Kalibrasi Massa

STANDAR KALIBRASI MASSA

Mungkin banyak diantara teman-teman yang sudah mengetahUi standar yang digunakan untuk kalibrasi massa, yaitu anak timbangan.

Anak timbangan dapat dibedakan menjadi beberapa kelas dengan tingkat akurasi yang tentunya berbeda antara kelas satu dengan kelas lainnya.

Kelas anak timbangan tersebut adalah :

• E1
• E2
• F1
• F2
• M1
• M2
• M3

Penentuan Kelas Anak Timbangan Pada Kalibrasi Massa

Istilah Penting Terkait Standar Massa

• Massa Konvensional adalah nilai konvensional hasil perhitungan massa diudara menurut rekomendasi OIML, diukur pada suhu 20 °C dengan kerapatan bahan 8000 kg/m³ dan kerapatan udara 1,2 kg/m³
• Massa adalah materi yang menyatakan ukuran massa, dalam hal ini mengacu pada karakteristik physic dan metrologi : bentuk, dimensi, bahan, kualitas permukaan, nilai nominal dan kesalahan maksimal yang diijinkan.

METODE KALIBRASI MASSA

Metode kalibrasi massa adalah perbandingan langsung terhadap anak timbangan standar yang bertujuan untuk mengetahui batas unjuk kerja timbangan elektronik tersebut yang dinyatakan dalam LOP (limit of Performance)

Metode ini menguraikan prosedur kalibrasi timbangan yang mencakup :

1. Kemampuan Baca Kembali/Daya Ulang Pembacaan (Repeatability of Reading)
2. Penyimpangan dari Nilai Nominal (Deviation of Nominal Value)
3. Pengaruh Pembebanan di Tengah (Effect of Centre Loading)
4. Histerisis (Hysterisis)
5. Batas Unjuk Kerja Timbangan (Limit of Performance/LOP)
6. Ketidakpastian Penimbangan (Uncertainty of Weighing)

PERALATAN YANG DIGUNAKAN

• Anak Timbangan Standar terkalibrasi.
• Termohygrometer Digital dengan resolusi 0,1 °C dan 1 %  RH.
• Sarung Tangan dengan bahan lembut.
• Timbangan yang akan di kalibrasi.
• Alat tulis dan Lembar Kerja.

KONDISI LINGKUNGAN (KONDISI DIGUNAKAN UNTUK MENGKALIBRASI IN-SITU)

Kalibrasi terhadap timbangan harus dilakukan pada kondisi ruang yang telah dipersyaratkan/sesuai dengan standar acuan EA-10/18, EA Guidelines on the calibration of non-automatic weighing instruments, June 2005 halaman 47 :

• Suhu : 17 °C ≤ t ≤ 27 °C, dengan perbedaan suhu tidak melebihi : Δt ≤ 5 °C
• Kelembaban Relatif : 30 % ≤ RH ≤ 80 %, dengan perbedaan kelembaban relatif tidak melebihi Δ RH ≤ 30 % RH.

KONDISI LINGKUNGAN (KONDISI DIGUNAKAN UNTUK MENGKALIBRASI DI LABORATORIUM MASSA)

Berdasarkan national institute of standars and technology (NIST), SOP 5 Recommended standard operating procedure for using a 3-1 weighing design, september 2014.

MODEL PENGUKURAN

Model matematis dari pengukuran yang dilakukan adalah :

Ci = Mi – (ri – zi)

Ci = Koreksi yang dihitung untuk titik pengukuran ke-i
Mi = Massa konvensional standar massa untuk titik pengukuran ke-i
ri = Rata-rata dari pembacaan berulang dengan beban untuk titik ke-i
zi = Rata-rata pembacaan tanpa beban untuk titik ke-i

PERSIAPAN KALIBRASI

• Catat dan identifikasi timbangan yang akan dikalibrasi.
• Check dan catat kondisi lingkungan pada awal dan akhir kalibrasi : suhu, tekanan udara dan kelembaban relatif. Pastikan kondisi lingkungan stabil.
• Catat semua spesifikasi timbangan pada lembar kerja.
• Periksa timbangan apakah dalam keadaan bekerja dengan baik
• Setel Kerataan timbangan dengan mengunakan water level dan pastikan gelembung udara berada ditengah
• Kondisikan anak timbangan standar kurang lebih 30 menit sebelum kalibrasi.

Berikut ini adalah contoh identifikasi timbangan yang akan dikalibrasi.

Nama Alat : Precision Ballance

Merk : AND

Tipe : GX 2000

Nomor Seri : 123456789

Kapasitas : 2100 gram

Resolusi : 0,01 gram

PROSEDUR KALIBRASI

PRE-ADJUSTMENT CHECK (OPTIONAL)

Pada tahap ini, kita melakukan adjustment internal atau adjustment eksternal melalui fitur yang terdapat di dalam timbangan tersebut. 

Sebagai catatan, tidak semua timbangan mempunyai fitur ini, namun pada umumnya punya, silakan teman-teman cek di manual book unit alat bersangkutan, biasanya dijelaskan secara mendetil tahapan bagaimana cara melakukan CAL INT ataupun CAL OUT atau CAL EXT.

Sebagai contoh;

Untuk timbangan merk AND tipe GX 6100, maka CAL OUT dilakukan cukup dengan menekan tombol “CAL”  sehingga display akan menunjukkan angka 0.00 g, setelah itu tekan tombol PRINT, dan display akan menunjukkan nominal 2000 atau 4000 atau 5000 g (sesuai dengan setingan CAL OUT akan dilakukan di massa berapa gram), kemudian letakkan anak timbangan sesuai dengan nominal yang tertera di dsiplay dan tekan tombol PRINT sampai display menunjukkan tulisan END sehingga timbangan akan ter “adjust” pada nominal massa yang terdiplay.

REPEATIBILITY OF READING (KEMAMPUAN BACA ULANG KEMBALI)

Pengamatan kemampuan baca kembali dilakukan dengan melakukan sepuluh kali pengukuran berulang untuk massa yang sama tanpa melakukan adjustment apapun terhadap setting nol timbangan. Lakukan zero saja saat memulai menimbang.

Pengamatan daya ulang pembacaan harus dilaksanakan sedemikian hingga merefleksikan penggunaan timbangan. Pada pengamatan ini lakukan untuk dua posisi yaitu mendekati setengah kapasitas dan kapasitas penuh dari timbangan.

Contoh :

Kita akan melakukan kalibrasi massa precision ballance dengan kapastias 2000 g, maka lakukan pengujian daya ulang pembacaan atau repeatibility reading pada massa 1000 g dan 2000 g.

Untuk langkah kerjanya adalah sebagai berikut :

Pada Kapasitas Mendekati Setengah

1. Nolkan timbangan dan catat pada pada lembar kerjasebagai z1.
2. Letakkan anak timbangan standar (M) dengan kapasitas mendekati setengah pada pan timbangandan catat pembacaan sebagai m1.
3. Ambil anak timbangan standar dari pan timbangan, tunggu sampai stabil dan catat sebagai z2.
4. Ulangi langkah-langkah butir 1 sampai dengan 3 diatas sampai diperoleh 10 kali pembacaan (z1 sampai z10 dan m1 sampai m10).
5. Hitung perbedaan (ri) dengan rumus ri = mn – zn, untuk kapasitas mendekati setengah kapasitas timbangan.

Kapasitas Penuh

1. Nolkan timbangan dan catat pada lembar kerjasebagai z1.
2. Letakkan anak timbangan standar (M) dengan kapasitas penuh pada pan timbangan dan catat pembacaan pada lembar kerja sebagai m1.
3. Ambil anak timbangan standar dari pan timbangan, tunggu sampai stabil dan catat pada lembar kerja sebagai z2.
4. Ulangi langkah-langkah butir 1 sampai dengan 3 diatas sampai diperoleh 10 kali pembacaan (z1 sampai z10 dan m1 sampai m10).
5. Hitung perbedaan (ri) dengan rumus ri = mn – zn, untuk kapasitas penuh timbangan.

Analisa Perhitungan

• Hitung perbedaan (ri) dengan rumus ri = mn – zn, untuk kapasitas setengah dan kapasitas penuh
• Hitung standar deviasi dari perbedaan tersebut untuk kapasitas setengah dan kapasitas penuh. Standar deviasi ini bisa dihitung dengan menggunakan rumus excel.
• Catat hasil perhitungan standar deviasi untuk masing-masing kapasitas
• Hitung nilai standar deviasi resolusi dengan rumus :

• Tentukan mana yang lebih besar antara hasil SDmaxcap, SDhalfcap, dan SDres
• Angka yang paling besar akan digunakan dalam perhitungan ketidakpastian ripitabilitas.
• Hitung nilai perbedaan pembacaan dari titik z1 sampai z10 dan m1 sampai m10.

• Hitunglah perbedaan tersebut untuk titik pengukuran setengah kapasitas dan maksimum kapasitas.
• Ambil nilai maksimum perbedaan dari seluruh md dan zd dari titik kapasitas setengah dan kapasitas penuh

Contoh analisa perhitungan dapat teman-teman lihat pada tabel dibawah ini :

Dari data pengamatan diatas, didapatkan standar deviasi maksimum adalah 0.0057.

UNIFORMITY OF SCALE (PENYIMPANGAN DARI SKALA NOMINAL)

Penyimpangan dari skala nominal diperoleh dengan melakukan teknik penimbangan ganda untuk setiap titik pengukuran dengan menggunakan anak timbang yang telah dikalibrasi.

Prosedur ini dilakukan dengan serangkaian penimbangan pada interval yang sama untuk setiap 1/10 atau dilakukan pada setiap interval 10 %, 20 % 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 % dan 100 % kapasitas timbangan.

Untuk langkah kerjanya adalah sebagai berikut :

• Pilih 10 titik pengkuran pada daerah kapasitas timbangan dengan pembagian teratur, dimulai dari 10 % kapasitas timbangan.
• Nolkan timbangan dan catat pada lembar kerja.
• Timbang massa standar sesuai pada penimbangan pertama dan catat sebagai m1.
• Sentuh pan, tunggu beberapa detik kemudian catat sebagai m2.
• Ambil massa standar, tunggu sampai stabil dan catat sebagai z2.
• Lanjutkan pengukuran pada titik selanjutnya sampai 100 % kapasitas.
• Hitung rata-rata pembacaan nol pada timbangan dengan rumus z1 = (z1 + z2) / 2
• Hitung rata-rata pembacaan massa pada timbangan dengan rumus m1 = (m1 + m1’) / 2
• Hitung perbedaan r1 = m1 – z1
• Hitung koreksi dengan rumus C = M – r1
• Ulangi butir 2 sampai dengan 9 untuk titik pengukuran lainnya, 20 % sampai 100 % kapasitas timbangan.

Analisa Perhitungan

Hitung Nilai rata-rata pembacaan nol (zi) yang pertama sampai kesepuluh yaitu :

Nilai rata-rata pembacaan massa (mi) pada timbangan yang pertama sampai dengan kesepuluh yaitu :

Nilai perbedaan (ri) yang pertama sampai dengan kesepuluh yaitu :

Nilai koreksi (C) yang pertama sampai kesepuluh yaitu :

Berikut ini adalah tampilan data dari pengamatan koreksi pada kalibrasi massa dimana beban dibawah ini merupakan massa nominal dari anak timbangan standar.

EFFECT OF CENTER LOADING (PENGARUH PEMBEBANAN DI TENGAH)

Pengamatan dilakukan dengan menempatkan standar massa di pusat pan, kemudian secara berurutan di depan, belakang, kiri dan kanan pusat pan dan mencatat pembacaan timbangan untuk setiap posisi beban tersebut.

Yang perlu diperhatikan adalah pengamatan ini harus dilakukan denganst andar massa tunggal. Pada umumnya pabrik pembuat timbangan menyarankan pengamatan dilakukan pada 1/3 atau 1/2 kapasitas maksimum timbangan

Berikut ini adalah gambar titik penimbangan untuk effect of center laoding / Eccentricity Test yang kami ambil dari dokumen Guidelines on the calibration of non automatic weighing instruments – Euramet Calibration Guide No. 18 Version 4.0 (11/2015) halaman 15.

HYSTERISIS

Dalam sistem mekanik dapat dipastikan terdapat pengaruh gesekan pada saat mekanisme bekerja, yang menyebabkan adanya kemungkinan posisi suatu komponen setelah dioperasikan tidak dapat kembali secara tepat pada posisi
awal.

Pengamatan pengaruh yang disebut dengan histeresis ini perlu dilakukan pada saat timbangan pertama kali dikalibrasi atau setelah dilakukan perbaikan besar terhadap timbangan.

Pengamatan hysteresis tidak menjadi kewajiban dalam rangkaian kalibrasi, pengamatan hysteresis dilakukan apabila timbangan mengalami perbaikan besar atau timbangan pertama kali di kalibrasi.

Pengamatan histerisis dilakukan di satu titik disekitar setengah nilai kapasitas timbangan dengan prosedur sebagai berikut :

1. Nolkan timbangan dan catat sebagai z1.
2. Letakan standar massa M1 dengan nominal di sekitar ½ nilai kapasitas timbangan, catat pembacaan sebagai m1.
3. Berikan tambahan massa M2 hingga M1 + M2 mendekati nilai skala maksimum, catat pembacaan sebagai m1 + m2.
4. Ambil massa M2 dari pan dan biarkan M1 tetap di pan, catat pembacaan sebagai m2.
5. Ambil massa M2 dan catat pembacaan sebagai z2.
6. Ulangi prosedur diatas sebanyak tiga kali, dan histerisis dapat dihitung dengan persamaan :

Nah, sampai tahap ini sebenarnya kalibrasi massa sudah selesai dilakukan. Langkah selanjutnya adalah tinggal kita melakukan perhitungan ketidakpastian.

Teman-teman bisa mengikuti training kelibasi untuk mempelajari secara utuh bagaimana melakukan kalibrasi massa serta bagaiman menghitung ketidakpastian sampai terbit sertifikat atau laporan kalibrasi.

REFERENSI

EA-10/18, EA Guidelines on the calibration of non-automatic weighing instruments, June 2005
2. Publikasi CSIRO “The Calibration of Balance”, bagian 6 oleh David
B. Prowse, Australia, 2010
3. AS TG2, 2002, Technical Guide, Laboratory Balance Calibration
Requirements International Accreditation New Zealand.
5. National Institute of Standards and Technology (NIST), SOP 5
Recommended Standard Operating Procedure for Using a 3-1
Weighing Design, September 2014
6. SNSU PK.M-02:2021, Panduan Kalibrasi Timbangan Elektronik

Jika teman-teman ada kebutuhan untuk upgrade kompetensi kalibrasi massa, teman-teman bisa menghubungi kami melalui tombol whatsapp dibawah ini.