = error maksimum ± 0.5% pada skala penuh

#### 8.2 Tingkat Akurasi dan Penggunaan

| Kelas | Tingkat Akurasi | Penggunaan | Bentuk |
|-------|----------------|------------|--------|
| 0.05, 0.1, 0.2 | Sangat Tinggi | Lab, standar, kalibrasi | Fix |
| 0.5 | Tinggi | Ketelitian tinggi, luar ruangan | Portable |
| 1 | Medium | Panel listrik besar | Fix |
| 1.5, 2.5, 5 | Rendah | Indikator | Fix/Portable |

---

### 9. GROUP ALAT UKUR

Group alat ukur = pengelompokan berdasarkan kondisi lingkungan penerapan

| Group | Pemakaian | Temperatur | Kelembaban |
|-------|-----------|------------|------------|
| A | Kering, ruangan tertutup hangat | 10-35°C | 80% @ T=30°C |
| B | Ruangan tertutup | -30 - 40°C | 90% @ T=30°C |
| C1 | Lapangan, laut | -40 - 50°C | 95% @ T=35°C |
| C2 | Lapangan, laut | -50 - 60°C | 95% @ T=50°C |
| Model T | Daerah Tropis | Sesuai tropis | Sesuai tropis |

**Model T** (Tropical Model Instruments):
- Khusus untuk daerah tropis
- Ditandai dengan penambahan huruf "T"

---

### 10. KESELAMATAN KERJA

#### 10.1 Dua Hal Utama Keselamatan
1. **Keselamatan Jiwa**
2. **Keselamatan Peralatan**

#### 10.2 Sumber Kecelakaan Listrik
- Saluran listrik itu sendiri
- Peralatan terkoneksi sumber listrik
- Sentuhan konduktor dengan benda konduktif
- Sambaran petir
- Listrik statik (percikan bunga api)

#### 10.3 Bahaya Listrik

**Terhadap Manusia**:
- Kejang
- Kematian

**Terhadap Peralatan**:
- Kerusakan fatal
- Kebakaran

> ⚠️ **PENTING**: Kejutan listrik yang mematikan tidak tergantung besarnya tegangan (100V atau 1000V), tetapi tergantung **ARUS yang mengalir dalam tubuh**

---

### 11. AMBANG BATAS ARUS

#### 11.1 Jenis-jenis Ambang Batas Arus

**a. Arus Mulai Terasa (Perception Current)**
- AC: Getaran tidak berbahaya
- DC: Terasa panas
- **Batas**:
- Pria: 1,1 mA
- Wanita: 0,7 mA

**b. Arus Lewat (Let Go Current)**
- Arus maksimum yang masih memungkinkan otot tangan melepaskan konduktor dengan kekuatan sendiri
- **Batas**:
- Pria: 16 mA
- Wanita: 10,5 mA

**c. Arus Menyebabkan Pingsan/Mati**
- Mempengaruhi kerja jantung
- Otot jantung kejang
- Peredaran darah stop (Ventricular Fibrillation)
- **Batas**: 70 mA (berat 50 kg, durasi 3 detik)

**d. Arus Reaksi**
- Arus kecil yang menyebabkan terkejut
- Perhatikan: gerakan reflek, lingkungan kerja, SOP

---

### 12. JENIS-JENIS INSTRUMEN UKUR

#### 12.1 Parameter yang Diukur

| Parameter | Satuan | Alat Ukur | Simbol |
|-----------|--------|-----------|--------|
| Arus | Ampere [A] | Ammeter | A |
| Tegangan | Volt [V] | Voltmeter | V |
| Daya | Watt [W] | Wattmeter | W |
| Energi | kWh | kWh-meter | kWh |
| Kuantitas Arus | Ah | Ampere-hour meter | Ah |
| Beda Fasa | - | Power Factor meter | φ |
| Frekuensi | Hertz [Hz] | Frequencymeter | Hz |
| Resistansi | Ohm [Ω] | Ohmmeter | Ω |
| Induktansi | Henry [H] | Inductancemeter | H |
| Kapasitansi | Farad [F] | Capacitancemeter | F |

#### 12.2 Jenis Berdasarkan Prinsip Kerja

**1. Alat Ukur Magnet Permanen dengan Lilitan Berputar (Moving Coil)**
- Prinsip: Hukum gaya Lorentz

$$F = Bil \sin \alpha$$

dimana:
- F = Gaya [Nm]
- B = Kuat medan magnet [Tesla]
- i = Arus [A]
- l = Panjang konduktor [m]
- α = Sudut antara konduktor dengan fluks magnet

**2. Alat Ukur Besi Berputar (Moving Iron)**
- Prinsip sama dengan Moving Coil
- Komponen berputar: inti besi

**3. Alat Ukur Elektrodinamis (Electrodynamic)**
- Sistem bergerak: 2 lilitan (tetap + berputar)
- Lilitan tetap (fix): A
- Lilitan berputar: C (dengan jarum + 2 pegas spiral)
- Arus membangkitkan medan magnet dan menyimpan energi

**4. Alat Ukur Induksi (Induction)**
- Prinsip: Reaksi antara fluks magnet bolak-balik dan induksi arus dalam piringan berputar

**5. Alat Ukur Elektrostatis (Electrostatic)**
- Penyimpangan jarum akibat interaksi medan listrik antara 2+ konduktor bermuatan

**6. Alat Ukur Termokopel (Thermocouple)**
- Kombinasi: Moving Coil + Thermoconverter
- 2 logam berbeda dipadukan
- Pemanasan → perbedaan panas → ggm termal
- ggm termal ∝ I²rms
- Sudut defleksi ∝ I²rms

**7. Alat Ukur Digital**
- **a. Instrumen Digital**: Pengukuran dan tampilan digital
- **b. Pembacaan Digital**: Pengukuran analog, tampilan digital

---

## Summary

### Poin-Poin Kunci:

1. **Pengukuran** adalah perbandingan kuantitatif dengan standar
2. **Standar Pengukuran**: Internasional → Primary → Secondary → Working
3. **Jenis Alat Ukur**: Analog (defleksi jarum) dan Digital (angka desimal)
4. **Metoda Pengukuran**: Langsung, Tak Langsung, Perbandingan
5. **Kesalahan**: Manusia, Sistem, Lingkungan
6. **Kelas Alat Ukur**: 0.05 (sangat akurat) hingga 5 (indikator)
7. **Keselamatan**: Yang mematikan adalah **ARUS**, bukan tegangan
8. **Ambang Batas Arus**:
- Terasa: 0.7-1.1 mA
- Let Go: 10.5-16 mA
- Mematikan: 70 mA

---

## Review

### Konsep yang Perlu Dipahami Mendalam:

✅ **Perbedaan pengukuran langsung vs tidak langsung**
- Langsung: lebih akurat, error lebih kecil
- Tidak langsung: butuh perhitungan tambahan

✅ **Kelas alat ukur sangat penting**
- Menentukan aplikasi yang tepat
- Lab: 0.05-0.2
- Industri: 0.5-1
- Indikator: 1.5-5

✅ **Keselamatan adalah prioritas**
- ARUS yang membahayakan, bukan tegangan
- 70 mA sudah bisa mematikan
- Selalu perhatikan SOP

✅ **Standar pengukuran berjenjang**
- Menjamin akurasi global
- Kalibrasi periodik wajib

---

:::info
**Find this document incomplete?** Leave a comment!
:::

###### tags: `Notes` `AMBA` `Instrumentasi` `Pengukuran` `Teknik Elektro`