Menguasai Pengukuran: Panduan Utama Anda untuk Kesalahan Absolut, Relatif, dan Skala Penuh (%FS)

Pernahkah Anda melihat lembar spesifikasi untukatekananpemancar,amengalirmeter, atauasensor suhuDanPernah melihat item baris seperti "Akurasi: ±0,5% FS"? Spesifikasi ini umum, tetapi apa artinya bagi data yang Anda kumpulkan? Apakah ini berarti setiap pembacaan berada dalam kisaran 0,5% dari nilai sebenarnya? Seperti yang terlihat, jawabannya sedikit lebih rumit, dan memahami kompleksitas ini sangat penting bagi siapa pun yang terlibat dalam rekayasa, manufaktur, dan pengukuran ilmiah.

Kesalahan adalah bagian tak terelakkan dari dunia fisik. Tidak ada instrumen yang sempurna. Kuncinya adalah memahami sifat kesalahan, mengukurnya, dan memastikannya berada dalam batas yang dapat diterima untuk aplikasi spesifik Anda. Panduan ini akan mengungkap konsep-konsep inti.ofpengukurankesalahanDimulai dengan definisi dasar, lalu berkembang menjadi contoh praktis dan topik penting terkait, mengubah Anda dari sekadar membaca spesifikasi menjadi seseorang yang benar-benar memahaminya.

 

Apa itu Kesalahan Pengukuran?

Pada intinya,kesalahan pengukuran adalah perbedaan antara kuantitas yang diukur dan nilai sebenarnyaAnggap saja sebagai celah antara dunia sebagaimana instrumen Anda melihatnya dan dunia sebagaimana adanya.

Kesalahan = Nilai Terukur – Nilai Sebenarnya.

"Nilai Sejati" adalah konsep teoretis. Dalam praktiknya, nilai sejati absolut tidak pernah dapat diketahui dengan kepastian yang sempurna. Sebaliknya, nilai sejati konvensional digunakan. Ini adalah nilai yang diberikan oleh standar pengukuran atau instrumen referensi yang secara signifikan lebih akurat (biasanya 4 hingga 10 kali lebih akurat) daripada perangkat yang diuji. Misalnya, saat mengkalibrasigenggamtekananmengukur, “nilai sebenarnya yang konvensional” akan bersumber dari presisi tinggi,tingkat laboratoriumtekanankalibrator.

Memahami persamaan sederhana ini adalah langkah pertama, tetapi tidak menjelaskan keseluruhannya. Kesalahan 1 milimeter tidak signifikan saat mengukur panjang pipa 100 meter, tetapi merupakan kegagalan fatal saat memproses piston untuk mesin. Untuk mendapatkan gambaran lengkap, kita perlu mengungkapkan kesalahan ini dengan cara yang lebih bermakna. Di sinilah kesalahan absolut, relatif, dan referensi berperan.

Pengumpulan Tiga Kesalahan Pengukuran Umum

Mari kita uraikan tiga cara utama untuk mengukur dan mengomunikasikan kesalahan pengukuran.

1. Kesalahan Mutlak: Penyimpangan Mentah

Kesalahan absolut adalah bentuk kesalahan yang paling sederhana dan paling langsung. Sebagaimana didefinisikan dalam dokumen sumber, kesalahan absolut adalah selisih langsung antara hasil pengukuran dan nilai sebenarnya, yang dinyatakan dalam satuan pengukuran itu sendiri.

Rumus:

Contoh:

Anda mengukur aliran dalam pipa denganBENARlaju aliranof50 m³/jam, danmilikmupengukur aliranmembaca50,5 m³/jam, jadi kesalahan absolutnya adalah 50,5 – 50 = +0,5 m³/jam.

Bayangkan Anda mengukur proses yang berbeda dengan laju aliran sebenarnya 500 m³/jam, dan flow meter Anda menunjukkan angka 500,5 m³/jam. Kesalahan absolutnya masih +0,5 m³/jam.

Kapan ini berguna? Kesalahan absolut sangat penting selama kalibrasi dan pengujian. Sertifikat kalibrasi sering kali mencantumkan deviasi absolut di berbagai titik uji. Namun, seperti yang ditunjukkan contoh, sertifikat ini kurang konteks. Kesalahan absolut +0,5 m³/jam terasa jauh lebih signifikan untuk laju aliran yang lebih kecil daripada untuk laju aliran yang lebih besar. Untuk memahami signifikansi tersebut, kita memerlukan kesalahan relatif.

2. Kesalahan Relatif: Kesalahan dalam Konteks

Kesalahan relatif memberikan konteks yang tidak dimiliki oleh kesalahan absolut. Kesalahan relatif menyatakan kesalahan sebagai pecahan atau persentase dari nilai aktual yang diukur. Ini menunjukkan seberapa besar kesalahan tersebut dibandingkan dengan besarnya pengukuran.

Rumus:

Contoh:

Mari kita tinjau kembali contoh kita:

Untuk aliran 50 m³/jam: Kesalahan Relatif = (0,5 m³/jam / 50 m³/jam) × 100% = 1%

Untuk aliran 500 m³/jam: Kesalahan Relatif = (0,5 m³/jam / 500 m³/jam) × 100% = 0,1%

Tiba-tiba, perbedaannya menjadi jauh lebih jelas. Meskipun kesalahan absolut identik di kedua skenario, kesalahan relatif menunjukkan bahwa pengukuran sepuluh kali kurang akurat untuk laju aliran yang lebih rendah.

Mengapa ini penting? Kesalahan relatif merupakan indikator yang jauh lebih baik untuk kinerja instrumen pada titik operasi tertentu. Ini membantu menjawab pertanyaan "Seberapa baik pengukuran ini saat ini?". Namun, produsen instrumen tidak dapat mencantumkan kesalahan relatif untuk setiap nilai yang mungkin Anda ukur. Mereka membutuhkan satu metrik yang andal untuk menjamin kinerja perangkat mereka di seluruh kemampuan operasionalnya. Itulah fungsi kesalahan referensi.

3. Kesalahan Referensi (%FS): Standar Industri

Ini adalah spesifikasi yang paling sering Anda lihat pada lembar data: akurasi dinyatakan sebagai persentaseofPenuhSkala (%FS), juga dikenal sebagai kesalahan referensi atau kesalahan rentang. Alih-alih membandingkan kesalahan absolut dengan nilai terukur saat ini, metode ini membandingkannya dengan rentang (atau jangkauan) total instrumen.

Rumus:

Rentang Pengukuran (atau Rentang) adalah perbedaan antara nilai maksimum dan minimum yang dirancang untuk diukur oleh instrumen.

Contoh Penting: Memahami %FS

Bayangkan Anda membeliapemancar tekanandenganspesifikasi berikut:

• Rentang: 0 hingga 200 bar

• Akurasi: ±0,5% FS

Langkah 1: Hitung Kesalahan Mutlak Maksimum yang Diizinkan.

Pertama, kita cari kesalahan absolut yang sesuai dengan persentase ini: kesalahan absolut maksimum = 0,5% × (200 bar – 0 bar) = 0,005 × 200 bar = ±1 bar.

Ini adalah perhitungan paling penting, yang memberi tahu kita bahwa berapa pun tekanan yang kita ukur, pembacaan instrumen ini dijamin berada dalam ±1 bar dari nilai sebenarnya.

Langkah 2: Lihat Bagaimana Ini Mempengaruhi Akurasi Relatif.

Sekarang, mari kita lihat apa arti kesalahan ±1 bar ini pada berbagai titik dalam rentang:

• Mengukur tekanan 100 bar (50% dari rentang): Hasil pembacaan bisa berkisar antara 99 hingga 101 bar. Kesalahan relatif pada titik ini adalah (1 bar / 100 bar) × 100% = ±1%.

• Mengukur tekanan 20 bar (10% dari rentang): Hasil pembacaan bisa berkisar antara 19 hingga 21 bar. Kesalahan relatif pada titik ini adalah (1 bar / 20 bar) × 100% = ±5%.

• Mengukur tekanan 200 bar (100% dari rentang): Hasil pembacaan bisa berkisar antara 199 hingga 201 bar. Kesalahan relatif pada titik ini adalah (1 bar / 200 bar) × 100% = ±0,5%.

Hal ini menyingkapkan prinsip penting instrumentasi bahwa akurasi relatif suatu instrumen paling baik pada bagian atas rentangnya dan terburuk pada bagian bawah.

Pelajaran Praktis: Bagaimana Memilih Instrumen yang Tepat?

Hubungan antara %FS dan kesalahan relatif memiliki dampak besar pada pemilihan instrumen.Semakin kecil kesalahan referensi, semakin tinggi akurasi keseluruhan instrumenNamun, Anda juga dapat meningkatkan akurasi pengukuran hanya dengan memilih rentang yang tepat untuk aplikasi Anda.

Aturan emas dalam menentukan ukuran pengukuran adalah memilih instrumen yang nilai operasi tipikalnya berada di setengah bagian atas (idealnya, dua pertiga bagian atas) dari rentang skala penuhnya. Mari kita lihat contohnya:

Bayangkan proses Anda biasanya beroperasi pada tekanan 70 bar, tetapi dapat mencapai puncak hingga 90 bar. Anda sedang mempertimbangkanduapemancar, keduanya dengan akurasi FS ±0,5%:

• Pemancar A: Rentang 0-500 bar

• Pemancar B: Rentang 0-100 bar

Mari kita hitung potensi kesalahan untuk titik operasi normal Anda sebesar 70 bar:

Pemancar A (0-500 bar):

• Kesalahan absolut maksimum = 0,5% × 500 bar = ±2,5 bar.

• Pada tekanan 70 bar, pembacaan Anda mungkin meleset 2,5 bar. Kesalahan relatif Anda yang sebenarnya adalah (2,5 / 70) × 100% ≈ ±3,57%. Ini adalah kesalahan yang signifikan!

Pemancar B (0-100 bar):

• Kesalahan absolut maksimum = 0,5% × 100 bar = ±0,5 bar.

• Pada tekanan 70 bar, pembacaan Anda mungkin hanya meleset 0,5 bar. Kesalahan relatif Anda yang sebenarnya adalah (0,5 / 70) × 100% ≈ ±0,71%.

Dengan memilih instrumen dengan rentang "terkompresi" yang tepat untuk aplikasi Anda, Anda meningkatkan akurasi pengukuran dunia nyata hingga lima kali lipat, meskipun kedua instrumen memiliki peringkat akurasi "%FS" yang sama pada lembar datanya.

Akurasi vs. Presisi: Perbedaan Kritis

Untuk menguasai pengukuran sepenuhnya, ada satu konsep lagi yang penting: perbedaan antara akurasi dan presisi. Orang sering menggunakan istilah ini secara bergantian, tetapi dalam sains dan teknik, keduanya memiliki arti yang sangat berbeda.

KetepatanisBagaimanapengukuran mendekati nilai sebenarnyaIni berkaitan dengan kesalahan absolut dan relatif. Instrumen yang akurat, secara rata-rata, memberikan pembacaan yang benar.

PresisiisBagaimanapengukuran berulang dari benda yang sama adalah satu sama lain. Ini mengacu pada pengulangan atau konsistensi suatu pengukuran. Instrumen yang presisi memberikan hasil pengukuran yang hampir sama setiap saat, tetapi hasil tersebut belum tentu benar.

Berikut analogi targetnya:

• Akurat dan Presisi: Semua tembakan Anda terpusat tepat di tengah sasaran. Inilah yang ideal.

• Tepat tetapi Tidak Akurat: Semua tembakan Anda berkelompok rapat, tetapi berada di pojok kiri atas target, jauh dari sasaran. Ini menunjukkan kesalahan sistematis, seperti teropong yang tidak sejajar pada senapan atau sensor yang dikalibrasi dengan buruk. Instrumennya dapat diulang tetapi selalu salah.

• Akurat tetapi Tidak Tepat: Tembakan Anda tersebar di seluruh target, tetapi posisi rata-ratanya berada di pusat sasaran. Ini menunjukkan kesalahan acak, di mana setiap pengukuran berfluktuasi tak terduga.

• Tidak Akurat maupun Tepat: Tembakan tersebar secara acak di seluruh target, tidak konsisten.

Instrumen dengan spesifikasi FS 0,5% mengklaim keakuratannya, sementara presisi (atau pengulangan) sering kali dicantumkan sebagai item baris terpisah pada lembar data dan biasanya merupakan angka yang lebih kecil (lebih baik) daripada keakuratannya.

Kesimpulan

Memahami nuansa kesalahan adalah hal yang membedakan insinyur yang baik dengan insinyur yang hebat.

Singkatnya, menguasai kesalahan pengukuran membutuhkan peralihan dari konsep dasar ke aplikasi praktis. Kesalahan absolut memberikan deviasi mentah, kesalahan relatif menempatkannya dalam konteks pengukuran saat ini, dan kesalahan referensi (%FS) memberikan jaminan standar atas kesalahan maksimum instrumen di seluruh rentangnya. Poin utamanya adalah bahwa akurasi yang ditentukan instrumen dan kinerjanya di dunia nyata tidaklah sama.

Dengan memahami bagaimana kesalahan %FS tetap memengaruhi akurasi relatif di seluruh skala, para insinyur dan teknisi dapat membuat keputusan yang tepat. Memilih instrumen dengan rentang yang tepat untuk aplikasi sama pentingnya dengan peringkat akurasinya, memastikan bahwa data yang dikumpulkan merupakan cerminan realitas yang andal.

Saat Anda meninjau lembar data dan melihat peringkat akurasi, Anda akan tahu persis artinya. Anda dapat menghitung potensi kesalahan maksimum, memahami bagaimana kesalahan tersebut akan memengaruhi proses Anda di berbagai titik operasi, dan membuat keputusan yang tepat yang memastikan data yang Anda kumpulkan bukan sekadar angka di layar, tetapi merupakan cerminan realitas yang andal.

Hubungi Ahli Pengukuran Kami